胰島素和胰高血糖素對(duì)血糖的調(diào)節(jié)及其相互作用

1、-胰島素和胰高血糖素對(duì)血糖的調(diào)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(xué) 246121王文芳 陽(yáng)谷 陽(yáng)谷縣第三中學(xué)252300中國(guó)圖書(shū)：Q45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)血糖穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制；人教版生物教材的新舊版本，以及浙科版的教材針對(duì)“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(guān)問(wèn)題的疑

2、惑做出解答。關(guān)鍵詞：胰島素 胰高血糖素 血糖調(diào)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(xué)歷：大學(xué)本科職稱(chēng)：中教二級(jí)工作單位：懷寧縣高河中學(xué)聯(lián)系：郵寄地址：省懷寧縣高河中學(xué)教務(wù)處 ：246121:596552563qq.第二 王文芳性別：女籍貫：陽(yáng)谷出生年月：1968年8月學(xué)歷：大學(xué)本科職稱(chēng)：中教高級(jí)工作單位：陽(yáng)谷縣第三中學(xué)聯(lián)系：郵寄地址：省陽(yáng)谷縣第三中學(xué) ：252300:1261634564qq.胰島素和胰高血糖素對(duì)血糖的調(diào)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(xué) 246121王文芳 陽(yáng)谷 陽(yáng)谷縣第三中學(xué)252300中國(guó)圖書(shū)：Q45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)血糖穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制，以及血糖調(diào)節(jié)異常即糖尿病的發(fā)病機(jī)理；人教版生物教材的新舊版本，以及浙科版的教材針對(duì)“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(guān)問(wèn)題的疑惑做出解答。關(guān)鍵詞：胰島素 胰高血糖素 血糖調(diào)節(jié) 相互作用舊人教版生物教材選修全一冊(cè)在講到血糖平衡的調(diào)節(jié)時(shí)，著重強(qiáng)調(diào)了胰島素和胰高血糖素的相互

4、作用見(jiàn)教材第9頁(yè)插圖16，據(jù)圖分析可知胰高血糖素促進(jìn)胰島素的分泌，而胰島素會(huì)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(yè)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(xì)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(xì)胞的分泌減少。兩者的矛盾之處可見(jiàn)一斑。而新人教版卻沒(méi)有關(guān)于胰島素和胰高血糖素相互作用的容論述。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的變化呢.這要從血糖平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制說(shuō)起。1. 血糖平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制1.1對(duì)血糖升高的調(diào)節(jié)B細(xì)胞對(duì)血糖濃度變化非常敏感，血糖水平低于50 mg/100ml時(shí)胰島素分泌極少或無(wú)分泌，血糖水平高于250 mg/

5、100ml時(shí)胰島素分泌到達(dá)最大限度。攝食以后，血糖濃度會(huì)迅速升高，作為信號(hào)直接刺激胰島B細(xì)胞分泌胰島素；或者引起下丘腦興奮，通過(guò)迷走神經(jīng)作用于胰島B細(xì)胞，刺激胰島素的分泌；并且*些氨基酸或激素也能導(dǎo)致胰島素的分泌增加，如：精氨酸和賴(lài)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(gè)階段：血糖升高5min，胰島素的分泌可增加約10倍，主要來(lái)源于B細(xì)胞貯存的激素釋放，因此持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，510min后胰島素的分泌便下降50；血糖升高15min后，出現(xiàn)胰島素分泌的第二次增多，在23h達(dá)頂峰，并持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，分泌速率也遠(yuǎn)大于第一相，這主要是激活了B細(xì)胞胰島素合成酶

6、系，促進(jìn)了合成與釋放；倘假設(shè)高血糖持續(xù)一周左右，胰島素的分泌可進(jìn)一步增加，這是由于長(zhǎng)時(shí)間的高血糖刺激B細(xì)胞增生而引起的。近年的研究說(shuō)明，幾乎體所有細(xì)胞的膜上都有胰島素受體4。葡萄糖的跨膜運(yùn)輸包括兩種方式：其一，依賴(lài)于鈉鉀泵所建立的離子勢(shì)能所進(jìn)展的繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，如小腸絨毛上皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞。其二，通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT的協(xié)助擴(kuò)散。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體包含多種類(lèi)型GLUT1-GLUT7等，而胰島素主要作用于GLUT4,并且不是通過(guò)誘導(dǎo)GLUT數(shù)量的增加，而是誘導(dǎo)6-磷酸激酶使磷酸化葡萄糖增加，促使細(xì)胞葡萄糖濃度下降，葡萄糖易通過(guò)協(xié)助擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞。當(dāng)胰島素與其受體結(jié)合以后，促進(jìn)組織細(xì)胞對(duì)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(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅?，貯存于脂肪組織，抑制脂肪的分解；促進(jìn)氨基酸主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，直接作用于核糖體加速蛋白質(zhì)的合成，并抑制蛋白質(zhì)的分解，從而導(dǎo)致血糖水平下降。1.2對(duì)血糖降低的調(diào)節(jié)當(dāng)血糖水平降低時(shí)，胰高血糖素分泌增加；血液中氨基酸增多，也能促進(jìn)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(jìn)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(jìn)了葡萄糖的異生，使血糖水平升高，這對(duì)于防止低血糖具有重要的生理意義。胰高血糖素的靶細(xì)胞主要是肝細(xì)胞。胰高血糖素能強(qiáng)烈地促進(jìn)糖原分解和葡萄糖異生，使血糖明顯升

8、高；并且促進(jìn)脂肪分解，加速氨基酸進(jìn)入肝細(xì)胞，脫氨基轉(zhuǎn)化成糖。1.3血糖調(diào)節(jié)異常：糖尿病的發(fā)病機(jī)理關(guān)于糖尿病的發(fā)病機(jī)理仍然存在很多未知領(lǐng)域，基于人們現(xiàn)階段對(duì)糖尿病的認(rèn)識(shí)將糖尿病劃分為兩種類(lèi)型型和型。型糖尿病主要與自身免疫有關(guān)，在自身免疫系統(tǒng)的攻擊下大量的胰島B細(xì)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(chēng)為胰島素依賴(lài)性糖尿??；型糖尿病的發(fā)病機(jī)理：多年研究說(shuō)明，胰島素抵抗和B細(xì)胞功能障礙是型糖尿病發(fā)病的兩大機(jī)制5。所謂胰島素抵抗是指組織細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性下降，這種異常以胰島素受體后信號(hào)傳導(dǎo)障礙為主。盡管胰島素抵抗存在于型糖尿病人群中，但同時(shí)也以同樣程度存在于許多并無(wú)糖

9、尿病的人群中，該人群可有或無(wú)代綜合征，因而單獨(dú)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(shí)說(shuō)明，胰島特別是胰島B細(xì)胞的異?？赡苁切吞悄虿“l(fā)病的中心環(huán)節(jié)。換句話說(shuō)，胰島素抵抗是型糖尿病發(fā)生的始動(dòng)因素，而胰島B細(xì)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(dòng)了型糖尿病的發(fā)病歷程，但如果胰島B細(xì)胞能保持其代償能力型糖尿病并不會(huì)發(fā)生，然而胰島細(xì)胞因長(zhǎng)期過(guò)度代償而衰竭，其代償能力逐漸下降，糖代進(jìn)一步惡化，血糖升高到達(dá)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(dòng)物生理學(xué)?中認(rèn)為“胰島素抑

10、制胰高血糖素的分泌，胰高血糖素卻可促進(jìn)胰島素的分泌。例如：血糖升高促進(jìn)胰島素釋放，同時(shí)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(qiáng)，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(guān)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(huì)認(rèn)為胰島素能促進(jìn)胰高血糖素的分泌呢.21胰島素抑制胰高血糖素分泌的機(jī)制圖1：胰高血糖素的分泌機(jī)制1胰高血糖素的分泌需要一個(gè)完整的去極化級(jí)聯(lián)如圖1，低血糖時(shí)，細(xì)胞ATP/ADP比值降低，促使ATP敏感性K+通道KATP channel翻開(kāi)，K+外流至膜電位

11、到達(dá)-60mV時(shí)關(guān)閉，此時(shí)刺激T型Ca2+通道翻開(kāi)，Ca2+流使胰島A細(xì)胞去極化，從而啟動(dòng)Na+通道開(kāi)放，Na+流導(dǎo)致胰島A細(xì)胞進(jìn)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(dāng)細(xì)胞Ca2+濃度增大時(shí)，觸發(fā)胰高血糖素通過(guò)胞吞作用釋放。最后，電壓門(mén)控K+通道KDR channel翻開(kāi)，K+外流而復(fù)極化。如圖2所示：胰島素對(duì)胰高血糖素的抑制機(jī)制主要通過(guò)三個(gè)途徑完成的。首先，胰島素能降低胰島A細(xì)胞ATP敏感性K+通道的靈敏度K+持續(xù)外流，從而導(dǎo)致胰島A細(xì)胞超極化細(xì)胞更負(fù)，這樣使胰島A細(xì)胞的去極化變得十分困難，動(dòng)作電位停頓產(chǎn)生，Ca2+無(wú)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(xì)胞膜外表的受體IR結(jié)合促進(jìn)-氨基丁酸的受體GABAAR的膜轉(zhuǎn)運(yùn)，然后在胰島B細(xì)胞分泌的-氨基丁酸GABA的作用下，增強(qiáng)了GABAAR介導(dǎo)的氯離子流，負(fù)電荷被帶到膜也能使胰島A細(xì)胞超級(jí)化；最后，胰島素能抑制胰高血糖素基因的轉(zhuǎn)錄，這種機(jī)制是一種長(zhǎng)效機(jī)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(jìn)胰島素的分泌圖3：胰島素分泌的調(diào)控機(jī)制2胰島B細(xì)胞膜上ATP敏感性K+通道KATP channel的開(kāi)啟和關(guān)閉控制著胰島素的分泌。KATP通道的開(kāi)放維持著B(niǎo)細(xì)胞的靜息電位，進(jìn)食后高血糖使細(xì)胞糖代增加，胰島B細(xì)胞ATP/ADP比例升高，細(xì)胞膜上的KATP通道關(guān)閉，細(xì)胞膜去極化，當(dāng)膜

13、電位到達(dá)一定閾值時(shí)，膜上的電壓依賴(lài)性鈣通道(L型Ca2+通道)迅速開(kāi)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(shí)，也受細(xì)胞cAMP濃度的限制。如圖3胰高血糖素樣肽-1GLP-1能與A細(xì)胞外表的受體結(jié)合，使腺苷酸環(huán)化酶活性增強(qiáng)，細(xì)胞cAMP濃度升高，從而促進(jìn)胰島素的分泌。而胰高血糖素與胰島B細(xì)胞膜上的受體GCGR結(jié)合也能激發(fā)類(lèi)似的途徑。23關(guān)于“胰島素促進(jìn)胰高血糖素分泌的討論從以上信號(hào)通路分析，胰島素顯然不具有促進(jìn)胰高血糖素分泌的功能。有趣的是當(dāng)攝食以后，正常人的血液胰高血糖素含量先根本不變?nèi)缓蠹眲∠陆?，而糖尿病患者的胰高血糖素在短時(shí)間具有很大幅度的升高。如表1所示：

14、正常對(duì)照組和糖尿病組進(jìn)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(duì)于正常對(duì)照組而言糖尿病組進(jìn)食后胰高血糖素升高的更為明顯7。這是不是就能夠說(shuō)明胰島素能促進(jìn)胰高血糖素的分泌呢.糖尿病患者首先出現(xiàn)胰島素抵抗，接著其代償性分泌增多的胰島素本應(yīng)該作為信號(hào)抑制胰高血糖素的分泌；然而由于胰島A細(xì)胞的胰島素抵抗6使葡萄糖不能充分進(jìn)入胰島A細(xì)胞，細(xì)胞葡萄糖減少使ATP/ADP比例降低，細(xì)胞膜上的KATP通道翻開(kāi)，引起胰島A細(xì)胞去極化級(jí)聯(lián)，胰高血糖素分泌增加。另外，可能是由于自身免疫導(dǎo)致的胰島A細(xì)胞上的胰島素受體數(shù)目減少8，致使胰島A細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性下降，從而無(wú)法啟動(dòng)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?zé)o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(huì)進(jìn)一步升高，接著刺激胰島B細(xì)胞分泌更多的胰島素，惡性循環(huán)久而久之就會(huì)造成胰島B細(xì)胞數(shù)量的減少和胰島功能衰竭，最終胰島素的分泌量達(dá)不到控制血糖的目的。大量實(shí)驗(yàn)證據(jù)說(shuō)明，胰島素對(duì)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(yù)防糖尿病的新靶點(diǎn)。綜上所述，在正常個(gè)體進(jìn)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(xì)胞的胰島素抵抗使葡萄糖難以

16、進(jìn)入胰島A細(xì)胞，高血糖卻不能使胰島A細(xì)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(jí)聯(lián)；或自身免疫引起的胰島A細(xì)胞外表的胰島素受體減少，無(wú)法啟動(dòng)胰島素抑制胰高血糖素分泌的三條途徑。也就是說(shuō)胰島素是不能直接促進(jìn)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(guān)于“胰島素濃度的升高和血糖濃度的降低會(huì)促進(jìn)胰高血糖素的分泌的描述是有問(wèn)題的。舊人教版關(guān)于胰島素和胰高血糖素相互作用的論述是正確的，但沒(méi)有展開(kāi)討論，可能是因?yàn)橐鍍烧叩男盘?hào)通路對(duì)高中生的認(rèn)知水平來(lái)說(shuō)要求還是過(guò)高了。關(guān)于此知識(shí)點(diǎn)學(xué)生只能知其然而不能知其所以然，掌握此知識(shí)點(diǎn)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(xiàn)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(dòng)物生理學(xué)?.：高等教育，20017 第二版 :393-395； 4 泰 羅自強(qiáng).?生理學(xué)?. ：人民衛(wèi)生，2001年第一版：482486；