第十五章：内分泌系统
两个主要的控制系统掌管体内的活动水平。一个是神经系统，接下来将在第 16 章中介绍；另一个是这里介绍的内分泌系统。这些控制系统通常协同工作，负责协调器官之间的活动，增加器官活动以应对增加的生理需求，并维持稳定状态。
内分泌系统包括内分泌腺、它们产生的化学信使或激素以及它们影响的靶组织。 内分泌腺遍布全身。激素不是通过管道运输的；而是由血液输送的。虽然激素在整个身体中循环，但每一种激素通常都会影响选定的靶组织，因此其影响是局部的。
内分泌腺与它们控制的靶组织一样多种多样。它们负责生殖、新陈代谢、渗透调节、胚胎发育、生长、变态和消化。我们首先看看脊椎动物群体中内分泌腺及其产生的激素的分布。
甲状腺
结构和系统发育
甲状腺产生、储存和释放两种不同的甲状腺激素，调节代谢率、变态、生长和生殖。甲状腺激素被认为是允许性的，这意味着它们允许靶组织对其他激素、神经系统或环境刺激（如光或温度）的刺激更敏感。甲状腺分泌含碘的激素。1915 年，第一种甲状腺激素甲状腺素被分离并鉴定。这种激素的另一个名称是四碘甲状腺原氨酸，简称 T 4（如此命名是因为每个分子含有四个碘原子）。1952 年鉴定的第二种甲状腺激素是三碘甲状腺原氨酸，简称 T 3（三个碘原子；表 15.1）。T 3 和 T 4 最初在哺乳动物中分离出来，现在已知所有脊椎动物都能合成。在圆口动物中，这些激素储存在细胞内。然而，在有颌类动物中，甲状腺将大量激素储存在数百个微小的不规则球体中，或称滤泡。与所有其他脊椎动物的内分泌腺相比，这种情况是独一无二的。一层称为主细胞（滤泡细胞）的上皮细胞构成了这些滤泡的壁（图 15.1a c）。主细胞产生一种胶状胶体，这些激素储存在滤泡中。主细胞也会按需释放甲状腺激素（图 15.1b）。在所有脊椎动物中，甲状腺都是从咽部底部长出的突起。这种突起最初可能是实心的或空心的，但很快就会脱离咽部（图 15.2a d）。在硬骨鱼类中，它会碎裂成分散的滤泡团。在大多数其他脊椎动物中，它形成位于喉咙内的单叶或双叶腺体，并被结缔组织囊包裹（图 15.3a l）。
图 15.1 哺乳动物的甲状腺。甲状腺由许多球形卵泡组成。每个卵泡壁上的主要细胞产生甲状腺激素并根据需要将其分泌到毛细血管中。 (a) 狗的喉部和气管的腹侧视图，显示成对的甲状腺和甲状旁腺。 (b) 甲状腺的放大组织切片显示了充满管腔的滤泡和胶体。(c) 单个甲状腺滤泡的剖面图，显示了组成滤泡壁的主细胞和滤泡旁细胞 (C 细胞) 的排列。请注意神经供应和环绕这些细胞基底区域的毛细血管。来源：Krsti c
据报道，尾索动物和头索动物中存在一种用于产生甲状腺激素的生物合成途径。在文昌鱼和七鳃鳗中，内柱的功能类似于甲状腺，因为它会分泌富含碘的产物，但它会将这些产物直接释放到消化道中。在沙隐虫变态期间，内柱会转化为甲状腺的滤泡细胞，甲状腺会将其激素释放到循环系统中。原索动物的内柱和脊椎动物的甲状腺一样，能收集碘，这进一步证明了内柱是甲状腺的系统发育前身的观点。但碘化合物在原索动物代谢中的作用尚不清楚。
功能
蛋白质甲状腺球蛋白在储存时由主细胞在垂体促甲状腺激素 (TSH) 的影响下分泌，并储存在胶体中（图 15.4a）。具体来说，氨基酸酪氨酸被掺入蛋白质中并被碘化，用于形成 T 4 （两个碘化酪氨酸偶联），并通过肽键与蛋白质骨架相连。当主细胞被动员时，它们会变得更高并形成顶端延伸来包裹储存的蛋白质，从而使这些细胞能够吞噬然后在溶酶体中水解胶体。具体来说，甲状腺球蛋白被重新吸收到主细胞中（仍然是受 TSH 的影响），在那里水解酶将甲状腺球蛋白裂解产生 T 4 。一些 T 4 在从腺体释放之前被部分脱碘为 T 3 ，因此一些 T 3 （但主要是 T 4 ）进入血液循环（图 15.4b）。血液循环中的大部分 T 4 被降解或被肝酶转化为更活跃的激素 T 3 。
甲状腺激素存在于圆口动物中，它们抑制变态，但它们在成年动物中的作用尚不清楚。甲状腺激素对靶组织的影响在哺乳动物和鸟类中最为人所知。
代谢
在恒温动物中，甲状腺激素会增加组织的耗氧量和产热量。注射甲状腺激素可以使基础代谢率提高好几倍。甲状腺激素通过增加质膜（尤其是线粒体中的膜）和增加膜蛋白的分子活性来影响代谢活动。外温动物没有基础代谢率，尽管它们的体温当然取决于环境条件和活动水平。外温动物的甲状腺激素确实会影响代谢，这种影响对体温敏感。当爬行动物的体温因环境升高时，可以看到甲状腺对外温动物代谢的影响。在低温（20 摄氏度）下，蜥蜴组织对甲状腺激素没有反应；然而，在适宜的温度下（30 摄氏度），组织对甲状腺激素有反应。
图 15.2 哺乳动物甲状腺的胚胎发育。（a）胚胎咽部的矢状切面。（b、c）甲状腺憩室出现和生长的连续阶段。（d）成年哺乳动物甲状腺的位置，其胚胎学上沿着箭头所示的路线迁移。图 15.3 脊椎动物的甲状腺。（a e）鱼类。（f）两栖动物。（g i）爬行动物。（j）鸟类。（k,l）哺乳动物。来源：Gorbman 和 Bern 。
图 15.4 甲状腺的分泌和动员。（a）促甲状腺激素 (TSH) 刺激主细胞吸收碘和氨基酸，将它们与甲状腺球蛋白结合，并将所得胶体分泌到管腔中。（b）在垂体 TSH 的刺激下，主细胞动员储存在胶体中的激素并将其释放到相邻的毛细血管中。毛细血管壁通常有孔，但基底膜完整。
生长和变态
鸟类和哺乳动物的正常生长依赖于正常水平的甲状腺激素。甲状腺功能减退症（甲状腺激素分泌不足）导致人类婴儿生长迟缓和智力低下，这种综合症被称为克汀病。成人的甲状腺功能减退会导致嗜睡和认知能力受损。甲状腺功能亢进症（甲状腺激素分泌过量）导致活动增加、神经质、眼睛凸出和体重迅速下降，这种疾病被称为格雷夫斯病。
爬行动物和鱼类的生长同样依赖于甲状腺激素。例如，当幼鲑鱼（称为parr）变成smolt时，甲状腺就会肿大，这是它顺流游到大海的迁徙阶段。两栖动物与大多数脊椎动物不同，它们的甲状腺激素会阻止幼鱼生长并促进变态。
换毛
甲状腺激素会影响哺乳动物和鸟类换毛时毛发或羽毛的脱落和随后的更换。甲状腺素会促进皮肤脱落，这表明甲状腺激素对脊椎动物外皮有普遍影响。如果鸟类或哺乳动物缺乏甲状腺激素，毛发或羽毛的生长就会受损，色素沉积会减少，皮肤也会变薄。鱼类、两栖动物和爬行动物的皮肤也会受到甲状腺激素缺乏的不利影响。
繁殖
在大多数脊椎动物中，甲状腺激素水平升高与性腺成熟和卵子发生或精子发生有关。同样，两栖动物似乎是个例外，因为它们的甲状腺激素显然会阻止促进繁殖的生理过程。手术切除两栖动物的甲状腺后，性腺发育会加速。
尾鳃体和甲状旁腺
尾鳃体和甲状旁腺释放具有相反或拮抗作用的激素。尾鳃体分泌降钙素，它会降低血钙水平。甲状旁腺分泌甲状旁腺激素，它会升高血钙水平。由于它们的作用以钙代谢为中心，因此这两个腺体一起讨论。
尾鳃体
来自第五咽囊的胚胎原基形成尾鳃体（图 15.5）。这些体是独立的、通常是成对的细胞团，位于鱼类、两栖动物、爬行动物和鸟类的喉咙区域。圆口动物似乎没有尾鳃体。在哺乳动物中，它们的分布是独一无二的，原基直接融入甲状腺，形成一小群分散的滤泡旁细胞（C 细胞），散布在甲状腺滤泡壁的主细胞之间（图 15.1c）。
图 15.5 脊椎动物咽囊对甲状腺（Thy）、甲状旁腺（PT）、胸腺（TM）和尾鳃体（UB）的胚胎贡献。爬行动物胸腺由蜥蜴的 2 号和 3 号袋、乌龟的 3 号和 4 号袋以及蛇的 4 号和 5 号袋发育而成。哺乳动物的尾鳃体作为滤泡旁细胞（C 细胞）融入甲状腺。咽囊是有编号的，第一个通常在胚胎发育过程中退化。
神经嵴是末鳃细胞的胚胎来源。目前尚不清楚神经嵴细胞是否在迁移到分化部位之前进入咽原基，还是神经嵴细胞在分化过程中稍后在原基上定植。
甲状旁腺
胚胎咽囊的腹缘是甲状旁腺的来源。不同物种的咽囊有所不同（图 15.5）。术语甲状旁腺描述了这种腺体与哺乳动物甲状腺的密切联系，它嵌在甲状腺内（例如，小鼠、猫、人类）或附近（例如，山羊、兔子）。可能存在一对或两对。但在两栖动物、爬行动物和鸟类中，甲状旁腺可能位于甲状腺上或分散在颈部的主要静脉沿线（图 15.6a c）。鱼类没有甲状旁腺。由于鱼类和至少一些专性幼态蝾螈（如 Necturus）没有甲状旁腺，而这些蝾螈的鳃依然存在，因此有人认为甲状旁腺的作用在系统发育上先于鳃中的细胞。
图 15.6 两栖动物中甲状腺和甲状旁腺的位置。（a）蝾螈 Triturus viridescens 喉咙的暴露腹侧视图。左侧下颌间肌、骨间方肌和胸方肌被移除，以显示更深的肌肉和腺体。（b）放大的区域显示甲状腺和甲状旁腺以及周围的动脉和静脉。（c）幼虫的腹侧视图牛蛙 (Rana catesbeiana) 喉咙。请注意心脏前方的成对甲状腺和鳃弓 (主动脉) 底部的成对甲状旁腺。来源：(a、b) 根据 Stone 和 Steinitz；(c) 根据 Witschi。
在甲状旁腺内，细胞呈索状和团状排列。主细胞是最丰富的细胞类型，可能是甲状旁腺素的来源。在人类和其他一些哺乳动物中，还存在功能未知的嗜酸细胞。
形式和功能
立即获取钙对大多数脊椎动物来说很重要。当鸟类分泌钙化的蛋壳或鹿长出新的鹿角时，大量的钙必须迅速动员并从一个部位运输到另一个部位。正常骨骼强度的维持取决于钙水平。如果血液中的钙水平过低，骨骼肌可能会出现不受控制的痉挛。如果血钙水平过高，成骨细胞就无法将钙保留在骨基质中，从而维持骨密度和强度。
甲状旁腺分泌的甲状旁腺激素通过促进肾脏对钙的保留、促进其在消化道壁上的吸收以及影响骨沉积来提高血钙水平。骨沉积和骨去除的竞争过程同时且连续发生，但它们通常是动态平衡的。甲状旁腺激素使平衡倾向于净骨去除。结果，去除的骨基质多于沉积的骨基质；因此，钙从基质中释放出来并被血液吸收，导致血钙水平升高。来自滤泡旁细胞的降钙素具有相反的作用。它使平衡转向净骨沉积。降钙素导致钙从血液中提取并用于构建新的骨基质，导致血钙水平下降。
控制四足动物钙水平的机制细节仍存在争议，但通常涉及三个器官：肠道、肾脏和骨骼。图 15.7 中的图表描述了这些器官之间的相互作用。软组织（例如肌肉）也需要钙，但它们对血钙水平的净影响通常很小。食物中的钙被肠道吸收。肾脏可以从肾小球滤液中回收所有钙并将其返回到细胞外液中。骨骼中钙水平的控制更为复杂。钙以晶体形式融入骨骼。骨骼中的钙饱和度低于血液中的钙饱和度，因此钙的净流量是从血液到骨骼。新骨晶体的形成是一个被动过程。虽然降钙素水平升高与血钙水平下降相关，但其具体实现方式尚不清楚。甲状旁腺激素通过促进破骨细胞吸收骨骼来促进相反的反应，即钙流回血液。骨骼中钙的去除是一个主动过程。尚不清楚这两种激素是直接相互作用还是间接相互作用以抑制彼此的作用。
图 15.7 四足动物体内钙的稳态。箭头表示钙从血浆和细胞外液中吸收或加入的主要途径。食物中的钙在肠道中被吸收。在肾脏中，它最初进入肾脏肾囊中形成的超滤液，但所有钙离子都被回收并返回血液。钙被动地从过饱和血液中移出并结晶形成骨骼。在甲状旁腺激素刺激下，主动骨吸收将部分钙返回血液。
鱼类通过不同的机制调节钙。例如，硬骨鱼类从中间部（垂体）分泌生长激素，这会影响钙稳态。硬骨鱼类通常具有无细胞的硬骨，因此这不是动态调动钙的良好来源，因此它们依靠鳞片（和耳朵的淋巴囊）作为钙储存器。
肾上腺
结构和系统发育
肾上腺是一个复合腺体，来自两个独立的系统发育来源。一个是肾上腺皮质组织（= 肾间组织或肾间体interrenal tissue, orinterrenal bodies），它产生皮质类固醇激素。皮质类固醇属于一类称为类固醇的有机化合物。类固醇有三类：参与 (1) 肾脏对水的重吸收和钠的转运（盐皮质激素）、(2) 碳水化合物的代谢（糖皮质激素）和 (3) 生殖（雌激素、雄激素和孕激素）的类固醇。在成人中，雌激素刺激女性生殖道的发育和血管化；雄激素是促进男性第二性征发育的男性化剂；孕激素（= 孕激素）在妊娠期间维持妊娠和子宫壁分泌期。
肾上腺的另一个系统发育来源是嗜铬组织或嗜铬体chromaffin tissue,or chromaffin bodies,，它们产生儿茶酚胺。儿茶酚胺是嗜铬激素，例如肾上腺素和去甲肾上腺素。这些组织的胚胎起源与它们的系统发育起源一样，是不同的（图 15.8）。肾上腺皮质组织起源于邻近泌尿生殖脊区域的内脏中胚层。嗜铬组织起源于神经嵴细胞。
在成年圆口鱼和硬骨鱼中，肾上腺皮质组织与嗜铬体保持分离。在圆口鱼中，肾上腺皮质组织散布在前肾附近的后主静脉沿线。嗜铬细胞成簇存在于肾上腺皮质组织附近，但不与肾上腺皮质组织接触。在硬骨鱼类中，肾上腺皮质组织以散布的簇或围绕后主静脉的条带组织形式出现在前肾内。硬骨鱼类的肾上腺在嗜铬组织解剖学上表现出相当大的差异。嗜铬细胞通常与前肾有关，可能混合在肾上腺皮质组织中，也可能形成完全独立的团块，或两者兼而有之。在板鳃类中，肾上腺皮质组织沿肾脏边缘形成不同的腺体，但嗜铬组织仍然是独立的，由肾脏之间和肾脏前方的细胞簇阵列组成（图 15.9a、b）。在两栖动物中，肾上腺皮质和嗜铬组织混合或相邻，形成肾上腺组织束或排，现在位于肾脏上或附近（图 15.9c）。这两种组织也在爬行动物和鸟类中混合，尽管羊膜动物的肾上腺往往是位于肾脏上或靠近肾脏的独特结构（图 15.9df）。在爬行动物中，从系统发育上讲，肾上腺皮质组织首次获得自己的动脉和静脉血液供应，并且不依赖肾脏和肾门静脉系统来分配其分泌产物。在哺乳动物中，肾上腺皮质和嗜铬组织首次形成皮质（来自肾上腺皮质组织）和髓质（来自嗜铬组织），从而形成复合肾上腺（肾上腺）（图 15.9g，h）。
图 15.8 哺乳动物胚胎中肾上腺的发育（横断面图）。与泌尿生殖脊相邻的间充质形成肾上腺皮质。到达的神经嵴细胞在皮质内定居，形成肾上腺髓质。
图 15.9 脊椎动物的肾上腺组织。 (a) 软骨鱼类。 (b) 硬骨鱼类。 (c) 两栖动物。肾上腺位于肾脏的腹侧表面。 (d) 爬行动物。 (e) 鸟类肾上腺。 (f) 鸟类肾上腺的横截面。 (g) 哺乳动物，显示肾上腺（实心黑色）相对于肾脏的位置。 (h) 哺乳动物肾上腺的横截面。请注意，肾上腺皮质组织形成皮质（黑色），而嗜铬细胞位于核心，形成肾上腺的独特髓质（白色）。 肾上腺皮质组织为黑色；嗜铬组织为白色；肾脏为灰色。由于嗜铬细胞可能稀疏地分散或嵌入，因此在肾上腺系统的大体解剖学中无法总是显示出来。来源：Bentley 之后。
图 15.10 成年哺乳动物肾上腺内的区域。肾上腺皮质内可识别出三个区域：球状带、束状带和网状带。髓质由源自神经嵴的非区域化嗜铬组织组成。
功能
在哺乳动物中，肾上腺皮质产生皮质类固醇。组织学研究显示成人肾上腺皮质内有三个区域（图 15.10）。最外层球状带区域的细胞小而紧凑。肾脏释放激素肾素，这会导致一系列事件，最终刺激球状带细胞释放盐皮质激素（例如醛固酮）。盐皮质激素会影响钠的重吸收，增加肾脏中的钠，产生有利于水潴留的浓度梯度，从而减少尿量并帮助恢复血液和组织中的液体量。肾上腺皮质中部束状带区域的细胞排列成行或索状，中间有血窦。垂体释放的促肾上腺皮质激素 (ACTH) 刺激束状带细胞分泌糖皮质激素，包括皮质醇和主要的皮质酮。这些存在于大多数两栖动物、所有爬行动物和鸟类以及一些哺乳动物中。第三个也是最内层的皮质区域，即网状带的细胞小而紧凑。它们受垂体控制，分泌雄激素和其他糖皮质激素。
在许多哺乳动物（例如灵长类动物）中，在发出生之前，肾上腺皮质的外围存在一个大面积的胎儿区。该区域负责产生循环类固醇，这些类固醇是胎盘中合成的雌激素的化学前体。胎儿区功能障碍会终止妊娠并导致早产。通常，肾上腺的胎儿区在出生时停止运作，此后大小急剧减小。
从哺乳动物皮质中分离出三十多种皮质类固醇，但其中大多数不会被分泌。未分泌的那些似乎是合成释放到血液中的确定激素的中间体。在非哺乳动物脊椎动物中，肾间组织的分区不太明显。在无尾目、爬行动物和鸟类中发现了不同的组织学区域，但这些区域可能是季节性的。
在哺乳动物以外的脊椎动物中，皮质激素主要调节钠的转运以及新陈代谢。除了通过肾小管壁运输钠以外，皮质激素还被认为控制钠通过软骨鱼类的直肠腺、硬骨鱼类的鳃和消化道、两栖动物的皮肤和膀胱以及爬行动物和鸟类的盐腺的运输。
肾上腺最重要的功能之一是协调整个生物体对压力的反应。环境中威胁生命的压力源，例如捕食者或领土竞争者的突然出现，会通过肾上腺儿茶酚胺的释放和交感神经系统的作用，触发生理立即升级到战斗或逃跑准备状态。但与此不同的是转向紧急生命史状态。与战斗或逃跑不同，这种长期生理反应需要几分钟到几小时才能发展，并且可能由意外的环境压力源触发，这些压力源不一定对生存构成直接威胁，尽管可能对整体终身健康有益。可能涉及多种激素，但主要由肾上腺糖皮质激素（如皮质醇、皮质酮）主导长期生命史状态的建立。例如，环境压力源不一定危及生命（如因食物短缺、风暴或栖息地破坏而失去幼崽）可能通过脑-垂体-肾上腺轴（见图 15.26）起作用，以促进紧急生命史生理/行为，其中受影响的个体放弃父母照顾，迁移到气候更适宜的地方，或找到新的合适栖息地。这使个体在生理上适应即时的非生存挑战，并准备好在这些压力源过去后恢复正常的生命史追求。
压力本身在生理上对环境威胁和创伤的调整中起着自然的作用。它调动内分泌系统和神经系统来应对短期或长期的生存挑战，之后生物体恢复到更正常、更舒适的生理状态。然而，在人类和一些圈养动物中，压力可能更强烈或持续时间更长，超出了其作用范围。这会导致病理状况，对免疫系统、心血管系统、肠道和一般新陈代谢产生不利影响，产生压力疾病。对于圈养动物来说，缓解压力通常涉及改善饲养条件；对于人类，正如学生们所理解的，缓解压力来自毕业。
髓质由嗜铬组织组成，形成哺乳动物肾上腺的核心（图 15.10）。与皮质不同，肾上腺髓质中没有明显的组织学区域。该区域产生的儿茶酚胺使生物体做好应对威胁或短期挑战的准备。血液供应通过结缔组织囊到达皮质。血液渗透过窦，浸润皮质组织的索状物，进入髓质内的静脉。此外，髓质由来自囊的血管供应，这些血管穿过皮质而不在其中分支，围绕髓质中的嗜铬细胞索和团块。因此，哺乳动物的髓质接受双重血液供应：一个直接来自囊，一个来自皮质窦。通过皮质窦的第二种血管供应将髓质内的细胞置于皮质的下游；因此，释放到血窦中的皮质激素首先被输送到髓质并作用于髓质，然后才离开肾上腺。这种对嗜铬细胞功能的化学支持的优势尚不完全清楚。在羊膜动物中，肾上腺皮质组织产生糖皮质激素。因此皮质与嗜铬组织一样，以不同的方式影响代谢活动。因此，肾上腺皮质和嗜铬组织之间的紧密联系是由血管建立的，可能在同步活动方面有一定优势。
胰岛
结构和系统发育
胰腺是一个复合腺体，由外分泌部分和内分泌部分组成（图 15.11a）。外分泌部分由向导管分泌消化酶的腺泡组成。内分泌部分即胰岛（朗格汉斯岛），由嵌入外分泌胰腺内的大量内分泌细胞组成（图 15.11b、c）。在圆口鱼和大多数硬骨鱼中，胰腺的外分泌部分和内分泌部分彼此相邻，尽管它们是独立的腺组织群（图 15.12）。在盲鳗中，胰岛位于胆总管底部，而在七鳃鳗中，胰岛嵌入肠道粘膜壁内，甚至肝脏内。在软骨鱼类和腔棘鱼 (Latimeria) 中，胰岛出现在外分泌胰腺的管道周围和内部。在大多数硬骨鱼中，孤立的胰岛组织团块（称为布罗克曼小体Brockmann bodies）分散在肝脏、胆囊、胆管、腹部血管和肠道表面。在少数硬骨鱼类中，胰岛积聚在外分泌胰腺中，但在许多硬骨鱼类中，单独的胰岛聚集成一个团块，称为主胰岛principal islet。在大多数四足动物中，内分泌胰岛通常均匀分布在小团中。在许多鸟类和蟾蜍中，它们形成嵌在胰腺外分泌部分内的叶。
外分泌腺泡和内分泌胰岛均在胰腺憩室中分化，胰腺憩室从胚胎肠道中长出并穿过周围的间充质。将鹌鹑的标记神经嵴细胞移植到早期鸡胚中，结果表明，这些移植的神经嵴细胞会在鸡胰腺中形成副交感神经节，但神经嵴细胞显然对胰岛没有任何贡献。
功能
利用特殊染色，大多数脊椎动物的胰岛内最多可区分出四种细胞类型（表 15.2）。胰岛素由胰岛B细胞产生。胰岛素与其他激素协同作用，控制碳水化合物、脂肪和蛋白质的整体代谢。当这些消化终产物丰富时，这一点尤为重要，因为它通常会间接地促进它们转化为储存形式。胰岛素的作用之一是抑制脂肪分解，促进脂肪合成，从而降低血液中的脂肪酸水平。胰岛素可增强细胞内葡萄糖代谢，抑制肝脏中糖原的分解，但其最重要的功能是与细胞膜结合，促进葡萄糖进入细胞，尤其是骨骼和心肌细胞。因此，随着细胞内葡萄糖水平升高，血糖水平会下降，这种情况称为低血糖症。如果胰岛素产量过低，葡萄糖就无法进入细胞，在血液中积聚，并通过尿液排出。这种情况称为糖尿病，意为甜尿病。以前，医生使用味蕾来诊断这种疾病。由于血液中的葡萄糖水平很高，肾脏对葡萄糖的回收会受到影响，渗透平衡会受到破坏，肾脏回收水分的能力也会下降。因此，尿液会产生大量尿液，导致中世纪将这种疾病描述为“撒尿恶魔”。胰岛素产量不足的另一个结果是，储存的脂肪（甘油三酯）和蛋白质转化为葡萄糖的转化增加，以补充其损失。结果，酮体（脂质代谢的副产物）和尿素（蛋白质代谢）产生，进入血液，在肾脏过滤过程中进一步渗透性地增加尿量。总的来说，患有这种糖尿病的人如果不及时治疗，会面临脱水、昏迷、心力衰竭（因血容量减少）和死亡。
图 15.11 哺乳动物的胰岛。 (a) 胰腺由外分泌腺和内分泌腺组成。 (b) 称为胰岛的血管丰富的组织斑块统称为内分泌胰腺。 (c) 胰岛的扩大部分。来源：Krsti c. 第 605 页之后图 15.12 脊椎动物中胰岛的分布。阴影表示内分泌组织（胰岛），虚线区域表示分泌消化酶的外分泌组织。在辐鳍亚纲中，胰腺组织有两种一般结构，即 i 型和 ii 型。来源：Epple 著。
胰高血糖素由胰岛的 A 细胞产生。它将储存的产品转化为更易于使用的化学物质。因此，它的主要作用与胰岛素相反，因为胰高血糖素通过刺激肝脏将储存的糖原转化为葡萄糖，导致血糖水平升高，称为高血糖症。胰高血糖素对脂质代谢有相反的影响，分解脂肪，从而导致血液中脂肪酸水平升高。胰高血糖素是几种高血糖激素之一，但它对食草动物和禁食肉动物的代谢调节尤其重要。在鸟类和蜥蜴中，它在调节消化终产物的命运方面比胰岛素更重要。
生长抑素由胰岛的 D 细胞产生。它抑制胰岛素和胰高血糖素的分泌，但其生理意义尚不清楚。
胰多肽 (PP) 由胰岛中的 PP 细胞分泌，通常在富含蛋白质或富含脂肪的餐后释放到血液中。显然，这种激素有助于控制胃肠道活动，如促进胃液（尤其是胃酸）在胃中的流动。
垂体
结构
垂体，或称脑下垂体，存在于所有脊椎动物中。hypophysis这个名称是最近才出现的，因为它位于脑下方（hypo 表示在……下面，physis 表示生长）。而另一个名字pituitary已有数百年历史，指的是一种错误的观点，即这个腺体会产生粘液，称为pituita (phlegm)。虽然很小，但这个腺体对身体的大部分活动都有广泛影响。垂体有两个胚胎来源。一个来源是漏斗，是从大脑间脑的腹侧生长出来的。另一个来源是拉克氏囊，是来自消化道的憩室，它向背部生长并与漏斗相连（图 15.13a、b）。漏斗保留了与大脑的连接，并成为神经垂体。 Rathke 囊（腺垂体基板）从其与口腔的连接处分离，成为腺垂体（图 15.13b d）。
腺垂体和神经垂体又分化成我们通过其组织排列（索状和团块）、染色特性（嗜酸性细胞、嗜碱性细胞和嫌色性细胞）或解剖位置识别的区域。三个不同的区域将腺垂体细分为：远侧部、结节部和中间部（图 15.13e）。在所有脊椎动物中，远侧部是腺垂体的主要部分，也是多种激素的来源。它通常分化成叶（头部和尾部）或亚区域（近端和喙部）。结节部位于远侧部前方。它的功能尚不明确，但仅存在于四足动物中。至少在哺乳动物中，它会对褪黑激素作出反应并释放一种激素，而这种激素又与光周期控制催乳素分泌的昼夜节律有关。中间部毗邻神经垂体，通常与cleft有关——cleft是Rathke 囊胚胎管腔的残余。
神经垂体最多可分为两个部分：神经部和更靠前的正中隆起。每个区域都有自己的血管供应。它们之间的垂体短门静脉系统将腺垂体置于正中隆起的下游。神经部有来自全身循环的广泛血液供应，这与垂体的腺垂体的血液供应是分开的。本书避免使用描述性术语前叶和后叶，因为它们与垂体的胚胎划分不是同义词。相反，它们指的是解剖学划分。术语后叶实际上包括来自两个胚胎来源的部分（表 15.3）。首选术语腺垂体和神经垂体分别根据其胚胎起源将垂体与 Rathke 囊和漏斗分开。
图 15.13 脊椎动物垂体的发育。 (a) 幼年胚胎的矢状面，显示 Rathke 囊和残漏斗的形成。 (b d) 两个憩室在胚胎发育过程中接触，Rathke 囊从其在消化道中的来源处脱离。 (e) 成人垂体的解剖学。注意两个胚胎来源是如何结合的。
在原索动物中，脊椎动物的漏斗存在于头索动物中（但显然不存在于尾索动物中），由神经管前部右侧腹侧的一叶代表，该叶沿脊索右侧向下延伸，并终止于哈氏窝的背面附近。脊椎动物的腺垂体存在于哈氏窝（头索动物）或脑下腺subneural gland（尾索动物）中。每个结构都对进入咽喉的水流开放。它们能够直接采样季节性线索并进而通过释放影响生殖腺发育的激素（促性腺激素）来同步生殖活动。
系统发育
鱼类
即使在同一纲的脊椎动物中，垂体的大小和组织也有很大差异。盲鳗的垂体的胚胎来源与其他脊椎动物不同。和其他脊椎动物一样，盲鳗的神经垂体是一个中空的细长囊，从大脑的间脑延伸出来，但没有正中隆起。盲鳗的腺垂体似乎起源于内胚层，而不是口部外胚层。它由嵌入致密结缔组织层但未分化成区域的细胞斑块组成。因此，盲鳗的腺垂体可能与其他脊椎动物的垂体不同源。
虽然盲鳗和七鳃鳗没有中央隆起，但在其他大多数方面，它们的脑垂体与其他鱼类的脑垂体非常相似（图 15.14）。七鳃鳗的神经垂体从大脑的腹侧部分延伸并与腺垂体接触。腺垂体作为外胚层袋出现，但通常与嗅觉器官保持连接，直到变态。中间部和远端部都存在。远端部进一步细分为喙远端部和近端远端部（表 15.4）。
在软骨鱼类和肺鱼的脑垂体中，通常可识别出腺垂体中的至少两个区域（中间部和远端部）和神经垂体中的两个区域（神经部和中央隆起）（图 15.14）。板鳃类垂体还表现出其他特征。板鳃类独有的特征是从远侧部向前突出，称为腹叶，一些内分泌学家称之为腹侧部pars ventralis。Pars ventralis的功能尚不清楚，但由于它分泌一些相同的激素，因此很可能只是远侧部的延伸。板鳃类垂体的血管囊是一种结构特化，源自下丘脑，位于神经垂体上方，但其功能仍然未知。血管门脉系统位于正中隆起和远侧部之间。与七鳃鳗一样，板鳃类的远侧部细分为喙远侧部和近端远侧部。除了肺鱼之外，其他硬骨鱼的垂体在远侧部内可辨认出前部和近侧亚区，存在血管囊，没有腹叶（图 15.14 和表 15.4）。真骨鱼类Teleosts还辨认出两个主要区域，即腺垂体和神经垂体，但与其他硬骨鱼不同，它们没有正中隆起。硬骨鱼下丘脑中的神经元直接伸入腺垂体以激活其分泌细胞。
图 15.14 脊椎动物垂体的系统发育。垂体内的细实线箭头表示从正中隆起到远侧部的血管门管连接。远侧部通常有前部和后部：喙远侧部 (Rpd) 和近侧远侧部 (Ppd) 或头侧远侧部 (Cep) 和尾侧远侧部 (Cau)。哺乳动物的远侧部没有细分。腹叶是腺垂体的投影，是板鳃类所特有的。在一些低等脊椎动物中，存在血管囊 (SV)，它来自大脑的下丘脑。
四足动物
结节部出现在早期四足动物中，并在大多数晚期羊膜动物中持续存在（图 15.14）。因此，四足动物垂体的特征是腺垂体有三个亚部（中间部、远端部和结节部）和神经垂体，神经垂体保留了两个亚部（神经部和正中隆起）。在两栖动物中，腺垂体建立了结节部、远端部（无区域化）和中间部的基本四足动物模式；神经垂体由正中隆起和神经部组成。爬行动物垂体通常符合四足动物模式，但大小和形状差异很大。蛇的腺垂体有裂片，一些爬行动物可能有裂口。在爬行动物的远端部内，可以识别出头叶和尾叶。大多数爬行动物的结节部发育良好，但蜥蜴的结节部减小，蛇的结节部缺失。鳄鱼和鸟类的垂体与其他四足动物的垂体相似，尽管两者都没有中间部。远端部同样由头叶和尾叶组成。发达的中间隆起有时分为前部和后部。许多哺乳动物也没有中间部，在大多数单孔目和therians中，基本模式是明显的：腺垂体有结节部，中间部、远侧部，神经垂体带有神经部和正中隆起（图 15.14 和表 15.4）。
功能
严格来说，神经垂体内的细胞不产生垂体激素。相反，位于其背侧的下丘脑的神经分泌神经元的轴突投射到神经垂体中，它们的分泌物在那里被释放到血管中或暂时储存。除了这些轴突之外，神经垂体内的垂体细胞被认为支持神经分泌神经元，但它们不合成或分泌激素。
与神经垂体细胞相反，腺垂体细胞合成垂体激素。在teleosts中，神经分泌神经元直接投射到腺垂体中，直接控制其活动。对于所有其他具有正中隆起的脊椎动物，下丘脑会间接影响它们的活动。下丘脑的神经分泌神经元投射到正中隆起区域，并在那里将其神经激素分泌到毛细血管中。通过微小的血管门脉连接，这些神经激素通过毛细血管丛运输一小段距离，然后扩散到腺垂体（图 15.15）。这些神经激素是释放激素还是释放抑制激素，取决于它们是刺激还是抑制腺垂体细胞。
从早期的染色方法开始，细胞类型是根据它们与染料的反应来识别的。嗜酸性细胞和嗜碱性细胞分别对酸性和碱性染料有亲和力。嫌色细胞不与染料反应。虽然这些术语仍然可用于描述目的，但新的染色和更好的激素识别技术表明，一种细胞类型可能产生几种不同的激素。
图 15.15 垂体内的血管供应和循环。请注意正中隆起和远侧部之间的短垂体门脉分流。神经部单独的毛细血管供应来自全身循环。神经分泌神经元将神经激素释放到这两个毛细血管网络中。进入正中隆起的神经激素被输送到远侧部内的细胞。神经部释放的神经激素进入全身循环。
神经垂体
在哺乳动物的神经部中已发现两种由下丘脑的神经分泌细胞合成的激素。一种激素是加压素，它作用于外周小动脉壁的平滑肌，使其收缩。血流阻力增加并导致血压升高。如果生物体失血量较大，颈动脉中的压力传感器会检测到血压下降，并通过反射控制下丘脑刺激增加加压素的分泌。
加压素也称为抗利尿激素 (ADH)，因为它促进肾脏内的水分保存（图 15.16a）。如果哺乳动物脱水，下丘脑的神经分泌神经元会释放 ADH 到神经垂体，在那里 ADH 被血液吸收并输送到肾脏。ADH 作用于肾集合管壁，使其对水具有高度的渗透性；因此，水从小管流入高渗间质液并形成浓缩尿液。在没有 ADH 的情况下，集合管壁仍然不透水。重新吸收的水分较少，尿液丰富而稀释。在疾病或肿瘤阻碍抗利尿激素充分释放的病理条件下，会排出大量稀释尿液，这种疾病称为尿崩症。因此，患者会不断感到口渴，并喝大量的水来补偿。
在神经部发现的第二种激素是催产素。它的目标组织是子宫肌层、子宫平滑肌层和乳腺的收缩性肌上皮细胞。在怀孕后期，血液中的催产素水平会增加，这使其在分娩期间的子宫收缩中发挥作用。哺乳的新生儿通过感觉神经发起反射，最终刺激下丘脑的神经分泌神经元在神经部的末端释放催产素。血流将激素输送到乳腺，在那里它促进外分泌乳腺壁上的肌上皮细胞收缩。开始吸吮后约一分钟，乳汁开始从乳头或乳头流出（图 15.16b）。
催产素在分娩过程中自然子宫收缩中的作用使其在医学上用于人工引产。在脊椎动物中，它在排卵或分娩期间促进输卵管有节奏地收缩，在雄性中，它刺激精子在排卵或分娩期间收缩。催产素值得我们感谢，因为它能使男性和女性生殖器官的平滑肌有节奏地收缩，从而产生性高潮的感觉。
图 15.16 哺乳动物神经部中的激素。 (a) 加压素通过一系列复杂的步骤恢复水分平衡。 (b) 催产素促进哺乳时乳汁的释放。乳头触觉刺激产生的冲动首先通过传入神经传递到大脑，然后传递到下丘脑。当神经分泌细胞被这些传入神经激活时，它们会制造并释放催产素。神经部释放的催产素通过血液输送到乳腺，在那里它刺激收缩性肌上皮细胞，导致乳汁的释放。
腺垂体
腺垂体内已发现六种主要激素。生长激素 (GH) 可能以肝脏为目标，肝脏通过分泌胰岛素样生长因子来作出反应，这种生长因子介导 GH 对生长和代谢的一些影响。GH 还会对整个身体产生影响，包括增加蛋白质合成、增加脂肪酸动员和降低葡萄糖利用率。在幼年动物中，生长激素水平不足会导致垂体侏儒症，而生长激素水平过高则会导致垂体巨人症。肢端肥大症是第 611 页成年人中发生的一种疾病，由于青春期后释放的生长激素过量导致软骨不成比例地增生。在哺乳动物中，催乳素 (PRL) 促进乳腺发育和怀孕期间的泌乳。在鸟类中，催乳素在迁徙前的育肥过程中刺激脂质合成并支持育雏行为。在某些物种中，催乳素会刺激育雏斑的出现，育雏斑是胸部皮肤上一个被毛覆盖、血管丰富的区域，贴在孵化的蛋上以保暖。在鸽子和相关鸟类中，催乳素促进嗉囊乳汁的分泌，嗉囊乳汁是一种在嗉囊中产生的营养液，用于喂养雏鸟。在蜥蜴中，催乳素影响尾巴的再生，在两栖动物中，催乳素影响生长。在硬骨鱼类中，催乳素在渗透调节中起重要作用，尤其是在产卵期间从咸水迁徙到淡水的洄游鱼类中。促甲状腺激素或促甲状腺激素 (TSH) 刺激甲状腺合成并释放 T 3 和 T 4 到血液中。腺垂体释放促性腺激素，通常是两种影响生殖腺和生殖道的激素。腺垂体产生的主要促性腺激素是促卵泡激素和促黄体激素。促卵泡激素 (FSH) 水平升高会诱导选定卵泡的发育。在雄性中，FSH 启动并帮助维持精子发生，尽管这个术语对于这种情况似乎不合逻辑。促黄体激素 (LH) 在雌性中起作用，以最终完成卵泡的成熟。LH 水平升高会促进排卵。排卵后，它会促进卵泡细胞重组为黄体。在雄性中，促黄体激素（更恰当地称为间质细胞刺激激素 (ICSH)）会刺激睾丸间质细胞分泌睾酮。总体而言，LH 和 FSH 会刺激雄性和雌性体内的雄激素和雌激素合成。有时，雌性产生的雄激素水平高于同一物种的雄性；雄性（例如种马）会产生雌激素。越来越多的证据表明，雄激素在雌性和雌性中发挥作用，尽管尚未明确界定。
图 15.17 青蛙皮肤的黑色素细胞。黑色素细胞位于外皮，对促黑素细胞激素有反应，分散色素颗粒使皮肤颜色变深（左），或在没有促黑素细胞激素的情况下，集中色素颗粒使皮肤颜色变浅（右）。
促肾上腺皮质激素或促肾上腺皮质激素 (ACTH) 刺激肾上腺皮质释放糖皮质激素。
促黑素细胞激素 (MSH) 位于中间部。它的目标是melanophores，即皮肤的色素细胞。几分钟内，MSH 就会影响黑色素细胞内的黑色素分布，改变低等脊椎动物皮肤的暗度。刺激会导致色素黑色素分散到黑色素细胞的固定细胞质伪足中，从而使皮肤变黑。在没有 MSH 的情况下（或通过松果体产生的褪黑激素抑制），色素颗粒聚集在细胞中心。总体效果是使皮肤变白（图 15.17）。在鸟类和哺乳动物中，皮肤色素沉着是由于黑色素颗粒释放到皮肤、羽毛和头发中。MSH 可能会在长期或季节性的基础上增加色素的产生。
曾经，“melanocyte”一词被用来指代 MSH 导致黑色素增加合成但细胞内无色素移动的色素细胞。melanophores是另一种细胞类型，其中黑色素在细胞内移动以响应 MSH。然而，发现既合成又移动的细胞，这使人们对如此严格区分的实用性产生了怀疑。我将使用melanophore来涵盖两者，但您应该准备好了解其他教科书中的不同用法。
生殖腺
除了产生配子外，生殖腺还产生支持第二性征的激素。在人类中，这些激素包括阴毛、男性面部毛发、女性乳腺、为生殖做准备的性管和性欲的维持。在男性中，聚集在曲细精管之间的间质细胞（Leydig 细胞）会产生雄激素。主要的雄激素是睾酮。在女性中，卵巢的内分泌组织包括卵泡、黄体和间质组织。产生的主要激素是雌激素（例如雌二醇）和孕激素（例如孕酮）。本章后面将更详细地讨论生殖的内分泌协调。
松果体
不成对的松果体或epiphysis是中脑的背部外翻。它是中脑顶部外翻复合体的一部分，我们将在第 17 章介绍感光器官时更详细地介绍它。在某些脊椎动物中，松果体会影响对光辐射的感知。例如，在某些化石脊椎动物中，松果体插入颅骨的一个开口，称为松果孔，仅被一层薄薄的外皮覆盖。这可能使松果体能够对光周期的变化作出反应。在一些现存脊椎动物中，这种腺体仍然位于皮肤下，但更多的时候它位于颅骨下。尽管如此，低等脊椎动物的松果体内存在感光细胞，表明这种腺体可能参与检测季节性或每日光照时间表。松果体还被证明能调节各种脊椎动物的生殖周期。
图 15.18 一些哺乳动物的胃肠道激素。图中标出了释放部位和对靶组织的影响。激素促进或抑制分泌活动分别用加号 (+) 和减号 (-) 表示。胆囊收缩素 (CCK)。
早期的希腊解剖学家推测松果体调节思维流动。缺乏证据并没有阻止后来关于松果体是灵魂所在地的猜测。1927 年，当从地面松果体中提取的提取物被放置在有青蛙蝌蚪的水族箱中时，首次实验暗示了内分泌功能。蝌蚪的皮肤变白，表明提取物影响了黑色素细胞。后来，负责这种影响的激素被分离出来，称为褪黑激素。然而，后续研究却令人沮丧。松果体似乎调节正在进行的活动，而不是启动活动。在低等脊椎动物中，它显然会影响皮肤中的黑色素细胞，但在鸟类和哺乳动物中，这一作用不那么重要。如上所述，大量研究表明松果体调节季节性生殖模式。在爬行动物和鸟类中，松果体可能有助于组织日常或昼夜节律。随着环境温度升高，松果体会介导袜带蛇求偶行为的开始。在哺乳动物中，切除松果体或注射松果体提取物的实验提供了间接证据，表明松果体可能参与腺垂体释放促肾上腺皮质激素、增加加压素分泌、抑制甲状腺活动，甚至刺激免疫系统的组成部分。
次级内分泌腺
一些在内分泌调节以外的活动中起核心作用的腺体还会释放由血管系统携带到反应组织的化学物质。此类腺体在内分泌系统中起次要作用。通常，它们释放的激素可帮助这些次级内分泌腺调节自身的主要活动。消化道和肾脏就是两个例子。
胃肠道
消化道的主要功能当然是消化。消化道壁产生的化学物质会刺激或抑制胃肠道或相关消化器官（如肝脏、胰腺）中的靶组织。这些化学物质直接分泌，而不是通过管道排出。因此，消化道作为内分泌器官发挥次要作用。
当食物进入羊膜动物的胃时，胃粘膜会释放激素胃泌素（图 15.18）。胃泌素进入血液并被输送到胃部，在那里刺激胃分泌胃液分泌。当胃将搅拌和酸化的食物排入十二指肠时，肠粘膜会释放促胰液素。促胰液素刺激胰腺释放高碱性胰液，以缓冲来自胃的酸性食糜。肠粘膜也会释放肠胃素，抑制胃液进一步分泌和移动。脂肪、蛋白质和酸会刺激肠粘膜分泌胆囊收缩素 (CCK) 或胆囊收缩素-胰酶素 (CCK-PZ)。最初，胆囊收缩素被认为是两种激素（因此有连字符替代名称），因为它具有两种功能。它刺激胆管底部括约肌松弛、胆囊收缩以及胆汁流入十二指肠，胆汁在十二指肠作用于脂肪。胆囊收缩素还能刺激胰腺分泌含有消化酶的胰液（图 15.19）。
图 15.19 内分泌控制消化。当食物进入消化道（1）时，会刺激胃肠激素的释放（2）。这些激素进入循环系统，通过肝门静脉（3）到达肝脏，然后到达心脏。从心脏，它们通过腹腔动脉（4）运输回消化道。到达胰腺后，这些胃肠激素会刺激胰酶的释放。这些胃肠激素中最重要的是胆囊收缩素，它会触发外分泌胰腺释放消化酶并释放胆汁。胃肠激素促胰液素促使胰腺释放碳酸氢盐，帮助中和从胃进入十二指肠的酸性食糜。另一种胃肠激素葡萄糖胰岛素促泌肽 (GIP) 刺激内分泌胰腺释放胰岛素，如实心箭头所示 (5)。消化的最终产物之一是葡萄糖 (6)，它通过肠壁吸收 (7) 并通过肝门静脉运输到肝脏 (3)。来源：Elias 和 Pauly 。
自从发现这些胃肠激素以来，人们发现了其他具有更多限制作用的激素。例如，肠粘膜释放的肠分泌素会增加肠液的产生。当我们在本章后面讨论内分泌调节的演变时，我们将更详细地研究消化器官的内分泌功能。
肾脏
肾脏主要排泄含氮废物并发挥渗透调节功能，但同时也是内分泌器官（图 15.20）。当血压下降时，包裹在肾小管周围的肾小球旁细胞会释放激素肾素。肾素引发一系列变化，最终导致血压升高。它催化血液中的血管紧张素原转化为血管紧张素 I，后者在肺和其他器官中也转化为血管紧张素 II。血管紧张素 II 是一种血管收缩剂，它还通过刺激肾上腺释放醛固酮来增加血容量。醛固酮使肾脏的远端小管重新吸收更多的钠，从而导致水的重吸收增加，随后血容量增加。血管收缩和血容量增加共同导致血压升高。
图 15.20 肾脏作为内分泌器官。肾脏血管中的血压下降会导致肾素的释放，肾素是一种激素，可催化血管紧张素原转化为血管紧张素 I。在肺部和其他地方，血管紧张素 I 转化为血管紧张素 II，这间接导致肾脏保留更多水分，并通过刺激下丘脑促进饮水行为增加。两者都会增加血容量，从而增加血压。血管紧张素 II 还充当血管收缩剂，进一步导致血压升高。
流经肾脏的血液中氧气含量降低会刺激肾脏细胞产生促红细胞生成素 (EOP)。EOP 是一种激素，可刺激哺乳动物造血组织产生红细胞。有时，人类运动员，尤其是耐力运动项目的运动员，会偷偷地非法服用人工剂量的 EOP 来增加携氧血细胞的数量，从而提高运动成绩。这些作弊者会通过检测异常高水平的 EOP 被发现。但由于 EOP 是一种天然激素，因此此类测试可能会引起争议。
内分泌协调
到目前为止，我们已经调查了内分泌腺、它们的激素及其靶组织。接下来，我们将研究内分泌腺相互作用以协调活动的两种方式。让我们首先考虑哺乳动物的生殖。哺乳动物生殖雄性在雄性中，腺垂体释放 FSH 和 LH 对睾丸有直接作用（图 15.21）。FSH 在控制精子发生方面起着重要作用。LH 作用于睾丸间质细胞，促进雄激素的产生，尤其是睾酮。首先，睾酮调节第二性征（包括鹿角和色彩鲜艳的羽毛）、性冲动和附属性腺的发育和维持。其次，它促进精子发生。第三，睾酮对腺垂体有负反馈作用，限制 LH 的产生，从而防止这种促性腺激素的过量产生（图 15.21）。雌性在雌性中，脊索动物卵巢内的卵母细胞被来自卵巢上皮的卵泡细胞包裹。在大多数四足动物中，每个卵巢都容纳数百或数千个被卵泡细胞包裹的卵母细胞。然而，只有少数卵泡会真正成熟，并在排卵期间释放卵子，从而实现受精。随着卵子成熟，包裹卵泡细胞的单层内层会增生，变成增厚的多层颗粒层。在成熟后期，颗粒层内会出现充满液体的空间，并融合成充满液体的单个腔窦。此外，卵巢内的结缔组织细胞在卵泡周围形成一层外层，称为卵泡膜。排卵后，卵泡变成黄体。外层仍然是结缔组织囊，但内层变成内分泌层，是颗粒层细胞合成雌激素所需的雄激素来源。颗粒细胞变成颗粒黄体细胞，构成黄体的大部分，而膜细胞则以膜黄体细胞的形式存在，形成黄体的外囊。黄体最终退化，产生不断退化的白体。排卵前卵泡退化，产生闭锁卵泡（图 15.22）（见第 615 页 14 章）。图 15.21 雄性哺乳动物的促性腺激素。促卵泡激素 (FSH) 促进精子发生。黄体生成素 (LH) 刺激睾丸间质细胞释放睾酮。睾酮反过来帮助男性维持第二性征，并抑制促性腺激素的分泌。激素促进和抑制活动分别用加号 (+) 和减号 (-) 表示。框注 15.1 女性口服避孕药 在很大程度上，医学上成功研发出了女性口服避孕药而男性口服避孕药却未能成功，这可以归因于两性在生殖功能的天然激素控制方面的内在差异。 由性激素介导的避孕是人类女性每月一次的正常现象。 黄体产生的孕酮通过抑制新的促卵泡激素的释放来抑制进一步排卵。 因此，虽然分泌了孕酮，但不会产生 FSH，不会有更多的卵泡成熟，不会释放卵子，也不会发生受精。 口服避孕药试图模仿这一系列自然事件。 女性口服避孕药中含有孕酮，它通过抑制 FSH 的分泌来防止排卵。 但这意味着服用口服避孕药的女性不会形成黄体；因此，黄体不会产生孕酮和少量的雌激素。对口服避孕药原始配方的修改之一是将雌激素添加到孕酮中，以弥补缺失的黄体及其对雌激素和雌激素的分泌。另一种修改是调整所施用的孕酮水平。通常，口服避孕药中的孕酮水平较低，以满足女性的个人需要。图 15.22 哺乳动物卵泡的成熟。在进入第一个生殖季节的雌性中，卵巢中充满了卵母细胞，这些卵泡细胞被包裹在卵泡细胞中，自从原始生殖细胞在胚胎发育过程中首次在卵巢中定殖以来，这些卵泡细胞就一直处于静止状态。在繁殖季节开始时，激素会刺激其中一些卵泡的成熟。卵泡细胞增殖、成熟并包围卵泡窦，即卵泡内充满液体的空间。排卵时，成熟的卵泡破裂，释放卵子和一些附着的卵泡细胞。卵子释放后，卵泡壁形成黄体，黄体在一段时间内继续发挥内分泌作用。如果没有怀孕，卵巢会迅速恢复，使动物恢复到生殖准备模式。然后黄体退化，并作为结缔组织的残留斑块，即白体。如果卵泡在排卵前退化，退化的卵泡会形成闭锁卵泡，这种卵泡曾被认为没有进一步的功能但现在认为它们可能保留了内分泌作用，因为它们有助于卵巢间质腺参与类固醇的合成。卵泡成熟的过程在哺乳动物中最为常见，尤其是人类。激素促进卵泡成熟，同时使子宫做好接受受精卵的准备（图 15.23a）。主要包括四个步骤。首先，孕酮水平下降伴随着 FSH 水平上升。随着 FSH 水平升高，选定的卵泡开始成熟。为什么卵巢中只有某些卵泡有反应而其他卵泡没有反应尚不清楚。在有反应的卵泡中，薄薄的一层卵泡细胞分裂产生增厚的细胞层。内部充满液体的空间，即窦的前身，也出现了。其次，随着卵泡在持续的 FSH 刺激下生长，内页 616 颗粒细胞会分泌更多雌激素。此时，雌激素有两种作用。它刺激子宫内膜增生，并通过作用于下丘脑间接促进促黄体生成素 (LH) 的分泌，下丘脑分泌促性腺激素释放激素 (GnRH)，而促黄体生成素 (LH) 实际上会刺激 LH 的释放。 附框 15.2 避孕药 男性精子的产生并不遵循每月节律。精子或多或少是连续产生的，因此男性不会像女性那样发生周期性的激素介导避孕。这排除了在男性身上模仿自然避孕过程的可能性。相反，生产男性口服避孕药的策略是直接抑制 FSH 的分泌。当然，这不能用黄体酮来实现。如果可以的话，副作用将产生不育但女性化的男性。其他足以阻止精子产生的睾丸功能激素干扰通常具有类似的不良副作用。但最近也有一些希望。研究人员测试一种实验性抗癌药物，希望确保它不会对健康细胞产生负面副作用。因此，他们在老鼠身上进行了试验，并寻找任何副作用。令他们惊讶的是，他们发现，作为一种副作用，它起到了男性避孕药的作用。当注射到老鼠体内时，它们的睾丸停止产生精子；当停止用药时，精子又恢复了。后续实验正在进行中。如果它最终在人身上起作用并且是安全的，它将提供一种无激素的方法，让男性控制他们的生殖努力。图 15.23 人类女性的卵巢和子宫周期。（a）卵泡成熟和伴随的子宫内膜增厚。子宫内膜增厚，然后进入分泌期，以期接受受精卵。卵泡是一种内分泌腺，它会随着腺垂体中 FSH 和 LH 水平的升高而释放出越来越多的雌激素。雌激素水平升高通过下丘脑起作用，释放出促性腺激素释放激素 (GnRH) 激增，从而刺激促黄体激素 (LH) 激增，导致排卵。排卵后，破裂的卵泡会以黄体的形式持续存在。这种经过修饰的内分泌组织仍会产生一些雌激素；但是，它主要产生孕酮，孕酮会抑制 FSH 的产生并暂时阻止更多卵泡的成熟。孕酮还会刺激子宫维持适合植入胚胎的环境。如果植入失败，黄体会在周期的第 28 天左右解体，孕酮水平会下降，FSH 会释放，从而使卵泡发育周期重新开始。（b）如果怀孕，第 617 页胎盘释放的绒毛膜促性腺激素最初会支持黄体，黄体会分泌孕酮以在植入期间和植入后维持子宫壁。这种相互的激素支持会持续到妊娠第三个月左右，此时胎盘开始分泌孕酮。此时黄体会缓慢退化。第三，LH 释放导致排卵。成熟的卵泡破裂并释放卵子。此后，LH 促使破裂的卵泡合并到黄体中。第四，黄体接管由卵泡发起的雌激素分泌功能，尽管此时分泌水平较低。此外，黄体会产生孕酮。孕酮是一种乐观的激素，促进子宫为受精卵做准备的最后阶段。此外，孕酮会抑制垂体分泌 FSH；因此，此时不会再有卵泡成熟。在人类中，如果没有怀孕，黄体生长所需的激素支持会在 10 到 12 天后下降，并恶化。当这种情况发生时，它会退化，变成一块疤痕组织，即白体。随着黄体的衰退，雌激素和孕激素水平会下降，FSH 和 LH 分泌增加，周期重新开始。如果怀孕，绒毛膜促性腺激素 (CG) 会刺激黄体生长。CG 是由植入子宫壁的胚胎形成的残留胎盘产生的（图 15.23b）。真兽类的 CG 负责维持黄体，而黄体又会产生孕酮来维持容纳植入胚胎及其残留胎盘的子宫。在人类中，黄体、胎盘和正在生长的胚胎以这种相互的方式相互维持，直到怀孕第二个月左右。此后，黄体会缓慢退化。然而，在怀孕的这个阶段，黄体退化以及随之而来的孕酮（和雌激素）输出下降并不会引起月经和植入胚胎的丢失，因为此时胎盘本身正在产生孕酮（和雌激素）来维持自身。红大袋鼠（Megaleia rufa）的生殖周期说明了内分泌系统和神经系统如何协调生殖过程（图 15.24a c）。像大多数有袋动物一样，红大袋鼠的妊娠期很短。雌性大袋鼠可以抚养多达三只处于交错发育阶段的幼崽。她的生殖道旨在容纳处于不同成熟阶段的胚胎。排卵在两个卵巢之间交替进行。胚泡进入中央阴道管，在短暂的妊娠期间在那里发育。随后交配产生的精子沿着阴道侧管移动，不会与胚胎相遇。出生后，幼崽（现在称为幼崽）移入育儿袋并开始从乳头吸吮。通过传入脑垂体的神经，吸吮会刺激催乳素的释放并导致促性腺激素减少。由于这些激素变化，卵巢黄体受到抑制，孕酮产量下降。没有孕酮，子宫不再促进下一个囊胚的发育。囊胚的发育会暂时停止，进入胚胎休眠期（见第 14 章）。当成长中的幼崽开始试探性地离开雌性育儿袋时，吸吮刺激的强度会降低，促性腺激素水平会上升，刺激黄体，孕酮水平也会上升。雌性会进入发情期并交配。休眠期的囊胚恢复发育并完成妊娠。新生囊胚移至育儿袋并附着在可用的乳头上。再次，吸吮刺激会阻止新囊胚的发育，并使其进入胚胎休眠期。在吸吮过程中，乳汁的成分也会发生变化。随着幼崽的成长，乳汁中的脂肪含量会增加。幼崽死亡或过早移走会导致催乳素减少，垂体促性腺激素分泌增加。因此，黄体被重新激活，孕酮分泌增加，囊胚的发育恢复。雌性进入发情期并通常会交配。但是，诸如短光照周期等环境事件可能会产生与吸吮幼崽类似的影响。如果幼崽在秋天被移走，囊胚可能要到春天才能恢复发育。青蛙的变态 青蛙的变态是内分泌系统介导的复杂生理过程协调的极好例子，该过程涉及神经、分泌和血管反应。 青蛙蝌蚪经历三个发育阶段（图 15.25a c）。 第一个变态前阶段的特点是体型增长。 在第二个变态前阶段，最显著的变化是后肢的发育，尽管体型仍会继续增长。 第三阶段是变态高潮，此时蝌蚪变成幼蛙。 前肢出现，喙消失，嘴变宽，尾巴被吸收。 每个阶段都涉及激素、发育事件和神经系统。 在变态前期，腺垂体会产生高水平的催乳素，这会刺激生长但会抑制变态。腺垂体也会自主产生少量促甲状腺激素 (TSH)，无需下丘脑的任何提示。TSH 刺激甲状腺分泌甲状腺素，但分泌量不足以启动变态。在发育的早期阶段，垂体的中线隆起对甲状腺素没有反应，因此仍未发育。因此，在变态前期，蝌蚪会长大，但其他变化很少发生（图 15.25a）。在变态前期，中线隆起对甲状腺素有反应，并开始发育，建立了一个适度但完整的门脉系统，允许神经激素通过从下丘脑传输到腺垂体。神经激素促皮质素释放激素 (CRH) 会刺激分泌越来越多的 TSH。TSH 水平升高会刺激甲状腺产生更多的甲状腺素。现在，变态通过额外的变化继续进行。甲状腺素 (T 4 ) 加速转化为 T 3 ，加上靶组织上出现对甲状腺激素有反应的受体，导致后腿发育（图 15.25b）。第 618 页图 15.24 红大袋鼠 (Megaleia rufa) 的生殖激素和神经控制。 (a) 在任何时候，雌性可以抚养处于不同发育阶段的三只幼崽：一个囊胚、一只小袋鼠和一只小袋鼠。图表显示了这三次怀孕的交错过程。在第一个 33 天的妊娠期结束时，会发生第一次分娩。雌性再次进入发情期并交配，导致怀孕。然而，第一只幼崽，现在被称为幼崽，进入育儿袋并将嘴巴贴在乳头上。它的吮吸刺激（通过传入垂体的神经刺激）催乳素水平上升和促性腺激素水平下降。因此，黄体分泌的孕酮减少，所以子宫不再能够支持第 619 页第二个胚胎的发育。现在第二个胚胎进入胚胎休眠期。随着第一只幼崽变得更加独立并开始从育儿袋中出来，吮吸刺激减弱，催乳素水平下降，促性腺激素水平上升。高促性腺激素水平会再次刺激黄体。孕酮水平恢复高水平，第二个胚胎被重新激活，完成妊娠并寄居在育儿袋中。此时，雌性可能进入发情期，交配并再次怀孕。第三次怀孕的发育由育儿袋中第二只幼崽的吸吮刺激控制。如果幼崽过早从育儿袋中取出或死亡，胚泡会恢复发育，雌性会再次进入发情期。如果她怀孕了，这个过程会重复。第一只幼崽在从育儿袋中开始进食大约四个月后才完全断奶。（b）雌性红大袋鼠的生殖道。交配后，精子会向上迁移到阴道侧管。中央阴道管通常容纳胚泡。（c）幼袋鼠附着在乳头上。随着幼袋鼠的成长，乳腺会扩大以提供更多的乳汁。较大的乳头仍在被幼袋鼠吸吮。请留意小袋鼠的大前臂，它用这条前臂将自己从子宫拉到育儿袋中。来源：（a）根据 Short，1972 年修改；（b）根据 G. G. Sharman，1967 年修改。
附框文章 15.3 阉鸡、骟马和歌唱巨星：阉割及其后果如果在年幼时进行阉割，公鸡会变得多汁，种马会变得稳重，而雄性可能会成为更好的歌手。阉割意味着切除生殖腺、卵巢或睾丸，因此，它适用于雌性和雄性。但至少在哺乳动物中，睾丸悬挂在体外，容易接近。彻底的切除会摘除配子，使个体不育，但这也会提取密切相关的内分泌组织，从而使个体失去一些通常控制生理和实施行为的激素。阉割的生理和行为后果取决于阉割的年龄。一般来说，阉割越早，后期后果越严重。当然，个体的基本性特征源自其基本遗传特征，但随着个体的成熟，其性别印记会扩散到躯体组织。第二性征与适当的行为一起出现，以展现这些青春期的解剖特征。在鸟类中，生殖腺是通过身体的侧面进入的。在皮肤上切开一个细缝，将生殖腺从体腔背壁的位置挖出。阉割后的幼公鸡称为阉鸡。除了使鸟类的肉更美味之外，这种手术还消除了它们好斗、自大的行为，使它们在农场周围不那么令人讨厌。一匹天赋异禀的种马可能是一种意志坚定的野兽，尤其是在发情的雌性周围。养马的人发现这很烦人。不必要的繁殖会导致不想要的小马驹出现不想要的特征。偶尔，母马会注射黄体酮来抑制发情，减少它们的调情行为，并削弱它们对种马的诱惑力。但更常见的是，在种马还是小马驹时阉割它，产生一匹阉马来解决这个问题。这也能减少雄性在种马周围的好斗性，这对饲养和赛马的人来说是一大帮助。阉马可能性格更容易管理，但它们当然是在赛马生涯结束后，阉马将无法生育，也失去作为种马的经济价值。偶尔，一匹阉马会赢得一大笔奖金或一场享有盛誉的比赛，而它的主人考虑到它作为种马的价值已经丧失，只能想，哎呀。纵观人类历史，战争或工作事故，或对小偷或叛徒的故意惩罚，都会导致男性被阉割。有时，男人被阉割以产生后宫守护者，将他们变成被认为是安全的人类阉马。但在欧洲，故意阉割青春期前的男孩成为一种新时尚。事实上，到 18 世纪中叶，这种做法非常普遍，仅在意大利，每年就有超过 4,000 名男孩被阉割。推动这种做法的原因是人们发现被阉割的男孩成年后有时会形成独特的歌喉。对这些声音的需求首先在合唱团中增长，然后是在歌剧中。这些唱歌的太监就是阉人（castrato，唱歌），他们的声音非常独特，既不是男高音，也不是女高音。他们中的许多人可能成为人类历史上最伟大的声乐艺术家。那些拥有独特嗓音的少数人曾在大批崇拜他们的公众和慷慨的皇室成员面前演唱。他们获得了丰厚的经济回报，并在整个欧洲享有摇滚明星般的名声。阉人的声音是从哪里来的？声带由两部分组成：坚实的软骨部分和更柔韧的膜状部分。膜状部分越短越薄，唱出的声音就越高亢越灵活。男女幼儿的声带大小和长度大致相同。当孩子进入青春期时，会发生许多生理和解剖变化，这些变化是由伴随的内分泌变化引起的。对于男孩来说，睾丸中雄激素（间质细胞）水平升高会刺激第二性征的发育，包括声带变长和变厚，从而使男性声音变低沉。女孩的声带也会变厚和变长，但不像男孩那样明显，因此女性的自然声音会更高。但是，阉割男孩的声带发育与正常男孩和女孩的声带非常不同。声带的膜状部分不会变大，而是像儿童一样短。阉人经常被描述为拥有超凡脱俗的声音。他们唱得比大多数女高音更高、更甜美、更敏捷。目前尚不清楚这些解剖特征是如何产生独特的歌声的。（社会对声音感兴趣，而不是科学。）最有可能的是，阉人的声带比大多数成年女性的声带更短、更薄。再加上意大利音乐学院的强化音乐训练，产生了那些高亢、天使般的声音。她们的声音甜美而有力，部分原因是与大多数身材较小的女歌手相比，阉人拥有更大的胸腔、肺活量和体力。但阉割也有副作用。阉人往往会在更典型的女性臀部、臀部和乳房部位出现皮下脂肪增多的情况。阴毛呈女性模式（斑块）而非男性模式（分散）。她们没有胡须。最明显的是，胳膊和腿通常很长。在青春期，骨骺板通常会骨化，长骨不再变长，生长停止。但在缺乏雄激素的情况下，阉人的长骨继续伸长，导致她们拥有不成比例的高大阉人外表，17 世纪报刊上的漫画经常嘲笑这种外表（框图 1）。目前尚不清楚为何最初要对男孩进行阉割。一种观点认为，根据圣保罗的格言“让妇女在教堂里保持沉默”，教皇国禁止妇女在教堂唱诗班唱歌。但妇女确实在一些教堂唱歌，特别是在农村地区。对阉人歌手的需求似乎更有可能与她们声音的吸引力有关。大约在十五世纪中叶，一种非常复杂的清唱形式发展起来，需要极其熟练和熟练的女高音。青春期前的男孩经常被训练唱这些部分，但当他们成为专业歌手时，他们经历了青春期，他们的声音变了。随着这种音乐风格在下个世纪进一步发展，阉人歌手开始取代童星歌手，并因其在意大利教堂中赞美上帝的特殊、精神的声音而受到追捧。阉人歌手很快在世俗世界中得到了很多青睐和更好的经济回报。17 世纪后期的歌剧是一种新的、不断扩展的、流行的娱乐活动。随着越来越多的阉人演员出现在歌剧中，音乐也开始以他们的声音为特色。一种新的歌剧形式——正歌剧，展示了阉人演员的力量、灵活性和激动人心。阉人歌剧是阉人歌剧的鼻祖。蒙特威尔第、斯卡拉蒂和亨德尔都为阉人歌剧创作了歌剧。莫扎特在《伊多梅纽斯》（1781 年）和《狄托的仁慈》（1791 年，他逝世的那一年）中为阉人歌剧创作了部分角色。如今，全世界都缺少阉人歌剧（谢天谢地）。但这些歌剧和许多巴洛克歌剧仍在为欣赏它的观众制作。在目前的制作中，阉人歌剧部分通常由女高音和女中音作为配角演唱。但音乐并不是用原始乐器演奏的。没有阉人歌剧，今天的观众就听不到作曲家想要创作的、巴洛克观众喜欢的歌剧了。第 620 页框图 1 两位阉人歌剧演员在亨德尔歌剧中表演的 18 世纪漫画。艺术家将他们描绘成高高耸立在女搭档上方，以此嘲讽被阉割的男性常常出现的异常长臂和长腿的身体畸形之一。来源：摄影：The Print Collector/Print Collector/Getty Images。想象一下听到最著名的阉人之一法里内利 (1705 1782，生名卡洛布罗斯基) 的演唱会是什么感觉。他享有近乎神话的地位。他充分利用自己雌雄同体的美貌和身高，在舞台上占据主导地位。但是，真正让他成为有史以来最伟大的歌手之一的却是他的声音，他的声音因其美丽、纯净、灵活和力量而备受赞誉。据报道，他的音域跨越三个半八度，据说他可以一口气唱出 250 个音符。当时的记述充斥着他美妙的嗓音，这也许可以解释为什么表演结束后，观众们欣喜若狂，高呼“eviva il coltello”（刀子万岁）。尽管阉人数量众多、人气颇高，但故意阉割却被正式禁止。天主教会将故意阉割男童的人逐出教会。但名利诱惑太大。为了让教会满意，每个阉人都有自己的生殖腺被切除的故事。一个是从马上摔下来导致被阉割的，另一个则讲述被野猪袭击的故事。简单的解释用完了，掩盖的故事变得更加离奇。一个阉人声称被一群鹅袭击，并咬掉了他的睾丸。音乐学者估计，在巴洛克时期的鼎盛时期，70% 的男歌剧演员都是阉人。由于教会的禁令，阉割的材料和方法没有很好的记录。显然，要么睾丸被切除，要么血液供应被切断。在注射鸦片等药物后，男孩被放入热水浴中，然后对几乎失去知觉的孩子进行手术。并非所有被阉割的男孩都能在歌剧界大展身手。大多数人都没有发展出能赚大钱的洪亮嗓音。他们最终在当地合唱团唱歌或被聘为音乐教练。但成功的人，如法里内利，享有巨大的财富和国际声誉。就像现代体育和音乐英雄一样，他们享受着无处不在的追星族的关注和包围，其中许多人佩戴着印有他们最喜欢的阉人照片的奖章。阉人不仅在舞台上，而且在卧室里，都因其美妙的嗓音和浪漫、雌雄同体的外表而受到女性的崇拜。但是，被阉割的男人真的能勃起和达到性高潮吗？可能吧，但很难肯定。性能力受心智、社会期望和性腺的影响。阉人被认为具有很高的社会吸引力，他们必须承受相当大的压力才能提供令人满意的表演。但毫无疑问，他们的性能力与其他未受过残害的男性一样不同，而且很大程度上取决于他们被阉割的年龄。越接近青春期，他们就越有可能成功地进行性活动。当然，阉人是不能生育的。没有精子，就无法受精。但这可能正是他们的吸引力所在；女性可以进行调情而不必担心怀孕。阉人一直到十九世纪末都在意大利教堂里演唱。1922 年，最后一位阉人、西斯廷唱诗班指挥亚历山德罗·莫雷斯基去世。他 64 岁。我们没有他鼎盛时期声音的直接录音。他只留下了一段模糊的衰老声音。也许电脑合成的声音将以电子方式重现歌剧观众在两个多世纪以来所听到的雄辩而直接的声音。与此同时，建议小男孩要小心一群群的鹅。图 15.25 青蛙变态。（a）变态前的特征是催乳素水平高，促进蝌蚪的生长，促甲状腺激素 (TSH) 和甲状腺激素水平低。（b）P变态包括正中隆起及其门脉系统的形成，这使得下丘脑能够影响腺垂体。结果，促肾上腺皮质激素释放激素 (CRH) 水平上升，从而促进甲状腺激素水平上升。甲状腺激素刺激后肢发育。（c）在变态高潮中，通过扩大的正中隆起的额外血管通路刺激 TSH 分泌增加。由此产生的甲状腺素水平升高促进蝌蚪变态为幼蛙。图中未显示刺激肾上腺的途径，以及释放的肾上腺皮质激素对较老蝌蚪变态的加速作用。图中还未显示下丘脑促甲状腺激素释放激素 (TRH) 水平的上升，这种上升逐渐抑制催乳素。这些事件产生了一个正反馈系统，其中甲状腺素水平的升高促使反应性更强的正中隆起形成更广泛的门脉连接，从而将更多的 CRH 输送到腺垂体。CRH 的到来刺激分泌更高水平的 TSH，进而分泌更多的甲状腺素。随着这些事件的不断增加，甲状腺素水平不断升高，导致变态高潮。肾上腺皮质激素（类固醇）抑制早期变态，但随着甲状腺激素水平的升高和靶组织上受体的发育，肾上腺皮质激素也会刺激较老蝌蚪的加速变态。青蛙变态的内分泌控制的早期模型设想催乳素水平会随着甲状腺素水平的升高而下降，但这似乎并非事实。催乳素水平在变态高潮期间保持较高水平，至少在青蛙中如此，但其对变态的抑制作用显然被甲状腺素水平的升高所抵消。第 622 页 激素控制基础 青蛙的生长和变态突出了激素控制的一些基本特征。首先，激素不仅通过对靶组织产生积极影响而起作用；它们还通过抑制靶组织来控制事件。其次，靶组织（例如正中隆起）仅在完成早期发育阶段后才会对激素作出反应。第三，内分泌控制不仅基于激素的存在与否，还基于激素水平的变化。第四，内分泌系统也对环境条件作出反应，并且可以在一定范围内延长或缩短变态。如果将蝌蚪放在异常寒冷或缺乏足够营养的环境中，生长和变态就会减缓。功能和结构联系 内分泌系统和神经系统通过前脑内的下丘脑在功能上相连。这使得内分泌系统受到中枢神经系统的影响；因此，通过内分泌系统，神经系统间接地将其控制扩展到靶组织。神经系统和内分泌系统之间的生理桥梁由神经分泌神经元介导，神经分泌神经元之所以如此命名，是因为它们同时具有神经细胞（它们携带电脉冲）和内分泌细胞（它们将化学物质分泌到血管中）的特性。在高级大脑中枢的影响下，下丘脑中的神经分泌细胞将激素分泌到始于正中隆起的短门脉系统中。当它们到达远侧部时，这些神经分泌激素会刺激或抑制其他垂体激素的分泌。垂体分泌的激素反过来可以直接影响靶组织，或者它们可能会刺激另一个内分泌腺产生第三种激素，然后将其输送到靶组织。例如，神经激素 CRH 刺激 TSH 的释放，TSH 刺激甲状腺释放甲状腺素，甲状腺素会影响靶组织（图 15.26）。图 15.26 脑神经元通过中间内分泌腺影响靶组织的路径示意图。 靶组织反应 激素对组织的作用通常是选择性的，组织对激素的反应能力取决于识别激素的细胞受体（图 15.27）。这些受体可能位于细胞膜或细胞质中。无反应的组织缺乏细胞受体。要产生作用，激素必须与细胞内或细胞上的受体化学物质结合，这些受体对特定激素具有选择性。激素-受体复合物通过促进合成或分解代谢反应发挥影响。例如，人类男性的雄激素水平在青春期上升，但对这些上升水平的选择性反应取决于靶组织中促进第二性征细胞分化的受体的存在。腋窝、阴部、面部和胸部区域的毛囊会以增加毛发生长来做出反应。在人类女性中，乳腺细胞和睾丸导管具有受体，可对循环激素雌二醇水平的升高作出反应，但身体其他部位的腺细胞却没有。最终，激素通过改变细胞分裂率或启动或抑制新产品的合成来影响靶组织。不同细胞类型对给定激素的反应不同。例如，平滑肌可能通过收缩来响应激素，而腺体可能通过释放分泌产物来响应同一种激素（图 15.27）。虽然激素的特性在内分泌控制代谢方面很重要，但靶组织本身的特性也很重要。男性和女性的 LH 在化学上是相同的，但它会启动不同的过程。LH 刺激女性排卵，而男性的同一种激素会促进睾丸内的间质细胞生长。这些功能差异主要源于靶组织的差异，而不是触发激素的差异。图 15.27 激素受体位点。平滑肌细胞和分泌细胞都具有受体位点。某些激素的受体位于质膜上。其他激素的受体，如类固醇，位于细胞质和细胞膜中。适当的激素与靶细胞中的受体相连，并通过一系列偶联的代谢途径促进细胞反应。进化通常涉及受体位点的变化而不是激素的变化。适当受体位点的进化使靶细胞具有反应性，并使其受到内分泌系统的影响。受体的丧失使其脱离直接的内分泌控制。第 623 页内分泌系统与环境内分泌系统调节内部生理，协调胚胎发育，平衡矿物质和营养水平以满足需求，刺激生长和新陈代谢，并同步生物体远距离部分之间的活动。然而，内分泌系统本身受到外部环境的影响。许多生理事件，如繁殖、迁徙和冬眠都是季节性的。环境通过神经系统改变内分泌系统，进而带来特定的生理和/或行为变化。内分泌系统与神经系统一起充当环境与生物体内部生理之间的中介，以协调内部变化与外部条件。对于外温动物来说，环境温度是活动的核心。秋季气温下降可能导致代谢率降低，使温带爬行动物进入冬眠。春季气温升高可能会使它们从冬眠中苏醒。同样，日照时间的变化也会影响内分泌系统，似乎是通过眼睛或松果体。对于许多四足动物来说，延长白天可以促进繁殖的开始。缩短白天通常会导致内部生理变化，导致脂肪沉积和冬眠或迁移到温暖的气候。社会环境也会影响内分泌系统。例如，如果雌性蜥蜴接触到求爱的雄性，它们会表现出卵巢活动加速或复发的迹象，但如果雌性看到雄性之间的领地展示，复发就会延迟。因此，内分泌系统将生理变化（尤其是基于季节周期的变化）与周围环境的变化联系起来。这样，生理和行为就能对环境条件做出最佳反应。第 624 页进化内分泌系统的进化包括激素、内分泌腺和靶组织的系统发育变化。正如您从本章第一部分所知，内分泌腺的结构是多种多样的。在羊膜动物中，一些内分泌腺往往以斑块形式分布且分散，而羊膜动物的排列则更为紧凑。例如，在羊膜动物中，肾上腺的组成部分表现为独立的腺体，每个腺体都含有肾上腺皮质或嗜铬组织。在羊膜动物中，这些组成部分分别构成复合肾上腺的皮质和髓质。副滤泡细胞并入甲状腺是羊膜动物中独立腺体进化融合的另一个例子。胰腺内胰岛的位置是内分泌和外分泌组织结合在一起的复合器官的另一个例子。人们对这些合并的功能意义知之甚少。将不同的腺体结合起来会使它们直接相互影响，这似乎使活动的协调更加方便。然而，目前尚不清楚哪些适应性优势可能有利于独立腺体的系统发育出现。内分泌系统的适应性变化通常涉及 l 反应性的变化激素的改变并不是局部组织对现有激素的反应，而是激素本身的变化。因此，不同类别激素之间的相似性并不一定意味着功能相似。例如，催乳素在不同类别中发挥着各种各样的作用，包括刺激哺乳动物产奶、抑制两栖动物变态和促进生长、促进两栖动物和爬行动物皮肤色素沉着的发育、调节鱼类的亲代抚育和水分平衡。即使在同一类别中，激素的作用也可能发生变化。例如，在大多数鸟类中，催乳素会引发导致孵化的行为。此外，在某些鸟类中，乳房下部的外皮会因催乳素水平升高而形成育雏斑，这种适应性变化并不涉及新激素，而仅仅是乳房外皮对现有激素的反应性发生了变化。框注 15.4 兔子死了：关于妊娠试验的说明 如果兔子死了，则推断怀孕的阳性结果曾经是（并且偶尔现在仍然是）许多喜剧节目的固定内容。这是一种不再使用的旧测试。事实上，兔子从未因阳性测试而死亡！ 大多数妊娠试验是针对绒毛膜促性腺激素 (CG) 的测试，CG 是滋养层在胚胎植入子宫壁（约六天大）后立即产生的激素。像所有激素一样，CG 也在血液中循环，一些会随尿液排出。可以检测尿液中是否存在 CG（暗示怀孕）或不存在 CG（暗示未怀孕）。早期妊娠试验使用了兔子；因此，兔子就是这个轶事的来源。该测试利用了兔子在分泌黄体生成素 (LH) 之前不会排卵的事实。事实证明，CG 模仿 LH 并导致兔子排卵。因此，将女性的尿液注射到兔子的血液中。如果女性怀孕了，那么 CG 就会出现在她的尿液中，注射到兔子体内后会刺激排卵。注射女性尿液后，检查兔子的卵巢。如果发现排卵的证据，则表明女性怀孕了。从技术上讲，兔子在检查卵巢时确实死了，但死亡并不是怀孕的指标。青蛙被用于另一项早期妊娠试验。CG 模仿导致雌蛙产卵的激素。现代测试更简单。将针对 CG 产生的抗体与女性的尿液混合。如果发生凝集，则存在 CG，测试结果为阳性，表明怀孕。这些测试不太敏感，只能检测到怀孕两三个月时达到的高水平 CG。如今，这些测试可以在第一个月检测出怀孕。测试套件可以在药店或杂货店购买，不需要直接使用兔子或青蛙。消化道的某些激素是组织对现有激素反应性进化的另一个例子。胆囊收缩素 (CCK) 至少在系统发育上可以追溯到原索动物，它刺激消化酶的释放；然而，在系统发育的后期，胆囊也对这种古老的激素产生了反应。消化激素与其靶组织之间的相互作用经历了一系列复杂的进化变化（图 15.28a e）。例如，在硬骨鱼中，有两种激素在控制胃壁酸分泌方面特别重要。血源性激素铃蟾肽由驻留在胃中的内分泌细胞分泌。当食物到达胃中时，它会促使这些细胞分泌铃蟾肽，从而促进胃酸的释放。当食物从胃部进入小肠时，肠道的 CCK 细胞受到刺激而释放 CCK。 CCK 通过血液输送到胃部，可抑制空胃中释放额外的胃酸（图 15.28a、b）。在两栖动物中，CCK 细胞位于胃部和肠道中。产生铃蟾素的细胞位于胃部，但铃蟾素不会像鱼类一样进入循环系统，而是直接刺激相邻的 CCK 细胞或甚至胃壁中的胃细胞。胃细胞对 CCK 或铃蟾素的直接刺激作出反应，向胃中分泌酸（图 15.28c）。在哺乳动物、鸟类以及爬行动物中，CCK 细胞仅出现在肠道中。在胃中，产生激素胃泌素的细胞会取而代之（图 15.28d、e）。在大多数羊膜动物中，是胃泌素而不是 CCK 刺激胃壁释放酸，分泌铃蟾素的胃细胞会刺激相邻的胃泌素分泌细胞。在哺乳动物中，分泌炸弹素的细胞具有神经分泌功能，因为它们含有延伸至分泌胃泌素的细胞的短轴突，并刺激使它们产生胃泌素。在这个序列中可以明显看到几种系统发育变化。首先，CCK 抑制鱼类的胃酸分泌，而两栖动物的 CCK 促进胃酸的释放。与这两种情况相反，羊膜动物的胃泌素取代 CCK 成为激活胃酸释放的激素。其次，鱼类中释放炸弹素到血液中的炸弹素分泌细胞在哺乳动物中成为激活局部胃靶组织的神经分泌细胞。炸弹素除了对胃的作用外，还具有广泛的作用，包括对体温调节、垂体活动和消化道移动性的影响。炸弹素细胞从内分泌到神经分泌作用的系统发育变化的优势可能与更局部和精确的刺激传递有关，这种刺激不会干扰炸弹素的其他内分泌作用。图 15.28 内分泌系统对胃肠道控制的演变。 (a) 硬骨鱼。硬骨鱼胃中的食物刺激炸弹素细胞释放血液传播的炸弹素 (B)，从而刺激胃酸分泌。 (b) 当食物进入硬骨鱼的肠道时，CCK 细胞受到刺激释放 CCK，从而抑制胃液分泌。 (c) 两栖动物。请注意，CCK 细胞既存在于肠道中（如硬骨鱼），也存在于胃中。炸弹素细胞释放的分泌物会扩散到相邻的上皮中，第 625 页直接刺激 CCK 细胞促进胃酸分泌。 (d) 鸟类（可能还有爬行动物）。CCK 细胞仅限于肠道。在胃中，它们被分泌胃泌素 (G) 的细胞取代。 (e) 哺乳动物。炸弹素细胞或其衍生物通过直接化学接触刺激胃泌素细胞。用胃泌素取代 CCK 作为控制胃分泌的激素可能使消化更有效率。 CCK 最初是一种肠道激素，在食物加工过程中起重要作用。当出现独特的胃时，CCK 细胞位于肠道和胃中，并可在任一位置受到食物的刺激。但胃和肠道在食物加工中的作用不同，尤其是在后来的脊椎动物中（见第 13 章）。由于 CCK 细胞局限于肠道，胃中出现了胃泌素细胞，因此可以分别控制消化的胃和肠道阶段。哺乳动物的 CCK 在化学上与鱼类相似，因此这种激素的进化很少。然而，胃和肠道消化的内分泌控制发生了重大变化。胃泌素出现了，分泌炸弹素的细胞将其作用途径从通过血液输送转变为直接刺激神经。在某些情况下，进化涉及激素结构的重要变化，或者旧分子已被用于新的激素作用。例如，肾上腺素由一种氨基酸（酪氨酸）改造而成。肾上腺素是一种神经递质，由轴突局部释放到突触空间。肾上腺将肾上腺素作为激素释放到血液中，对远处的靶组织产生分散作用。在内分泌系统中，化学信息通过循环系统长距离传播来协调内部活动。在神经系统中，化学信息在神经元和反应细胞之间的空间中短距离传播。因此，神经系统与内分泌系统一样，调节身体的活动，其功能基础与释放影响反应的化学信息大致相同。因此，我们接下来讨论神经系统（见第 16 章）。概述内分泌系统启动和协调生物体的内部活动。它由无管腺体（内分泌腺）组成，这些腺体将激素释放到血管中，血管将这些化学信使运送到它们影响的靶组织。一般而言，每个主要内分泌腺在个体发育的不同时期以及在不同系统发育群体中以不同方式调节多种身体活动。甲状腺负责代谢率、变态、生长和繁殖。下鳃体和甲状旁腺通过对钙沉积/重吸收的影响，分别拮抗性地构建骨基质或去除骨基质。肾上腺由两种组织类型组成：肾上腺皮质组织产生影响水分保持、代谢和繁殖的皮质类固醇激素；嗜铬组织产生儿茶酚胺，为机体进行剧烈活动做好准备。胰腺主要产生胰岛素，参与葡萄糖和脂肪代谢。垂体由胚胎神经（漏斗）和外胚层（Rathke 囊）的贡献，在成人中分别产生神经垂体，神经垂体通过神经分泌神经元影响腺垂体。垂体激素影响平滑肌收缩和水分保存（神经垂体），以及生长、繁殖和黑色素细胞（腺垂体）。消化道的消化活动受其壁释放的激素调节，以协调食物通过和消化化学物质的释放。肾脏释放的激素参与血压调节和红细胞生成。激素是由专门的腺体释放的信号化合物，在血液中携带，针对特定器官。有时，内分泌腺遍布全身。例如，当全身脂肪细胞（脂肪细胞）充满时，它们会释放瘦素，瘦素通过血液流向下丘脑受体，作为减少食物消耗的化学信号。一般来说，内分泌系统调节消化系统等内脏器官的活动。它有助于启动和控制发育事件，如变态或第二性征的出现。内分泌系统还会使生物体适应其环境。通过内部调整代谢率、水分平衡和警觉性来应对眼前的挑战。随着季节变化，动物会为迁徙或冬眠做准备，或为生殖活动做准备。脊椎动物内分泌系统的进化包括出现参与激素作用的新分子。正常生理活动的副产物分子通常被用作化学信使。内分泌腺已经进化，主要是通过相互之间以及与其他器官相关的解剖变化而进化的。通过进化对循环激素信号的响应，靶组织是内分泌系统中最活跃的进化部分。