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重度の甲状腺機能低下症、特に甲状腺手術を受けた人や放射性ヨウ素治療を受けた人(自己免疫疾患の原因となった人)の診断は、特に困難ではありません。軽度の甲状腺機能低下症は、臨床症状が乏しく、必ずしも典型的ではないため、特に高齢者では診断が困難です。心血管不全や腎臓病などが疑われやすいからです。若年および中年女性では、「特発性」浮腫症候群において、甲状腺機能低下症に類似した多くの症状が認められます。
原発性甲状腺機能低下症の診断は、いくつかの臨床検査によって確定されます。機能性甲状腺機能不全は、主に24~72時間後に、血中タンパク質結合ヨウ素(BBI)濃度、ブタノール抽出ヨウ素濃度、および甲状腺によるヨウ素131の吸収度(投与量の25~50%が標準値)の低下を特徴とします。しかし、これらの指標は必ずしも臨床症状に十分ではなく、絶対的な情報を提供するものではありません。甲状腺によるヨウ素131吸収試験は、実際には甲状腺機能低下症よりも機能亢進症の検出に適しています。
近年、市販キットを用いた放射免疫法によって血液中のTSH、T3、T4を直接測定することが可能になりました。
甲状腺機能低下症の診断における最大の価値は、TSH レベルが大幅に(場合によっては数十倍)上昇し、遊離チロキシン指数を計算することです。
甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH)は、視床下部から単離され、その後合成された最初のホルモンです。健康な人にこの薬剤200μgを静脈内投与すると、血中TSH濃度は15~30分後に、甲状腺ホルモン濃度は90~120分後に最大に上昇します。すべての値において最も確実な上昇は24時間後に発生します。TRH 200μgを投与後15~30分でTSH濃度が25mcg/mlを超える場合、甲状腺機能亢進反応を示し、これは潜在的な「前臨床的」甲状腺機能低下症が検出された場合に観察されます。原発性甲状腺機能低下症、特にヴァン・ウィック・ヘネス・ロス症候群では、血中プロラクチン濃度も増加するため、キアリ・フロメル症候群(出産後に発症)およびフォーブス・オルブライト症候群(下垂体腺腫が原因)との鑑別診断が必要となります。
二次性甲状腺機能低下症では、SBI含有量とヨウ素131の吸収は減少しますが、TSHの筋肉内注射による試験の結果は、原発性甲状腺機能低下症とは異なり、これらの含有量が増加することを示しています。TSH含有量は初期段階で減少しており、下垂体起源の患者におけるTRH試験では影響は認められません。視床下部型では、TSHの減少が内因性チロリベリンの不足に起因する場合(三次性甲状腺機能低下症)、外因性チロリベリンの投与により血中TSH濃度が上昇する可能性がありますが、その程度は原発性甲状腺機能低下症よりも低くなります。
下垂体性の二次性甲状腺機能低下症では、プロラクチンの基礎値は正常または低下する可能性があり、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH)の投与による変化は顕著ではありません。視床下部性の二次性甲状腺機能低下症では、プロラクチンの基礎値とTRHに対する反応は正常範囲内です。血中甲状腺ホルモン量は減少し、TRHによる外因性TSH刺激により増加します。TRHの静脈内投与後2~4時間で、T3およびT4の確実な上昇が観察されます。
実用的には、アキレス反射の時間、血液中のコレステロールやベータリポタンパク質の測定、心電図検査などの追加の方法が使用されます。