胰岛素和胰高血糖素对血糖的调节及其相互作用.

胰岛素和胰高血糖素对血糖的调节及其相互作用. 胰岛素和胰高血糖素对血糖的调节及其相互作用 Effect of interaction between insulin and glucagon on blood glucose 曹祥华 (安徽怀宁 怀宁县高河中学 246121) 王文芳 (山东阳谷 阳谷县第三中学 252300) 中国图 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 分类号:Q45 文献标识码:C 摘要:本文从2013年江苏高 考题 安全员b证考试题库金融学机考题库消防安全技术实务思考题答案朝花夕拾考题答案excel基本考题 生物卷第30题出发，深入探讨胰岛素和胰 高血糖素对血糖稳态的调节机制;人教版生物教材的新旧版本，以及浙科版的教 材针对“胰岛素和胰高血糖素分泌的相互作用”的论述存在诸多矛盾之处。本文 将就相关问题的疑惑做出解答。 关键词:胰岛素 胰高血糖素 血糖调节 相互作用 第一作者姓名:曹祥华 性别:男 籍贯:安徽怀宁 出生年月:1980年12月 学历:大学本科 职称:中教二级 工作单位:怀宁县高河中学 联系电话: 邮寄地址:安徽省怀宁县高河中学教务处 邮编:246121 E-mail:596552563@qq.com 第二作者姓名:王文芳 性别:女 籍贯:山东阳谷 出生年月:1968年8月 学历:大学本科 职称:中教高级 工作单位:阳谷县第三中学 联系电话: 邮寄地址:山东省阳谷县第三中学 邮编:252300 E-mail:1261634564@qq.com 胰岛素和胰高血糖素对血糖的调节及其相互作用 Effect of interaction between insulin and glucagon on blood glucose 曹祥华 (安徽怀宁 怀宁县高河中学 246121) 王文芳 (山东阳谷 阳谷县第三中学 252300) 中国图书分类号:Q45 文献标识码:C 摘要:本文从2013年江苏高考题生物卷第30题出发，深入探讨胰岛素和胰高血糖素对血糖稳态的调节机制，以及血糖调节异常即糖尿病的发病机理;人教版生物教材的新旧版本，以及浙科版的教材针对“胰岛素和胰高血糖素分泌的相互作用”的论述存在诸多矛盾之处。本文就相关问题的疑惑做出解答。 关键词:胰岛素 胰高血糖素 血糖调节 相互作用 旧人教版生物教材选修全一册在讲到血糖平衡的调节时，着重强调了胰岛素和胰高血糖素的相互作用(见教材第9页插图1–6)，据图 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 可知胰高血糖素促进胰岛素的分泌，而胰岛素会抑制胰高血糖素的分泌;而浙科版生物教材必修3《稳态与环境》第39页中提到:“血糖浓度下降(低于80mg/100ml)和胰岛素分泌增加都可以直接作用于胰岛A细胞引起胰高血糖素的分泌，血糖浓度上升和胰岛素分泌降低则使A细胞的分泌减少。”两者的矛盾之处可见一斑。而新人教版却没有关于胰岛素和胰高血糖素相互作用的内容论述。为什么会出现这样的变化呢,这要从血糖平衡的调节机制说起。 1. 血糖平衡的调节机制 1.1对血糖升高的调节 B细胞对血糖浓度变化非常敏感，血糖水平低于50 mg/100ml时胰岛素分泌极少或无分泌，血糖水平高于250 mg/100ml时胰岛素分泌达到最大限度。摄食以后，血糖浓度会迅速升高，作为信号直接刺激胰岛B细胞分泌胰岛素;或者引起下丘脑兴奋，通过迷走神经作用于胰岛B细胞，刺激胰岛素的分泌;并且某些氨基酸或激素也能导致胰岛素的分泌增加，如:精氨酸和赖氨酸，以及胃肠道分泌的促胃液素、促胰液素等。在持续高血糖的刺激下，胰岛素的分泌可分为三个阶段:血糖升高5min内，胰岛素的分泌可增加约10倍，主要来源于B细胞贮存的激素释放，因此持续时间不长，5,10min后胰岛素的分泌便下降50,;血糖升高15min后，出现胰岛素分泌的第二次增多，在2,3h达高峰，并持续较长的时间，分泌速率也远大于第一相，这主要是激活了B细胞胰岛素合成酶系，促进了合成与释放;倘若高血糖持续一周左右，胰岛素的分泌可进一步增加，这是由于长时间的高血糖刺激B细胞增生而引起的。 [4]近年的研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，几乎体内所有细胞的膜上都有胰岛素受体。葡萄糖的跨膜运输包括两种方式:其一，依赖于钠钾泵所建立的离子势能所进行的继发性主动转运，如小肠绒毛上皮细胞和肾小管上皮细胞。其二，通过葡萄糖转运体(GLUT)的协助扩散。葡萄糖转运体包含多种类型GLUT-GLUT等，而胰岛素主要作用于17 GLUT,并且不是通过诱导GLUT数量的增加，而是诱导6-磷酸激酶使磷酸化葡萄4 糖增加，促使细胞内葡萄糖浓度下降，葡萄糖易通过协助扩散进入细胞内。 当胰岛素与其受体结合以后，促进组织细胞对葡萄糖的摄取和利用;加速葡萄糖合成为糖原，贮存于肝脏和肌肉中，并抑制糖异生;促进葡萄糖转变为脂肪酸，贮存于脂肪组织，抑制脂肪的分解;促进氨基酸主动转运进入细胞内，直接作用于核糖体加速蛋白质的合成，并抑制蛋白质的分解，从而导致血糖水平下降。 1.2对血糖降低的调节 当血糖水平降低时，胰高血糖素分泌增加;血液中氨基酸增多，也能促进胰高血糖素的分泌。蛋白餐后，血液中吸收大量氨基酸，既促进胰岛素的释放，又刺激了胰高血糖素的分泌。胰高血糖素抵消了胰岛素的作用，又促进了葡萄糖的异生，使血糖水平升高，这对于防止低血糖具有重要的生理意义。胰高血糖素的靶细胞主要是肝细胞。胰高血糖素能强烈地促进糖原分解和葡萄糖异生，使血糖明显升高;并且促进脂肪分解，加速氨基酸进入肝细胞，脱氨基转化成糖。 1.3血糖调节异常:糖尿病的发病机理 关于糖尿病的发病机理仍然存在很多未知领域，基于人们现阶段对糖尿病的认识将糖尿病划分为两种类型(?型和?型)。?型糖尿病主要与自身免疫有关，在自身免疫系统的攻击下大量的胰岛B细胞被破坏，大大降低了胰岛合成和分泌胰岛素的能力，胰岛素分泌不足，故又被称为胰岛素依赖性糖尿病;?型糖尿病的发病机理:多年研究表明，胰岛素抵抗和B细胞功能障碍是?型糖尿病发病的 [5]两大机制。所谓胰岛素抵抗是指组织细胞对胰岛素的敏感性下降，这种异常以胰岛素受体后信号传导障碍为主。尽管胰岛素抵抗存在于?型糖尿病人群中，但同时也以同样程度存在于许多并无糖尿病的人群中，该人群可有或无代谢综合征，因而单独胰岛素抵抗不可能是?型糖尿病的决定性致病因素，日益增多的事实表明，胰岛特别是胰岛B细胞的异常可能是?型糖尿病发病的中心环节。换句话说，胰岛素抵抗是?型糖尿病发生的始动因素，而胰岛B细胞功能正常与否则是?型糖尿病是否发生的决定因素;胰岛素抵抗的发生启动了?型糖尿病的发病历程，但如果胰岛B细胞能保持其代偿能力?型糖尿病并不会发生，然而胰岛细 胞因长期过度代偿而衰竭，其代偿能力逐渐下降，糖代谢进一步恶化，血糖升高达到糖尿病水平，则?型糖尿病逐渐发生。 2(胰岛素和胰高血糖素的相互作用 胰岛素和胰高血糖素是两种具有拮抗作用的激素。王玢和左明雪在《人体及动物生理学》中认为“胰岛素抑制胰高血糖素的分泌，胰高血糖素却可促进胰岛素的分泌”。例如:血糖升高促进胰岛素释放，同时抑制胰高血糖素分泌，而胰岛素又可以直接抑制胰高血糖素的分泌，二者相互增强，使胰高血糖素分泌显著 [3]受到抑制，这样胰岛素得以更有效的发挥作用。旧人教版教材关于胰岛素和胰高血糖素相互作用的论述显然与上述内容相吻合。但是浙科版教材和2013年江苏高考题生物卷第30题为什么会认为胰岛素能促进胰高血糖素的分泌呢, 2(1胰岛素抑制胰高血糖素分泌的机制 [1]图1:胰高血糖素的分泌机制 胰高血糖素的分泌需要一个完整的去极化级联(如图1)，低血糖时，细胞 ++内ATP/ADP比值降低，促使ATP敏感性K通道(Kchannel)打开，K外流ATP 2+2+至膜内电位达到-60mV时关闭，此时刺激T型Ca通道打开，Ca内流使胰岛A ++细胞去极化，从而启动Na通道开放，Na内流导致胰岛A细胞进一步去极化， 2+2+2+因而激活L型或N型Ca通道致使Ca持续内流。当细胞内Ca浓度增大时， +触发胰高血糖素通过胞吞作用释放。最后，电压门控K通道(Kchannel)打DR +开，K外流而复极化。 如图2所示:胰岛素对胰高血糖素的抑制机制主要通过三个途径完成的。首 ++先，胰岛素能降低胰岛A细胞ATP敏感性K通道的灵敏度K持续外流，从而导致胰岛A细胞超极化(细胞内更负)，这样使胰岛A细胞的去极化变得十分困 2+难，动作电位停止产生，Ca无法内流而致使胰高血糖素的分泌受到抑制;其次，胰岛素与胰岛A细胞膜表面的受体(IR)结合促进γ-氨基丁酸的受体(GABAR)A的膜转运，然后在胰岛B细胞分泌的γ-氨基丁酸(GABA)的作用下，增强了GABAR介导的氯离子内流，负电荷被带到膜内也能使胰岛A细胞超级化;最A 后，胰岛素能抑制胰高血糖素基因的转录，这种机制是一种长效机制。 [1]图2:胰岛素抑制胰高血糖素分泌的三种途径 2(2胰高血糖素促进胰岛素的分泌 [2]图3:胰岛素分泌的调控机制 +胰岛B细胞膜上ATP敏感性K通道(Kchannel)的开启和关闭控制着胰ATP 岛素的分泌。K通道的开放维持着B细胞的静息电位，进食后高血糖使细胞ATP 内糖代谢增加，胰岛B细胞内ATP/ADP比例升高，细胞膜上的K通道关闭，ATP 2+细胞膜去极化，当膜电位达到一定阈值时，膜上的电压依赖性钙通道(L型Ca 2+2+通道)迅速开放，Ca内流，触发胰岛素分泌。胰岛素的分泌除了受Ca浓度影响的同时，也受细胞内cAMP浓度的限制。如图3胰高血糖素样肽-1(GLP-1)能与A细胞表面的受体结合，使腺苷酸环化酶活性增强，细胞内cAMP浓度升高，从而促进胰岛素的分泌。而胰高血糖素与胰岛B细胞膜上的受体(GCGR)结合也能激发类似的途径。 2(3关于“胰岛素促进胰高血糖素分泌”的讨论 从以上信号通路分析，胰岛素显然不具有促进胰高血糖素分泌的功能。有趣的是当摄食以后，正常人的血液胰高血糖素含量先基本不变然后急剧下降，而糖尿病患者的胰高血糖素在短时间内具有很大幅度的升高。如表1所示:正常对照组和糖尿病组进食75g葡萄糖后血液中胰高血糖素和胰岛素水平的比较，相对于 [7]正常对照组而言糖尿病组进食后胰高血糖素升高的更为明显。这是不是就能够说明胰岛素能促进胰高血糖素的分泌呢, 糖尿病患者首先出现胰岛素抵抗，接着其代偿性分泌增多的胰岛素本应该作 [6]为信号抑制胰高血糖素的分泌;然而由于胰岛A细胞的胰岛素抵抗使葡萄糖不能充分进入胰岛A细胞，细胞内葡萄糖减少使ATP/ADP比例降低，细胞膜上的K通道打开，引起胰岛A细胞去极化级联，胰高血糖素分泌增加。另外，ATP [8]可能是由于自身免疫导致的胰岛A细胞上的胰岛素受体数目减少，致使胰岛A细胞对胰岛素的敏感性下降，从而无法启动胰岛素抑制胰高血糖素分泌的三条途径。这两方面因素使糖尿病患者餐后血胰高血糖素无法得到抑制而比正常人更明显的反常性升高。在大量的胰高血糖素的作用下血糖水平会进一步升高，接着刺激胰岛B细胞分泌更多的胰岛素，恶性循环久而久之就会造成胰岛B细胞数量 的减少和胰岛功能衰竭，最终胰岛素的分泌量达不到控制血糖的目的。大量实验证据表明，胰岛素对胰高血糖素分泌的抑制不足是?型糖尿病的另一重要原因[6]。因此抑制胰高血糖素升高可能是治疗和预防糖尿病的新靶点。 综上所述，在正常个体进食后，胰岛素水平迅速增加，胰高血糖素水平下降，这些激素改变是为将餐后血糖升幅降至最小。然而，糖尿病患者餐后胰高血糖素分泌上升，其主要原因是胰岛A细胞的胰岛素抵抗使葡萄糖难以进入胰岛A细胞，高血糖却不能使胰岛A细胞内的葡萄糖的水平上升，ATP/ADP下降引起胰高血糖素分泌的去极化级联;或自身免疫引起的胰岛A细胞表面的胰岛素受体减少，无法启动胰岛素抑制胰高血糖素分泌的三条途径。 也就是说胰岛素是不能直接促进胰高血糖素的分泌的，所以浙科版教材和2013年江苏高考题生物卷第30题关于“胰岛素浓度的升高和血糖浓度的降低会促进胰高血糖素的分泌”的描述是有问题的。旧人教版关于胰岛素和胰高血糖素相互作用的论述是正确的，但没有展开讨论，可能是因为要弄清两者的信号通路对高中生的认知水平来说要求还是过高了。关于此知识点学生只能知其然而不能知其所以然，掌握此知识点只能靠记忆意义不大，这可能新版教材删除此内容的原因。 主要参考文献 [1] Pritpal Bansal and Qinghua Wang. Insulin as a physiological modulator of glucagon secretion, Am J Physiol Endocrinol Metab295:E751-E761, 2008; irstpublishedJuly22,2008; doi:10.1152/ajpendo.90295.2008. [2] Jens Juul Holst , Jesper Gromada. Role of incretin hormones in the regulation of insulin secretion in diabetic and nondiabetic humans, American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism Published1August 2004Vol. 287no. E199-E206DOI: 10.1152/ajpendo.00545.2003 [3] 王玢 左明雪(《人体及动物生理学》.北京:高等教育出版社，2001(7 第二版 :393-395; [4] 姚泰 罗自强.《生理学》. 北京:人民卫生出版社，2001年第一版:482~486; [5] 孙志，马丽，邱玉芹，韩海容. 2型糖尿病发病机制及胰岛β细胞功能障碍的研究进展. 《医学综述》2008年5月第14卷第9期:1371-1373; [6] 冯海英，丁焕然，史视明. 2型糖尿病患者胰岛素抵抗与胰高血糖素的关系. 《中国综 合临床》2006年8月第22卷第8期:707-708; [7] 杨篷，韩玉麒，程晓芸，吴国亭. 胰高血糖素与2型糖尿病的相关性研究. 《同济大学 学报(医学版)》2005年12月第26卷第6期:50-53; [8] 安雅莉，李光伟，刘雪丽，潘琳. 胰岛细胞抗体亚型与胰岛素、胰高血糖素分泌的关联. 《中华内分泌代谢杂志》2004年6月第20卷第3期:190-192 书中横卧着整个过去的灵魂——卡莱尔 人的影响短暂而微弱，书的影响则广泛而深远——普希金 人离开了书，如同离开空气一样不能生活——科洛廖夫 书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉 ——库法耶夫 书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者———史美尔斯 书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的，是富有启发性的养料。而阅读，则正是这种养料———雨果