血糖控制如何工作以及它如何停止工作

要了解當您的血糖從正常狀態惡化為糖尿病前期,最後惡化為全面糖尿病時會發生什麼,您首先需要了解血糖控制如何在正常人體內發揮作用。這裡最重要的因素是稱為β細胞的特殊細胞所起的作用。這些微小的細胞分散在一個叫做胰腺的器官中,它就在你的胃下面。 β 細胞的工作是產生胰島素,儲存它,並在適當的時候將其釋放到血液中。

您可以了解血糖白天在人血糖正常者如何變幻,那些有輕度糖尿病患者的血糖,以及那些羽翼豐滿的2型糖尿病患者在此頁:血糖全天

健康的 β 細胞不斷地製造胰島素,將其以小顆粒的形式儲存在細胞內,您可以在上圖中看到。這種胰島素以兩種不同的方式釋放到血流中。其中一些不斷分泌到血液中。這稱為基礎胰島素。其餘的只有在血糖升高時才會分泌,這主要發生在你吃了含有碳水化合物的食物之後。這種胰島素分兩個不同的階段分泌。讓我們更仔細地看看胰腺分泌胰島素的這些不同方式。

基礎胰島素釋放

有一段時間沒有進食的健康人的 β 細胞會在白天和黑夜中以每隔幾分鐘的非常小的脈衝形式向血液中釋放少量胰島素。這稱為“基礎胰島素釋放”。

保持這種穩定的胰島素供應很重要。它允許身體細胞利用血糖,即使飯後已經過了一段時間。

胰島素水平向肝臟發出信號是否需要更多的葡萄糖

穩定的胰島素水平也是另一個功能。胰島素水平下降向肝臟發出信號,表明血糖越來越低,是時候補充更多的葡萄糖了。當這種情況發生時,肝臟會將其儲存的碳水化合物(稱為糖原)轉化為葡萄糖,並將其排放到血液中。這會使血糖恢復到正常水平。

如果一個人已經耗盡了他們的糖原儲備,就像在低碳水化合物飲食中可能發生的那樣,肝臟會將蛋白質轉化為葡萄糖,以提供葡萄糖以應對血液中低水平的胰島素。蛋白質可以來自膳食蛋白質或來自您身體自身的肌肉。這就是為什麼節食者如果在節食時沒有攝入足夠的蛋白質,就會失去大量的肌肉質量。

第一階段胰島素釋放

當健康人開始進餐時,β 細胞會進入高速運轉狀態。他們儲存的胰島素會立即釋放。然後,如果血糖濃度上升超過 100 毫克/分升(5.5 毫摩爾/升),β 細胞就會開始向血液中分泌更多的胰島素。餐後儲存的胰島素的這種早期釋放稱為“第一階段胰島素釋放”。在一個健康的人中,它可以防止血糖升高到很高的水平,因為它可以滿足大部分來自當前膳食消化的葡萄糖。

在對一餐的第一階段反應中分泌的胰島素量通常由前一餐中遇到的葡萄糖量決定。對於一個健康的人來說,這種第一階段的反應會在您開始用餐後幾分鐘達到峰值。由進餐引起的血糖升高在您開始進食後約半小時達到峰值。

第二階段胰島素釋放

完成第一階段胰島素釋放後,β 細胞暫停。然後,如果 10 到 20 分鐘後血糖仍未回到 100 毫克/分升(5.5 毫摩爾/升)以下,他們會推出另一個較小的第二階段胰島素反應,在健康人中,這會使血糖回落到它的起始水平,通常在開始用餐後的一個小時到一個半小時​​內。

正是這種強大的第一相胰島素反應和功能性第二相胰島素反應的組合,即使在高碳水化合物餐後,也能防止正常人的血糖升高超過 140 毫克/分升(7.8 毫摩爾/升)。當第一階段胰島素反應完全正常時,兩小時時的血糖水平應恢復到正常空腹血糖水平,即 80 mg/dl 範圍 (4.5 mmol/L) 的中間值。

當第一階段釋放失敗,或第二階段胰島素反應緩慢時,餐後血糖開始升高,需要更長時間才能恢復正常。這種情況被稱為“糖耐量受損”。如果餐後血糖升高超過 200 毫克/分升(11 毫摩爾/升),則相同的情況稱為“糖尿病”。

為什麼胰島素釋放失敗

胰島素抵抗

由於多種原因,第一和第二階段胰島素釋放可能無法發揮作用。最常見的是一種稱為胰島素抵抗的疾病,其中肝臟和肌肉細胞中的一些受體停止對胰島素做出正確反應。這意味著儘管體內有大量胰島素在循環,但肌肉和肝臟(但不是,唉,脂肪細胞)在胰島素水平升高得多之前不會做出反應

因此,當一個人的細胞對胰島素產生抗性時,需要比平時多得多的胰島素才能將循環葡萄糖推入細胞。在這種情況下,雖然一個人可能有完全正常的第一和第二階段胰島素反應,但第一階段反應可能無法產生足夠的胰島素來清除因食用高碳水化合物膳食而導致的循環血糖。然後第二階段反應可能會延長,因為 β 細胞需要很長時間才能分泌出對抗胰島素抵抗所需的大量胰島素。最終,身體可能無法產生足夠的胰島素來清除血液中的所有膳食碳水化合物,血糖會上升到異常水平。

如果您的 β 細胞正常,並且肌肉和肝臟的胰島素抵抗是您唯一的問題,那麼隨著時間的推移,您可能會生長出充滿新 β 細胞的新胰島,這些新的 β 細胞可以儲存更多的胰島素以供第一次和第二階段胰島素反應。在這種情況下,雖然您的血糖可能會繼續上升到受損範圍,並且需要比正常時間更長的時間才能恢復到正常水平,但您的血糖反應可能永遠不會從糖耐量受損階段惡化到成熟的糖尿病。大多數患有“代謝綜合徵”的人都會遇到這種情況。不幸的是,如果您的葡萄糖耐量受損,則無法知道您是否屬於這一組,或者您的血糖升高是否是由失敗或死亡的 β 細胞引起的。

失敗的β細胞

第一階段胰島素釋放也失敗,因為 β 細胞功能失調或死亡。這可能伴隨著胰島素抵抗發生,也可能沒有。研究發現,2 型糖尿病患者的一些瘦弱、非胰島素抵抗的親屬已經出現了 β 細胞功能障礙的跡象。

如果 β 細胞正在死亡或無法正常工作,則剩餘的 β 細胞可能會全職工作,只是為了滿足基礎胰島素釋放的需要,因此它們無法在這些顆粒中儲存任何多餘的東西以備以後釋放。

一些 2 型糖尿病患者似乎有一個缺陷,當他們試圖繁殖以應對對更多胰島素的需求時,他們的 β 細胞就會死亡。對於這些人來說,胰島素抵抗會導致 β 細胞嘗試分裂然後死亡,加速退化過程。

也有可能一些患有 2 型糖尿病的人有遺傳缺陷,這會阻止他們的 β 細胞儲存胰島素,儘管他們的 β 細胞仍然能夠分泌胰島素。

科學家們已經發現了數十種不同的遺傳缺陷,這些缺陷會導致人類和動物的 β 細胞失效或死亡。許多基因在導致β細胞和許多其他對胰島素有反應的細胞受體中正常運作的過程中表達。這意味著一個人的 2 型糖尿病可能與另一個人的表現完全不同,這取決於他們的血糖控制系統究竟發生了什麼問題。這就是為什麼對一個人有效的藥物可能對另一個人無效的原因。通過了解您自己的血糖反應模式,您可能會深入了解您的個人情況下可能出現的故障。

血糖濃度升高會進一步損害您產生胰島素的能力

葡萄糖毒性

無論第一階段胰島素釋放失敗的原因是什麼,當血糖水平由於第一階段胰島素釋放失敗而上升時,都會有一個醜陋的反饋機制:高水平的循環葡萄糖本身對β細胞有毒,這種現象稱為“葡萄糖”毒性”。因此,隨著血糖升高,這些高血糖濃度會進一步損害或殺死更多的 β 細胞,使第一和第二階段的胰島素釋放更難以控制血糖濃度。

增加胰島素抵抗

如果您的 β 細胞仍然能夠分泌足夠的胰島素來提供第二階段的胰島素釋放,您的身體可能能夠在 3 小時內將血糖恢復到正常水平,然後可能會重新分泌少量的當您在兩餐之間或睡覺時維持正常或接近正常的血糖水平的基礎胰島素。但是,當第一階段胰島素釋放較弱或缺失時,您的血糖可能很容易超過目前定義為“糖尿病”的 200 毫克/分升(11 毫摩爾/升)水平。

那時,發生了兩件壞事。當您血液中的葡萄糖濃度達到 200 毫克/分升(11 毫摩爾/升)時,您的細胞就會變得胰島素抵抗,即使它們以前沒有胰島素抵抗,因此從那時起降低血糖需要更多的胰島素.

而且,更糟糕的是,您的肝臟可能會錯誤地將胰島素對升高的葡萄糖缺乏強有力的反應解釋為血糖過低的跡象,是時候向血液中傾倒更多的葡萄糖了。因此,除了最近一餐攝入的葡萄糖外,您還必須應對由您那可憐的老糊塗肝臟傾倒的額外葡萄糖。

空腹血糖受損
為什麼空腹血糖水平通常是最後一個惡化

隨著您變得越來越糖尿病,並且您的第二階段胰島素反應變弱,您的 β 細胞可能需要四到五個小時才能分泌足夠的胰島素,使您的血糖水平降至空腹水平。而且,事實上,在白天,您的血糖可能永遠不會回到空腹水平,因為在上一餐的葡萄糖完全清除之前,下一頓飯中的葡萄糖就會進入血液。只有在晚上,當您睡覺時,您的 β 細胞可能最終會分泌足夠的胰島素,使您的血糖降至足夠低,以便您醒來時空腹血糖正常。

但是,由於您的 β 細胞消耗了所有可以製造的胰島素來恢復正常血糖,因此它們將沒有機會儲存任何額外的胰島素來照顧您的早餐。一旦你把早上的百吉餅扔下艙口,血糖就會上升,你的β細胞將不得不再次花很多時間試圖把它降下來。

最終,即使是漫長的夜晚,也沒有足夠的時間讓您的 β 細胞產生足夠的胰島素,使您的血糖恢復正常,而現在,也許在您達到糖尿病餐後數字十年後,您終於會開始看到糖尿病患者的空腹血糖水平。

這個過程解釋了為什麼對於許多患有糖尿病的人——尤其是中年女性來說,空腹血糖水平是最後一個變得異常的測量值。只有當一整夜的時間不足以讓您的 β 細胞將您的血糖恢復到正常或接近正常水平時,您才會通過空腹血糖測試成為糖尿病患者。

空腹血糖死亡螺旋

當 β 細胞不再保持空腹血糖正常時,這通常表明胰腺不再具有足夠的 β 細胞能力來跟上基礎胰島素分泌所需的甚至低水平的胰島素的產生。這通常表明已經發生了大量不可逆的 β 細胞死亡。

當這種情況發生時,血糖控制會迅速惡化。這是因為當 β 細胞不能再提供穩定的基礎胰島素釋放時,肝臟會將非常低的空腹胰島素水平解釋為是時候提高血糖的時候了,然後,無論您體內的實際糖濃度是多少血液,肝臟將大量葡萄糖傾倒到血液中。

這種效應解釋了為什麼空腹血糖不會緩慢而穩定地惡化,而是經常突然上升 50 毫克/分升(2.8 毫摩爾/升)或更多。突然的激增表明胰島素水平下降到如此之低,以至於肝臟將其解釋為危險的低血糖跡象,並開始釋放葡萄糖。

一種不同的綜合症:餐後控制正常的空腹血糖受損

有少數人,通常是男性,他們的空腹血糖升高得相當高,甚至可能達到糖尿病範圍,而他們的餐後血糖保持正常或接近正常。這似乎是一種略有不同的綜合徵。科學家推測,這些人可能存在缺陷,影響他們在禁食和睡眠期間分泌基礎胰島素釋放的能力。

空腹血糖不歸路?

2007 年 11 月發表的一項針對 344 人的研究檢查了他們的空腹血糖與代謝綜合徵的存在之間的關係。他們通過空腹血糖將研究對象分為四組,而不是通常的三組。這些組是:正常(<101 mg/dl 或 5.6 mmol/L)、FBG1(101-109 mg/dl 5.6 和 6.0 mmol/L)、FBG2(110-124 mg/dl 6.1-6.9 mmol/L)和糖尿病(>125 毫克/分升 7 毫摩爾/升)。

這是不尋常的,因為大多數研究會將空腹血糖在 100 到 110 mg/dl 之間的人(FBG1 組)與正常組或糖尿病前期組混為一談。通過將這個群體分開,有可能發現空腹血糖與健康之間的關係,否則可能會被忽略。而這正是發生的事情。

這項研究發現,FBG2 組的人與糖尿病患者的心血管和代謝綜合徵發病率相同。這支持了我們上面看到的:對於大多數人來說,空腹血糖超過 110 毫克/分升的惡化只有在多年暴露於非常高的餐後血糖之後才會發生,並且當空腹血糖惡化到這個程度時,糖尿病並發症,最顯著的是心髒病。

相比之下,就心血管和代謝綜合徵標誌物而言,中間 FBG1 組要正常得多。這表明空腹血糖在 100 毫克/分升和 110 毫克/分升之間,應該被視為一個主要的分水嶺,如果您在篩查中測試空腹血糖範圍,您應該採取積極措施降低您的後-膳食血糖,因為您發現異常的時間足夠早,可以防止心血管惡化。

根據空腹血糖水平確定的經典心血管危險因素Sergio Martinez-Hervasa 等。歐洲內科雜誌第 19 卷,第 3 期,2008 年 5 月,第 209-213 頁

有多少 β 細胞必須死亡才能永久破壞血糖控制?

一組研究人員對取自梅奧診所已知病史的患者的胰腺進行了一系列屍檢,從而回答了這個問題。他們發現被診斷為糖尿病患者的 β 細胞質量比正常人少 63%——他們將其歸因於 β 細胞死亡,而不是單個細胞的大小縮小。

沒有糖尿病的肥胖者的 β 細胞比正常人多 50%。

他們還發現,被診斷為空腹血糖受損的非糖尿病肥胖患者的胰腺 - 定義為空腹血糖在 110 毫克/分升至 125 毫克/分升(6.1 至 6.9 毫摩爾/升)之間也失去了大量的細胞--40%。同一項研究發現,患有 2 型糖尿病的瘦人比肥胖的糖尿病人胰島中有更多的死β細胞。

使用這種理解來阻止您的糖尿病進展

與仍保持正常或接近正常空腹血糖的人相比,空腹血糖值隨餐後血糖值升高的人通常失去更多的 β 細胞功能。這就是為什麼一旦您發現您的餐後血糖升高超過正常水平,立即開始控制那些異常的餐後血糖是如此重要。通過這樣做,您可能能夠降低任何胰島素抵抗,保留您剩餘的 β 細胞並防止您的空腹血糖不斷惡化。

即使在您被診斷出患有 2 型糖尿病空腹血糖後,您仍然可能有大量的 β 細胞——從 40% 到 60% 不等。如果您可以通過減肥、鍛煉和使用對抗胰島素抵抗的藥物來降低您的胰島素抵抗,並且如果您保持低碳水化合物攝入量以避免血糖飆升,那麼這些細胞可能能夠產生足夠的胰島素來控制您的血液糖。

更重要的是,如果您始終將血糖保持在 140 毫克/分升 (7.8 毫摩爾/升) 的損害限度以下,您就可以防止糖毒性殺死其餘細胞。

β細胞休息

一些主要針對細胞培養和動物模型的研究表明,讓受壓的 β 細胞休息有時可以恢復功能。一些研究表明,這也可以在人類身上完成。

“靜息”β 細胞的一種方法是在診斷出 2 型糖尿病後立即使用注射胰島素,特別是如果您的血糖在診斷時非常高。如果您通過補充胰島素來減輕 β 細胞的負擔,有人建議它們稍後可能會恢復部分產生胰島素的能力,這樣您就可以停用胰島素並保持更好的控制。你仍然需要限制碳水化合物,並通過減肥、運動和胰島素增敏藥物來解決胰島素抵抗的任何問題。但是你會更輕鬆地做到這一點。

了解更多

糖尿病的發展模式。本網站還提供了此討論的延續。

參考

2 型糖尿病的階段性胰島素釋放和代謝調節。 Stefano Del Prato、Piero Marchetti 和 Riccardo C. Bonadonna。糖尿病 51:S109-S116, 2002

在註定會發展為 2 型糖尿病的個體中,第一階段胰島素釋放減少是最早可檢測到的異常嗎?約翰·E·格里奇。糖尿病 51:S117-S121, 2002

2 型糖尿病的遺傳基礎:胰島素分泌受損與胰島素敏感性受損。約翰·E·格里奇。糖尿病,2002 年 2 月內分泌評論 19 (4):491-503

β 細胞缺陷和 2 型糖尿病患者的 β 細胞凋亡增加。 Alexandra E. Butler、Juliette Janson、Susan Bonner-Weir、Robert Ritzel、Robert A. Rizza 和 Peter C. Butler。糖尿病 52:102-110, 2003