6.3.1. Щитовидная железа и
паращитовидные железы
Щитовидная железа образуется из выпячивания на вентральной
стенке глотки между I и II жаберными карманами. Две пары паращитовидных желез
имеют сходное происхождение и локализованы на дорсальной поверхности щитовидной
железы. Их некоторые гормоны функционально взаимосвязаны. Основной особенностью
щитовидной железы, имеющейся у всех позвоночных, является способность эпителия
ее фолликулов поглощать йод из окружающей среды и в комбинации с аминокислотой
тирозином синтезировать йод—содержащие тиреоидные гормоны: три— и
тетрайодтиронины.
У многих представителей беспозвоночных (моллюски,
черви и др.) также существуют структуры, способные к синтезу йод—содержащих
факторов. У хордовых животных (ланцетник и др.) на вентральной стенке глотки
существует желобок, называемый эндостилем. Его клетки наряду с
выполнением пищеварительной функции способны поглощать йод и синтезировать
тироксин Т4 и трийодтиронин Т3, которые поступают в кишечник, а затем
разносятся кровью по всему организму. Следовательно, эндостиль является железой
с экзокринной секрецией.
Основной структурной и функциональной единицей
щитовидной железы является фолликул (рис. 6.14). Стенка фолликула
образована тиреоидным
|
Рис. 6.14 Фолликулы щитовидной железы крысы при
неактивном (А) и активном (Б)
состояниях железы А — эпителий
плоский, фолликулы содержат много коллоида, Б — тиреоидный эпителий высокий, в полости фолликулов мало
коллоида. |
эпителием,
в полости фолликула находится коллоид, в котором образуются тиреоидные гормоны.
Фолликулы окружены соединительной тканью с кровеносными сосудами. Щитовидная
железа обильно снабжается кровью; по капиллярам поступают компоненты,
необходимые для образования гормонов, и выводятся синтезированные гормоны.
У ряда низших позвоночных (круглоротые, костистые
рыбы) группы фолликулов лежат разрозненно, и щитовидная железа имеет диффузный
характер. В ходе дальнейшей эволюции у других групп рыб и у наземных
позвоночных щитовидная железа становится более компактной. У млекопитающих она
состоит обычно из двух долей, соединенных перешейком, и локализована в области
трахеи. Кроме фолликулов в щитовидной железе млекопитающих обнаружены так
называемые парафолликулярные, светлые или С—клетки, вырабатывающие калъцитонин
(или тиреокальцитонин). Эти клетки по эмбриональному происхождению
отличаются от тиреоидных (тиреоцитов) и у других позвоночных входят в состав ультимобранхиальных
телец (зажаберных телец)—скоплений эпителиальных клеток глотки. В связи с
этим функции кальцитонина будут рассмотрены отдельно.
Основная особенность клеток щитовидной железы. Это способность щитовидной железы активно извлекать
йод из плазмы крови против химического и электрического градиентов, накапливать
его и преобразовывать в органически связанный йод и физиологически активные
тиреоидные гормоны. Пути биосинтеза тиреоидных гормонов у всех позвоночных
сходны. В щитовидной железе под действием тиреотропного гормона вырабатываются
два гормона: тетрайодтиронин (тироксин, Т4) и трийодтиронин (Т3).
Трийодтиронин вырабатывается в меньших количествах, чем тетрайодтиронин, но
значительно превосходит его по активности.
Отличительной особенностью тиреоидных гормонов является
содержание йода; Йод поступает в основном с пищей и водой. Т4 содержит четыре
атома йода, связанных с тирониновым ядром, Т3 — три атома. Компоненты
образования тиреоидных гормонов соединяются с гликопротеином — тиреоглобулином
— и поступают в коллоид в полости фолликула. При поступлении в кровь путем
протеолиза Т3 и Т4 отщепляются от тиреоглобулина, но в плазме они вновь
соединяются с тироксинсвязывающим глобулином и лишь небольшая часть Т3 и Т4
остается в крови в активном состоянии. Степень стимулирующего эффекта тироксина
зависит, как правило, от уровня свободного тироксина. Основные данные о синтезе
тиреоидных гормонов и их функциях получены в работах с использованием
радиоактивного изотопа 131J в
качестве метки.
Действие
гормонов щитовидной железы.
Трийодтиронин и тетрайодтиронин обладают примерно одинаковым действием, но
активность Т3 почти в пять раз выше, чем Т4. Эффекты Т4 развиваются через более
длительный латентный период; он может превращаться в организме в Т3 путем
дейодирования. В связи с этим предполагают, что Т4 может являться прогормоном.
Тиреоидные гормоны имеют
широкий спектр действия (табл. 6.4). Их основные эффекты состоят во влиянии на
различные обменные процессы, рост и развитие, они участвуют также в адаптивных
реакциях (рис. 6.15).
Таблица 6.4 Гормоны, регулирующие энергетический обмен
|
|
Рис. 6.15 Связи щитовидной
железы у млекопитающих Фолликул на рисунке щитовидной железы изображен в непропорционально
крупном масштабе. |
Наиболее выражено влияние Т3
и Т4 на энергетический обмен. В отсутствие тиреоидных гормонов скорость
обменных процессов снижается; при их избытке основной обмен в покое может
повышаться почти вдвое по сравнению с нормой. Калоригенный эффект наиболее
четко выражен у высших позвоночных и проявляется во всех клетках растущего
организма, но особенно в клетках нервной системы.
Гормоны действуют путем индукции синтеза ферментов, Na, К—АТФазы
и активации митохондриальных энзимов дыхательного цикла, что увеличивает синтез
белка и окисление жиров и углеводов. Таким образом, тиреоидные гормоны
действуют на разные стороны обмена веществ. У различных животных четко доказана
их роль в регуляции минерального обмена. Так, тироксин способствует сохранению
градиента электролитов между вне— и внутриклеточной средой. Показана роль
тиреоидных гормонов в обмене кальция и магния.
Действие Т3 и Т4 состоит также в повышении
чувствительности тканей к катехоламинам; они усиливают гликогенолитическое и
гипергликемическое действие катехоламинов. На ряд процессов тиреоидные гормоны
оказывают сенсибилизирующее или пермиссивное действие. Т3 и Т4 участвуют в
регуляции выделения глюкокортикоидов надпочечниками, гормона роста
аденогипофизом.
Тироксин стимулирует общий рост тела, поэтому его недостаток
может привести к карликовости. Роль тиреоидных гормонов наиболее четко
прослеживается у молодых животных. Недостаток этих гормонов сопровождается
нарушением состояния нервной системы, задержкой роста и развития. У человека
при недостатке гормонов в эмбриональный период наблюдается тяжелая умственная
отсталость.
При связывании гипофизарного тиреотропина с рецептором
базальной мембраны клетки фолликула щитовидной железы активируется транспортер
тирозина и йодная помпа. Поступающий в клетку тирозин связывает йод с
образованием моно— и дийодтирозинов. Они акцептируют на поверхности молекулы
тиреоглобулина. Вместе с коллоидными белками при апокриновой секреции они
поступают в полость фолликула, где образуется глобулярная структура
тиреоглобулина. Последнее способствует превращению тирозинов в три— и
тетрайодтиронины. Затем этот комплекс посредством пиноцитоза захватывается из
полости клеткой обратно. При захватывании пиноцитозом тиреоглобулин
освобождается от йодсодержащих гормонов. В плазме крови энзимы (дейодиназы)
отщепляют йод полностью у тирозинов и частично — у тиронинов, что приводит к
преобладанию пула трийодтиронинов. Однако тироксин обладает значительно большей
эффективностью. В сосудистом русле тиронины транспортируются связывающими их
белками крови, которые синтезируются в печени.
Рецепторы йодтиронинов локализованы внутриклеточно,
что обеспечивает гормональные эффекты на уровне хроматина ядра и митохондрий.
Гормоны активируют экспрессию генов ряда витаминов, сократительных белков, Na, К—АТФазы
и энзимов дыхательного цикла. Через поры этой помпы в клетку транспортируется
глюкоза, кислород и некоторые аминокислоты.
Таким
образом, йодсодержащие гормоны активируют поступление в клетку субстрата
окисления и окислителя, а также стимулируют энзиматически сам процесс дыхания.
Это обусловливает участие гормонов в регуляции энергетического обмена, а также
энергоемких реакций: митоза и мейоза в процессе гаметогенеза, тонуса скелетных
мышц и сократительного термогенеза (дрожи), увеличения силы сердечных
сокращений, повышения возбудимости ЦНС и генеза отрицательных эмоций, полового
и терморегуляторного поведения, метаморфозов (у низших позвоночных животных и
насекомых). Это определяет возникновение при гипо— и гипертиреозах
соответствующих психозов, расстройств сна, памяти, внимания, репродукции и
двигательной активности.
Тиреоидные гормоны оказывают стимулирующее влияние на
процессы метаморфоза, что наиболее четко показано на амфибиях. При помещении
головастиков лягушки в воду, не содержащую йода, не осуществляется метаморфоз;
добавление йода или тиреоидных гормонов приводило к
осуществлению метаморфоза и развитию организма во взрослые формы.
Тиреоидэктомия
сопровождается задержкой развития половых желез, что свидетельствует о
необходимости тиреоидных гормонов для нормальной половой функции. Они имеют
большое значение при сезонных адаптациях у различных животных. При
осуществлении приспособительных изменений в организме тиреоидные гормоны
действуют совместно с другими гормонами, прежде всего с глюкокортикоидами.
Регуляция
концентрации тиреоидных гормонов. Уровень Т4 и Т3 в крови в нормальных условиях
варьирует в очень узких пределах. В ситуациях, которые требуют повышенной
концентрации тиреоидных гормонов, их секреция соответственно возрастает.
Секреторная
функция щитовидной железы, как и других эндокринных желез, регулируется по принципу
отрицательной обратной связи (рис. 6.16). При снижении секреции Т3 и Т4
содержание ТТГ в плазме повышается; напротив, концентрацию ТТГ можно снизить
введением Т3 и Т4. В систему регуляции входит также гипофизотропная зона
гипоталамуса, где вырабатывается ТРГ, стимулирующий выработку ТТГ гипофизом
(рис. 6.7, 6.17, 6.18). Тироксин тормозит секрецию ТТГ и, очевидно, ТРГ.
Возможно, что накапливающиеся в щитовидной железе тиреоидные гормоны могут
подавлять свое собственное образование и выведение Т4 в кровь. Это может быть
одним из аутокринных факторов, регулирующих дальнейший синтез гормона. На
секрецию Т3 и Т4 оказывают влияние сигналы от терморецепторов.
Патофизиология. Тиреоидные гормоны играют
важную роль в регуляции жизненно важных функций организма, изменение уровня их
содержания приводит к тяжелым патологическим состояниям. Давно известный
синдром диффузного токсического зоба (болезнь Базедова, болезнь Грейвса)
возникает из—за образования (очевидно, в вилочковой железе) длительно
действующего стимулятора щитовидной железы, который обладает свойствами ТТГ.
Его выделение не тормозится механизмом отрицательной обратной связи, и поэтому
он неограниченно стимулирует образование тиреоидных гормонов. Этот стимулятор
нарушает иммунологические процессы в организме, в связи с чем болезнь Базедова
рассматривают как аутоиммунное заболевание.
|
Рис.
6.16 Прямые и обратные связи в
системе нейроэндокринной регуляции 1
— медленно развивающееся и продолжительное ингибирование секреции
гормонов и нейромедиаторов, а также изменение поведения и формирования
памяти; 2 — быстро
развивающееся, но продолжительное ингибирование; 3 — кратковременное ингибирование. |
|
Рис. 6.17 Регуляция активности эндокринных
желез центральной нервной системой при участии гипоталамуса и гипофиза ТЛ —
тиреолиберин; СЛ — соматолиберин; СС — соматостатин; ПЛ — пролактолиберин; ГЛ
— гонадолиберин; КЛ — кортиколиберин; ТТГ — тиреотропный гормон; СТГ —
соматотропный гормон (гормон роста); ПРЛ — пролактин; ФСГ —
фолликулостимулирующий гормон; ЛГ — лютеинизирующий гормон; АКТГ —
адренокортикотропный гормон ПС — пролактостатин. Сплошными стрелками
обозначены активирующие, пунктирными — ингибирующие влияния. |
|
Рис. 6.18
Регуляция уровня тиреоидных гормонов с включением механизмов влияния
через терморецепторы и стресс—факторы Т3 —
трийодтиронин, Т4 — тироксин, ТЛ — тиреолиберин, ТТГ — тиреотропин; сплошными
стрелками обозначено прямое, стимулирующее влияние различных факторов,
пунктирными — торможение по типу обратной связи. |
Предполагают,
что стимулятор представляет собой антитело к рецептору ТТГ в аденогипофизе.
Избыточная продукция тиреоидных гормонов приводит к активации катаболизма
белков, в результате чего и может наступить отрицательный азотистый баланс. При
этом происходят также нарушение углеводного обмена, торможение перехода
углеводов в жиры, усиление мобилизации жира, нарушение водного и минерального
обмена, нарушаются процессы окислительного фосфорилирования. Заболевание
сопровождается похуданием, тахикардией, повышенной нервной возбудимостью, часто
наблюдается пучеглазие (экзофтальм).
Среди
других заболеваний, связанных с увеличением продукции тиреоидных гормонов,
часто встречается токсическая аденома щитовидной железы (болезнь
Пламмера). В этом случае в щитовидной железе образуется доброкачественная
опухоль, автономно продуцирующая повышенные количества тиреоидных гормонов.
Теоретически возможен также гипертиреоз, связанный с повышением секреции
ТТГ; однако такое заболевание наблюдается крайне редко.
Гипотиреоидное
состояние связано с пониженной
продукцией тиреоидных гормонов. Для гипотиреоза характерно разрастание ткани
щитовидной железы. Это происходит потому, что Т3 и Т4 не включаются в
необходимой степени (из—за их малого количества) в цепь регуляции обратной
связи. В результате продолжается выработка ТТГ, который и приводит к
дальнейшему увеличению щитовидной железы. Нарушение секреции тиреоидных
гормонов часто связано с недостаточным количеством йода в окружающей среде (эндемический
зоб). Развитие этой формы зоба наблюдается в различных районах земного
шара, например, в Альпах. В этих случаях введение йода с пищей предотвращает
развитие заболевания.
Другие
формы гипотиреоза возникают в связи с генетическими нарушениями синтеза
тиреоидных гормонов или вследствие аутоиммунного разрушения железы. Гипотиреоз
может наблюдаться также при нарушении секреции ТТГ гипофизом и ТЛ
гипоталамусом. Синдром врожденной недостаточности щитовидной железы именуется кретинизмом.
Снижение окислительных процессов и понижение синтеза белка приводят к задержке
роста у детей. У взрослых недостаточность функции щитовидной железы вызывает
умственную и физическую отсталость. При этом происходит нарушение белкового
(понижение синтеза и распада белка), углеводного (гипогликемия), водного и
минерального обмена, наблюдается брадикардия. Резко выраженная форма
гипотериоза называется микседемой (от греч. myxa — слизь — и oedema —
отек); она сопровождается тестовидным утолщением кожи,
связанным с увеличением объема соединительной ткани и задержкой в ней воды, и отложением
муциноподобных веществ.
Многие
результаты о действии тиреоидных гормонов получены при по удалении щитовидной
железы с замещающей терапией тиреоидными гормонами или ТТГ. Определенное
значение в изучении физиологии щитовидной железы имело применение различных антитиреоидных
веществ, ингибирующих ее функцию. Важную роль здесь играют также
особенности цитоморфологии щитовидной железы, выявляемые на основании
гистологического и электронно—микроскопического анализа. Однако в настоящее
время наибольшее значение имеют методы радиоиммунологического анализа
концентраций Т3, Т4 и ТТГ в плазме. Плодотворным методом является введение
радиоактивного изотопа 131J (или 123J) и регистрация его поглощения щитовидной железой с
получением «карты» распределения его излучения (радиоизотопное сканирование).
Так, в частности, возможно определение функции щитовидной железы при различных
состояниях организма. Скорость падения радиоактивности в этом случае служит
мерой выделения тиреоидных гормонов.