La thyroïde est une glande cervicale constituée de deux types de cellules ; les cellules thyroïdiennes proprement dites (ou cellules folliculaires) qui délimitent des follicules thyroïdiens. Elles sécrètent des hormones thyroïdiennes iodées (thyroxine T4 et T3) et les cellules  para  folliculaires  (cellules  claires  d'origine  neurectodermique)  qui colonisent les espaces inter folliculaires. Elles sécrètent la thyrocalcitonine (qui intervient dans le métabolisme du phosphore et du calcium).

Hormones thyroïdiennes iodées

Biosynthèse 

Structures

T1 et T2 sont des précurseurs des hormones thyroïdiennes, ce sont des composés inactifs.

La condensation T1+T2 donne :

  • 3 ,5 ,3' tri-iodo-thyronine = T3 : hormone thyroïdienne active.
  • 3, 3', 5' tri-iodo-thyronine = reverse T3 : composé inactif.

La condensation de deux T2 donne :

  • 3, 5, 3', 5' tétra-iodo-thyronine = thyroxine ou T4.

Synthèse de la thyroglobuline

Les cellules thyroïdiennes ont leur pôle basal orienté vers les vaisseaux et leur pôle apical vers la cavité folliculaire. 

La thvroglobuline (gros composé protéique portant latéralement des résidus de tyrosine) va migrer dans des vésicules jusqu'au pôle apical puis elle est libérée par exocytose dans la lumière folliculaire.

Fixation des iodures plasmatiques

Le pompage des iodures plasmatiques par les cellules thyroïdiennes se fait au niveau de la membrane du pôle basai par une pompe à iodures qui transfère activement ces iodures dans le cytoplasme des cellules thyroïdiennes. Cette pompe est d'une grande efficacité puisqu'elle permet une concentration cytoplasmique en iodures 40 fois supérieure à leur concentration plasmatique.

Etude de l'activité de cette pompe à iodures

On administre par voie buccale de l'iode131 puis on compte la radioactivité de la thyroïde en fonction du temps. On obtient ainsi la courbe de fixation de l'iode.

On a trois cas de figure :

Euthyroidie (cas normal)
  • 8 heures après l'injection de l'iode, 20% doivent être fixés.
  • 24 heures après l'injection de l'iode, 40% doivent être fixés.

Hypothyroïdie

  • Après 48 heures, seulement 5% de l'iode sont fixés : ceci est dû au mauvais fonctionnement de la pompe à iodure.

Hyperthyroïdie

  • Après 10 heures, 80% de l'iode sont fixés : la pompe à iodures est dans ce cas trop active.

Oxydation des iodures (en iodes métalloïdes I2)

Cela se fait au niveau de la membrane apicale grâce à une peroxydase spécifique.

Iodation de la tyrosine 

L'iode oxydé va, grâce à une tyrosine oxydase, se fixer sur les résidus tyrosines de la thyroglobuline, les transformant en T1 et T2 (toujours accrochés à la thyroglobuline).

Formation des thyronines

On a condensation de T1 et T2 (grâce à une enzyme spécifique) pour donner T3 et T4. A ce stade, la thyroglobuline porte T1 et T2 (précurseurs) et T3 et T4 (hormones). Elle constitue alors la thyroglobuline iodée.

Mise en réserve

La thyroglobuline iodée est stockée sous forme d'un gel aqueux : la colloïde.

Résorption, sécrétion

La résorption de la colloïde se fait par endocytose au pôle apical des cellules : à ce niveau, on a des pseudopodes qui enveloppent des fragments de colloïde, ensuite inclus dans des phagolysosomes. Les enzymes lysosomiales protéolytiques vont fragmenter la thyroglobuline et ainsi libérer dans le cytoplasme les précurseurs T1 et T2 et les hormones T3 et T4.

Devenir de ces composés

  • T1 et T2 seront recyclés ;
  • T3  et T4  (et rT3)  vont  s'accumuler dans  le  cytoplasme.   Rapidement  leur  concentration cytoplasmique devient supérieure à leur concentration plasmatique d'où création d'un gradient de concentration du cytoplasme vers le plasma. T3 et T4 vont facilement traverser la membrane lipidique (car ce sont des lipides) et se retrouver dans le sang. 

Hormones circulantes

Les hormones thyroïdiennes sont dans le sang liées à des « binding protéines » appartenant à trois groupes de protéines plasmatiques :

  • Pré albumine
  • Albumine
  • Globuline

Le complexe T4-protéine est en permanence en équilibre avec la forme libre de T4 :

  • Partie liée = 99,97% du T4 total
  • Partie libre = 0,03% du T4 total : c'est elle qui est la seule physiologiquement active sur les cellules.

T4 doit être libre pour être active.

De même pour T3 on a :

  • Partie liée = 99,7% du T3 total
  • Partie libre = 0,3% du T3 total : c'est elle qui est la seule physiologiquement active sur les cellules.

Transformations périphériques

En arrivant aux cellules, T4 libre subit lorsqu'il traverse la membrane une monodésiodation (perte d'un iode) et devient donc T3.

90% de T4 libre sont ainsi transformés en T3.

T3 constitue donc la véritable hormone intracellulaire.

Les hormones thyroïdiennes agissent lentement et avec un délai de l'ordre du jour (T3) ou de la semaine (T4).

Ce sont donc des hormones de modulation, à action progressive.

Actions physiologiques

Actions métaboliques

Métabolisme oxydatif 

L'action fondamentale des hormones thyroïdiennes est d'élever le niveau général des oxydations cellulaires. 

Cette action a lieu au niveau de toutes les cellules SAUF : 

  • cellules nerveuses ;
  • cellules de la rate ;
  • cellules testiculaires.

Cette action aboutit à :

  • une augmentation considérable du catabolisme des substrats énergétiques ;
  • l'activation des oxydations phosphorylantes du cycle citrique ( = chaîne respiratoire ).

Conséquences :

  1. augmentation de la consommation d'O2 ;
  2. augmentation du métabolisme basal ( = quantité de calories libérées/h/m2SC )
  3. augmentation du nombre et de la taille des mitochondries ;
  4. augmentation de la synthèse mitochondriale de tous les enzymes redox et des transporteurs d'électrons de la chaîne respiratoire.
  5. au niveau des mitochondries, action stimulante des hormones thyroïdiennes sur les ATPases Na+/K+ ( utilisent 40% de l'énergie consommée quotidiennement ).

On parle d'effet calorigénique car: 

Les oxydations permettent de brûler les substrats énergétiques pour produire de l'ATP.

 Cet ATP sera ensuite hydrolysé.
 

Conclusion : augmenter les oxydations, c'est augmenter la production de chaleur.

Remarque : très faible rendement de 20% comparable à celui d'un moteur. C'est pourquoi on peut appliquer les lois thermodynamiques aux êtres vivants.

Cas d'une thyroïdectomie
Le métabolisme basal est bas. Après injection de thyroxine, l'effet calorigénique croît puis décroît lentement sur une période de 6 semaines ( action lente et délai caractéristique des hormones thyroïdiennes ). 1 mg de T4 donne 1000 kcal supplémentaires sur 6 semaines.
 
En euthyroïdie : le métabolisme basal est normal ( 37 kcal/h/m2 SC). Une même injection de thyroxine est responsable d'un
accroissement de l'effet calorifique moins important. 1 mg de T4 donne 50 kcal supplémentaires sur 6 semaines.
 
Conclusion : l'effet calorifique est d'autant plus grand que le métabolisme basal est bas.

Métabolisme glucidique

Les hormones thyroïdiennes sont hyperglycémiantes.

Elles agissent de manière directe :

  • Par activation, au niveau des entérocytes, du transfert du glucose alimentaire dans le sang. Elles stimulent la synthèse des GLUT2 des entérocytes. 
  • Par stimulation des enzymes de la glycogénolyse hépatique.
  • Par stimulation de la gluconéogénèse, c'est à dire synthèse de glucose par les hépatocytes à partir d'acides aminés libérés par le muscle et de glycérol ( lipolyse des TAG de réserve ).
Elles agissent de manière indirecte, en potentialisant les actions des catécholamines : noradrénaline mais surtout adrénaline qui active la glycogénolyse et la gluconéogenèse.

Métabolisme lipidique

Les hormones thyroïdiennes favorisent la synthèse et la mobilisation des acides gras à partir des réserves et le catabolisme des lipides.

Action directe :

Toute augmentation, même légère, dans les normes physiologiques, de T3 et T4, accroît la lipolyse du tissu adipeux et augmente donc la concentration des AGL dans le sang.

De plus, les hormones thyroïdiennes favorisent la capture de ces AGL par les muscles et le myocarde, et activent la 6-oxydation dans ces cellules.

Conséquences : 

  1. Diminution du tissu adipeux, en partie responsable de l'amaigrissement observable lors de la prise de ces hormones. 
  2. L' activation du catabolisme des lipides est responsable d'une diminution des AGL circulants, des PL, des TAG, et du cholestérol.

Pathologie : dans l'insuffisance thyroïdienne, on observe une hypercholestérolémie, une hyperlipidémie, et une augmentation des AGL circulants ( favorisant les dépôts lipidiques et l'athérosclérose ).

Action indirecte

Les hormones thyroïdiennes potentialisent l'action lipolytique des catécholamines.

Métabolisme protidique

En euthyroïdie : 

Les hormones thyroïdiennes exercent une action parfaitement équilibrée entre anabolisme et catabolisme protéique.

Le turn-over est rapide et performant.

Le bilan azoté est équlibré.
 
En hyperthyroïdie

Catabolisme anabolisme.

Les pertes d'azote sont supérieures aux apports ce qui rend le bilan azoté négatif.

Or le catabolisme a lieu dans les muscles, ce qui explique la fonte musculaire et l'amaigrissement associé. 

Les acides aminés libérés augmentent dans le sang et sont traités par le foie qui les transforme en glucose (gluconéogénèse). Ce glucose s'accumule dans le sang et est responsable d'un diabète sucré thyroïdien.

En hypothyroïdie

Le bilan azoté est équilibré, car le catabolisme est égal à l'anabolisme, mais à un niveau très bas. Autrement dit, le turn-over tourne très lentement.

 

Or les enzymes qui gouvernent nos actions métaboliques et notre croissance sont des protéines. Si le recyclage est lent, ces protéines seront rapidement altérées ( structure IIIaire et IVaire ), ce qui ralentira l'ensemble des métabolismes.

Actions sur quelques fonctions 

Croissance et développement

Les hormones thyroïdiennes sont des facteurs de croissance.

L'action générale est surtout une action indirecte.

Elles agissent en synergie et potentialisent les actions de STH. 

Elles stimulent la synthèse hépatique d'IGF1 et des récepteurs de l'insuline.

Par elles même, les hormones thyroïdiennes sont des facteurs de croissances locaux spécifiques du tissu cartilagineux.

Elles contrôlent la croissance en longueur de la diaphyse des os longs et la croissance harmonieuse de leurs épiphyses.

Au niveau des os longs, on trouve du cartilage de conjugaison. Les hormones thyroïdiennes, en se fixant sur ce cartilage, provoquent sa croissance, sa maturation, et son ossification. La liaison T3-T4/récepteur spécifique entraîne la synthèse d'IGFl, qui par action locale ou paracrine va assurer le développement et la maturation de ce cartilage de conjugaison, et donc la croissance en longueur diaphysaire.
Les hormones thyroïdiennes agissent sur les points d'ossification secondaires des épiphyses. Par l'intermédiaire d'IGFl, elles provoquent l'apparition de ces points d'ossification en position eugénique ( normale ) et avec une chronologie rigoureuse. Elles déterminent ainsi la forme des épiphyses des os longs.

Pathologie :

Une insuffisance thyroïdienne entraînera donc un nanisme disproportionné et disharmonieux. Disproportionné car à 8 ans, le rapport tête symphyse/symphyse talon est >1 ( proportions d'enfants ). Disharmonieux car les épiphyses ont grandi de manière anormale et sont déformées.

Système nerveux

Les hormones thyroïdiennes sont les facteurs principaux du développement nerveux.

Pendant la vie intra-utérine :

T3 T4 et les facteurs de croissance locaux contrôlent la mise en place du système nerveux périphérique et central.

Pathologie : une agénésie thyroïdienne entraîne une hypotrophie cérébrale, responsable d'une arriération mentale ou CRETINISME THYROÏDIEN.

Pendant la vie postnatale :

Le système nerveux n'est pas totalement mature. Les hormones thyroïdiennes vont donc assurer, pendant une période critique limitée (1ère année), la maturation de ce système nerveux.
 

Le pédiatre se doit de rechercher une hypothyroïdie car si le diagnostic est précoce, on pourra éviter une arriération mentale sévère.

Par le terme maturation, on entend :

  • Croissance et division dichotomique des dendrites des neurones.
  • Intense synaptogénèse qui entraîne une multiplication considérable du nombre de circuits inter neuronaux. Plus les dendrites sont ramifiées, plus il y a de synapses et de réseaux inter neuronaux disponibles, et plus les capacités sensorielles, mentales, et motrices sont accrues.
  • Myelinisation des fibres nerveuses, permettant les performances motrices et sensorielles du système nerveux.
 Chez l'adulte :
 

Les hormones thyroïdiennes augmentent le niveau d'excitabilité de l'ensemble des cellules nerveuses, soit directement, soit indirectement en potentialisant l'action des catécholamines.

La formation réticulée facilitatrice contient des neurones monoaminergiques, doués de neurosécrétion :
  • Adrénaline
  • Noradrénaline
  • Dopamine
Les axones de ces neurones se divisent en deux branches :
  • Une branche ascendante qui rejoint le cortex et les noyaux gris centraux et libère ses médiateurs qui neuromodulent l'excitabilité de tous les neurones de l'encéphale(éveil cortical).
  • Par la collatérale descendante, ces neurones monoaminergiques stimulent tous les circuits interneuronaux et les réflexes de la moelle épinière (éveil médullaire).

Ces neurones monoaminergiques sont activés par T3 et T4, qui renforcent l'action des catécholamines et se comportent donc comme des neuromodulateurs. 

Cœur, muscle 

L’action sur le cœur est soit directe en potentialisant les actions de type béta des catécholamines (NA et A) d'où une accélération de la fréquence cardiaque (tachycardie effet chronotrope positif) d'où une augmentation de la force de contraction du myocarde (effet inotrope positif).

L’action peut être à la fois directe et indirecte d'où une augmentation de la force de contraction des muscles squelettiques d'où une augmentation de la vitesse de contraction et de relâchement des muscles striés

Actions permissives

 

Une hormone exerce vis à vis d'une aautre hormone des actions permissives lorsque les effets physiologique de cette dernière ne peuvent se manifester qu'en présence de la première. Action permissive étendue aux actions de potentialisation. Par exemple les catécholamines.

Régulation de la sécrétion

Rôle de hypophyse antérieure

Elle contrôle la sécrétion d'hormones thyroïdiennes. Des cellule basophiles sécrètent une hormone thyréotrope : la thyréotrophin = thyréotropin = TSH ( Tyroïd stimulating Hormon). 

La TSH est une hormone protéique ayant un seul effecteur la glande thyroïde par les cellules folliculaires, qui sont les seules à avoir un récepteur ; elle exerce trois actions :

  1. Action trophique : multiplication des cellules et maintenance des structures de ces cellules. C’est un facteur de croissance local de ces cellules.
  2. Action de stimulation et de secrétion
TSH stimule toutes les étapes de la bio synthèse de T3 et T4 c'est-à-dire stimulation de la pompe à iodure, de la synthèse à thyroglobuline (TG), de la peroxydase, de la tyroxine ionidase et de l'enzyme condensante.
 
Mise en évidence des effets de la TSH sur la pompe par injection de I131 et mesure de la fixation de I en fonction du temps en heure
 
Résultats :
 
Témoin (sujet sain) : au bout de 8h, 20% d'I est fixée.
Témoin + TSH : au bout de 8h, 60% d'I est fixée  
 

(remarque : l'animal est dit intact car les doses de TSH sont faibles) Hypophysectomie : au bout de 8h, 5% d'I est fixée La pompe fonctionne peu.

 

3.    Augmentation de la résorption de la colloïde et de l'excretion des hormones thyroïdiennes dans le sang (action la plus importante).

 

Elle active d'une part l'endocytose de la colloïde au pôle apical des cellules thyroïdiennes, et d'autre part les enzymes protéolytiques lysosomiaux.

Rétroaction négative des hormones thyroïdiennes « libres » dans le plasma sur l’hypophyse antérieure 

C'est la fraction libre c’est à dire active qui exercera un rétrocontrôle. 

Mise en évidence : 

Administration d'hormones thyroïdiennes :

Quand cette fraction libre de T3 et T4 augmente, il se produit une rétroaction négative sur les cellules thyréotropes hypophysaires : la fraction libre inhibe la synthèse et la libération de TSH dans le sang et diminue donc la résorption de la colloïde et la libération des hormones.

Résultat : on ramène la fraction libre à sa valeur normale.
 
Cette boucle directe maintien la concentration des hormones libres dans la sang en agissant directement sur l'hypophyse.
 

Rôle de l'hypothalamus

Certains neurones à axone courts sécrètent un neuropeptide = TRH (Thyréotrophin releasing H) = Thyréolibérine.

Cette neurohormone est libérée dans le sang au niveau du système Porte hypothalamohypophysaire. TRH se fixe alors sur les cellules thyréotropes de l’hypophyse antérieure qui possède des récepteurs protéiques à TRH (remarque : les cellules à PRL ont aussi ces récepteurs).

Rôles :

Action trophique sur les cellules thyréotropes (multiplication des cellules et maintien des structures)

Stimulation de la synthèse de TRH.

Stimulation la libération de TSH dans le sang (excrétion) TRH libérée quand les neurones sont excités.

Rétro-action négative des hormones thyroïdiennes libres dans le plasma sur l’hypothalamus

Toutes élévation de la fraction libre de T3-T4 dans la circulation entraîne une rétroaction humorale négative (inhibitrice) sur les noyaux hypothalamiques.

Toute augmentation de la fraction libre entraine une hyperpolarisation des neurones à TRH (diminution de leur excitabilité), diminution dans le sang porte de TRH, diminution de TSH, diminution de l’excrétion de T3et T4.

Cette boucle indirecte par l'intermédiaire des neurones à TRH, ramène la fraction libre à son niveau basal physiologique.

Il y a donc une double boucle de régulation :

Directe sur TSH et indirecte sur TRH.

Le froid

Pour diminuer la température centrale, il y a pertes de calories cutanées.

Cette baisse stimule les neurones thermorécepteurs de l’hypothalamus qui, par l'intermédiaire de médiateur chimiques stimule (dépolarise) les neurones à TRH et donc augmente la libération de TRH dans le sang Porte, ce qui bien évidemment va augmenter la fraction libre de T3 et T4.

Ainsi, les hormones thyroïdiennes augmentent les réactions d'oxydation et sont donc à l'origine d' une production de travail mais surtout de 80% de chaleur : on ramène donc la température centrale du sang à sa valeur basale de 37,9°C qui doit varier le moins possible.

Facteurs psychiques : émotion. inquiétude, angoisse.

Le stress intérieur, psychique active les neurones à catécholamines ce qui entraine une sécrétion de TRH et l’augmentation de TSH et donc l’augmentation de T3 et T4. C’est la stimulation de l’axe hypothalamo-hypophyso-thvroïdien.

Dans une hyperthyroïdie, il faudra toujours rechercher un facteur psychologique déclenchant. Présent dans 40% des cas.

Agression physiques brutales

Les traumatismes peuvent être responsables de l'altération des neurones à TRH ce qui met la thyroide au repos; les réaction d'oxydation sont trop faibles , les muscles sont mous et tout est au ralenti : on a un sujet myxoedémateux .

Rôle de l'iodémie : autorégulation intra thyroïdienne

Insuffisance chronique d'apport iodé

Synthèse préférentielle de T3 :

Les iodures proviennent surtout des eaux de boissons.

Si l'iodémie est faible, alors la synthèse thyroïdienne est faible entraînant une diminution des hormones thyroïdiennes en particulier de la fraction libre. Donc il n'y a pas de rétrocontrôle direct ou indirect. Ainsi hypothalamus (TRH) et hypophyse (TSH) sont désinhibés et TRH+TSH augmente.

Goitre simple ou goitre non sécrétant : TSH augmente : par son action trophique sur la thyroïde, celle-ci grossit. On a ce que l'on appelle un goitre, mais l'iode est déficitaire, donc il n'y a pas de synthèse possible. On parle d'un goitre non sécrétant. Un déficit en iode étant à l'origine d'un crétinisme, on a souvent parlé de « crétin goitreux » (remarque : le traitement est simple, il faut supplémenter les eaux en iodes.).

Excès d'apport d'iode (conséquence thérapeutique)

Un excès en iode est responsable d'une augmentation des iodures plasmatiques et par voie de conséquence des iodures entrant dans la thyroïde (iode minéral). Il y aura donc plus d'iode organique qui se fixera sur la TG. Plus l'iode organique s'accumule dans la thyroïde, plus l'inhibition des actions stimulantes de la TSH augmentent. Il y a donc une diminution de pompes à iodures, de l'activité de synthèse et enfin de la résorption de la colloïde et de l'excrétion des hormones thyroïdiennes.

Avant, le seul moyen de traitement dans les hyperthyroïdies, était une injection de iodure de K; ce qui augmente le taux de I2 et donc le taux de TG iodée. Par rétrocontrôle, il y a inhibition de la libération de T3 et T4.

Il est important de savoir que 20% de la population est allergique à l'iode.

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