血糖(blood glucose,BG)是指血液中的葡萄糖。健康人群空腹血糖的濃度相對恒定,但隨著進食、運動等變化有所波動,一般維持在3.89~6.11mmol/L(70~110mg/dl)。2003年美國糖尿病協(xié)會(ADA)建議下調參考區(qū)間上限為5.6mmol/L(100mg/dl),但有待進一步評價。血糖濃度的相對恒定對保證人體各組織,特別是腦組織正常的功能活動有極其重要的作用。要維持血糖濃度的相對恒定,必須保持血糖來源和去路的動態(tài)平衡,這需要體內神經系統(tǒng)、內分泌激素及肝、腎等組織器官的協(xié)同作用。

(一)血糖的來源和去路

1.來源 血液中葡萄糖的來源如下。①食物中的糖類物質:在胃腸中經消化后以單糖的形式被吸收進入血液,這是血糖最主要的來源;②肝糖原分解成葡萄糖進入血液:是空腹血糖的直接來源;③糖異生作用:在禁食情況下,甘油、某些有機酸、生糖氨基酸等非糖物質,通過糖異生作用在肝內轉變成葡萄糖,以補充血糖;④其他單糖的轉化:肝可以將飲食中攝取的其他己糖如果糖、半乳糖等轉變?yōu)槠咸烟恰?/p>

2.去路 血糖的去路是被組織細胞攝取和利用。①氧化分解供能:葡萄糖在組織細胞中通過有氧氧化和無氧酵解產生ATP,為細胞代謝供給能量,是血糖的主要去路;②合成糖原:進食后,肝和肌肉等組織將葡萄糖合成糖原而儲存;③轉化成非糖物質:轉化為甘油、脂肪酸以合成脂肪;轉化為氨基酸以合成蛋白質;④轉變成其他糖或糖衍生物:如核糖、脫氧核糖、氨基多糖等;⑤排泄:血糖濃度高于腎糖閾(約8.9mmol/L,160mg/dl)時,葡萄糖即由尿中排出,出現糖尿。血糖的來源和去路見圖5-1。

(二)血糖濃度的調節(jié)

1.肝的調節(jié)作用 肝是調節(jié)血糖的主要器官,肝內糖代謝的途徑很多,而且有些代謝途徑為肝所特有。肝內有許多糖代謝的特異酶,當機體需要時,通過神經-激素的作用,使肝細胞內各種糖代謝途徑的酶活性改變,從而達到維持血糖濃度相對恒定的目的。肝對糖代謝具有雙向調控作用。當血糖濃度偏高時,肝組織攝取葡萄糖增加,肝糖原合成作用加強,同時抑制肝糖原的分解,減少向血中釋放葡萄糖,促進糖轉變?yōu)橹?糖異生作用減弱,使血糖濃度降低。當血糖濃度偏低時,肝通過特有的葡萄糖-6-磷酸酶,將貯存的肝糖原分解成葡萄糖以提供血糖,同時肝內糖異生作用加強,使血糖濃度升高。

2.神經系統(tǒng)的調節(jié)作用 神經系統(tǒng)對血糖濃度的調節(jié)作用主要通過下丘腦和自主神經系統(tǒng)控制激素的分泌,后者再通過影響血糖來源和去路關鍵酶的活性來實現。神經系統(tǒng)的調節(jié)最終通過細胞水平的調節(jié)達到目的。

下丘腦一方面通過自主神經作用于腎上腺髓質,刺激腎上腺素的分泌;另一方面作用于胰島A細胞,分泌胰高血糖素;還可以直接作用于肝。三方面的共同作用使肝細胞的磷酸化酶活化,糖原分解加速;糖異生關鍵酶的活性增加,糖異生作用加強,使血糖濃度升高。

圖5-1　血糖的來源和去路

下丘腦還可通過迷走神經興奮,使胰島B細胞分泌胰島素,同時還可直接作用于肝,使糖原合成酶活化,促進肝糖原的合成;此外,還抑制糖異生途徑,促進糖的氧化和轉化?？傮w上使血糖去路增加,來源減少,最終達到降低血糖的目的。

3.激素的調節(jié)作用 調節(jié)血糖的激素分為降低血糖和升高血糖的激素兩大類。

(1)降低血糖的激素:胰島素是降低血糖的主要激素,是胰島B細胞分泌的一種蛋白類激素,由51個氨基酸殘基組成的兩條多肽鏈結構。胰島B細胞粗面內質網的核糖體首先合成含100個氨基酸殘基的前胰島素原,很快被酶切去信號肽,生成含86個氨基酸殘基的胰島素原,最后被蛋白水解酶水解,產生等分子的活性胰島素(51個氨基酸殘基)和無活性的C-肽(31個氨基酸殘基),釋放入血液循環(huán)。胰島素原是胰島素的前體和主要儲存形式,只有活性胰島素能促進葡萄糖被細胞攝取和利用,胰島素原和C-肽均無此作用。由于C-肽沒有胰島素的生理作用,與胰島素抗體無交叉反應,不受胰島素抗體的干擾,所以測定血液中的C-肽能準確反映胰島B細胞的貯備功能。

胰島素發(fā)揮作用首先要與靶細胞(主要是肝、肌肉和脂肪組織)膜表面的特異性受體結合,觸發(fā)產生第二信使(c AMP),通過第二信使導致細胞內一系列的化學改變,最終使糖原合成增加,糖的氧化利用、糖轉變?yōu)橹镜姆磻黾?增加血糖去路;使糖原分解和糖異生減少或受抑制,使血糖來源減少,最終使血糖濃度降低(圖5-2)。

圖5-2　胰島素作用于靶細胞的機制

胰島素的生物活性效應取決于:①靶細胞上胰島素受體的絕對或相對數目;②到達靶細胞的胰島素濃度;③胰島素與靶細胞受體的親和力;④胰島素與受體結合后的細胞內改變情況等。

胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor,IGF)是一類化學結構和生物學特性類似胰島素的多肽激素,但IGF的免疫學性質與胰島素完全不同,具有類似于胰島素的代謝作用和促生長作用。

(2)升高血糖的激素:多種激素可以通過促進肝糖原分解和糖異生、抑制葡萄糖的利用升高血糖。低血糖時,幾分鐘內胰高血糖素和腎上腺素就能刺激葡萄糖的釋放增加,之后3~4h生長激素和皮質醇釋放,增加葡萄糖的動員并減少血糖的利用。目前認為,胰高血糖素是使血糖濃度升高最重要的激素。當它缺乏時,腎上腺素起主要作用。皮質醇、生長激素等都可影響血糖水平,但在生理性調節(jié)中僅居次要地位。

綜上所述,胰島素和胰高血糖素是調節(jié)血糖濃度的主要激素。而血糖水平保持恒定則是糖、脂肪、氨基酸代謝協(xié)調的結果。

現將血糖三個水平的調節(jié)簡要總結于圖5-3。

圖5-3　血糖調節(jié)的主要機制