Щитовидная железа состоит из двух долей, расположенных по обеим сторонам трахеи и соединенных между собой тонким перешейком, лежащим на вентральной поверхности трахеи. Щитовидные железы имеются у большинства позвоночных, но несколько различаются по форме и анатомическому расположению. В течение тысячелетий было известно такое заболевание человека, как увеличение щитовидной железы, или зоб, но только в конце прошлого века было установлено, что оно является следствием гормональной недостаточности.
Анатомия и ультраструктура
В 1656 г. Томас Уортон (Wharton) ввел название «щитовидная» для крупной железы, расположенной на шее. У человека эта железа весит от 25 до 40 г в зависимости от ее функционального состояния. Подобно многим другим железам внутренней секреции, щитовидная железа обильно снабжается кровью, причем артериальная кровь поступает в нее прямо из подключичной и внутренней сонной артерий. Расчеты показывают, что щитовидная железа получает больше крови на единицу веса, чем почки, и по количеству крови, протекающей через 1 г ткани в минуту, уступает только надпочечникам.
На микроскопическом уровне щитовидная железа построена из многих тысяч фолликулов. Каждый фолликул представляет собой пузырек, стенки которого образованы слоем эпителиальных клеток. Внутри он заполнен так называемым коллоидом— гомогенной студенистой массой желтого цвета, содержащей белок тиреоглобулин. Коллоид выделяют секреторные эпителиальные клетки фолликулов, и он накапливается в железе. Количество коллоида в каждом фолликуле варьирует в зависимости от функционального состояния железы. Фолликулы окружены соединительной тканью, пронизанной кровеносными сосудами. В соединительной ткани встречаются клетки, которые окрашиваются слабее остальных клеток железы, и эти «светлые», или парафолликулярные, клетки, как полагают, секретируют тиреокальцитонин.
Тироксин и трииодтиронин
В 1895 г. в экстрактах щитовидной железы был случайно обнаружен иод. Теперь мы знаем, что щитовидная железа обладает необычайной способностью концентрировать этот элемент. Содержание иода в щитовидной железе в сотни раз превышает его концентрацию в крови.
Тироксин — главный гормон, секретируемый щитовидной железой, — впервые был выделен в 1914 г., но его химическая структура была установлена только 12 лет спустя. Часто тироксин обозначают как \(T_4\), поскольку он содержит четыре атома иода, связанных с тирониновым ядром. Вскоре после идентификации тироксина стало ясно, что щитовидная железа образует еще один сходный гормон, и примерно через 25 лет был выделен, а затем и синтезирован трииодтиронин, или \(T_3\). \(T_3\) в пять раз превосходит по активности \(T_4\), но синтезируется в меньших количествах. Эти два гормона близки по характеру своего действия и в крови бывают связаны с белками плазмы.
Иод мы получаем в небольших количествах с пищей, в которой он обычно содержится. Организм расходует иод очень экономно, поэтому необходимая суточная норма его составляет всего лишь около 70 мг. Большая часть иода, освобождающегося при распаде тиреоидных гормонов, задерживается в организме и затем вновь используется.
Щитовидная железа избирательно и очень активно поглощает иод из плазмы крови. «Йодный насос» локализован в мембране наружной стороны фолликулярных клеток. Подобно многим аналогичным механизмам живых клеток, этот «насос» работает при участии фермента АТФазы (аденозинтрифосфатазы), встроенного в клеточную мембрану. Когда вещество (в данном случае иод), транспортируемое против градиента концентрации или электрического заряда, связывается на одной стороне насоса, АТФаза расщепляет АТФ до АДФ (аденозиндифосфата) и фосфата, и при этом освобождается энергия.
Энергия используется для модификации мембраны, в результате которой, вероятно, образуются временные «поры», и через эти поры иод проникает в клетки фолликулов. При участии этого насоса иод может передвигаться в обоих направлениях — как внутрь клетки, так и изнутри наружу, однако равновесие сильно сдвинуто в сторону поглощения иода клетками. Как показала электронная микроскопия, на наружной поверхности эпителиальных клеток фолликулов имеются глубокие складки, а на внутренней поверхности— многочисленные микроворсинки. Складки и микроворсинки увеличивают поверхность клеточной мембраны; эта особенность часто наблюдается в местах расположения транспортных механизмов.
В фолликулярные клетки иод поступает в форме иона и здесь окисляется до молекулярного иода, который переходит потом в коллоид, где присоединяется к одному из тирозиновых остатков молекулы тиреоглобулина с образованием моноиодтирозина. Последний превращается затем в моноиодтирамин и дииодтирамин — предшественники гормонов \(T_3\) и \(T_4\). При конденсации двух молекул дииодтирамина образуется \(T_4\), а при конденсации одной молекулы дииодтиронина с одной молекулой моноиодтирамина образуется \(T_3\). Большая часть этих реакций происходит тогда, когда соответствующие остатки еще находятся в составе тиреоглобулина. Тиреоглобулин, содержащий \(T_4\) и \(T_3\), хранится в виде коллоида в полости фолликула. На конечном этапе фолликулярные клетки выделяют в полость фолликула протеолитический фермент, который отщепляет \(T_3\) и \(T_4\) от тиреоглобулина. Этот процесс стимулируется тиреотропным гормоном (ТТГ). Складчатый характер мембраны фолликулярных клеток со стороны полости фолликула обеспечивает большую площадь поверхности, через которую может выводиться фермент.
Действие гормонов щитовидной железы
|
|
Тиреоидные гормоны оказывают множество различных эффектов в организме как молодых, так и взрослых животных. Эти эффекты можно разделить на две основные группы:
1) ускорение роста и развития
2) влияние на обмен веществ
Влияние на рост и развитие
\(T_4\) стимулирует общий рост тела, и недостаток этого гормона может привести к карликовости. Многие эффекты \(T_4\) и \(T_3\) наблюдаются только у молодых животных. К числу таких эффектов относится стимуляция роста, а также созревания и развития многих систем организма, включая нервную систему. Дефицит обоих гормонов приводит к задержке роста и развития, но эти последствия можно снять путем заместительной терапии — введением трииодтиронина или тироксина, если начать его до того, как появятся слишком сильные нарушения.
Влияние гормонов щитовидной железы на рост и развитие было показано в простых опытах с амфибиями. Когда головастиков лягушки или жабы помещали в воду, не содержавшую иода, их метаморфоз задерживался и они вырастали до гигантских размеров. Добавление к воде иода или тиреоидных гормонов приводило к метаморфозу: полностью развивались конечности, редуцировался хвост, и головастик превращался во взрослую особь. В бедных иодом высокогорных озерах Мексики существует несколько видов саламандр,, которые первоначально были обнаружены в природе в личиночной форме. Эти так называемые аксолотли приобрели даже способность размножаться в такой ювенильной форме (явление неотении). Представители тех же видов, живущие в воде с нормальным содержанием иода, развиваются во взрослых саламандр. Впоследствии было установлено, что метаморфоз аксолотлей можно вызвать с помощью иода или гормонов щитовидной железы.
Известно, что у млекопитающих \(T_4\) способствует нормальному росту костей и необходим для полного развития нервной системы. Кретинизм у детей проявляется в деформациях скелета и сильной задержке умственного развития. Некоторые формы кретинизма обусловлены нарушением конденсации иодтираминов — предшественников \(T_4\) и \(T_3\). Если этот дефект удается обнаружить достаточно рано и своевременно начать заместительную терапию, то слишком тяжелые деформации могут не развиться и интеллект пострадает не очень сильно. Однако полной нормализации можно достичь далеко не всегда, поскольку нервная система активно формируется в последние месяцы внутриутробного развития и в первый год жизни, признаки же гормональной недостаточности могут проявиться, когда будет уже слишком поздно. Каким образом \(T_4\) влияет на развитие и созревание нервной системы, пока не известно.
Влияние на обмен веществ
Гормоны щитовидной железы ускоряют ряд обменных процессов и, кроме того, оказывают на многие другие процессы сенсибилизирующее или пермиссивное действие. Они вызывают калоригенный эффект — способствуют освобождению энергии в виде тепла; при этом они, по-видимому, воздействуют на митохондрии, но с помощью какого механизма — пока не ясно. Тиреоидные гормоны усиливают обмен углеводов, жиров и холестерина;
\(T_3\) и \(T_4\) влияют на обмен кальция и магния и участвуют в регуляции выделения кортизола надпочечниками и гормона роста аденогипофизом. Они способствуют также образованию молока, оказывая при этом пермиссивное действие.
В целом \(T_3\) и \(T_4\) усиливают основной обмен, поэтому для больных гипертиреозом характерны повышенная активность, тахикардия, потеря веса и нервная возбудимость. Развитие гипертиреоза в молодом возрасте может привести к гигантизму, а в более позднем — к болезни Грейвса (Базедова). При гиперти-реозе щитовидная железа часто бывает увеличена. Гипотиреоз тоже может сопровождаться увеличением ее размеров, так как железа усиленно работает, безуспешно пытаясь компенсировать недостаток \(T_3\) и \(T_4\).
Классический пример этого заболевания — так называемая «дербиширская шея». Жители одного района в графстве Дербишир (Англия) страдали от недостатка иода, и у многих появлялся зоб. У молодых жителей этого района часто встречались явления кретинизма и нанизма, а у взрослых — ожирение, грубая кожа, слабый интеллект и низкий уровень основного обмена. Эти апатичные люди страдали микседемой, т. е. гипотиреозом.
Регуляция активности щитовидной железы
Основным регулятором секреторной активности служит тиреотропный гормон (ТТГ), хотя щитовидная железа обладает и некоторой способностью к саморегуляции. Функция щитовидной железы регулируется по принципу отрицательной обратной связи. Присутствующий в крови тироксин (\(T_4\)) тормозит секрецию ТТГ гипофизом и выделение ТТГ-РФ гипоталамусом. Кроме того, накапливающийся в щитовидной железе \(T_4\) может подавлять свое собственное образование, в связи с чем выведение \(T_4\) в кровь может быть одним из факторов, регулирующих дальнейший синтез этого гормона.
Помимо эндокринных механизмов обратной связи в регуляции активности щитовидной железы могут участвовать и другие факторы. Например, у некоторых видов животных секреция ТТГ может повышаться под действием холода, а у других видов — под влиянием эмоционального стресса или света. Известно, что участок гипоталамуса, регулирующий температуру тела и чувство голода, расположен рядом с зоной, контролирующей секрецию ТТГ. Возможно, что будет открыто еще много других физиологических механизмов регуляции деятельности щитовидной железы, но главным фактором остается все-таки ТТГ.
Резюме
Щитовидная железа выделяет гормоны \(T_3\) (трииодтиронин) и \(T_4\) (тироксин), которые сходны по характеру своего действия. \(T_3\) действует сильнее и быстрее, чем \(T_4\), но \(T_4\) присутствует в крови в значительно большем количестве. Оба гормона содержат иод и накапливаются в фолликулах щитовидной железы, будучи связаны с тиреоглобулином.
\(T_3\) и \(T_4\) ускоряют развитие и созревание скелета и центральной нервной системы, регулируют рост и усиливают обмен веществ. Отсутствие или повышенное образование этих гормонов приводит к выраженным клиническим нарушениям. Функцию щитовидной железы контролирует главным образом тиреотроп-ный гормон, но тонкая регуляция ее осуществляется при помощи механизмов обратной связи с участием гормонов самой щитовидной железы, а также тепла, света, стресса и, возможно, других факторов. Большинство этих факторов воздействует на уровне гипоталамуса.
|
|