前已提及，T3、T4在血中均99％以上和TBG等血浆蛋白结合，游离部分更能可靠反映甲状腺激素的生物活性，因此，血清甲状腺激素测定包括总T3（TT3）、总T4（TT4）、游离T3（FT3）和游离T4（FT4）测定。此外，为排除血浆蛋白结合率改变的影响，尚有测定甲状腺激素结合比值（131I-T3树脂摄取率）、游离T4、T3指数等方法。
⒈血清TT4、TT3及FT4、FT3测定由于即便TT4、TT3在血液中亦仅微量存在，T4、T3本身又具有一定抗原性，因此对四者的检测目前均用免疫化学法。TT3、TT4早期多用125I标记T3或T4的放射免疫法测定，现在用多相酶联免疫法（ELISA）、均相酶放大免疫法（EMIT）及数种荧光免疫法分别测定血清TT4或TT3的技术已广泛应用，并能实现自动化检测。测定FT4、FT3以平衡透析前后免疫化学测定法为标准参考方法，但本法耗时且成本高。在临床实验室中采用的是非透析免疫化学测定。在测定TT4、TT3时，血清需用8-苯胺-1-萘磺酸（ANS）及巴比妥缓冲液等预处理，使与血浆蛋白结合的T4、T3解离出再测定。FT4或FT3抗体结合的标记T4或T3类似物法；亦有采用抗体标记法；还有将相应抗体固定于测定池壁上，待血清中FT4或FT3与其结合后，除去血清再加入标记FT4或FT3，根据竞争性结合原理，测定血清中FT4或FT3的“两步法”。
血清TT4、TT3浓度受血中TBG水平影响。TBG正常者，不同年龄段TT4及TT3水平亦有较大差异，其正常值参考范围见表12-1。
FT4及FT3由于血清浓度甚低，受检测方法、试剂盒质量、实验室条件等的影响显着，文献报告正常值差异大。FT4平均为19-30pmol/L（1.5-3ng/dl），FT3为6.0-11.4pmol/L（0.39-0.74ng/dl）。
血清TT4、TT3及FT4、FT3在甲亢和甲减的诊断、病情严重程度评估、疗效监测上均有价值。但影响上述指标的因素较多，除测定中的各种因素外，还受血浆TBG浓度、多种非甲状腺功能紊乱疾病、抗甲亢药或甲状腺激素治疗等的影响。正常成人血清TBG浓度为15-34mg/L，当TBG升高或降低时，TT4、TT3亦相应升高或降低。雌激素及含雌激素避孕药、病毒性肝炎、妊娠、遗传性高TBG症等时，血清TBG增多；而雄激素、糖皮质激素、肾病综合征、各种原因致蛋白营养不良及应激状态等，均可使血清TBG减少。而严重心、肝、肾疾患，使用抗心律失常药乙胺碘呋酮等脱碘酶抑制剂，可因影响T4在外周组织脱碘代谢成T3及rT3，使TT4、FT4升高，TT3、FT3减少，T3/T4比值下降。此外，各种影响血浆白蛋白浓度的因素，除可改变T4、T3与白蛋白结合率外，尚可因TT4及TT3免疫法测定的抗体，系用T3或T4与白蛋白结合后免疫动物制取的，故亦可影响测定。因此，在评价甲状腺激素测定结果时，应考虑上述因素的影响。从理论上讲，FT4及FT3，特别是后者，较少受影响TBG浓度及T4脱碘为T3因素干扰，且为甲状腺激素能发挥生物效应的主要形式，更有意义。但由于前述影响FT4、FT3测定可靠性原因及未普遍开展，故临床仍多用TT4及TT3测定。为减少TBG改变时TT4、TT3测定结果的影响，可考虑采用下列方法校正。
⒈促甲状腺激素（TSH）检测TSH均用免疫化学法测定。早年由于试剂盒灵敏度不能达到临床要求，限制了其推广应用。90年代以来，许多第三代商品化试剂盒的“功能性灵敏度”（相当于20％批间C.V的TSH浓度）已可达0.01-0.02mU/L，足以满足临床检测要求，故血清TSH测定已成为甲状腺功能紊乱的常规临床生化手段。其正常值参考范围为：脐血3-12mU/L，儿童0.9-8.1mU/L，60岁以下成人2-10mU/L，60岁以上者男女性分别为2-7.3mU/L和2-16.8mU/L。TSH水平不受TBG浓度影响，亦较少受影响TT4、TT3的多种非甲状腺疾病的干扰。单独或配合甲状腺激素测定及动态功能试验，对甲状腺功能紊乱及病变部位诊断上很有价值。美国临床内分泌学会及许多国家学者均推荐将TSH测定作为甲状腺功能紊乱实验室检查的首选项目。
甲状腺性甲减者，TSH水平升高，但甲状腺激素水平低于同龄正常值下限；甲状腺激素受体缺陷及存在T4、T3自身抗体时，TSH和甲状腺激素均升高；而TSH及甲状腺激素均低下者，多为下丘脑性TRH分泌不足或压迫TSH分泌细胞的垂体催乳素瘤等所致的继发性甲减。甲状腺性甲亢者，甲状腺激素升高而TSH低下；若二者水平均高，提示为垂体TSH分泌细胞腺瘤或异源性TSH分泌综合征所致甲亢。但TSH分泌存在昼夜节律，血液峰值出现在夜间10-11点，谷值见于上午10点左右，二者差别可达2-3倍。因此在决定取样时间及结果解释时，必须考虑这点。此外下列非甲状腺功能紊乱情况可影响TSH分泌：乙胺碘呋酮、大剂量无机碘等含I-药剂及锂盐的长期应用、缺碘地区居住、阿狄森病等，可致TSH分泌增多；而活动性甲状腺炎、急性创伤、皮质醇增多症及应用大剂量糖皮质激素、全身性危重疾病、慢性抑郁症等精神失常，可使TSH水平降低。
⑴放射性碘摄取试验：利用甲状腺的聚碘功能，给受试者一定剂量131I后，测定甲状腺区的放射性强度变化，以甲状腺摄取碘的速度和量（摄取率）间接反映甲状腺合成分泌T4、T3能力。甲亢者将出现对131I摄取速度加快（峰前移）及量增多（摄取率提高），甲减者则峰平坦且摄取率下降。但本法易受富碘食物、含碘药物、缺碘、单纯性甲状腺肿等影响并且较粗糙，现已少用。但若同时扫描发现边缘模煳的“冷结节”可有助甲状腺癌的诊断。
⑶TRH兴奋试验：TRH可迅速刺激腺垂体释放贮存的TSH，因此分别测定静脉注射200-500μgTRH前及注射后0.5h血清TSH，可反映垂体TSH贮存能力。正常人基础值参考范围见前，注射TRH后，儿童TSH可升至11-35mU/L，男性成人达15-30mU/L，女性成人达20-40mU/L；或正常男性可较基础值升高约8mU/L，女性升高约12mU/L。甲状腺性甲亢病人不但TSH基础值低，并且垂体TSH贮存少，注射TRH后血清TSH无明显升高（＜2mU/L）；异源性TSH分泌综合征性甲亢，TSH基础值高，并且因其呈自主性分泌，所以对TRH无反应；垂体腺瘤性甲亢虽然TSH基础值高，TRH兴奋试验可呈阳性，但藉临床表现及TT4、TT3测定等，不难与甲减鉴别。甲状腺性甲减时，TSH基础值升高，TRH兴奋后升高幅度多比正常人大；下丘脑性及垂体性甲减者，虽然二者TSH基础值均低，但后者对TRH兴奋试验几无反应，而前者可有延迟性反应，即若注射TRH后除0.5h外，还分别在1及1.5h取血测定TSH，其峰值约在1或1.5h时出现。TRH兴奋试验较其他动态功能试验省时、安全、影响因素少，又可同时完成TSH基础水平测定，在病变部位的诊断上有较大意义。现认为是甲状腺功能紊乱的临床生化检测项目中最有价值和可靠的。
⒉自身抗体检测现已肯定某些甲状腺功能紊乱与自身免疫反应有关。多数弥漫性甲状腺肿伴甲亢病人血清中存在多种抗甲状腺细胞成分的自身抗体，包括长效甲状腺刺激物（long-actingthyroidstimulator，LATS）、甲状腺刺激免疫球蛋白（thyroid-stimulatingimmunoglobulin，TSI）等。其中TSI除可保护LATS免受血清中相应抗体中和外，本身亦可和TSH竞争与胞膜上受体结合，产生持久TSH样作用，约在95％的Graves病人中可检出。检测TSI可用于其他方法无法确诊的Graves病的辅助诊断，也用作评估疗效和预后的指标。
⒊血清rT3测定前面甲状腺激素代谢中已介绍，rT3为T4在外周组织脱碘的产物，虽然生物活性很低，但其代谢慢，血清浓度男女间无差异，有人主张检测血清rT3用于甲状腺功能紊乱的诊断及疗效评估。正常人血清rT3浓度参考范围为0.6-0.77nmol/L（40-50ng/dl）。甲亢者rT3明显升高，平均可达103ng/dl；甲减者大多伴有rT3下降，特别是胎儿及新生儿，T4主要代谢为rT3，下降更明显。但影响rT3水平的因素较多，很多非甲状腺功能紊乱疾病、酸碱失调、多种药物均可改变血清rT3水平。因此其诊断价值尚有待进一步证实。
表12-2小结了常见甲状腺功能紊乱时，主要临床生化检测的改变，供参考。