血糖与血糖浓度的调节

血糖与血糖浓度的调节_生物化学

第五节　血糖与血糖浓度的调节

血液中的葡萄糖称为血糖。血糖是葡萄糖在体内的运输形式。血糖浓度随进食、活动等变化而有所波动。正常人空腹时的血糖浓度为3．89～6．11mmol/L，并维持其相对恒定。血糖浓度的相对恒定依赖于体内血糖来源和去路的动态平衡。血糖是反映体内糖代谢状况的一项重要指标。

一、血糖的来源和去路

（一）血糖的来源

血糖的来源如下。①食物中的糖类物质在肠道消化吸收入血的葡萄糖，是血糖的主要来源。②肝糖原分解的葡萄糖，为空腹时血糖的来源。③非糖物质在肝、肾中经糖异生作用转变为的葡萄糖，是饥饿时血糖的来源。

（二）血糖的去路

血糖的去路如下。①氧化分解供能，在组织细胞中经有氧氧化和无氧分解产生ATP，这是血糖的主要去路。②肝、肌肉等组织将葡萄糖合成糖原储存。③转变成其他糖类及非糖物质，如核糖、脱氧核糖、脂肪、有机酸及非必需氨基酸等。④当血糖浓度过高，大于8．89～10．00mmol/L时，超过肾小管最大重吸收能力（肾糖阈），尿中可出现葡萄糖，称为尿糖（为非正常去路）。尿糖在病理情况下出现，常见于糖尿病患者。现将血糖的来源与去路总结于图7－9。

图7－9　血糖的来源与去路

二、血糖浓度的调节

正常人血糖浓度维持在一个相对恒定的水平，这对保证人体各组织器官利用葡萄糖非常重要，特别是脑组织，几乎完全依靠葡萄糖供能进行神经活动，血糖供应不足会使神经功能受损，因此，维持血糖浓度的相对恒定是极为重要的。

正常人体内存在着精细的能调节血糖来源和去路的动态平衡的机制。保持血糖浓度的相对恒定是神经系统、激素及组织器官一起协同调节作用的结果。

（一）肝脏的调节作用

肝脏是体内调节血糖浓度的主要器官。它可以通过肝糖原的分解与合成、糖异生作用来升高或降低血糖。

（二）激素的调节作用

调节血糖浓度的激素有两大类：降低血糖浓度的激素——胰岛素；升高血糖浓度的激素——胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素等。两类激素的作用相互对立、相互制约，保持着血糖来源与去路的动态平衡。各激素的作用机制如表7－2所示。

表7－2　激素对血糖水平的作用机制

三、糖代谢异常

（一）高血糖

空腹血糖浓度高于6．9mmol/L时被称为血糖过高或高血糖。如果血糖浓度超过了肾小管重吸收葡萄糖的能力（肾糖阈），则尿中可出现葡萄糖，称为糖尿。

引起高血糖和糖尿的原因有生理性原因和病理性原因两种。如摄入过多或输入大量葡萄糖、精神紧张，而使得血糖升高超过肾糖阈，出现糖尿，为生理性糖尿；病理性高血糖和糖尿多见于糖尿病。有些肾小管重吸收能力低的人，肾糖阈比正常人低，即使血糖在正常范围，也可出现糖尿，称为肾性糖尿，但患者血糖及糖耐量均正常。

（二）低血糖

空腹血糖浓度低于3．0mmol/L时称为低血糖。低血糖能影响大脑的正常功能，临床表现有交感神经过度兴奋症状，如出汗、颤抖、心悸（心率加快）、面色苍白、肢凉等，以及神经症状，如头晕、视物不清、步态不稳，甚至出现幻觉、神志不清、昏迷、血压下降等。

出现低血糖的原因有以下几种：①饥饿或不能进食；②内分泌异常，如垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下；③严重肝脏疾病；④临床治疗时使用降糖药物过量；⑤胰岛素分泌过多、升高血糖浓度的激素分泌不足等。

（三）糖尿病

糖尿病是一种因部分或完全胰岛素缺失或细胞胰岛素受体减少或受体敏感性降低所致的疾病。根据其病因目前可分为1型糖尿病、2型糖尿病、其他特殊类型糖尿病和妊娠期糖尿病。1型糖尿病多发于儿童和年轻人，只占糖尿病患者总人数的5%～10%，主要是由患者胰岛β细胞破坏，导致胰岛素绝对缺乏所致；2型糖尿病与肥胖关系密切，占糖尿病患者总人数的90%以上。患者存在胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷。糖尿病的典型症状为“三多一少”，即多饮、多尿、多食、体重减轻。但许多轻症或2型糖尿病患者早期常无明显症状，只是在普查、健康检查或检查其他疾病时偶然发现，不少患者甚至以各种急性或慢性并发症而就诊。

（四）糖代谢异常相关检验项目及意义

1．空腹血糖检测

空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）是诊断糖代谢紊乱最常用和最重要的指标。以空腹血浆葡萄糖（fasting plasma glucose，FPG）检测较为方便，且结果也最为可靠。

参考值：葡萄糖氧化酶法，3．9～6．1mmol/L。

临床意义：血糖检测是目前诊断糖尿病的主要依据，也是判断糖尿病病情和控制程度的主要指标。

FBG升高：

（1）生理性升高：如餐后1～2h、高糖饮食、剧烈运动、情绪激动等。

（2）病理性升高：①各型糖尿病；②内分泌疾病，如甲状腺功能亢进、巨人症、肢端肥大症、皮质醇增多症、嗜铬细胞瘤和胰高血糖素瘤等；③应激性因素，如颅内压增高、颅脑损伤、中枢神经系统感染、心肌梗死、大面积烧伤、急性脑血管病等；④药物影响，如服用噻嗪类利尿剂、避孕药、泼尼松等；⑤肝脏和胰腺疾病，如严重的肝病、坏死性胰腺炎、胰腺癌等；⑥其他，如高热、呕吐、腹泻、脱水、麻醉和缺氧等。

FBG降低：

（1）生理性降低：如饥饿、长期剧烈运动、妊娠期等。

（2）病理性降低：①胰岛素过多，如胰岛素用量过大、口服降糖药等；②对抗胰岛素的激素分泌不足，如肾上腺皮质激素、生长激素缺乏等；③肝糖原储存缺乏，如急性肝坏死、急性肝炎、肝癌等；④急性乙醇中毒；⑤消耗性疾病，如严重营养不良、恶病质等。

2．口服葡萄糖耐量试验

口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test，OGTT）是检测葡萄糖代谢功能的试验，主要用于诊断症状不明显或血糖升高不明显的可疑糖尿病。现多采用世界卫生组织（WHO）推荐的75g葡萄糖标准OGTT，分别检测FPG和口服葡萄糖后30 min、1h、2h、3h的血糖和尿糖。正常人口服一定量的葡萄糖后，暂时升高的血糖刺激胰岛素分泌增加，使血糖浓度在短时间内降至空腹水平，此为耐糖现象。当糖代谢紊乱时，口服一定量的葡萄糖后血糖浓度急剧升高，或升高不明显，但短时间内不能降至空腹水平，此为糖耐量异常或糖耐量降低。

参考值：①FPG 3．9～6．1mmol/L；②口服葡萄糖后0．5～1h，血糖浓度达到高峰（一般为7．8～9．0mmol/L），峰值小于11．1mmol/L；③2h后血糖浓度（2hPG）浓度低于7．8mmol/L；④3h后血糖浓度恢复至空腹水平；⑤尿糖均为阴性。

临床意义：OGTT是一种葡萄糖负荷试验，用以了解机体对葡萄糖代谢的调节能力，是糖尿病和低糖血症的重要诊断性试验。临床上主要用于诊断糖尿病、判断糖耐量异常、鉴别尿糖和低糖血症。

临床上有以下条件之一者，即可诊断为糖尿病。①具有糖尿病症状，随机血糖浓度大于11．1mmol/L；②FPG＞7．0mmol/L；③OGTT 2h血糖浓度大于11．1mmol/L。

3．糖化血红蛋白测定

糖化血红蛋白（GHb）主要针对高血糖，特别是对血糖和尿糖波动较大的患者有特殊诊断价值。GHb是红细胞内的血红蛋白（Hb）与糖类（主要是葡萄糖）以共价键形式结合而成的一种化合物。该过程为非酶促反应和不可逆反应。GHb的浓度与血液中的葡萄糖浓度呈正比。GHb主要存在于糖尿病或其他高血糖患者的血液中。因红细胞的平均寿命为120d，由于糖化过程非常缓慢，一旦生成不再解离。因此，GHb的浓度可反映受试者检测前1～2个月内血糖的平均浓度，而与血糖的短期波动无关。对于血糖或尿糖浓度波动较大的患者，GHb浓度测定对其诊断或追踪病情的发展有其独特的临床价值。

参考值：糖化血红蛋白浓度为4%～6%。

临床意义：GHb水平取决于血糖水平、高血糖持续时间，其生成量与血糖浓度呈正比。GHb的代谢周期与红细胞的寿命基本一致，故GHb水平反映了近1～2个月的平均血糖水平。

（1）评价糖尿病控制程度：GHb浓度增高提示近2～3个月的糖尿病控制不良，GHb浓度越高，血糖水平越高，病情越重。故GHb可作为糖尿病长期控制的良好观察指标。糖尿病控制良好者，2～3个月检测1次；控制欠佳者1～2个月检测1次。妊娠期糖尿病、1型糖尿病患者应每月检测1次，以便调整用药剂量。

（2）预测血管并发症：由于GHb与氧的亲和力强，可导致组织缺氧，故GHb长期增高，可引起组织缺氧而发生血管并发症。若HbA浓度大于10%，提示并发症严重，预后较差。

（3）鉴别高血糖：糖尿病高血糖的GHb水平增高，而应激性高血糖的GHb则正常。

4．血清C－肽检测

C－肽是胰岛素原在蛋白水解酶的作用下裂解而成的与胰岛素等分子的肽类物。检测空腹时血清C－肽水平可用于评价胰岛β细胞的分泌功能和储备功能。

参考值：空腹时血清C－肽的浓度为0．3～0．6nmol/L。

临床意义：血清C－肽检测常用于糖尿病的分型诊断，其意义与血清胰岛素一样，且血清C－肽可以真实反映实际胰岛素水平，故也可以指导临床治疗中胰岛素用量的调整。

（1）血清C－肽水平升高：①胰岛β细胞瘤；②肝硬化，且血清C－肽/胰岛素浓度比值降低。

（2）血清C－肽水平降低：①糖尿病；②血清C－肽水平不升高，而胰岛素水平升高，提示为外源性高胰岛素血症，如胰岛素用量过多等。

本章小结

糖是人类必需的营养成分之一。人每天进食的主要成分是糖，足见糖对生命机能活动的重要性。糖是人体最主要的供能物质，约占全部供能物质所提供的能量的60%；与供能有关的糖类主要是葡萄糖和糖原，前者为能量的运输和供能形式，后者为能量的储存形式。

糖代谢是指糖在体内的分解代谢与合成代谢。其分解代谢途径有糖的无氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途径。

糖的无氧氧化是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。其全部反应过程在细胞质中进行，代谢的终产物为乳酸，1分子葡萄糖经无氧氧化可净生成2分子ATP。

糖的无氧氧化（糖酵解）途径可分为三个阶段。第一阶段即：葡萄糖→6－磷酸葡萄糖→6－磷酸果糖→1，6－二磷酸果糖（F－1，6－BP）→2分子3－磷酸甘油醛。

这一阶段的主要特点是葡萄糖的磷酸化，并伴随有能量的消耗，若从葡萄糖开始，消耗2分子ATP；若从糖原开始，则消耗1分子ATP。在这一阶段中有两个不可逆反应，分别由两个关键酶，即己糖激酶和6－磷酸果糖激酶催化，它们是糖酵解途径运转速度的调节点。

第二阶段为丙酮酸的生成，即3－磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应：3－磷酸甘油醛→1，3－二磷酸甘油酸→3－磷酸甘油酸→2－磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。

第二阶段的特点是能量的产生。此阶段共生成4分子ATP。丙酮酸激酶为关键酶。产能方式都是底物水平磷酸化。

第三阶段为丙酮酸还原为乳酸。当机体缺氧时，丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD＋，丙酮酸则还原为乳酸。

糖无氧氧化的生理意义如下：在无氧和缺氧条件下，为机体迅速提供能量，并为一些特殊的组织细胞（如表皮细胞、红细胞及视网膜等）提供能量。

糖的有氧氧化是指葡萄糖或糖原在有氧条件下彻底氧化分解生成CO₂和H₂O，并释放出大量能量的过程。绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞质和线粒体内进行，1分子葡萄糖彻底氧化分解可产生30或32分子ATP。糖的有氧氧化代谢途径可分为三个阶段。

第一阶段：葡萄糖或糖原经糖酵解途径生成丙酮酸。此阶段在细胞质中进行，与糖的无氧酵解途径相同，涉及的关键酶也相同。1分子葡萄糖分解后生成2分子丙酮酸。

第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA。在有氧条件下丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶复合体的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA。丙酮酸脱氢酶复合体为关键酶，该酶由三种酶单体构成，涉及六种辅助因子，即NAD^＋、FAD、HSCoA、TPP、硫辛酸和Mg^2＋。

第三阶段：乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化分解。生成的乙酰CoA可进入三羧酸循环经四次脱氢、两次脱羧，彻底氧化分解为CO₂和H₂O，并释放能量合成ATP。1分子乙酰CoA氧化分解后共生成10分子ATP。

糖有氧氧化的生理意义如下：它是糖在体内分解供能的主要途径，也是机体内大多数组织细胞获取能量的主要途径。三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质氧化供能的共同途径，也是糖、脂肪、蛋白质相互转变的枢纽。

磷酸戊糖途径的生理意义不在于提供能量，而在于经此代谢途径生成NADPH和5－磷酸核糖。NADPH作为供氢体参与体内多种代谢；5－磷酸核糖是体内合成核苷酸的重要原料。

糖原合成与分解的主要生理意义在于维持血糖浓度的相对稳定。血糖浓度高时合成糖原，血糖浓度低时分解肝糖原来补充血糖。

由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。该代谢途径主要存在于肝脏及肾脏中。糖异生主要沿糖酵解途径逆行，但由于有三步由己糖激酶、6－磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化的反应为不可逆反应，故需经另外的反应绕行。糖异生的原料主要来自于生糖氨基酸、甘油和乳酸。糖异生的主要生理意义为在较长时间饥饿的情况下，机体需要靠糖异生作用生成葡萄糖，以维持血糖浓度的相对恒定。

血液中的葡萄糖称为血糖。血糖的来源如下：①消化吸收的葡萄糖；②肝脏的糖异生作用；③肝糖原的分解。血糖的去路如下：①氧化分解供能；②合成糖原（肝脏、肌肉、肾脏）；③转变为脂肪或氨基酸；④转变为其他糖类物质。正常人空腹时血糖浓度为3．89～6．11mmol/L。神经体液及组织器官通过精细调控血糖来源与去路的动态平衡，从而维持血糖浓度的相对恒定。

能力检测

一、案例引导题

患者，女，11岁。主诉：尿多（尤其是晚上）、口渴、食欲极好、易疲劳、四肢无力。医生检查发现：患者明显消瘦，舌干，呈中度脱水，但无淋巴结病变。实验室检查：血糖浓度为16mmol/L，尿糖＋＋＋＋，尿酮体＋＋。

分析思考：

（1）初步诊断该患者有何疾病？

（2）结合所学生物化学知识解释患者体征及实验室检查结果。

二、单项选择题

1．在缺氧条件下，葡萄糖分解的产物是（　　）。

A．丙酮酸　　B．乳酸　　C．磷酸二羟丙酮

D．苹果酸　　E．柠檬酸

2．下列化合物中哪个是三羧酸循环的第一个产物？（　　）

A．苹果酸　　B．草酰乙酸　C．异柠檬酸

D．柠檬酸　　E．乳酸

3．FAD是下列哪种酶的辅酶？（　　）

A．琥珀酸脱氢酶　　B．α－酮戊二酸脱氢酶复合体

C．苹果酸脱氢酶　　D．异柠檬酸脱氢酶

E．乳酸脱氢酶

4．NAD^＋是下列哪种酶的辅酶？（　　）

A．异柠檬酸脱氢酶　　B．琥珀酸脱氢酶　　C．柠檬酸合成酶

D．延胡索酸酶　　　　E．延胡索酸脱氢酶

5．肌糖原不能分解为葡萄糖，是因为肌肉中缺乏（　　）。

A．己糖激酶　　B．葡萄糖－6－磷酸酶

C．葡萄糖－6－磷酸脱氢酶　　D．磷酸果糖激酶

E．丙酮酸激酶

6．糖原分解的关键酶是（　　）。

A．葡萄糖－6－磷酸酶　　B．磷酸化酶　　C．磷酸葡萄糖变位酶

D．脱支酶　　　　　　　　E．磷酸果糖激酶

7．糖原合成的关键酶是（　　）。

A．糖原合成酶　　　B．分支酶　　C．磷酸葡萄糖变位酶

D．UDPG焦磷酸化酶　E．葡萄糖－6－磷酸酶

8．能降低血糖浓度的激素是（　　）。

A．胰高血糖素　　B．肾上腺素　　C．胰岛素

D．糖皮质激素　　E．生长素

9．下列哪个化合物是糖原分解时，从非还原端分解下来的？（　　）

A．葡萄糖　　B．1－磷酸葡萄糖　　C．6－磷酸葡萄糖

D．UDPG　　　E．6－磷酸果糖

10．1分子丙酮酸彻底氧化成CO₂和H₂O，可生成多少分子的ATP？（　　）

A．20　　B．15　　C．12．5　　D．25　　E．30

三、拓展题

1．糖酵解途径的第1、2、9三步反应有什么共性？催化这三步反应的酶各是什么？为什么剧烈运动后，肌肉常有酸疼的感觉？

2．应用已学知识，解释糖尿病患者“三多一少”症状的生化机制。

（王易振）