WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«Щитовидная железа Фундаментальные аспекты ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА Фундаментальные аспекты Под редакцией проф. А.И.Кубарко (Минский медицинский институт, Беларусь) и проф. S.Yamashita (Университет г. ...»

-- [ Страница 3 ] --

Поскольку при введении радиоизотопов йода не исключается опасность генетических повреждений, индукции лейкемии и опухолей, применение радиоактивного йода ограничивают возрастом старше лет. Отмечают, однако, что за 30 лет применения адекватных лечебных доз I убедительных доказательств вышеназванных опасных последствий применения радиоактивного йода не получено.

Главный недостаток терапии радиоактивным йодом - развитие гипотиреоидизма примерно в 50% случаев, для коррекции которого требуется пожизненное применение тиреоидных гормонов.

Радиоактивный йод не применяют при беременности и в период грудного вскармливания, так как йод проникает через плаценту и в грудное молоко. Дополнительные сведения о влиянии йода на функцию щитовидной железы изложены в главе 3.

Симптоматические средства Кардиотоксические и многие другие проявления тиреотоксикоза тахикардия, тремор, беспокойство, напряженность, потливость обусловлены симпатомиметическими эффектами высоких концентраций тиреоидных гормонов, вызывающих повышение чувствительности органов-мишеней к адренергическим медиаторам.

Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств Поэтому в качестве дополнительных средств терапии тиреотоксикоза, особенно при тиреотоксическом кризе, применяют бета адреноблокаторы (пропранолол, атенолол, метопролол, эсмолол) и симпатолитические средства (гуанетидин).

Бета-блокаторы назначаются внутрь, но при необходимости могут вводиться и внутривенно (пропранолол, эсмолол). Пропранолол частично тормозит конверсию Т в Т и оказывает комплексное 4 антитиреоидное действие.

Для снижения частоты тахиаритмических осложнений тиреотоксикоза назначают также блокаторы кальциевых каналов (дилтиазем). В качестве вспомогательных средств при тяжелом тиреотоксикозе применяют дексаметазон (0,5-1 мг внутривенно каждые 6 часов), ингибирующий конверсию Т в Т, антипиретики и седативные 4 препараты.

Клиническое применение антитиреоидных средств и методы лечения различных гипертиреоидных состояний будут далее рассмотрены в клинической части настоящего руководства.

4.3 Другие средства, влияющие на функцию щитовидной железы Функция щитовидной железы подвержена влиянию многочисленных факторов, способных провоцировать гипер- и гипотиреоидизм. Многие заболевания и применение ряда лекарственных средств, кроме того, могут приводить к получению таких показателей состояния функции щитовидной железы при лабораторном исследовании, которые нередко интерпретируются как признаки эндокринных расстройств при фактическом эутиреоидном статусе обследуемого.

Учитывая обширность этих вопросов, ограничимся рассмотрением некоторых фармакологических средств, влияющих на функцию щитовидной железы с позиций токсикологии и некоторых эвристических подходов.

Выше уже отмечалось, что воздействие многих химических веществ, вызывающих снижение уровня тиреоидных гормонов в крови, приводит по механизму отрицательной обратной связи к усилению продукции ТТГ и развитию зоба - гиперпластической реакции ткани щитовидной железы. Эта по своей сути компенсаторная реакция реализуется при интактном состоянии центральных механизмов регуляции тиреоидной системы. Вещества, индуцирующие развитие зоба, - гойтрогены имеют важное экологическое и клиническое значение. К ним относятся и рассмотренные ранее специфические антитиреоидные средства, кроме йодидов и радиоактивного йода.

Модуляторы функции щитовидной железы могут быть классифицированы по характеру их влияния на различные стадии образования, транспорт, метаболические превращения и действие тиреоидных гормонов (табл. 4.3).

Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств Табл. 4.3. Антитиреоидные средства.

Точки приложения действия Средства Активный транспорт Сложные моновалентные анионы:

ионов йода перхлорат, пертехнетат, флюороборат, тиоционат и др.

Йодирование Тиоамиды (пропилтиоурацил, тиреоглобулина метимазол, карбимазол) (органификация йода) Производные анилина (сульфанил амиды) Дигидроксифенолы (резорцинол) Йодиды, амиодарон Цитокины Конъюгация йодтирозинов Тиоамиды, сульфаниламиды Соли лития Освобождение гормонов Йодиды, амиодарон и др.

(эндоцитоз и протеолиз Йодсодержащие средства, соли лития коллоида) Колхицин, цитохолазин В Цитокины Дейодирование Нитротирозины йодтирозинов (реутилизация йода) Периферическое Пропилтиоурацил и его аналоги дейодирование Йоподат, йопаноевая кислота йодтиронинов Амиодарон Пропранолол, дексаметазон, Транспорт, инактивация и Эстрогены, андрогены элиминация гормонов Индукторы микросомальных ферментов печени, наркотические средства, анальгетики Действие гормонов Аналоги тироксина (агонисты, антагонисты) Амиодарон, фенитоин (?), фенобарбитал Свободные жирные кислоты (?), Бензодиазепины Блокаторы кальциевых каналов Жирным шрифтом отмечены индивидуальные химические соединения или лекарственные средства.

Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств Средства, влияющие на секрецию гипофизом ТТГ Естественными регуляторами секреции гипофизом ТТГ являются тиреолиберин (тиротропин-рилизинг гормон гипоталамуса) и тиреоидные гормоны. Некоторые лекарственные средства в фармакологических дозах (табл. 4.4), действуя на гипоталамо гипофизарном уровне, также могут снижать концентрацию ТТГ в крови, хотя и не так значительно, как, например, тиреоидные гормоны при гипертиреоидизме.

Табл. 4.4. Ингибиторы секреции ТТГ.

Препараты Дозы Допамин 1 мкг/кг/мин Дексаметазон 0,5 мг/день Гидрокортизон 100 мг/день Октреотид 100 мкг/день Этим свойством обладают допамин в кардиостимулирующих дозах, глюкокортикостероиды и октреотид - синтетический аналог соматостатина. Реакция ТТГ на введение этих препаратов обычно нестабильна, так как снижение уровня тиреоидных гормонов стимулирует компенсаторную секрецию тиротропина и баланс гормонов восстанавливается. Сходным влиянием на тиреоидную функцию, вероятно, обладают амфетамины (дофаминомиметики). Секреция ТТГ снижается также при стрессе и некоторых острых психических заболеваниях.

В определенных клинических ситуациях управление секрецией ТТГ и ТРГ могло бы значительно расширить возможности терапии тиреоидной патологии, поэтому изыскание агонистов и антагонистов как естественных регуляторов функции тиреоидной системы может являться перспективным направлением фармакологии.

Ингибиторы синтеза, секреции и метаболизма тиреоидных гормонов В настоящее время известны многочисленные агенты, ингибирующие различные стадии образования и метаболизма тиреоидных гормонов - поглощение и органификацию йода, конъюгацию йодтирозинов, эндоцитоз и протеолиз тиреоглобулина, реутилизацию йода, метаболические превращения гормонов в тканях, их транспорт в крови и выведение (табл. 4.3). Для большинства этих агентов влияние на щитовидную железу не является специфическим и только отдельные из них используются в качестве антитиреоидных препаратов. Однако, все эти вещества представляют большой интерес с позиций токсичности, вызываемых ими побочных эффектов, затрагивающих функцию щитовидной железы, и в качестве инструмента для изыскания Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств более эффективных средств управления функцией щитовидной железы.

Ингибиторы транспорта йода Активный транспорт ионов йода в щитовидной железе конкурентно ингибируют моновалентные анионы сложного состава (ионные ингибиторы), размеры гидратированных ионов которых близки к размерам йодид-иона. К ним относятся перхлорат (ClO ), тиоционат - - - (CNS ), флюороборат (BF ), пертехнетат (ТеО ), перренат (ReO ). Все 4 4 они являются потенциальными гойтрогенами.

Наиболее активный ингибитор накопления йода в щитовидной железе - перхлорат. Еще недавно его применяли как эффективное антитиреоидное средство при болезни Грейвса и тиреотоксикозе, индуцированном амиодароном. Однако из-за опасности фатальной апластической анемии, случаи которой были зарегистрированы при использовании больших доз перхлората, теперь он применяется в основном в диагностическом тесте для оценки эффективности процессов органификации йода в щитовидной железе. Тест основан на том, что щитовидная железа, тироциты которой характеризуются недостаточностью этих процессов содержит больше свободного йода и больше его теряет при нагрузке перхлоратом. Таким образом, определение количества йода, выводимого с мочой из организма после введения перхлората является диагностическим тестом состояния процессов органификации йода.

Особое значение как потенциальный гойтроген имеет тиоционат, способный блокировать не только транспорт, но и процессы органификации йода. Полагают, что тиоционат в последнем случае выступает как конкурентный субстрат для тиреопероксидазы в обеих контролируемых ею реакциях - йодирования тиреоглобулина и конъюгации йодтирозинов.

Источниками гойтрогенных количеств тиоционата являются сигаретный дым, нитропруссид, а также некоторые виды овощей (капуста, турнепс, репа, маниока), содержащие цианогенные гликозиды.

Обычно действие тиоционата из этих источников, как и прочих потенциальных гойтрогенов, нивелируется механизмами саморегуляции щитовидной железы. Однако, в зонах с эндемическим дефицитом йода пищевой тиоционат или тиоционат сигаретного дыма могут являться реальным фактором провокации или отягощения гипотиреоидизма и зоба.

У курильщиков, возможно по той же причине, отмечено увеличение числа случаев зоба. Курение в период беременности может таким же образом неблагоприятно влиять на щитовидную железу у плода.

Установлено, что содержание тиоционата в крови пупочной вены коррелирует с активностью курения матери и увеличением относительной массы щитовидной железы новорожденных.

Клинические наблюдения показывают, что длительное введение нитропруссида, используемого для контроля тяжелых гипертензивных Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств синдромов, нередко также ведет к развитию гипотиреоидизма, причиной которого считается генерация тиоционата при метаболизме этого препарата.

Ингибиторы органификации йода Наиболее активные химические гойтрогены - производные тиомочевины, анилина и полигидроксильные фенолы, ингибируют включение йода в тиреоглобулин. Многие вещества указанного строения являются лекарственными средствами различного назначения, промышленными химическими реагентами или могут содержаться в некоторых растительных продуктах. Из них только тиоамиды, фармакологические свойства которых рассмотрены выше, применяются в качестве специфических антитиреоидных препаратов.

Эффекты остальных веществ этих классов на функцию щитовидной железы имеют важное токсикологическое значение в медицине, экологии и быту.

Примером опасного природного гойтрогена является гойтрин (5 винил-2-тиоксазолдион), попадающий в коровье молоко при поедании скотом зеленой массы и корнеплодов крестоцветных. Гойтрину, например, приписывают развитие эндемического зоба в Финляндии.

Тиреотропной активностью, хотя и гораздо менее выраженной, обладают тиопентал, некоторые антибактериальные и гипогликемические средства из группы сульфаниламидов, димеркаптол, парааминосалициловая кислота, резорцинол. При длительном применении этих средств иногда отмечали развитие гипотиреоидизма и зоба, хотя причинно-следственные связи здесь до конца не ясны.

Ингибиторы конъюгации йодтирозинов Процессы конъюгации йодтирозинов тесно связаны с йодированием остатков тирозина в составе молекулы тиреоглобулина и катализируется тиреопероксидазой. Специфическими ингибиторами этого процесса являются описанные выше тиоамиды (пропилтиоурацил, метимазол), оказывающие влияние на оба процесса, Метимазол более активно блокирует реакцию йодирования, пропилтиоурацил - конъюгации йодтирозинов. Кроме тиоамидов и других ингибиторов пероксидазы (сульфаниламидов, дигидроксифенолов) реакция конъюгации угнетается миноциклином и ионами лития, хотя последние больше влияют на секрецию гормонов.

Пероксидаза тироцитов, ответственная за эти процессы, существует в двух формах, которые отличаются по чувствительности к тиоамидам разного строения.

Ингибиторы секреции гормонов Специфическими ингибиторами эндоцитоза и протеолиза тиреоглобулина являются йодиды и йодсодержащие рентгеноконтрастные средства, используемые для исследования Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств состояния гепатобилиарной системы, действие которых на щитовидную железу описано выше.

В медицине с разными целями используют и многие другие йодсодержащие препараты, побочным результатом действия которых может оказаться угнетение функции щитовидной железы, в основе которого лежат эффекты йода как составного компонента этих веществ.

К ним относятся антисептики, рентгеноконтрастные средства различного назначения и другие йодсодержащие препараты для приема внутрь и локального применения (йодид калия, йодохинол, амиодарон, йодированный глицерин, витаминные препараты с добавками йода и других минеральных веществ, и многие другие). Вероятность развития отрицательных эффектов на функцию щитовидной железы возрастает при длительном применении высоких доз этих веществ. Особенно он значителен при введении рентгеноконтрастных средств внутривенно и внутрь в дозах до 100-500 мл. Из этой массы контрастного вещества в организме в течение последующих 7-14 дней может высвобождаться до 100-200 мг элементарного йода, способного индуцировать продолжительное состояние гипотиреоидизма.

К агентам, угнетающим синтез и секрецию тиреоидных гормонов относится лития карбонат, применяемый длительными курсами для лечения маниакальных синдромов. Под влиянием лития помимо подавления стадии органификации йода, ингибируется резорбция и эндоцитоз коллоида и снижается освобождение Т и Т из 4 тиреоглобулина. Поэтому примерно у 50% больных, длительно лечившихся карбонатом лития, развивается зоб, сопровождающийся в 20% случаев клиническим гипотиреоидизмом. У части этих больных зарегистрирован повышенный уровень аутоантител к щитовидной железе, что говорит о возможной индукции литием аутоиммунного тиреоидита.

Поскольку процесс эндоцитоза и резорбции коллоида связан с функцией внутриклеточного движения, он может подавляться веществами, деполимеризующими актиновые нити - колхицином, цитохолазином В и подобными агентами.

Ингибиторы реутилизации йода Протекающая в тироцитах реакция дейодирования йодтирозинов, не подвергшихся конъюгации, имеет большое значение для сохранения йода. При наследственно обусловленных формах ферментопатии тирозиндейодиназы йод теряется в больших количествах в виде йодтирозинов и их производных. На этом фоне недостаточное поступление йода в организм может приводить к развитию гипотиреоидизма и зоба. Потенциальными ингибиторами реакции дейодирования йодтирозинов являются нитротирозины, под влиянием которых возникают описанные выше явления и признаки йодной недостаточности, обусловленные снижением пула реутилизированного йода.

Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств Ингибиторы периферического дейодирования йодтиронинов Реакции дейодирования йодтиронинов, осуществляемые дейодиназами I, II, и III типов были подробно описаны выше.

Химические агенты, ингибирующие эти реакции, подразделяются на содержащие и не содержащие йод в своем составе. Первые из них преимущественно действуют на дейодиназы I и II типов и меньше дейодиназы III типа, вторые, в частности пропилтиоурацил, селективно снижают активность 5'-дейодиназы I типа. Активность дейодиназы I типа также снижается при многих заболеваниях и под влиянием алиментарных факторов (табл. 4.5).

Наибольший практический интерес представляет ингибирование 5' дейодиназы I типа, так как снижение активности этого фермента приводит к задержке превращения Т в Т и может способствовать 4 купированию тяжелого тиреотоксикоза, или даже напротив, индуцировать гипотиреоидный статус. Кроме пропилтиоурацила такими же эффектами обладают йопадат натрия и йопаноавая кислота, применяемые с вышеуказанной целью.

Табл. 4.5. Факторы, снижающие активность 5'-дейодиназы I типа.

Препараты, алиментарные факторы, состояния Пропилтиоурацил Йодсодержащие рентгеноконтрастные средства Бета-адреноблокаторы (пропранолол в высоких дозах) Глюкокортикостероиды Амиодарон Жирные кислоты Дефицит селена Острые и хронические заболевания Калорийная недостаточность (особенно дефицит углеводов) Алиментарное истощение Ранний постнатальный период К числу йодсодержащих средств, оказывающих тормозящее влияние на активность 5'-ДI, относится также амиодарон антиаритмическое средство, используемое в высоких дозах длительными курсами. У большинства больных, принимающих амиодарон, в сыворотке крови зарегистрировано повышение уровня свободного Т одновременно с понижением Т. Амиодарон оказывает и 4 другие тиреотропные эффекты, которые будут описаны ниже.

К нейодированным ингибиторам 5'-дейодиназы I типа относятся бета-адреноблокаторы, занимающее важное место в комплексной терапии гипертиреоидизма. Кроме симпатолитического действия, высокие дозы этих средств, в частности пропранолола, угнетают превращение Т в Т, что может вносить определенный вклад в их 4 эффективность при купировании острого тиреотоксикоза.

Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств Ингибиторами образования Т из Т в периферических тканях 3 являются относительно высокие дозы глюкокортикостероидов, что является одним из оснований для их применения в комплексной терапии гипертиреоидизма.

Модуляторы процессов инактивации гормонов Многие лекарственные средства с высокой липофильностью (фенобарбитал, фенитоин, карбамазепин, рифампин), галлогенированные пестициды и другие химические агенты индуцируют активацию ферментов печени, участвующих в метаболизме тиреоидных гормонов. Например, в норме путем конъюгации метаболитов тиреоидных гормонов с глюкуроновой кислотой элиминируется около 20% активных йодтиронинов. Воздействия, способные повысить скорость элиминации тиреоидных гормонов, могут привести к повышению секреции ТТГ и развитию зоба.

Возможно по этой причине при длительном приеме фенобарбитала наблюдаются признаки гипертрофии щитовидной железы. Если прием фенобарбитала сочетается с поступлением в организм каких-либо других гойтрогенных факторов, может наступить некомпенсированное снижение уровня Т и развитие зоба. Это явление может иметь место при длительном приеме таких противосудорожных средств как фенобарбитал, карбамазепин, фенитоин и лечении туберкулеза рифампицином на фоне гипотиреоидизма и заместительной терапии тиреоидными средствами. Доза Т в этом случае должна повышаться, чтобы компенсировать потери гормона, а при отмене этих препаратов заместительная доза Т должна соответственно уменьшаться.

При гипертиреоидизме индукция метаболической инактивации тироксина, напротив, может быть даже полезной и вести к нормализации уровня Т в крови, улучшению объективного и субъективного состояния больных.

Факторы, влияющие на процессы транспорта тиреоидных гормонов Свыше 99% Т и Т связываются в крови транспортными белками 4 тироксинсвязывающим глобулином (ТСГл) и транстиреином. Ряд факторов, изменяющих уровень этих белков или их связывающую способность, способны влиять на концентрацию тиреоидных гормонов в плазме (табл. 5.6). Основную роль в этом модулирующем эффекте играет ТСГл, фиксирующий 70% Т и почти весь Т.

4 Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств Табл. 4.6. Факторы, влияющие на процессы транспорта тиреоидных гормонов.

Повышающие связывание Т Уменьшающие связывание Т 4 Системные факторы: Андрогены Беременность Анаболические стероиды Менструальный цикл Глюкокортикостероиды Вирусный гепатит Никотиновая кислота Обострение хронического Фуросемид (>80 мг) Салицилаты (2 г/день) гепатита Фенилбутазон Препараты:

Мефенамовая кислота Оральные контрацептивы Фенитоин, карбамазепин Эстрогены Аспарагиназа Тамоксифен Гепарин Героин, метадон Клофибрат Митотан, флюороурацил Наиболее значимыми индукторами повышения уровня ТСГл в плазме крови являются эстрогены, вводимые в организм с целью заместительной терапии или контрацепции. Уровень этих гормонов также повышен при беременности и в период менструального цикла.

Эстрогены увеличивают включение в ТСГл сиаловых кислот, повышая его устойчивость к деструкции и способствуя накоплению в крови.

Систематический прием этинилэстрадиола - главного компонента контрацептивов, индуцирует подъем ТСГл на 30-40% и общего содержания в плазме Т на 20-35%. При нормальной функции щитовидной железы эти сдвиги компенсируются саморегуляторными механизмами и эутиреоидное состояние организма не нарушается.

Однако при лечении гипертиреоидизма у беременных женщин, лечебная доза Т из-за повышенного связывания гормона в плазме должна быть увеличена в среднем на 45%, чтобы не допустить компенсаторного увеличения секреции ТТГ и сопряженного развития зоба.

Повышение содержания ТСГл в плазме крови отмечено также при длительном приеме героина, лечении метадоном, назначении противоопухолевых средств - митотана и флюороурацила.

В отличие от эстрогенов, андрогены и анаболические стероиды снижают уровень ТСГл в крови и общее содержание Т. Эутиреоидное состояние при этом обычно не нарушается. Однако при лечении андрогенами рака молочной железы, протекающего на фоне гипотиреоидизма и лечении последнего тироксином снижение уровня ТСГл может быть клинически значимым. Сходное влияние на содержание ТСГл в плазме оказывают Глюкокортикостероиды и длительное применение никотиновой кислоты.

Терапевтические дозы многих препаратов ингибируют связывание Т и Т с белками плазмы. Этим свойством обладают фуросемид, 4 Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств салицилаты и другие нестероидные противовоспалительные средства.

После введения этих средств уровень в плазме свободного Т вначале может возрастать вследствие его конкурентного вытеснения препаратами из макромолекулярных комплексов. Последнее приводит к повышению элиминации гормонов и в итоге концентрация свободных гормонов, а вместе с ней и ТТГ устанавливаются на нормальном уровне. Аналогичное влияние на связывание тиреоидных гормонов оказывает гепарин, индуцирующий повышение в крови уровня свободных жирных кислот, которые ингибируют связывание гормонов с транспортными белками.

Модуляторы действия гормонов Один из метаболитов Т - реверсивный Т, способен конкурентно 4 ингибировать катаболический эффект Т, что, безусловно, может иметь важное регуляторное значение. Свойством взаимодействовать с рецепторами тиреоидных гормонов обладают и некоторые лекарственные средства, для которых эти эффекты являются побочными. Так, амиодарон, наряду с другими его эффектами на функцию щитовидной железы, ингибирует связывание Т с ядерными рецепторами. Бензодиазепины (важнейшие седативные и анксиолитические средства), фенитоин и фенобарбитал угнетают секрецию ТТГ, действуя подобно Т -агонистам на уровне тиротрофных клеток гипофиза.

Действие фармакологических модуляторов эффектов тиреоидных гормонов может реализовываться на уровне процессов трансмембранного переноса гормонов в клетки-мишени. Эти процессы чувствительны к блокаторам кальциевых каналов (нифедипину, верапамилу, дилтиазему) и являются кальций-зависимыми.

Ингибировать клеточный захват Т способны также бензодиазепины, которые, по имеющимся данным, могут взаимодействовать с мембранными переносчиками тиреоидных гормонов.

Цитокины Известно, что введение интерферонов, интерлейкинов, колониестимулирующего фактора нередко сопровождается развитием преходящих гипо- и гипертиреоидных состояний. Механизм этих явлений далеко не раскрыт, однако показано, что интерфероны, интерлейкин-1, альфа-фактор некроза опухолей могут ингибировать йодирование и секрецию тиреоидных гормонов, модулируют образование тиреоглобулина и рост тироцитов. Не исключено также, что тиреотропные эффекты цитокинов обусловлены активацией аутоиммунных процессов повреждения щитовидной железы. Частота вызываемых ими нарушений функции щитовидной железы возрастает, если эти средства вводятся на фоне повышенного титра антител к структурам щитовидной железы. Вероятность аутоиммунных Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств осложнений наиболее велика после введения гамма-интерферона и интерлейкина-2.

Глюкокортикостероиды Глюкокортикостероиды оказывают многостороннее влияние на щитовидную железу человека и животных. Дексаметазон при кратковременном приеме в высоких дозах и при длительной терапии в средних дозировках подавляет секрецию ТТГ, тиреоидных гормонов и ингибирует превращение Т в Т. Тиреомодулирующие эффекты 4 дексаметазона при этом весьма вариабельны, зависят от характера тиреоидной патологии и ее выраженности. Другие глюкокортикостероиды обладают сходными эффектами.

Амиодарон Во многих клинических исследованиях показано, что амиодарон при длительном введении в качестве антиаритмического средства в дозах 100-200 мг в сутки довольно часто приводит к развитию гипо- или гипертиреоидизма. В основе этих разнонаправленных эффектов амиодарона лежит его многостороннее влияние на функцию щитовидной железы, метаболизм и эффекты тиреоидных гормонов.

Высвобождающийся из молекулы амиодарона йод, который содержится в нем в количестве 75 мг на 200 мг вещества, способен ингибировать продукцию тиреоидных гормонов, и превращение Т в Т. Кроме того, не 4 исключено, что он является конкурентным антагонистом Т на уровне рецепторов. Также, согласно клиническим наблюдениям, его применение может сопровождаться развитием аутоиммунного тиреоидита.

Характер индуцируемых амиодароном нарушений функции щитовидной железы зависит от многих условий, в том числе достаточности или дефицита поступления йода в организм до начала лечения, наличия или отсутствия предшествующих нарушений функции щитовидной железы и других факторов. Большинство больных, длительно получающих амиодарон, остаются эутиреоидными, несмотря на сдвиги уровня Т и Т в плазме крови. Наиболее опасное осложнение 4 терапии амиодароном - деструктивный тиреоидит, требующий немедленной отмены препарата.

ГЛАВА 5. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ Тиреоидные гормоны оказывают разностороннее влияние на клетки, органы и системные физиологические функции. Они влияют на метаболизм белков, жиров и углеводов;

рост, развитие и дифференцировку клеток и тканей организма;

функции центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем. Очевидно, что такое разнообразие в действии тиреоидных гормонов на клетки различной тканевой принадлежности и специализации предполагает, что в основе механизмов их эффектов лежит способность влиять на ход фундаментальных внутриклеточных процессов.

В период доминирования классической биохимии для поиска возможных молекулярных механизмов действия тиреоидных гормонов были предложены следующие, представляющие определенный исторический интерес, критерии соответствия предлагаемого ключевого процесса (точки приложения) искомому:

1. Предлагаемая гипотеза должна объяснять причину длительной (продолжительностью несколько часов) активации метаболических процессов клетки и прогрессивное увеличение ответа в течение 12- часов после введения тиреоидных гормонов.

2. Затрагиваемый процесс должен объяснять причину увеличения активности анаболических путей обмена веществ при переходе организма из гипотиреоидного в эутиреоидное состояние.

3. Влияние на этот процесс в культуре тканей должно проявляться при концентрациях гормонов, близких к сывороточным, т.е. 10-7 М для общего Т4 и 10-11 для свободного Т4 и, следовательно, близкой внутриклеточной концентрации Т3.

В течение длительного времени многие метаболические эффекты гормонов пытались объяснить их способностью разобщать в митохондриях сопряженные процессы окисления и фосфорилирования.

Однако, это разобщающее окисление и фосфорилирование действие тиреоидных гормонов имеет место в эксперименте при действии на митохондрии гормонов в дозах не только превышающих их физиологический уровень, но и не встречающихся при увеличении их содержания в случае заболеваний щитовидной железы.

В настоящее время интенсивно исследуются два взаимодополняющих подхода к объяснению механизмов действия тиреоидных гормонов: влияние на ядерные внутриклеточные процессы и влияние на неядерные клеточные процессы.

В любом случае под механизмом действия тиреоидных гормонов понимают последовательность событий иницируемых взаимодействием активной формы гормона со специфическими внутриклеточными рецепторами, которые ведут к характерному ответу клеточной системы.

Механизмы действия тиреоидных гормонов 5.1 Концепция активного свободного гормона Тиреоидные гормоны тироксин (Т ) и 3,3',5-трийодтиронин (Т ), как и 4 многие стероидные гормоны, в плазме крови находятся в связанной с транспортными белками форме, при этом лишь небольшая часть из общего количества гормонов, секретируемых щитовидной железой в кровоток, присутствует (в термодинамическом равновесии со связанной фракцией) в «свободной», не связанной форме. Использование достаточно простых физико-химических методов позволило охарактеризовать у многих видов млекопитающих, включая человека, специфические транспортные белки, связывающие тиреоидные гормоны — тироксинсвязывающий глобулин (ТСГл) и тироксинсвязывающий преальбумин (ТСПА, транстиреин). Несмотря на присутствие в плазме крови в минорных количествах, благодаря сочетанию высокой аффинности и специфичности по отношению к тиреоидным гормонам, эти белки в нормальных условиях связывают более 90% йодсодержащих гормонов в крови. Другие сывороточные белки, в частности, альбумин, также связывают тиреоидные гормоны, однако с меньшей, чем специфические переносчики, аффинностью. Содержание альбумина в сыворотке крови в большом количестве обусловливает значимость фракции, связанной с этим белком, в том числе при ряде патологических состояниях (болезни печени и др.). Распределение гормонов между перечисленными тремя основными транспортными белками может изменяться при изменении концентрации гормонов или связывающих белков, например, при беременности или генетических дефектах продукции любого из компонентов. Описана точечная мутация (замена на стоп-кодон) гена, кодирующего синтез ТСГл, в результате которой пробанд характеризуется полным отсутствием этого белка, а тиреоидные гормоны в этом случае распределены между ТСПА и альбумином (без изменения тиреоидного статуса). Противоположное состояние, получившее название «врожденная гипераффинность альбумина к тиреоидным гормонам», характеризуется появлением патологической формы альбумина в сыворотке крови.

Измененный альбумин обладает большей, в сравнении с нормой, аффинностью к тиреоидным гормонам, что, однако, также мало отражается на их физиологических эффектах.

Парадоксальное отсутствие изменений в действии тиреоидных гормонов при патологии их транспорта пробудило интерес к изучению роли связывающих белков плазмы в переносе гормонов к периферическим тканям и органам. Более 30 лет назад была выдвинута пионерская по тем временам гипотеза о доминирующем значении свободной фракции гормонов на уровне микроциркуляторного русла и в реализации их действия на уровне клетки. Это предположение основывалось на факте корреляции метаболического статуса индивидуума с балансом между свободной и связанными фракциями гормона, а также участием гомеостатических процессов в поддержании термодинамического равновесия в распределении фракций гормона. Например, при беременности в состоянии эутиреоидизма или при генетическом дефекте продукции ТСГл концентрация свободного гормона остается в нормальных пределах, несмотря на драматические изменения в распределении связанной фракции. Эти наблюдения, а также Механизмы действия тиреоидных гормонов установление сравнительной скорости диффузии тиреоидных гормонов и связывающих белков из крови в межклеточное пространство привели к следующим заключениям: (1) тиреоидные гормоны поступают к периферическим тканям через сосудистую стенку в свободном виде;

(2) концентрация свободных гормонов в сыворотке крови определяет их биодоступность и скорость утилизации;

(3) гипоталамо-гипофизарные регуляторные связи в тиреоидной системе используют свободную фракцию гормонов как контролируемый параметр. Эти положения, применимые также к стероидным гормонам и ряду других биорегуляторов (включая лекарственные средства), получили название «концепция активного свободного гормона».

Роль специфических транспортных белков. В течение последних лет огромный объем экспериментальных и клинических исследований представил несомненные доказательства в пользу концепции активного свободного гормона. Несмотря на это, принятие идеи об отсутствии физиологической значимости связанной формы гормона ставит вопрос о закономерности самого появления транспортных посредников и их специфичности. Помимо роли пассивного переноса, очевидно, транспортные белки выполняют стабилизирующую функцию, которая минимизирует колебания в секреции гормонов железой и наоборот, защищают чувствительные ткани от избыточного количества гормонов.

Кроме того, связанные с белками гормоны не подвергаются клубочковой фильтрации и не выделяются с мочой.

Однако, несмотря на очевидность существования биологически инертного, связанного с белками, сывороточного пула гормонов, первичная роль специфических транспортных белков остается неясной. Так, например, представители многих видов позвоночных (птицы, рыбы и земноводные) не имеют подобного сывороточного резервуара тиреоидных гормонов, что свидетельствует о возможном факультативном значении буферной функции.

Рис. 5.1. Внутри- и внеклеточные потоки стероидных гормонов.

Механизмы действия тиреоидных гормонов Рис. 5.2. Схематическое представление распределения фракций гормона при прохождении через орган-мишень.

Рис. 5.3. Распределение транскапиллярных потоков тиреоидных гормонов (пмоль) в печени человека за 10 с (137,5 мл крови) при эутиреоидном состоянии. Т - период времени в сек, в течение которого 1/2 количества 1/ гормона диссоциирует из связи с транспортными белками при 37°С. FT4 и FT3 - содержание тиреоидных гормонов во внеклеточной жидкости в пмоль/137,5 мл.

Поглощение Т клетками в значительной степени определяется уровнем внутриклеточного АТФ. Скорость поступления Т в клетку может Механизмы действия тиреоидных гормонов даже уменьшаться при больших концентрациях Т. Ограниченность объемов Т, которые могут поглощаться клетками, имеет место также для культур фибробластов и гипофиза (но у крыс in vivo для гипофиза это не подтверждено). Предполагается существование специального транспортного энергозависимого механизма (переносчика) тиреоидных гормонов, и специального насосного механизма, транспортирующего гормон между цитозолем и ядром, а также активного транспорта Т в ядро.

Уже примерно через 3-4 часа после введения Т и через 10 мин после введения [ С]-меченной оротовой кислоты тиреоидэктомированным крысам, было зарегистрировано усиление включения С в ядерную РНК.

5.2 Общая характеристика семейства ядерных рецепторов Ядерные рецепторы гормонов и ряда других биологически активных веществ представлены семейством негистоновых белков, связанных с хроматином ядра клетки и включают рецепторы стероидных гормонов (эстрогенов, прогестагенов, андрогенов, глюкокортикоидов, минералокортикоидов, витамина D, экдистероидов), тиреоидных гормонов, ретиноидов, а также другие рецептор-подобные молекулы (так называемые orphan-рецепторы), лиганды которых в настоящее время полностью не описаны (рис. 5.4). В отличие от рецепторов пептидных гормонов, локализованных на поверхности плазматической мембраны и требующих наличия второго посредника для реализации своих клеточных эффектов, ядерные рецепторы, как это следует из их названия, располагаются в ядре клетки и по лиганд-зависимому механизму действуют как кофакторы (коактиваторы или корепрессоры) транскрипционных факторов, регулируя экспрессию генов, промотор которых содержит чувствительный к действию регулятора элемент.

Низкомолекулярные биорегуляторы, действие которых опосредовано связыванием со специфическим рецептором в клеточном ядре, таким образом управляют ключевыми для жизнедеятельности клетки молекулярными процессами — синтезом ферментов, белков переносчиков и других белков (то есть метаболизмом, трансмембранным переносом и др.), клеточным циклом (то есть процессами деления, роста и дифференцировки клетки) и многими другими тонкими процессами, которые составляют самую сущность самоподдержания и самообновления клеточной системы. В результате клетки тканей и органов организма получают способность адресно перепрограммировать транскрипционную активность своих генов, координированно отвечая на действие средовых и внутренних стимулов. Отдельные клетки (клетки-мишени) отличаются по своей чувствительности к действию специфического регулятора, что может быть связано, например, с преимущественным распределением того или иного подтипа рецепторов либо количественными различиями в суммарной аффинности (связывающей способности) рецепторов.

138 Механизмы действия тиреоидных гормонов Рис. 5.4. Схематическое представление суперсемейства ядерных рецепторов и их лигандов. На верхней схеме показаны 6 функциональных доменов в общей организации рецептора: А/В, F - модулирующие участки, С - ДНК-связывающий домен, D - связывающий домен, Е - лиганд-связывающий домен. Показаны высоко консервативные последовательности, линиями отмечены вариабельные участки.

Обозначения: ER - эстрогены, PR - прогестагены, GR - глюкокортикоиды, MR минералокортикоиды, AR - андрогены, Vit D3 витамин D3, RAR - ретиноевая кислота, TR - тиреоидные гормоны. (Собственность prof. P.Chambon).

Первичная структура большинства ядерных рецепторов была установлена путем секвенирования их соответствующих кДНК (см. рис.

5.6). Хотя различия в аминокислотной последовательности белковых молекул рецепторов обнаруживаются, начиная с 427 аминокислотного остатка рецептора витамина D до 984 остатка рецептора минералокортикоидных гормонов, общие черты структурной организации присущи всем ядерным рецепторам, что дало повод объединить их в одно семейство. В структуре всех внутриклеточных рецепторов присутствует ДНК-связывающий домен размером 66- аминокислотных остатков (С на рис. 5.4), который обнаруживает высокую степень гомологии с другими членами семейства, а также лиганд-связывающий домен (Е) вариабельного размера и низкой степенью гомологии, который определяет специфичность связывания низкомолекулярного регулятора. ДНК-связывающий фрагмент содержит два так называемых «цинковых пальца» (zinc figgers) - петлевидные структуры, образованные остатками цистеина и глицина, соединенными координационными связями с хелат-ионом цинка. Роль «цинковых Механизмы действия тиреоидных гормонов пальцев» состоит в специфическом распознавании и связывании чувствительного элемента определенного гена, как правило, в главном желобке молекулы ДНК (рис. 5.5).

При воздействии на клетки-мишени стероидным гормоном (например, кортизолом) в условиях in vivo или in vitro образуется два различных комплекса стероид-рецептор. Незначительная фракция меченного гормона обнаруживается в супернатанте или цитозольной фракции гомогената тканей, тогда как большая часть инкорпорированного стероида связана с белком в ядерной фракции и освобождается лишь при дополнительном экстрагирующем воздействии. Показательно, что ассоциация гормон-рецепторного комплекса с компонентами ядерной фракции (т.е. ДНК) прочнее, чем свободного рецептора.

Существенное отличие в связывании тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты состоит в распределении гормон-рецепторного комплекса лишь в ядерной фракции, что подробно рассматривается далее.

Рис. 5.5. Схематическое представление структуры «цинкового пальца» и сравнительный анализ аминокислотных последовательностей ДНК связывающих доменов различных представителей суперсемейства ядерных рецепторов. Каждый «цинковый палец» стабилизирован хелатными связями 4-х остатков цистеина с ионом цинка и в итоге образует тетраэдрический комплекс. Альтернативные координационные положения показаны на рис. справа, где видно укорочение «пальца» с отделением последнего остатка цистеина в так называемый «трейлерный» участок.

Последующими исследованиями было достоверно доказано, что индуцируемая лигандом/гормоном трансформация нативного рецептора Механизмы действия тиреоидных гормонов присуща рецепторам всех классов стероидных гормонов, но не тиреоидным гормонам. Трансформация рецептора эстрогенов сопровождается также увеличением константы седиментации, что связано с димеризацией рецептора. Хотя трансформация рецептора не обязательно сопровождается его спонтанной димеризацией, установлено, что рецепторы прогестагенов, глюкокортикоидов и тиреоидных гормонов взаимодействуют с чувствительными последовательностями ДНК ядра в димеризованной форме. Оказалось также, что трансформация и димеризация рецепторов стероидных гормонов нередко может протекать с большей скоростью через стадию уменьшения K. Этот феномен получил объяснение после описания s взаимодействия нативного рецептора с белками теплового шока разновидностью клеточных chaperon'ов (белков, которые способствуют стабилизации 2-ной структуры мРНК и ряда белков и синтезируются в ответ на предъявление клетке чрезвычайных стимулов). Возможно, что chaperon'ы занимают участок связывания рецептора с чувствительной нуклеотидной последовательностью и освобождают его при трансформации в необычных внутриклеточных условиях (например, в присутствии эндогенных анионов металлов или аминофосфоглицерола). Освобождение места связывания наступает при реакции стероида с анионным центром или в результате индукции аутопротеолитической активности в белках теплового шока. Точное значение этих взаимодействий остается пока неизвестным, хотя можно предполагать их усиливающую и/или разрешающую роль.

Во всех случаях ядерный комплекс может быть дифференцирован от цитозольного по связывающей способности (константе ассоциации) с ядерной фракцией, хроматином, ДНК и полианионами, например, фосфоцеллюлозой.

При изучении взаимосвязи между ядерной и цитозольной формами рецепторов стероидных гормонов было показано, что связывание эстрадиол-рецепторного комплекса ядрами клеток-мишеней является опосредованным двухстадийным процессом с первичным образованием цитозольного комплекса. Цитозольный связывающий белок является не только переносчиком активной формы гормона в ядро, но и сам при ядерной транслокации становится активным ядерным рецептором.

Механизмы действия тиреоидных гормонов Рис. 5.6. Сравнительный структурно-функциональный анализ аминокислотных последовательностей ядерных рецепторов. (+) и (-) обозначает соответственно отсутствие и присутствие свойства у ресинтезированного на основе кДНК белка. HRE - гормон-чувствительный элемент ДНК. Видовая специфичность обозначена: h - человек, r - крыса, m - мышь, с - цыпленок, d - дрозофилла.

Ряд исследований показал, что рецепторы тиреоидных гормонов после их синтеза подвергаются транслокации в ядро и перманентно существует в ДНК-связанной форме (без связи с белками теплового шока) и, таким образом, не претерпевают лиганд-индуцированной трансформации. Также не обнаружено цитозольной формы рецепторов тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты. Клетки чувствительных к действию ретиноевой кислоты тканей содержат так называемый клеточный связывающий белок, CRABP, который может служить цитозольным переносчиком гормона.

Современное прочтение теории двухстадийной активации рецепторов стероидных гормонов заключается в дискуссионности вопроса о присутствии цитозольного рецептора и необходимости его трансформации и транслокации в ядро. Большинство исследователей разделяет мнение о валидности двухстадийной активации рецептора.

Спорным остается положение о цитоплазменно-ядерном равновесии распределения рецепторов сам механизм транслокации.

5.3. Ядерные рецепторы тиреоидных гормонов Хотя предположение о реализации эффектов тиреоидных гормонов через связывание с ядерными рецепторами впервые было выдвинуто еще в 1967 году, первые попытки продемонстрировать наличие специфических клеточных рецепторов оказались неудачными. Лишь в 1972 году в серии экспериментов, проведенных в лаборатории Oppenheimer, было убедительно доказано наличие высокоаффинных, Механизмы действия тиреоидных гормонов обладающих низкой емкостью (быстро насыщаемых) связывающих мест трийодтиронина (Т ) в ядрах клеток печени и почек. Этот результат был получен в эксперименте на интактных крысах после внутривенного введения следовых доз [ I]Т с последующей инъекцией прогрессивно возрастающих количеств немеченного трийодтиронина. После декапитации ткани животных были подвергнуты субклеточному фракционированию. Детальное изучение фракций клеток печени выявило специфическое связывание меченного лиганда только в ядерной фракции. Последующие исследования показали, что специфические места связывания принадлежат негистоновым белкам хроматина. Затем были установлены закономерности равновесия Т между ядерным и цитоплазматическим пулами и аналогичное ядрам клеток печени связывание Т было обнаружено в клетках мозга, почек, селезенки и гипофиза. Специфическое связывание Т ядерным рецептором было подтверждено не только исследованиями конкурентного замещения лиганда in vivo, но и в культуре клеток и изолированных ядрах печени in vitro, обнаружив при этом поразительное сходство.

В настоящее время установлено, что рецепторы тиреоидных гормонов представляют собой негистоновые белки, связывающие -10 - тиреоидные гормоны с высокой аффинностью (Kd = 10 -10 М) и специфичностью. В общем случае, месту связывания лиганда могут быть приписаны характеристики специфического ядерного рецептора при выполнении следующих обязательных условий:

- высокое сродство и низкая емкость связывания лиганда;

- обнаружение во всех тканях, отвечающих на действие гормона;

- сходные физико-химические характеристики выделенных из различ ных источников рецепторов;

- биологический ответ, иницируемый связыванием лиганда, разви вается в зависимости от числа занятых ядерных рецепторов;

- короткий промежуток времени между связыванием лиганда и изменением транскрипционной активности чувствительных промоторов;

- наличие корреляция между действием структурных аналогов и их связыванием с ядерными рецепторами.

С этой точки зрения важно обратить внимание на зависимость биологического действия тиреоидных гормонов от позиции йодирования в фенольном кольце: наличие атома йода в положении 3' дает более выраженный эффект, чем йодирование в обоих 3' и 5' позициях. Т и рТ по сравнению с Т проявляют меньшую тиромиметическую 3 активность, а их связывание с рецептором в 1000 раз менее аффинно, чем Т3.

Гипотеза, объясняющая генетические механизмы действия тиреоидных гормонов основывается на следующих общих положениях:

1) гормональный эффект определяется исключительно числом занятых ядерных мест связанных рецепторов и продолжительностью связывания;

Механизмы действия тиреоидных гормонов 2) биологический ответ зависит от уровня специфических мРНК, синтез которых индуцируется при связывания тиреоидных гормонов ядерными рецепторами;

3) характеристики лиганд-рецепторного взаимодействия аналогичны во всех тканях, отвечающих на действие тиреоидных гормонов.

Клетки большинства тканей содержат приблизительно 2.000-10. рецепторов в своих ядрах, в меньших количествах рецепторы находятся в селезенке и яичках. Сравнительная аффинность рецепторов убывает в ряду Триак > Т > Т >> рТ. Группа тиреоидных 3 4 рецепторов гетерогенна по своему составу и включает изоформы с Мr 47-57 кДа и Ks 3,5, которые образуются в результате посттрансляционной модификации либо внутриклеточной деградации молекул. Наличие рецепторов тиреоидных гормонов установлено у всех представителей позвоночных. У человека наиболее изученными являются рецепторы тканей мозга (гипофиза), печени и сердца. Важно отметить также тот факт зависимости выраженности действия тиреоидных гормонов от числа занятых рецепторов и снижение числа рецепторов (и общего связывания ядерной фракцией) в клетках тканей, не отвечающих на действие тиреоидных гормонов.

Структура кДНК, кодирующих рецепторы тиреоидных гормонов и их синтез были осуществлены в 1986 году. В результате этих исследований оказалось, что протоонкоген c-erbА, который является клеточным гомологом онкогена v-erbA (выделен из вируса эритробластоза птиц), кодирует синтез белка, способного связывать тиреоидные гормоны. Затем соответствующие кДНК были выделены из плаценты человека и куриного эмбриона. Анализ аминокислотных последовательностей белков установил их принадлежность к суперсемейству ядерных рецепторов стероидных гормонов.

N-конец белковой молекулы содержит участок размером приблизительно 70 аминокислотных остатков, в котором содержится формирующая структуру «цинковых пальцев» последовательность для связи с соответствующим участком ДНК. Карбокси-терминальный конец содержит участок связывания с лигандом (рис. 5.7). Ресинтезированные на основе полученных кДНК in vitro белковые молекулы связывали тиреоидные гормоны со сходными кинетическими и термодинамическими характеристиками. Кодируемый протоонкогеном c-erbА белок структурно гомологичен рецепторам тиреоидных гормонов, хотя трансактивация им чувствительных элементов генома не доказана (рис. 5.8).

Рис. 5.7. Функциональные домены рецепторов тиреоидных гормонов.

Механизмы действия тиреоидных гормонов Рис. 5.8. Ядерные рецепторы гепатоцитов крысы. Показана сравнительная характеристика функциональных свойств и структурная гомология различных доменов.

Сравнение рецепторов, выделенных из тканей цыпленка и человека, показало их гомологию, но не идентичность, что привело к предположению о существовании множественных форм рецепторов тиреоидных гормонов и, соответственно, кодирующих их синтез генов. У человека c-erbA локализуется в двух хромосомах - 3-ей (3р22-3р24.1) и 17-ой (7q11.2-17q21). Формы, выделенные из тканей человека, стали обозначать как, а из тканей цыпленка - соответственно.

Вскоре гомологичный -форме рецептор был выделен из ядер клеток мозга и получил название c-erbА1 или -форма. мРНК -формы оказалась широко распространенной как в ткани мозга, так и в других органах. В 1987-88 годах из тканей человека (почки и яички) выделена мРНК другой изоформы, c-erbА-Т-1 или c-erbА2, которая обнаруживала различия в 3'-кодирующем конце. Первоначальные исследования показали возможность 2-формы рецептора также связывать тиреоидные гормоны, но со значительно меньшей аффинностью в сравнении с - и 1-формами. Однако, это наблюдение не нашло подтверждения в дальнейшем (рис. 5.9).

Механизмы действия тиреоидных гормонов Рис. 5.9. Сравнение гомологичных доменов различных форм рецепторов тиреоидных гормонов. Числами обозначен процент подобия каждой формы к приведенной сверху. А - сравнение 1-изоформ, В - сравнение изоформ, С - сравнение 1 и 1 форм.

Вскоре в результате использования методов котрансфекции был продемонстрирован трансактивирующий эффект 1-формы рецепторов, реализуемый через чувствительный элемент гена гормона роста крысы. Эти данные подтвердили функциональную активность с erbА рецепторов.

мРНК, кодирующие синтез различных форм рецепторов, были выделены из ядер гепатоцитов, нейронов мозга, миоцитов сердца и других тканей. В 1989 выделена и охарактеризована 2-форма, которая обладает способностью связывать ДНК, тиреоидные гормоны и вызывать трансактивацию генов-мишеней. Оказалось также, что мРНК 2-формы представлена, главным образом, в ткани гипофиза, а тиреоидные гормоны негативно регулируют ее содержание. Негативная регуляция аналогична таковой для 1- и 2-форм, но более выражена, что весьма поразительно в сравнении с исключительно положительной регуляцией тиреоидными гормонами содержания мРНК 1 изоформы в тех же клетках. Данные сравнительного анализа изоформ рецепторов тиреоидных гормонов суммированы на рис. 5.10:

Механизмы действия тиреоидных гормонов Чувствительные к действию тиреоидных гормонов элементы.

Способность рецепторов тиреоидных гормонов регулировать экспрессию генов, по крайней мере, частично зависит от присутствия в промоторе гена-мишени специфического элемента, чувствительного к действию гормона. Этот элемент представляет собой последовательность ДНК, взаимодействие рецептора с которой оказывает положительное или отрицательное влияние на транскрипционную активность гена. Регуляторные участки чаще всего располагаются недалеко от места начала транскрипции в промоторном участке гена, но иногда обнаруживаются также в 3'-нетранслируемом, или интронном участке. Действие регуляторных участков основано на распознавании и предоставлении мест для связывания специфических трансактивирующих факторов, которые в результате стимулируют или угнетают транскрипцию определенного гена. В настоящее время описаны чувствительные к действию тиреоидных гормонов элементы промоторов следующих генов: гормона роста, тяжелой цепи миозина, ++ и -субъединиц тиротропного гормона, Са -зависимой АТФазы саркоплазматического ретикулума, малатдегидрогеназы, основного белка миелина. В результате сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей различных элементов была установлена характерная смысловая последовательность: AGGT(C/A)A, представленная на рис. 5.11. Наиболее изученным является чувствительный элемент промотора гена гормона роста, который располагается в 5'-области и представлен тремя полуповторами, локализованными между (-190) и (-164) нуклеотидами. Присутствие всех трех участков необходимо для регулируемого ответа промотора на действие тиреоидных гормонов.

Сходные участки обнаружены в промоторе гена тяжелой цепи миозина. Интересно отметить тот факт, что чувствительные к действию эстрогенов элементы содержат идентичные смысловые места Механизмы действия тиреоидных гормонов (полуповторы) связывания, но различаются во вставочных последовательностях палиндромных последовательностей (рис. 5.11).

Не исключена, таким образом, возможность связывания рецепторов тиреоидных гормонов с чувствительными к действию эстрогенов элементами без последующей трансактивации. Последнее означает, что связывание ДНК является необходимым, но недостаточным условием для трансактивации сопряженных генов. Более того, подобное конкурентное взаимодействие на рецепторном уровне может ингибировать эстроген-зависимую трансактивацию. Показано также взаимодействие рецепторов тиреоидных гормонов с элементами, чувствительными к действию ретиноевой кислоты и наоборот.

Интересен также обнаруженный факт взаимодействия рецептора тиреоидных гормонов с рецептором ретиноевой кислоты, которое приводит к формированию гетеродимера с отличным регуляторным потенциалом в сравнении с мономерной формой рецепторов.

Функция рецепторов тиреоидных гормонов. Позитивной регуляцией гена называется последовательность событий, сопровождающая специфическое связывание лиганд-рецепторного комплекса чувствительным элементом промотора, в результате которого возрастает транскрипционная активность гена и продукция мРНК. По обратной аналогии, результатом негативной регуляции является угнетение транскрипционной активности и снижение образования мРНК.

Среди ядерных рецепторов клеток тканей крыс доминируют 1, и 2 формы рецепторов тиреоидных гормонов. Их главные эффекты заключаются в трансактивации гена гормона роста и тяжелой цепи миозина. Показан также эффект негативной регуляции ими активности гена -гликопротеина человека при котрансфекции. Одним из спорных вопросов остается роль множественных рецепторов тиреоидных гормонов в клетках чувствительных тканей. Результаты ограниченного числа исследований позволяют предполагать дифференциальную регуляцию активности генов-мишеней в зависимости от тканевой специфичности и распределения рецепторов.

Исследования с использованием трансфекции c-erbA2 рецепторов крысы в клетки культивируемых тканей человека позволили выявить возможную роль этого рецептора как негативного регулятора действия тиреоидных гормонов. Эти данные согласуются также с сообщениями о занятии продуктом альтернативного сплайсинга c-erbA2 места связывания 1-формы без развития трансактивации. Известно также, что c-erbA2 обладает меньшей, в сравнении с 1 и -формами рецепторов, что может быть связано с нарушением аллостерических Механизмы действия тиреоидных гормонов эффектов С-терминального участка измененного рецептора. В основе негативной регуляции c-erbA2, возможно, лежит формирование неактивного гетеродимерного комплекса и конкуренция за места связывания с ДНК. Важным является также и то, что v-erbA реализует свое действие по сходному пути, но с меньшей аффинностью к нуклеотидной последовательности.

Негативная регуляция активности генов, чувствительных к тиреоидным гормонам, осуществляется также свободным нативным рецептором, то есть в отсутствие лиганда. Связывание трийодтиронина в активном центре рецептора в этом случае освобождает чувствительный элемент из-под ингибирующего влияния вследствие вызванных конформационных изменений молекулы рецептора.

Выраженность этих эффектов в высокой степени зависит от силы взаимодействия лиганда и рецептора, а также рецептора и элемента ДНК. Таким образом, существенным отличием ядерных рецепторов тиреоидных гормонов как лиганд-зависимых транскрипционных факторов является их относительная зависимость и внутренняя регуляторная активность.

Рис. 5.12. Тканеспецифическая активность рецепторов тиреоидных гормонов и регуляция тиреоидными гормонами содержания мРНК, кодирующих синтез ядерных рецепторов. 2-изоформа представлена, а 1-изоформа стимулируется под действием трийодтиронина только в гипофизе.

5.4 Аддитивное действие агонистов Взаимодействие рецепторов тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты приводит к гетеродимеризации исходных мономеров и дивергенции регуляторных влияний, которая определяется затрагиваемым чувствительным элементом и клеточным типом.

Рецепторы тиреоидных гормонов могут потенцировать действие ретиноевой кислоты через палиндромную последовательность своих чувствительных элементов, однако выступают в роли антагонистов при корегуляции транскрипционной активности промотора гена тяжелой Механизмы действия тиреоидных гормонов цепи -миозина. Вовлечение гетеродимеризации рецептора в регуляцию генов, отвечающих на действие тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты, обладает значительной аналогией с взаимодействиями c-Fos и c-Jun транскрипционных факторов.

Рис. 5.13. Стабилизация под действием стероидных гормонов пре инициаторного комплекса в первую стадию транскрипции. Стероидные гормоны могут также увеличивать скорость образования пре инициаторного комплекса.

Рис. 5.14. Гипотетическая модель регуляции транскрипционной активности ядерными рецепторами. Показано взаимодействие целого ряда коактиваторов, формирующих комплекс с активными рецепторами и транскрипционными факторами.

150 Механизмы действия тиреоидных гормонов Рис. 5.15. Транскрипционная коактивация и корепрессия. Рецепторы стероидных гормонов, например, прогестерона, содержат репрессорный домен, который связывается с корепрессором при активации рецептора анатагонистом (RU486). В зависимости от лиганда, связанного с рецептором, трансформация рецептора может формировать коактиватор либо корепрессор, соответственно положительно или негативно регулирующих транскрипцию, 5.5. Некоторые молекулярно-генетические мишени Гормон роста Синтез и секреция гормона роста чрезвычайно чувствительны к действию тиреоидных гормонов. Так, у гипотиреоидных крыс содержание мРНК, транскрибируемой с этого гена, в гипофизе и сыворотке очень низкие. В культуре клеток гипофиза тиреоидные гормоны также вызывают увеличение скорости транскрипции гена гормона роста. Индукция трийодтиронином экспрессии гена гормона роста хорошо коррелирует со связыванием ядерного рецептора со специфическим чувствительным элементом промотора. Очевидно, что трийодтиронин, реализуя свое действие через ядерные рецепторы, действует не изолированно, а скорее всего как составная часть сложного комплекса взаимодействующих факторов.

Контроль транскрипционной активности гена гормона роста у человека не так ясен и однозначен. Уровень соответствующей мРНК у больных может быть в норме.

nTRE Трийодтиронин вызывает не только активацию экспрессии генов, но и зависимое от действия тиреоидных гормонов подавление транскрипционной активности. Это было установлено по влияния тиреоидного статуса на уровень мРНК в печени крыс. Оказалось, что в 40% случаев гены печени отрицательно регулировались действием Т. Тем самым показано, что в одной и той же ткани и даже возможно в одном и том же типе клеток тиреоидные гормоны способны регулировать клеточные процессы в противоположных направлениях.

Механизмы действия тиреоидных гормонов Гены сердечной и скелетных мышц Тяжелая цепь -миозина кодируется тесно связанным семейством генов. Активность всех членов этого семейства может регулироваться тиреоидными гормонами и один и тот же ген тяжелой цепи миозина может регулироваться в противоположном направлении в зависимости от ткани, в которой он экспрессирован.

В сердце экспрессируются две изоформы миозина, тяжелая цепь миозина альфа и бета. Экспрессия этих генов в миокарде желудочков регулируется тиреоидными гормонами. Лечение тиреоидными гормонами увеличивает отношение альфа/бета, хотя у гипотиреоидных крыс бета миозин может представлять более 90% от общего миозина. Тот факт, что тиреоидные гормоны увеличивают нагрузочную работу сердца является возможно, не следствием экспрессии гена тяжелой цепи миозина, а лишь результатом состояния гипердинамики. В то же время, уровень мРНК альфа-миозина был ниже у пациентов с глубокой кардиомиопатией и дилятацией сердца при гипотиреоидизме. Этот уровень возвращался к нормальному, когда пациенты лечились тиреоидными гормонами.

++ Са АТФаза саркоплазматического ретикулума Функции сердца, включая скорость сокращения и время диастолического расслабления, значительно изменяются под действием тиреоидных гормонов и зависят от тиреоидного статуса. Эти изменения обусловлены соотношением изоформ тяжелой цепи миозина, а скорость ++ релаксации зависит от скорости возврата цитоплазматического Са в саркоплазматический ретикулум. Последнее обеспечивается изоформой ++ Са -АТФазы (SERCA). Ген SERCA-2 экспрессируется главным образом в медленно сокращающихся скелетных и сердечной мышцах и намного в меньшей степени в гладких миоцитах. SERCA-1 экспрессируется почти исключительно в быстро сокращающихся скелетных мышцах. Возврат ++ кальция в саркоплазматической ретикулум и Са -зависимый гидролиз АТФ увеличены при гипертиреоидизме и снижены при гипотиреоидизме ++ животных. Уровень мРНК SERCA-2, так же, как и Са -АТФазы зависим от действия тиреоидных гормонов посредством регуляции механизма транскрипции.

Ответ этого гена на гормональную заместительную терапию у гипотиреоидных животных является относительно быстрым: начало через 2 часа и возврат к норме (до введения) через 5 часов;

прирост уровня мРНК в три и более раз. Это прямое влияние гормона на транскрипционную активность гена. Общий уровень РНК не изменяется под действием тиреоидных гормонов в пересаженном сердце, но SERCA мРНК увеличивается в сердце хозяина, Гены мозга Отсутствие стимулирующего эффекта тиреоидных гормонов на поглощение кислорода клетками взрослого мозга привело к широко распространенному мнению, что эта ткань может быть вовсе нечувствительна к действию тиреоидных гормонов. Однако то, что во взрослом мозге содержатся специфические ядерные рецепторы Механизмы действия тиреоидных гормонов тиреоидных гормонов, вместе со множественными физиологическими и клиническими наблюдениями изменений функций мозга при изменении функции щитовидной железы стимулирует попытки пересмотра этого заключения. Тем не менее, до настоящего времени не было успешных исследований в идентификации генов во взрослом мозге непосредственно регулируемых тиреоидными гормонами.

В противоположность этому, важность тиреоидных гормонов в развитии мозга широко определена в нескольких исследованиях.

Изменения в ответе нескольких специфических белков мозга на действие тиреоидных гормонов хорошо документированы. Однако, точные молекулярные механизмы посредством которых Т регулирует экспрессию генов мишеней в развивающемся мозге остаются неясными. У гипотиреоидных крыс типичным результатом является дефицит миелинизации. Ген, кодирующий основной белок миелина, имеет в структуре своего промотора гормон-чувствительный элемент.

Этот участок, расположенный со 163 по 168 нуклеотид от стартового места транскрипции, представляет собой инвертированную последовательность с шестью нуклеотидами, разделяющими места связывания.

Тиреоидные гормоны стимулируют дифференцировку ткани мозжечка у новорожденных крыс. Среди других изменений, гипотиреоидизм в течение первых 3-х недель неонатальной жизни, приводит к значительному уменьшению арборизации клеток Пуркинье, что предполагает существование чувствительных к действию тиреоидных гормонов генов в этих клетках. Олигодендроциты - клетки, ответственные за синтез миелина, и клетки Пуркинье обнаруживают экспрессию генов -изоформ рецепторов тиреоидных гормонов в иммуногистохимических исследованиях. Как обсуждалось ранее, резкое возрастание в мозге содержания -изоформ рецепторов возникает в то же самое время, когда увеличивается уровень трийодтиронина в мозге у новорожденных крыс. Это поддерживает предположение, что связывание тиреоидных гормонов с -изоформой рецепторов может играть важную роль в структурных изменениях, индуцируемых Т в развивающемся мозге.

Таким образом, очевидно, есть три последовательные стадии в ответе генов мозга на действие тиреоидных гормонов в течение первых дней после рождения. В течение первого периода наблюдается отставание в формировании чувствительности к действию тиреоидных гормонов. В течение 2-го периода, вероятно между 4 и 20 днями постнатального развития, уровень мРНК генов-мишеней быстро возрастает до значения плато. В течение третьего периода, вероятно при полной экспрессии генов наблюдается относительная независимость уровня транскрипционной активности от концентрации тиреоидных гормонов в крови.

ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ НА ПРОЦЕССЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ 6.1 Влияние на метаболиз-м липидов Использование клеткой липидов в качестве питательных веществ при их катаболическом окислении требует больших затрат кислорода, чем при окислении белков или углеводов, так как по сравнению с молекулами белков и углеводов атомы углерода в молекулах липидов находятся в более восстановленной форме. В то же время, липиды являются одной из самых энергоемких форм запасания энергии в жировых депо в виде триацилглицеролов. Их образование и гидролитическое расщепление находятся главным образом под прямым контролем инсулина (липогенез) и катехоламинов (липолиз).

Тиреоидные гормоны стимулируют как липолиз, так и липогенез. Они также оказывают влияние как на анаболические, так и на катаболические звенья обмена простых и сложных липидов.

Жирные кислоты При повышении уровня тиреоидных гормонов увеличивается скорость синтеза и окисления жирных кислот, скорость липолиза триацилглицеролов жировой ткани и выход в плазму крови свободных жирных кислот. Известно, что усиление липолиза триацилглицеролов у человека является одной из срочных неспецифических реакций при различных видах стресса и является результатом активации катехоламинами в жировой клетке ферментов аденилатциклазы и гормончувствительной липазы. Интенсивность липолитического ответа жировых клеток на действие катехоламинов значительно увеличивается при гипертиреоидных состояниях у человека или при введении тиреоидных гормонов.

Введение животным Т3 сопровождается последовательной сменой процессов липогенеза на липолиз, остающийся основным источником неэстерифицированных жирных кислот в организме по сравнению с их синтезом de novo, который также стимулируется тиреоидными гормонами. На синтез жирных кислот расходуется около 3-4% энергии от ее общих затрат на метаболические процессы, которые могут быть рассчитаны по общему повышению потребления кислорода.

Тиреоидные гормоны стимулируют в основном синтез длинноцепочечных жирных кислот в печени. Уровни липогенеза в печени при гипо- и гипертиреоидизме могут различаться в 16 раз, но в тканях сердца и почек тиреоидные гормоны обладают меньшим липогенным действием. Синтез жирных кислот понижен как при гипо-, так и при гипертиреоидизме в забрюшинной и эпидидимальной белой жировой ткани.

Липогенез в бурой жировой ткани обратно пропорционален уровню тиреоидных гормонов. У гипотиреоидных животных липогенез усилен в 154 Влияние на процессы обмена веществ и энергии коже, костях, мышцах, хотя при гипертиреоидизме около половины жирных кислот синтезируется в печени. Чем обусловлена тканевая специфичность влияния тиреоидных гормонов на синтез жирных кислот и липогенез, остается неизвестным, а загадочность этого влияния становится еще большей с учетом того факта, что и химический состав жирных кислот (степень ненасыщенности, длина углеводородной цепи) сложных липидов различен в различных областях жировых депо тела человека. Например, жирные кислоты в составе жиров подкожно жировой клетчатки (внешней поверхности тела) содержат большее количество двойных связей, чем жирные кислоты жиров брюшной полости.

По-видимому, тиреоидные гормоны независимыми и параллельными путями стимулируют экспрессию тех генов, которые имеют отношение к ферментам, контролирующим липогенез, липолиз и использование липидов в качестве энергоисточника. Это касается синтеза и активации ферментов малатдегидрогеназы, глюкозо-6 фосфатдегидрогеназы и синтазы жирных кислот. Так, Т регулирует липогенез, повышая уровень мРНК ацетил-КоА-карбоксилазы и синтазы жирных кислот в печени и бурой жировой ткани. Экспрессия генов этих ферментов модулируется также поступлением большого количества углеводов с пищей, повышенной продукцией инсулина и цАМФ.

Стимулирующее воздействие тиреоидных гормонов на синтез жирных кислот в печени и в жировой ткани, наряду с увеличением под действием гормонов скорости реэстерификации жирных кислот (в цикле триацилглицеролы —> жирные кислоты + глицерол), может вносить существенный вклад в повышение скорости поглощения кислорода.

Понижение уровня тиреоидных гормонов при гипотиреоидных состояниях ведет к снижению скорости синтеза жирных кислот в печени и подкожно-жировой клетчатке по сравнению со скоростью этого синтеза при эутиреоидных состояниях. В результате понижения чувствительности адипоцитов к действию катехоламинов и других веществ липолитического действия, при гипотиреоидизме снижается скорость липолиза. Концентрация свободных жирных кислот в плазме крови остается нормальной или несколько пониженной.

Липолитическое действие тиреоидных гормонов зависит от уровня инсулина в крови. При нормальном уровне инсулина в крови тироксин первоначально не ведет к усилению липолиза, так как инсулин обеспечивает достаточное для удовлетворения энергетических потребностей количество мобилизуемой глюкозы. Но в последующем тиреоидные гормоны уже на фоне гипергликемии и повышенного уровня окисления глюкозы могут вызывать усиление липолиза.

Триацилглицеролы Триацилглицеролы являются одной из главных форм сложных липидов, запасаемых в жировых депо. При повышении уровня тиреоидных гормонов и активации липолитических процессов, количество липидов в жировых депо уменьшается. Интенсификация Влияние на процессы обмена веществ и энергии гидролиза триациглицеролов в депо сопровождается не только повышением в плазме уровня неэстерифицированных жирных кислот, но и глицерола. Последний используется, в частности, для реэстерификации триацилглицеролов, как субстрат для глюконеогенеза и увеличения синтеза триацилглицеролов в гепатоцитах. Уровень триацилглицеролов в плазме крови при гипертиреоидизме повышается.

Введение животным Т сопровождается уже в первые сутки усилением потребления пищи и липогенеза, который достигает максимума на 4-5 сутки после введения гормона. Ускорение липогенеза наблюдается еще до усиления термогенеза и обусловлено экспрессией генов, кодирующих синтез липогенных ферментов и белков, имеющих непосредственное отношение к липогенезу, например, таких как белок печени S-14, ген которого экспрессируется уже через 10-20 мин после введения Т. Первоначальное усиление тиреоидными гормонами синтеза жирных кислот и их включения в состав сложных липидов, усиленное использование глюкозы для липогенеза свидетельствуют о том, что тиреоидные гормоны способствуют запасанию жиров у животных для их последующего использования в качестве калоригенного источника, когда тиреоидные гормоны оказывают не липогенный, а, совместно с катехоламинами, липолитический эффект.

Липолитическое действие, обусловленное активацией гормон чувствительной липазы, ведет к гидролизу запасенных в жировых депо триацилглицеролов и к уменьшению общей массы запасенного в организме жира. Активация тиреоидными гормонами липазы, вероятно, является цАМФ-зависимым механизмом ее фосфорилирования, так как при этом не зарегистрировано повышения уровня мРНК этого фермента. Пока нет достаточно убедительных данных в пользу того, что именно катехоламины напрямую ответственны за повышение липазной активности под действием тиреоидных гормонов.

Хотя интенсивность анаболических превращений липидов при гипотиреоидизме в целом превышает интенсивность их катаболизма, скорости синтеза и расщепления липидов понижены по сравнению со скоростями этих превращений липидов у эутиреоидных организмов.

Понижение скорости катаболизма триацилглицеролов при сохранении нормальной скорости их синтеза является одной из причин повышения уровня этих липидов в крови.

Холестерол Холестерол является одним из сложных липидов, изменение содержания которого также зависит от уровня тиреоидных гормонов.

Общее содержание холестерола в организме определяется соотношением его анаболического (синтезируемого и поступающего с пищей) и катаболического (выводимого с желчью) пулов. Несмотря на уменьшение скорости синтеза холестерола при гипотиреоидизме, по видимому, еще больше уменьшается скорость его экскреции с желчью.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии В результате уровни в крови общего холестерола и холестерола липопротеинов низкой плотности возрастают.

В противоположность этим изменениям, при гипертиреоидизме тиреоидные гормоны одновременно увеличивают как скорость синтеза холестерола, так и скорость его катаболизма и экскреции. В результате преобладания скорости катаболизма и экскреции над скоростью продукции уровень холестерола в крови при гипертиреоидизме понижен.

Тиреоидные гормоны влияют на обмен холестерола и через обмен липопротеинов крови. Так, при гипотиреоидизме увеличивается концентрация в сыворотке крови холестерола липопротеинов промежуточной и низкой плотности, причем величина гиперхолестеринемии коррелирует со степенью выраженности гипотиреоидизма. Важнейшими причинами повышения уровня холестерола при этом состоянии являются уменьшение числа рецепторов липопротеинов низкой плотности и понижение активности печеночной липазы, что приводит к понижению эффективности превращения липопротеинов промежуточной плотности в липопротеины низкой плотности. Наблюдается также некоторое понижение концентрации в сыворотке липопротеинлипазы, что тормозит расщепление триацилглицеролов. Увеличение уровня тиреоидных гормонов сопровождается также снижением содержания в крови фосфолипидов.

Поскольку хорошо известно, что при гипертиреоидизме, а также при тиреотоксикозе уменьшается уровень холестерола в сыворотке крови, представляется весьма заманчивым использовать тиреоидные гормоны в качестве лечебного средства при гиперхолестеринемии. Однако, при введении Т редко достигается понижение содержание холестерола, причиной чего может быть существование различных изоформ тиреоидных рецепторов.

Кроме того, применение тиреоидных гормонов может сопровождаться их побочным негативным действием на сердечную деятельность. Поэтому перспектива использования тиреоидных гормонов при гиперхолестеринемии зависит от успешности решения проблемы такой модификации их структуры, чтобы избирательность действия гормонов на обмен холестерола в печени сохранилась, а действие на сердце было максимально щадящим.

6.2 Влияние на метаболизм углеводов Тиреоидные гормоны влияют практически на все звенья метаболизма углеводов. При повышении уровня гормонов они усиливают всасывание, синтез углеводов и их использование многими тканями организма. После приема углеводов у многих людей с гиперфункцией щитовидной железы уровень сахара в крови повышается за более короткий промежуток времени, чем при Влияние на процессы обмена веществ и энергии нормальной функции щитовидной железы и превышает порог почечной экскреции углеводов. У них нередко обнаруживается глюкозурия.

Тиреоидные гормоны усиливают поглощение глюкозы мышцами и другими периферическими тканями, что, вероятно, обусловлено их стимулирующим действием на механизмы транспорта глюкозы через плазматические мембраны и ферментные системы анаэробного и аэробного путей катаболизма глюкозы. Увеличение скорости потребления глюкозы сопровождается усилением ее образования в печени за счет использования лактата, который образуется в больших количествах в результате активации анаэробных путей катаболизма глюкозы;

глицерина, уровень которого также возрастает за счет активации липолитических процессов в жировой ткани;

аминокислот аланина и глутамата, источником которых являются мышцы. Секреция инсулина может оставаться неизменной при гипертиреоидизме, но число инсулиновых рецепторов под влиянием тиреоидных гормонов уменьшается на мембранах жировых клеток и увеличивается на мембранах гепатоцитов.

Противоположные изменения метаболизма углеводов имеют место при снижении уровня тиреоидных гормонов. Замедляется скорость всасывания углеводов из желудочно-кишечного тракта, поглощение глюкозы жировой и мышечной тканями. Остается нормальной реакция -клеток поджелудочной железы на изменение уровня глюкозы в крови, но число инсулиновых рецепторов возрастает на мембранах жировых клеток, оставаясь неизменным в гепатоцитах. Уровень глюкозы в крови, как правило, не изменяется, а его понижение нередко связано с нарушением других эндокринных механизмов регуляции обмена углеводов.

6.3 Влияние на метаболизм белков Увеличение уровня тиреоидных гормонов, например, при тиреотоксикозе, ускоряет синтез и катаболизм белков, причем скорость катаболизма превалирует над скоростью анаболических превращений.

В результате потеря азота превышает его поступление в организм и имеет место отрицательный азотистый баланс. При гипотиреоидизме скорость катаболизма тканевых белков ниже, чем при нормальной функции щитовидной железы. Метаболические сдвиги касаются белковых молекул крови, структурных белков клеток различных тканей.

Снижение скорости катаболизма альбумина ведет к повышению его общего количества в организме и при гипотиреоидизме уровень этого белка в плазме крови возрастает. Вследствие повышения проницаемости капиллярной стенки для альбуминов эти белки диффундируют в межклеточную жидкость, в том числе в цереброспинальную жидкость, где уровень альбумина повышается.

Изменение содержания альбумина в крови и внеклеточных жидкостях Влияние на процессы обмена веществ и энергии может приводить к перераспределению воды между внутриклеточным и внеклеточным объемами.

Нарушение катаболизма апопротеинов ведет к повышению в крови уровня липопротеинов низкой плотности, что в свою очередь способствует накоплению в крови избытка холестерола.

Нарушение синтеза и катаболизма белков может привести к изменениям скорости окислительных процессов в митохондриях, активности ферментов печени, мышц и других тканей, что может оказать влияние на обмен различных веществ организма, например, углеводов и жиров.

Повышение скорости катаболизма белков при гиперфункции щитовидной железы и особенно при тиреотоксикозе, увеличивает освобождение из белков мышц аланина и других аминокислот, которые становятся дополнительными субстратами для глюконеогенеза, скорость которого при этих состояниях возрастает. В результате потери мышечных белков при гипертиреоидизме и тиреотоксикозе может иметь место различная степень атрофии мышц и потеря массы тела, особенно если не увеличены общая калорийность пищевого рациона, содержание углеводов (как белокэкономящих субстратов) и белков.

Одновременное нарушение синтеза коллагена, как важнейшего белка соединительной ткани, накопление в ней глюкозаминогликанов, главными компонентами которых являются гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат, ведет при гипотиреоидизме к формированию измененных, гипергидратированных тканевых структур и развитию микседемы. Для гипертиреоидизма и тиреотоксикоза, сопровождающихся потерей коллагена, наоборот, характерно истончение кожи. Введение гормонов щитовидной железы при микседеме ведет к возрастанию уровня белков кожи, восстановлению их связей с мукополисахаридами, и повышенному продолжительному диурезу.

У детей с пониженной функцией щитовидной железы введение небольших доз Т сопровождается стимуляцией анаболических процессов, положительным азотистым балансом. Введение больших доз гормонов щитовидной железы сдвигает баланс анаболических и катаболических процессов в сторону преобладания катаболизма, + появлению в моче избыточного К, мочевой кислоты, гексозаминов.

В отсутствие тиреоидных гормонов или при их низком содержании, наряду с торможением всасывания из кишечника многих веществ, тормозится всасывание витамина В, с последующим появлением анемии, тормозится превращение каротина в витамин А. Накопление каротина в крови может приводить к появлению желтоватой окраски кожных покровов, при этом склеры не желтеют, как это имеет место при желтухе. При гипертиреоидизме, когда общий уровень обмена увеличивается, необходимо поступление в организм большего количества витаминов.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии 6.4 Калоригенное действие тиреоидных гормонов Известно, что общий уровень энергозатрат организма может быть оценен по одному из его интегральных показателей - либо по скорости потребления кислорода, либо по скорости теплообразования. В первом случае исходят из того, что необходимое для жизнедеятельности количество метаболической энергии организм получает в ходе окисления питательных веществ. Поскольку кислород является обязательным участником окислительных реакций, то по скорости и объему потребления кислорода тканями можно судить об интенсивности обмена и его общей величине соответственно.

При использовании в качестве показателя энергообмена скорости теплообразования и общего количества образованного тепла исходят из того, что образование тепла в организме является следствием превращения в тепло любых других видов энергии (например, механической, электрохимической), в которые ранее превращалась энергия химических связей окисленных питательных веществ. Скорость теплообразования и общее количество образованного тепла также позволяют судить об интенсивности обмена и его валовой величине, соответственно.

В ходе биологического окисления химические связи питательных веществ разрываются и высвобождающаяся энергия преобразуется и частично запасается в виде новых макроэргических связей в молекулах АТФ. Эта часть метаболической энергии превращается в тепло при ее использовании на выполнение различных видов работы.

Другая часть энергии химических связей молекул питательных веществ безвозвратно превращается в тепло в ходе биологического окисления. Количество молекул АТФ, синтезирующихся при биологическом окислении зависит от степени сопряжения процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях. В обычных условиях на 1 молекулу потребленного О синтезируется 3 молекулы АТФ. В суммарном выражении для случая окисления глюкозы это означает, что при превращении 1 молекулы глюкозы будет синтезировано 36 молекул АТФ, в макроэргических связях которых будет запасено определенное количество свободной энергии. Подсчитано, что коэффициент полезного действия окислительного фосфорилирования и образование АТФ, в зависимости от величины отношения Р/О (коэффициент сопряжения) может составлять максимальное значение - 78% при Р/О = 2,5 и минимальное - 62% при Р/О = 2,0.

Таким образом, при окислении 1 молекулы глюкозы от 22 до 38% энергии ее химических связей будет безвозвратно потеряно на этапе окисления в виде так называемой «первичной теплоты». Очевидно, что количество «первичной теплоты», образующееся при окислении питательных веществ, также зависит от степени сопряжения процессов окисления и фосфорилирования.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии При разобщении этих процессов образование первичной теплоты возрастает, а количество синтезированных молекул АТФ уменьшается.

Из приведенного примера видно, что разобщение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях является одним из весьма эффективных способов быстрого увеличения образования тепла, не являющегося результатом выполнения работы. Ряд веществ эндогенного происхождения (белок термогенин, жирные кислоты;

возможно, липопротеины низкой плотности) и экзогенного происхождения (динитрофенол) могут разобщать окисление и фосфорилирование в митохондриях.

В противоположность реакциям образования АТФ при окислительном фосфорилировании, реакции и процессы, протекающие с использованием АТФ низкоэффективны, имеют низкий коэффициент полезного действия и сопровождаются большими теплопотерями. Так, + + КПД Na /K -АТФазы плазматической мембраны нейронов мозга ++ составляет около 57%, а Са -АТФазы плазматической мембраны нейронов мозга - около 42%. Коэффициенты использования АТФ в процессе сокращения миокарда составляют 10-30%, скелетных мышц 20-30%, а КПД синтеза белков - лишь около 5%.

При проведении подобных расчетов принимается во внимание, что практически весь потребляемый организмом кислород поглощается митохондриями и расходуется на протекающие в них процессы окисления. Однако, в последнее время установлено, что в стандартных условиях, при которых определяется величина основного обмена, митохондриями клеток поглощается лишь около 90% потребляемого организмом кислорода. 6,5-8,3% кислорода, потребляемого организмом, расходуется на процессы окисления жирных кислот в пероксисомах, а остальное его количество (1,7-3,5%) - на другие, протекающие вне митохондрий процессы окисления.

Из общего объема кислорода, поглощаемого митохондриями клеток (90%), лишь 80% сопряжено с процессами образования АТФ, а остальные 20% не могут эффективно использоваться для этих целей из-за постоянной утечки протонов через внутреннюю мембрану митохондрий и других процессов аутоокисления. В этой связи, по видимому, реальная величина отношения Р/О в митохондриях составляет менее 3.

Подсчитано, что суммарные потери энергии, связанные с протонной утечкой могут достигать для целого организма около 20% величины энергии основного обмена.

Давно известно, что введение в организм тиреоидных гормонов при заместительной терапии в случаях гипотиреоидизма, или их повышенный уровень при гипертиреоидизме или тиреотоксикозе может сопровождаться повышением потребления кислорода, усилением теплопродукции и даже небольшим повышением температуры тела.

Для более точного понимания значения тиреоидных гормонов в процессах энерго- и теплообмена необходимо различать их влияние Влияние на процессы обмена веществ и энергии на уровень основного обмена, и на уровень метаболизма организма в измененных условиях его существования (например при действии холода, ограничении приема пищи или переедании и др.).

Чтобы ответить на вопрос, с чем может быть связан индуцированный тиреоидными гормонами термогенный эффект, необходимо проанализировать как влияют тиреоидные гормоны на скорость процессов, осуществляющихся с потреблением энергии АТФ;

на митохондриальные процессы сопряжения окисления и фосфорилирования, т.е. на образование «первичной теплоты»;

как взаимодействуют тиреоидные гормоны с другими системами организма, активирующими обменные процессы и образование тепла, в частности, с симпатоадреналовой системой. В действии тиреоидных гормонов необходимо различать кратковременный компонент, связанный с влиянием на внеядерные структуры клетки, и долговременный компонент, связанный с влиянием гормонов на ядро.

Для проявления гормональных эффектов после возрастания в организме уровня тиреоидных гормонов требуются определенные различные промежутки времени. Это зависит от того, реализуется ли это действие на уровне ядра (геномном уровне) или на негеномном уровне. Если в первом случае для проявления эффектов требуется часы и сутки, то во втором - минуты или часы.

Окислительные процессы, идущие с потреблением кислорода и синтезом макроэргических соединений, осуществляются главным образом в митохондриях клеток организма, где энергия химических связей питательных веществ превращается в энергию макроэргических связей в молекуле АТФ. Поскольку каждая клетка организма (за исключением эритроцитов и некоторых других) располагает собственным внутриклеточным аппаратом для аэробного окисления питательных веществ и синтеза АТФ, то стимулирующее влияние тиреоидных гормонов на окислительный метаболизм клеток и тканей должно вести к увеличению потребления кислорода целостным организмом.

Потребление кислорода организмом взрослого человека в условиях покоя составляет около 225-250 мл/мин. Оно близко к величине потребления кислорода для обеспечения энергетических потребностей взрослого человека в условиях основного обмена, который бы составил при указанных скоростях потребления кислорода 1575-1750 ккал/сутки.

В условиях почти полного отсутствия действия тиреоидных гормонов в организме (например, при отсутствии щитовидной железы) величина основного обмена уменьшается до 40% (около 945 ккал/сутки), а потребление О при этом составляет около 150 мл/мин. При высоком избыточном содержании гормонов щитовидной железы максимальное увеличение уровня основного обмена может достичь +80% ( ккал/сутки), а потребление кислорода при этом может достигать 400 мл в минуту.

Одним из косвенных показателей интенсивности обменных процессов при изменении уровня тиреоидных гормонов в крови Влияние на процессы обмена веществ и энергии является масса тела. В среднем вес пациентов, страдающих гипертиреоидизмом, ниже нормального на 15%, а его повышение является важным признаком положительной реакции на проводимую терапию.

Процессы, контролирующие массу тела, трудно идентифицируемы в каждом конкретном случае. Среди них важное место принадлежит факультативному термогенезу, развивающемуся в ответ на действие холода или переедание. Усиление в этих условиях термогенеза достигается в бурой жировой ткани мелких животных и у новорожденных детей посредством стимуляции -адренорецепторов адреномиметиками и трийодтиронином. Синтезируемый при этом белок, разобщающий окисление и фосфорилирование, усиливает термогенез и рассеивание энергии в виде тепла. Недавно адренорецепторы и мРНК белка-разобщителя были найдены у взрослого человека в глубине отложений белого жира, в желчном пузыре и поперечно-ободочной кишке. Эти находки свидетельствуют о возможности экспрессии и у взрослых людей генов специфических для бурой жировой ткани и возможности индукции трийодтиронином факультативного термогенеза.

В ходе основного обмена организма образуется и используется та часть энергии метаболических процессов, которая необходима для поддержания его жизненно необходимых функций. Эта метаболическая энергия расходуется на процессы синтеза различных веществ, работу ионных насосов, работу, связанную с поддержанием на минимальном уровне функций кровообращения, дыхания, пищеварения, выделения.

На осуществление этих функций в условиях покоя организм тратит энергию в виде АТФ, которая синтезируется в митохондриях клеток в количествах, необходимых для осуществления функции этих клеток.

Подсчитано, что из общего количества синтезируемой клетками организма АТФ, в условиях основного обмена 25-30% АТФ используется для синтеза белков;

19-28% для обеспечения работы + + Na /K -АТФазы плазматической мембраны;

4-8% - для обеспечения ++ работы Са -АТФазы, 2-8% для работы дыхательных мышц, миокарда, гладких мышц сосудов, внутренних органов;

7-10% - для осуществления глюконеогенеза;

около 3% - для процессов образования мочи.

Определенное количество АТФ расходуется для осуществления прочих процессов жизнедеятельности.

Таким образом, ответ на вопрос почему повышается потребление кислорода митохондриями в условиях основного обмена можно получить, зная, какие функции клеток находятся под контролем тиреоидных гормонов и могут ли тиреоидные гормоны влиять непосредственно на клеточное дыхание и механизмы сопряжения дыхания и фосфорилирования в митохондриях. Ранее в этой главе уже было рассмотрено стимулирующее влияние тиреоидных гормонов на такой высокозатратный процесс потребления АТФ, как синтез белков.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии 6.5 Влияние на активность натрий-калиевого насоса Поддержание разницы концентраций натрия и калия по обе стороны клеточной мембраны невозможно без функционирования энергозатратного механизма, получившего название натрий-калиевого насоса или натрий-калиевого антипорта. С его помощью постоянно + диффундирующий из клетки по градиенту концентраций ион К, + возвращается в клетку, а поступающий в клетку Na выкачивается из клетки против его концентрационного градиента.

На такой перенос ионов, осуществляемый против сил их концентрационных и электрохимических градиентов затрачивается в условиях основного обмена около 19-28% всей синтезируемой клетками АТФ. Однако, непрерывное функционирование этого насоса необходимо для поддержания постоянной готовности нервных, мышечных клеток, рецепторов отвечать на действие раздражителей, а + + также сопряженного с деятельностью Na /K -АТФазы переноса через клеточную мембрану других веществ, в частности йодид-иона, глюкозы, некоторых аминокислот и др.

Согласно некоторым подсчетам, затраты энергии на удаление из + клетки ионов Na против его электрохимического градиента могут составлять от 20 до 45% от общих затрат энергии невозбужденной клетки. Подтверждением того, что повышение потребления кислорода + + под действием тиреоидных гормонов связано с активацией Na /K АТФазы является факт, что ее селективный ингибитор уабаин (строфантин) может в этих условиях понижать скорость потребления + + кислорода. Кроме того, увеличение энзиматической активности Na /K АТФазы после введения тиреоидных гормонов совпадает по времени с увеличением скорости потребления кислорода.

+ + Т увеличивает как активность Na /K -АТФазы, так и число молекул этого белка-переносчика. Подсчитано, что около 40% увеличения потребления кислорода в печени гипотиреоидных крыс, вызываемого действием вводимого Т, связано с активацией натрий-калиевого насоса. При этом не обнаруживается существенных изменений в + + трансмембранной разнице концентраций Na и К до и после гормонального воздействия. Поскольку разница концентраций ионов зависит от баланса двух противоположно направленных потоков диффузионного и "насосного", то сохранение разницы концентраций, неизменной при активации одного из потоков, должно компенсироваться соответствующим усилением противоположного потока.

Предполагается, что тиреоидные гормоны изменяют проницаемость плазматических мембран для минеральных ионов за счет изменения фосфолипидного состава мембран, параллельно с этим + активируются процессы использования энергии Na градиента для увеличения сопряженного транспорта через плазматическую мембрану других веществ.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии + + Действие тиреоидных гормонов активирует Na /K -АТФазу не только в гепатоцитах, но и в скелетных мышцах, сердце. Повышение + + активности Na /K -АТФазы в этой связи может рассматриваться как компенсаторная реакция в ответ на более раннее повышение + + проницаемости мембраны для Na и К, вызванное изменением состава и свойств фосфолипидов плазматической мембраны под действием тиреоидных гормонов. В этом случае одной из причин повышения активности АТФазы может также являться, изменение структуры и свойств липидного микроокружения АТФазы. Повышение активности + + Na /K -АТФазы может быть также результатом стимуляции трийодтиронином транскрипции генов и избирательного синтеза мРНК - и - субъединиц этого фермента.

6.6. Влияние тиреоидных гормонов на транспорт Са++ ++ + + Хотя ионы Са играют меньшую роль, чем Na и K в поддержании трансмембранной разности потенциалов, имеющей определяющее значение для возбудимости клеток в состоянии покоя, но его перемещение через плазматические мембраны клеток и внутри клеток имеет исключительное значение для инициации и осуществления многих физиологических процессов. Примерами их могут быть: участие ++ Са в процессах возбуждения и сокращения миокарда предсердий, сопряжение электрических и механических процессов в миокарде желудочков, скелетных и гладких мышц;

участие в выделении ++ нейромедиаторов из пресинаптической терминали;

роль Са как одного из важнейших вторых посредников в передаче сигнала из внешней ++ среды в клетку;

роль Са в формировании костной ткани и многое другое.

++ Концентрация Са в каждом компартменте клетки поддерживается на относительно постоянном уровне (табл. 6.1), что свидетельствует о существовании специальных кальциевых гомеостатических механизмов.

Таблица 6.1. Концентрация ионов кальция в различных средах организма.

++ Среда Концентрация ионов Са - 10 моль межклеточная жидкость - плазма крови 2,15-2,65•10 моль или 4,3-5,3 мэкв/л или 8,6-10,6 мг/100 мл внутриклеточная жидкость -8 - (цитоплазма, саркоплазма мио- 5•10 -3•10 моль цита, синаптосомы нервных клеток, митохондрии) - 10 моль саркоплазматический ретикулум Влияние на процессы обмена веществ и энергии Обращает на себя внимание огромная разница в концентрациях ++ Са в различных компартментах, например, в цитоплазме клеток и плазме крови;

или в саркоплазме и саркоплазматическом ретикулуме миоцитов. Для выполнения своей пусковой роли в сокращении мышц или, например, для выполнения роли второго посредника концентрация ++ Са в цитоплазме клетки должна возрасти почти на два порядка с -7 - ~10 М до ~10 М. Это свидетельствует о необходимости существования мощных механизмов управления трасмембранными ++ потоками Са и мощных насосных энергозатратных механизмов. По ++ разным оценкам, на обеспечение работы Са -насосов в клетках целого организма в условиях основного обмена необходимы затраты 4-8% ++ общего количества синтезируемой клетками АТФ, а на работу Са ++ насоса для поддержания концентрации Са в покоящейся мышечной клетке затрачивается около 10% энергии клетки. При мышечной работе эти затраты могут возрасти до 20-25%, а по некоторым подсчетам, даже до 50% от энергии, затрачиваемой активированной клеткой.

Прирост потребления энергии, связанный с ускорением оборота ++ Са в сокращающейся мышце, при переходе от гипотиреоидизма к эутиреоидному состоянию может составлять 40-50%.

Тиреоидные гормоны в физиологических концентрациях могут ++ непосредственно стимулировать активность Са -зависимой АТФазы плазматических мембран, без вовлечения геномных механизмов.

++ Изменение за короткое время (доли мсек) концентрации Са в саркоплазме мышцы на два порядка, предполагает, что проницаемость мембраны цистерн или трубочек саркоплазматического ретикулума возрастает очень быстро и маловероятно, что ее можно еще больше повысить действием каких-либо регуляторов. По крайней мере, не установлено, что тиреоидные гормоны могут ее существенно изменять.

Одним из наиболее быстро наблюдаемых эффектов действия тиреоидных гормонов на различные клетки является увеличение ++ поступления в клетку ионов Са. Это является результатом стимуляции ++ гормонами Са -АТФазы и переноса кальция. Так, уже менее чем через 1 мин после действия Т на тимоциты, увеличивается концентрация ++ Са внутри клеток, ее максимум достигается на 5 минуте и снова понижается, начиная с 8-ой минуты. Т увеличивает также поглощение клетками глюкозы и аминокислот. Эти эффекты зарегистрированы в клетках печени, миоцитах сердца и диафрагмы, при этом поступление ++ Са в клетку не было связанным с деполяризацией мембраны клеток.

Под влиянием тиреоидных гормонов возрастает скорость оборота ++ Са, одной из причин которого является увеличение общего объема саркоплазматического ретикулума. Очевидно, что за счет увеличения ++ площади поверхности диффузии увеличивается скорость выхода Са в саркоплазму, не требующая затраты метаболической энергии.

++ Увеличение скорости возврата Са из саркоплазмы достигается, ++ вероятно, не столько за счет увеличения производительности Са насоса (ее невозможно повысить выше уровня насыщения), а по видимому, за счет увеличения числа молекулярных насосов. Это Влияние на процессы обмена веществ и энергии подтверждается тем наблюдением, что под влиянием тиреоидных ++ гормонов возрастает плотность распределения Са -АТФазы в мембранах саркоплазматического ретикулума, что является результатом стимуляции под действием Т экспрессии соответствующего гена, кодирующего синтез белковой молекулы, ++ выполняющей функцию Са -насоса.

В последнее время стала известной способность тиреоидных гормонов оказывать быстрое стимулирующее влияние на деятельность сердечной мышцы. По этой причине можно ожидать лишь небольшого относительно быстрого повышения потребления организмом кислорода после повышения концентрации тиреоидных гормонов.

++ Увеличение оборота Са, обеспечиваемое энергозатратными механизмами, является объяснением главных причин повышения скорости потребления кислорода мышечной тканью под влиянием тиреоидных гормонов. Работающие мышцы эутиреоидных животных потребляют на 40-50% энергии больше, чем мышцы гипотиреоидных ++ крыс. Увеличение скорости оборота Са и повышение содержания ++ Са -АТФазы объясняют причины ускорения релаксации мышц при гипертиреоидизме.

Тиреоидные гормоны в физиологических концентрациях могут ++ стимулировать также активность Са -зависимой АТФазы плазматической мембраны in vitro без вовлечения механизма экспрессии гена. Имеет ли этот эффект место in vivo неизвестно, также как неясно, может ли этот эффект поддерживать термогенное действие тиреоидных гормонов.

++ Стимуляция тиреоидными гормонами Са -АТФазы и (или) других мембранных кальций-переносящих белков, вероятно, является результатом прямого взаимодействия тиреоидных гормонов с мембранными липидами и белками. Так, гормоны могут как ++ активировать, так и угнетать Са -АТФазу эритроцитов в зависимости от липидного состава мембран.

++ Стимулирующее действие на поступление Са в клетку проявляется в определенном интервале относительно низких концентрацией Т, а при высоких концентрациях, гормон становится ++ неэффективным или угнетает поступление Са, что является типичным для случая прямого взаимодействия гормона с липидами мембраны.

++ Кинетика поступления в клетку глюкозы, аминокислот, Са также свидетельствует в пользу прямой обусловленности этих процессов взаимодействием гормона с мембранными белками, а не гормонрецепторным взаимодействием.

Индуцируемое действием Т увеличение внутриклеточной ++ концентрации Са совпадает по времени с усилением поглощения гепатоцитами кислорода, активацией глюконеогенеза из лактата и пирувата, активацией фосфорилирования под действием пируваткиназы и фосфорилазы. Т распределен в гепатоцитах следующим образом: 15% связано с ядерными структурами, 10-15% - в митохондриях, более 50% - в других клеточных структурах, где гормон Влияние на процессы обмена веществ и энергии главным образом связан с цитозольными белками.

Поскольку в пределах короткого интервала времени после действия тиреоидных гормонов не зарегистрировано существенного повышения ++ уровня цАМФ, то очевидно, что именно входящий в клетку Са является внутриклеточным посредником кратковременных эффектов действия тиреоидных гормонов.

Одним из важных аргументов наличия прямого влияния тиреоидных гормонов на клеточные процессы является их влияние на эритроциты, как безъядерные клетки. Инкубация эритроцитов крови человека с тиреоидными гормонами повышает активность мембраносвязанной ++ Са -АТФазы. Ее максимум имеет место через час после добавления гормона в среду инкубации и потеря активности через 3 часа. Т при этом оказывает более выраженное, чем Т, действие и их эффективные -12 - полумаксимальные концентрации составляют 10 М для Т и 10 М для Т. Полностью механизм повышения активности кальциевой АТФазы под действием тиреоидных гормонов пока неясен.

- Т в дозе 10 М или 1,5 нмоль/100 г массы тела быстро стимулирует поглощение глюкозы тимоцитами крыс. Этот эффект, вероятно, также связан с действием Т на плазматическую мембрану или белок переносчик глюкозы, поскольку он не блокируется ингибиторами синтеза белка или мРНК. Для клеток сердца этот эффект наблюдается уже в таких низких дозах как 0,015-0,15 нмоль/100 г массы тела, хотя большие дозы подавляют поглощение глюкозы. Пока нет убедительных данных, что эти эффекты не связаны с синтезом белков или мРНК.

В последние годы идентифицировано несколько транспортных белков для глюкозы, идентифицированы кодирующие их гены. Один из таких классов белков осуществляет факультативный (необязательный) транспорт глюкозы по градиенту концентрации в цитоплазму клетки.

Активация этого транспорта наблюдается через несколько часов после введения тиреоидного гормона.

6.7 Влияние на энергетические процессы в митохондриях Существует две точки зрения на термогенное действие тиреоидных гормонов. Одна из них исходит из того, что метаболическое действие гормонов обслуживает и соподчинено действию гормонов на рост и развитие организма. При этом активирующее влияние гормонов на промежуточный обмен белков, жиров и углеводов может рассматриваться как способ поставки строительных блоков и энергии для последующего скоординированного синтеза различных белков. С этой точки зрения, вызываемое тиреоидными гормонами увеличение теплопродукции представляет собой обязательный термогенез. Так как скорости большинства ключевых биохимических процессов повышаются тиреоидными гормонами, несомненно, что значительная Влияние на процессы обмена веществ и энергии доля калоригенного действия тиреоидных гормонов может быть приписана увеличению числа энергетических "сделок".

С другой стороны, тиреоидные гормоны могут стимулировать термогенез как первичную цель, а не косвенный результат активации биохимических процессов. Эта точка зрения подкрепляется оценками энергетической стоимости активации тиреоидными гормонами таких специфических функций как глюконеогенез, сокращение мышц, работы + + Na /K -АТФазы.

Например, у морской миноги, одного из филогенетически наиболее ранних видов с функционирующей щитовидной железой, развитие ее функции в ходе онтогенеза параллельно развитию особи. Однако, введение этому и другим видам холоднокровных организмов гормона Т не вызывает повышения потребления кислорода клетками печени, не активирует ферментов малатдегидрогеназы или митохондриальной альфа-глицеролфосфатдегидрогеназы, что имеет место под действием тиреоидных гормонов у теплокровных организмов. Эти наблюдения позволяют предположить, что "термогенная" роль тиреоидных гормонов, осуществляемая ими через активацию метаболизма, появилась довольно поздно в филогенезе, вероятно, когда появились теплокровные. С этой точки зрения наличие в стимулирующих эффектах тиреоидных гормонов двух составляющих действия:

"анаболического" и "катаболического" действия на обмен белков, жиров и углеводов может быть интерпретировано как приобретение этими гормонами специфической функции стимуляции субстратных циклов с целью увеличения теплопродукции, а не только как способа поставки субстратов и энергии для роста и развития организма. Недавно проведенные исследования, показывают, что тиреоидные гормоны играют существенную роль в изменении (модуляции) факультативного термогенеза в бурой жировой ткани, которая может расцениваться доказательством тому, что они обладают специфическим термогенным действием независимо от того, как они действуют на обязательный термогенез и откуда берется обязательный термогенез.

Если признается термогенная роль тиреоидных гормонов, то неминуемо возникает вопрос, имеются ли в клетке специальные термогенные биохимические процессы, которые могут быть модулированы тиреоидными гормонами с тем, чтобы образовывать большее или меньшее количество тепла. Действительно, в клетке протекают процессы, влияя на которые, тиреоидные гормоны увеличивают энергетическую стоимость жизненных процессов для того, чтобы образовывать большие количества тепла. Но пока, если исключить некоторые факты влияния тиреоидных гормонов на митохондрии, нет других убедительных доказательств, что тиреоидные гормоны уменьшают термодинамическую эффективность (КПД) каких либо других термогенных процессов. Так как эти процессы хорошо интегрированы в метаболизм клеток и обслуживают жизненные функции, тепло, которое они генерируют, должно быть составной частью обязательного термогенеза. В то же время, некоторая доля этих Влияние иа процессы обмена веществ и энергии стимулируемых тиреоидных гормонами процессов может быть просто следствием других эффектов йодсодержащих гормонов. Что касается понижения термодинамической эффективности митохондриального окисления, то эта возможность может иметь место не только in vitro при действии на митохондрии сверхфизиологических доз тироксина, но и, возможно, при тиреотоксикозе тяжелой степени.

Особое внимание привлекают, как потенциальные дополнительные + + ++ термогенные механизмы клетки, Na /K - и Са -АТФазы, активность которых, как уже отмечалось, возрастает под влиянием тиреоидных гормонов.

В действии тиреоидных гормонов на митохондрии различают кратковременные и долговременные эффекты. Кратковременное действие тиреоидных гормонов на митохондрии изучалось in vitro. При этом получение эффектов тиреоидных гормонов может рассматриваться как следствие их не геномного воздействия, а прямого влияния на сами процессы, происходящие в митохондриях.

- Обнаружено, что Т в концентрациях 10 М и выше, вызывает повышение потребления митохондриями кислорода и повышение в них теплообразования, повышение потребления аминокислот. Эти эффекты долгое время объясняли способностью тиреоидных гормонов разобщать в митохондриях процессы окисления и фосфорилирования.

Критически оценивая эти факты, необходимо учитывать, что - концентрация свободных Т и Т в клетке составляет менее 10 М, то 3 есть более чем на два порядка ниже той, которая необходима для получения прямого влияния на митохондрии гормонов щитовидной железы. Установлено также, что наибольшей активностью в действии на митохондрии обладает Т, физиологическая активность которого in vivo пока подвергается сомнению. Поэтому полагают, что оказание кратковременных негеномных эффектов тиреоидных гормонов на митохондрии in vivo в организме маловероятно. Однако, в литературе имеются указания на то, что при тяжелом тиреотоксикозе уровень гормонов может повышаться до значений, близких к достаточным для проявления описанных митохондриальных эффектов.

Введение тиреоидэктомированным животным гормонов Т или Т 3 увеличивает потребление кислорода через сутки с момента применения. Это предполагает наличие долговременного геномного механизма влияния гормонов на метаболизм. В качестве модели изучения долговременных эффектов обычно используются митохондрии гепатоцитов животных с измененным уровнем сывороточного содержания тиреоидных гормонов. Митохондрии клеток печени гипертиреоидных животных обнаруживают более высокую скорость потребления кислорода, а гипотиреоидных - меньшую, чем митохондрии клеток печени эутиреоидных животных. Подобные изменения потребления кислорода имеют место и в нативных гепатоцитах.

Уже менее чем через 4 часа после добавления Т к изолированным гепатоцитам, в них активируется липогенез. Влияние тиреоидных Влияние на процессы обмена веществ и энергии гормонов на обмен и состав липидов субклеточных фракций многообразно. При гипертиреоидизме увеличивается микросомальный синтез и десатурация (снижение числа насыщенных связей) жирных кислот, увеличивается ненасыщенность липидов, увеличивается содержание холестерола и уменьшается содержание фосфолипидов в митохондриях. Это ведет к повышению микровязкости, упорядоченности пространственной структуры мембраны, изменению фазовых свойств ее липидной матрицы и изменению характера белково-липидных взаимодействий.

Следствием модификации структуры липидов является изменение проницаемости мембран митохондрий и сопряженной активности многих мембраносвязанных ферментов. Увеличивается активность глицерол-3-фосфатдегидрогеназы, активность адениннуклеотид транслоказы, обусловливающей увеличение поглощения АДФ митохондриями под влиянием тиреоидных гормонов. Увеличивается активность переносчиков цитрата, пирувата и фосфата. Таким образом, усиление гормонами дыхания в митохондриях, увеличение образования АТФ обусловлено в значительной степени их влиянием на липидный состав митохондриальных мембран и последующим повышением их проницаемости, способствующей доставке субстратов окисления и активации дыхательных ферментов.

Под влиянием вводимого экзогенно Т и при гипертиреоидизме в митохондриях гепатоцитов обнаруживается увеличение "утечки" протонов через их внутреннюю мембрану и противоположные изменения - уменьшение "утечки" характерны для митохондрий клеток печени гипотиреоидных животных.

Увеличение "утечки" протонов может быть обусловлено повышением проницаемости внутренней мембраны для протонов, вызванным изменением ее фосфолипидного состава, соотношения жирных кислот в фосфолипидах и общим увеличением площади поверхности этих мембран.

При гипертиреоидизме повышается активность ацетил-КоА карбоксилазы, карнитинпальмитоилтрансферазы в микросомальной фракции гепатоцитов печени, а также активность митохондриальной кардиолипинсинтазы. Это приводит к значительному повышению синтеза и десатурации жирных кислот. Повышение отношения холестерол/фосфолипиды и содержания ненасыщенных жирных кислот приводит к понижению температуры фазового перехода и микровязкости липидов митохондриальных мембран.

Затраты энергии на работу протонного насоса, перекачивающего протоны в митохондриях могут составлять примерно 26% от общего потребления кислорода гепатоцитами или около 33% от его потребления в процессах митохондриального дыхания. Объем потерь кислорода, поглощаемого митохондриями в целом организме в условиях основного обмена, в связи с постоянной «утечкой» протонов составляет около 20%.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии Таким образом, затраты энергии, связанные с усилением работы протонного насоса, инициируемые действием тиреоидных гормонов, могут составлять около 38% от затрат энергии основного обмена.

Протонная "утечка" является одним из вариантов разобщения дыхания и фосфорилирования, так как «протекающие» протоны снижают трансмембранную разность потенциалов и нарушают действие АТФ синтазы. При этом может иметь место понижение значения величины отношения Р/О с 2,3 (для окисления пальмитата) и с 2,6 (для окисления глюкозы) до 1,1 и 0,8, соответственно. Этими фактами можно объяснить более чем 50% разницу в теплопродукции и потреблении кислорода между гепатоцитами эутиреоидных и тиреоидэктомированных животных.

Однако, «утечка» протонов через мембрану митохондрий может компенсироваться увеличением синтеза АТФ в такой степени, что итоговая сопрягающая эффективность (КПД) остаётся примерно на эутиреоидном уровне. Механизмы, усиливающие синтез АТФ, включают стимуляцию под действием Т синтазы АТФ и обмена АДФ/АТФ в митохондриях. Считается допустимым, что при тяжелом гипертиреоидизме или в других условиях, ограничивающих синтез АТФ, увеличение протонной «утечки» может преобладать над другими компенсаторными механизмами, увеличивающими синтез АТФ, и вести к реальному понижению термодинамической эффективности (КПД) окислительного фосфорилирования.

Согласованные процессы изменения свойств митохондриальных мембран, модулирующие активность мембраносвязанных белков переносчиков субстратов и белков электронотранспортной цепи, вместе с активацией катаболических путей и индукцией синтеза белков de novo ведут к повышению доставки субстратов окисления в митохондрии, увеличению синтеза АТФ для осуществления внутриклеточных процессов и биосинтеза клеткой веществ, поставляемых другим потребителям.

Таким образом, усиление термогенеза при повышении уровня тиреоидных гормонов или при гипертиреоидизме, вероятнее всего, может быть обусловлено увеличением скорости синтеза и оборота АТФ, «утечкой» протонов и вызванным ею повышением эффективности работы протонных насосов.

Хорошо известно, что окислительное фосфорилирование разобщается производными нитрофенолов (например, динитрофенолом) и галогензамещенными фенолами. Тироксин по своей природе также является галогенофенолом и следовало ожидать, что он тоже должен разобщать процессы окисления и фосфорилирования в митохондриях. Это и было подтверждено в экспериментах на изолированных митохондриях in vitro и митохондриях гепатоцитов гипертиреоидных животных. Позднее было обнаружено увеличивающее потребление кислорода действие тиреоидных гормонов на интактные клетки других тканей и усиление дыхания митохондриями печени тиреоидэктомированных крыс. Выяснилось, что Влияние на процессы обмена веществ и энергии повышение потребления кислорода является непродолжительным и, вероятно, более специфично для действия Т, чем Т.

2 Оказалось, что Т и Т повышают эффективность протонного 4 насоса, увеличивая трансмембранный протонный градиент в + митохондриях гепатоцитов и отношение Н /О, но не изменяют величину мембранного потенциала.

Эти быстро возникающие эффекты действия тиреоидных гормонов на митохондрии могут быть объяснены прежде всего с учетом того, что каждый из производных тироксина - Т и Т, способен повышать 3 ++ проницаемость плазматических мембран для ионов Са. Причем степень повышения проницаемости связана с липофильностью соединений в ряду Т > Т > Т. Предполагается, что многие 2 3 последующие ответные реакции клеток на действие тиреоидных ++ гормонов индуцируются либо повышением самой концентрации Са, либо активацией кальцием аденилатциклазы. В цитоплазме клетки Т под действием клеточных дейодиназ превращается в Т, а Т под 3 действием дейодиназы превращается в Т. Т является не просто 2 одним из промежуточных продуктов метаболизма трийодтиронина, но и обладает собственными эффектами. В частности, под его влиянием ++ возрастает проницаемость для Са внутренней митохондриальной ++ мембраны. Увеличение концентрации свободного Са внутри митохондрий активирует фермент малатдегидрогеназу и процессы дыхания, увеличивает активность протонного насоса, поступление субстратов окисления и, как следствие, метаболическую эффективность и теплообразование.

Весьма вероятно, что кратковременные эффекты действия тиреоидных гормонов в клетке могут инициироваться Т и Т ;

4 кратковременные митохондриальные эффекты обусловлены в большей степени Т, а долговременные ядерные эффекты - Т.

2 Тиреоидные гормоны могут ускорять митохондриальное дыхание не только напрямую, но и путем увеличения потребления АТФ клеткой для осуществления ею различных функций, в частности, поддержания трансмембранной разности ионных концентраций. Митохондрии являются теми структурами клетки, где генерируется наибольшее количество тепла в ответ на действие тиреоидных гормонов, так как в этой органелле продуцируется больше всего АТФ.

Особое дополнительное значение для проявления долговременных эффектов образования АТФ и увеличения теплопродукции имеет способность тиреоидных гормонов непосредственно регулировать биогенез митохондрий путем увеличения синтеза структурных белков, белков дыхательной цепи, цитохромов и других компонентов внутренних мембран. Под влиянием гормонов увеличивается площадь поверхности внутренних мембран митохондрий.

Увеличение уровня мРНК цитохромов в печени крыс имеет место через 12 час после введения животным Т и достигает максимума между 24 и 48 часами. Отмечается увеличение уровня мРНК цитохромоксидаз, митохондриальной АТФазы. В некоторых опытах Влияние на процессы обмена веществ и энергии повышение активности цитохромов печени гипотиреоидных крыс наблюдалось спустя 3 часа после введения Т, когда еще не регистрировалось существенного увеличения содержания цитохромов.

Не исключается, что повышение под действием Т и Т активности 3 переноса АДФ в митохондрии может достигаться как за счет увеличения синтеза адениннуклеотидтранслоказы путем увеличения под действием Т или Т экспрессии различных генов, так и за счет 3 повышения активности транслоказы при изменении липидного состава мембран митохондрий.

Очевидно, что усиление дыхания, увеличение образования АТФ и повышение теплопродукции митохондриями является результатом одновременного увеличения размеров митохондрий, синтеза структурных компонентов дыхательной цепи, числа ферментов и непрямых эффектов действия тиреоидных гормонов, например ++ повышения уровня свободного Са в митохондриях, изменения структуры и свойств мембран митохондрий.

Это подтверждается наблюдениями, что синтез некоторых белков имеет место только на более ранних этапах действия тиреоидных гормонов, возвращаясь затем к норме (на примере бета-субъединицы митохондриальной АТФазы), хотя уровень гормона остается высоким.

При этом, несмотря на понижение содержания некоторых ферментов (адениннуклеотидтранслоказа, цитохромоксидазы, мембраносвязанные переносчики), их активность остается высокой на протяжении всего периода действия тиреоидных гормонов.

Поступившие в клетку тиреоидные гормоны, возможно, непосредственно взаимодействуют с внутренней мембраной митохондрий и влияют на энергетические процессы в них. Однако, пока остается спорным предположение о существовании специальных мест связывания тиреоидных гормонов на мембранах митохондрий.

Предполагается, что такую функцию связывания и рецепции тиреоидных гормонов могут выполнять белки с молекулярной массой кДa и (или) фермент адениннуклеотидтранслоказа. При этом установлено, что наибольшей аффинностью предполагаемые места связывания обладают к 3,3'-Т. Это согласуется с тем, что более сильным прямым стимулятором дыхания в изолированных митохондриях гипотиреоидных крыс является не Т, а именно Т.

3 Усиливающий дыхание эффект трийодтиронинов и дийодтиронинов также может быть обусловлен их неспецифическим взаимодействием с белками и липидами мембран митохондрий. Результатом этого ++ взаимодействия может быть поступление свободного Са в митохондрии. При этом активируется кальций-чувствительная дегидрогеназа митохондрий, стимулируя уровень обмена путем увеличения доставки субстратов окисления.

Многие эффекты действия тиреоидных гормонов являются энергозатратными процессами: рост, созревание, усиление метаболизма углеводов и липидов, транспорт ионов, включая почечную регуляцию обмена минеральных ионов. Высоко энергозатратным Влияние на процессы обмена веществ и энергии процессом является стимуляция глюконеогенеза в печени и почках.

Подсчитано, что в условиях основного обмена доля затрат АТФ на процессы глюконеогенеза составляет 7-10% от общих затрат АТФ в процессах жизнедеятельности клетки. Глюконеогенез увеличивается усилением доставки субстратов (транспорт глюкогенных аминокислот) и синтеза ключевых ферментов глюконеогенеза. Оба этих процесса требуют затраты АТФ.

Под действием тиреоидных гормонов ускоряется обмен веществ в обоих направлениях - как катаболизм, так и анаболизм, сопровождаясь затратой энергии, повышением теплообразования, особенно в так называемых "пустых циклах" обмена углеводов (гликогенолиз глюконеогенез), липидов (эстерификация-гидролиз) и белков. Затрата энергии на эти циклы может обеспечиваться потреблением более 40% дополнительного количества кислорода у гипертиреоидных животных.

+ Кроме того, усиление у этих животных транспорта Na в почках за + + + счет обмена Na на протон водорода или активации Na /K -АТФазы, активация этой АТФазы в печени, сердце, скелетных мышцах также являются энергопотребляющими процессами, ведущими к дополнительному теплообразованию. Энергозатраты на эти процессы увеличиваются на 50% при переходе от гипотиреоидного к эутиреоидному состоянию и на 80% при переходе от эутиреоидного к + + гипертиреоидному состоянию. Только на работу Na /K -насоса в почках затрачивается 10% от общего потребления кислорода организмом человека. Общие затраты энергии на усиление тиреоидными гормонами различных энергопотребляющих процессов могут быть ориентировочно оценены по величине прироста интенсивности митохондриального дыхания, которое усилено в два раза в митохондриях гипертиреоидных животных, по сравнению с интенсивностью дыхания митохондрий эутиреоидных животных.

Ускорение окислительных процессов под действием тиреоидных гормонов достигается одновременным усилением катаболизма, в частности, гликолиза и бета-окисления жирных кислот, которые способствуют увеличению поставки субстратов окисления в дыхательную цепь для увеличения образования метаболической энергии.

Тиреоидные гормоны активируют обе стороны промежуточного обмена белков, жиров и углеводов - катаболизм и анаболизм.

Ускорение оборота субстратов в ходе метаболических превращений, при условии поддержания их постоянного уровня, предполагает, что должны существовать «пустые» субстратные циклы или просто субстратные циклы. Оценка вклада таких циклов в термогенез под влиянием тиреоидных гормонов показывает их сравнительно небольшое значение. Так, например, при стимуляции Т липогенных и липолитических ферментов метаболический оборот эндогенных жирных кислот в цикле липогенез-липолиз дает только 3-10% от общего термогенного эффекта тиреоидных гормонов.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии Привлекает внимание еще один из механизмов, подконтрольный регулирующему действию тиреоидных гормонов, получивший название глицерол-3-фосфат-НАДН•Н «челнок». Мембрана митохондрий в обычных условиях непроницаема для восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАДН•Н), который образуется в цитоплазме при гликолизе и пероксисомальном окислении жирных кислот. Накопление НАДН•Н в цитоплазме тормозит протекание ключевых реакций гликолиза. Цитозольный НАДН•Н окисляется в митохондриях через два «челнока»: малат-аспартат и глицерол-3 фосфат, активность которых отличается в различных тканях. НАДН•Н, образованный в цитозоле, окисляется цитозольной альфа глицерофосфатдегидрогеназой с превращением дигидроксиацетон фосфата в глицерол-3-фосфат. Последний затем восстанавливается на внутренней мембране митохондрий митохондриальной альфа глицерофосфатдегидрогеназой и высвободившиеся протоны передаются на дыхательную цепь на уровень ФАД, связанного с последним ферментом.

Тиреоидные гормоны стимулируют активность альфа-ГФД во всех тканях, в которых гормоны вызывают повышение потребления кислорода, при этом между повышением активности фермента и потреблением кислорода имеется положительная корреляция.

Активация фермента альфа-ГФД обусловлена Т -зависимой экспрессией соответствующего гена. Увеличение активности митохондриальной альфа-ГФД ускоряет процесс глюконеогенеза и может увеличивать теплопродукцию посредством уменьшения синтеза АТФ, при этом на одну окисленную молекулу глюкозы будет синтезироваться только две молекулы АТФ.

Переключение малат-аспартата на глицерол-3-фосфатный «челнок» может уменьшить синтез АТФ с 38 до 36 молекул на моль полностью окисленной глюкозы, что соответствует снижению термодинамической эффективности на 5-6%. В скелетных мышцах, особенно при нагрузке альфа-глицерофосфатдегидрогеназного «челнока», может уменьшаться КПД метаболизма глюкозы до 25%, при этом если глюкоза не полностью окисляется, то только 6, а не молекул АТФ образуется на моль глюкозы, превращенной в лактат, если НАДН•Н окисляется через митохондриальную альфа глицерофосфодегидрегеназу. Включение альфа-ГФД «челнока» может также поддерживать теплопродукцию посредством захвата генерированной НАДН•Н при пероксисомальном окислении жирных кислот.

Влияние на процессы обмена веществ и энергии 6.8 Влияние на факультативный термогенез Факультативный термогенез имеет место в условиях действия на организм пониженной температуры внешней среды, когда снижение теплоотдачи не может обеспечить поддержание постоянной температуры тела. Он контролируется гипоталамическими механизмами, а его запуск осуществляется симпатической нервной системой. Гипоталамус интегрирует информацию о температуре кожи, глубоких частей тела, крови и в соответствии с изменениями уровня текущей температуры тела относительно ее заданного для организма значения модулирует теплоотдачу или теплопродукцию.

У мелких млекопитающих, новорожденного ребенка и детей раннего возраста специализированной тканью, где осуществляется факультативный термогенез, является бурая жировая ткань (БЖТ).

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.