甲状腺位于颈部前方环状软骨之下，由通过峡部相连的左右两叶构成。甲状腺内的滤泡细胞产生两种主要的甲状腺激素
四碘甲状腺原氨酸（甲状腺素, T4）
三碘甲状腺原氨酸（T3）
这些激素作用于机体中每一种组织细胞，和细胞中的核受体结合，改变许许多多基因产物的表达。甲状腺激素是胎儿和新生儿正常脑和体细胞组织发育所必需的，并且在所有年龄的人群中，甲状腺激素调节蛋白质、碳水化合物和脂肪代谢。
T4 具有最小的激素活性，但其半衰期较长（8 天），可作为 T3 的储存库或激素原。T4 在大多数组织中转化为 T3（与核受体结合的活性形式）和逆 T3 (rT3)，后者是没有代谢活性的甲状腺激素的非活性形式。在某些疾病中，rT3 水平会升高。
甲状腺中的滤泡旁细胞(C细胞)分泌降钙素，对高钙血症做出反应时释放降钙素，并降低血清钙水平（见钙代谢调节）。
甲状腺激素的合成与释放
甲状腺激素的合成需要碘（见图甲状腺激素的合成）。碘以碘化物的形式从食物和饮水中摄入机体，由甲状腺浓集并在滤泡细胞中由甲状腺过氧化物酶转化为有机碘（有机化）。卵泡细胞围绕着充满胶体的空间（卵泡），胶体由甲状腺球蛋白（一种在其基质内含有酪氨酸的糖蛋白）组成。与滤泡细胞膜相接触的酪氨酸在1或2个位置上碘化（一碘酪氨酸或二碘酪氨酸），然后偶联形成2种甲状腺激素。
二碘酪氨酸 + 二碘酪氨酸 → T4
二碘酪氨酸 + 单碘酪氨酸 → T3
甲状腺激素的合成
在滤泡中T3和T4仍和甲状腺球蛋白结合，直至甲状腺滤泡细胞将含有甲状腺球蛋白的胶质小滴摄入细胞内后，T3和T4才和甲状腺球蛋白分离。
然后游离T3和 T4被释放进入血流，和血清中载运蛋白相结合血清中载运蛋白主要是甲状腺素结合球蛋白（TBG），后者与T3 和 T4的亲和力高但结合容量低。正常情况下，约75%与载运蛋白结合的甲状腺激素由TBG运送。
其他结合蛋白是
甲状腺素结合前白蛋白(转甲状腺素)，与 T4的亲和力高但结合容量低。
白蛋白，其亲和力低但对T3和T4的结合能力高
约0.3%的血清总T3和0.03%的血清总T4为游离形式，并与结合的甲状腺激素保持平衡。只有游离T3、T4能作用于周围组织。
T3和T4的合成与释放受垂体促甲状腺细胞分泌的促甲状腺素（TSH）控制。TSH的分泌受垂体负反馈机制控制：游离T4和T3水平增高时，TSH合成和分泌减少；反之则TSH分泌增多。TSH的分泌也受到下丘脑合成的促甲状腺素释放激素（TRH）的影响。虽然来自甲状腺激素的负反馈起一定作用，但调节TRH合成和释放的确切机制还不清楚。
大多数循环三碘甲状原氨酸是在甲状腺外部的外周组织中通过甲状腺素单脱碘产生的。只有1/5的 T3从甲状腺直接分泌。
甲状腺功能的实验室检查
促甲状腺激素（TSH）检测
TSH测定是确定甲状腺功能有无障碍的最好方法（见表各种临床情况下甲状腺功能检查结果）。正常的促甲状腺激素水平基本上排除了甲状腺功能亢进或甲状腺功能减退，但下丘脑或垂体疾病导致的中枢性甲状腺功能减退患者或罕见的垂体对甲状腺激素抵抗患者除外。重病患者的血清 TSH 可能会假性降低，尤其是接受糖皮质激素或多巴胺治疗的患者（见 甲状腺功能亢进症候群)。
在血清T4、游离T4、血清T3和游离T3水平正常的情况下，血清TSH水平的变化定义了亚临床甲状腺功能亢进症（低血清TSH）和亚临床甲状腺功能减退症（高血清TSH）的综合征。
各种不同临床情况下的甲状腺功能实验室检查结果
生理状况 | 血清TSH | 血清游离T4 | 血清T3 | 24小时放射性碘摄取 |
|---|---|---|---|---|
未治疗 | 低* | 高 | 高 | 高 |
T3中毒症 | 低度危险 | 正常 | 高 | 正常或增高 |
未治疗 | 高 | 低度危险 | 低或正常 | 低或正常 |
继发于垂体病变的甲状腺功能减退 | 低或正常 | 低度危险 | 低或正常 | 低或正常 |
甲状腺功能正常 | ||||
使用碘 | 正常 | 正常 | 正常 | 低度危险 |
使用外源性甲状腺激素 | 正常或降低 | T4正常，T3降低 | T3增高，T4正常 | 低度危险 |
使用雌激素 | 正常 | 正常 | 高 | 正常 |
正常，降低或增高 | 正常或降低 | 低度危险 | 正常 | |
*甲状腺机能亢进症患者TSH低，除非罕见病例是TSH分泌性垂体腺瘤或垂体对甲状腺激素正常抑制抵抗。 | ||||
T3 = 三碘甲腺原氨酸；T4 =甲状腺素；TSH = 促甲状腺素。 | ||||
甲状腺素（T4）测量
血清总T4测定包括了结合和游离两部分。甲状腺激素结合血清蛋白(甲状腺素结合球蛋白或 白蛋白)水平的变化使总T4发生相应变化，尽管生理活性游离T4水平没有变化。因此，患者可能具有生理上正常的游离T4水平，但血清总T4水平异常。可以直接测定血清游离T4以避免在解释总T4水平时出现错误。
游离甲状腺素指数（游离T4指数）是一个通过计算得出的数值，它可校正血清甲状腺激素结合蛋白数量变化对总T4的影响，因而可通过总T4测定来估计游离T4的水平。甲状腺激素结合率或T4树脂摄取可用来估计与蛋白质结合的激素的比例。游离T4指数测算较易，与游离T4直接测定有较好的可比性。
三碘甲状腺原氨酸（T3）检测
血清总T3和游离T3也可测定。由于T3与TBG结合紧密（虽然比T4差10倍），因此血清TBG的变化，以及能改变TBG结合力的药物都会影响血清总T3水平。血清游离T3水平检测可采用与T4相同的直接法和间接法（游离T3指数），主要用于评估甲状腺毒症。
甲状腺结合球蛋白（TBG）
TBG可以测量。它在妊娠期、雌激素治疗或雌激素-孕激素口服避孕药使用中以及感染性肝炎急性期增加。TBG也可以通过编码TBG的基因中的X连锁突变而增加。最常见的是减少肝蛋白合成、使用合成代谢类固醇、肾病综合征和过量使用皮质类固醇的疾病。某些药物如苯妥英和阿司匹林及其衍生物在大剂量使用时，可将与TBG结合的T4置换下来，使血清总T4假性降低。
甲状腺过氧化物酶自身抗体
甲状腺过氧化物酶的自体抗体存在于几乎所有桥本甲状腺炎患者（其中有些还有甲状腺球蛋白自体抗体）及大多数Graves病患者体内。这些自体抗体是自身免疫疾病的标志，但并不一定致病。然而，针对甲状腺滤泡细胞上促甲状腺激素受体（促甲状腺免疫球蛋白[TSI]）的自身抗体是格雷夫斯病甲状腺功能亢进的原因。 自身免疫性甲状腺疾病患者体内可发现抗T4和T3的抗体，这些抗体可影响T4和T3的测定，但几乎没有临床意义。
甲状腺球蛋白
甲状腺是甲状腺球蛋白合成的唯一部位，后者在正常血清中很易测出，在非毒性或毒性（产生甲状腺激素并引起症状性甲状腺功能亢进)甲状腺肿患者中常增高 。血清甲状腺球蛋白测定主要用于评估因甲状腺已分化癌而行甲状腺次全切或全切（加用或未用碘131放疗）患者术后的状况。血清甲状腺球蛋白值正常或升高表明接受TSH抑制剂量左甲状腺素的患者或停用左甲状腺素的患者存在残留的正常或癌性甲状腺组织。但是，甲状腺球蛋白抗体可能影响其测定结果。
甲状腺功能异常筛查
许多州和国家建议对所有新生儿进行甲状腺疾病筛查，以发现先天性甲状腺功能减退症，如果不治疗，先天性甲状腺功能减退症可能损害正常发育(1)。
由于证据不足，不建议对无症状成年人（包括孕妇）进行常规筛查，因为没有已知的甲状腺疾病风险因素 (2)。对于有危险因素的患者，应测量血清 TSH，这是筛查甲状腺功能亢进和甲状腺功能减退的最佳检测方法。
由于 亚临床甲状腺功能减退症 （定义为血清 TSH 升高但 T4 水平正常）在老年人中的患病率增加，一些权威机构建议每年对以下年龄> 70 岁的人群进行筛查，尽管有研究表明血清 TSH 水平会随着年龄的增长而增加，但并不表示患有疾病。这种增长导致多达 40% 的患者接受过度治疗（3)，因此尚不确定对已检测到亚临床甲状腺功能减退症的老年人进行治疗是否有任何益处。
筛查参考文献
1.Rose SR, Wassner AJ, Wintergerst KA, et al.Congenital Hypothyroidism: Screening and Management. Pediatrics 2023;151(1):e2022060420.doi:10.1542/peds.2022-060420
2.Thyroid Disease in Pregnancy: ACOG Practice Bulletin, Number 223. Obstet Gynecol 2020;135(6):e261-e274.doi:10.1097/AOG.0000000000003893
3.Somwaru LL, Arnold AM, Joshi N, Fried LP, Cappola AR.High frequency of and factors associated with thyroid hormone over-replacement and under-replacement in men and women aged 65 and over. J Clin Endocrinol Metab 2009;94(4):1342-1345.doi:10.1210/jc.2008-1696
放射性碘摄取和成像
放射性碘摄取试验用于测定甲状腺对碘的吸收率。给患者口服或静脉注射微量放射性碘；然后用扫描仪测定甲状腺对放射性碘的摄取量。在放射性碘的同位素中，以碘123为佳，因患者受到的辐射量最小（大大少于碘131）。甲状腺对碘123的摄取可因患者平时的碘摄入量而有很大变化，如患者摄入过大量碘， I的摄取率会降低。
这一试验可用于甲状腺功能亢进的鉴别诊断（摄取率增高见于Graves病，降低见于甲状腺炎）。也有助于计算治疗甲状腺功能亢进时所需的碘131用量。
给予放射性碘或99mTc过锝酸盐后进行闪烁照相，可得到表示同位素摄取情况的图像。局灶性的摄取增多（热点）或减少（冷点）有助于鉴别癌变的可能部位（甲状腺癌在热结节中<1%，在冷结节中为10%～20%）。
