Щитовидная железа. Физиологические эффекты гормонов щитовидной железы

Лекция  8. 

Щитовидная  железа. Физиологические  эффекты гормонов щитовидной железы. 

1. Строение. Эмбриогенез.

2. Гормоны щитовидной  железы и их образование.

3. Регуляция биосинтеза и секреции тиреоидных гормонов.    

4. Методы оценки  функциональной активности щитовидной железы.   

5. Механизм действия  тиреоидных гормонов. 

1. Строение. Эмбриогенез.

     Щитовидная  железа есть у всех позвоночных. У человека она расположена  в передней области  шеи, несколько ниже перстневидного хряща  гортани. Она подковообразной  формы и состоит из трех основных частей: двух боковых долей и средней непарной части – перешейка.

     В процессе эмбриогенеза человека щитовидная железа закладывается на 3-ей неделе внутриутробного развития. Уже между 12-ой и 14-й неделями внутриутробной жизни щитовидная железа способна поглощать и накапливать йод. Между 15-й и 19-й неделями начинается органическое связывание йода и синтез гормона тироксина. Т.о., щитовидная железа начинает функционировать у зародыша задолго до его рождения, ее гормональная деятельность необходима для полноценного развития плода.

     Ткань щитовидной железы разделена соединительнотканными  прослойками на отдельные дольки. Основным элементом ее паренхимы  являются фолликулы. стенка каждого  фолликула состоит из тиреоцитов – клеток однослойного эпителия, вырабатывающих два йодсодержащих гормона щитовидной железы. В периоды низкой функциональной активности железы эпителий плоский, при увеличении ее он становится кубическим и даже цилиндрическим. Внутри фолликула содержится коллоид – секретируемая эпителием фолликулом однородная масса, содержащая йод. Между фолликулами расположена рыхлая соединительная ткань, в которой встречаются скопления эпителиальных клеток – интерфолликулярные островки, которые служат источником образования новых фолликулов.

     В стенке фолликулов и в интерфолликулярных островках встречаются особые клетки круглой или овальной формы, отличающиеся светлоокрашивающейся цитоплазмой («светлые»  клетки). Повышение активности этих клеток происходит после перфузии щитовидной железы растворами с высоким содержанием кальция. «светлые» клетки участвуют в секреции кальцитонина, и поэтому получили название С-клетки или К-клетки (англ. – calcitonin или рус. кальцитонин).     Некоторое количество «светлых» клеток в процессе эволюции мигрировало в другие эндокринные железы – околощитовидные и вилочковую железы.

     Щитовидная  железа занимает первое место в организме  по объему кровоснабжения (через грамм  ткани за 1 мин протекает 5,6 мл крови, через почки – только 1,5 мл), что  свидетельствует об активной эндокринной функции железы. Иннервация железы осуществляется симпатическими, парасимпатическими и соматическими нервами. Многие симпатические нервные окончания непосредственно связаны с фолликулами, что создает условия для прямого их воздействия на секрецию тиреоидных гормонов.     

     2. Гормоны щитовидной  железы и их образование.

     К гормонам щитовидной железы относятся  два йодированных гормона (тироксин и трийодтиронин) и три пептидных  гормона, входящих в семейство кальцитонина.

       Тироксин и трийодтиронин образуются в клетках фолликулярного эпителия. Для синтеза этих гормонов необходимо постоянное поступление в организм неорганического йода, который человек получает с пищей в виде иодидов – йодистого калия и йодистого натрия (в суточном рационе – 100-200 мкг). В организме человека содержится 30-50 мг йода, из них около 15 мг – в щитовидной железе.   

     Гормонообразование  в щитовидной железе проходит следующие фазы:

     1. Неорганический йод, поступивший в организм с пищей, всасывается в кровь и поступает в фолликулы щитовидной железы, где он концентрируется. Затем их йодидов в процессе ферментативного окисления освобождается элементарный йод.

     2. Йод соединяется с молекулой тирозина и образуется монойодтирозин и дийодтирозин. Затем йодированные тирозины окисляются, конденсируются и образуют тироксин и трийодтирозин. Соотношение синтезируемых тироксина и трийодтиронина составляет примерно 4:1. Центральная роль в описанных процессах принадлежит крупномолекулярному гликопротеиду тиреоглобулину, который включает в себя остатки аминокислоты тирозина и йод. Тиреоглобулин синтезируется эпителиальными клетками фолликулов, а затем накапливается в коллоиде фолликулярной полости. Именно внутри его молекулы происходят процессы органического связывания йода, образования йодированных тирозинов и их конденсация. Таким образом, биосинтез тироксина и трийодтиронина основан на непрерывном образовании тиреоглобулина. Частично этот процесс может происходить и непосредственно в тиреоцитах.

     3. Тиреоидные гормоны освобождаются из молекулы тиреоглобулина и выделяются в кровь. Этот этап начинается с поступления коллоидных капелек внутрь эпителиальных клеток путем пиноцитоза, после чего происходит протеолитическое расщепление молекулы тиреоглобулина катепсинами лизосом эпителиальных клеток. В результате освобождаются тироксин, трийодтирозин, а также моно- и дийодтирозины. Гормоны проникают в кровь, а йотирозины подвергаются деиодированию.

     Основным  тиреоидным гормоном, циркулирующим  в крови, является тироксин. Тироксин находится в связанном с белками состоянии. У человека примерно 75 % циркулирующего тироксина связано с α-глобулином, 10-15 % - с преальбумином, небольшие количества – с альбумином. Эта связь носит обратимый характер. Трийодитонин также связывается с белками плазмы, но менее прочно, поэтому физиологическое действие его проявляется быстрее, чем тироксина. Связь с белками препятствует потере тиреоидных гормонов через почки.

     Внутрь  клетки проникают только свободные  тироксин и трийодтиронин, которые  фиксируются специфическими белками. В периферических тканях происходит метаболизм тиреоидных гормонов, в том числе их деиодирование. При этом тироксин частично переходит в биологически более активный трийодтиронин. при полном деиодировании, а также разрушении пептидной цепочки гормоны полностью инактивируются.

     Организму взрослого человека в сутки требуется 100-300 мкг тироксина или 50-150 мкг  трийодтиронина. Разрушаются тиреоидные гормоны довольно медленно: период полураспада тироксина – около 4 суток, а трийодиронина – 45 часов. Избыток гормонов разрушается или выводится из организма. Метаболическая деградация гормонов происходит главным образом в печени. Причем, полагают, что образующиеся метаболиты обладают физиологической активностью. Известно, что продукт дезаминирования тироксина сильно стимулирует метаморфоз у амфибий (действие у млекопитающих не изучено).

     Выведению тироксина и трийодтиронина из ооганизма  предшествует их конъюгирование с глюкуроновой и серной кислотами в печени. Образующиеся глюкурониды и сульфоглюкурониды  тиреоидных гормонов проступают в желчь и с ней в кишечник. Небольшая часть этих конъюгатов гидролизируется кишечными ферментами и реабсорбируется в кровь. Некоторое количество тиреоидных гормонов выводится почками. 

     3. Регуляция биосинтеза и секреции тиреоидных гормонов.

     Основным  регулятором функции фолликулов щитовидной железы является тиреотропин (гормон, секретируемый передней долей гипофиза). Под влиянием тиреотропина происходят следующие изменения:

     1. Происходит рост тиреоцитов (после удаления гипофиза они становятся плоскими, а после введения тиреотропина – кубическим или цилиндрическим);

      2. Активирует биосинтез треоидных гормонов на разных этапах:

     • усиливает активный перенос иодидов из крови в фолликулы железы, благодаря деполяризации клеточных мембран и повышению АТФ-азной активности;

     • увеличивает окисление иодидов, образование йодтиронинов, синтез тиреоглобулина;

     • усиливаются пиноцитоз тиреоглобулина и миграция его к лизосомам, расщепление его протеолитическими ферментами и выделение свободных тироксина и трийодтиронина в кровь.

     Все это объясняет, почему разрушение передней доли гипофиза влечет за собой атрофию  паренхимы щитовидной железы и гипотериоз и отчего избыточная продукция тиреотропина приводит к развитию гипертиреоза.   

     Взаимоотношения между гипофизом и щитовидной железы происходит по принципу прямой и обратной связи.

       Секреция тиреотропина активируется тиреолиберином (тиреотропин-рилизинг-фактором), вырабатываемым нейросекреторными элементами гипоталамуса. Таким образом, в организме функционирует единая система: тиреолиберин-тиреотропин-тиреоидные гормоны или система гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа. Через гипоталамическую область мозга и гипофиз к щитовидной железе передаются сигналы из ЦНС, в том числе ее высших отделов. Этот механизм лежит в основе острого (иногда в течение 1-2 суток) повышения функциональной активности щитовидной железы после психических травм у человека.

     Между тиреоидными гормонами и тиреотропином, с одной стороны, и гипоталамическими  клетками, вырабатывающих тиреолиберин, - с другой стороны, также существует обратная связь: повышенная выработка тиреоидных гормонов и тиреотропина угнетает образование тиреолиберина.

     Полагают, что симпатические нервы возбуждают секреторную активность щитовидной железы, а парасимпатические  - угнетают ее. Однако прямых доказательств мало. Имеются данные о контактах симпатических нервных окончаний с фолликулярным эпителием. Полагают, что вегетативная нервная система осуществляет лишь иннервацию сосудов (денервация щитовидной железы не препятствует ее реакции на тиреотропный гормон).  

4. Методы оценки  функциональной активности  щитовидной железы.

     1. Оценка функционального состояния щитовидной железы по величине основного обмена. Метод основан на данных о том, что йодсодержащие гормоны способны повышать основной обмен. Однако это метод неточен, так как на величину основного обмена могут влиять иные факторы (тонус вегетативной нервной системы, гормональная деятельность других эндокринных желез и др.).

     2. Применения радиоактивного  йода. Вводят небольшую дозу радиоактивного йода (от 1 до 5 мкКи) и через 2 и 24 часа определяют поглощение йода щитовидной железой (например, с помощью счетчика Гейгера-Мюллера). При нормальном функционировании щитовидной железы накопление йода в ней составляет: за 2 часа – 7-12 %, а за 24 часа – 20-29 % введенного количества. При снижении ее функции соответствующие величины составляют соответственно – 1-2 и 2-4-%, а при повышенной функции – 20-40 и 40-80 %.

     3. Определение количества связанного с белками йода плазмы (СБИ). У здоровых людей СБИ составляет 3,4-8 мкг%, при тиреотоксикозе – свыше 8,5, а при гипотиреозе – менее 3 мкг%.

     4. Определение реактивности  щитовидной железы  к тиреотропину: сначала определяют базальную концентрацию тиреоидных гормонов в плазме (сыворотке) крови, а затем их содержание после введения тиреотропина.  

     5. Физиологическое  значение  и механизмы  действия гормонов  щитовидной железы.

     Тироксин  и трийодтиронин обладают очень  широким спектром действия на функции  организма.

     Рост  и развитие. Удаление или ослабление функций щитовидной железы у взрослых способствует снижению секреции тиреоидных гормонов, что приводит к снижению основного обмена на 40-50 %. Кожа теряет свою эластичность, волосяной покров редеет, замедляется работа сердца.  У детей также задерживается рост скелета, развитие и половое созревание.  Тироксин и трийодтиронин взаимодействуют с гормоном роста (соматотропным гормоном). Врожденное недоразвитие или даже полное отсутствие щитовидной железы у человека  способствует развитию кретинизма. Кретинизм проявляется нарушением пропорций тела, задержкой роста, снижением основного обмена, изменением состояния покровных тканей, недоразвитием мышц, подавлением рассудочной деятельности, бесплодием, сердечной слабостью и т.д.  Природа нарушений процесса дифференцировки железы в эмбриогенезе пока недостаточно выяснена. Причиной развития спонтанного кретинизма у человека также может быть хроническая недостаточность йодидов в пищевом рационе. Гиперфункция щитовидной железы оказывает противоположные изменения в организме человека.

     Влияние на нервную систему. При подавлении или выключении функции щитовидной железы на начальных этапах онтогенеза возникают глубокие нарушения функций высших отделов головного мозга: снижение условно-рефлекторной деятельности, снижение ориентировочных реакций. Гипотериоз приводит к изменениям в других отделах мозга и периферической нервной системе: снижается возбудимость нервных центров, периферических ганглиев и нервно-органных синапсов. Полагают, что в основе этих нарушений лежит резко сниженная степень дифференцировки нервной ткани: уменьшение размеров нейронов, торможение развития нервных терминалей, торможение сипапсогенеза, снижение миелинизации нервов и белкового синтеза в ткани мозга. По мнению некоторых ученых, тироксин необходим для запуска дифференцировки нервных клеток. Дефицит или избыток тиреоидных гормонов в критическом периоде развития ЦНС вызывают глубокие изменения в различных отделах мозга. Они могут быть компенсированы нормализацией баланса тиреоидных гормонов только в пределах этого же периода, но не позже (у человека в первые 3-6 месяцев). После завершения критического периода развития возникшие изменения в нервных клетках становятся необратимыми.