甲状腺细胞对碘化物具有特殊的亲和力，口服一定量的131碘后，能被甲状腺大量吸收，具有损害作用的放射131碘能种入甲状腺组织中，131碘在衰变为131氙时，能放射出β射线(占99%)和γ射线(占1%)。前者的有效射程仅有0.5～2毫米，能选择性地破坏甲状腺腺泡上皮而不影响邻近组织，甲状腺组织能受到长时间的集中照射，其腺体被破坏后逐渐坏死，代之以无功能的结缔组织，从而降低甲状腺的分泌功能，使甲亢得以治愈，达到类似甲状腺次全切除手术的目的。所以有人称131碘治疗甲亢为“内科甲状腺手术”。
碘131的治疗对男女生殖器官影响很小，所以治疗后其生育力不受影响，但是，经过碘131治疗，生育的后代先天畸形、死胎及早产儿的发生率未见增加，不育症的发生率与正常人群无显着差别。尽管一次治疗量的放射损伤不及一次胃肠透视放射损伤大，许多学者还是进行了较为深入的研究。
放射性碘131治疗甲亢可能引起甲亢突眼加重：131碘能使大多数（报道70%左右）患者治疗后突眼症好转，仅有少数病例突眼症加重。一般认为，131碘能使甲状腺机能逐步降低，因此脑垂体的促甲状腺素或突眼产生物质不致突然增加，所以有些学者认为明显突眼症的甲亢患者是用131碘治疗的适应症。
放射性碘131治疗甲亢可能引起甲状腺机能减退症：甲状腺机能减退是131碘治疗后的晚期并发症之一，此并发症是131碘治疗后的严重并发症。大多数在治疗后2～6月间发生，也有出现更晚或几年后才发生者。暂时性甲状腺机能减退，常自行恢复，少数病例则是永久性的，需终生用甲状腺制剂作代替疗法。
放射性碘131治疗甲亢的危害可能引起生育困难：碘131的治疗对男女生殖器官影响很小，所以治疗后其生育力不受影响，但是，经过碘131治疗，生育的后代先天畸形、死胎及早产儿的发生率未见增加，不育症的发生率与正常人群无显着差别。尽管一次治疗量的放射损伤不及一次胃肠透视放射损伤大，许多学者还是进行了较为深入的研究。
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