甲状腺(卷名：生物学)
thyroid gland
脊椎动物特有的内分泌腺，分泌含碘的氨基酸，称甲状腺激素，能调节机体的新陈代谢和生长发育。
系统发生 甲状腺在无脊椎动物尚未分化，但已有合成甲状腺激素的中间物，一碘酪氨酸、二碘酪氨酸等化合物。而甲状腺激素仅在少数无脊椎动物如珊瑚和被囊动物中发现。它在钵水母纲海蜇的变态中有显著作用，从而显示其生理功能。
脊椎动物开始有甲状腺。它是由咽鳃部发育而来。被膜动物的内柱被认为是脊椎动物甲状腺的前身。内柱咽部的一些上皮细胞可以结合碘，细胞顶部分泌颗粒释放到咽部。虽然已证明有典型的甲状腺激素存在，但至今尚未发现其生理作用。鱼类的甲状腺不成对，沿腹大动脉散在；两栖动物的甲状腺，沿鳃弧而散在；爬行动物也不成对，位于颈部中央；鸟类的甲状腺多成对，而且常在支气管的基部；哺乳动物的甲状腺大多不成对。
解剖位置及结构特点 人的甲状腺紧贴在喉与气管上端4～6个软骨环的前面和两侧。两侧部较大，叫左、右侧叶，两者由较细的峡部相连接。甲状腺外面有两层结缔组织被膜。内层紧贴腺体实质，其中有丰富的血管网，外层是气管前筋膜的一部分。甲状腺的血管分布通常有甲状腺上动脉、甲状腺下动脉各一对及 3对静脉。此外，少数人还有甲状腺最下动脉。甲状腺的血液供应极为丰富，每分钟每100克甲状腺组织的血流量约为350～600毫升，这比脑组织的血流量还多。
甲状腺包膜延伸到腺体实质中，把腺体分成许多小叶，每个小叶由20～40个叫做甲状腺滤泡的囊状小泡组成。滤泡是甲状腺的基本结构单位，又是功能单位。滤泡壁由一层上皮细胞组成，滤泡内充满胶质，滤泡上皮细胞分为滤泡主细胞(滤泡细胞)和滤泡旁细胞两类。前者在滤泡上皮中占多数，是产生甲状腺激素的细胞。其形态因功能状况不同而呈扁平、立方或柱状。在甲状腺激素合成活动增强时，滤泡细胞变高呈柱状，线粒体及分泌小泡密集在细胞顶端。在静息阶段，滤泡细胞变低呈立方形或扁平状。
甲状腺激素 是由甲状腺上皮细胞制造的具有生物活性的物质，主要为L-甲状腺素和L-3，5，3＇-三碘甲腺原氨酸。在正常甲状腺中，L-甲状腺素的含量很高，而三碘甲腺原氨酸的含量则很少，但其生物活性比L-甲状腺素大5倍，是机体内起主要作用的甲状腺激素。
生物合成 合成甲状腺激素的主要原料是碘和酪氨酸。酪氨酸在体内不易缺乏，而碘则需不断由食物供应。①碘的摄取：甲状腺具有很强的摄碘能力。甲状腺细胞内的碘浓度较周围组织液中高约25倍。甲状腺细胞膜可逆电化学梯度主动地将碘转运到细胞内。膜的这种主动转运碘的特殊能力，是通过“碘泵”来完成的。对于碘泵的本质目前还不清楚，只知碘的主动转运过程要消耗能量并与细胞呼吸密切相关。当用氰化物抑制细胞呼吸或用二硝基酚使氧化磷酸化解联后，碘的主动转运即遭受破坏。另外，碘泵所消耗的能量靠腺苷三磷酸提供，如果膜上的腺苷三磷酸酶被抑制，则碘的主动转运也受到抑制。②碘的氧化：浓聚在甲状腺上皮细胞内的离子碘，必须先转化为“活性碘”，然后才能使甲状腺球蛋白中的酪氨酸残基进行碘化。离子碘的活化是一个氧化过程，需要过氧化氢为氧化剂，并受过氧化物催化。甲状腺中有几种不同的过氧化酶，如乳过氧化物酶和辣根过氧化物酶，它们都能使离子碘氧化，因此难以确定是否有特异的碘过氧化酶。过氧化氢是在线粒体内形成的。还原型吡啶核苷酸使黄素核苷酸还原，继而黄素核苷酸自身氧化，产生过氧化氢。“活性碘”是什么形式，还没有确定。某些先天性甲状腺肿患者，细胞内可能缺乏过氧化酶，致使离子碘无法活化而引起甲状腺功能不足。③碘化作用和甲状腺激素的合成：细胞内经活化的碘很快与一个大分子的甲状腺球蛋白相结合。碘直接结合在此蛋白的酪氨酰基上，而不是结合在游离的氨基酸上，替代的位置在苯环的3或5位。由此生成一碘酪氨酸和二碘酪氨酸。酪氨酸的碘化作用在酪氨酸碘化酶的作用下进行。两个二碘酪氨酸可以耦合成甲状腺激素，脱下一个丙氨酸。这一耦合反应可能也受过氧化物酶的催化。一个一碘酪氨酸和一个二碘酪氨酸也可耦合成三碘甲腺原氨酸，不过其量很少。三碘甲腺原氨酸大部分是由甲状腺激素经血液循环到组织中脱去一个碘生成的。④甲状腺球蛋白：甲状腺球蛋白是甲状腺滤泡内胶质的主要成分，是一种糖蛋白，分子量为66万，沉降系数为19S（S=10-13秒）。正常甲状腺球蛋白的碘含量约为0.2～0.7％。甲状腺球蛋白在甲状腺激素的生物合成中占有重要位置。不论酪氨酰基的碘化或是耦合反应形成甲状腺激素和三碘甲腺原氨酸都是在这一蛋白质上进行的。合成的甲状腺激素、三碘甲腺原氨酸以及一碘和二碘酪氨酸，都附着于甲状腺球蛋白的分子上，并贮存于胶质中。
分泌 首先是滤泡细胞顶部的微绒毛，借吞饮作用将胶质重吸收到细胞内，形成胶质滴，内含甲状腺球蛋白。摄入的小滴向基底细胞极移动，在中途和溶酶体融合。溶酶体含有蛋白水解酶，把一碘酪氨酸、二碘酪氨酸、三碘甲腺原氨酸和甲状腺激素逐步经水解作用而解脱下来，游离的甲状腺激素和三碘甲腺原氨酸通过滤泡细胞转运到细胞外液；并进入血液，而一碘和二碘酪氨酸由脱碘酶脱碘。脱下的离子碘，大部分在细胞内用于再合成甲状腺激素，小部分逸出细胞。每天这样被再利用的离子碘比自血液中摄入的离子碘多2～4倍，因而碘再利用的方式是很重要的(图1)。
血浆中的甲状腺激素 甲状腺素主要与血中三种蛋白质，即甲状腺素结合球蛋白、甲状腺素结合前白蛋白和白蛋白相结合。前两种都有能与甲状腺素结合的固定点。三碘甲腺原氨酸主要与甲状腺素结合球蛋白结合，但也只有甲状腺素结合量的 3％，所以三碘甲腺原氨酸主要以游离型存在。甲状腺激素与血浆蛋白结合可以防止激素从肾排泄中丢失和被组织破坏。但是结合形式的激素没有活性，真正能发挥生理作用的是游离激素。游离激素的量很少，测定也很困难，但游离量与总激素量一般处于平衡状态，当游离甲状腺激素进入组织细胞以后，结合的部分又有一些游离出来。
降解代谢 甲状腺激素主要在肝、肾、脑和肌肉中代谢。其主要过程为，苯环的羟基和葡萄糖醛酸或硫酸结合，经胆汁排入小肠，小肠内极少重吸收，由小肠进一步予以分解，随粪便排出。甲状腺激素除经结合失去活性外，主要经脱氨、脱羧和脱碘而失去活性，其中最重要的方式是脱碘。多数组织中都含有脱碘酶，甲状腺素脱碘可产生三碘甲腺原氨酸或3，3＇，5-三碘甲腺原氨酸（逆-T3）。前者 80％也经脱碘而失活，其代谢产物还不清楚，脱下的碘除可再供甲状腺利用外，一部分从尿中排出。另有小部分甲状腺激素直接从尿中排出。
甲状腺激素的生理作用 甲状腺激素没有特异的靶细胞，其作用十分广泛，因其含量不同而出现不同的效应。
产热作用 甲状腺激素的明显作用是增加耗氧量和产热。产热作用与增加细胞膜上的钠泵的活动性有关。它能增加心肌、肝、肾和骨骼肌等组织(脑除外)细胞膜上Na+、K+-ATP酶的活性，从而增加耗氧量与产热量。膜对钠离子、钾离子的转运功能可被哇巴因 (ouabain)抑制。如预先用哇巴因抑制Na+、K+-ATP酶，甲状腺激素增加耗氧量的作用几乎完全消失。这说明甲状腺激素促进细胞产热的作用和刺激细胞膜对钠离子的转运有关。
对蛋白质合成、机体生长与发育的作用 甲状腺激素对整体蛋白质代谢的影响，因用量不同而有质的差别。幼小动物切除甲状腺后，肌肉、肝和肾中的蛋白质减少。此时如给中等剂量的甲状腺激素后，会使蛋白质合成增加，氮的排泄减少；如给大剂量甲状腺激素，蛋白质的合成反而受到抑制，但血浆、肝和肌肉中游离的氨基酸浓度明显升高。
甲状腺可促进生长发育最明显的证明，是切除甲状腺的蝌蚪不能变态，但将正常蝌蚪放在含量少到 1微摩尔／升浓度甲状腺激素的环境中，便可加速蝌蚪的变态。这一作用机制至今虽然尚未完全阐明，但已经知道，甲状腺激素的作用是通过增加休内有关酶系的活性来完成的。例如，氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ对蝌蚪变态就有诱导作用，而且在含低浓度（2.6×10-8摩尔/升）。甲状腺激素的条件下特别明显。此外，在哺乳动物胚胎发育期鸟氨酸循环的酶中至少有一种酶，即精氨酸酶的量，因甲状腺激素存在而增加。
适量的甲状腺激素对维持生长激素的促进生长作用是必要的。未成熟的动物在发生甲状腺功能减退时，可影响生长激素发挥正常的作用而使生长缓慢。如给适量的甲状腺激素，生长速度可以恢复正常，但用量过大时，生长反会受到抑制。
对糖代谢的作用 甲状腺激素可促进肠粘膜对葡萄糖的吸收，还能加强儿茶酚胺和胰岛素对糖代谢的作用。甲状腺激素对糖代谢的影响，也与剂量大小有关。例如，在胰岛素存在的情况下，小剂量甲状腺激素能增加糖原的合成，大剂量则促进糖原分解。此外，甲状腺激素还有促进胰岛素分解的作用。甲状腺功能亢进患者，常对外源性胰岛素表现不敏感；反之，在甲状腺功能减退时，常出现对胰岛素过度敏感现象。
对脂肪代谢的作用 甲状腺激素既能促进脂类的合成，又能促进脂类的分解，但总的效果是分解大于合成。所以在甲状腺功能亢进时，体内储存的脂类以及血浆所含的脂类（包括甘油三脂、磷脂和胆固醇）减少；反之，则增加。脂肪的分解作用是通过使腺苷酸环化酶增多来实现的。
对心脏的作用 甲状腺激素使心搏率加快，心缩力增强，每分和每搏输出量都增加。新近的资料表明，甲状腺激素可直接作用于心肌，促进肌质网释放Ca2+，进而激活与心肌收缩有关的蛋白质，增强收缩力。
对中枢神经系统的作用 甲状腺激素对中枢神经系统的发育及功能都有显著影响。胚胎发育期及出生后早期，如果甲状腺激素分泌不足，脑组织受到的损害远较缺少其他激素更重。甲状腺激素对大脑皮层发育有特殊的作用，它对脑功能的影响可能和促进脑中某些蛋白质的合成有关。中枢神经系统在发育的不同阶段都有一些蛋白质、酶和脂类的合成，它们可受甲状腺激素的影响。例如，正常大鼠随着神经系统中神经磷脂的形成，出现尿苷二磷酸半乳糖-神经氨基醇半乳糖基换移酶。这种酶的量在甲状腺功能低下的新生大鼠脑中降低。如果在出生后 8天内不给甲状腺激素，则这种酶将一直保持低水平而且不再恢复。
其他生理作用 甲状腺激素能促进水、钠排出，因而有利尿作用。大量甲状腺激素由于可促进蛋白质分解，对细胞有一定损坏作用，常会使细胞内的钾释放，因而尿钾排出增多，甲状腺激素过多时，可引起钙磷代谢紊乱，钙磷排泄量增加。
由于甲状腺激素有刺激代谢的作用，可使参与各种代谢的维生素如B1、B2、B12、C的需要量增加。并能促进维生素A的生成。
甲状腺激素不足时，造血功能减退、骨髓生成活性降低，会产生贫血；甲状腺功能亢进时可使骨髓增生，但一般不会引起红细胞增多症。
甲状腺激素还使肠蠕动加快，如甲状腺激素含量减少则肠蠕动减慢。
甲状腺分泌功能的调节 甲状腺主要受下丘脑-腺垂体系统调节，通过这种调节可以保持血中甲状腺激素浓度的相对稳定。腺垂体的促甲状腺细胞分泌的促甲状腺激素，经血液循环运送到甲状腺，与滤泡细胞膜上的相应受体结合后，可使细胞内腺苷酸环化酶生成增多并相继引起一系列变化。首先促使甲状腺释放甲状腺激素，随着又加强甲状腺激素合成的各个环节，最后使滤泡细胞摄取和浓缩离子碘的活动增强。同时，也使滤泡细胞增生、增高而呈柱状。当血中甲状腺激素含量增加时，又能抑制腺垂体合成与分泌促甲状腺激素的功能，这是一种很重要的负反馈作用。
下丘脑前部一些神经细胞能合成一种激素，叫做促甲状腺激素释放激素。它由正中隆起处释放出来，经垂体门静脉运送到腺垂体，能促使腺垂体合成和释放促甲状腺激素。中枢神经系统通过下丘脑释放促甲状腺激素释放激素来调节甲状腺的功能。血中促甲状腺激素含量的水平，可以反馈地抑制下丘脑促甲状腺激素释放激素的分泌。关于甲状腺激素对下丘脑的反馈作用，有人说有负反馈，但还有人发现血中甲状腺激素可增加促甲状腺素释放激素合成酶系的活性，从而认为下丘脑促甲状腺素释放激素可能有正反馈作用(图2)。
甲状腺还具有自身调节作用，可使腺体保持足够的碘储备，并对碘进行最充分的利用。这一作用并不需要促甲状腺激素的参与。例如切除垂体的大鼠能够在缺碘时提高其甲状腺的摄碘能力。正常鼠缺碘之初，血浆中碘浓度增高之前便增强了甲状腺激素分泌，说明甲状腺自身调节在缺乏促甲状腺激素时仍可进行。
参考书目
程治平：《内分泌生理学》，人民卫生出版社，北京，1984。