血糖的稳态

血糖的稳态_躯体的智慧

I

葡萄中的糖或葡萄糖，是淀粉类食物为了便于躯体利用而变成的一种形式。在食物中，所有生成能量的物质里，葡萄糖是最能迅速利用的。当葡萄糖供应充足的情况下，它总是被优先利用；于是，脂肪的燃烧几乎完全停止。进一步说，按照目前的观点，葡萄糖或其储存前质——糖元，是肌肉收缩的基本条件。因此，该物质的利用是从不间断的；甚至在睡眠中心肌和呼吸肌也在消耗着糖元，而它只能定期地得到更新。

在通常循环血液中，葡萄糖的浓度是：在100立方厘米血液中含有100毫克，一般用“100毫克％”来表示。在该浓度上下，不应当发生大幅度的变化。在吃了一顿高糖饮食之后，或在吃进大量糖果后，浓度超过“肾阈”(约180毫克％)，糖就通过尿排出体外。反之，如浓度降至70毫克％或更低，就很可能出现“低血糖反应”。

由于使用一种胰腺的内分泌制剂(即用于治疗糖尿病的胰岛素)，低血糖反应受到了重视。关于这种药物在该疾患中的合理应用我们将在后面讨论，现在我们可以只注意这一点：即胰岛素的作用能使血糖产生过度的下降。当血糖水平在胰岛素作用下下降到70毫克％左右时，病人一般会产生无力或疲乏感，并有难受的饥饿感觉。几乎总是有震颤感以及精细动作发生某种不协调现象。如果血糖浓度继续下降，还会出现下列客观体征：大量出汗，常有面色苍白和潮红，瞳孔扩大，脉搏加快(尤其在儿童)。与此同时，主观症状变得更为严重：神经质倾向发展为不安、兴奋甚至情绪发作。如血糖下降得不到阻止，则可呈现出令人担心的表现，如巨大的情绪动荡，语无伦次，精神错乱以及谵妄。

在低等动物接受过多胰岛素后也显示出类似现象，并在下降到45毫克％左右时达到高潮，出现惊厥和昏迷，这种效果并非胰岛素本身所造成，而是在胰岛素作用下血中糖分减少的结果，曼(Mann)和马加思(Magath)的实验证实了这一点。他们发现在躯体失去肝脏的作用后血糖水平下降，出现惊厥动作，随之神志丧失，这些都是处于45—50毫克水平低血糖时的特征性表现。这些结果与胰岛素性低血糖所产生的结果相同。无论是低等动物还是人，如果在低血糖状态时向血内注射葡萄糖，则会发生惊人的转变，明明是垂死状态的危险症状或体征就奇迹般地消失了，并且几乎立刻就恢复到正常状态。

糖就这样继续不断地为躯体所利用。它只定期得到更新。糖向血液中输送不仅需要保持连续不断，而且需要加以调节以便适应这样的要求：既不要过多以致躯体损失宝贵的能量生成物质，又不要过少以致可能给整个机体带来不同程度的严重障碍。

II

糖的储存在供应充足与不足之间起到中间调节作用，从而保证血糖的稳态。但这种物质的储存不同于水和盐类，而是分两个阶段进行。

第一步，多余的血糖的临时贮藏所和多余的氯化钠一样，是在皮肤里面。当饮食中含有大量糖和其他易消化的糖类食物时，血糖浓度一般从100毫克左右升高到大约170毫克％——即刚好在肾阈以下。福林(Folin)、特林堡(Trimble)和牛曼(Newman)曾经发现，在这个阶段中，当血糖浓度高时，皮肤中的浓度也同样是高的。看来这种情况是泛溢式储存的又一个例子。葡萄糖并未发生化学变化，糖向临时贮藏所的存放以及由此提取的过程不需要特殊的装置。当血循环中的糖被利用或用于我们即将提到的更长期的储存时，血中浓度就下降，于是那些曾经充溢皮肤深层海绵状间隙内的以及还可能流入其他富有蜂窝组织的部位的浓缩葡萄糖，又逐渐回流到血液，然后按照血中葡萄糖的惯常途径被直接利用或用于更固定的贮藏。

第二阶段，或第二种贮藏方式，是以包含物的形式在细胞内储存起来，这不只是葡萄糖，也是其他营养物质管理上的典型方式。我曾建议把这称为转化式储存(storage by segregation)。它和泛溢式储存(storage by inundation)不同，受到更为复杂的调节。如我们所知，泛溢式储存可以表现为一种根据充足程度多少从血流中流出和回流入血的过程，即一种比较简单的过程。反之，转化式储存则通常包括物理状态或分子组成的变化，而且看来是由神经系统或受神经系统与内分泌腺协同作用来进行调节的。

由于我们知识上还有许多不足，这种说法只能是假设性的，进一步的研究将会揭示更多有关这方面的知识。

糖以淀粉形式储存于植物中。它在动物中的储存则采取“动物淀粉”即糖元的形式。植物及动物体内循环形式的糖都是溶于水样液体内的糖。从坚硬的枫树内涌流出来的树浆中提取的枫树糖浆可以证明这一点。流动血液中的葡萄糖变成贮备的糖元储存在肝和肌肉的细胞内，当需要动用时，它又被肝细胞转化为葡萄糖，并可被血液运送到需要的部分。肌细胞中的糖元转化为乳酸，该物质也能进入血液，有趣的是，在到达肝后还可以在那里再次被合成为糖元。

糖类储存和释放的方式提供了通过转化方式实现稳态的最好例证。当有丰富的糖类食物时，肝内就有大量糖元储备。但是在长时间肌肉工作后，这些储备可以几乎全部耗尽。注意看到这一点是重要的：即释放过程的连续进行显然是受到调节的。康波斯(Campos)，兰丁(Lundin)，沃尔克(Walker)和我最近的实验表明，狗在脚踏轮上剧烈运动两小时过程中，血糖的平均水平逐步从90毫克％左右下降到大约66毫克％。换言之，当葡萄糖(在肌肉工作中)被大量利用时，它在血中的含量要维持这样一种浓度：既不要造成通过肾而丢失的可能性，又不会因低血糖之故而导致严重的障碍。

III

现在让我们看一看内环境中血糖升高时会发生什么情况。当摄入过多葡萄糖时，对抗这种趋势的作用效应就表现出来了。血糖升高到接近能由肾脏逸出的水平，但一般不会超出这个水平。过多的糖，除了以泛溢方式储存起来外，都被分别贮藏在肝或肌肉中，或转变为脂肪，或被直接利用。有证据说明，在肝和肌肉细胞中的转化式储存过程取决于胰岛素的作用。胰岛素是由胰腺中一组细胞群，即所谓“兰格汉氏岛”(islands of Langerhans)细胞所产生的一种内分泌物质，胰岛细胞将这种物质释放入血。关于胰岛素在储存过程中的作用，我在下面只作一个简要的叙述：

第一，胰的病变或摘除胰脏会迅速引起糖尿病的发生，表现为血糖过高(高血糖症)和肝内储存糖元的大幅度减少。

第二，对糖尿病人，或对有糖尿病而饲以食糖的狗给以胰岛素，能使血糖减少到正常浓度，同时引起肝内糖元的再次大量蓄积。简单说来就是，胰岛素被注射后就取代了在胰机能缺陷时所缺乏的那种物质。

第三，对摘除胰腺的动物给予胰岛素能导致肌肉中糖元储存的明显增加，在供给多余葡萄糖时尤其明显，如无胰岛素作用，葡萄糖就不会被储存起来。

最后，作为胰腺在正常情况下参与控制糖类利用的证据，则可举出霍曼斯(Homans)的观察结果，他在兰格汉氏岛细胞中看到一种具有特征性的变化，即对一只仅残留小块胰腺的动物饲以过量糖类食物，则该细胞显示出过劳状态；伴随此变化而发生的是这种细胞的机能退化。

至于怎样使胰腺分泌出胰岛素，这个问题现在尚不清楚。高浓度的循环着的葡萄糖能对胰岛细胞产生直接刺激作用，这是没有多大疑问的。各种实验都反映了这个事实，正如明可夫斯基(Minkowski)指出的，将胰腺的一部分移植到皮下，并摘除余下腺体从而破坏其神经联系后并不会出现糖尿病；但随后除去了移植片时，则该疾患就立即明显化起来。与此结果相一致的是盖耶(Gayet)和吉尧米(Guillaumie)的实验，他们证明，在一个实验性糖尿病的低等动物身上，通过其颈部血管和另一动物的胰腺作人工连结，则其过高血糖立刻就会下降。

但是，也有证据说明胰岛素的分泌是受神经支配的。在德可拉尔(de Corral)和麦克利奥(Macleod)及他的同事所做的缺乏决定意义的实验之后，我的合作者之一，S.W.布利顿(Britton)发现，在排除交感—肾上腺系统(我们将在后面看到它是和胰腺作用相对抗的)的作用之后，再刺激右侧迷走神经可得到血糖下降的稳定的结果。图15表示在阿米妥麻醉下进行预备手术后，不刺激迷走神经时血糖的一般变化过程。图16表示在此基础上刺激右侧迷走神经后所出现的血糖下降。如事先结扎胰的血管，则不出现这种结果。根据丛兹(Zunz)和拉巴尔的实验，胰岛素分泌的神经支配可通过注射葡萄糖来证实。他们利用一种交叉循环的方法，即将一只狗(A)的胰腺上引出的静脉连结到另一只狗(B)的颈静脉上，他们发现将葡萄糖注射到A狗会使A狗的胰腺血液的接受者B狗的血糖下降。两只动物当然都是未麻醉的。他们宣称，如果事先切断A狗的迷走神经，或用阿托品这种药物来阻滞迷走神经冲动的传递，则B狗就不发生血糖下降。很明显，过高血糖可通过迷走神经的作用来增加胰的内分泌，这种增多了的分泌物质从A狗输送给B狗，在后者引起血糖水平的下降。

                                           

图15：A．B．C和D，分别代表四个对照实验，说明在阿米妥麻醉下血糖变化过程。所有实验动物的左侧肾上腺都完全结扎，暴露右侧迷走神经以备刺激之用。手术一律引起血糖明显上升，而且出现一定的最终水平并维持数小时，此水平与上升高峰值相关。

、                                                   

图16：两例实验记录，表示刺激迷走神经对血糖的效应，每例左侧肾上腺都已结扎。

将以上证据综合起来，表明存在一种胰岛素分泌的神经支配，但也说明这并不是必需的，说它并非必需，也不等于证明，它是无用的。躯体内许多器官虽在失去与神经系统联系的情况下仍能行使一些功能。例如，正常状态下支配肾上腺分泌的内脏神经虽被切断，但在发生窒息时仍可能有肾上腺素分泌出来。但是，在这种状态下，该腺体与接受特定神经支配时相比，反应能力就较差。迷走神经可能对胰岛素分泌提供一种精细的调节。

IV

对胰岛素效应的研究可能使我们对防止血糖水平发生严重下降的一些因素作用得到深入的了解。如我已指出过的，通过胰岛

                                   图17：猫心脏神经一般分布图。RV，右侧迷走神经；LV，左侧迷走神经；CS，颈部交感神经；ICG，颈下神经节；R，喉返神经；D，减压神经；SG,星状神经节；C，“心总神经”；S，交感纤维；TSC，胸交感神经链。虚线表示切断或剔除部分。

素作用把血糖浓度降低到70毫克％左右，则会引起所谓“低血糖反应”。这种反应所特有的表现，如苍白、脉快、瞳孔扩大以及大量出汗，是交感神经系统作用的体征。自然会产生这样的问题：这些现象是否是该系统所发挥的全身作用的一部分呢?如是的话，是否肾上腺分泌在起作用呢?在低血糖状态下交感—肾上腺体系的介入，是非常令人感兴趣并具有重大意义的。因为该体系具有从肝内储备中释放糖的能力，因此，为了保持正常浓度而需要更多的糖时，血中糖浓度的减低就会完全自动地引起交感—肾上腺机构的作用。

为了解肾上腺是否在低血糖反应中确实分泌肾上腺素，布利斯(Bliss)，麦克伊弗(McIver)和我曾用“去神经”的心脏(即切断所有神经联系的心脏)来试验这种可能性。我们已经知道，交感神经系统沿神经纤维向心脏传送加快心搏的冲动，也知道迷走神经起相反作用使心搏减慢。路易斯(Lewis)，布利顿(Britton)和我曾通过仔细的外科手术摘除掉胸部上方每侧交感链发出的加速纤维，切断位于支配声带的喉支下方的右侧迷走神经，剪除左侧迷走神经的心支(见图17)。这样，心脏就与神经系统完全失去联系，而心脏在胸腔的位置并未改变；它继续推动血液通过动脉、毛细血管和静脉；但这种心脏的机能不再能依靠直接的神经影响来适应躯体活动的紧急状态。心脏与机体其他部分的唯一联系是循环血液。对我们预期的目的来说，可喜的是，去神经心脏的心率完全不受动脉压变化的影响；实际上，除去温度变化之外，影响心率的唯一作用因素是种种化学物质。举例说，去神经心脏对流经血管的肾上腺素的极其轻微的增高也是高度敏感的。安勒普(Anrep)和戴利(Daly)发现，在十四亿份血液中有一份肾上腺素就能使猫的隔离心脏的心跳加快。拉波特(Rapport)和我还证实：通过血流带进来的肾上腺素量愈多，加速作用就愈强。心脏的反应是迅速的——从肾上腺开始释放肾上腺素后10秒钟内脉搏就加快了。

我们用去神经心脏作为在“急性实验”中观察肾上腺分泌的一种指示器(急性实验指在实验时所用动物还未从麻醉中清醒过来)，同时也用于经心神经切断手术已苏醒过来的动物身上所做的实验。接受这种手术的猫很快就恢复活力，并且在一切外部表现上都和其他的猫没有区别。它们和完全健康的猫一样一直在实验室内生活下去。

布利斯，麦克伊弗和我利用去神经心脏作为血中肾上腺素增加的标志，我们发现，在使用一剂胰岛素之后出现的血糖下降，对于未麻醉的动物来讲其临界点在70毫克％左右，对于麻醉了的动物则稍高一些。如图18所示，血糖浓度下降时，在到达临界点以前，心率无变化。但一当到达临界点，去神经心脏的心律立即开始加快，如果糖浓度继续下降，则心率继续增加，加到极大值为止。                                          

图18：氯醛糖(chloralose)麻醉下动物血糖浓度(虚线)下降到达临界点时去神经心脏节律(实线)增加。在A例，胰岛素注入颈静脉时间为11：33；B例为11：08；C例为9：30。每例注射剂量为4单位/公斤体重。

如果事先摘除肾上腺，或一侧摘除而另一侧仅去其神经，则如图19所示，血糖百分率的下降并不伴随着心率的增加。因此，证据是明显的：图18中所记录的心动加速，并非由于胰岛素对心脏或是对肾上腺的直接作用，而是由于对交感神经冲动发生反应而导致肾上腺素释放增多的结果。

                                       

图19：氯醛糖麻醉下动物血糖浓度(虚线)下降到临界范围以下时，去神经心脏节律(实线)未出现增快。19天前左肾上腺已摘除，并切断右内脏神经和肝神经，于12：19静脉注射胰岛素(4单位/公斤)。

现在看到了一个有趣的事实，如果说去神经心脏的心率由于低血糖而加快，那么如在图18中所看到的，一次葡萄糖的静脉注射可迅速使心率下降到原有水平。换言之，血糖浓度的减少会引起交感—肾上腺机制产生作用；此机制的效应是通过从肝内糖元储备中释放糖来增加血糖；如通过注射增高血糖而无需交感—肾上腺作用时，该作用几乎立即就中止。

图18表明了交感—肾上腺机制在事实上能产生作用来增高糖百分率的证据，当交感—肾上腺装置发生作用时，可看到血糖百分率下降速度有所减慢，这就是说，血糖曲线趋向低平。心率增加及血糖下降受到阻止，二者都是交感—肾上腺作用的反映。的确，若非使用过量的胰岛素，去神经心脏的心率增加(要记住它是交感—肾上腺作用的信号)就会同时伴有血糖百分率的增高，而反过来后者又导致心率的下降。

图20说明交感—肾上腺系统在防止血糖发生干扰性下降方面的保护作用。注意两侧肾上腺均有神经支配的正常组猫，在注射2—3单位/公斤(约2磅)不等剂量胰岛素后的表现。其中只有1例发生了惊厥，而且是在注射后3个半小时发生的。把这组动物和另一组比较一下，后者的一侧肾上腺被摘除，另一侧去掉神经，即这一组动物的肾上腺已不起作用。要注意看到，除1例外只用了2单位/公斤剂量的胰岛素。除3例外全部发生惊厥，而且一般都在注射后一个半小时左右发生。

                                           

图20：图中表示一组具有正常神经支配的肾上腺的猫和另一组肾上腺一侧摘除另一侧去神经的猫，皮下注射胰岛素后发生惊厥与否的比较。

肾上腺的释放在惊厥发作期间最为旺盛。如果肝脏有充分的糖元补充，则单靠交感—肾上腺系统的这种作用就能使血糖恢复到正常水平，从而完全排除了能引起惊厥发作的条件。图21引自麦克利奥(Macleod)及其同事的一篇著作，十分清楚地表明了这种效果。

我们关于低血糖能引起交感—肾上腺装置发生作用的结论，得到了阿部(Abe)和候赛(Houssay)等的肯定。阿部用去神经的虹膜来反映胰岛素使血糖下降时肾上腺素的大量排放。候赛、路易斯(Lewis)和摩立奈利(Molinelli)曾向一只麻醉狗的静脉通入另一只处于低血糖的麻醉狗肾上腺静脉血液，而引起典型的肾上腺素反应。重要的是这种支持我们观点的证据乃是通过和我们所用的完全不同的方法得到的。

                                     

图21：图示相同剂量的胰岛素对饱食(实线)和饥饿(虚线)兔的不同效应。注意饱食兔的血糖水平下降到接近发生低血糖状态的临界水平，然后多数又回升。(引自Macleod：“The Fuel of Life”)

                                    

图22：去大脑皮质后表现假情绪现象的动物的血糖。

                                        

图23：表现假情绪现象的去大脑皮质动物血糖；实线代表去肾上腺者，虚线代表摘除右肾上腺并切断左内脏神经者。                                     

图24：处于假情绪状态的去大脑皮质动物血糖；实线代表肝神经切断而保留肾上腺者，虚线代表无肾上腺者。

同样能充分肯定的事实是，失去了肾上腺髓质机能的动物对胰岛素特别敏感。我们曾在猫身上证实了它，这一点前面已有说明。对此，路易斯用鼠，桑德伯格(Sundberg)用兔都得到了证实，而阿里恩(Hallion)和盖耶(Gayet)在狗身上也看到了同样的现象。与这些相一致的是伯恩(Burn)所得到的结果。他用麦角胺这个药物专门使交感—肾上腺系统失去作用。他发现，在正常动物身上只引起轻度效应的一剂胰岛素，在麦角胺化动物则引起极度低血糖，并发生惊厥和虚脱。显然，交感—肾上腺系统机能是通过防止由于液床中血糖水平下降而引起的严重不稳定的效应来保护机体的。

V

在肝脏释放葡萄糖过程中神经与体液因素的相对重要性是一个颇为使人感兴趣的问题。比较更有力的作用因素究竟是释放到肝细胞内的神经冲动，还是血中肾上腺素增加的影响呢?布利顿和我在数年前发现，迅速切除大脑半球并立即停止麻醉能引起狂怒这种生理现象的一种异常表现——称为假性或模拟性狂怒，因为失去大脑半球的结果是动物已无辨别能力。布拉塔奥(Bulatao)和我曾观察到，在出现模拟性狂怒中的竖毛、瞳孔扩大、心率增快、血压升高及其他交感神经作用等体征的同时，还出现了血糖的增加，如图22所示，升高到正常百分率的5倍。如果使肾上腺失去活性而保留肝的神经，则如图23所示，模拟性狂怒并不伴随着葡萄糖的增加而增加。反之，如果切断通向肝的神经而完整保留肾上腺的神经支配，则兴奋体征可伴有与保留神经动物几乎相同的高血糖现象。这在图24中可看到。因此看来，对肝的糖释放来说，肾上腺分泌的增加比神经冲动的直接作用是更为重要的因素。这个结论得到了布利顿的支持，他在猫身上用外科方法处理并待其恢复后用吠叫的狗进行恫吓，对所产生的状态进行了研究。在具有肾上腺神经支配而肝失去神经联系的动物身上很快就发生了高血糖现象，但在相反情况下就未发生。

在自然状态下分泌的肾上腺素比神经冲动更为重要这一证据，不能被解释成可以完全排除神经冲动对糖元(向葡萄糖)分解过程所起的作用。在摘除两侧肾上腺后，感觉刺激或大剂量胰岛素仍可引起高血糖^[1]。这些效应可认为是神经冲动对肝细胞的直接作用所引起的，也有可能是(麻醉)窒息所致。

VI

本章的基本思想旨在说明保持血糖稳态的两种拮抗装置的作用。这一思想在图25中以图解形式表示出来。如汉森(Hansen)所指出，糖在血中浓度有一个相对狭窄范围的正常摆动。这种上下波动可能来自降低或升高血糖水平的互相对立因素的作用。如已知的升糖装置(正常情况下主要是交感—肾上腺装置)未能从肝储备中把糖动员出来，血糖水平就从70毫克％左右下降到45毫克％左右，于是出现严重症状(惊厥和昏迷)。70到45％之间的范围可视为安全界限。反之，如降糖装置——胰岛装置(即兰格汉氏岛细胞或处于迷走神经控制下的那些细胞)失效，则血糖水平上升到约180毫克％，糖就开始以高于再吸收水平的浓度进入肾小管，因而其中一些糖就从机体丢失。从100或120到180毫克％的范围可看做是节省界限；超过这个界限，稳态作用就要依靠耗费掉糖中所含能量来保持，而躯体本来是可以把它以葡萄糖形式吸收到血液中来消费这种能量的。

                         图25：图示维持血糖稳态的装置的作用。

我特别把侧重点放在血糖水平的调节作用上，因为它比任何其他靠转化方式储存的物质的调节得到更加充分的说明，而且也因为它很好地说明了机体内具有保持平稳的生存过程的出色装置。向一个方向或另一方向的过大变动都具有不良的后果。在血糖浓度的管理上我们已经看到，正常情况下这些不利效应通过一些装置的作用而得以避免，这些装置能在这种变动尚未过分发展之前对血糖浓度加以控制。很可能其他靠转化方式储存的物质也得到同样周密的调节，但遗憾的是我们关于这些物质调节机制的知识不如对糖类方面的知识那样充分。

参考文献

Abe. Arch. f. exper. Pathol. u. Pharmakol., 1924, ciii, 73.

Anrep and Daly. Proc. Roy. Soc., London, 1925, B xcvii, 454.

Britton. Am. Journ. Physiol., 1925. lxxiv, 291.

Britton. Ibid., 1928, lxxxvi, 340.

Bulatao and Cannon, Ibid., 1925, lxxii, 295.

Burn. Journ. Physiol., 1923, lvii, 318.

Campos, Cannon, Lundin and Walker.Am. Journ. Physiol., 1929,lxxxvii, 680.

Cannon and Britton. Ibid., 1925, lxxii, 283.

Cannon, Lewis and Britton. Ibid., 1926, lxxvii, 326.

Cannon, Mc Iver and Bliss. Ibid., 1924, lxix, 46.

Cannon and Rapport. Ibid., 1921, lviii, 308.

de Corral. Zeitschr. f. Biol., 1918, lxviii, 395.

Folin, Trimble and Newman. Journ. Biol. Chem., 1927, lxxv, 263.

Gayet and Guillaumie.C.r. Soc. de Biol., 1928, cxvii, 1613.

Haillion and Gayet. Ibid., 1925, xcii, 945.

Hansen. Acta. Med. Scand., 1923, lviii. Suppl. iv.

Homans. Journ. Med. Research, 1914, xxv, 49.

Houssay, Lewis and Molinelli.C.r. Soc. de Biol., 1924, xci, 1011.

Lewis. Ibid., 1923, lxxxix, 1118.

Mann and Magath. Arch. Int. Med., 1922, xxx, 73.

McCormick Macleod and O’Brien. Trans. Roy. Soc. Canada,1923,xvii, 57.

Minkowski. Arch. f. exper. Pathol. u. Pharmakol., 1908, Suppl. Bd.,399.

Sundberg. C. r. Soc. de Biol., 1923, Ixxxix, 807.

Zunz and La Barre. Ibid., 1927, xcvi, 421,708.

[1] 这里指大剂量胰岛素引起低血糖后复通过交感神经作用而造成的反应性血糖升高。——译者