Марин провел опыты на животных, скармливая им рацион, не содержавший йода, и показал; что у животных увеличивалась щитовидная железа, они становились вялыми и апатичными. После добавления к корму небольших количеств йода ступало выздоровление. В 1916 году, будучи уверенным в своей правоте, Марин провел пробное лечение девочек, страдавших зобом. Врачу удалось показать, что добавление к пище следовых количеств йода уменьшает заболеваемость людей зобом.
Еще десять лет прошло в спорах с людьми. Марин пытался убедить их в необходимости добавлять небольшие количества йодистых соединений в воду городского водопровода и в поваренную соль. Возражения были столь же яростными, как и возражения против фторирования воды в наши дни. Тем не менее, Марин победил, воду и соль стали йодировать, и в настоящее время - по крайней мере, в Соединенных Штатах - зоб стал редким заболеванием.
Симптомы, сочетающиеся с зобом, зависят от того, развился он вследствие недостатка йода или нет. Щитовидная железа состоит из миллионов мельчайших пузырьков - фолликулов, наполненных коллоидным (желеобразным) веществом, которое для простоты называют просто коллоидом. Коллоид, как и гормон, который в нем образуется, содержит йод.
Если поступление йода в организм находится на нормальном уровне и если по каким-то причинам щитовидная железа увеличивается в размере, то число активных фолликулов может возрасти в десять, а то и в двадцать раз, и железа начинает продуцировать ненормально высокие количества гормона. Человек становится нервным, легковозбудимым и напряженным. Такое состояние называется гипертиреозом. Если, напротив, в организм поступает мало йода, то возникает его дефицит, то есть недостаток, и, чтобы компенсировать его, щитовидная железа увеличивается в размерах. Но напрасны усилия, это увеличение не приводит к излечению. Не важно, сколько новых фолликулов возникнет в железе и сколько коллоида в них накопится - тиреоидный гормон не может синтезироваться без йода. В таких случаях, несмотря на формирование зоба, выработка гормона остается на низком уровне и больной становится вялым, апатичным и малоподвижным. Такое состояние называется гипотиреозом1.
1 Префикс «гипер» происходит от греческого слова, означающего «сверх», а «гипо» - от греческого слова, означающего «ниже». Первый префикс указывает на повышенную активность какого-либо органа или на повышенную продукцию какого-либо биологически активного соединения. Второй префикс указывает на противоположное состояние, то есть состояние какой-либо недостаточности. Очень жаль, что слова, обозначающие противоположные состояния, звучат так похоже, Это иногда приводит к путанице, но уже поздно менять правила древнегреческого языка.
Эти две формы зоба различаются и названиями Форма, связанная с гипотиреозом, называется эндемическим зобом. Форма, связанная с гипертиреозом, называется экзофтальмическим зобом (экзофтальм в переводе с греческого означает «пучеглазие»), потому что самым заметным симптомом такого зоба является выпячивание глазных яблок. Это заболевание называют также болезнью Грейвса в честь описавшего ее в 1835 году ирландского врача Роберта Джеймса Грейвса. При гипотиреозе дряблый отек тканей создает впечатление, что они пропитываются слизью, поэтому эту болезнь называют микседемой, что в переводе с греческого означает «слизистый отек».
Симптомы как гипо-, так и гипертиреоза могут иметь различную степень выраженности. Рациональный способ определения выраженности симитоматики того или иного заболевания щитовидной железы предложил в 1895 году германский врач Адольф Магнус-Леви. Его открытие произошло от части благодаря случаю. В то время физиологи разработали метод измерения потребления кислорода организмом человека. Представлялось, что на основании этого критерия можно судить об интенсивности обменных процессов. Естественно, потребление кислорода увеличивалось при физической нагрузке и уменьшалось в покое. Минимальную потребность в кислороде определяли у бодрствующих людей, находившихся в лежачем положении в теплой комнате в состоянии максимально возможного расслабления натощак. Уровень обмена веществ в таком состоянии назвали основным обменом, сокращенно ОО. Основной обмен - это тот уровень метаболизма, при котором человеческий организм работает, так сказать, на «холостых оборотах».
Магиус-Леви принялся измерять ОО у всех больных в госпитале, где он работал, чтобы посмотреть, как различные заболевания влияют на этот показатель. Очевидно, что если бы такое влияние действительно имело место, то определение ОО могло бы стать ценным диагностическим инструментом в наблюдении за течением болезней. К несчастью, большинство болезней никак не влияло на ОО, за одним важным исключением. Больные гипертиреозом отличались значительно повышенным ОО, а больные гипотиреозом - наоборот, сниженным. Чем тяжелее протекало соответствующее заболевание, тем выше (или, напротив, ниже) был ОО.
Таким образом, было выявлено общее воздействие тиреоидного гормона на организм. Этот гормон управляет уровнем основного обмена, то есть регулирует скорость «холостых оборотов». При гипертиреозе, употребляя автомобильную метафору, двигатель организма работает на повышенных оборотах, а при гипотиреозе - на пониженных. Такой подход позволял объяснить два диаметрально противоположных ряда симптомов. Если в организме ускорены все биохимические реакции, то человек, скорее всего, будет нервным, напряженным, излишне подвижным и легковозбудимым. Если же реакции замедленны, то человек будет вялым, заторможенным и апатичным.
ТИРОКСИН
Поиск настоящего гормона щитовидной железы начался сразу после того, как ученые осознали важность йода для нормальной деятельности щитовидной железы. В 1899 году из железы был выделен белок, содержащий йод. Этот белок имел свойства, присущие семейству белков, называемых глобулинами, и был поэтому назван тиреоглобулином. Этот белок мог уменьшать выраженность симптомов гипотиреоза в меньших дозах, чем высушенная измельченная ткань целой щитовидной железы, поэтому разумно было предположить, что этот белок и является гормоном.
Однако тиреоглобулин - это крупный белок, и, как мы сейчас знаем, его молекулярный вес равен почти 700 000. Он слишком велик, чтобы в исходном виде проникнуть сквозь мембрану клетки, где он образовался, и выйти в кровеносное русло. По этой причине вскоре стало ясно, что тиреоглобулин - это хранилище гормона, а то соединение, которое выходит в кровоток, представляет собой лишь мелкий фрагмент молекулы тиреоглобулина.
Йод привлекал все большее внимание биохимиков по мере того, как они углублялись в проблему. Хотя щитовидная железа, по сравнению с остальными частями тела, содержит много йода, его содержание в ней равно приблизительно 0,03%. Изолированный тиреоглобулин содержит в 30 раз больше йода, содержание которого в нем доходит до 1%. Более того, после расщепления тиреоглобулина на более мелкие фрагменты выяснилось, что те осколки молекул, в которых остается йод, содержат его в концентрации 14%. Ясно, что ключом к разгадке был йод. Оказалось, что можно добавить йод к обычному белку, например к казеину (основному белку молока), приготовив, таким образом, йодированный белок, который также в какой-то степени проявлял свойства тиреоидного гормона.
Наконец, в 1915 году американский химик Эдвард Кальвин Кендалл выделил мелкую молекулу, обладавшую всеми свойствами тиреоидного гормона, и получил его в концентрированной форме. Оказалось, что молекула гормона представляет собой единственную аминокислоту. Поскольку это соединение было найдено в щитовидной железе и поскольку оно контролировало потребление кислорода организмом, это соединение было названо тироксином.
Еще десять лет ушло на выяснение точной химической формулы этой аминокислоты. Оказалось, что она похожа на тирозин, отличаясь от него двумя боковыми цепями, что ясно видно на приведенных ниже формулах.
Самым необычным в структуре молекулы тироксина является тот факт, что она содержит четыре атжа йода, обозначенного в формулах символом I. (Если из молекулы тироксина удалить йод, то останется соединение, называемое тиронином.)
Атомы йода чрезвычайно тяжелы, они намного тяжелее, чем весь углерод, водород, азот и кислород, входящие в состав молекулы. (Из всех атомов, необходимых для поддержания жизни, самыми тяжелыми являются атомы йода. Четыре самых распространенных в организме элемента отличаются весьма малым атомным весом. Так, если вес атома водорода принять за единицу, то веса атомов углерода, азота и кислорода будут равны 12, № и 16 соответственно. Для сравнения укажем, что атомный вес йода равен 127 Дa). По этой причине йод составляет 83% веса молекулы тироксина.