血糖(blood glucose,BG)是指血液中的葡萄糖。健康人群空腹血糖的浓度相对恒定,但随着进食、运动等变化有所波动,一般维持在3.89~6.11mmol/L(70~110mg/dl)。2003年美国糖尿病协会(ADA)建议下调参考区间上限为5.6mmol/L(100mg/dl),但有待进一步评价。血糖浓度的相对恒定对保证人体各组织,特别是脑组织正常的功能活动有极其重要的作用。要维持血糖浓度的相对恒定,必须保持血糖来源和去路的动态平衡,这需要体内神经系统、内分泌激素及肝、肾等组织器官的协同作用。
(一)血糖的来源和去路
1.来源 血液中葡萄糖的来源如下。①食物中的糖类物质:在胃肠中经消化后以单糖的形式被吸收进入血液,这是血糖最主要的来源;②肝糖原分解成葡萄糖进入血液:是空腹血糖的直接来源;③糖异生作用:在禁食情况下,甘油、某些有机酸、生糖氨基酸等非糖物质,通过糖异生作用在肝内转变成葡萄糖,以补充血糖;④其他单糖的转化:肝可以将饮食中摄取的其他己糖如果糖、半乳糖等转变为葡萄糖。
2.去路 血糖的去路是被组织细胞摄取和利用。①氧化分解供能:葡萄糖在组织细胞中通过有氧氧化和无氧酵解产生ATP,为细胞代谢供给能量,是血糖的主要去路;②合成糖原:进食后,肝和肌肉等组织将葡萄糖合成糖原而储存;③转化成非糖物质:转化为甘油、脂肪酸以合成脂肪;转化为氨基酸以合成蛋白质;④转变成其他糖或糖衍生物:如核糖、脱氧核糖、氨基多糖等;⑤排泄:血糖浓度高于肾糖阈(约8.9mmol/L,160mg/dl)时,葡萄糖即由尿中排出,出现糖尿。血糖的来源和去路见图5-1。
(二)血糖浓度的调节
1.肝的调节作用 肝是调节血糖的主要器官,肝内糖代谢的途径很多,而且有些代谢途径为肝所特有。肝内有许多糖代谢的特异酶,当机体需要时,通过神经-激素的作用,使肝细胞内各种糖代谢途径的酶活性改变,从而达到维持血糖浓度相对恒定的目的。肝对糖代谢具有双向调控作用。当血糖浓度偏高时,肝组织摄取葡萄糖增加,肝糖原合成作用加强,同时抑制肝糖原的分解,减少向血中释放葡萄糖,促进糖转变为脂肪,糖异生作用减弱,使血糖浓度降低。当血糖浓度偏低时,肝通过特有的葡萄糖-6-磷酸酶,将贮存的肝糖原分解成葡萄糖以提供血糖,同时肝内糖异生作用加强,使血糖浓度升高。
2.神经系统的调节作用 神经系统对血糖浓度的调节作用主要通过下丘脑和自主神经系统控制激素的分泌,后者再通过影响血糖来源和去路关键酶的活性来实现。神经系统的调节最终通过细胞水平的调节达到目的。
下丘脑一方面通过自主神经作用于肾上腺髓质,刺激肾上腺素的分泌;另一方面作用于胰岛A细胞,分泌胰高血糖素;还可以直接作用于肝。三方面的共同作用使肝细胞的磷酸化酶活化,糖原分解加速;糖异生关键酶的活性增加,糖异生作用加强,使血糖浓度升高。
图5-1 血糖的来源和去路
下丘脑还可通过迷走神经兴奋,使胰岛B细胞分泌胰岛素,同时还可直接作用于肝,使糖原合成酶活化,促进肝糖原的合成;此外,还抑制糖异生途径,促进糖的氧化和转化。总体上使血糖去路增加,来源减少,最终达到降低血糖的目的。
3.激素的调节作用 调节血糖的激素分为降低血糖和升高血糖的激素两大类。
(1)降低血糖的激素:胰岛素是降低血糖的主要激素,是胰岛B细胞分泌的一种蛋白类激素,由51个氨基酸残基组成的两条多肽链结构。胰岛B细胞粗面内质网的核糖体首先合成含100个氨基酸残基的前胰岛素原,很快被酶切去信号肽,生成含86个氨基酸残基的胰岛素原,最后被蛋白水解酶水解,产生等分子的活性胰岛素(51个氨基酸残基)和无活性的C-肽(31个氨基酸残基),释放入血液循环。胰岛素原是胰岛素的前体和主要储存形式,只有活性胰岛素能促进葡萄糖被细胞摄取和利用,胰岛素原和C-肽均无此作用。由于C-肽没有胰岛素的生理作用,与胰岛素抗体无交叉反应,不受胰岛素抗体的干扰,所以测定血液中的C-肽能准确反映胰岛B细胞的贮备功能。
胰岛素发挥作用首先要与靶细胞(主要是肝、肌肉和脂肪组织)膜表面的特异性受体结合,触发产生第二信使(c AMP),通过第二信使导致细胞内一系列的化学改变,最终使糖原合成增加,糖的氧化利用、糖转变为脂肪的反应增加,增加血糖去路;使糖原分解和糖异生减少或受抑制,使血糖来源减少,最终使血糖浓度降低(图5-2)。
图5-2 胰岛素作用于靶细胞的机制
胰岛素的生物活性效应取决于:①靶细胞上胰岛素受体的绝对或相对数目;②到达靶细胞的胰岛素浓度;③胰岛素与靶细胞受体的亲和力;④胰岛素与受体结合后的细胞内改变情况等。
胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)是一类化学结构和生物学特性类似胰岛素的多肽激素,但IGF的免疫学性质与胰岛素完全不同,具有类似于胰岛素的代谢作用和促生长作用。
(2)升高血糖的激素:多种激素可以通过促进肝糖原分解和糖异生、抑制葡萄糖的利用升高血糖。低血糖时,几分钟内胰高血糖素和肾上腺素就能刺激葡萄糖的释放增加,之后3~4h生长激素和皮质醇释放,增加葡萄糖的动员并减少血糖的利用。目前认为,胰高血糖素是使血糖浓度升高最重要的激素。当它缺乏时,肾上腺素起主要作用。皮质醇、生长激素等都可影响血糖水平,但在生理性调节中仅居次要地位。
综上所述,胰岛素和胰高血糖素是调节血糖浓度的主要激素。而血糖水平保持恒定则是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果。
现将血糖三个水平的调节简要总结于图5-3。
图5-3 血糖调节的主要机制
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