脊椎動物特有的內分泌腺，分泌含碘的氨基酸，稱甲狀腺激素，能調節機體的新陳代謝和生長髮育。
系統發生：
甲狀腺在無脊椎動物尚未分化，但已有合成甲狀腺激素的中間物，一碘酪氨酸、二碘酪氨酸等化合物。而甲狀腺激素僅在少數無脊椎動物如珊瑚和被囊動物中發現。它在缽水母綱海蜇的變態中有顯著作用，從而顯示其生理功能。
脊椎動物開始有甲狀腺。它是由咽鰓部發育而來。被膜動物的內柱被認為是脊椎動物甲狀腺的前身。內柱咽部的一些上皮細胞可以結合碘，細胞頂部分泌顆粒釋放到咽部。雖然已證明有典型的甲狀腺激素存在，但至今尚未發現其生理作用。魚類的甲狀腺不成對，沿腹大動脈散在；兩棲動物的甲狀腺，沿鰓弧而散在；爬行動物也不成對，位於頸部中央；鳥類的甲狀腺多成對，而且常在支氣管的基部；哺乳動物的甲狀腺大多不成對。
解剖位置及結構特點：
人的甲狀腺緊貼在喉與氣管上端4～6個軟骨環的前面和兩側。兩側部較大，叫左、右側葉，兩者由較細的峽部相連接。甲狀腺外面有兩層結締組織被膜。內層緊貼腺體實質，其中有豐富的血管網，外層是氣管前筋膜的一部分。甲狀腺的血管分佈通常有甲狀腺上動脈、甲狀腺下動脈各一對及 3對靜脈。此外，少數人還有甲狀腺最下動脈。甲狀腺的血液供應極為豐富，每分鐘每100克甲狀腺組織的血流量約為350～600毫升，這比腦組織的血流量還多。
甲狀腺包膜延伸到腺體實質中，把腺體分成許多小葉，每個小葉由20～40個叫做甲狀腺濾泡的囊狀小泡組成。濾泡是甲狀腺的基本結構單位，又是功能單位。濾泡壁由一層上皮細胞組成，濾泡內充滿膠質，濾泡上皮細胞分為濾泡主細胞(濾泡細胞)和濾泡旁細胞兩類。前者在濾泡上皮中佔多數，是產生甲狀腺激素的細胞。其形態因功能狀況不同而呈扁平、立方或柱狀。在甲狀腺激素合成活動增強時，濾泡細胞變高呈柱狀，線粒體及分泌小泡密集在細胞頂端。在靜息階段，濾泡細胞變低呈立方形或扁平狀。
甲狀腺激素：
是由甲狀腺上皮細胞製造的具有生物活性的物質，主要為L-甲狀腺素和L-3，5，3＇-三碘甲腺原氨酸。在正常甲狀腺中，L-甲狀腺素的含量很高，而三碘甲腺原氨酸的含量則很少，但其生物活性比L-甲狀腺素大5倍，是機體內起主要作用的甲狀腺激素。
生物合成
合成甲狀腺激素的主要原料是碘和酪氨酸。酪氨酸在體內不易缺乏，而碘則需不斷由食物供應。
（1）碘的攝取：甲狀腺具有很強的攝碘能力。甲狀腺細胞內的碘濃度較周圍組織液中高約25倍。甲狀腺細胞膜可逆電化學梯度主動地將碘轉運到細胞內。膜的這種主動轉運碘的特殊能力，是通過“碘泵”來完成的。對於碘泵的本質目前還不清楚，只知碘的主動轉運過程要消耗能量並與細胞呼吸密切相關。當用氰化物抑制細胞呼吸或用二硝基酚使氧化磷酸化解聯後，碘的主動轉運即遭受破壞。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，則碘的主動轉運也受到抑制。
（2）碘的氧化：濃聚在甲狀腺上皮細胞內的離子碘，必須先轉化為“活性碘”，然後才能使甲狀腺球蛋白中的酪氨酸殘基進行碘化。離子碘的活化是一個氧化過程，需要過氧化氫為氧化劑，並受過氧化物催化。甲狀腺中有幾種不同的過氧化酶，如乳過氧化物酶和辣根過氧化物酶，它們都能使離子碘氧化，因此難以確定是否有特異的碘過氧化酶。過氧化氫是在線粒體內形成的。還原型吡啶核苷酸使黃素核苷酸還原，繼而黃素核苷酸自身氧化，產生過氧化氫。“活性碘”是什麼形式，還沒有確定。某些先天性甲狀腺腫患者，細胞內可能缺乏過氧化酶，致使離子碘無法活化而引起甲狀腺功能不足。
（3）碘化作用和甲狀腺激素的合成：細胞內經活化的碘很快與一個大分子的甲狀腺球蛋白相結合。碘直接結合在此蛋白的酪氨酰基上，而不是結合在遊離的氨基酸上，替代的位置在苯環的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進行。兩個二碘酪氨酸可以耦合成甲狀腺激素，脱下一個丙氨酸。這一耦合反應可能也受過氧化物酶的催化。一個一碘酪氨酸和一個二碘酪氨酸也可耦合成三碘甲腺原氨酸，不過其量很少。三碘甲腺原氨酸大部分是由甲狀腺激素經血液循環到組織中脱去一個碘生成的。
（4）甲狀腺球蛋白：甲狀腺球蛋白是甲狀腺濾泡內膠質的主要成分，是一種糖蛋白，分子量為66萬，沉降係數為19S（S=10-13秒）。正常甲狀腺球蛋白的碘含量約為0.2～0.7％。甲狀腺球蛋白在甲狀腺激素的生物合成中佔有重要位置。不論酪氨酰基的碘化或是耦合反應形成甲狀腺激素和三碘甲腺原氨酸都是在這一蛋白質上進行的。合成的甲狀腺激素、三碘甲腺原氨酸以及一碘和二碘酪氨酸，都附着於甲狀腺球蛋白的分子上，並貯存於膠質中。
分泌
首先是濾泡細胞頂部的微絨毛，借吞飲作用將膠質重吸收到細胞內，形成膠質滴，內含甲狀腺球蛋白。攝入的小滴向基底細胞極移動，在中途和溶酶體融合。溶酶體含有蛋白水解酶，把一碘酪氨酸、二碘酪氨酸、三碘甲腺原氨酸和甲狀腺激素逐步經水解作用而解脱下來，遊離的甲狀腺激素和三碘甲腺原氨酸通過濾泡細胞轉運到細胞外液；並進入血液，而一碘和二碘酪氨酸由脱碘酶脱碘。脱下的離子碘，大部分在細胞內用於再合成甲狀腺激素，小部分逸出細胞。每天這樣被再利用的離子碘比自血液中攝入的離子碘多2～4倍，因而碘再利用的方式是很重要的(圖1)。
血漿中的甲狀腺激素
甲狀腺素主要與血中三種蛋白質，即甲狀腺素結合球蛋白、甲狀腺素結合前白蛋白和白蛋白相結合。前兩種都有能與甲狀腺素結合的固定點。三碘甲腺原氨酸主要與甲狀腺素結合球蛋白結合，但也只有甲狀腺素結合量的 3％，所以三碘甲腺原氨酸主要以遊離型存在。甲狀腺激素與血漿蛋白結合可以防止激素從腎排泄中丟失和被組織破壞。但是結合形式的激素沒有活性，真正能發揮生理作用的是遊離激素。遊離激素的量很少，測定也很困難，但遊離量與總激素量一般處於平衡狀態，當遊離甲狀腺激素進入組織細胞以後，結合的部分又有一些遊離出來。
降解代謝
甲狀腺激素主要在肝、腎、腦和肌肉中代謝。其主要過程為，苯環的羥基和葡萄糖醛酸或硫酸結合，經膽汁排入小腸，小腸內極少重吸收，由小腸進一步予以分解，隨糞便排出。甲狀腺激素除經結合失去活性外，主要經脱氨、脱羧和脱碘而失去活性，其中最重要的方式是脱碘。多數組織中都含有脱碘酶，甲狀腺素脱碘可產生三碘甲腺原氨酸或3，3＇，5-三碘甲腺原氨酸（逆-T3）。前者 80％也經脱碘而失活，其代謝產物還不清楚，脱下的碘除可再供甲狀腺利用外，一部分從尿中排出。另有小部分甲狀腺激素直接從尿中排出。
甲狀腺激素的生理作用：
甲狀腺激素沒有特異的靶細胞，其作用十分廣泛，因其含量不同而出現不同的效應。
產熱作用
甲狀腺激素的明顯作用是增加耗氧量和產熱。產熱作用與增加細胞膜上的鈉泵的活動性有關。它能增加心肌、肝、腎和骨骼肌等組織(腦除外)細胞膜上Na+、K+-ATP酶的活性，從而增加耗氧量與產熱量。膜對鈉離子、鉀離子的轉運功能可被哇巴因 (ouabain)抑制。如預先用哇巴因抑制Na+、K+-ATP酶，甲狀腺激素增加耗氧量的作用幾乎完全消失。這説明甲狀腺激素促進細胞產熱的作用和刺激細胞膜對鈉離子的轉運有關。
對蛋白質合成、機體生長與發育的作用
甲狀腺激素對整體蛋白質代謝的影響，因用量不同而有質的差別。幼小動物切除甲狀腺後，肌肉、肝和腎中的蛋白質減少。此時如給中等劑量的甲狀腺激素後，會使蛋白質合成增加，氮的排泄減少；如給大劑量甲狀腺激素，蛋白質的合成反而受到抑制，但血漿、肝和肌肉中游離的氨基酸濃度明顯升高。
甲狀腺可促進生長髮育最明顯的證明，是切除甲狀腺的蝌蚪不能變態，但將正常蝌蚪放在含量少到 1微摩爾／升濃度甲狀腺激素的環境中，便可加速蝌蚪的變態。這一作用機制至今雖然尚未完全闡明，但已經知道，甲狀腺激素的作用是通過增加休內有關酶系的活性來完成的。例如，氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ對蝌蚪變態就有誘導作用，而且在含低濃度（2.6×10-8摩爾/升）。甲狀腺激素的條件下特別明顯。此外，在哺乳動物胚胎髮育期鳥氨酸循環的酶中至少有一種酶，即精氨酸酶的量，因甲狀腺激素存在而增加。
適量的甲狀腺激素對維持生長激素的促進生長作用是必要的。未成熟的動物在發生甲狀腺功能減退時，可影響生長激素髮揮正常的作用而使生長緩慢。如給適量的甲狀腺激素，生長速度可以恢復正常，但用量過大時，生長反會受到抑制。
對糖代謝的作用
甲狀腺激素可促進腸粘膜對葡萄糖的吸收，還能加強兒茶酚胺和胰島素對糖代謝的作用。甲狀腺激素對糖代謝的影響，也與劑量大小有關。例如，在胰島素存在的情況下，小劑量甲狀腺激素能增加糖原的合成，大劑量則促進糖原分解。此外，甲狀腺激素還有促進胰島素分解的作用。甲狀腺功能亢進患者，常對外源性胰島素表現不敏感；反之，在甲狀腺功能減退時，常出現對胰島素過度敏感現象。
對脂肪代謝的作用
甲狀腺激素既能促進脂類的合成，又能促進脂類的分解，但總的效果是分解大於合成。所以在甲狀腺功能亢進時，體內儲存的脂類以及血漿所含的脂類（包括甘油三脂、磷脂和膽固醇）減少；反之，則增加。脂肪的分解作用是通過使腺苷酸環化酶增多來實現的。
對心臟的作用
甲狀腺激素使心搏率加快，心縮力增強，每分和每搏輸出量都增加。新近的資料表明，甲狀腺激素可直接作用於心肌，促進肌質網釋放Ca2+，進而激活與心肌收縮有關的蛋白質，增強收縮力。
對中樞神經系統的作用
甲狀腺激素對中樞神經系統的發育及功能都有顯著影響。胚胎髮育期及出生後早期，如果甲狀腺激素分泌不足，腦組織受到的損害遠較缺少其他激素更重。甲狀腺激素對大腦皮層發育有特殊的作用，它對腦功能的影響可能和促進腦中某些蛋白質的合成有關。中樞神經系統在發育的不同階段都有一些蛋白質、酶和脂類的合成，它們可受甲狀腺激素的影響。例如，正常大鼠隨着神經系統中神經磷脂的形成，出現尿苷二磷酸半乳糖-神經氨基醇半乳糖基換移酶。這種酶的量在甲狀腺功能低下的新生大鼠腦中降低。如果在出生後 8天內不給甲狀腺激素，則這種酶將一直保持低水平而且不再恢復。
其他生理作用
甲狀腺激素能促進水、鈉排出，因而有利尿作用。大量甲狀腺激素由於可促進蛋白質分解，對細胞有一定損壞作用，常會使細胞內的鉀釋放，因而尿鉀排出增多，甲狀腺激素過多時，可引起鈣磷代謝紊亂，鈣磷排泄量增加。
由於甲狀腺激素有刺激代謝的作用，可使參與各種代謝的維生素如B1、B2、B12、C的需要量增加。並能促進維生素A的生成。
甲狀腺激素不足時，造血功能減退、骨髓生成活性降低，會產生貧血；甲狀腺功能亢進時可使骨髓增生，但一般不會引起紅細胞增多症。
甲狀腺激素還使腸蠕動加快，如甲狀腺激素含量減少則腸蠕動減慢。
甲狀腺分泌功能的調節：
甲狀腺主要受下丘腦-腺垂體系統調節，通過這種調節可以保持血中甲狀腺激素濃度的相對穩定。腺垂體的促甲狀腺細胞分泌的促甲狀腺激素，經血液循環運送到甲狀腺，與濾泡細胞膜上的相應受體結合後，可使細胞內腺苷酸環化酶生成增多並相繼引起一系列變化。首先促使甲狀腺釋放甲狀腺激素，隨着又加強甲狀腺激素合成的各個環節，最後使濾泡細胞攝取和濃縮離子碘的活動增強。同時，也使濾泡細胞增生、增高而呈柱狀。當血中甲狀腺激素含量增加時，又能抑制腺垂體合成與分泌促甲狀腺激素的功能，這是一種很重要的負反饋作用。
下丘腦前部一些神經細胞能合成一種激素，叫做促甲狀腺激素釋放激素。它由正中隆起處釋放出來，經垂體門靜脈運送到腺垂體，能促使腺垂體合成和釋放促甲狀腺激素。中樞神經系統通過下丘腦釋放促甲狀腺激素釋放激素來調節甲狀腺的功能。血中促甲狀腺激素含量的水平，可以反饋地抑制下丘腦促甲狀腺激素釋放激素的分泌。關於甲狀腺激素對下丘腦的反饋作用，有人説有負反饋，但還有人發現血中甲狀腺激素可增加促甲狀腺素釋放激素合成酶系的活性，從而認為下丘腦促甲狀腺素釋放激素可能有正反饋作用(圖2)。
甲狀腺還具有自身調節作用，可使腺體保持足夠的碘儲備，並對碘進行最充分的利用。這一作用並不需要促甲狀腺激素的參與。例如切除垂體的大鼠能夠在缺碘時提高其甲狀腺的攝碘能力。正常鼠缺碘之初，血漿中碘濃度增高之前便增強了甲狀腺激素分泌，説明甲狀腺自身調節在缺乏促甲狀腺激素時仍可進行。
參考書目程治平：《內分泌生理學》，人民衞生出版社，北京，1984。
