甲状腺の内部には卵胞と呼ばれるユニットがあり、それぞれが別個の工場のように機能します。各卵胞単位は、並んで配置された濾胞細胞 (甲状腺細胞) と、ホルモンの貯蔵庫として使用される中央の空間の「コロイド」で構成されます。濾胞細胞の中には、カルシトニンを分泌する「傍濾胞」細胞があります。甲状腺髄様がんはこれらの細胞から発生します。
甲状腺ホルモンの合成は甲状腺細胞内で行われます。食事から摂取されたヨウ素は甲状腺細胞に入り、T3 ホルモンと T4 ホルモンを生成します。 T3 ホルモンには 3 つのヨウ素（トリヨードチロニン）があり、T4 ホルモンには 4 つのヨウ素（テトラヨードチロニン）があります。 ホルモンの 80% は T4 として検出され、20% は T3 として検出されます。
細胞に入るホルモンは T3 であり、T4 は細胞に入りません。したがって、ホルモンが必要になると、体は一定のバランスを維持するために T4 ホルモンを T3 ホルモンに変換します。 T3 および T4 ホルモンはタンパク質と結合して血液中を循環します。これらのホルモンのごく一部は、遊離型（遊離 T3 および遊離 T4） で存在します。遊離 T3 ホルモンと遊離 T4 ホルモンの測定は、甲状腺機能不全の場合により価値があります。
甲状腺ホルモンのバランスは、脳の下垂体から分泌される TSH ホルモンによって調節されます。それらの間にはマイナスのバランスがあります。甲状腺ホルモンの合成が増加すると TSH は減少し、逆に甲状腺ホルモンの合成が減少すると TSH は増加します。
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