Йод, метаболізм йоду та розлади йододефіциту переглянуті

Фархана Ахад

Кафедра фізіології Медичного коледжу SKIMS, Беміна, Шрінагар і Департамент харчових наук, Кашмірський університет, Шрінагар

Шайк А. Гані

Анотація

Йод - життєво важливий мікроелемент, необхідний на всіх етапах життя; життя плода та раннє дитинство є найбільш критичними фазами потреби. Дієта є єдиним джерелом йоду, який, у свою чергу, залежить від вмісту йоду у воді та ґрунті. Йод метаболізується в організмі людини через низку стадій, в яких беруть участь гіпоталамус, гіпофіз, щитовидна залоза та кров. Недавні досягнення у фізіології та молекулярній науці революціонізували наше розуміння метаболізму йоду на клітинному та субклітинному рівні. Це, в свою чергу, покращило наші знання про розлади йододефіцитної недостатності (IDD), їх профілактику, управління та контроль. Ця стаття робить спробу переглянути цю важливу тему у світлі останніх досягнень і надає вичерпний виклад цієї теми.

ВСТУП

Йод є мікроелементом, що має вирішальне значення для здоров’я та добробуту всіх людей. Це мікроелемент, всього 5 г якого достатньо для задоволення життєвих потреб людини з тривалістю життя 70 років (1). Йод в основному концентрується в щитовидній залозі (2). Здоровий організм дорослої людини містить 15-20 мг йоду, 70-80% якого зберігається в щитовидній залозі. Щоденне споживання йоду людиною становить 500 мікрограмів; добова фізіологічна потреба протягом дорослого життя становить 150 мікрограмів; під час вагітності та лактації - 200 мікрограмів; а протягом неонатального періоду - 40 мікрограмів (3). Зазвичай близько 120 мікрограмів йодиду забирається щитовидною залозою для синтезу гормонів щитовидної залози (4).

Океани є головними сховищами йоду у світі, і в ґрунті йоду насправді дуже мало йоду. Відкладення йоду в ґрунті відбувається внаслідок випаровування води океану, що сприяє ультрафіолетовому випромінюванню. Прибережні регіони світу набагато багатші на вміст йоду, ніж ґрунти, що перебувають у глибині суші; тут проблема ускладнюється безперервним вимиванням йоду з ґрунту (5). Тому культури, вирощені в такому ґрунті, залишаються з дефіцитом йоду; навіть підземні води в цих районах відчувають дефіцит йоду (2). Це пояснює ендемічний розподіл йододефіцитних розладів (IDD) у світі.

Метаболізм йоду

Йод в основному отримують з харчових джерел, особливо овочів, вирощених на багатій йодом грунті; решта вимог задовольняється питною водою (1). Морські водорості, такі як вакаме, норі або мекабу, які широко використовуються в деяких азіатських культурах для приготування супів, салатів та приправ, є багатими джерелами йоду. Йод міститься в природі у різних формах: неорганічні солі натрію та калію (йодиди та йодати); неорганічний двоатомний йод (молекулярний йод або I) та органічний одноатомний йод (5). (Таблиця 1)

Таблиця 1

Джерело йоду *

Щитовидна залоза відіграє центральну роль в метаболізмі йоду. Залоза містить безліч фолікулів, вистелених фолікулярними клітинами, що лежать на базальній мембрані. Фолікули заповнені прозорим в’язким матеріалом, який називається колоїдним. Колоїд - це гікопротеїн, який називається тиреоглобуліном (4).

Уловлювання йоду - це перший крок у метаболізмі йоду (рис. 1). Процес починається з поглинання йодиду з капіляра в фолікулярну клітину залози активною транспортною системою. Це відбувається проти хімічних та електричних градієнтів, протеїнованих натрієм/йодом, що симпортується (NIS), знайдених у базолатеральній мембрані фолікулярної клітини; енергія, необхідна для цього процесу, пов'язана із залежним від АТФази Na +; - насосом K (3).

Синтез і вивільнення гормонів щитовидної залози

Синтез і секреція тиреоглобуліну - другий крок. Це відбувається внаслідок іншого незалежного процесу всередині фолікулярної клітини; синтез починається на грубій ендоплазматичній сітці у вигляді пептидних одиниць з молекулярною масою 330 000 (основний продукт трансляції РНК-месенджера). Пізніше ці одиниці об'єднуються в димер, з подальшим додаванням вуглеводних фрагментів, після чого молекула переходить в апарат Гольджі. Завершена молекула тиреоглобуліну містить близько 140 залишків тирозину, які служать субстратом для синтезу гормонів щитовидної залози (3,4). Тиреоглобулін міститься в невеликих пухирцях, які потім рухаються до верхівкової поверхні плазматичної мембрани перед тим, як потрапити в фолікулярний просвіт.

Третій етап - окислення йодиду. Йодид усередині фолікулярної клітини рухається до верхівкової поверхні плазматичної мембрани, щоб потрапити в фолікулярний просвіт; цей транспорт натрієвим незалежним йодид/хлоридним транспортером, який називається пендрин. Потім йодид (I ') негайно окислюється до йоду за допомогою (I) (3,4) .

Після цього відбувається організація тиреоглобуліну, при якій відбувається йодування залишків тирозину, присутніх у молекулі тиреоглобуліну. Спочатку йодування відбувається в положенні 3 для утворення монойодтирозину (MIT), а потім у положенні 5 для утворення дійодитирозину (DIT). Йодування тирозину супроводжується реакцією сполучення, внаслідок чого дві молекули DIT утворюють гормон тироксину (Т4); і одна молекула MIT поєднується з однією молекулою DIT з утворенням гормону трийодтироніну (Т3) (3,4). Реакцію каталізує пероксидаза щитовидної залози (ТПО) (5,7). Гормони щитовидної залози зберігаються всередині фолікулів щитовидної залози у вигляді колоїдів протягом декількох місяців. Зберігаються гормони можуть задовольняти потреби організму до 3 місяців (3,4).

Колоїд, що містить йодований тиреоглобулін, зазнає ендоцитозу, завдяки чому він визволюється з фолікулярного просвіту епітеліальними клітинами; цьому сприяє рецептор TG мегалін, який присутній на апікальній мембрані. Тепер колоїд потрапляє в цитоплазму у вигляді колоїдних крапель, які рухаються до базальної мембрани, можливо, за допомогою мікротрубочок і мікрофіламентної функції. Наступні колоїдні краплі зливаються з везикулами лізосом, які містять протеолітичні ферменти. Протеази допомагають перетравити молекулу тиреоглобуліну, виділяючи T4, T3, DIT та MIT у цитоплазму. Поки Т4 і Т3 дифундують через базальну поверхню в кровотік, МІТ і ДІТ швидко дійодируються ферментом дейодиназою. Цей механізм допомагає отримати йодид для переробки разом із тирозином для переробки (3,4).

У потоці крові Т4 і Т3 можуть циркулювати у зв’язаній або вільній формі; тоді як 99 відсотків Т4 та Т3 циркулюють у зв’язаній формі, менше 1 відсотка циркулює у незв’язаній формі. Зв’язуючі білки включають тироксинзв’язуючий глобулін (TBG), тиреоксинзв’язуючий преальбумін (TBPA) та тироксинзв’язуючий альбумін (TBA). Зв’язування гормонів крім резервуару також допомагає запобігти втраті гормонів у сечі. Незв’язані гормони є біологічно активними. Близько 80 відсотків циркулюючого Т3, найактивніший гормон щитовидної залози, походить від периферичної дейодинації гормону Т4 (3).

Секреція щитовидної залози регулюється гіпофізом за допомогою ТТГ, який діє за допомогою механізму зворотного зв'язку, налаштованого на рівень Т4 у крові. Падіння рівня Т4 стимулює гіпофіз збільшувати секрецію ТТГ, що, в свою чергу, стимулює щитовидку виділяти Т4 в кровообіг, щоб підтримувати нормальний рівень гормону в крові (4).

Щитовидна залоза виділяє 80 мікрограмів йоду у вигляді гормонів Т3 і Т4 на добу; 40 мікрограмів секретуваного йоду з’являється у позаклітинній рідині (ECF) на добу. Т3 і Т4 метаболізуються в печінці, що виділяє близько 60 мікрограмів йоду в ECF і 20 мікрограмів йоду в жовч для виведення з калом. В середньому 480 мікрограмів йоду виводиться із сечею, а 20 мікрограмів - з калом на день (4).