Тиреотропный гормон (гормон, стимулирующий щитовидную железу)

Надо ожидать, что тиреоидиый гормон вырабатывается щитовидной железой в соответствии с потребностью в нем организма. Когда интенсивность обмена веществ возрастает, как, например, во время физической нагрузки, тиреоидный гормон потребляется с повышенной скоростью, и, соответственно, организму требуются большие его количества. Обратное верно, когда потребность в гормоне низка, например во время ночного сна.

В случае инсулина регулятором выработки гормона является уровень глюкозы, который меняет уровень инсулина в крови по механизму отрицательной обратной связи. Но тиреоидный гормон не может предложить организму такой выбор. Во всяком случае, мы не знаем такого химического соединения, на концентрацию которого оказывал бы действие тиреоидный гормон, как не знаем мы соединения, которое при изменении его концентрации в крови влияло бы на уровень тиреоидного гормона.

Концентрация тиреоидного гормона в кропи должна меняться сама по себе. Если метаболизм повышается и увеличивается потребление гормона щитовидной железы, то его концентрация в крови должна упасть. Если же метаболизм снижен, то уровень гормона в крови должен, наоборот, повыситься. Может показаться, что щитовидная железа сама реагирует на содержание своего гормона в протекающей через железу крови. Но это, очевидно, опасный вариант регуляции. Поскольку щитовидная железа сама вырабатывает гормон, то концентрация его в крови, текущей в непосредственной близости от железы, будет выше, чем в других областях тела, и железа получит неверную информацию о гормональном балансе периферических областей. (Нечто похожее делают на некоторых фирмах начальники, окружающие себя раболепными прихлебателями.)

Выход можно найти, если сделать регулятором вторую железу, — железу, расположенную в другой области организма. И такая железа действительно существует. Это маленький эндокринный орган, расположенный у основания головного мозга, — гипофиз. По-латыни он называется питуитарной (то есть слизистой) железой. В Средние века ученые считали, что, поскольку гипофиз находится непосредственно над носовыми ходами, то он отвечает за образование слизи, вытекающей из носа. Этот взгляд сохранял свою силу вплоть до начала XVII века.

Однако гипофиз, разумеется, не имеет никакого отношения к образованию слизи. Секрет, который он продуцирует, поступает прямо в кровь. Греческое название, прижившееся за последние пятьдесят лет, — гипофиз, то есть нижний вырост мозга, является, по крайней мере, точно описательным.

У человека гипофиз представляет собой яйцевидное образование длиной около полудюйма и весом около одного грамма. По размерам он не превосходит концевую фалангу мизинца, но пусть это обстоятельство не вводит вас в заблуждение. В каком-то смысле это самая главная железа в человеческом организме. Об этом говорит даже местоположение железы — в самом центре головы, создается такое впечатление, что природа решила спрятать ее в самое безопасное место. Топкой ножкой железа связана с головным мозгом, а основная ее часть расположена в углублении костного основания черепа.

Гипофиз разделен на две части, которые (как и в случае с надпочечными железами) функционально не связаны между собой. Они имеют даже разное происхождение. Задняя доля гипофиза происходит из вещества основания головного мозга, и именно задняя доля связана с мозгом тонкой ножкой. Передняя часть, или передняя доля, в эмбриональном развитии происходит из тяжа клеток, отшнурованных от одного из жаберных карманов. Передняя доля в ходе внутриутробного развития теряет связь с глоткой и постепенно сближается с задней долей, с которой входит в тесное соприкосновение. Объединение двух долей, таким образом, происходит чисто случайно. (У некоторых видов есть еще промежуточная доля гипофиза, но у человека она практически отсутствует.) Обе доли гипофиза вырабатывают полипептидные гормоны. В передней доле гипофиза образуются шесть гормонов, которые были выделены в чистом или почти чистом виде. Всю эту группу называют гормонами передней доли гипофиза. (Предполагают, что в ней образуются еще несколько гормонов.)

Один из шести гормоном передней доли гипофиза стимулирует деятельность щитовидной железы. Это очень легко показать в эксперименте, так как удаление гипофиза, среди прочих нежелательных эффектов, приводит к атрофии щитовидной железы. Ту же картину мы наблюдаем у людей при заболевании, называемом гипопитуитаризмом, когда выработка гормонов гипофиза уменьшается ниже уровня, необходимого для поддержания нормального здоровья. Симптомы этого заболевания (весьма удручающие, потому что болезнь, как правило, поражает молодых женщин и приводит к раннему старению) были описаны германским врачом Моррисом Симмондсом, в честь которого и само нарушение носит название болезни Симмондса.

У медали есть и положительная сторона. Введение экстрактов гипофиза животным приводит к увеличению веса и повышению активности щитовидной железы. Разумно в связи с этим предположить, что по меньшей мере один из гормонов передней доли гипофиза отвечает за функцию щитовидной железы. Этот гормон был выделен, и его назвали тиреотропным гормоном, что по-гречески означает «питающий щитовидную железу». (По смыслу здесь следует употреблять термин «тиреотрофный», поскольку «тропный» означает «вращающий», что в данной ситуации не имеет смысла. По несчастью, звучание обоих слов сходно, а биохимики мало беспокоятся по поводу правильного употребления греческих слов. Термин «тиреотропный» уже получил широкое распространение и, видимо, будет употребляться еще шире.)

Два гормона уже могут вступать между собой в реципрокные отношения по механизму отрицательной обратной связи. Снижение концентрации тиреоидного гормона в крови стимулирует повышение выработки ТТГ, а повышение концентрации тиреоидного гормона угнетает секрецию ТТГ. Напротив, повышение секреции ТТГ стимулирует выработку тиреоидного гормона, а снижение концентрации ТТГ угнетает деятельность щитовидной железы, секретирующей тиреоидиый гормон.

Предположим, что в результате усиления обмена веществ увеличилось потребление тиреоидного гормона, и уровень его в крови снизился. Когда кровь протекает через переднюю долю гипофиза, снижение уровня тиреоидного гормона стимулирует секрецию дополнительного количества ТТГ, и его концентрация в крови возрастает. Когда кровь протекает через щитовидную железу, повышенный уровень ТТГ стимулирует выработку дополнительного количества тиреоидного гормона, что позволяет удовлетворить потребности организма в условиях повышенного обмена веществ.

Если же в этих условиях тиреоидного гормона окажется больше, чем нужно организму, то его уровень в крови повысится. Избыток тиреоидного гормона угнетающе подействует па выработку ТТГ, и его секреция снизится, что, в свою очередь, снизит продукцию тиреоидного гормона. В результате отрегулированной совместной деятельности двух желез уровень тиреоидного гормона поддерживается на относительно стабильном уровне, несмотря на меняющиеся потребности в гормоне.

Работа «тиреоидно-гипофизарной оси» может, естественно, давать сбой. Даже тот простой факт, что в регуляцию вовлечена вторая железа, означает, что в этой связке есть еще одно звено, которое может выйти из строя. Например, может случиться так, что гипертиреоз разовьется не от нарушений в самой щитовидной железе, а от заболевания гипофиза. В результате такого заболевания продукция ТТГ может оказаться патологически высокой. Избыток ТТГ, в свою очередь, стимулирует щитовидную железу к повышенной выработке ненужного и даже вредного количества тиреоидного гормона. (Передняя доля гипофиза является железой, регулирующей по описанному механизму деятельностью еще нескольких желез внутренней секреции. Можно сказать, что гипофиз — это железа-дирижер организма.)

ТТГ пока не выделен в чистом виде, поэтому информация о нем является неполной. Считают, что его молекулярный вес приблизительно равен 10 000, что позволяет утверждать, что его полипептидная цепь состоит примерно из 100 аминокислотных остатков. Однако есть данные о том, что исходная молекула может расщепляться на более мелкие фрагменты без утраты биологической активности. Способность сохранять активность при расщеплении на мелкие участки показана и для некоторых других гормонов, хотя это правило, как представляется, не распространяется па инсулин.

ПАРАТИРЕОИДНЫЙ ГОРМОН

Позади щитовидной железы расположены четыре уплощенных участка розоватой или красноватой ткани размером около трети дюйма каждый. Два участка расположены справа от трахеи, два — слева. Эти участки расположены попарно у верхушки и у основания щитовидной железы. Эти мелкие образования называются паращитовидными железами, то есть железами, расположенными возле щитовидной железы.

Паращитовидные железы были впервые найдены у носорогов в середине XIX века, и в течение нескольких десятилетий не привлекали внимания ученых. Если врачи и анатомы и вспоминали о них, то считали их частью щитовидной железы. Однако все чаще повторялись случаи, когда во время частичного или полного хирургического удаления щитовидной железы случайно удаляли и эти участки ткани. Такая досадная неосторожность имела драматические последствия. Удаление щитовидной железы в ряде случаев приводило к развитию тяжелой микседемы, но больные, по крайней мере, оставались живы. Напротив, удаление паращитовидных желез приводило к скорой смерти, которая следовала за периодом мучительных мышечных судорог. Удаление паращитовидных желез у экспериментальных животных, которые более чувствительны к нему, чем люди, вызывало состояние судорожного сокращения мышц, или к тетании — от греческого слова «судорога». Это состояние напоминало заболевание, развивающееся при низком содержании в крови иона кальция. Некоторые атомы или группы атомов склонны терять один или несколько электронов, составляющих их электронную оболочку. Или, напротив, некоторые атомы или группы атомов склонны захватывать электроны и присоединять их к своей исходной электронной оболочке. Поскольку электроны несут отрицательный заряд, постольку атомы, которые их теряют, приобретают положительный заряд, а те, которые захватывают электроны, приобретают отрицательный заряд. Заряженные атомы можно заставить двигаться в электрическом поле, почему они и получили название «ионы», от греческого слова «ион», что значит «путник». Свойства ионов кардинально отличаются от свойств незаряженных атомов. Так, атомы кальция образуют активный металл, который в чистом виде может оказать вред-нос влияние на живые ткани, в то время как действие ионов намного мягче, и они являются необходимыми составными частями тканей. Ионы кальция не обладают металлическими свойствами, они относятся к классу веществ, которые называются солями. Разница в свойствах отражается и в химической символике. Атомы обыкновенного кальция обозначаются символом Са, а ионы кальция, несущие двойной отрицательный заряд, обозначаются символом Са++. При этом было обнаружено, что уровень ионов кальция действительно снижается крови у животных с удаленными наращитовидными железами. По мере развития тетании состояние животного ухудшалось, и вскоре наступала смерть либо от полного истощения, либо от спазма мышц гортани. Животное душило себя и погибало от асфиксии (удушья). К 20-м годам XX века хирурге стали очень аккуратно удалять щитовидную железу и старались при этом не задеть паращитовидные железы.

Как выяснилось, паратиреоидиый гормон играет в обмене кальция такую же роль, как глюкагон в обмене глюкозы. Глюкагон мобилизует запасы гликогена в печени, стимулирует его расщепление на молекулы глюкозы, которая поступает в кровь а паратиреоидиый гормон мобилизует запасы кальция в костях, стимулирует ионизацию кальция, который в таком виде поступает в кровеносное русло.

В крови содержится 9 — 11 миллиграмм-процентов ионов кальция. Ион кальция жизненно необходим для осуществления процессом свертывании крови и для нормального функционирования нервов и мышц. Для того чтобы нормально поддерживать эти функции, содержание ионов кальция должно изменяться в довольно узких пределах. Если концентрация ионов кальция оказывается либо слишком высокой, либо слишком низкой, то расстраивается весь ионный баланс организма, нервы и мышцы перестают работать, и организм умирает. Чтобы этого не случилось, необходима правильная работа паращитовидных желез. Таким образом, общее содержание ионов кальция в крови составляет около 250 мг, в то время как в костях скелета его содержание приближается к 3 кг. Это означает, что и костях кальция содержится приблизительно в 12 000 раз больше, чем в крови, то есть скелет является практически неисчерпаемым резервуаром запасного кальция. Значит, небольшого количества кальция, удаленного из костей, — столь малого, что это не скажется на прочности скелета, — хватит на то, чтобы надолго обеспечить достаточный уровень содержания ионов кальция в крови.

Под действием паратиреоидного гормона активируются клетки, ответственные за растворение костной ткани. Кость начинает рассасываться с несколько большей скоростью, и освобожденные ионы кальция начинают поступать в кровеносное русло. Как только это происходит, в кровь тотчас начинает поступать ион фосфата, который связан с ионом кальция в костях. Ни один из этих ионов не может быть высвобожден без другого. Фосфат не задерживается и крови, а выводится из организма с мочой. Возможно, что паратиреоидный гормон одновременно стимулирует выведение фосфатов с мочой.

Скорость секреции паратиреоидного гормона контролируется уровнем кальция в крови, так же как секреция инсулина находится йод контролем уровня глюкозы крови. Так, если в пищевом рационе содержится мало кальция и существует угроза снижения концентрации иона кальция в крови, то в игру вступает паратиреоидный гормон, который стимулирует рассасывание костной ткани. Если содержание кальция в пищевом рационе нормальное, то увеличение концентрации кальция в крови подавляет секрецию паратиреоидного гормона и рассасывание костей приостанавливается. В 1963 году в научной печати появилось сообщение о том, что паращитовидная железа продуцирует еще один гормон, кальцитонин, эффект которого противоположен действию паратиреоидного гормона, так же как эффект инсулина противоположен действию глюкагона. Кальцитонин снижает уровень иона кальция в крови. Кроме того, происходят другие процессы (в которых участвует витамин D, но это уже другая история), которые восстанавливают утраченную костную ткань. Весь избыток кальция при этим выводится с мочой.

В некоторых случаях паращитовидные железы продолжают активно функционировать, несмотря на высокий уровень иона кальция в крови. Это происходит, например, при опухолях паращитовидных желез, когда ее клетки бесконтрольно продуцируют гормон. Такое состояние называется гиперпаратирсозом. В этих случаях бесконтрольно происходит и разрушение костей, поскольку под действием гормона происходит постоянное поступление кальция в кровь из костных депо, и избыток кальция для выживания организма безвозвратно теряется, выводясь с мочой. Со временем кости размягчаются настолько, что начинают ломаться от незначительных нагрузок. Такие «беспричинные» переломы часто бывают первыми симптомами развившегося заболевания, на которые обращают внимание больные и врачи.

В 1960 году паратиреоидный гормон был выделен в чистом виде. Это небольшая белковая молекула весом около 9500, цепь которого состоим из 83 аминокислотных остатков. Молекулу можно расщепить па более мелкие фрагменты, и один из них, состоящий из 33 аминокислотных остатков полностью имитирует действие целого гормона. 3, чем же тогда нужны еще 50 аминокислот? Проще всего предположить, что остальные 50 аминокислотных остатков служат для повышения устойчивости всей молекулы. (По аналогии можно сказать что в ноже важно только лезвие, потому что оно режет, но для того, чтобы ножом можно было пользоваться, необходима и рукоятка.)

Точный порядок расположения аминокислотных остатков в молекуле паратиреоидного гормона пока не выяснен.