Гормоны щитовидной железы - это гормоны, которые выделяются щитовидной железой. Щитовидная железа - это эндокринная железа в передней части вашего шеи, расположенная прямо под гортанью (адамово яблоко), весом около 20 г. Два основных гормона щитовидной железы, которые она выделяет, - это трийодтиронин (Т3) и тироксин (Т4). Последний в основном функционирует как про-гормон, поскольку большинство его эффектов зависят от превращения в Т3. Это превращение Т4 в Т3, также называемое деиодированием внешнего кольца, происходит в основном вне щитовидной железы в периферических тканях. В целом это приводит к ежедневному производству около 88 мкг (113 нмоль) Т4 и 28 мкг (43 нмоль) Т3. Примерно одна пятая часть Т3 производится щитовидной железой, тогда как остальные четыре пятых производятся за счет экстращитовидной конверсии Т4 в Т3.
Как и анаболические стероиды, гормоны щитовидной железы транспортируются в кровотоке с помощью белков-носителей. Большинство связывается с глобулином, связывающим тироксин (ТБГ), а остальные - с транстиретином, альбумином и некоторыми липопротеинами. В совокупности они связывают более 99% гормонов щитовидной железы в кровообращении. Считается, что несвязанная доля доступна для тканей для усвоения и отвечает за их эффекты. Хотя есть некоторые оговорки к доказательствам этого, я не собираюсь здесь вдаваться в обсуждение гипотезы свободного гормона (кроме упоминания о том, что в строгом смысле она неверна, но измерения свободных гормонов щитовидной железы тем не менее полезны).
Как только они достигают периферических тканей и проникают через плазматическую мембрану клетки, наступает время для действия. В случае с Т4, сначала его необходимо превратить в Т3, как было упомянуто ранее, поскольку Т4 можно рассматривать как про-гормон. Это превращение происходит внутри клетки, либо рядом с плазматической мембраной (после чего оно быстро уравновешивается с плазмой крови), либо рядом с клеточным ядром - местом действия. С другой стороны, Т3 может напрямую продолжить свой путь, попадая в ядро клетки. Ядро клетки - это органелла клетки, где происходит транскрипция генов. Так же, как и анаболические стероиды, гормоны щитовидной железы в основном оказывают свое воздействие через модуляцию транскрипции генов. Они делают это, связываясь с рецепторами гормонов щитовидной железы, которые в основном расположены внутри ядра клетки, привязанные к ДНК.
Гормоны щитовидной железы влияют на широкий спектр тканей и имеют множество эффектов, но в этой статье я сосредоточусь на их влиянии на энергетический обмен и обмен белка (скелетных мышц). Вероятно, эти два аспекта наиболее интересны для людей, читающих это, с точки зрения их эффективности.
- Влияние на энергетический обмен.
Было предложено несколько механизмов, с помощью которых гормоны щитовидной железы достигают этого. В этой статье я рассмотрю три наиболее интересных (или, возможно, просто те, с которыми вы встречаетесь чаще всего в научной литературе). Первые два механизма связаны с энергией, необходимой для поддержания ионных градиентов внутри клетки. Например, клетки поддерживают низкую внутриклеточную концентрацию натрия и высокую внутриклеточную концентрацию калия по сравнению с внешней стороной клетки. Поддержание этого осуществляется с помощью насосов, встроенных в плазматическую мембрану, и эти насосы требуют энергии для работы. Они выкачивают ионы натрия из клетки и закачивают ионы калия в клетку. Эти насосы известны как Na+/K+-АТФазы или просто натрий-калиевые насосы. Энергия, необходимая этим насосам для работы, поступает от молекулы-носителя энергии аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ используется многими клеточными процессами для удовлетворения их энергетических потребностей, и энергия, содержащаяся в этих молекулах, поступает от энергетически богатых макронутриентов, которые мы едим: углеводов, жирных кислот и белка (аминокислот). В одной из моих предыдущих статей о 2,4-динитрофеноле (ДНП) я описываю основной способ, с помощью которого клетки производят эти молекулы АТФ через процесс, называемый окислительным фосфорилированием. Заинтересованным читателям рекомендуется обратиться к этой статье. Эта статья также станет более актуальной далее, поскольку один из способов, с помощью которых гормоны щитовидной железы могут увеличивать энергетические расходы, аналогичен тому, как ДНФ достигает этого — через "саботаж" окислительного фосфорилирования.
В любом случае, я немного отвлекся. Возвращаясь к натрий-калиевым насосам. Некоторые данные свидетельствуют о том, что гормоны щитовидной железы увеличивают проницаемость плазматической мембраны для ионов натрия и калия. Это означает, что больше этих ионов будет просачиваться по их концентрационному градиенту. Таким образом, ионы калия будут утекать из клетки, а ионы натрия - проникать в клетку. В результате натрий-калиевым насосам придется работать немного усерднее, чтобы поддерживать желаемые внутриклеточные концентрации этих ионов, и это требует энергии. Действительно, некоторые исследования даже предполагают, что все млекопитающие ткани показывают увеличение активности натрий-калиевых насосов в ответ на Т3.
Что-то подобное было предложено в отношении ионов кальция в мышечных клетках. Мышечные клетки - особенные клетки по многим причинам. Одна из них заключается в том, что они содержат органеллу, называемую саркоплазматическим ретикулумом. Это специализированная форма эндоплазматического ретикулума, встречающаяся в обычных клетках. Одна из вещей, которая делает его особенным, заключается в том, что он функционирует как место хранения ионов кальция. Эти ионы кальция играют ключевую роль в сокращении мышц, так как высвобождение этих ионов кальция из саркоплазматического ретикулума в остальную часть клетки приводит к сокращению мышцы. Как только необходимость в сокращении прекращается, эти ионы снова закачиваются обратно в саркоплазматический ретикулум. Этот процесс, конечно же, также потребляет энергию. И вот ключевой момент: было обнаружено, что гормоны щитовидной железы регулируют экспрессию этих кальциевых насосов на моделях животных. Более того, они увеличивают активность определенного типа рецептора в мышечной ткани, который стимулирует высвобождение этих ионов в цитозоль. Так что это еще один момент, указывающий на потенциальное увеличение энергетических расходов в результате поддержания этого запаса ионов кальция в эндоплазматическом ретикулуме.
Наконец, существуют убедительные доказательства того, что это "саботирует" окислительное фосфорилирование. Я кратко расскажу об окислительном фосфорилировании для тех из вас, кто не читал статью о ДНП, на которую я ссылаюсь выше. Вкратце, окислительное фосфорилирование происходит в органелле клетки, называемой митохондрией. Макронутриенты, которые мы употребляем, разлагаются дальше на более мелкие составляющие, и в этом процессе энергия высвобождается в форме пар электронов. Сложное молекулярное взаимодействие в митохондриях между различными молекулами и белковыми комплексами извлекает энергию из этих пар электронов, по сути, используя эту энергию для перекачивания протонов (H+) вокруг. Эти протоны перекачиваются из ядра митохондрии, называемого матриксом митохондрии, в межмембранное пространство — пространство между внутренней и внешней мембранами митохондрии (поскольку митохондрии имеют две мембраны, одна оборачивает другую). Это создает градиент протонов с высокой концентрацией протонов в межмембранном пространстве и относительно низкой концентрацией в матриксе митохондрии. Так же, как вода течет сверху вниз, от чего мы можем извлечь энергию с помощью водяной турбины, ваши клетки могут извлекать энергию из этих протонов, текущих по их концентрационному градиенту, направляя этот поток через удивительный белковый механизм, называемый АТФ-синтазой. Именно это топливо используется для синтеза АТФ.
Итак, вернемся к тому, как гормоны щитовидной железы влияют на это: они увеличивают экспрессию белков разобщения [11, 12]. Это белки, встроенные во внутреннюю мембрану митохондрий, и они позволяют протонам просачиваться по их концентрационному градиенту. Таким образом, протоны будут перемещаться из межмембранного пространства в матрикс митохондрии, не проходя через АТФ-синтазу. Следовательно, энергия высвобождается в виде тепла, а не превращается в производство АТФ.
Довольно круто, правда ?
- Гормоны щитовидной железы влияют на обмен белка.
В одном исследовании, в котором участники получали 150 мкг Т3 ежедневно в течение 7 дней, распад белка значительно увеличился. Выделение азота (показатель распада белка) увеличилось на 45 %, а окисление лейцина — на 74 %. Также было обнаружено небольшое увеличение синтеза белка во всем теле, но его величина была меньше, чем увеличение распада белка. Другое исследование, в котором применяли 100 мкг Т3 ежедневно в течение 2 недель, показало аналогичные результаты. Синтез белка во всем теле на голодный желудок увеличился на 9 %, хотя это и не было статистически значимым, в то время как распад белка во всем теле и окисление лейцина демонстрировали статистически значимое увеличение на 12 и 24 % соответственно.
Возможно, более интересным было то, что исследователи также взяли биопсии мышц из мышцы голени. Они измерили множество вещей, включая поперечное сечение (ПС) мышечных волокон. Результаты были следующими:
Это довольно радикальные изменения всего за 2 недели. (Также стоит отметить сдвиг типа волокон, вызванный состоянием гипертиреоза.)
В другом исследовании шестеро участников получали 2 мкг/кг массы тела Т4 ежедневно в течение 6 недель, вместе с 1 мкг/кг массы тела Т3 ежедневно на протяжении последних 2 недель. Это (первые 4 недели) немного выше полной дозы заместительной терапии гормонами щитовидной железы. И, действительно, уровень ТТГ снизился с 1,8 до 0,3 мМЕ/л, а уровни как Т4, так и Т3 значительно увеличились. Последующее добавление Т3 сделало уровень ТТГ невыявляемым и еще больше увеличило уровни Т3. Кинетика мышечного белка в этом исследовании не измерялась. Однако измерялись синтез и распад белка во всем теле в постабсорбтивном состоянии. Дополнение гормонами щитовидной железы привело к увеличению обоих, но с значительно большим увеличением распада. Можно с уверенностью предположить, что это также отражает происходящее в мышечной ткани.
Наконец, также стоит выделить еще одно долгосрочное исследование с относительно низкой дозировкой по сравнению с другими испытаниями. Лавджой и его коллеги вводили Т3 группе мужчин в течение 2 месяцев. Дозировка начиналась с 75 мкг Т3 ежедневно, но снижалась до 50 или 62,5 мкг ежедневно, когда уровень Т3 в сыворотке превышал 4,6 нмоль/л. Что, действительно, произошло у 5 из 7 участвующих мужчин. Азотистый баланс значительно снизился по сравнению с исходным уровнем на второй и третьей неделе, но затем, склонялся к возвращению к нулю. Это указывает на то, что после первых нескольких недель включается некий механизм, экономящий белок. Кроме того, было обнаружено значительное уменьшение массы тела без жира (-1,5 кг) и жировой массы (-2,7 кг) после 6 недель. На 9-й неделе масса тела без жира не уменьшалась дальше (-0,1 кг по сравнению с 6-й неделей), в то время как жировая масса, казалось, продолжала снижаться (-0,6 кг), хотя это и не было статистически значимым различием по сравнению с 6-й неделей. Статистически значимых различий в показателях оборота белка не было обнаружено, но это, вероятно, было результатом малой выборки: ошибка второго типа.
Могут ли анаболические стероиды нейтрализовать эти катаболические эффекты гормонов щитовидной железы? Вероятно, до некоторой степени, но клинических данных об этом нет. Поэтому все, что я могу здесь сделать, это предполагать. Стоит задаться вопросом, стоит ли небольшое увеличение энергетических расходов (несколько сотен ккал, примерно +10-15 % увеличение базального метаболизма) катаболических эффектов и потенциальных побочных эффектов использования этого класса препаратов.
Исследования используемые автором:
- Carlé, Allan, Anne Krejbjerg, and Peter Laurberg. “Epidemiology of nodular goitre. Influence of iodine intake.” Best practice & research Clinical endocrinology & metabolism 28.4 (2014): 465-479.
- Nicoloff, John T., et al. “Simultaneous measurement of thyroxine and triiodothyronine peripheral turnover kinetics in man.” The Journal of clinical investigation 51.3 (1972): 473-483.
- Bianco, Antonio C., et al. “Biochemistry, cellular and molecular biology, and physiological roles of the iodothyronine selenodeiodinases.” Endocrine reviews 23.1 (2002): 38-89.
- Mendel, Carl M. “The free hormone hypothesis: a physiologically based mathematical model.” Endocrine reviews 10.3 (1989): 232-274.
- Gereben, Balázs, et al. “Cellular and molecular basis of deiodinase-regulated thyroid hormone signaling.” Endocrine reviews 29.7 (2008): 898-938.
- Cheng, Sheue-Yann, Jack L. Leonard, and Paul J. Davis. “Molecular aspects of thyroid hormone actions.” Endocrine reviews 31.2 (2010): 139-170.
- Silva, J. Enrique. “Thermogenic mechanisms and their hormonal regulation.” Physiological reviews 86.2 (2006): 435-464.
- Ismail-Beigi, Faramarz. “Thyroid hormone regulation of Na, K-ATPase expression.” Trends in Endocrinology & Metabolism 4.5 (1993): 152-155.
- Everts, M. E. “Effects of thyroid hormones on contractility and cation transport in skeletal muscle.” Acta Physiologica Scandinavica 156.3 (1996): 325-333.
- Mullur, Rashmi, Yan-Yun Liu, and Gregory A. Brent. “Thyroid hormone regulation of metabolism.” Physiological reviews 94.2 (2014): 355-382.
- Barbe, Pierre, et al. “Triiodothyronine‐mediated upregulation of UCP2 and UCP3 mRNA expression in human skeletal muscle without coordinated induction of mitochondrial respiratory chain genes.” The FASEB Journal 15.1 (2001): 13-15.
- de Lange, Pieter, et al. “Uncoupling protein-3 is a molecular determinant for the regulation of resting metabolic rate by thyroid hormone.” Endocrinology 142.8 (2001): 3414-3420.
- Gelfand, Robert A., et al. “Catabolic effects of thyroid hormone excess: the contribution of adrenergic activity to hypermetabolism and protein breakdown.” Metabolism 36.6 (1987): 562-569.
- Martin, WH 3rd, et al. “Mechanisms of impaired exercise capacity in short duration experimental hyperthyroidism.” The Journal of clinical investigation 88.6 (1991): 2047-2053.
- Tauveron, I. G. O. R., et al. “Response of leucine metabolism to hyperinsulinemia under amino acid replacement in experimental hyperthyroidism.” American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism 269.3 (1995): E499-E507.
- Lovejoy, Jennifer C., et al. “A paradigm of experimentally induced mild hyperthyroidism: effects on nitrogen balance, body composition, and energy expenditure in healthy young men.” The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 82.3 (1997): 765-770.
