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、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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曹祥華 （安徽懷寧 懷寧縣高河中學(xué) ）王文芳 （山東陽(yáng)谷 陽(yáng)谷縣第三中學(xué) ）中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：Q45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C摘要：本文從2013年江蘇高考題生物卷第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

2、多矛盾之處。本文將就相關(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) 相互作用第一作者姓名：曹祥華性別：男籍貫：安徽懷寧出生年月：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)系電話：郵寄地址：安徽省懷寧縣高河中學(xué)教務(wù)處郵編：E-mail:第二作者姓名：王文芳性別：女籍貫：山東陽(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)系電話：郵寄地址：山東省陽(yáng)谷縣第三中學(xué)郵編：E-mail: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 in

3、sulin and glucagon on blood glucose曹祥華 （安徽懷寧 懷寧縣高河中學(xué) ）王文芳 （山東陽(yáng)谷 陽(yáng)谷縣第三中學(xué) ）中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：Q45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C摘要：本文從2013年江蘇高考題生物卷第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)

4、，著重強(qiáng)調(diào)了胰島素和胰高血糖素的相互作用（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?！眱烧叩拿苤幙梢?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內(nèi)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

5、分泌極少或無(wú)分泌，血糖水平高于250 mg/100ml時(shí)胰島素分泌達(dá)到最大限度。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；并且某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內(nèi)，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)高峰，并持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，分泌速率也

6、遠(yuǎn)大于第一相，這主要是激活了B細(xì)胞胰島素合成酶系，促進(jìn)了合成與釋放；倘若高血糖持續(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。近年的研究表明，幾乎體內(nèi)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)行的繼發(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)胞內(nèi)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

7、內(nèi)。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)胞內(nèi)，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。

8、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，胰島素分泌不足，故又被稱(chēng)為胰島素依賴(lài)性糖尿?。恍吞悄虿〉陌l(fā)病機(jī)理：多年研究表明，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

9、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)糖尿病的人群中，該人群可有或無(wú)代謝綜合征，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)表明，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，糖代謝進(jìn)一步惡化，血糖升高達(dá)到糖尿病水平，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

10、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內(nèi)容相吻合。但是浙科版教材和2013年江蘇高考題生物卷第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)胞內(nèi)ATP/ADP比值降

11、低，促使ATP敏感性K+通道（KATP channel）打開(kāi)，K+外流至膜內(nèi)電位達(dá)到-60mV時(shí)關(guān)閉，此時(shí)刺激T型Ca2+通道打開(kāi)，Ca2+內(nèi)流使胰島A細(xì)胞去極化，從而啟動(dòng)Na+通道開(kāi)放，Na+內(nèi)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)內(nèi)流。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)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）打開(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)胞內(nèi)更負(fù)），這樣使胰島A細(xì)胞

12、的去極化變得十分困難，動(dòng)作電位停止產(chǎn)生，Ca2+無(wú)法內(nèi)流而致使胰高血糖素的分泌受到抑制；其次，胰島素與胰島A細(xì)胞膜表面的受體（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)的氯離子內(nèi)流，負(fù)電荷被帶到膜內(nèi)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

13、的靜息電位，進(jìn)食后高血糖使細(xì)胞內(nèi)糖代謝增加，胰島B細(xì)胞內(nèi)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)膜電位達(dá)到一定閾值時(shí)，膜上的電壓依賴(lài)性鈣通道(L型Ca2+通道)迅速開(kāi)放，Ca2+內(nèi)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)胞內(nèi)cAMP濃度的限制。如圖3胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）能與A細(xì)胞表面的受體結(jié)合，使腺苷酸環(huán)化酶活性增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)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

14、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基本不變?nèi)缓蠹眲∠陆?，而糖尿病患者的胰高血糖素在短時(shí)間內(nèi)具有很大幅度的升高。如表1所示：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)胞內(nèi)葡萄糖減少使ATP/ADP比例降低，細(xì)胞膜上的KATP通道打開(kāi)，引起胰島A細(xì)胞去極化級(jí)聯(lián)，胰高血糖素分泌增

15、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)表明，胰島素對(duì)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，

16、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進(jìn)入胰島A細(xì)胞，高血糖卻不能使胰島A細(xì)胞內(nèi)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)胞表面的胰島素受體減少，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2013年江蘇高考題生物卷第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

17、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，這可能新版教材刪除此內(nèi)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, Am J Physiol Endocrinol Metab295:E751-E761, 2008; irstpublishedJuly22,2008;doi:10.1152/ajpendo.90295.2008.2 Jens

18、 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.00545.20033 王玢 左明雪人體及動(dòng)物生理學(xué).北京：高等教育出版社，20017 第二版 :393-395； 4 姚泰 羅自強(qiáng).生理學(xué). 北京：人民衛(wèi)生出版社，2001年第一版：482486；