Эндокринная система и ее составляющие
Эндокринология
Эндокринология (греч. endon – «внутри», krino – «отделяю», logos – «учение») – часть практической медицины и наука о железах внутренней секреции, к которым относится и щитовидная железа. Эндокринология изучает строение, функции желез внутренней секреции, выделяемые ими гормоны и заболевания, развивающиеся в результате нарушения нейроэндокринной регуляции.
Первые письменные свидетельства об эндокринных заболеваниях были обнаружены в медицинских и философских трактатах Древней Индии, Китая, античной Греции, Рима и Древнего Египта. Сведения носили описательный характер и не имели научного обоснования. В XVII в. итальянский морфолог Марчелло Мальпиги обнаружил среди других органов человека специфические образования, которые в дальнейшем получили название желез, но их функции в то время не были установлены. На протяжении 2 последующих столетий с помощью экспериментов пытались раскрыть тайну загадочных органов. Только в 1830 г. немецкий физиолог Д. Мюллер установил, что железы вырабатывают специфические продукты, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма, то есть выполняют секреторную функцию. Проведенные в 1849 г. физиологами А. Бертольдом и С. Броун-Секаром опыты доказали, что отсутствие желез в организме приводит к летальному исходу.
Французский физиолог К. Бернар в 1855 г. выдвинул теорию о поддержании органами внутренней секреции гомеостаза (постоянства внутренней среды организма) и опытным путем доказал регулирующее действие нервной системы на функцию эндокринных желез. Это положение остается основополагающим в современной эндокринологии.
Родоначальником гормонотерапии в эндокринологии считают С. Броун-Секара, который в 1889 г. впервые выдвинул утверждение, что железы внутренней секреции выделяют в кровоток вещества, оказывающие влияние на органы, расположенные в отдалении от железы. Речь шла о гормонах, хотя данного понятия в то время еще не существовало. Инъекции, которые ученый вводил себе, и их воздействие положили начало применению гормонов для лечения заболеваний эндокринной системы.
С середины XIX в. стали регулярно появляться работы по клинической эндокринологии, но только в первой половине XX в. были выделены известные в настоящее время гормоны, установлена их химическая структура, осуществлен синтез и получены производные (дериваты), имеющие высокую степень биологической активности.
Эндокринная система
Эндокринная система нашего организма представлена железами внутренней секреции, гормонами, которые они секретируют, и тканями-мишенями органов, отвечающими на действие гормонов. Она обеспечивает постоянство внутренней среды организма, необходимое для протекания необходимых физиологических процессов. Гормоны, образующиеся в железах внутренней секреции, попадают в кровь и оказывают воздействие на жизнедеятельность всех тканей и органов организма. Активность эндокринной системы в равной степени зависит от способности желез внутренней секреции вырабатывать необходимое количество гормонов и готовности белков крови к их транспортировке во все органы и системы.
Гормоны
Термин «гормон» в 1902 г. был предложен английскими физиологами У. Бейлисом и Э. Старлингом в связи с проведенным ими опытом, который имел принципиальное значение для развития эндокринологии. Ученые установили, что гормоном может быть любое вещество, выделяемое клетками организма, переносимое кровью к удаленным областям (гуморальный фактор) и обладающее благоприятным воздействием на весь организм.
Современная наука рассматривает гормоны как вещества, характеризующиеся высокой биологической активностью, вырабатывающиеся в эндокринных железах, поступающие в кровь и регулирующие функции органов и систем, удаленно расположенных от места их секреции. Они считаются химическими посредниками, выбрасываемыми в кровь специальными клетками, которые продуцируют их в ответ на раздражение особыми сигналами.
Действие гормонов проявляется в точках, находящихся на значительном расстоянии от места их образования в эндокринной железе. В связи с этим говорят о дистанционном характере гормонов. Кроме того, для них характерна специфичность и избирательность действия. Воздействие осуществляется только на определенные органы, ткани и клетки, чувствительные к конкретному гормону, которые называют органами-мишенями, тканями-мишенями или клетками-мишенями. Такие клетки-мишени снабжены специальными информационными рецепторами – особыми соединениями, с помощью которых они распознают гормоны. Рецепторы являются молекулами белковой структуры, которые не только выделяют родственный гормон, принимают от него сигнал, но и преобразуют последний в гормональное действие. Рецепторные белки могут быть расположены внутри клетки, если гормоны, вырабатываемые эндокринной железой, способны легко проникнуть сквозь мембрану клеток-мишеней (стероиды, тиреоиды), или же на ее поверхности, если гормоны не обладают такими свойствами (белковые гормоны, катехоламины). Высокая биологическая активность гормонов проявляется даже при незначительном их содержании в крови.
В зависимости от химического строения гормоны бывают белковыми, полипептидными, стероидными и производными от аминокислот.
Ученые установили, что существуют пусковые гормоны и гормоны-исполнители. Пусковыми гормонами являются те, которые способны активизировать деятельность других эндокринных желез. К ним относятся тропные гормоны гипофиза и нейрогормоны гипоталамуса. Гормоны-исполнители оказывают воздействие непосредственно на основные функции организма.
Эндокринные железы
Железы эндокринной системы являются специализированными органами. Некоторые из них обладают способностью только к внутренней секреции – надпочечники, гипофиз, щитовидная железа и околощитовидные железы. Другие сочетают функции внутренней (эндогенной) и внешней (экзогенной) секреции – половые железы, поджелудочная железа. Например, внешняя секреция поджелудочной железы заключается в том, что в ней вырабатываются пищеварительные ферменты, которые передвигаются в двенадцатиперстную кишку, а внутренняя секреция проявляется выработкой в бета-клетках железы гормона инсулина, поступающего в кровь и регулирующего уровень сахара.
Эндокринную систему составляют 2 большие группы. Одна из них испытывает зависимость со стороны гипофиза, а другая отличается функциональной самостоятельностью. В 1-ю группу входят щитовидная железа, корковое вещество надпочечных желез и эндокринные части половых желез. Их функции регулируют тропные гормоны аденогипофиза (передней доли гипофиза), поэтому данные железы называют аденогипофизозависимыми железами, или железами-мишенями. Между ними и аденогипофизом существует обратная связь: например, он выбрасывает в кровь тиреотропный гормон, стимулирующий синтез тироксина – гормона щитовидной железы, а выделенный в кровь щитовидной железой тироксин подавляет продуцирование тиреотропного гормона аденогипофиза. А во 2-ю группу (аденогипофизонезависимые) образуют околощитовидные железы, мозговое вещество надпочечных желез, эндокринная часть поджелудочной железы и эндокринные клетки вилочковои железы. Их функции не зависят от деятельности гипофиза.
В эндокринную систему входят следующие железы внутренней секреции: гипоталамус, гипофиз, эпифиз, вилочковая железа, щитовидная железа, паращитовидные железы, поджелудочная железа, надпочечники и половые железы. Все эндокринные органы находятся в тесном взаимодействии между собой, поэтому даже при незначительном сбое в работе одного из них происходят изменения во всем организме.
Гипофиз (мозговой придаток, питуитарная железа) – центральная эндокринная железа, осуществляющая контроль и регуляцию функций периферических эндокринных желез. Гипофиз является сложным эндокринным органом, непарной железой бобовидной формы, расположенной в ямке турецкого седла – основании головного мозга. Длина гипофиза – 1 см, ширина – 1,3 см, вес – 0,5–0,6 г. Железа состоит из передней и задней долей (аденогипофиза и нейрогипофиза).
Аденогипофиз синтезирует так называемые тропные гормоны:
• кортикотропин, или адренокортикотропный гормон (АКТГ), оказывающий стимулирующее действие на функцию коркового вещества надпочечников и образование в нем глюкокортикоидов;
• соматотропин, или гормон роста (СТГ), основная функция которого заключается в стимуляции роста скелета и увеличении размеров тела. Кроме того, он регулирует процессы распада жиров и синтеза белков и глюкозы;
• тиреотропин, или тиреотропный гормон (ТТГ), биологическая роль которого сводится к поддержанию нормального строения и функциональной активности щитовидной железы, а также к контролю синтеза тиреоидных гормонов.
• гонадотропные гормоны (гонадотропин, лютропин, лютеинизирующий гормон и фолликулотропин) – гормоны, стимулирующие синтез мужских и женских половых гормонов и овуляцию у женщин;
• пролактин (лактогенный гормон, лютеотропный гормон, лютеотропин, маммотропин), отличающийся высокой биологической активностью. Гормон стимулирует рост и развитие молочных желез и внутренних органов, рост и функционирование сальных желез. Пролактин активизирует у женщин репродуктивные процессы и проявление материнского инстинкта, а у мужчин стимулирует рост предстательной железы.
Нейрогипофиз продуцирует вазопрессин и окситоцин. Вазопрессин – это гормон, обладающий противодиуретическим и вазопрессорным действием, регулирующий водный обмен и тонус сосудов. Окситоцин стимулирует выделение молока грудными железами в период кормления, способствует повышению тонуса и сокращению мускулатуры матки, а также регулирует родовой акт.
Таким образом, гормоны, синтезируемые гипофизом, оказывают влияние практически на все эндокринные железы.
Гипоталамус и гипофиз являются единой системой, управляющей функциями периферических эндокринных желез и обеспечивающей связь эндокринной и нервной систем организма. В связи с этим следует говорить о нейроэндокринной системе, регулирующей все функции организма и координирующей работу органов и систем.
Физиологически гипоталамус является частью мозга, но обладает свойствами эндокринных желез и нервной системы. Он воспринимает обширную информацию, поступающую к нему от органов чувств и различных внутренних органов, в виде нервных импульсов и передает их в кровь (гуморальным способом) посредством гормонов.
Нейросекреторные ядра гипоталамуса представлены крупноклеточными и мелкоклеточными ядрами. Первые продуцируют гормоны вазопрессин и окситоцин, которые переправляются по нервным стволам в нейрогипофиз, концентрируются там и используются в случае необходимости для стимуляции деятельности матки и почек. А последние синтезируют рилизинг-гормоны (рилизинг-факторы, разрешающие факторы), которые по венозной системе достигают гипофиза, где стимулируют и регулируют его деятельность, активизируя синтез антагонистических гормонов. Одни рилизинг-факторы способствуют выделению гормонов гипофиза (либерины), а другие – тормозят этот процесс (статины). Например, соматолиберин стимулирует секрецию гормона роста гипофиза, а соматостатин подавляет ее.
Эпифиз (шишковидная железа, шишковидное тело, пинеальная железа) – непарное образование шарообразной формы, расположенное глубоко под полушариями головного мозга. Он достигает 5-15 мм в длину, 3-10 мм в ширину, а весит около 170 мг.
Главная его функция – поддержание гомеостаза. Снижение активности железы или ее отсутствие практически не влияют на состояние здоровья человека, так как компенсируются функциями других желез (в основном надпочечников, гипофиза и гипоталамуса).
Вилочковая железа (тимус, зобная железа) – парный дольчатый орган, расположенный за грудиной в верхнем переднем средостении. Она состоит из 2 долей (правой и левой), соединенных рыхлой соединительной тканью. Ее вес у новорожденных колеблется от 7,7 до 34 г.
Функция этой железы – влияние на иммунологическую систему организма. Стимуляторами иммунных процессов являются гормоны тимозины и тимопоэтины, вырабатывающиеся эндокринными клетками тимуса.
Максимальное воздействие гормонов проявляется в периоде 3 лет до полового созревания, а затем с возрастом оно постепенно снижается. Нарушение иммунитета обычно выявляется в детском возрасте. Опухоли вилочковой железы встречаются у представителей всех возрастных групп, но довольно редко.
Паращитовидные железы (околощитовидные железы, паратиреоидные железы) – парные эндокринные железы внутренней секреции, имеющие округлую или удлиненную и слегка сплющенную форму. Их длина составляет 2–8 мм, ширина – 3–4 мм, а вес – 0,2–0,5 г.
У человека может быть от 2 до 12 пар паращитовидных желез. Обычно (при наличии 2 пар) верхняя пара находится на границе верхней и средней доли щитовидной железы, а нижняя – на уровне ее нижней третьей доли. Паращитовидные железы могут располагаться ниже щитовидной железы по боковым поверхностям трахеи или встраиваться в ее ткань.
Функциями паращитовидных желез являются регуляция кальциевого и фосфорного обмена и контроль содержания ионов кальция и фосфора в крови, осуществляемый с помощью гормона витамина D и паратгормона. Последний взаимодействует с тиреокальцитонином щитовидной железы: первый повышает уровень кальция в крови, а второй понижает его. В результате этого содержание кальция в крови сохраняется на нужном уровне.
Патология функции паращитовидных желез проявляется ее снижением (гипопаратиреоз) или повышением (гиперпаратиреоз).
Поджелудочная железа – непарное образование, относящееся к пищеварительной системе организма. Свое название она получила по месту расположения – позади задней стенки желудка. Железа имеет форму уплощенного и суживающегося тяжа и состоит из 3 отделов: головы, хвоста и тела. Общая длина – 14–23 см. Ширина головы колеблется от 3 до 7,5 см, хвоста – от 0,5 до 3,5 см, а тела – от 2 до 5 см. Вес железы составляет 60-115 г. Тонкая капсула, покрывающая железу, проникает в орган и делит его на дольки.
Поджелудочная железа, как уже было сказано, выполняет функции внутренней и внешней секреции. В первом случае (эндогенном) она выделяет в кровь полипептидные гормоны, которые вырабатываются панкреатическими островками (островками Лангерганса). В альфа-клетках эндокринной части поджелудочной железы продуцируется глюкагон, в бета-клетках – инсулин, а в дельта-клетках – соматостатин. Инсулин регулирует углеводный, белковый и жировой обмен в организме. Глюкагон обладает свойствами, противоположными инсулину, а также стимулирует его секрецию. Соматостатин влияет на инсулин, гормон роста и глюкагон, подавляя их выработку. Во втором случае (экзогенном) железа выделяет в двенадцатиперстную кишку сок, состоящий из ферментов, расщепляющих белки, жиры и углеводы, поступающие в организм с пищей.
Самыми распространенными нарушениями функции поджелудочной железы являются сахарный диабет (снижение активности), гиперинсулизм (повышение) и панкреатит (недостаточность).
Надпочечниковые железы (надпочечники) – парные образования, расположенные в забрюшинной области над верхними полюсами почек. По форме они напоминают треугольники или цилиндры со сглаженными вершинами и состоят из 2 слоев: наружного, который называют корковым, и внутреннего – мозгового. Формирование сетчатой, клубочковой и пучковой зон коркового слоя надпочечников происходит в течение первых 3 лет жизни. Длина надпочечника взрослого человека составляет 30–70 мм, ширина – до 35 мм, толщина – 3–8 мм. Вес обычно не превышает 14 г, но 80 % его приходится на корковое вещество. Железы имеют переднюю, заднюю и нижнюю поверхности и хорошо снабжаются кровью.
Основная функция надпочечников – регуляция водно-солевого обмена. Они обладают способностью только к внутренней секреции, то есть вырабатывают гормоны в корковом и мозговом слое и выбрасывают их в кровь. Корковое вещество (точнее, его зоны) продуцирует стероидные гормоны, которые называют кортикостероидами. Клетки клубочковой зоны выделяют регулирующие минеральный обмен стероиды – минералокортикоиды. Клетки пучковой зоны продуцируют глюкокортикоиды, контролирующие обмен белков, углеводов и жиров. Клетки сетчатой зоны синтезируют гормоны-предшественники андрогенов.
Мозговое вещество надпочечников синтезирует и выделяет в кровь адреналин и норадреналин, которые обладают свойством сужать кровеносные сосуды и повышать артериальное давление, регулировать углеводный и жировой обмен, повышать уровень холестерина и вызывать быструю адаптацию организма в условиях стресса. Адреналин синтезируется в ответ на различные раздражители и считается эмоциональным гормоном и медиатором стресса. Норадреналин известен как медиатор нервных процессов симпатического отдела нервной системы.
Нарушение функции надпочечников может быть вызвано заболеваниями надпочечниковых желез и нарушением их регуляции, которая осуществляется передней долей гипофиза.
Половые железы (гонады) – парные органы, продуцирующие половые клетки (гаметоциты). У женщин это яичники, в которых созревают яйцеклетки, а у мужчин – яички, где развиваются сперматозоиды.
Длина яичка взрослого мужчины составляет 4,5 см, ширина – 3 см, вес – 20–30 г. Яички сочетают функции внутренней и внешней секреции – вырабатывают сперматозоиды и синтезируют мужские половые гормоны (андрогены). Под действием андрогенов появляются и развиваются первичные и вторичные мужские половые признаки.
Размер яичников зависит от возраста женщины и их активности. В репродуктивном возрасте их длина в среднем составляет 4 см, ширина – 2 см, а вес – 6–8 г. Они, как и яички, выполняют внешнесекреторную и внутрисекреторную функции – обеспечивают образование и созревание яйцеклетки и вырабатывают женские половые гормоны (эстрогены), способствующие формированию первичных и вторичных женских половых признаков. В яичниках продуцируется прогестерон – гормон, обеспечивающий нормальное течение беременности.
Деятельность половых желез регулируют гипоталамус и гипофиз.
Нарушения функции половых желез довольно многообразные и обусловлены не только гормональной функцией, но и состоянием центральной нервной системы.
Предстательная железа (простата) – непарное образование шаровидной формы, расположенное в передней части малого таза под мочевым пузырем, входящее в мужскую половую систему. Длина простаты составляет 4 см, ширина – 3 см, а вес – 16 г.
Эта железа сочетает функции внутренней и внешней секреции, продуцируя андрогены, поддерживая сперматогенез и обеспечивая продвижение сперматозоидов по семявыносящим протокам и эякуляцию. Основная ее функция – выработка секрета спермы, или простатического сока. Секреторная деятельность простаты с возрастом снижается и угасает. Регуляция ее функции осуществляется нервной и эндокринной системами.
Нарушениями функции предстательной железы занимается урология.
К условно эндокринным железам относятся почки, выполняющие выделительную функцию. В них продуцируется гормон эритропоэтин, который стимулирует образование эритроцитов в костном мозге. Юкстагломерулярный аппарат почек выделяет в кровь ренин – гормон, при участии которого образуется ангиотензин, регулирующий тонус стенок кровеносных сосудов.
В последнее время ученые установили, что сердце тоже является эндокринной железой. В предсердии осуществляется синтез натрийуретического гормона, оказывающего влияние на выделение почками натрия.
Детское место, или плацента, относится к временно функционирующим органам эндокринного характера. Здесь синтезируются гормоны, обеспечивающие нормальное протекание беременности.
Центральная нервная система продуцирует особые вещества – эндорфины и энкефалины, которые являются нейроэндокринными пептидами, или нейрогормонами. В связи с тем, что данные гормоны оказывают обезболивающее действие и производят эффект морфина, их часто называют эндогенными опиатами или морфоподобными пептидами.
В эндокринную систему входит самая крупная железа внутренней секреции – щитовидная, но ее анатомия, физиология и механизм действия секретируемых гормонов будут рассмотрены отдельно.
Щитовидная железа, анатомия, физиология и функции
Щитовидная железа является железой внутренней секреции, вырабатывающей ряд специфических гормонов, необходимых для поддержания гомеостаза. Ее название возникло от греческого слова thyroidea, что в переводе означает «щит». Действительно, она как бы защищает своим щитом гортань и верхние дыхательные органы. Международное название щитовидной железы – тиреоидная железа. Она имеет форму бабочки с расправленными крыльями или подковы.
Письменные источники свидетельствуют, что о существовании щитовидной железы было известно задолго до нашей эры, но авторы древних медицинских трактатов ограничивались только описанием патологий (кретинизма, зоба) и не связывали заболевания с нарушением функции щитовидной железы. Самые ранние упоминания о зобе содержатся в книге «Хуан-Ти-Ней-Чин», написанной в 2697 (2597) г. до н. э. Известно, что в Древнем Китае для лечения данных заболеваний успешно использовали морские водоросли, насыщенные йодом.
Существуют работы Цельсия и Гиппократа, в которых изложены симптомы зоба, но только во II в. н. э. Гален впервые воспроизвел морфологическое описание эндокринной железы, рассматривая ее как часть голосового аппарата. Более полно орган был изучен А. Везалием (1543 г.). В 1656 г. эндокринное образование впервые было названо Т. Вартоном щитовидной железой. Длительное время (до середины XIX в.) ее функция и роль в процессе жизнедеятельности организма, оставались неопределенными. Ученые предполагали, что данная железа выделяет специальные вещества, предназначенные для органов трахеи и голосового аппарата, или отводили ей определенную роль в работе кровеносной системы как сосудистого органа, препятствующего избыточному поступлению крови в головной мозг.
Интенсивное изучение щитовидной железы началось в XIX в. Впервые гипотеза о свойственной этой железе внутренней секреции была подтверждена исследованиями Т. Кинга в 1836 г. В середине XIX в. были проведены операции по ее удалению и опубликованы материалы по изучению состояния больных. В 1880 г. В. Галл описал симптомы и клинику микседемы, вызванной патологией функции щитовидной железы. В 1892 г. для лечения этого заболевания Т. Мерреем, Дж. Фоксом и Ф. Макензи была предложена заместительная терапия фрагментами ткани щитовидной железы. И только в конце XIX в. (1896 г.) немецкий биохимик Е. Бауман установил взаимосвязь между недостатком йода в организме и деятельностью эндокринного органа и доказал, что йод секретируется в щитовидной железе.
Тиреоидный гормон тироксин, выделяемый ею, был получен в 1915 г. Э. Кендаллом, а расшифровка его химической структуры и синтез были осуществлены Дж. Харрингтоном и Дж. Бартером в 1927 г. Во 2-й половине XX в. Дж. Гросс и А. Пит-Риверс открыли новый гормон щитовидной железы – трийодтиронин, обладающий более высоким уровнем биологической активности.
О йоде и его значении для нормального функционирования щитовидной железы следует знать некоторые подробности.
Иод (лат. Iodum, Jodum) является одним из элементов периодической системы Д. И. Менделеева и принадлежит к галогенам – химическим элементам, существующим в природе исключительно в виде солей.
Он был открыт в 1811 г. французским химиком Б. Куртуа. Проводя опыт и подвергая нагреванию золу морских водорослей, смешанную с серной кислотой, он обратил внимание на выделяющийся фиолетовый пар, который оседал вокруг него в виде черно-серых блестящих кристаллов. Окраска пара дала название новому элементу. Позже, в 1813 г. знаменитый Ж. Л. Гей-Люссак и английский химик Г. Дэви придали ему статус химического элемента. Данный элемент в медицине и биологии называют йодом, в химии – иодом, чем объясняется его двойное написание.
При нормальной температуре йод испаряется, а при слабом нагревании возгоняется и оседает в виде кристаллов. Он плохо растворим в воде, но активен в органических растворителях. При взаимодействии с бескислородными растворителями жидкость приобретает фиолетовый цвет, а с кислородосодержащими – бурый. Йод адсорбируется на крахмале и придает ему темно-синюю окраску.
Для данного элемента характерна переменная валентность – степень окисления. Он образует иодиды, иодаты, иодноводородную, иодноватистую, йодистую, йодноватую и йодную кислоты. Элементарный йод является сильным окислителем.
Иод содержится в земной коре (в мантии и магме), а также в образованных из них базальтах и гранитах. Основные запасы этого элемента сосредоточены в биосфере. Так называемым биогенным резервуаром его концентрации является Мировой океан, особенно морские организмы – водоросли, губки и др. В 1 м3 воздуха приморского побережья содержится около 50 мкг йода.
В биосфере регулярно осуществляется йодообмен. Сначала соединения йода, испаряясь с поверхности океанов и морей, поднимаются в атмосферу и ветрами разносятся по континентам. Из атмосферы они легко поглощаются органическими веществами, содержащимися в почвах и морском иле (адсорбция). Из почвы йод забирают растения и выделяют его в окружающую среду, а затем он оседает на водных поверхностях и возвращается в океан.
При наслоении иловых осадочных пород происходит обратный процесс (десорбция), в результате которого определенная часть соединений йода проникает в подземные воды и способствует образованию минеральных вод, имеющих название йодобромных. Содержание йода в 1 л таких вод составляет более 100 мг.
Как химическому элементу ему свойственны рассеянность и подвижность. Рассеянность в биосфере проявляется многообразием форм соединений, а подвижность характеризуется неравномерностью распределения в природе. Последнее свойство играет важнейшую роль в жизнедеятельности живых организмов, так как нарушения их нормального функционирования возникают при низкой концентрации данного элемента в географических зонах. Снижение концентрации соединений йода обуславливают несколько факторов:
1) отдаленность от морей и океанов, превращающая внутриконтинентальные районы в обедненные йодом зоны (количество йода в атмосфере горных и континентальных областей составляет всего 0,2–1 мкг);
2) природный рельеф местности – в равнинных районах содержание йода в биосфере выше, чем в высокогорных, так как горные массивы препятствуют воздействию морских ветров;
3) особые свойства почв и вод, которые способствуют накоплению элемента (щелочные) или приводят к его выносу (кислотные).
Концентраторы йода – морские водоросли (ламинария, фукус, филлофора) – накапливают до 1 % йода, а морские губки – до 8,5 %.
В организм человека йод поступает с пищей, водой и воздухом. Всасывание этого элемента происходит частично в тонком кишечнике и мышцах, но основное количество сосредотачивается в щитовидной железе, где при его участии осуществляются биосинтез тиреоидных гормонов, влияющих на обмен веществ, сердечно-сосудистую, нервную и половую системы, накопление энергии, сохранение устойчивости иммунитета и поддержание гомеостаза. Иод выделяется почками, молочными и слюнными железами.
Суточная потребность человека в нем составляет 3 мкг на 1 кг массы. Данный показатель возрастает при беременности, быстром росте и переохлаждении.
Йод является токсичным веществом. Его пары ядовитые и вызывают раздражение слизистых оболочек, насморк, головную боль и отек легких. Попадание на слизистую оболочку сопровождается болью в глазах, слезотечением и покраснением кожи. Продолжительный прием препаратов йода и повышенная чувствительность к нему могут стать причиной йодизма – проявления перечисленных выше симптомов. Противопоказано его применение при беременности, туберкулезе легких, пиодермии, диатезах, крапивнице и заболеваниях почек.
В медицине при проведении диагностических исследований по определению функционального состояния и лечения заболеваний щитовидной железы используют искусственно созданные радиоактивные изотопы йода, которые могут накапливаться в органе. Степень поглощения этого вещества определяет пониженную или повышенную функцию железы. Радиоактивный йод обычно быстро выделяют почки, но при лечении некоторых заболеваний, особенно злокачественных образований в сочетании с пониженной функцией, он может скапливаться в избытке, что неблагоприятно влияет на состояние здоровья.
Щитовидная железа расположена в нижней части передней и боковых поверхностей шеи. Она состоит из 3 основных частей: 2 боковых долей и средней части, так называемого перешейка. Доли прилегают к трахее справа и слева, а перешеек, связывающий их, находится на передней поверхности гортани. Обычно правая доля железы несколько больше левой. В некоторых случаях перешеек может отсутствовать, и тогда доли связываются соединительнотканной перемычкой. От левой доли или перешейка может отходить кверху дополнительная пирамидальная доля, которая иногда достигает области подъязычной кости.
Длина долей составляет 4–6 см, ширина – 2–4 см, а толщина – 2 см. Ширина перешейка сохраняется в пределах 1 см.
Размеры щитовидной железы колеблются в зависимости от ее функционального состояния и степени кровенаполнения. У новорожденного она весит всего 1 г, к 1 году ее вес увеличивается в 2 раза, а к 25 годам он достигает 16–30 г. Бурный рост железы наблюдается в подростковом периоде. Ее объем у взрослого человека варьируется от 18 до 25 мл. Следует заметить, что вес и объем щитовидной железы у женщин несколько больше, чем у мужчин. Во время беременности происходит ее увеличение, а через 1 год после родов все возвращается к норме.
Щитовидная железа снабжена фиброзной капсулой. С помощью соединительных связок капсула железы фиксируется к гортани и трахее, поэтому при глотании она смещается вместе с ними.
Данная железа имеет разветвленную венозную и артериальную системы. Поступление крови происходит по верхним и нижним тиреоидным артериям, а отток крови и лимфы, насыщенных тиреоидными гормонами, – по венозным и лимфатическим сосудам. Вены щитовидной железы направляются к внутренним яремным и общим лицевым венам, а лимфатические сосуды – к шейным лимфатическим узлам.
Иннервация эндокринной железы осуществляется ветвями симпатических стволов и блуждающих нервов.
Структурной единицей железистой ткани долек щитовидной железы, в которой продуцируются гормоны, являются фолликулы – специфические пузырьки разнообразной формы, отделенные соединительной тканью и снабженные сетью кровеносных и лимфатических капилляров.
Стенки фолликулов состоят из клеток, вырабатывающих коллоид – густую слизистую гомогенную массу желтоватого цвета, заполняющую их просвет и содержащую тиреоглобулин (йодсодержащий белок). В диаметре они не превышают 1 мм. Поверхность фолликулярной клетки, обращенная к заполненному коллоидом пространству, снабжена ворсинками, соприкасающимися с коллоидной массой.
Фолликулярные клетки (А-клетки) щитовидной железы называют тиреоцитами, именно в них происходит выработка тиреоидных гормонов. Известны также парафолликулярные клетки щитовидной железы, или С-клетки, которые синтезируют тиреокальцитонин, регулирующий обмен кальция и фосфора в организме.
В нашем организме щитовидная железа является единственным органом, в котором синтезируются органические вещества, содержащие йод. Данный эндокринный орган вырабатывает 3 гормона, 2 из них являются йодсодержащими (тироксин и трийодтиронин), их синтез осуществляет обмен йода в организме, а 3-й гормон – тиреокальцитонин, не содержащий йода.
Процесс образования тиреоидных гормонов разделяется на несколько этапов.
I этап – захват и включение йода в систему щитовидной железы. После поступления пищи в желудочно-кишечный тракт в кишечнике происходит отделение его от пищевых компонентов, после чего в виде йодидов (RI, Nal) он попадает в кровь. С кровеносным потоком они устремляются к щитовидной железе, ткань которой обладает уникальным свойством – выделять и захватывать данные химические соединения. Процесс совершается при любых условиях, хотя обычно концентрация йода в самой железе значительно превышает его содержание в крови.
II этап – организация элементарного йода. Для синтеза гормонов необходим только чистый, или элементарный йод, поэтому при поступлении в щитовидную железу йодиды подвергаются окислению с помощью специальных ферментов цитохромоксидазы и пероксидазы и превращаются в элементарный йод. Этот этап важен для деятельности всей эндокринной системы, так как процесс окисления йодидов стимулирует выработку гипофизом тиреотропного гормона.
III этап – йодизация и конденсация йода. Иодизация является начальной стадией образования гормонов щитовидной железы и предусматривает включение элементарного йода в аминокислоту тирозин. Если в нее включается 1 атом йода, синтезируется монойодтирозин (МИТ), а если 2 атома – дийодтирозин (ДИТ). Однако данные образования еще не обладают свойствами гормонов. Следующей стадией образования гормонов щитовидной железы является конденсация, то есть слияние молекулярных образований, полученных на предыдущей стадии. При этом образуются тиронины, наделенные свойствами гормонов. Комбинации могут быть следующими:
• конденсация двух молекул дийодтирозина продуцирует гормон тироксин (Т4, тетрайодтиронин);
• конденсация моноиодтирозина и дийодтирозина – выделение гормона трийодтиронина (Т3).
Одновременно с этим под воздействием специфических ферментов начинается процесс дейодирования, или отщепления от гормонально-неактивных дийодтирозина и моноиодтирозина молекулярного йода, который сразу же включается во внутренний иодообмен и используется для синтеза новых тиреодных гормонов.
Тиреоглобулин, содержащийся в коллоидной массе фолликулов, играет роль молекулы, в клетках которой осуществляется синтез и скапливается запас тиреоидных гормонов. Данный гликопротеид обладает высокой молекулярной массой и большими размерами, что препятствует его попаданию в кровь. Он сохраняется в щитовидной железе и может выделиться в кровоток только при нарушении клеточной целостности. Получается, что тиреоидные гормоны представляют собой не свободные субъединицы, а являются частью молекулы тиреоглобулина. После протеолитического расщепления происходит высвобождение тироксина и трийодтиронина, а затем – их включение в кровоток. Этот процесс сопровождается выделением элементарного йода, который используется для синтеза гормонов железы.
В норме в щитовидной железе содержатся около 200 мкг/г тироксина (Т4) и 15 мкг/г трийодтиронина (Т3). Секреция гормонов Т3 и Т4 осуществляется ежедневно, причем выделение Т3 составляет всего 9 мкг/г, а Т4 – до 90 мкг/г. Содержание гормонов в сыворотке крови в среднем составляет около 100 нмоль/л для Т4 и 1,8 нмоль/л для Т3. Оба гормона щитовидной железы, содержащие йод, действуют в одном направлении, но при этом трийодтиронин обладает более высокой биологической активностью.
Избыточное количество тиреоидных гормонов скапливается в молекулах тиреоглобулина и расходуется в зависимости от потребностей организма. Запас гормонов в норме рассчитан на 2-10 недель, что является уникальной особенностью щитовидной железы.
Биосинтез гормонов щитовидной железы регулируют и контролируют центральная нервная система, гипофиз и гипоталамус. Тиреотропный гормон передней доли гипофиза (ТТГ) контролирует продуцирование тироксина и трийодтиронина, оказывая воздействие на конденсацию (слияние) монойодтирозина и дийодтирозина и образование тиронинов. ТТГ и его ферменты способствуют расщеплению тиреоглобулина и выделению гормонов щитовидной железы в кровоток. Он активизирует рост эндокринной железы и ускоряет кровообращение. Гипофиз и щитовидная железа работают по принципу обратной связи, поэтому при повышенной концентрации тироксина и трийодтиронина в кровотоке выброс тиреотропного гормона гипофиза замедляется, а при пониженной – ускоряется.
Контроль деятельности передней доли гипофиза и щитовидной железы осуществляет гипоталамус – регулятор нейроэндокринной системы. Содержащийся в нем тиролиберин стимулирует и регулирует образование тиреотропного гормона гипофиза. Повышение или понижение уровня тиролиберина прямо связано с изменением концентрации тиреоидных гормонов в крови. При нарушении равновесия в системе «гипоталамус – гипофиз – тиреоид» возникают заболевания щитовидной железы.
Тиреоидной системе свойствен так называемый циркадный ритм. Концентрация тиреоидных гормонов щитовидной железы и выделение тиролиберина гипоталамусом максимальны в первой половине дня и минимальны во второй, а содержание тиреотропного гормона гипофиза, напротив, максимально вечером и ночью и минимально утром. Тиреоидная система подвержена сезонным колебаниям: концентрация трииодтиронина, тиреотропного гормона и реакция последнего на гормон гипоталамуса (тиролиберин) зимой повышаются, тогда как уровень тироксина остается стабильным.
Основные функции щитовидной железы – синтез тироксина и трииодтиронина и осуществляемый ими йодобмен.
Тиреоидные гормоны стимулируют газо– и водообмен в организме, ускоряя поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также выделение воды тканями и клетками.
Гормоны участвуют в обмене белков, жиров и углеводов. При недостаточном поступлении в организм белка они активизируют его синтез, а в случае повышенного его поступления подавляют синтез и ускоряют распад белка. Тиреоидные гормоны обладают способностью замедлять всасывание углеводов из кишечника, уменьшать выделение сахара с мочой и нарушать синтез гликогена в печени. Недостаточность щитовидной железы или ее частичное удаление вызывает повышение уровня холестерина и липидов в крови. Экспериментально доказано, что развитие атеросклероза зависит от содержания тиреоидных гормонов в крови.
Тиреоидные гормоны оказывают влияние на важнейшие биологические процессы: рост, развитие организма, дифференцировку тканей, деятельность сердечно-сосудистой и нервной систем. Удаление щитовидной железы вызывает остановку роста, а ее недостаточность – карликовость и окостенение скелета. Она влияет на процесс регенерации (восстановления) тканей, ускоряя или замедляя этот процесс. В последнее время появились данные о влиянии гормонов на генетическую систему.
Кроме того, так как деятельность щитовидной железы регулируется центральной нервной системой и гипофизом, при ее удалении или недостаточности быстро развивается умственная отсталость и нарушается дифференцировка клеток мозга.