Hormonal control of Reproduction

1. ฮอร์โมนที่ควบคุมการสืบพันธุ์ฮอร์โมนที่ควบคุมการสืบพันธุ์ Hormonal control of Reproduction อ. กฤติยา เลิศชุณหะเกียรติ

2. ฮอร์โมน • ฮอร์โมนเป็นสารอินทรีย์ที่ร่างกายสามารถสังเคราะห์ขึ้น ทำหน้าที่ให้สัญญาณแก่เซลล์ โดยเป็น Chemical messenger • ฮอร์โมนถูกสร้างโดยเซลล์จำเพาะ แล้วส่งออกไปนอกเซลล์ เพื่อออกฤทธิ์ต่อเซลล์เป้าหมาย (Target cell) • ฮอร์โมนส่วนใหญ่จะมีการขนส่งผ่าน Blood stream • การออกฤทธิ์นั้นต้องอาศัย receptor ที่เซลล์เป้าหมายให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีภายในเซลล์ ซึ่งจะขึ้นกับชนิดของฮอร์โมนและชนิดของเซลล์เป้าหมาย

3. Hormone Transportation

5. Hormone Transportation • 1. Endocrine  ผ่านไปตามกระแสเลือด (เป็นลักษณะของฮอร์โมนส่วนใหญ่) • 2. Epicrine  เดินทางผ่าน gap – junction ไม่ผ่าน extracellular fluid (ของเหลวภายนอกเซลล์) • 3. Neurocrine  ไปโดยระบบของ neurons • 4. Paracrine  ผ่าน intracellular fluid (ของเหลวภายในเซลล์) • 5. Exocrine  ปลดปล่อยออกนอกร่างกาย มีผลต่อเซลล์เป้าหมายที่อยู่ห่างไกล • 6. Autocrine  ไม่ส่งผ่านกระแสเลือด มีน้อย และไม่ค่อยเกี่ยวข้องกับระบบสืบพันธุ์ ผลิตเพื่อใช้ภายในเซลล์ของตัวเอง

7. ชนิดของฮอร์โมน (ตามบทบาทหน้าที่) • ฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์โดยตรง (Primary hormone): ขบวนการผลิตอสุจิ-ไข่, การตกไข่, การปฏิสนธิ, การตั้งท้อง, การให้น้ำนม, ความเป็นแม่ ตลอดจนพฤติกรรมทางเพศ เป็นต้น • ฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับ metabolism (Metabolic hormone)เกี่ยวข้องทางอ้อมต่อการสืบพันธุ์ ได้แก่ การเจริญเติบโต การรักษาสมดุลของสารอาหารต่างๆ ภายในร่างกาย เป็นต้น

8. ชนิดของฮอร์โมน (ตามโครงสร้างทางเคมี) • Peptide Protein : 300 – 70,000 Daltonถูกย่อยสลายได้โดยเอนไซม์ ดังนั้นจึงไม่สามารถให้ทางปากได้ ปกติให้โดยการฉีด : Oxytocin, FSH, LH etc. • Steroids : 300 – 400 Dalton เป็นอนุพันธ์ของโคเลสเตอรอล ฮอร์โมนที่ได้มาธรรมชาติแล้วไม่ควรให้ทางปาก แต่ฮอร์โมนสังเคราะห์และฮอร์โมนที่ได้จากพืชสามารถให้ได้โดยการกิน : Testosterone etc. • Fatty acid : ~400 Dalton เป็นอนุพันธ์จากกรด Arachidonic เช่น Prostaglandins • Amine : เป็นอนุพันธ์จากกรดอมิโน Tyrosine หรือ Tryptophan :melatonin

9. Peptide Bonds

10. Protein Hormone Mechanism of Action - cAMP second messenger

11. Steriod biosynthesis pathway

12. Steroid Hormone Mechanism of Action

13. Endocrine glands produced Hormone of reproduction • Hypothalamus • Pituitary gland • Gonads (testes/ovaries) • Uterus and Placenta • Pineal gland

14. Hypothalamus อยู่บริเวณสมองส่วนล่าง บริเวณdiencephalon เป็นส่วนหนึ่งของ สมองส่วนหน้า ด้านบนของ hypothalamus เป็น Optic chiasma ด้านบนติดกับ Thalamus

15. หน้าที่ของ Hypothalamus • โดยทั่วไปทำหน้าที่ควบคุมเกี่ยวกับสมดุลต่างๆ ภายในร่างกาย ขบวนการที่มีความสำคัญต่างๆ ได้แก่ ความอยากอาหาร อัตราการเต้นของหัวใจ อุณหภูมิในร่างกาย พฤติกรรรมทางเพศ โดยมีความเชื่อมโยงระหว่างระบบประสาทส่วนกลางและระบบต่อมไร้ท่อ • ผลิต Neuroendocrine ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์ คือ GnRH (LH-RH) , ACTH, PIH (Prolactin Inhibiting Hormone) (สั่งงานผ่านต่อมใต้สมองส่วนหน้า – Anterior Pituitary gland) • ผลิต Oxytocin กับ vasopressin แล้วส่งไปเก็บสะสมไว้ในต่อมใต้สมองส่วนหลัง

16. ฮอร์โมนที่ควบคุมต่อมใต้สมองส่วนหน้าฮอร์โมนที่ควบคุมต่อมใต้สมองส่วนหน้า • PIH  Prolactin inhibiting Hormone • TRH Thyrotropin Relesing Hormone • GH – IH  Growth Hormone Inhibiting Hormone หรือ Somatostatin • CRH  Corticothropin Relesing Hormone • ** GnRH  Gonadotropin Relesing Hormone (ช่วยกระตุ้นการหลั่ง LH & FSH)

17. ตัวอย่างฮอร์โมนจาก Hypothalamus **RH = Releasing Hormone ICSH= Interstitial cell stimulating hormone releasing hormone

18. ต่อมใต้สมองส่วนหน้า (Anterior Pituitary) ประกอบด้วย • 1) Gonadotroph  ผลิต Gn : LH, FSH • 2) Somatotroph  ผลิต GH • 3) Corticotroph  ผลิต ACTH** • 4) Thyrotroph  ผลิตTSH • 5) Mammotroph หรือ Lactotroph  ผลิต Prolactin

19. Anterior Pituitary gland

20. Gonadotropins glycoprotein • FSH (Follicle Stimulating Hormone) • LH (Luteinizing hormone) - ในเพศเมีย กระตุ้นการเจริญของกระเปาะไข่ (follicle) และไข่ (oocyte) - กระตุ้นการสร้างฮอร์โมน estrogen ภายใน follicle FSH - ในเพศผู้กระตุ้นกระบวนการสร้างอสุจิในขั้นตอนแรก จนกระทั่งได้ 2nd spermatocyte จากนั้น androgen จะมีบทบาทสำคัญจนถึงขั้นสุดท้ายในการผลิตอสุจิ

21. Ovulatory Follicle

22. LH – Luteinizing Hormone ในเพศเมีย - กระตุ้นให้เกิดการตกไข่ - กระตุ้นการเจริญของ Luteal ให้พัฒนา เป็น corpus luteum - กระตุ้นการสร้างฮอร์โมน progesterone ในเพศผู้ • กระตุ้น Interstitial cells หรือ Leydig cells ให้ผลิต • androgens

23. Hormone Regulation • 1. Feed-forward • 2. Negative feedback • 3. Positive feedback

24. Negative Feedback Control • ต่อมผลิตฮอร์โมนใดๆ ที่มีการผลิตฮอร์โมนขึ้นในปริมาณมากเพียงพอ ปริมาณของฮอร์โมนที่มากนั้นจะย้อนกลับไปควบคุมการหลั่งของ RH ให้มีปริมาณน้อยลง

25. Negative Feedback Control • หากการย้อนกลับไปนั้นเป็นการย้อนกลับไปควบคุมในระยะยาว เช่น ระดับไฮโปทาลามัส และต่อมใต้สมองส่วนหน้า เราเรียกว่า Long-loop feedback • หากเป็นการควบคุมในระยะสั้น เช่น ในระดับตัวเอง เรียกว่า short loop feedback • หากเป็นการควบคุมย้อนกลับที่เกิดจากการควบคุมการหลั่งของฮอร์โมนจากไฮโปทาลามัสต่อเซลล์ที่ผลิตฮอร์โมนเอง เราเรียกว่า Ultra short loop feedbackเช่น การหลั่ง PIF ของไฮโปทาลามัสมีผลยับยั้งการหลั่ง Prolactin

26. Positive Feedback Control • ต่อมผลิตฮอร์โมนใดๆ ที่ปริมาณฮอร์โมนที่ผลิตออกมามากเพียงพอนั้นไปมีผลกระตุ้นการหลั่งของฮอร์โมนอีกชนิด เช่น การตกไข่

27. ต่อมใต้สมองส่วนหน้า (Anterior Pituitary) ประกอบด้วย • 1) Gonadotroph  ผลิต Gn : LH, FSH • 2) Somatotroph  ผลิต GH • 3) Corticotroph  ผลิต ACTH** • 4) Thyrotroph  ผลิตTSH • 5) Mammotroph หรือ Lactotroph  ผลิต Prolactin

28. Growth Hormone : Somatotropic Hormone • กระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์ • กระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีนภายในเซลล์ • กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของไขมันให้เป็นกรดไขมันและเพิ่มอัตราการใช้กรดไขมันเป็นพลังงาน • ลดการสะสมกลูโคส growth hormone • ไม่มีเซลล์เป้าหมายที่จะเพาะเจาะจง ****Somatotroph  ผลิต GH

29. Prolactin • กระตุ้นการพัฒนาของ corpus luteum • และรักษาสภาพของ corpus luteum ไว้ เพื่อให้ผลิตและหลั่งฮอร์โมน Progesterone ต่อไป • กระตุ้นการเจริญของต่อมน้ำนมและกระตุ้นการสร้างน้ำนมในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม • กระตุ้นพฤติกรรมความเป็นแม่ (Marternal behavior) • กระตุ้นพฤติกรรมการฟักไข่และเลี้ยงลูกในสัตว์ปีก ****Mammotroph หรือ Lactotroph  ผลิต Prolactin

30. Posterior Pituitary gland

31. ต่อมใต้สมองส่วนหลัง (Posterior Pituitary) • Oxytocin • Vasopressin (ADH) Oxytocin • กระตุ้นให้เกิดการบีบตัวของกล้ามเนื้อผนังมดลูกและท่อนำไข่ • ในเวลาผสมพันธุ์ • - กระตุ้นให้เกิดการบีบตัวของมดลูกเมื่อมีการคลอดลูก • - กระตุ้นให้เกิดการหลั่งน้ำนม เมื่อลูกสัตว์ดูดนมแม่หรือมีการรีดนม

32. Prolactin

33. ฮอร์โมนจากอัณฑะ Testosterone • กระตุ้นการพัฒนาและการเจริญเติบโต การคัดหลั่งของเหลวของต่อมร่วม ระบบท่อและลึงค์ • กระตุ้นขบวนการผลิตอสุจิในช่วงท้าย • ยืดอายุของอสุจิในท่อพักเชื้ออสุจิ • คงสภาวะ secondary sex characteristic และพฤติกรรมทางเพศ และความกำหนัด

34. Inhibin • มีการผลิตได้หลายแหล่ง แต่แหล่งที่พบว่ามีการผลิตมากเป็นหลักคือ Gonads (และ Placenta) โดย Sertoli cell ในเพศผู้ และ Granulosa cells ในเพศเมีย • เป็นอนุพันธ์ของโปรตีน • ควบคุมการหลั่ง FSH จากต่อมใต้สมองส่วนหน้า โดยมีผลในการลดการหลั่ง FSH แต่ไม่มีผลต่อการหลั่ง LH

35. Ovary

36. ฮอร์โมนจากรังไข่ • Steroid hormone : • Estrogen • Progesterone • Non- Steroid hormone : • Prostaglandins • Oxytocin • Relaxin

37. Estrogen • ผลิตจาก granulosa cells ซึ่งรับ androgen มาจาก theca cells มาเปลี่ยนเป็น estrogen • มีหน้าที่ในการกระตุ้นการพัฒนาของเซลล์ไข่ • ทำให้เกิด secondary sex characteristics ที่เป็นลักษณะของเพศเมียทั้งทางด้านกายภาพและทางด้านพฤติกรรม

38. Progesterone • มีหน้าที่ในการคงสภาวะการตั้งท้องของสัตว์ โดยทำให้กล้ามเนื้อมดลูกมีการคลายตัวบีบตัวน้อยลง • Estrogen+Progesterone กระตุ้นการพัฒนาของ lobulo - alveolar system ของเต้านม และทำให้เกิดจากการขยายจำนวนของเนื้อเยื่อบุผิวมดลูก

39. Prostaglandins • เป็น Lipid soluble acid มีการผลิตมาจากเซลล์ทั่วไป • สำหรับเซลล์ granulosa จะผลิต PGF2 และ PGE2 ซึ่งมีหน้าที่เกี่ยวกับการทำให้ follicle แตก ปลิ ในช่วงตกไข่ • PGF2 จากรังไข่ของ primate***มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของ CL (Luteolysis) • PGF2 จาก endometriumของมดลูก ทำหน้าที่สลาย CL สัตว์ในกลุ่มนี้ ได้แก่ โค ม้า แพะ แกะ และสุกร***

40. Oxytocin • เป็น Polypeptide • ผลิตที่ CL ของแกะ โค กระบือ และมนุษย์ (พบมากที่ Ovarian vein) • ทำหน้าที่เกี่ยวกับการควบคุมการทำงานของรังไข่ • ช่วยในการบีบตัวของมดลูกทำให้เกิดการคลอด • ช่วยในการกระตุ้นการหลั่งน้ำนมในช่วงสัตว์ให้นมลูก (Lactation)

41. Relaxin • เป็นสารกลุ่ม polypeptide • ช่วยทำให้ พังผืดบริเวณกระดูกเชิงกรานอ่อนตัว • ลดการบีบตัวของมดลูก

42. Placental hormone • PMSG – Pregnant Mare Serum Gonadotropin • HCG – Human Chorionic Gonadotropin • Placental Lactogen • Protein B

43. PMSG – Pregnant Mare Serum Gonadotropin • เป็น Glycoprotein • มี  และ βsubunit คล้ายคลึงกับ LH และ FSH แต่มี Carbohydrate สูง โดยเฉพาะ sialic acid จึงทำให้มีครึ่งชีวิต (Half life)ยาวนาน ดังนั้นการฉีด PMSG ในระดับที่เหมาะสมเพียง 1 ครั้ง ก็สามารถมีผลยาวนานได้ประมาณ 1 สัปดาห์ • ทำให้เกิด accessory corpora lutea ช่วยในการผลิต Progesterone ช่วยในการคงสภาพตั้งท้อง

44. HCG – Human Chorionic Gonadotropin • Glycoprotein • สร้างจากรกสัตว์จำพวก Primates • ซึ่งสามารถตรวจพบได้ทั้งในเลือดและปัสสาวะของ Primates ที่มีการตั้งท้อง และในกระแสเลือด ** ชื่อเรียกแตกต่างไป เช่น Bovine chorionic Gonadotropin ช่วยในการแก้ปัญหา Cystic ovary

45. Placental Lactogen • พบในรกแต่ไม่พบใน serum จนกว่าจะเป็นช่วงท้องแก่ • ออกฤทธิ์คล้ายกับ Growth hormone มากกว่า Prolactin • มีความสำคัญในการควบคุมอาหารจากแม่ไปสู่ลูกสัตว์ และการเจริญเติบโตของลูกสัตว์ • ในโคนมพบว่ามีมากกว่าโคเนื้อ ดังนั้นจึงเข้าใจว่ามีความเกี่ยวข้องกับการผลิตน้ำนมด้วย

46. Protein B • พบในเลือดโคที่ตั้งท้อง 22 วันขึ้นไป ไม่พบในน้ำนมและปัสสาวะ • มีหน้าที่ป้องกันไม่ให้ Corpus luteum spurium ถูกทำลายในช่วงที่มีการตั้งท้อง

47. Uterine Hormone • Prostaglandins

48. Pineal body

49. Pineal gland • อยู่บริเวณสมองส่วน cerebral มีขนาดแตกต่างกันไปแต่ละ species • มีเส้นเลือดมาหล่อเลี้ยงจำนวนมาก • ใน mammals ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมกระบวนการสืบพันธุ์ มีความสำคัญต่อการถึงวัยหนุ่มสาว • มีความสำคัญในการมีฤดูกาลสืบพันธุ์ของสัตว์ • ผลิตฮอร์โมน Melatoninที่ควบคุมการตอบสนองต่อช่วงแสงของ Neuroendocrine-gonadal activity

50. บทบาทของต่อมไพเนียล • บทบาทในเรื่องกลไกกลางวันกลางคืน พบว่า melatonin จะมีระดับสูงในช่วงกลางคืน • บทบาททางการสืบพันธุ์ โดยเกี่ยวข้องกับฤดูกลาลสืบพันธุ์ เช่น หนูแฮมสเตอร์มีขนาดอัณฑะใหญ่ในฤดูใบไม้ผลิ ในขณะที่เพศเมียก็จะมีอาการเป็นสัดเช่นเดียวกัน (สัตว์ในกลุ่มที่มีฤดูกาลผสมพันธุ์สัมพันธ์กับช่วงแสง – Photoperiodic species) • Receptor ของ melatonin อยู่ที่บริเวณ Hypothalamus