激素和营养底物的关系

机体内环境的稳定依靠内分泌系统和自主神经系统的调节。其中，激素是极为重要的类调节物质。本节将阐述激素与靶细胞和底物间的相互作用。

激素为内分泌细胞制造的一类高效能化学物质，随血液循环于全身，并对靶细胞或靶组织发挥其特有的刺激或抵制作用。根据其化学成分，可分为4类，即：①肽及蛋白质类，如肾上下丘脑激素、垂体激素、甲状旁腺素、胃肠激素、胰岛素和降钙素等；②胺类激素，如肾上腺素、甲状腺素和松果体激素等；③类固醇激素，如糖皮质激素和性激素等；④固醇类激素，如1，25－二羟胆钙化醇等。激素之间可相互协调或拮抗，并与神经系统密切联系，相互作用，人体对激素的需求量很少，但激素在维持内环境相对稳定、调节机体正常活动及对外界变动的适应等方面起着巨大的作用。当某一激素分泌失衡时，就会发生内分泌紊乱，导致不同程度的代谢、生长、发育及机体各种功能的异常。

在激素的各种作用中，通过调节蛋白质、脂肪和糖类等物质代谢与水盐代谢，维持内环境的稳定性态，并为生理活动提供能量是极为重要的一个作用。

一、正常状态下的激素反应

1．胰岛素 胰岛B细胞分泌的含有51个氨基酸的球状态蛋白质，分子质量为5 808。体重为70kg的人每小时分泌胰岛素0．5～1．0U。餐后血糖浓度升高，胰岛素是第一个被迅速分泌的激素。其分泌量可达基础量的10倍以上。研究表明，葡萄糖经口摄入所引起的胰岛素反应较静脉滴注明显，其原因在于十二指肠上段的内分泌因子使胰岛细胞作用出更强反应。血糖降至正常水平后，胰岛素的分泌量亦迅速降至基础水平。这种迅速地产生与迅速地降解，使胰岛素分泌的调节极为准确。

除了血糖浓度改变这一最主要的因素外，很多其他因素也影响胰岛素的释放和分泌，如氨基酸、长链游离脂肪酸及酮体等。在各种氨基酸中以精氨酸（Arg）、赖氨酸（Lys）和亮氨酸（Leu）的影响最强。此外，胃肠道激素、胰高血糖素、肾上腺素及迷走神经、交感神经等均可影响胰岛素分泌。在手术、感染、烧伤和创伤时，交感神经兴奋，儿茶酚胺分泌增多，可抑制胰岛素的分泌。同时，在交感神经高度兴奋时，α受体效应占优势，也抑制胰岛素分泌而使糖耐量下降。

胰岛素是调节糖类、脂肪和蛋白质代谢的极重要的激素。血糖浓度的升高，迅速刺激胰岛素分泌。胰岛素可使葡萄糖迅速转运入细胞内代谢，并使葡萄糖大量转化成为肝糖原和肌糖原储存。同时促进葡萄糖进入脂肪细胞以合成脂肪酸，并使其转化为α－磷酸甘油，与脂肪酸形成三酰甘油，转运到脂肪组织储存。胰岛素可增加周围组织细胞膜对葡萄糖的转运，并抵制肝脏释放葡萄糖，故使血糖浓度下降。

脂肪细胞在胰岛素作用下亦可合成脂肪酸，并转运至脂肪细胞内储存。与此同时，胰岛素还通过抵制脂解酶的活性来抵制脂肪分解。

胰岛素对骨骼肌亦有3个主要作用，即：加速葡萄糖转运进入肌细胞的速度；增强肌糖原的合成以及肌肉蛋白的合成。

上述这些作用，使胰岛素可降低血液中葡萄糖、脂肪酸和氨基酸的含量，增加细胞和组织中的含量。所以胰岛素的基本作用是促进能源物质合成，以储存体内燃料，因而胰岛素被称作：“合成激素”（banker’hormone）。对高分解代谢病人的研究发现，产生保氮作用的主要使胰岛素而非热量。高糖类摄入所起的保氮作用是由于刺激了内源性胰岛素的分泌，或同时补充了外源性胰岛素的缘故。若等量脂肪代替糖类，因不能刺激胰岛素的分泌增加，故无法产生这种节氮作用。

2．胰高血糖素 餐后8～16h，血中胰岛素水平下降，胰高血糖素即成为主要激素。胰高血糖素为胰岛α细胞分泌的由29个氨基酸组成的直链多肽。分子质量3 485。在正常情况下，胰高血糖素与胰岛素协同发挥作用，以保证肝脏稳定提供底物。影响胰高血糖素分泌的首要因素也是血糖浓度。低血糖浓度时，其分泌量增加；而高糖饮食后，其分泌受到抑制。大量蛋白质餐或静脉注入各种氨基酸溶液，均可使胰高血糖素的分泌量增加。

胰高血糖素主要作用于肝脏，通过刺激肝细胞将储存的糖原转变为葡萄糖，促进糖异生、酮体生成及脂肪分解。在胰高血糖素的刺激下，肝细胞内的cAMP浓度升高，并通过cAMP第二信使系统使肝脏产生葡萄糖。

在正常情况下，胰岛素与胰高血糖素协同作用。胰岛素／胰高血糖素（I／G）比值可用来评价肝脏的葡萄糖平衡。当I／G＞5时，机体处于合成代谢状态，此时蛋白质合成增加，能量储存，糖异生减少，尿氮排出减少；而当I／G＜3时，糖异生作用活跃，糖原分解增加。所以，如果将胰岛素称为“合成激素”的话，那么，胰高血糖素则可被称作“分解激素”（spender′s hormone）。

3．糖皮质激素 糖皮质激素由肾上腺皮质分泌，对三大产热营养素的中间代谢具有极重要的作用。从总的作用来看，该激素与其他激素协同促进分解代谢。

在对蛋白质代谢的作用上，糖皮质激素抑制外周组织中蛋白质的合成，促进其分解，使氨基酸向肝脏转移，肝脏中的蛋白质合成因此增强。同时肝脏中的氨基酸分解酶活性增加，导致氨基酸分解加速。肾上腺皮质功能亢进导致糖皮质激素分泌过多，可造成四肢肌肉萎缩，皮肤及结缔组织中的胶原减少，骨质疏松及免疫功能降低等。

糖皮质激素对脂肪代谢的作用，因作用部位的不同而不同。它促使四肢等外周组织中的脂肪的分解加强，并提高腹部、面部和肩部等处的脂肪合成能力，两者共同作用的结果，使脂肪重新分布于面，肩、腹、背等处，形成所谓向心性肥胖，是库欣病的特征之一。

在对糖类代谢的作用方面，糖皮质激素可抑制外周组织对葡萄糖的利用，拮抗胰岛素的作用，使血糖升高。同时，增强糖异生作用，使肝糖原增加，而缺乏糖皮质激素可致血糖浓度下降。

4．生长激素 生长激素是由腺垂体分泌的一类具有很强的促进生长及合成代谢，增进氮储存作用的激素。人生长激素是含有191个氨基酸残基的多肽链，它不仅有促进生长的作用，而且对中间代谢及能量代谢均有影响。

在蛋白质代谢方面，生长激素可增强氮潴留，促进甘氨酸、亮氨酸等进入细胞，以促进DNA和RNA的形成，从而加速蛋白质的合成。

在脂肪代谢方面，生长激素促进脂肪动员，使组织中脂肪含量降低，而血中游离的脂肪酸水平升高。实验表明，在注射生长激素后数小时内即可出现上述变化。脂肪酸进入肝脏，经氧化后提供能量。高氨基酸和脂肪酸水平，可引起生长激素分泌增加，从而有利于及时利用这些氨基酸和脂肪酸。

在糖类代谢方面，生长激素的作用因为剂量的不同而不同。生理水平的生长激素可引起胰岛素的分泌，使葡萄糖的利用加强；过量的生长激素则作用相反，可抑制葡萄糖的利用。这可能是脂肪酸增多，抑制了葡萄糖的氧化反应而使得葡萄糖的消耗减少的缘故。同时，胰岛B细胞在长期大剂量使用生长激素的情况下，会因过度刺激而衰竭，造成胰岛素的分泌下降而使血糖升高。这样，生长激素通过促进脂肪分解及抑制葡萄糖的消耗，使得脂肪取代糖类成为主要的能量来源。

5．生长抑素 生长抑素是在1973年首先由下丘脑分离出来的十四肽激素，其主要作用是抑制脑垂体分泌生长激素。此外，生长抑素还可抑制胰岛素及胰高血糖素的分泌。生长抑素对胃肠道有很多作用，主要包括抑制胃、胰腺、小肠和胆汁的分泌等，故可应用于食管静脉曲张出血，肠瘘及急性胰腺炎的临床治疗。同时，因其可抑制胰高血糖素的产生，减弱糖原分解和糖原异生，使血糖浓度下降，故有利于糖尿病病人病情的缓解。

6．甲状腺素 甲状腺素主要包括甲状腺素（thyroxine，T4）和三碘甲腺原氨酸（triiodo thyroxine，T3）两类。两者均为含碘的氨基酸衍生物，故与碘代谢的关系极为密切。健康成年人体内共含碘15～20mg，其中70%～80%存在于甲状腺中，其含量随碘摄入量、年龄及该腺体活动性不同而有所差异。各种因素导致的碘摄入的缺乏或吸收障碍，均将不同程度地影响甲状腺素的合成。

甲状腺激素的作用广泛而重要，其中最突出的是促进物质和能量代谢及生长和发育过程。在蛋白质代谢方面，甲状腺激素能加速蛋白质及各种酶的合成。有人认为，在靶细胞核内存在T3和T4的受体蛋白质，可调节某些mRNA的合成，从而促使特异蛋白质的合成。甲状腺素分泌正常时，肝脏、肾脏和肌肉中的蛋白质合成增加，细胞数目增多，体积增大，尿氮排出量减少，表现为正氮平衡。而在T3、T4分泌不足时，蛋白质合成减少，肌肉无力，并可出现黏液性水肿。其原因在于T3和T4分泌不足，可造成细胞间黏蛋白量增加。黏蛋白为多价负离子，可结合大量正离子及水分子，使性腺、肾周组织及皮下组织细胞间隙积水增多，造成水肿。另外，在T3、T4分泌严重不足时，淋巴循环迟缓，血浆蛋白质由毛细血管漏出速率超过淋巴管对其的清除速率，使得蛋白质在细胞间隙聚集，从而阻碍了细胞间液的回流，引起水肿。在T3、T4分泌过多时，蛋白质分解大大增强，肌酐含量降低，出现肌肉无力。尿氮排出量大大增加，导致负氮平衡。同时，由于中枢神经系统的兴奋性增强，神经冲动频繁，肌肉出现纤维震颤，能量出现大量的额外消耗，使基础代谢率增高。此外，适量的甲状腺素是生长激素这一具有加速蛋白质合成，促进动物生长作用的重要激素发挥作用的必要条件。

在脂肪代谢方面，甲状腺素的最重要的作用是促进胆固醇的降解，加速胆固醇转变为胆汁酸。虽然，有研究表明T3、T4可促使肝组织摄取乙酸，使胆固醇合成增加，但促进胆固醇分解的速度超过促进其合成的速度，故总的结果使血浆胆固醇水平降低。所以，在甲状腺功能亢进时，常表现为血胆固醇水平低于正常；而在甲状腺功能低下时，血浆胆固醇升高，患者易发生动脉粥样硬化。另外，甲状腺素还可增高脂肪组织对肾上腺素及胰高血糖素的敏感性，使cAMP升高，激活三酰甘油脂肪酶，使脂肪水解加强。

在糖类代谢方面，大剂量的T3或T4可促进糖的吸收及肝糖原的分解；同时还具有加速外周组织对糖类的利用，从而降低血糖浓度的作用。

在能量代谢上，甲状腺素可增加基础代谢率及大多数组织的耗氧量。每增加1mg的甲状腺素，可增加产热1 000kcal。产生这种作用的原因可能是甲状腺素增加细胞膜上的Na＋－K＋－ATP酶的活性，使ATP分解加快。ADP／ATP比值增加，使糖的酵解及有氧氧化加速，引起产热量及耗氧量的提高。所以，甲亢时，表现为低热、多汗、消瘦和基础代谢率升高等，患者喜凉怕热；甲低时则刚好相反。

7．胃肠激素 目前，已发现了10多种胃肠激素，如促胃液素、促胰液素、缩胆囊素和抑胃肽等。其主要作用包括调节消化腺的分泌及消化道的运动。如促胃液素促进胃液分泌及胃窦收缩，抑胃肽抑制胃酸分泌及引起胰岛素的释放，缩胆囊素引起胆囊收缩及胰酶分泌，促胰液素加强由缩胆囊素引起的胰酶分泌等。另外，胃肠激素还可刺激消化道组织的代谢，促进消化道黏膜的蛋白质、RNA和DNA的合成的作用。

二、特殊状态下的激素反应

1．长期饥饿状态下的激素反应 在长期饥饿的状态下，机体必须适应此种蛋白质和热量缺乏的情况。为维持生命，首先应保证各重要脏器和组织继续维持功能，这就必须有足够的蛋白质来保证各种酶和神经激素的活性；必须保证维持基础代谢所需的能量。几乎所有的内分泌物质都参与了上述适应性反应，其中主要的激素包括胰岛素、胰高血糖素、儿茶酚胺、生长激素、甲状腺素和肾上腺皮质激素等。它们参与了包括蛋白质、脂肪、糖类、水和电解质在内的各种营养物质在饥饿状态下的代谢反应。

在饥饿状态下，血糖浓度下降，血浆氨基酸谱降低。而游离脂肪酸和酮体水平升高。脂肪的氧化增加，血糖浓度的下降，使胰岛素水平也随之下降。胰高血糖素、生长激素、儿茶酚胺分泌增加，以加速肝糖原分解，并有利于脂肪的利用。为了在长期饥饿的状态下保存蛋白质，体内很多组织利用脂肪来作为它们主要的能量来源。脂肪酶受内分泌物质的支配，其中，胰岛素抑制其活性；胰高血糖素、儿茶酚胺和生长激素则促进其活性。游离脂肪酸在肝脏内被氧化并生成酮体。酮体的“蛋白质节省作用”已被认可。

在长期禁食的情况下，血中胰岛素水平降至餐后水平以下，而胰高血糖素水平仍保持原有水平或略有升高。这样，胰岛素／胰高血糖素比值（I／G值）降低。在饥饿期的糖异生作用的高峰期，胰高血糖素抑制胰岛素的作用最为明显。胰高血糖素促使肌肉释放氨基酸及肝脏摄取氨基酸，特别是对丙氨酸的作用最为强烈。因此，它可加重饥饿状态下的负氮平衡。胰岛素水平的下降，使肌肉和脂肪组织对糖的摄取量减少，并促进氨基酸自肌肉中动员。使肝脏糖异生作用增强，因而糖的生成增加，以保护大脑和其他需糖组织的能量需要。另外，在饥饿早期，生长激素水平升高，它具有升高血糖的作用。总之，上述反应的最根本作用在于最大限度地利用能量。

长期饥饿可导致蛋白质－热量营养不良，即身体所需的蛋白质和能量未能从食物中得到满足时所表现出来的一系列疾病状态。包括主要由于蛋白质缺乏引起的水肿型（Kwashiorkor）和主要由于能量缺乏所致的干瘦型（marasmus）。在此状态下，蛋白质不足时胰岛素降低和皮质醇激素水平的升高导致高分解代谢状态。生长激素的分泌亦增高，但其产物类胰岛素生长因子（IGF－1）减少，导致生长停滞。在蛋白质缺乏而能量摄入充足的情况下，肾素－醛固酮水平增高，导致水肿的发生。甲状腺素和性激素的减少导致基础代谢率（BEE）的降低和月经异常。上述变化总结于表2－17。

表2－17　蛋白质－热量营养不良的激素反应

注：＋为分泌增加；－为分泌减少

2．创伤与感染状态下的激素反应 创伤与败血症对体内激素和神经内分泌反应的影响是相似的，两者通常被结合起来考虑。Cuthbertson（1969）在动物体上观察到创伤对代谢的影响。在创伤早期，各种生理功能均受到不同程度的抑制，体液丢失，心排血量下降，血液集中于最主要的脏器以维持其功能。人体处于所谓“低潮期”，血清氨基酸谱及电解质的改变，加上白细胞内源性物质、（leukocytic endogenousmediator，LEM）的释放，均对内环境的稳定有调节作用。其中LEM可增加胰高血糖素分泌，从而使胰岛素分泌量下降，并促进铁和锌向肝脏的转移，增加铜蓝蛋白的合成，刺激肝脏摄取氨基酸，合成急性期蛋白质。在抢救复苏后，血容量增加，体液分布相对稳定，心肺功能增强，体温升高，机体进入所谓“高潮期”。此期的特点是氮丢失增加，机体处于高分解代谢状态。在创伤和败血症过程中，激素的作用表现在一些参与代谢的所谓拮抗性调节激素的增加。这些激素的变化及作用见表2－18。

表2－18　创伤及感染状态下一些激素改变

在严重感染的状态下，组织对胰岛素的敏感性下降，产生胰岛素拮抗作用。实验表明，胰岛素水平在创伤性败血症组较对照组升高7倍，但血糖水平不仅没有下降，反而升高。这意味着此时胰岛素无法抑制血糖水平。

另外，在激素作用的同时，还有一种被激活了的巨噬细胞、淋巴细胞和上皮细胞分泌的肽类物质，称为细胞分裂素类（cytokines），其中包括肿瘤坏死因子（TNF）、白介素1（IL－1）和白介素6（IL－6）等。细胞分裂素类的作用见表2－19。

表2－19　细胞分裂素类的作用

在激素和细胞分裂素类的共同作用下，从肌肉到内脏的氨基酸动员增加，机体因丢失过多的肌肉组织而变得消瘦。另外，细胞分裂素还可引起厌食，并进一步导致体重下降。

上述激素变化的总的作用，是体机储存的分解而提供能量，导致机体产生高血糖、高血脂肪酸和机体蛋白质的分解，并出现胰岛素抑制和葡萄糖耐受的倾向。

（于　康）

参考文献

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