В эмбриональных клетках различных тканей активность 5-ДІІІ
превышает активность 5'-ДІ. Эти наблюдения объясняют достоверно
установленный факт наличия низкого уровня Т3 в
недифференцированных или слабо дифференцированных тканях зародыша и плода и относительно высокий уровень рТ3, как результат его преимущественного образования из Т4 под действием 5-ДІІІ. В процессе развития активность 5'-ДІ возрастает, а активность 5-ДІІІ уменьшается, что приводит к изменению соотношений уровней Т3 и рТ3 в тканях и крови на противоположные. Причины этого неизвестны, однако предполагается, что ими могут быть действие глюкокортикоидов, возрастание удельного веса аэробного метаболизма при воздушном дыхании и др. Координация развития различных тканей в процессе онтогенеза (на примере метаморфоза) зависит от тканеспецифичной экспрессии генов 5'-ДИ и 5-ДІІІ.
Особое значение для метаболизма тиреоидных гормонов имеет печень. Это обусловлено высокой скоростью кровотока в ней (1500 мл/мин) и прохождением через сосуды печени около 30% минутного объема крови. Стенка печеночных капилляров хорошо проницаема для комплексов белок-Т4, так как эндотелий здесь формирует межклеточные фенестры. Соотношение Т4:Т3 в печени составляет 420:5, в то время как во внепеченочных внутриклеточных пространствах 100:5. Отсюда предполагается, что в печени человека сосредоточено около 30% внетиреоидного пула Т4. За одно прохождение Т4 через печень, около 2% его количества превращается в Т3 и подсчитано, что печень в норме обеспечивает образование около 40% объема дейодированного Т4 во всем организме или около 70% объема Т3, образуемого за сутки (36 нмоль/д). Но этот показатель зависит от размера печени (а точнее количества гепатоцитов), скорости поглощения Т4 гепатоцитами, превалирующим типом 5'- или 5-дейодиназной активности. Уже упоминалось, что при циррозе печени, когда число и масса гепатоцитов уменьшаются, уровень Т3 в крови снижается. Причинами этого могут быть снижение скорости поглощения печенью Т4, изменение баланса активности 5'-дейодиназ и 5-дейодиназы, а также скорости конъюгации йодтиронинов. Печень имеет меньшее значение в образовании рТ3, основным источником которого являются другие ткани.
Во время голодания, при хронических обструктивных заболеваниях легких, хронической сердечной недостаточности, сахарном диабете повышен уровень НЭЖК (неэстерифицированных жирных кислот) в крови, которые (особенно полиненасыщенные жирные кислоты) ингибируют связывание тиреоидных гормонов с транспортными белками крови. Это может быть одной из причин снижения уровня поглощения Т4 гепатоцитами и последующего уменьшения его
Регуляция функции щитовидной железы
дейодирования в Т3. Уменьшение поглощения Т4 гепатоцитами имеет место также при гипоальбуминемии и повышении уровня НЭЖК при многих других заболеваниях.
Одним из важнейших органов, осуществляющих метаболизм тиреоидных гормонов и веществ, регулирующих функцию щитовидной железы, являются почки.
Известно, что в крови кроме гормонов щитовидной железы и их производных, обнаруживаются значительные количества таких структурных аналогов йодтиронинов, как тетрайодтироуксусная и трийодтироуксусная кислоты. Ввиду трудности определения концентрации этих веществ в биологических жидкостях, их продукция, элиминация и метаболическая активность еще недавно оставались неизученными. Однако, с появлением более чувствительных и специфичных радиоиммунных методов анализа и с получением меченых гормонов с высокими удельной активностью и чистотой отмечается значительный прогресс в понимании метаболизма и функции тиреоидных гормонов.
Имеющиеся данные указывают на то, что печень и почки обладают в пересчете на массу большей активностью превращения Т4 в Т3, чем любая другая внетиреоидная ткань. Монодейодирование Т4 с превращением его в Т3 было обнаружено в различных препаратах почечной ткани млекопитающих разных видов, включая изолированные почечные канальцы. В почках было обнаружено и превращение Т4 в рТ3.
Хотя фактор, определяющий монодейодирование Т4 в почках, и не выделен в чистом виде, многие данные, полученные на почечной (и печеночной) ткани, указывают на его ферментную природу. Эту точку зрения подтверждают наблюдения о зависимости реакции дейодирования от времени и температуры, равно как и о ее насыщаемости, оптимуме рН и изменчивости в зависимости от концентрации белка и субстрата.
Дейодирование наружного (фенольного) и внутреннего (тирозинового) колец Т4 в почке могло бы осуществляться различными ферментами или ферментными системами, хотя существуют данные об участии только одного фермента. Он присутствует, вероятно, в клетках различного типа, но особенно в большом количестве - в канальцах коркового вещества.
Попытки определить субклеточную локализацию этого фермента производились в основном на ткани печени. Дейодиназа наружного кольца была выделена в сочетании с маркерами плазматических мембран и микросомальной фракции. Аналогичные данные получены на почечной ткани. Хотя данных о функционировании этого фермента в почке довольно мало, эксперименты на печеночных гомогенатах указывают на то, что он является микросомальным ферментом со свойствами, весьма близкими к таковым дейодиназы наружного кольца. По-видимому, все другие йодтиронины (три-, ди- и монойодтиронины), присутствующие в биологических жидкостях человека, распадаются под влиянием тех же дейодиназ наружного и внутреннего колец, что и Т4. На
Регуляция функции щитовидной железы
почечных гомогенатах было прямо показано существование таких путей распада Т3 и рТ3.
Приведенные выше данные хорошо согласуются с представлением
о почках как о важном регуляторе метаболизма тиреоидных гормонов у
человека. Однако они ничего не говорят об относительной роли почек
(по сравнению с другими внетиреоидными тканями) в общей
деградации Т4, Т3 и рТ3. Для более прямого ответа на этот вопрос были
применены два других подхода. Во-первых, у здоровых людей
проводились балансовые исследования с определением
артериовенозных различий (АВР) в концентрации основных йодтиронинов. При умножении АВР на величину почечного кровотока можно получить данные о почечной продукции (или экстракции) гормонов. Для Т4, Т3 и рТ3 установить АВР в почке не удалось, что свидетельствует о незначительности вклада почек в метаболизм этих соединений. В отличие от них можно легко наблюдать экстракцию 3,3'-Т2 и 3',5'-Т2 почками, составляющую в среднем 1,2 и 2,2 мкг/сут соответственно. Это покрывает 10 и 25% суточной продукции указанных метаболитов. Нельзя, однако, безоговорочно трактовать приведенные данные как свидетельство незначительной роли почек в метаболизме Т4, Т3 и рТ3.
Из-за высоких величин почечного плазмотока определение небольших, но важных величин АВР может быть затруднено. Кроме того, балансовые исследования позволяют регистрировать только результирующие различия. Иными словами, по крайней мере, для Т3 и рТ3 в почках вполне могли бы одновременно существовать их продукция и поглощение, протекающие с существенными, но близкими скоростями.
Роль почек в метаболизме тиреоидных гормонов оценивали также по экскреции тиронинов с мочой. При одновременном определении их концентрации в плазме можно рассчитать почечный клиренс. Суточная экскреция Т4 составляет от 2 до 8 мкг или около 2% от общего количества Т4, продуцируемого щитовидной железой и около 3% Т3, образующегося в организме за сутки.
О почечной экскреции других тиронинов имеется гораздо меньше сведений. Для рТ3 сообщалась величина, равная приблизительно 0,08 мкг/сут. На основании этих данных можно сделать важный вывод: переведя указанные величины в их молярные эквиваленты и приняв за общую суточную продукцию йодтиронинов щитовидной железой примерно 120 нмоль (Т4 и Т3 вместе), можно рассчитать, что общая экскреция неконъюгированных тиронинов, включая йодтиронины, покрывает всего лишь около 15% их продукции.
В плазме йодтиронины присутствуют в основном в виде связанной с белками фракции, и очень незначительное их количество находится в свободном (или несвязанном) виде. Если исходить из того, что только несвязанные йодтиронины проникают через капиллярный барьер почечных клубочков и, что концентрации йодтиронинов в плазме и клубочковом ультрафильтрате одинаковы, то по результатам
Регуляция функции щитовидной железы
определения клиренса можно судить о механизме (механизмах) их динамики в почечных канальцах.
Расчет клиренса требует независимых определений скорости почечной экскреции гормона и концентрации свободного гормона в плазме. Концентрацию свободного гормона определяют по произведению общего уровня гормона и величины свободной его фракции. Почечный клиренс Т4 рассчитывали в нескольких лабораториях, и полученные результаты обнаруживают хорошее совпадение, составляя для здоровых людей 26—30 мл/мин. Для рТ3 получена величина 26 мл/мин, совпадающая с клиренсом Т4. Клиренс Т3 оказывается гораздо более высоким, варьируя от 7 до 150 мл/мин.
Таким образом, показатели клиренса Т4 и рТ3 составляют около 1/3 клиренса эндогенного креатинина, что свидетельствует об их канапьцевой реабсорбции. В отличие от этого клиренс Т3 превышает клиренс креатинина на 50—100%, что свидетельствует о его секреции в канальцах. Несмотря на несомненный интерес, который представляют приведенные данные, к ним следует относиться с определенной осторожностью, учитывая множество допущений и возможные ошибки при измерениях, необходимых для соответствующих расчетов. Эксперименты на изолированной перфузируемои почке позволяют более глубоко изучить этот вопрос. Недавно проведенные исследования, в которых осуществляли безбелковую перфузию изолированной почки крысы, обнаружили весьма высокую реабсорбцию Т3 и Т4 (около 90%) даже при сверхфизиологических концентрациях гормонов. Эти показатели канапьцевой реабсорбции тиреоидных гормонов значительно превышают те, которые получены при определении клиренса у человека in vivo. Объясняется ли это несовпадение особенностями исследований или оно отражает видовые различия, в настоящее время не известно, также как и то, в какой степени реабсорбированный гормон разрушается и в какой он поступает интактным в венозную кровь почек.
ГЛАВА 4. ВВЕДЕНИЕ В ФАРМАКОЛОГИЮ ТИРЕОИДНЫХ И АНТИТИРЕОИДНЫХ СРЕДСТВ
Щитовидная железа - эндокринный орган, продуцирующий два различных по химической природе и биологической активности типа гормонов - тиреоидные гормоны (йодсодержащие гормоны или йодтиронины) и кальцитонин. В данной главе рассматриваются вопросы фармакологического управления функцией щитовидной железы, связанной с секрецией тироксина и трииодтиронина, играющих важную роль в регуляции процессов роста, развития и энергетического метаболизма.
Фармакологические средства и другие химические агенты, влияющие на функцию щитовидной железы в указанном аспекте, подразделяются на три основные группы:
• тиреоидные средства или средства профилактики и коррекции недостаточности функции щитовидной железы;
• антитиреоидные средства - ингибиторы функции щитовидной железы, предназначенные для коррекции гипертиреоидизма и поддержания эутиреоидного состояния организма;
• тиреомодулирующие агенты - прочие лекарственные, токсические
и пищевые факторы синтетического и природного происхождения, оказывающие модифицирующее влияние на функцию щитовидной железы, ее регуляцию и тиреоидный статус организма.
Тиреоидные средства
Основными средствами лечения гипотиреоидных состояний являются синтетические тиреоидные гормоны - левотироксин (L-тироксин, Т4) и лиотиронин (L-трийодтиронин, Т3), а также препараты, получаемые из ткани щитовидной железы животных, содержащие эти гормоны в естественных соотношениях. Структурно-химическая характеристика
Биологически активные синтетические аналоги гормонов щитовидной железы, как и сами гормоны, являются L-изомерами, что составляет одно из важнейших требований к химическому строению тиреоидных агонистов. По способности коррегировать гипотиреоидизм D-тироксин обладает лишь 5% активности L-изомера.
Со времени получения синтетического тироксина в 1927 году (Harrington, Berger) и последующего выделения из щитовидной железы трииодтиронина, в начале 50-х годов было синтезировано множество производных тиронинов с целью установления зависимостей структуры и функции тиреоидных агонистов. Делались также попытки создать аналоги тироксина с более с узким спектром биологического действия, чем сами гормоны, например, с гипохолестеринемическими свойствами при отсутствии кардиотоксических эффектов.
Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств 105
В итоге этих исследований было установлено, что определяющее значение для гормональной активности тиронинов имеют замещения в положениях 3, 5 и 3',5' ароматических ядер, влияющие на их взаимное расположение в пространстве. Наибольшей активности соответствует такая конформация тиронинов, при которой ароматические циклы располагаются в перпендикулярных друг к другу плоскостях. Это достигается при наличии двух атомов йода в положениях 3 и 5 внутреннего кольца, затрудняющих вращение ароматических ядер вокруг эфирной связи и стабилизирующих молекулы тиронинов в активной конформации (рис. 4.1). При выполнении этого условия значимыми становятся замещения во внешнем кольце, где наличие йода для проявления биологической активности не обязательно. Показано, что З'-монозамещеные тиронины при прочих равных условиях более эффективны, чем их 3',5'-аналоги. Так, в частности, Т3 в 3-8 раз активней, чем Т4, а, например, 3'-изопропил-3,5-дийодтиронин, не содержащий йода во внешнем ядре, по активности превосходит тот же Т4 в 7 раз.
Рис. 4.1. Пространственная структура йодтиронинов.
Оптимальная конформация йодтиронинов детерминирует молекулярное узнавание специфических рецепторов и реализацию гормональных эффектов. Аффинность к рецепторам йодтиронинов различной структуры, как правило, однонаправлено коррелируют с биологической активностью. Однако, терапевтический эффект гормонов in vivo зависит не только от сродства к рецепторам, но и факторов, определяющих фармакокинетику тиреоидных препаратов.
106 Фармакология тиреоидных и антитиреоидных средств