ระดับฮอร์โมน

TSH (มีระยะครึ่งชีวิตประมาณครึ่ง ชม.) กระตุ้นต่อมไทรอยด์ให้หลั่งฮอร์โมนไทรอกซิน (thyroxine, T4) ซึ่งมีผลเพียงแค่เล็กน้อยต่อกระบวนการเมแทบอลิซึมในร่างกายแต่ T4 จะแปรเป็นไทรไอโอโดไทโรนีน (triiodothyronine, T3) ซึ่งเป็นฮอร์โมนหลักที่ออกฤทธิ์กระตุ้นกระบวนการเมแทบอลิซึมโดยการแปรรูปจะเกิดขึ้น 80% ในตับและอวัยวะอื่น ๆ และ 20% จะเกิดขึ้นในต่อมไทรอยด์เอง[2]

TSH เป็นฮอร์โมนที่หลั่งออกตลอดชีวิต แต่จะถึงระดับสูงสุดในช่วงที่มีการเจริญเติบโตและพัฒนาการอย่างรวดเร็วไฮโปทาลามัสที่อยู่ที่ฐานของสมอง เป็นตัวผลิต thyrotropin-releasing hormone (TRH)ซึ่งกระตุ้นต่อมใต้สมองให้ผลิต TSHไฮโปทาลามัสยังผลิตฮอร์โมน somatostatin อีกด้วย ซึ่งมีฤทธิ์ตรงกันข้าม คือ ลดหรือยับยั้งการผลิต TSHระดับความเข้มข้นของฮอร์โมนไทรอยด์ทั้งสอง (คือ T3 และ T4) ในเลือดเป็นตัวควบคุมการปล่อย TSH ของต่อมใต้สมองเมื่อ T3 และ T4 มีน้อย TSH ก็จะผลิตเพิ่มขึ้น และเมื่อT3 และ T4 มีมาก TSH ก็จะผลิตน้อยลงซึ่งเป็นตัวอย่างของการควบคุมย้อนกลับแบบลบ (negative feedback)[6]

ถ้าค่าเหล่านี้ขาดหรือเกิน เช่น ถ้า TSH อยู่ที่ระดับต่ำ-ปกติ และ T4 อยู่ที่ต่ำ-ปกติ นี่อาจเป็นตัวบอก tertiary (central) disease และพยาธิสภาพของ TSH-TRHส่วนระดับ reverse T3 (RT3) ที่สูงบวกกับ TSH ที่ต่ำ-ปกติ และ T3, T4 ที่ต่ำ-ปกติ เป็นตัวบ่งกลุ่มอาการป่วยขณะที่ต่อมไทรอยด์ทำหน้าที่ปกติ (ESS) ซึ่งอาจต้องตรวจเพิ่มถ้ามีอาการต่อไทรอยด์กึ่งอักเสบเรื้อรัง (chronic subacute thyroiditis, SAT) และมีฮอร์โมนน้อยหรือไม่มีประสิทธิผลคนไข้ที่เคยได้วินิจฉัยว่าเป็นต่อมไทรอยด์อักเสบเพราะภูมิต้านตนเอง ต้องระวังว่าจะเกิด SAT เสมอแม้จะมีระดับ TSH ที่ปกติเพราะว่า ภูมิต้านตนเองไม่สามารถหายได้เพื่อที่จะตีความผลแล็บ จำเป็นต้องเข้าใจว่า TSH หลั่งออกเป็นระยะ ๆ[7][8][9]โดยหลั่งเป็นจังหวะทั้งแบบรอบวัน (circadian) และแบบ ultradian[10]

หน่วยย่อย

TSH เป็นไกลโคโปรตีนที่มีหน่วยย่อย 2 หน่วย คือแบบอัลฟาและบีตา

• หน่วยย่อยแบบอัลฟา (ซึ่งก็คือ chorionic gonadotropin alpha, CGA) เกือบเหมือนกับหน่วยย่อยของ human chorionic gonadotropin (hCG), luteinizing hormone (LH), และ follicle-stimulating hormone (FSH) หน่วยย่อยนี้เชื่อว่า เป็นตัวควบคุม (effector region) ที่กระตุ้นเอนไซม์ adenylate cyclase ให้ทำงาน ซึ่งมีส่วนในการสังเคราะห์ Cyclic adenosine monophosphate (cAMP)[11] และเป็นห่วงลูกโซ่กรดอะมิโน 92 อัน
• หน่วยย่อยแบบบีตา (TSHB) ของ TSH ไม่เหมือนใคร และดังนั้น จึงเป็นตัวกำหนดตัวรับ TSH ที่สามารถรับฮอร์โมนได้โดยเฉพาะ[12] โดยเป็นห่วงลูกโซ่กรดอะมิโน 118 อัน

การสังเคราะห์ฮอร์โมนไทรอยด์[13] แสดงเซลล์รูปลูกบาศก์ (สีฟ้า) เป็น follicular cells ของต่อมไทรอยด์, ช่องข้างเซลล์ด้านซ้าย (สีเนื้อ) เรียกว่า follicular lumen (ช่องที่ follicular cells ล้อมเป็นวงกลมในรูปเล็ก ที่เต็มไปด้วย colloid ซึ่งก็คือ โปรตีน thyroglobulin แบบเข้มข้น), sodium-iodide symporter เป็นสีส้มด้านขวามือตรงกลาง (ข้อ 1), ลูกศรสีม่วงแสดงการเพิ่มไอโอดีนให้ thyroglobulin ใน follicular lumen (ข้อ 2), ลูกศรเล็กสีส้มล่างแสดงกระบวนการ conjugation (ข้อ 3) และ endocytocis (ข้อ 4), ลูกศรสีชมพูล่างแสดง proteolysis ของโปรตีนที่รวมตัว กลายเป็น T4 และ T3 ที่เป็นอิสระ (ข้อ 5), MCT สีเขียวด้านล่างแสดงการหลั่งฮอร์โมนไทรอยด์ออกสู่ในเลือด (ข้อ 6)

ตัวรับ TSH

ตัวรับ TSH (TSH receptor) โดยมากอยู่ใน follicular cells ของต่อมไทรอยด์[14]การเร้าตัวรับมีผลเพิ่มการผลิตและการหลั่งฮอร์โมน T3 และ T4ซึ่งมีขั้นตอน 6 อย่าง คือ

1. เพิ่มการทำงานของ sodium-iodide symporter (NIS) ซึ่งอยู่ที่เยื่อหุ้มส่วน basolateral ของ follicular cells และดังนั้น จึงเพิ่มความเข้มข้นของ iodine ภายในเซลล์ (เป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า iodine trapping)
2. เพิ่มไอโอดีนให้กับโปรตีน thyroglobulin ซึ่งเป็นโปรตีนตั้งต้นของฮอร์โมนต่อมไทรอยด์ ผ่านกระบวนการ Halogenation ใน follicular lumen
3. กระตุ้นให้เกิดการรวมตัวกัน (conjugation) ของ tyrosine residue (ของโปรตีน) ที่รวมตัวกับไอโอดีนในขั้นที่แล้ว ซึ่งสร้างไทรอกซิน (thyroxine, T4) และไทรไอโอโดไทโรนีน (T3) แต่ที่ยังติดอยู่กับโปรตีน thyroglobulin
4. เพิ่มกระบวนการ endocytocis ของโปรตีน thyroglobulin ที่เติมไอโอดีน ผ่านเยื่อหุ้ม apical เข้าไปในเซลล์
5. กระตุ้นการแยกสลายโปรตีน (proteolysis) ของ thyroglobulin ที่เติมไอโอดีน ให้เป็นไทรอกซิน (thyroxine, T4) และไทรไอโอโดไทโรนีน (T3) ที่แยกเป็นอิสระ
6. การหลั่งไทรอกซิน (thyroxine, T4) และไทรไอโอโดไทโรนีน (T3) ผ่านเยื่อหุ้มส่วน basolateral ออกไปนอกเซลล์เข้าในเลือด ซึ่งมีกลไกที่ยังไม่ชัดเจน[15]

นอกจาก TSH แล้ว สารภูมิต้านทานที่มีฤทธิ์เหมือน TSH สามารถออกฤทธิ์ต่อตัวรับ TSH โดยมีผลเป็นโรคคอพอกตาโปน (Graves' disease)และ hCG (ที่รกในหญิงมีครรภ์ผลิต) ดูจะมีฤทธิ์ต่อตัวรับ TSH และสามารถกระตุ้นให้ผลิตฮอร์โมนต่อมไทรอยด์ดังนั้น ในช่วงการตั้งครรภ์ การมีระดับ hCG สูงเป็นระยะเวลานานอาจทำให้เกิดภาวะต่อมไทรอยด์ทำงานเกินช่วงมีครรภ์ (gestational hyperthyroidism) เป็นเวลาชั่วคราว[16]อีกอย่างหนึ่ง เนื้องอกแบบ trophoblastic (ที่เกิดเนื่องจากการตั้งครรภ์) ก็สามารถทำให้ผลิตฮอร์โมนไทรอยด์เพิ่มได้ด้วย