Воздействие половых гормонов на мозг - с точки зрения нейрофизиологии

От предложенных Маккарти основополагающих концепций мы перейдем к обсуждению гормонов и их связи с половым поведением. На этапе внутриутробного развития определяющая мужской пол хромосома регулирует дифференцировку гонад по мужскому типу с образованием яичек, которые вырабатывают тестостерон.

Данный процесс демонстрирует организующий эффект половых гормонов. В процессе развития тестостерон обеспечивает маскулинизацию как половых органов, так и головного мозга. В основном в головном мозге организующее действие половых гормонов проявляется в гипоталамусе, прежде всего в преоптической зоне медиальной области гипоталамуса.

Организующий эффект также проявляется в других отделах нервной системы, в том числе в миндалине, префронтальной коре и спинном мозге.

Половые гормоны обеспечивают выработку ферментов, которые участвуют в эпигенетических процессах, таких как метилирование генов. Одним из эффектов стероидных гормонов является метилирование генов в определенных областях головного мозга. Например, эстроген обеспечивает метилирование в преоптическои зоне у лиц женского пола, которое приводит к подавлению свойственных мужскому полу признаков.

Появляется все больше данных о том, что высокий уровень загрязнения такими веществами, как сельскохозяйственные пестициды, может влиять на активность гормонов, приводя к проявляющимся в нескольких поколениях эпигенетическим изменениям (например, см. McCarthy et al., 2009). Такие изменения могут быть связаны с повышенным уровнем тревожности и ожирением, а также, вероятно, с организационным действием половых гормонов.

Применительно к поведению половые различия нервной системе имеют определенный смысл. В конце концов ритуалы ухаживания у разнополых животных различаются. То же можно сказать и о копулятивном поведении: женским особям обычно свойственно рецептивное поведение, а мужским особям — активное поведение. Формирование таких половых различий в поведении обусловлено действием половых гормонов на головной мозг в процессе развития и во взрослом возрасте.

Действие гормонов на мозг взрослого называют активирующим эффектом, противопоставляя его проявляющемуся в процессе развития организующему эффекту. Ниже мы рассмотрим эффекты обоих типов.

а) Организующий эффект половых гормонов. В процессе внутриутробного развития мужские половые органы (яички) вырабатывают мужские гормоны — андрогены. У детенышей крыс андрогены вырабатываются на последней неделе внутриутробного периода и в течение первой недели после рождения. Вырабатываемые в этот период андрогены значимо влияют как на структуры нервной системы, так и на последующее поведение.

Например, гипоталамус и префронтальная кора самца крысы по своему строению отличаются от гипоталамуса и префронтальной коры самок крыс и самцов, которые не подвергались воздействию андрогенов в процессе внутриутробного развития.

Самцы крыс, подвергавшиеся воздействию низких концентраций андрогена тестостерона на этапе внутриутробного развития, во взрослом возрасте ведут себя как генетические самки. Когда им вводят эстроген и прогестерон, они демонстрируют типичное поведение готовой к спариванию самки. Кастрированные во взрослом возрасте крысы-самцы ведут себя иначе.

Половой диморфизм, представляющий собой анатомические различия областей головного мозга у мужских и женских особей, возникает вследствие протекания целого ряда процессов. Клетки головного мозга вырабатывают ароматазу — фермент, который превращает гормон тестостерон в эстрадиол, один из принадлежащих к группе эстрогенов женских гормонов. Дело в том, что головной мозг преобразует вырабатываемый мужским организмом тестостерон в эстроген. Таким образом, женский гормон эстрадиол на самом деле обеспечивает маскулинизацию мужского мозга.

У женских особей маскулинизация не происходит из-за присутствия эстрогенов: эмбрионы обоего пола вырабатывают печеночный фермент альфа-фетопротеин, который связывает эстроген, не давая ему проникнуть в нейроны. Альфа-фетопротеин не влияет на тестостерон, поэтому тестостерон проникает в нейроны и преобразуется в эстрадиол.

Организующий эффект тестостерона можно наблюдать на примере преоптической зоны гипоталамуса (см. рис. ниже, А), которая играет важную роль в формировании копулятивного поведения у самцов крыс. Сравнив эту зону у самцов и самок, Роджер Горски и его коллеги (Roger Gorski, 1984) обнаружили ядро, которое у самцов было примерно в пять раз крупнее, чем у самок. Важно отметить, что изменение уровня половых гормонов в процессе развития может влиять на половой диморфизм преоптической зоны.

Влияние гормонов. Сравнение дендритов пирамидных нейронов гиппокампа крыс, находившихся в фазах астрального цикла (4 дня) с высоким и низким уровнями эстрогенов, продемонстрировало существенное уменьшение количества дендритных шипиков в фазе с низким уровнем эстрогена.

Кастрация самцов крыс сразу после рождения приводит к уменьшению преоптической зоны, а введение тестостерона новорожденным самкам способствует ее укрупнению.

Изучать организующее действие половых гормонов на человеке значительно сложнее. Известно, что вырабатываемый у плода белок альфа-фетопро-теин менее эффективно блокирует эстроген у человека — это указывает на то, что у человека воздействию эстрогена подвергаются эмбрионы обоего пола. Такие данные позволяют предположить, что у человека более важную роль в половой дифференциации могут играть андрогены. О роли андрогенов можно прочитать в работах Джона Мони и Анке Эрхардт (John Money, Anke Ehrhardt, 1972).

Об андрогенах говорится ниже в разд. «Клинические аспекты: Синдром нечувствительности к андрогенам и андрогенитальный синдром».

б) Клинические аспекты: Синдром нечувствительности к андрогенам и андрогенитальный синдром. После формирования яичек дальнейшее половое развитие плода мужского пола обусловлено действием вырабатываемых яичками гормонов. Изучение людей с синдромом нечувствительности к андрогенам делает эту связь очевидной. При данном синдроме плод с мужским кариотипом XY (генетический мужчина) вырабатывает андрогены, однако его организм не реагирует на них.

Поскольку синдром нечувствительности к андрогенам не влияет на рецепторы эстрогена, у людей с этим синдромом сохраняется чувствительность к эстрогену, вырабатываемому как надпочечниками, так и яичками. В итоге даже без дополнительного введения гормонов в период полового созревания у них формируются женские вторичные половые признаки. Соответственно, человек с синдромом нечувствительности к андрогенам является генетическим мужчиной с женским фенотипом. Это значит, что он выглядит как женщина (фото слева).

В отсутствие индуцирующей формирование яичек Y-хромосомы у плода с кариотипом XX (генетическая женщина) формируются яичники, и он развивается по женскому типу. Однако если надпочечники матери или ребенка вырабатывают избыточное количество андрогенов, воздействие андрогенов на плод женского пола приводит к развитию андрогенитального синдрома (врожденная гиперплазия коры надпочечников).

Слева: при синдроме нечувствительности к андрогенам у генетического мужчины (XY) развивается нечувствительность к андрогенам, но чувствительность к эстрогенам остается, что приводит к формированию у него женского фенотипа. Справа: при врожденной гиперплазии коры надпочечников генетическая женщина (XX) на этапе эмбрионального развития подвергается воздействию вырабатываемых надпочечниками андрогенов, что приводит к формированию недоразвитых мужских наружных половых органов.

Проявления заболевания зависят от продолжительности периода выработки андрогенов и их уровня. В особо тяжелых случаях клитор увеличивается настолько, что становится похожим на маленький половой член (рисунок справа).

В менее тяжелых случаях значимые изменения строения гениталий отсутствуют, однако заболевание проявляется в поведении: таким девочкам свойственно нетипичное половое поведение. В раннем детстве они считают себя мальчиками, предпочитая одежду, игрушки и игры для мальчиков. Одним из объяснений таких поведенческих изменений является то, что развивающийся мозг маскулинизируется — это влияет на дальнейшее поведение.

в) Активирующий эффект половых гормонов. Половое поведение как женских, так и мужских особей обусловлено влиянием половых гормонов на взрослый мозг. У большинства видов позвоночных женское половое поведение меняется в течение астрального цикла, во время которого наблюдаются колебания уровня вырабатываемых яичниками гормонов.

Период астрального цикла крысы составляет около 4 дней, при этом крыса демонстрирует готовность к спариванию лишь в те несколько часов, когда уровень гормонов яичников эстрогена и прогестерона достигает максимальных значений. Вырабатываемые яичниками гормоны изменяют мозговую деятельность, что, в свою очередь, приводит к изменениям поведения. У самок крыс выделяемые после спаривания химические вещества подавляют брачное поведение.

Активирующий эффект выделяемых яичниками гормонов можно проследить на примере клеток гиппокампа. На рис. выше приведено сравнение пирамидных нейронов гиппокампа, взятых из мозга самок крыс, находившихся в двух разных фазах астрального цикла: у одной крысы был высокий уровень эстрогена, а у другой — низкий. Когда уровень эстрогена высокий, образуется больше дендритных шипиков и, по-видимому, больше синапсов.

Такие изменения нейронной структуры в течение астрального цикла тем более удивительны, если учесть, что клетки гиппокампа женской особи формируют новые связи с другими клетками каждые 4 дня на протяжении всей взрослой жизни животного.

У мужских особей тестостерон влияет на половое поведение двумя способами. Во-первых, воздействие тестостерона на миндалину связано с сексуальной мотивацией. Во-вторых, воздействие тестостерона на гипоталамус необходимо для производства копулятивного поведения. Ниже мы рассмотрим оба процесса.

- Читать далее "Нервная регуляция полового поведения - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 16.10.2023