胰島素和胰高血糖素對血糖的調節(jié)及其相互作用

1、-胰島素和胰高血糖素對血糖的調節(jié)及其相互作用Effect of interaction between insulin and glucagon on blood glucose祥華 懷寧 懷寧縣高河中學 246121王文芳 陽谷 陽谷縣第三中學252300中國圖書：Q45 文獻標識碼：C摘要：本文從2021年高考題生物卷第30題出發(fā)，深入探討胰島素和胰高血糖素對血糖穩(wěn)態(tài)的調節(jié)機制；人教版生物教材的新舊版本，以及浙科版的教材針對“胰島素和胰高血糖素分泌的相互作用的論述存在諸多矛盾之處。本文將就相關問題的疑

2、惑做出解答。關鍵詞：胰島素 胰高血糖素 血糖調節(jié) 相互作用第一 祥華性別：男籍貫：懷寧出生年月：1980年12月學歷：大學本科職稱：中教二級工作單位：懷寧縣高河中學聯系：郵寄地址：省懷寧縣高河中學教務處 ：246121:596552563qq.第二 王文芳性別：女籍貫：陽谷出生年月：1968年8月學歷：大學本科職稱：中教高級工作單位：陽谷縣第三中學聯系：郵寄地址：省陽谷縣第三中學 ：252300:1261634564qq.胰島素和胰高血糖素對血糖的調節(jié)及其相互作用Effect of interaction between insulin and

3、 glucagon on blood glucose祥華 懷寧 懷寧縣高河中學 246121王文芳 陽谷 陽谷縣第三中學252300中國圖書：Q45 文獻標識碼：C摘要：本文從2021年高考題生物卷第30題出發(fā)，深入探討胰島素和胰高血糖素對血糖穩(wěn)態(tài)的調節(jié)機制，以及血糖調節(jié)異常即糖尿病的發(fā)病機理；人教版生物教材的新舊版本，以及浙科版的教材針對“胰島素和胰高血糖素分泌的相互作用的論述存在諸多矛盾之處。本文就相關問題的疑惑做出解答。關鍵詞：胰島素 胰高血糖素 血糖調節(jié) 相互作用舊人教版生物教材選修全一冊在講到血糖平衡的調節(jié)時，著重強調了胰島素和胰高血糖素的相互

4、作用見教材第9頁插圖16，據圖分析可知胰高血糖素促進胰島素的分泌，而胰島素會抑制胰高血糖素的分泌；而浙科版生物教材必修3?穩(wěn)態(tài)與環(huán)境?第39頁中提到：“血糖濃度下降低于80mg/100ml和胰島素分泌增加都可以直接作用于胰島A細胞引起胰高血糖素的分泌，血糖濃度上升和胰島素分泌降低則使A細胞的分泌減少。兩者的矛盾之處可見一斑。而新人教版卻沒有關于胰島素和胰高血糖素相互作用的容論述。為什么會出現這樣的變化呢.這要從血糖平衡的調節(jié)機制說起。1. 血糖平衡的調節(jié)機制1.1對血糖升高的調節(jié)B細胞對血糖濃度變化非常敏感，血糖水平低于50 mg/100ml時胰島素分泌極少或無分泌，血糖水平高于250 mg/

5、100ml時胰島素分泌到達最大限度。攝食以后，血糖濃度會迅速升高，作為信號直接刺激胰島B細胞分泌胰島素；或者引起下丘腦興奮，通過迷走神經作用于胰島B細胞，刺激胰島素的分泌；并且*些氨基酸或激素也能導致胰島素的分泌增加，如：精氨酸和賴氨酸，以及胃腸道分泌的促胃液素、促胰液素等。在持續(xù)高血糖的刺激下，胰島素的分泌可分為三個階段：血糖升高5min，胰島素的分泌可增加約10倍，主要來源于B細胞貯存的激素釋放，因此持續(xù)時間不長，510min后胰島素的分泌便下降50；血糖升高15min后，出現胰島素分泌的第二次增多，在23h達頂峰，并持續(xù)較長的時間，分泌速率也遠大于第一相，這主要是激活了B細胞胰島素合成酶

6、系，促進了合成與釋放；倘假設高血糖持續(xù)一周左右，胰島素的分泌可進一步增加，這是由于長時間的高血糖刺激B細胞增生而引起的。近年的研究說明，幾乎體所有細胞的膜上都有胰島素受體4。葡萄糖的跨膜運輸包括兩種方式：其一，依賴于鈉鉀泵所建立的離子勢能所進展的繼發(fā)性主動轉運，如小腸絨毛上皮細胞和腎小管上皮細胞。其二，通過葡萄糖轉運體GLUT的協助擴散。葡萄糖轉運體包含多種類型GLUT1-GLUT7等，而胰島素主要作用于GLUT4,并且不是通過誘導GLUT數量的增加，而是誘導6-磷酸激酶使磷酸化葡萄糖增加，促使細胞葡萄糖濃度下降，葡萄糖易通過協助擴散進入細胞。當胰島素與其受體結合以后，促進組織細胞對葡萄糖的攝

7、取和利用；加速葡萄糖合成為糖原，貯存于肝臟和肌肉中，并抑制糖異生；促進葡萄糖轉變?yōu)橹舅?，貯存于脂肪組織，抑制脂肪的分解；促進氨基酸主動轉運進入細胞，直接作用于核糖體加速蛋白質的合成，并抑制蛋白質的分解，從而導致血糖水平下降。1.2對血糖降低的調節(jié)當血糖水平降低時，胰高血糖素分泌增加；血液中氨基酸增多，也能促進胰高血糖素的分泌。蛋白餐后，血液中吸收大量氨基酸，既促進胰島素的釋放，又刺激了胰高血糖素的分泌。胰高血糖素抵消了胰島素的作用，又促進了葡萄糖的異生，使血糖水平升高，這對于防止低血糖具有重要的生理意義。胰高血糖素的靶細胞主要是肝細胞。胰高血糖素能強烈地促進糖原分解和葡萄糖異生，使血糖明顯升

8、高；并且促進脂肪分解，加速氨基酸進入肝細胞，脫氨基轉化成糖。1.3血糖調節(jié)異常：糖尿病的發(fā)病機理關于糖尿病的發(fā)病機理仍然存在很多未知領域，基于人們現階段對糖尿病的認識將糖尿病劃分為兩種類型型和型。型糖尿病主要與自身免疫有關，在自身免疫系統(tǒng)的攻擊下大量的胰島B細胞被破壞，大大降低了胰島合成和分泌胰島素的能力，胰島素分泌缺乏，故又被稱為胰島素依賴性糖尿病；型糖尿病的發(fā)病機理：多年研究說明，胰島素抵抗和B細胞功能障礙是型糖尿病發(fā)病的兩大機制5。所謂胰島素抵抗是指組織細胞對胰島素的敏感性下降，這種異常以胰島素受體后信號傳導障礙為主。盡管胰島素抵抗存在于型糖尿病人群中，但同時也以同樣程度存在于許多并無糖

9、尿病的人群中，該人群可有或無代綜合征，因而單獨胰島素抵抗不可能是型糖尿病的決定性致病因素，日益增多的事實說明，胰島特別是胰島B細胞的異?？赡苁切吞悄虿“l(fā)病的中心環(huán)節(jié)。換句話說，胰島素抵抗是型糖尿病發(fā)生的始動因素，而胰島B細胞功能正常與否則是型糖尿病是否發(fā)生的決定因素;胰島素抵抗的發(fā)生啟動了型糖尿病的發(fā)病歷程，但如果胰島B細胞能保持其代償能力型糖尿病并不會發(fā)生，然而胰島細胞因長期過度代償而衰竭，其代償能力逐漸下降，糖代進一步惡化，血糖升高到達糖尿病水平，則型糖尿病逐漸發(fā)生。2胰島素和胰高血糖素的相互作用胰島素和胰高血糖素是兩種具有拮抗作用的激素。王玢和左明雪在?人體及動物生理學?中認為“胰島素抑

10、制胰高血糖素的分泌，胰高血糖素卻可促進胰島素的分泌。例如：血糖升高促進胰島素釋放，同時抑制胰高血糖素分泌，而胰島素又可以直接抑制胰高血糖素的分泌，二者相互增強，使胰高血糖素分泌顯著受到抑制，這樣胰島素得以更有效的發(fā)揮作用3。舊人教版教材關于胰島素和胰高血糖素相互作用的論述顯然與上述容相吻合。但是浙科版教材和2021年高考題生物卷第30題為什么會認為胰島素能促進胰高血糖素的分泌呢.21胰島素抑制胰高血糖素分泌的機制圖1：胰高血糖素的分泌機制1胰高血糖素的分泌需要一個完整的去極化級聯如圖1，低血糖時，細胞ATP/ADP比值降低，促使ATP敏感性K+通道KATP channel翻開，K+外流至膜電位

11、到達-60mV時關閉，此時刺激T型Ca2+通道翻開，Ca2+流使胰島A細胞去極化，從而啟動Na+通道開放，Na+流導致胰島A細胞進一步去極化，因而激活L型或N型Ca2+通道致使Ca2+持續(xù)流。當細胞Ca2+濃度增大時，觸發(fā)胰高血糖素通過胞吞作用釋放。最后，電壓門控K+通道KDR channel翻開，K+外流而復極化。如圖2所示：胰島素對胰高血糖素的抑制機制主要通過三個途徑完成的。首先，胰島素能降低胰島A細胞ATP敏感性K+通道的靈敏度K+持續(xù)外流，從而導致胰島A細胞超極化細胞更負，這樣使胰島A細胞的去極化變得十分困難，動作電位停頓產生，Ca2+無法流而致使胰高血糖素的分泌受到抑制；其次，胰島素

12、與胰島A細胞膜外表的受體IR結合促進-氨基丁酸的受體GABAAR的膜轉運，然后在胰島B細胞分泌的-氨基丁酸GABA的作用下，增強了GABAAR介導的氯離子流，負電荷被帶到膜也能使胰島A細胞超級化；最后，胰島素能抑制胰高血糖素基因的轉錄，這種機制是一種長效機制。圖2：胰島素抑制胰高血糖素分泌的三種途徑122胰高血糖素促進胰島素的分泌圖3：胰島素分泌的調控機制2胰島B細胞膜上ATP敏感性K+通道KATP channel的開啟和關閉控制著胰島素的分泌。KATP通道的開放維持著B細胞的靜息電位，進食后高血糖使細胞糖代增加，胰島B細胞ATP/ADP比例升高，細胞膜上的KATP通道關閉，細胞膜去極化，當膜

13、電位到達一定閾值時，膜上的電壓依賴性鈣通道(L型Ca2+通道)迅速開放，Ca2+流，觸發(fā)胰島素分泌。胰島素的分泌除了受Ca2+濃度影響的同時，也受細胞cAMP濃度的限制。如圖3胰高血糖素樣肽-1GLP-1能與A細胞外表的受體結合，使腺苷酸環(huán)化酶活性增強，細胞cAMP濃度升高，從而促進胰島素的分泌。而胰高血糖素與胰島B細胞膜上的受體GCGR結合也能激發(fā)類似的途徑。23關于“胰島素促進胰高血糖素分泌的討論從以上信號通路分析，胰島素顯然不具有促進胰高血糖素分泌的功能。有趣的是當攝食以后，正常人的血液胰高血糖素含量先根本不變然后急劇下降，而糖尿病患者的胰高血糖素在短時間具有很大幅度的升高。如表1所示：

14、正常對照組和糖尿病組進食75g葡萄糖后血液中胰高血糖素和胰島素水平的比較，相對于正常對照組而言糖尿病組進食后胰高血糖素升高的更為明顯7。這是不是就能夠說明胰島素能促進胰高血糖素的分泌呢.糖尿病患者首先出現胰島素抵抗，接著其代償性分泌增多的胰島素本應該作為信號抑制胰高血糖素的分泌；然而由于胰島A細胞的胰島素抵抗6使葡萄糖不能充分進入胰島A細胞，細胞葡萄糖減少使ATP/ADP比例降低，細胞膜上的KATP通道翻開，引起胰島A細胞去極化級聯，胰高血糖素分泌增加。另外，可能是由于自身免疫導致的胰島A細胞上的胰島素受體數目減少8，致使胰島A細胞對胰島素的敏感性下降，從而無法啟動胰島素抑制胰高血糖素分泌的三

15、條途徑。這兩方面因素使糖尿病患者餐后血胰高血糖素無法得到抑制而比正常人更明顯的反常性升高。在大量的胰高血糖素的作用下血糖水平會進一步升高，接著刺激胰島B細胞分泌更多的胰島素，惡性循環(huán)久而久之就會造成胰島B細胞數量的減少和胰島功能衰竭，最終胰島素的分泌量達不到控制血糖的目的。大量實驗證據說明，胰島素對胰高血糖素分泌的抑制缺乏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療和預防糖尿病的新靶點。綜上所述，在正常個體進食后，胰島素水平迅速增加，胰高血糖素水平下降，這些激素改變是為將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，其主要原因是胰島A細胞的胰島素抵抗使葡萄糖難以

16、進入胰島A細胞，高血糖卻不能使胰島A細胞的葡萄糖的水平上升，ATP/ADP下降引起胰高血糖素分泌的去極化級聯；或自身免疫引起的胰島A細胞外表的胰島素受體減少，無法啟動胰島素抑制胰高血糖素分泌的三條途徑。也就是說胰島素是不能直接促進胰高血糖素的分泌的，所以浙科版教材和2021年高考題生物卷第30題關于“胰島素濃度的升高和血糖濃度的降低會促進胰高血糖素的分泌的描述是有問題的。舊人教版關于胰島素和胰高血糖素相互作用的論述是正確的，但沒有展開討論，可能是因為要弄清兩者的信號通路對高中生的認知水平來說要求還是過高了。關于此知識點學生只能知其然而不能知其所以然，掌握此知識點只能靠記憶意義不大，這可能新版教

17、材刪除此容的原因。主要參考文獻1 Pritpal Bansal and Qinghua Wang. Insulin as a physiological modulator of glucagon secretion,AmJPhysiolEndocrinolMetab295:E751-E761, 2021;irstpublishedJuly22,2021;doi:10.1152/ajpendo.90295.2021.2Jens JuulHolst,JesperGromada. Role of incretin hormones in the regulation of insulin secretion in diabetic and nondiabetic humans,American Journal of Physiology-Endocrinology andMetabolismPublished1August 2004Vol. 287no. E199-E206DOI:3 王玢 左明雪?人體及動物生理學?.：高等教育，20017 第二版 :393-395； 4 泰 羅自強.?生理學?. ：人民衛(wèi)生，2001年第一版：482486；