В циркулирующей крови около 75% йода находится в виде органических соединений, остальная часть йода представлена йодид-ионом. У здорового человека концентрация свободных тиреоидных гормонов в плазме крови очень низкая. Более 90% органических соединений йода представлено тироксином, связанным со специфическими тироксинсвязывающими белками плазмы: альфа-глобулином, преальбумином и альбумином. Трийодтиронин также циркулирует в крови в связанном состоянии, но его связь с белками плазмы менее прочная. Кроме этих основных форм, в плазме крови в незначительном количестве присутствуют и другие йодированные компоненты: 2-монойодгистидин, 4-монойодгистидин, тироксамин и 4-окси-3,5-ди-йодфенилпировиноградная кислота. Эти вещества представляют собой промежуточные продукты метаболизма йодсодержащих гормонов щитовидной железы.

Поступающие из плазмы крови в ткани тиреоидные гормоны освобождаются от связи со специфическими белками плазмы и выполняют свою гормональную функцию. Изучение гормональной активности различных йодированных тиронинов показало, что только 3,5-ди-йодтиронин, 3,3',5-трийодтиронин и тироксин обладают гормональной активностью, прочие соединения этого класса инертны. Максимальной активностью обладает 3,З'5-трийодтиронин, активность тироксина в четыре раза ниже. Для того чтобы соединение обладало гормональной активностью, необходимо и достаточно наличие двух атомов йода в положениях 3 и 5 внутреннего ароматического кольца молекулы тиронина.

Каков же механизм гормонального действия тиреоидных гормонов? Исследования показывают, что первой фазой гормонального действия является присоединение молекулы гормона к белку за счет амино- и карбоксильной групп аланинового остатка. Затем атом йода, находящийся в положении 5 внутреннего ароматического ядра, отдает один электрон и приобретает положительный заряд. Эта форма йода обладает максимальной биологической активностью. Отданный йодом электрон затрачивает часть своей энергии на синтез аденозинтрифосфорной кислоты из аденозиндифосфата и фосфорной кислоты. Энергия электрона может акцептироваться также ди- и трифосфопиридиннуклеотидом. В конечном итоге энергия запасается в виде макроэргических связей.

Положительно заряженный атом йода захватывает электрон с низкой энергией из сопряженной окислительной цепи. При этом молекула гормона возвращается к своему исходному состоянию, в котором она снова может служить донором электрона, обладающего высокой энергией. Эта модель объясняет появление источника энергии в виде слабого электрического тока, при помощи которого создаются макроэргические связи и который лежит в основе такой важной функции тиреоидных гормонов, как теплообразование.

В чем же состоит уникальность действия тиреоидных гормонов? Почему йод не может быть заменен никаким другим химическим элементом? В большинстве ферментных систем, осуществляющих запас энергии за счет окислительно-восстановительных процессов, необходимым условием функционирования является синхронный перенос двух электронов с молекулы-донора на субстрат. Там, где требуется перенос одного электрона, тиреоидные гормоны становятся абсолютно незаменимыми. Кроме того, перенос электрона тиреоидными гормонами осуществляется на субмолекулярном уровне; он не связан с перестройкой молекулярной структуры гормона, а потому каждая молекула гормона может обеспечить огромное количество биохимических превращений.

Исследования показали, что йодсодержащие гормоны содержатся в печени, почках, мозге, мышцах и пищеварительном тракте. Именно в этих органах в наибольшей степени нарушается обмен веществ при дисфункции щитовидной железы. Тиреоидные гормоны контролируют скорость обмена веществ, рост и развитие организма, метаболические процессы - общий белковый углеводный и жировой обмен; промежуточный жировой обмен жирных кислот, холестерина и фосфолипидов; превращение каротина в витамин А; промежуточный белковый обмен - накопление белка в тканях, особенно в связи с гормонами роста, мобилизацию тканевых белков при неадекватном по калорийности питании; обмен витаминов, кальция, каротина; водный и электролитный обмен; функционирование всех систем организма; реакцию на лекарственные вещества; сопротивляемость инфекциям.