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).

Оскільки щитовидна залоза має надзвичайно ефективний механізм захоплення йоду, вона зазвичай підтримує градієнт 100: 1 між вмістом йоду в клітинах щитовидної залози та позаклітинним йодом (2). Ефективність уловлювання йодидів оцінюється за співвідношенням тиреоїд/сироватка (Т/С). T/S [I] вимірюється радіоактивним йодидом. Тиреотропний гормон (ТТГ) регулює співвідношення T/S для йодиду. Після гіпофізектомії падіння рівня ТТГ призводить до зменшення раціону Т/С. Високий рівень ТТГ, як при вторинному (гіпофізарному) гіпертиреозі, збільшує співвідношення Т/С (7).

Хоча основна частина йоду сконцентрована в щитовидній залозі, негормональний йод міститься в різних тканинах організму, включаючи молочні залози, очі, слизову шлунка, шийку матки та слинні залози (7). За винятком молочної тканини, функція йоду в цих тканинах досі незрозуміла (8). Накопичення йоду в грудях відіграє важливу роль під час годування груддю у внутрішньоутробному та внутрішньоутробному розвитку; проте доведено, що такий йод також має антиоксидантну функцію. У присутності перекису водню та пероксидази йодид діє як донор електронів, зменшуючи тим самим пошкодження вільними кисневими радикалами (9,10). Навпаки, молочні залози з неадекватними запасами йоду схильні пошкоджуватися накопиченням високого рівня малонового діальдегіду, продукту перекисного окислення ліпідів (11). Подібно до аскорбінової кислоти, концентрація йоду до 15 мікромолів може мати значний антиоксидантний ефект (12). Цей антиоксидантний ефект йоду може пояснити терапевтичну дію ванн з водоростями або багатих йодом розчинів, які історично використовувались для лікування багатьох захворювань (12).

Дослідження на тваринах довели, що йод нормалізує підвищену секрецію кортикостероїдних гормонів надниркових залоз, пов’язану зі стресом, і зменшує вплив гіпотиреозу на яєчники, яєчка та тимус у тироїддектмізованих щурів (13, 14). Йод також може відігравати роль в імунній функції; при поміщенні в середовище, що містить 10 -6 М йодиду, лейкоцити людини синтезують тироксин (15).

Розлади йододефіциту

Розлад йододефіциту (ІДР) - найпоширеніша ендокринопатія у світі, а також найбільш запобіжна причина розумової відсталості (5). У 1998 р. Третина населення світу жила в районах з дефіцитом йоду (16). Двома основними факторами, що відповідають за ІРЗ, є недостатнє споживання йоду та недостатня утилізація йоду. Недостатнє споживання йоду може бути вторинним щодо низького вмісту йоду в ґрунті і, отже, споживаної їжі або низького споживання морської їжі, обумовленої її високою вартістю та низькою доступністю. З іншого боку, наявність гойтрогенів у певних продуктах харчування може призвести до недостатнього вмісту йоду використання (17) (рис. 2).

Причини розладів йододефіциту

IDD - це термін, який у сукупності відображає клінічні та субклінічні прояви дефіциту йоду. Йод, який є незамінним компонентом гормонів Т3 і Т4, його дефіцит серйозно заважає синтезу цих гормонів. На деякий час щитовидна залоза реагує вивільненням гормонів, що зберігаються як компоненти молекул тиреоглобуліну. Але коли запаси вичерпуються і рівень Т4 у крові починає знижуватися, гіпофіз втручається, збільшуючи випуск ТТГ, що стимулює щитовидну залозу збільшувати поглинання йодиду та забезпечувати викид гормонів щитовидної залози в достатній силі. Однак у стані дефіциту, коли поглинання йодиду в щитовидній залозі серйозно утруднене, ТТГ не сприяє вивільненню Т4 і закінчується лише гіперплазією фолікулярних клітин. У ситуації важкого дефіциту йоду, хоча рівень Т4 залишається низьким, рівень ТТГ залишається високим (3,4). При триваючій стимуляції ТТГ в ендемічних районах щитовидна залоза піддається гіпертрофії та гіперплазії фолікулярних клітин і в процесі збільшується в розмірах і виглядає як зоб, який у певних випадках може досягати величезних розмірів.

Шкода, завдана людському організму внаслідок дефіциту йоду, насправді є результатом дефіциту гормонів щитовидної залози. Ефекти IDD на людину на різних стадіях живої діяльності представлені в таблиці 2 (6,17). Дефіцит не тільки призводить до утворення зоба, але і до сильної затримки росту, розвитку та дозрівання майже всіх тканин тіла, особливо швидко розвиваються. Існує велика різниця між чутливістю швидко розвиваються органів до дефіциту гормонів щитовидної залози; мозок - найчутливіший орган. Критичний період в ендемічних районах триває від другого триместру до другого року життя. Недостатнє споживання йоду в цей період може призвести до руйнівних наслідків, спричинених постійним пошкодженням мозку. Введення йоду протягом другого триместру вагітності повертає назад шкоду, спричинену дефіцитом йоду. Однак пошкодження, отримані після закінчення другого триместру вагітності, є постійними (18). Внаслідок ІДД материнства, за оцінками, приблизно п'ята частина вагітних жінок в Індії народить дітей, які не досягнуть свого оптимального фізичного та психічного потенціалу (19).

Таблиця 2

Вплив розладу дефіциту йоду *

Зростаючий плід в утробі матері з дефіцитом йоду зазнає високого ризику. Вагітність може закінчитися абортом, мертвонародженням, вродженими аномаліями або наслідком низької ваги при народженні. У немовлят, народжених від йододефіцитних матерів, які пережили критичну постнатальну фазу, може розвинутися ендемічний кретинізм. Неврологічна форма ендемічного кретинізму характеризується важкою розумовою відсталістю і, як правило, пов’язана з церебральною диплегією та глухонімом (2). Діти в ендемічних районах мають відсталий фізичний та розумовий розвиток, низький рівень інтелекту. рівні та погіршення успішності в школі. Таким чином, серйозні наслідки дефіциту йоду для навчальної здатності дитини та якості життя дитячого населення очевидні в ерозії якості наших людських ресурсів (20).

Розвиток мозку залежить від достатнього надходження тироксину. Хімічний гіпотиреоз новонароджених (NCH) є попередником психічної ненормальності в дитячому віці. Для діагностики NCH вимірюють рівні Т4 і ТТГ. Рівні Т4 менше 3 мкг на дл і значення ТТГ більше 50 мікро одиниць на мл вказують на NCH. Частота NCH в ендемічних регіонах Індії та сусідніх країн коливається від 6 до 130 на тисячу народжень (21). Райони з високим рівнем захворюваності NCH продемонстрували помітне зниження IQ. оцінки та збільшення випадків глухоти нервів. Було підраховано, що приблизно 10% і більше новонароджених у важких ендемічних регіонах зобу оцінюються як ризик розвитку гіпотиреозу новонароджених та наслідків психічного та фізичного розвитку (22).

Захворюваність на зоб зростає з віком, досягаючи максимальної частоти у підлітковому віці, у дівчаток частіша частота, ніж у хлопців. Доросле населення, яке населяє йододефіцитні райони, характеризується високим ступенем апатії, зниженим психічним функціонуванням, відсутністю фізичної енергії та зниженням обсягу роботи, що все сприяє низькій якості життя. Нестача йоду виникла як соціально-медична проблема великих масштабів, пов'язана з фізичною та розумовою відсталістю, неврологічними розладами, слабким розумом, низькою освіченістю, поганою працездатністю, соціальними вадами, надійністю та зневагою (1).

Традиційна японська їжа містить значну кількість дієтичного йоду, що може споживати щонайменше 7000 мкг йоду щодня лише з комбу (23). Було підраховано, що споживання японцями дієтичного йоду перевищує верхню межу безпеки в 1 мг приблизно в 5-14 разів 5). Очевидно, що ці вищі рівні не мають супресивного впливу на функцію щитовидної залози у нормальних людей, однак надмірне надходження йоду може спричинити проблеми у пацієнтів з вузликами щитовидної залози, гіпертиреозом та аутоімунними захворюваннями щитовидної залози (5). Навпаки, було цікаво помічено, що японські жінки, які споживають дієту з високим вмістом йоду, мають низьку частоту доброякісних та злоякісних захворювань молочної залози; однак ця захисна перевага втрачається у тієї самої етнічної групи, коли вони іммігрують до інших країн (24–26). У Японії також низький рівень аутоімунного тиреоїдиту (27). Штадель постулював, що з огляду на географічний розподіл дефіциту йоду, низький рівень захворюваності на рак передміхурової залози, ендометрія, яєчників та молочної залози у популяцій, які споживають дієти з високим вмістом йоду (28).

Стратегії прийому йоду

Оскільки йод виділяється з організму із сечею, найкращим способом визначити дефіцит йоду у великої популяції є вимірювання кількості йоду у зразках сечі. ВООЗ визначає дефіцит йоду як середню концентрацію йоду в сечі менше 50 мкг/л у популяції (6). (Таблиця 3)

Таблиця 3

Середні показники вмісту йоду в сечі та харчування йодом *

Зі збільшенням поінформованості про широкий спектр розладів йододефіциту спостерігається поступове зростання оцінок масштабів проблеми у світі. У 1990 р. ВООЗ повідомила, що загальна кількість населення з ризиком дефіциту йоду в країнах, що розвиваються, становить 1 млрд., З яких 200 млн. Страждають на зоб; понад 5 мільйонів - кретини з грубою розумовою відсталістю; і 15 мільйонів мали менший ступінь розумової вади. В Індії, за оцінками, 150 мільйонів людей піддаються ризику розладів йододефіциту, з яких 54 мільйони мають зоб, 2,2 мільйона - кретини і 6,6 мільйона мають неврологічні дефекти 29). Народження та смертність новонароджених, спричинені дефіцитом йоду, перевищують 90 000. Найінтенсивніший у світі ендемічний пояс лежить в Індії, яка проходить уздовж південних схилів Гімалаїв, простягаючись від Кашміру на заході до пагорбів Нага на сході. Зі збільшенням усвідомлення проблеми в країні були виявлені «позагімалайські» вогнища дефіциту йоду (1). На сьогоднішній день жодна держава в Індії не може позбутися проблеми йододефіциту.

Добавки йоду в районах, де відсутні їжа, багата йодом, розглядаються як найбільш економічно ефективне рішення для вирішення проблеми ІРЗ. Дефіцит йоду можна виправити, додавши йод до харчових середовищ, таких як сіль, олія, вода, соуси тощо. Методи, що мають доведене значення для масового використання, - це йодована сіль та йодована олія. З цією метою збагачення солі йодом було визначено і вважається найбільш підходящим способом фортифікації. Будучи не лише технічно здійсненним, цей продукт харчування споживається у всьому світі у стандартних кількостях усіма верствами населення (1,17). В Індії основним напрямком діяльності Національної програми з контролю зоба (NIDDCP) є збагачення звичайної солі йодатом калію (17). Продаж нейодованої солі заборонено. Постійно проводиться моніторинг якості солі, і недавній аналіз 18 011 зразків солі показав, що 73,15% відповідає встановленим стандартам (1).