Kilpirauhanen on pieni, kaulan etuosassa sijaitseva rauhanen, mutta sen tuottamien hormonien vaikutukset ulottuvat laajalle elimistöön. Kilpirauhashormonit osallistuvat energia-aineenvaihdunnan säätelyyn ja vaikuttavat muun muassa lämmöntuotantoon, sydämen toimintaan, hermoston kehitykseen ja toimintaan sekä siihen, kuinka aktiivisesti solut käyttävät energiaa.
Kilpirauhanen ei kuitenkaan päätä hormonituotannostaan yksin. Sen toimintaa säätelee hypotalamuksen, aivolisäkkeen ja kilpirauhasen muodostama HPT-akseli, jossa aivot ja kilpirauhanen viestivät jatkuvasti keskenään.
Kilpirauhasen toimintaa ohjaava viestiketju alkaa hypotalamuksesta. Se tuottaa TRH-hormonia, joka stimuloi aivolisäkettä erittämään TSH:ta eli tyreotropiinia.
TSH kulkeutuu verenkierron mukana kilpirauhaseen ja sitoutuu kilpirauhassolujen TSH-reseptoreihin. Tämä stimuloi useita kilpirauhashormonien muodostamiseen ja vapauttamiseen tarvittavia tapahtumia.
Kilpirauhanen tuottaa pääasiassa tyroksiinia eli T4-hormonia ja pienemmän määrän trijodityroniinia eli T3-hormonia. Vaikka T4:ää erittyy enemmän, T3 on kilpirauhashormonireseptoreihin voimakkaammin vaikuttava muoto.
HPT-akselissa toimii niin sanottu negatiivinen palautejärjestelmä. Kun verenkierrossa on riittävästi kilpirauhashormoneja, niiden vaikutus hypotalamukseen ja aivolisäkkeeseen vähentää TRH:n ja TSH:n eritystä.
Jos kilpirauhashormonien vaikutus säätelyjärjestelmään puolestaan vähenee, TSH:n eritys voi lisääntyä.
Näin järjestelmä pystyy mukauttamaan hormonituotantoa jatkuvasti. Kyse ei siis ole päälle–pois-kytkimestä, vaan hormonaalisesta säätelykehästä, jossa aivot seuraavat järjestelmän tilaa ja muuttavat kilpirauhaselle lähetettävää signaalia.
Kilpirauhanen erittää verenkiertoon pääasiassa T4-hormonia. Suuri osa elimistön T3:sta muodostuu myöhemmin T4:stä eri kudoksissa.
Kilpirauhashormonit kulkevat veressä suurelta osin kuljetusproteiineihin sitoutuneina. Kohdekudoksissa hormonien täytyy päästä soluihin, ja niiden vaikutuksia välittävät solujen sisällä sijaitsevat kilpirauhashormonireseptorit.
T3:n sitoutuminen näihin tumareseptoreihin voi muuttaa geenien ilmentymistä. Siksi kilpirauhashormonien vaikutukset eivät rajoitu yhteen elimeen tai yhteen aineenvaihduntareittiin. Ne voivat vaikuttaa siihen, millaisia proteiineja solu valmistaa ja kuinka aktiivisesti monet solun aineenvaihduntaprosessit toimivat.
Kilpirauhasen toimintaa on helppo ajatella vain kaulalla tapahtuvana hormonituotantona. Todellisuudessa kyseessä on paljon laajempi järjestelmä.
Hypotalamus ja aivolisäke säätelevät hormonituotantoa, kilpirauhanen valmistaa ja erittää hormoneja, verenkierto kuljettaa niitä ja eri kudokset osallistuvat niiden muuntamiseen ja vaikutusten toteutumiseen.
Kilpirauhanen on siis tärkeä osa aineenvaihdunnan säätelyä, mutta sen toiminta syntyy jatkuvasta vuoropuhelusta aivojen, rauhasen ja muun elimistön välillä.
Kilpirauhashormonien valmistaminen on poikkeuksellisen konkreettinen esimerkki siitä, kuinka ravintoaineesta rakennetaan elimistössä hormoni. Jodi on kirjaimellisesti osa T4- ja T3-hormonien molekyylirakennetta: T4 sisältää neljä ja T3 kolme jodiatomia.
Toinen keskeinen rakennusosa on aminohappo tyrosiini. Kilpirauhanen yhdistää nämä rakennuspalikat monivaiheisessa prosessissa, johon osallistuvat kuljetusproteiinit, tyreoglobuliini sekä useat entsyymit.
Hormonin valmistuminen ei kuitenkaan ole tarinan loppu. Kilpirauhasesta vapautuneen T4:n aineenvaihdunta jatkuu eri kudoksissa, joissa sitä voidaan muuttaa esimerkiksi aktiivisemmaksi T3:ksi.
Ravinnosta saatu jodi imeytyy ruoansulatuskanavasta pääasiassa jodidina. Verenkierron mukana jodidi pääsee kilpirauhaseen, jonka follikkelisolut pystyvät keräämään sitä tehokkaasti.
Solukalvolla toimii natrium-jodidi-symportteri eli NIS, joka kuljettaa jodidia soluun yhdessä natriumin kanssa. Tämä mahdollistaa jodin rikastumisen kilpirauhaskudokseen.
Jodilla onkin poikkeuksellisen suora yhteys kilpirauhasfysiologiaan: jodi edistää kilpirauhashormonien normaalia tuotantoa ja kilpirauhasen normaalia toimintaa.
Kilpirauhasen follikkelien sisällä on suurikokoinen proteiini nimeltä tyreoglobuliini. Se sisältää runsaasti tyrosiinitähteitä, joiden yhteyteen jodia voidaan liittää.
Prosessissa keskeinen entsyymi on tyreoideaperoksidaasi eli TPO. Se osallistuu jodidin hapettamiseen, jodin liittämiseen tyreoglobuliinin tyrosiinitähteisiin sekä myöhempään hormonien muodostamiseen tarvittavaan kytkentäreaktioon.
Kun tyrosiinitähteeseen liittyy yksi jodi, muodostuu MIT eli monojodityrosiini. Kahden jodin liittyessä muodostuu DIT eli dijodityrosiini.
Näistä rakennetaan varsinaiset kilpirauhashormonit eli T4 ja T3.
Kilpirauhanen pystyy lisäksi varastoimaan hormoneihin tarvittavia rakenteita tyreoglobuliiniin ja vapauttamaan T4:ää ja T3:a verenkiertoon tarpeen mukaan.
Kilpirauhasesta vapautuva T4 ei ole biologinen päätepiste. Yhden jodiatomin poistaminen muuttaa T4:n T3:ksi.
Tästä vastaavat dejodinaaseiksi kutsutut entsyymit. Niitä tunnetaan kolme päätyyppiä: D1, D2 ja D3. D1 ja D2 voivat osallistua T4:n muuttamiseen aktiivisemmaksi T3:ksi, kun taas D3 osallistuu kilpirauhashormonien inaktivointiin ja voi muuttaa T4:ää käänteiseksi T3:ksi eli rT3:ksi.
Tässä kohtaa kilpirauhasfysiologiaan liittyy toinen tärkeä hivenaine: seleeni. Dejodinaasit ovat selenoproteiineja, joiden rakenteeseen kuuluu seleeniä sisältävä aminohappo selenokysteiini.
Seleenille on myös hyväksytty suora kilpirauhaseen liittyvä terveysväite: seleeni edistää kilpirauhasen normaalia toimintaa.
Jodi ja seleeni ovat erityisiä siksi, että niillä on hyväksytyt suoraan kilpirauhasen normaaliin toimintaan liittyvät terveysväitteet. Kilpirauhasfysiologia ei silti tapahdu vain näiden kahden ravintoaineen varassa.
Tyrosiinit muodostavat hormonien rakenteellisen perustan. TPO puolestaan on hemiryhmää sisältävä entsyymi, mikä muodostaa biokemiallisen yhteyden myös rautaan. Sinkki osallistuu elimistössä lukuisten proteiinien ja entsyymien toimintaan sekä normaaliin proteiinisynteesiin.
Näitä yhteyksiä ei kuitenkaan pidä tulkita niin, että kaikkien näiden ravintoaineiden lisääminen ravintolisänä parantaisi kilpirauhasen toimintaa. Fysiologinen osallistuminen johonkin reaktioon ja ravintolisän osoitettu hyöty ovat kaksi eri asiaa.
Kilpirauhashormonien muodostuminen on ennemminkin hyvä esimerkki siitä, kuinka monesta vaiheesta yhden hormonin syntyminen voi koostua: tarvitaan rakennusaineita, kuljetusta, entsyymejä, varastointia, vapauttamista ja lopulta hormonien muuntamista eri kudoksissa.
