臨床生物化學(xué):第一節(jié)　概述

一、糖的重要生理作用

糖類（主要是淀粉)是食物的主要成分。食物中的淀粉、糖原、蔗糖和乳糖等，在腸道經(jīng)消化成為單糖后再被吸收，然后由血液運(yùn)送到全身各組器官，供細(xì)胞利用或合成糖原貯存。糖的生理作用主要體現(xiàn)在兩方面：

1．氧化供能糖的主要生理功能是氧化供能，每g糖完全氧化可釋放16750J（4kcal)能量。我國(guó)一般膳食中，糖類所供給的能量約為總能量的75％左右，糖也是最易被消化吸收的能源物質(zhì)。要避免酮癥的發(fā)生必須保證每100g的膳食中至少要含5g糖類物質(zhì)，要阻止因肌餓或高脂膳食引起的酮癥，每日膳食中須有50～100g糖類。

2．人體的主要組成成分之一糖和蛋白質(zhì)結(jié)合形成的糖蛋白，是某些激素、酶、血液中凝血因子和抗體的成分，細(xì)胞膜上某些激素受體、離子通道和血型物質(zhì)等也是糖蛋白。結(jié)締組織基質(zhì)的主要成分_-蛋白多糖，是由氨基多糖和蛋白質(zhì)所結(jié)合組成的。糖和脂類結(jié)合則形成糖脂，糖脂是神經(jīng)組織和生物膜的重要組份。糖在體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化成為脂肪、非必需氨基酸，并以核糖形式參與核酸的組成。

在整個(gè)人體重中，糖占人體干重的2％。

所以，糖既是人體重要的人供能物質(zhì)，又是人體重要的組成成分之一。糖代謝障礙，首先導(dǎo)致機(jī)體能量供給障礙，由此可以產(chǎn)生一系列代謝變化，最終造成多方位的代謝紊亂，重者將危及生命。

二、血糖及其來源與去路

血糖是指血液中糖，由于正常人血液中糖主要是葡萄糖，且測(cè)定血糖的方法也主要是檢測(cè)葡萄糖，所以一般認(rèn)為，血糖是指血液中的葡萄糖。正常人空腹血糖濃度為4.4～6.7mmol/L（80～120mg/100ml)，它是糖在體內(nèi)的運(yùn)輸形式。全身各組織都從血液中攝取葡萄糖以氧化供能，特別是腦、腎、紅細(xì)胞、視網(wǎng)膜等組織合成糖原能力極低，幾乎沒有糖原貯存，必須不斷由血液供應(yīng)葡萄糖。當(dāng)血糖下降到一定程度時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重妨礙腦等組織的能量代射，從而影響它們的功能。所以維持血糖濃度的相對(duì)恒定有著重要的臨床意義。

正常人血糖濃度雖有波動(dòng)，但可保持相對(duì)恒定在4.4～6.7mmol/L范圍內(nèi)。這些神經(jīng)、肝臟等組織和激素對(duì)血糖的調(diào)節(jié)作用，使血糖的來源和去路達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果。

血糖的來源有：①食物中的糖類物質(zhì)經(jīng)消化吸收進(jìn)入血中，這是血糖的主要來源；②肝貯存的糖原分解成葡萄糖入血，這是空腹時(shí)血糖的直接來源；③在禁食情況下，以甘油、某些有機(jī)酸及生糖氨基酸為主的非糖物質(zhì)，通過糖異生作用轉(zhuǎn)變成葡萄糖，以補(bǔ)充血糖。

血糖的去路有：①葡萄糖在各組織細(xì)胞中氧化分解供能，這是血糖的主要去路；②餐后肝、肌肉等組織可將葡萄糖合成糖原，糖原是糖的貯存形式；③轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘俏镔|(zhì)，如脂肪、非必需基酸等；④轉(zhuǎn)變成其它糖及糖衍生物，如核糖、脫氧核糖、氨基多糖、糖醛酸等；⑤當(dāng)血糖濃度高于8.9mmol/L（160mg/100ml)時(shí)，則隨尿排出，形成糖尿。正常人血糖雖然經(jīng)腎小球?yàn)V過，但全部都被腎小管吸收，故尿中糖極微量，常規(guī)檢查為陰性。只有在血糖濃度高于8.9mmol/L，即超過腎小管重吸收能力時(shí)，尿糖檢查才為陽(yáng)性。糖尿多見于某些病理情況，如糖尿病等。

血糖的來源與去路總結(jié)為圖3-1。

圖3-1 血糖的來源與去路

三、血糖濃度的調(diào)節(jié)

血液濃度能維持相對(duì)恒定是由于機(jī)體內(nèi)存在一整套高效率的調(diào)節(jié)機(jī)制，精細(xì)地控制著血糖的來源與去路，使之達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

（一)神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用

神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)血糖濃度的調(diào)節(jié)作用主要通過以下丘腦和自主神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)所控制激素的分泌，后者再通過影響血糖來源與去路關(guān)鍵酶的活性來實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)最終通過細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)來達(dá)到目的。

下丘腦一方面通過內(nèi)臟神經(jīng)作用于腎上腺髓質(zhì)，刺激腎上腺素的分泌；另一方面也作用于胰島α-細(xì)胞，使其分泌胰高血糖素；同時(shí)還可以直接作用于肝。三方面共同作用的結(jié)果是使肝細(xì)胞的磷酸化酶活化，使糖原分解加速；糖異生關(guān)鍵酶的活性增加，糖異生作用增加，從而使血糖濃度升高。

下丘腦了可通過迷走神經(jīng)興奮，使胰腺β-細(xì)胞分泌胰島素，同時(shí)還可直接作用于肝，使肝細(xì)胞內(nèi)糖原合成酶活化，促進(jìn)肝糖原的合成；此外還抑制糖異生途徑，促進(jìn)糖的氧化和轉(zhuǎn)化，總體上使血糖的去路增加，來源減少，最終達(dá)到使血糖濃度降低的目的。

（二)激素的調(diào)節(jié)作用

調(diào)節(jié)血糖濃度的激素可分為兩大類，即降低血糖濃度的激素和升高血糖濃度的激素。各類激素調(diào)節(jié)糖代謝反應(yīng)從而影響血糖濃度的機(jī)制在表3-1中簡(jiǎn)要說明。

表3-1 激素對(duì)血糖濃度的調(diào)節(jié)作用

1．胰島素胰島素是胰島β細(xì)胞分泌的一種蛋白類激素，由51個(gè)氨基酸組成。血中葡萄糖或氨基酸濃度高時(shí)，可促進(jìn)胰島素的分泌。

胰島素對(duì)血糖的調(diào)節(jié)機(jī)制，首先是使肌肉和脂肪組織細(xì)胞膜對(duì)葡萄糖的通透性增加，利于血糖進(jìn)入這些組織進(jìn)行代謝。胰島素還能誘導(dǎo)葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的合成，加速細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的分解利用。胰島素通過使細(xì)胞內(nèi)cAMP含量減少，激活糖原合成酶和丙酮酸脫氫酶系，抑制磷酸化酶和糖異生關(guān)鍵酶等，使糖原合成增加，糖的氧化利用、糖轉(zhuǎn)變?yōu)橹�肪的反�?yīng)增加，血糖去路增快；使糖原分解和糖異生減少或受抑制，使血糖來源減少，最終使血糖濃度降低。

近年來從人血清中分離出的類胰島素生長(zhǎng)因子（insulin-likegrowthfactor，IGF，也稱somatomedins)其化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性類似胰島素，但I(xiàn)GF的免疫學(xué)性質(zhì)與胰島素完全不同。IGF通過IGF受體和胰島素受體而發(fā)揮作用。但I(xiàn)GF促進(jìn)血糖降低的快速效應(yīng)僅相當(dāng)于胰島素的一部分，例如：①促進(jìn)脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變、攝取和氧化葡萄糖，并合成脂肪的強(qiáng)度僅為胰島素的1/50或1/100；②對(duì)心肌細(xì)胞攝取葡萄糖的作用為胰島素的1/2或1/5；對(duì)骨骼肌攝取、氧化葡萄糖及合成糖原的作用只有胰島素的1/20。IGF的長(zhǎng)期效應(yīng)是促進(jìn)生長(zhǎng)。

2．胰高血糖素是胰島α細(xì)胞合成和分泌的由29個(gè)氨基酸組成的肽類激素，分子量為3500。其一級(jí)結(jié)構(gòu)和一些胃腸道活性肽如胰泌素、腸抑制胃肽（GIP)等類似。血糖降時(shí)胰高血糖素分泌增加，高糖飲食后其分泌則減少。

胰高血糖素主要通過提高靶細(xì)胞內(nèi)cAMP含量達(dá)到調(diào)節(jié)血糖濃度的目的。細(xì)胞內(nèi)的cAMP可激活依賴cAMP的蛋白激酶，后者通過酶蛋白的共價(jià)修飾改變細(xì)胞內(nèi)酶的活性，即激活糖原分解和糖異生的關(guān)鍵酶，抑制糖原合成和糖氧化的關(guān)鍵酶，使血糖升高。該蛋白激酶還激活脂肪組織的激素敏感性脂肪酶，加速脂肪的動(dòng)員和氧化供能，減少組織對(duì)糖的利用，從而加重血糖升高。目前認(rèn)為，胰高血糖素是使血糖濃度升高的最重要的激素。

胰高血糖素的前體為無活性的胰高血糖素原。由腸道上皮細(xì)胞生成和分泌的類似胰高血糖素的物質(zhì)叫腸高血糖素。所以，用一般免疫法測(cè)得的高血糖素由胰高血糖素、胰高血糖素原、腸高血糖素3種形式組成，正常血漿中的基礎(chǔ)濃度為50-100ng/L。

在激素發(fā)揮調(diào)節(jié)血漿濃度的作用中，最重要的是胰島素和胰高血糖素。腎上腺素在應(yīng)激時(shí)發(fā)揮作用，而腎上腺皮質(zhì)激素、生長(zhǎng)激素等都可影響血糖水平，但在生理性調(diào)節(jié)中僅居次要地位。

綜上所述，胰島素和胰高血糖素是調(diào)節(jié)血糖濃度的主要激素。而血糖水平保持恒定則是糖、脂肪、氨基酸代謝協(xié)調(diào)的結(jié)果。

⒊肝在糖代謝調(diào)節(jié)中的作用肝是調(diào)節(jié)血糖濃度的主要器官，這不僅僅是因?yàn)楦蝺?nèi)糖代謝的途徑很多，而關(guān)鍵還在于有些代謝途徑為肝所特有。

餐后食物中糖類經(jīng)消化吸收，以葡萄糖形式大量進(jìn)入血液，使血糖濃度暫時(shí)輕度升高。此時(shí)葡萄糖直接促進(jìn)肝等組織攝取葡萄糖，使肝細(xì)胞內(nèi)糖原合成明顯增加，同時(shí)也抑制肝糖原的分解，減少其向血中釋放葡萄糖，同時(shí)還使糖轉(zhuǎn)為脂肪，結(jié)果是餐后血糖濃度僅輕度升高，并很快恢復(fù)至正常范圍。饑餓時(shí)肝通過自己特有的葡萄糖-6-磷酸酶，將貯存的肝糖原分解成葡萄糖以提供血糖，而肌糖原則不能轉(zhuǎn)為葡萄糖。

肝還是糖異生的主要器官（表3-2)，在生理情況下，甘油、氨基酸等非糖物質(zhì)主要在肝細(xì)胞骨轉(zhuǎn)變成葡萄糖，以補(bǔ)充血糖因空腹所致血糖來源不足。這是因?yàn)樘钱惿�途徑的關(guān)鍵酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙銅酸羧激酶的活性似肝最高。饑餓或劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肝臟利用非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成糖的作用尤為顯著。此外，肝所具有的果糖二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶在其他單糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方面也起著重要作用。

表3-2 空腹和長(zhǎng)期饑餓時(shí)的糖異生作用

由此可見，肝在血糖的來源與去路方面所發(fā)揮的作用較其他器官全面，所以它是維持血糖恒定的關(guān)鍵器官。當(dāng)機(jī)體需要時(shí)，通過神經(jīng)-激素的作用，使肝細(xì)胞內(nèi)各種糖代謝途徑的酶活性改變，實(shí)現(xiàn)肝維持血糖濃度恒定的目的。當(dāng)肝功能嚴(yán)重受損時(shí)，進(jìn)食糖類或輸注葡萄糖液都可發(fā)生一時(shí)性高血糖甚至糖尿，而饑餓時(shí)則可出現(xiàn)低血糖癥狀。

現(xiàn)將血糖三個(gè)水平的調(diào)節(jié)簡(jiǎn)要總結(jié)于圖3-2。

圖3-2 血糖調(diào)節(jié)的主要機(jī)制