17.4: Щитовидна залоза

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1291

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть розташування і анатомію щитовидної залози
Обговорити синтез трийодтироніну і тироксину
Поясніть роль гормонів щитовидної залози в регуляції основного обміну
Визначте гормон, що виробляється парафолікулярними клітинами щитовидної залози

Орган у формі метелика щитовидна залоза розташована спереду від трахеї, трохи поступається гортані (рис.\(\PageIndex{1}\)). Медіальна область, звана перешийком, фланкується крилоподібної лівою і правою частками. Кожна з часток щитовидної залози закладена паращитовидними залозами, в першу чергу на їх задніх поверхнях. Тканина щитовидної залози складається в основному з фолікулів щитовидної залози. Фолікули складаються з центральної порожнини, заповненої липкою рідиною, званої колоїдної. Оточений стінкою епітеліальних фолікульних клітин, колоїд є центром вироблення гормонів щитовидної залози, і це виробництво залежить від необхідного та унікального компонента гормонів: йоду.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Щитовидна залоза. Щитовидна залоза розташована в шиї, де вона обертається навколо трахеї. (а) Передній вигляд щитовидної залози. (б) Задній вид щитовидної залози. (в) Залозиста тканина складається переважно з фолікулів щитовидної залози. Більші парафолікулярні клітини часто з'являються всередині матриксу клітин фолікула. ЛМ × 1332. (Мікрофотографія, надана регентами Медичної школи Університету Мічигану © 2012)

Синтез і вивільнення тиреоїдних

Гормони виробляються в колоїді, коли атоми мінерального йоду приєднуються до глікопротеїну, званому тиреоглобуліном, який секретується в колоїд клітинами фолікула. Наступні кроки окреслюють збірку гормонів:

Зв'язування ТТГ з його рецепторами в фолікульних клітині щитовидної залози змушує клітини активно транспортувати іони йодиду (I ^—) через свою клітинну мембрану, з кровотоку в цитозол. В результаті концентрація іонів йодиду, «потрапили» в фолікулярні клітини, у багато разів перевищує концентрацію в крові.
Іони йодиду потім переміщаються в просвіт клітин фолікула, які межують з колоїдом. Там іони піддаються окисленню (видаляються їх негативно заряджені електрони). Окислення двох іонів йодиду (2 I ^—) призводить до отримання йоду (I ₂), який проходить через мембрану клітини фолікула в колоїд.
У колоїді ферменти пероксидази пов'язують йод з амінокислотами тирозину в тиреоглобуліні для отримання двох посередників: тирозин, приєднаний до одного йоду, і тирозин, приєднаний до двох йодів. Коли один з кожного з цих посередників пов'язаний ковалентними зв'язками, отримане з'єднання - трийодтиронін (Т ₃), гормон щитовидної залози з трьома йодами. Набагато частіше дві копії другої посередницької зв'язку, утворюючи тетрайодтиронін, також відомий як тироксин (T ₄), гормон щитовидної залози з чотирма йодами.

Ці гормони залишаються в колоїдному центрі фолікулів щитовидної залози до тих пір, поки ТТГ не стимулює ендоцитоз колоїду назад в клітини фолікула. Там лізосомальні ферменти розщеплюють колоїд тиреоглобуліну, виділяючи вільні Т ₃ і Т ₄, які дифузіруют по мембрані клітини фолікула і потрапляють в кров.

У крові менше одного відсотка циркулюючих Т ₃ і Т ₄ залишається незв'язаним. Цей вільний T ₃ і T ₄ може перетнути ліпідний бішар клітинних мембран і бути прийнятий клітинами. Решта 99 відсотків циркулюючих T ₃ і T ₄ пов'язані зі спеціалізованими транспортними білками, званими тироксинзв'язуючими глобулінами (ТБГ), з альбуміном або з іншими білками плазми. Така «упаковка» запобігає їх вільній дифузії в клітини організму. Коли рівень Т ₃ і Т ₄ в крові починає знижуватися, пов'язані Т ₃ і Т ₄ звільняються з цих білків плазми і легко перетинають мембрану клітин-мішеней. Т ₃ є більш потужним, ніж T ₄, і багато клітин перетворюють T ₄ в T ₃ шляхом видалення атома йоду.

Регуляція синтезу ТГ

Вивільнення Т ₃ і Т ₄ з щитовидної залози регулюється тиреотропним гормоном (ТТГ). Як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\), низькі рівні T ₃ і T ₄ в крові стимулюють вивільнення тиреотропін-рилізинг-гормону (ТРГ) з гіпоталамуса, що запускає секрецію ТТГ з передньої частини гіпофіза. У свою чергу, ТТГ стимулює щитовидну залозу виділяти Т ₃ і Т ₄. Рівні ТРГ, ТТГ, Т ₃ і Т ₄ регулюються системою негативного зворотного зв'язку, в якій підвищуючі рівні Т ₃ і Т ₄ знижують вироблення і секрецію ТТГ.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Класичний цикл негативного зворотного зв'язку. Класична петля негативного зворотного зв'язку контролює регуляцію рівня гормонів щитовидної залози.

Функції гормонів щитовидної залози

Гормони щитовидної залози, T ₃ і T ₄, часто називають метаболічними гормонами, оскільки їх рівні впливають на основний метаболізм організму, кількість енергії, що використовується організмом у спокої. Коли Т ₃ і Т ₄ зв'язуються з внутрішньоклітинними рецепторами, розташованими на мітохондріях, вони викликають збільшення розщеплення поживних речовин і використання кисню для вироблення АТФ. Крім того, Т ₃ і Т ₄ ініціюють транскрипцію генів, що беруть участь в окисленні глюкози. Хоча ці механізми спонукають клітини виробляти більше АТФ, процес неефективний, і аномально підвищений рівень тепла виділяється як побічний продукт цих реакцій. Це так званий калоригенний ефект (калорій- = «тепло») підвищує температуру тіла.

Адекватний рівень гормонів щитовидної залози також необхідний для синтезу білка, а також для розвитку та росту тканин плода та дитинства. Вони особливо критичні для нормального розвитку нервової системи як внутрішньоутробно, так і в ранньому дитячому віці, і продовжують підтримувати неврологічну функцію у дорослих. Як зазначалося раніше, ці гормони щитовидної залози мають складний взаємозв'язок з репродуктивними гормонами, а недоліки можуть впливати на лібідо, фертильність та інші аспекти репродуктивної функції. Нарешті, гормони щитовидної залози підвищують чутливість організму до катехоламінів (адреналіну та норадреналіну) з мозку надниркових залоз шляхом регуляції рецепторів в кровоносних судибах. При надмірному рівні гормонів Т ₃ і Т ₄ цей ефект прискорює серцебиття, підсилює серцебиття, підвищує артеріальний тиск. Оскільки гормони щитовидної залози регулюють обмін речовин, вироблення тепла, синтез білка та багато інших функцій організму, порушення щитовидної залози можуть мати важкі та поширені наслідки.

РОЗЛАДИ... Ендокринна система: дефіцит йоду, гіпотиреоз та гіпертиреоз

Як обговорювалося вище, дієтичний йод необхідний для синтезу Т ₃ і Т ₄. Але для більшої частини населення світу продукти харчування не забезпечують належного рівня цього мінералу, оскільки кількість змінюється залежно від рівня ґрунту, в якому вирощувалася їжа, а також зрошення та використовувані добрива. Морська риба та креветки, як правило, мають високий рівень, оскільки вони концентрують йод з морської води, але багатьом людям у регіонах, що не мають виходу до моря, не вистачає доступу до морепродуктів. Таким чином, основним джерелом дієтичного йоду в багатьох країнах є йодована сіль. Зміцнення солі йодом почалося в США в 1924 році, і міжнародні зусилля з йодування солі в найбідніших країнах світу тривають і сьогодні.

Дієтичний дефіцит йоду може призвести до порушення здатності синтезувати Т ₃ і Т ₄, що призводить до безлічі важких порушень. Коли Т ₃ і Т ₄ не можуть бути вироблені, ТТГ виділяється у зростаючій кількості. В результаті такої гіперстимуляції тиреоглобулін накопичується в фолікулах щитовидної залози, збільшуючи їх відкладення колоїду. Накопичення колоїду збільшує загальний розмір щитовидної залози, стан називається зоб (рис.\(\PageIndex{3}\)). Зоб - лише видима ознака дефіциту. Інші порушення дефіциту йоду включають порушення росту та розвитку, зниження фертильності та внутрішньоутробну та дитячу смерть. Крім того, йододефіцит є основною причиною попереджуваної розумової відсталості у всьому світі. Неонатальний гіпотиреоз (кретинізм) характеризується когнітивним дефіцитом, низьким зростанням, а іноді глухотою та глухотою у дітей та дорослих, народжених матерями, які мали дефіцит йоду під час вагітності.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Зоб. (кредит: «Алмазі» /Вікісховище)

У районах світу, що мають доступ до йодованої солі, дефіцит харчування зустрічається рідко. Натомість запалення щитовидної залози є більш поширеною причиною низького рівня гормонів щитовидної залози в крові. Називається гіпотиреозом, стан характеризується низькою швидкістю обміну речовин, збільшенням ваги, похолоданням кінцівок, запорами, зниженням лібідо, порушеннями менструального циклу та зниженням розумової активності. На відміну від цього, гіпертиреоз - аномально підвищений рівень гормонів щитовидної залози в крові - часто викликається пухлиною гіпофіза або щитовидної залози. При хворобі Грейвса гіперщитовидний стан виникає внаслідок аутоімунної реакції, при якій антитіла надмірно стимулюють клітини фолікула щитовидної залози. Гіпертиреоз може призвести до збільшення швидкості обміну речовин, надмірного тепла та потовиділення тіла, діареї, втрати ваги, тремору та збільшення частоти серцевих скорочень. Очі людини можуть випирати (звані екзофтальмом), оскільки антитіла виробляють запалення в м'яких тканині орбіт. У людини також може розвинутися зоб.

Кальцитонін

Щитовидна залоза також виділяє гормон, званий кальцитоніном, який виробляється парафолікулярними клітинами (також званими клітинами С), які стрижуть тканину між різними фолікулами. Кальцитонін виділяється у відповідь на підвищення рівня кальцію в крові. Здається, він має функцію зменшення концентрації кальцію в крові шляхом:

Пригнічення активності остеокластів, кісткових клітин, які виділяють кальцій в кровообіг шляхом деградації кісткового матриксу
Підвищення остеобластної активності
Зниження всмоктування кальцію в кишечнику
Збільшення втрати кальцію в сечі

Однак ці функції зазвичай не є значними для підтримки гомеостазу кальцію, тому важливість кальцитоніну не зовсім зрозуміла. Фармацевтичні препарати кальцитоніну іноді призначають для зниження активності остеокластів у людей з остеопорозом і для зменшення деградації хряща у людей з остеоартрозом. Гормони, що виділяються щитовидкою, зведені в табл\(\PageIndex{1}\).

Таблиця\(\PageIndex{1}\): гормони щитовидної
супутні гормони	Хімічний клас	Ефект
Тироксин (Т ₄), трийодтиронін (Т ₃)	Амін	Стимулювати основний метаболізм
Кальцитонін	Пептид	Знижує рівень Ca ²⁺ в крові

Звичайно, кальцій критичний для багатьох інших біологічних процесів. Це другий посланник у багатьох сигнальних шляхах і має важливе значення для скорочення м'язів, передачі нервових імпульсів та згортання крові. З огляду на ці ролі, не дивно, що рівень кальцію в крові жорстко регулюється ендокринною системою. Органи, що беруть участь в регуляції, - це паращитовидні залози.

Огляд глави

Щитовидна залоза являє собою орган у формі метелика, розташований в шиї спереду від трахеї. Його гормони регулюють основний обмін, використання кисню, обмін поживних речовин, вироблення АТФ, гомеостаз кальцію. Вони також сприяють синтезу білка і нормальному росту і розвитку тканин організму, включаючи дозрівання нервової системи, підвищують чутливість організму до катехоламінів. Гормони щитовидної залози трийодтиронін (Т ₃) і тироксин (Т ₄) виробляються і секретуються щитовидною залозою у відповідь на тиреотропний гормон (ТТГ) з передньої частини гіпофіза. Синтез амінокислот, отриманих гормонами T ₃ і T ₄, вимагає йоду. Недостатня кількість йоду в раціоні може привести до зоба, кретинізму і багатьох інших порушень.

Переглянути питання

Питання: Яке з наведених нижче тверджень про щитовидну залозу вірно?

А. розташовується спереду від трахеї і нижче гортані.

В неї закладені паращитовидні залози.

C. виробляє три гормони.

D. все вищесказане

Відповідь: D

Q. Секреція гормонів щитовидної залози контролюється ________.

А. ТТГ з гіпоталамуса

Б. ТТГ з передньої частини гіпофіза

С. тироксин з передньої частини гіпофіза

D. тиреоглобулін з парафолікулярних клітин щитовидної залози

Відповідь: B

Питання: Розвиток зоба свідчить про те, що ________.

А. передній гіпофіз аномально збільшений

Б. є гіпертрофія клітин фолікула щитовидної залози

С. відбувається надмірне накопичення колоїду в фолікулах щитовидної залози.

D. передній гіпофіз виділяє надмірний гормон росту

Відповідь: C

Q. іони йодиду перетинаються з кровотоку в клітини фолікулів через ________.

А. проста дифузія

Б. полегшена дифузія

C. активний транспорт

D. осмос

Відповідь: C

Питання критичного мислення

Питання Поясніть, чому дефіцит йоду матері може призвести до неврологічних порушень у плода.

А. дефіцит йоду у вагітної жінки також позбавить плід. Йод необхідний для синтезу гормонів щитовидної залози, які сприяють росту і розвитку плода, включаючи дозрівання нервової системи. Недостатня кількість погіршить ці функції.

Питання: Визначте гіпертиреоз і поясніть, чому одним з його симптомів є втрата ваги.

А. гіпертиреоз - аномально підвищений рівень гормонів щитовидної залози в крові внаслідок перевиробництва Т ₃ і Т ₄. Людина з гіпертиреозом, ймовірно, втратить вагу, оскільки однією з основних ролей гормонів щитовидної залози є збільшення основного метаболізму організму, збільшення розщеплення поживних речовин та вироблення АТФ.

Глосарій

кальцитонін: пептидний гормон, що виробляється і секретується парафолікулярними клітинами (С-клітинами) щитовидної залози, яка функціонує для зниження рівня кальцію в крові

колоїд: в'язка рідина в центральній порожнині фолікулів щитовидної залози, що містить глікопротеїн тиреоглобулін

зоб: збільшення щитовидної залози або в результаті дефіциту йоду, або гіпертиреозу

гіпертиреоз: клінічно ненормальний, підвищений рівень гормону щитовидної залози в крові; характеризується підвищеною швидкістю обміну речовин, надлишковим теплом тіла, пітливістю, діареєю, втратою ваги та збільшенням частоти серцевих скорочень

гіпотиреоз: клінічно ненормальний, низький рівень гормону щитовидної залози в крові; характеризується низькою швидкістю обміну речовин, збільшенням ваги, похолоданням кінцівок, запорами та зниженою розумовою діяльністю

неонатальний гіпотиреоз: стан, що характеризується когнітивним дефіцитом, низьким ростом та іншими ознаками та симптомами у людей, народжених жінками, які мали дефіцит йоду під час вагітності

щитовидної залози: велика ендокринна залоза відповідає за синтез гормонів щитовидної залози

тироксину: (також, тетрайодтиронін, T ₄) амінокислотний гормон щитовидної залози, який є більш рясним, але менш потужним, ніж T ₃ і часто перетворюється на T ₃ клітинами-мішенями

трийодтиронін: (Крім того, T ₃) гормон щитовидної залози, похідний від амінокислот, який є менш рясним, але більш потужним, ніж T ₄