甲状腺激素T  ₃   、T  ₄   由甲状腺分泌进入血液循环中，以两种方式运输。一种是游离状态，这是极少部分；另一种是与血浆蛋白结合，这是甲状腺激素的绝大部分。这两种形式之间呈动态平衡。99.9%的T  ₄   和99.7%的T  ₃   都是与蛋白结合的。血浆中游离T  ₄   （FT  ₄   ）约占0.03%，游离T  ₃   （FT  ₃   ）约占0.3%。T  ₃   的游离度比T  ₄   大10倍左右，T  ₃   的生物活性大于T  ₄   。实际上能进入细胞发挥生理作用，并对下丘脑—垂体起反馈作用的，只是游离的甲状腺激素（FT  ₃   、FT  ₄   ）。
与甲状腺激素结合的血浆蛋白，可以调节甲状腺激素的生理效应与代谢速度。这些蛋白质还能缓冲血浆内甲状腺激素含量的急剧变化，并防止小分子的甲状腺素从肾小球滤过而丢失。这些与甲状腺激素结合的血浆蛋白有3种：①甲状腺激素结合球蛋白（TBG）占75%。②甲状腺激素结合前蛋白（TBPA）占15%。③白蛋白（TBA）占10%。这3种蛋白与甲状腺激素结合的亲和力依次为：TBG＞TBPA＞TBA。血浆中这几种蛋白含量发生变化时，也会明显影响血浆中甲状腺激素含量的变化。尤其是TBG的变化与甲状腺激素的功能关系更为密切。比如妊娠及使用雌激素等药物，可使TBG增多；雄激素可使TBG减少。许多药物都可以通过对这些蛋白的作用影响血液中的结合甲状腺激素的含量。
T  ₄   在周围组织中经脱碘酶的作用，40%转变为T  ₃   ，这是血浆T  ₃   的主要来源。T  ₄   还可以转变成没有生物活性的rT  ₃   。正常时rT  ₃   很少，在一些严重慢性病患者、老年人、胎儿期、营养不良及手术等情况下，rT  ₃   生成增多。
每日有约1/3的甲状腺激素在肝脏随胆汁排入小肠，其中1/3再吸收入血，形成甲状腺激素的肝肠循环（也是碘元素的肝肠循环）。未被吸收的甲状腺激素一部分由粪便排出体外。还有一部分由尿中排出。

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