高血糖症(英文:hyperglycemia)是指血液中 葡萄糖 的浓度长期高于正常水平,以空腹时血糖水平高于6.9mmol/L(125mg/dl)及餐后2小时血糖高于11.1mmol/L(200mg/dl)为判断标准。当血糖超过其肾阔值9.0mmol/L(160mg/dl)时,则出现 尿糖 。
高血糖包括生理性高血糖和病理性高血糖。机体在适度应激时,可发生暂时性的血糖升高及尿糖,如情绪激动致交感神经系统兴奋和 肾上腺素 等分泌增加,血糖浓度升高,出现情感性尿糖;一次性摄入大量糖,致血糖迅速升高,出现饮食性尿糖。生理情况下的暂时性高血糖及尿糖,空腹血糖均正常,对机体不会造成明显的损害。
高血糖症最常见于糖尿病(diabetesmellitus),是以糖、脂、蛋白质代谢素乱为主要特征的慢性代谢性疾病,可引起眼、肾脏、神经、心血管等组织器官的慢性进行性病变,组织脏器功能减退及衰竭,导致多系统损害。
高血糖症主要由机体 胰岛素 绝对/相对不足或利用低下引起。常见于胰岛素绝对不足、胰岛素相对不足、胰岛素拮抗激素分泌失调等。
胰岛B 细胞 胰岛素分泌能力和(或)胰岛素生物作用缺陷,可导致胰岛素绝对或相对不足,引起一系列代谢紊乱。长期高血糖是多系统脏器损害的病理基础。
高血糖症防治的病理生理基础包括饮食治疗、运动疗法、药物治疗及其他治疗方法。
分类
高血糖包括生理性高血糖和病理性高血糖。
生理性高血糖
机体在适度应激时,可发生暂时性的血糖升高及 尿糖 ,如情绪激动致交感神经系统兴奋和 肾上腺素 等分泌增加,血糖浓度升高,出现情感性尿糖;一次性摄入大量糖,致血糖迅速升高,出现饮食性尿糖。生理情况下的暂时性高血糖及尿糖,空腹血糖均正常,对机体不会造成明显的损害。
病理性高血糖
高血糖症最常见于糖尿病(diabetesmellitus),是以糖、脂、蛋白质代谢紊乱为主要特征的慢性代谢性疾病,可引起眼、肾脏、神经、心血管等组织器官的慢性进行性病变,组织脏器功能减退及衰竭,导致多系统损害。
病因与发病机制
高血糖症主要由机体 胰岛素 绝对/相对不足或利用低下引起。常见于胰岛素绝对不足、胰岛素相对不足、胰岛素拮抗激素分泌失调等。
胰岛素绝对不足
胰岛素绝对不足主要是指胰岛B 细胞 损伤,导致胰岛素生成或(和)分泌障碍,使血液中胰岛素含量降低。常见原因主要包括免疫因素、遗传因素及环境因素等。
免疫因素
胰岛素 生成或分泌不足的关键环节是胰岛B细胞的进行性损害。
细胞免疫异常
细胞免疫异常在胰岛 自体免疫性疾病 损伤过程中发挥重要作用, T淋巴细胞 、 B淋巴细胞 、NK细胞、 巨噬细胞 和粒细胞均参与了胰岛的炎症损伤反应。作用包括:①介导细胞毒性T淋巴细胞,针对胰岛B细胞特殊抗原产生的破坏作用;②激活的T淋巴 细胞 、巨噬细胞、粒细胞释放多种 细胞因子 ,在胰岛B细胞自身免疫损伤中起重要作用。 白细胞 介素-1(interleukin-1,IL-1)能抑制胰岛B细胞分泌 胰岛素 ; 肿瘤坏死因子 (tumor necrosis factor,TNF-α)和干扰素(inteferon, IFN )-γ的共同作用,可诱导胰岛B 细胞 表面的Ⅱ类抗原表达导致胰岛B细胞损伤。上述各种细胞因子的协同作用,进一步恶化胰岛B细胞 自体免疫性疾病 损伤并放大破坏性的炎症反应,胰岛素分泌逐渐降低, 葡萄糖 的摄取利用减少,引起高血糖的发生。
自身抗体形成
胰岛 细胞 自身抗体 的产生与 B细胞 的损伤有关。其中起主要作用的抗体包括抗 胰岛细胞抗体 (islet cell antibody,ICA)、 胰岛素 自身抗体(autoantibody to insulin , IAA )、抗 谷氨酸脱羧酶 抗体(antibody to glutamic acid decarboxylase ,GADA)、抗 酪氨酸 磷酸酶 抗体(antibody to tyrosine phosphatases, IA- 2)等。这些抗体可作为胰岛 B细胞 自身免疫损伤的 标志物 ,其可能机制为多种因素导致抗原错误提呈至辅助性T细胞(T helper cells,THcell),产生针对B细胞的特异性抗体,致使胰岛B细胞出现 自体免疫性疾病 损伤。
胰岛素基因突变
胰岛素基因表达是通过5 , 端特定性 转录 启动子 、增强子及负性调控元件组成的上游 调控序列 ,以及该基因的5 , 端 顺式作用元件 和细胞内 反式作用因子 ( 转录因子 )的相互作用来实现的,具有十分复杂的网络式调控体系。其中任何环节出现障碍,如胰岛素基因点突变,可引起一级结构的改变,C肽裂解点的氨基酸不正常,可使胰岛素原转变成胰岛素不完全,变异胰岛素与受体的结合能力或生物活性降低甚至丧失。
遗传因素
遗传易感性在 胰岛素 分泌障碍发生中起重要作用,某些相关的基因突变可促发或加重胰岛B 细胞 自体免疫性疾病 损伤过程。
组织相容性抗原基因
位于6号染色体上的组织相容性抗原(histocompatibility 抗原 ,HLA)基因可以引起胰岛素分泌障碍。HLA-Ⅱ类抗原与胰岛B细胞自身免疫性损伤密切相关。HLA-Ⅱ类分子由HLA-DP、HLA-DQ和HLA-DR基因编码,主要表达于抗原递呈细胞,其中HLA-DQβ链和HLA-DQα链 等位基因 对胰岛B细胞免疫损伤的易感性有决定性作用,其作用机制分别与57位和52位的 氨基酸 种类影响抗原表位与抗原的结合力有关。胰岛B细胞免疫耐受性(immune tolerance)选择性丧失,可使其易于受到环境因素与特殊细胞膜抗原的相互作用的影响,进而发生 自体免疫性疾病 损伤。
细胞毒性T淋巴细胞相关性抗原4基因(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4)
CTLA-4基因编码T细胞表面的一个受体,参与控制T细胞增生和调节T细胞调亡。该受体位于特异性T淋巴细胞表面,参与了多种T细胞介导的自身免疫紊乱。CTLA-4基因外显子存在A/G的多态性CTLA-4 49/G与高滴度的谷氨酸脱羧酶抗体(GADA)及HLA-DRBI的存在相关联,CTLA-4 49/A的多态性表达,可以激活各种 T淋巴细胞 ,导致胰岛B细胞自身免疫反应性破坏。
Fox基因(forkhead helix box,Fox)
FoxP 3主要表达于 CD4+CD25+调节性T细胞 ,参与机体免疫调节,影响CD4+CD25+T细胞的发育和功能。CD4+ CD25 +T细胞通过对 效应细胞 的抑制作用,可以诱导自身耐受,在防止发生自身免疫反应中有重要作用。FoxP 3表达异常,CD4+CD25+Treg细胞减少,不足以维持自身免疫耐受,经由T细胞介导可引起胰岛B细胞选择性破坏。
胸腺胰岛素基因表达
胸腺 胰岛素基因表达异常,影响胸腺对胰岛素反应性T 细胞 的选择,与HLA-Ⅱ协同作用导致胰岛B细胞破坏。
胰岛B细胞调亡
凋亡是胰岛B细胞损害的重要机制。
通过Fas-FasL途径
Fas(CD95受体)及FasL(CD95配体)是 跨膜蛋白 , Fas/FasL 及相关调控因子组成Fas系统,在传递细胞调亡信号、发挥免疫监控中起重要作用。胰岛细胞表面的Fas与T效应细胞表面的FasL结合后,引起Fas介导的靶细胞凋亡。FasL阳性浸润的 T淋巴细胞 通过释放IL-1β,诱导胰岛B细胞表达Fas,引|起胰岛B细胞凋亡。
磷脂酶A
激活的 PLA 可诱导胰岛B细胞凋亡。
细胞因子
IL-1β、INF-α、IFN-γ通过诱导B细胞凋亡而损害胰岛B细胞,INF-α和IFN-γ可诱导胰岛B细胞 一氧化氮合酶 (nitric oxide synthase, NOS )mRNA表达来增加NO产生,引起胰岛B细胞 脱氧核糖核酸 链断裂:INF-α增强IL-1β诱导的NO释放,说明细胞因子在诱导胰岛B细胞凋亡的过程中具有协同作用。
环境因素
引起胰岛B 细胞 破坏的有关环境因素主要有病毒、 化学 因素、饮食因素等,以病毒感染最为重要。
病毒感染
柯萨奇B4病毒、 巨细胞病毒 、 腮腺炎 病毒、 肝炎病毒 、 风疹病毒 等与胰岛B细胞损伤有关。胰岛 B细胞 损伤机制:①病毒直接破坏B细胞,并在病毒损伤B细胞后激发自身免疫反应,导致B细胞进一步损伤。②病毒作用于免疫系统,诱发自身免疫反应,可能与病毒抗原和宿主抗原决定的结构存在相同或相似序列有关。③分子模拟作用使胰岛细胞失去免疫耐受,或刺激调节性T细胞及效应性T细胞,引发胰岛B细胞的自身免疫反应。遗传因素可能广泛参与发病,使胰岛B 细胞 或免疫系统易受病毒侵袭,或引起免疫系统对病毒感染产生有害的应答反应。④刺激调节性T细胞及 效应细胞 ,引起胰岛B细胞的自身免疫损伤。一方面病毒可以直接感染胰岛B细胞;另一方面病毒感染触发胰岛组织的自身免疫,从而导致胰岛B细胞功能受损,而后者更多见。
化学损伤
对胰岛 B细胞 有毒性作用的 物质 或药物,如 四氧嘧啶 、 链脲霉素 、 喷他脒 等,对胰岛细胞有直接毒性作用,选择性地快速破坏胰岛B细胞,或通过化学物质中的-SH基因直接导致胰岛B细胞溶解,并可诱导B细胞产生自身免疫反应,导致B细胞进一步损伤,数量减少。
饮食因素
常见于携带 HLA DQ/DR 易感基因 的敏感个体。例如 牛奶蛋白 与胰岛B 细胞 表面的某些抗原相似,可以通过“分子模拟机制”损害B细胞。即当抗原决定簇相似而又不完全相同时,诱发交叉免疫反应,导致胰岛B 细胞 的 自身免疫性 损害。
胰岛素相对不足
胰岛素 相对不足主要由胰岛素抵抗引起。胰岛素抵抗( insulin resistance,IR)是指胰岛素作用的靶组织和 靶器官 (主要是肝脏、肌肉和脂肪组织)对胰岛素生物作用的敏感性降低,可引起高血糖症,而血液中胰岛素含量可正常或高于正常。胰岛素抵抗的发病与遗传缺陷高度相关,根据这种缺陷相对于胰岛素受体的位置,可分为受体前、受体和受体后三个水平。
受体前缺陷
受体前缺陷主要指 胰岛素 生物活性下降,失去对受体的正常生物作用。最常见的原因是从胰岛素抗体形成,包括内源性抗体和外源性抗体。内源性胰岛素抗体( insulin antibody)可能系胰岛B 细胞 破坏所产生,对胰岛素生物活性有抑制作用。外源性胰岛素抗体仅出现于接受过胰岛素治疗的患者,与胰岛素制剂的纯度有关。
受体缺陷
受体缺陷是指细胞膜上 胰岛素 受体(insulin receptor,InsR)功能下降,或者数量减少,胰岛素不能与其受体正常结合,使胰岛素不能发挥降低血糖的作用。InsR水平的胰岛素抵抗产生主要包括InsR功能和结构异常。功能异常表现为InsR数目减少及IsnR的亲和力下降,从而导致InsR结合胰岛素减少;结构异常多表现为InsR 基因突变 ,导致产生的InsR不合格,造成InsR功能的全部或部分丧失,已发现30种以上IRG点突变或片段缺失与严重的IR有关。
InsR后水平的缺陷
InsR后水平的缺陷指 胰岛素 与受体结合后,信号向细胞内传导发生异常所引起的一系列代谢过程,包括信号传递、信号放大、 蛋白质 -蛋白质 交联反应 、 磷酸化 与脱磷酸化及酶促 级联反应 的异常,从而产生胰岛素抵抗。胰岛素对 葡萄糖 在体内的转运代谢是由胰岛素依赖性葡萄糖转运体(glucose transporter,GLUT)及许多关键酶(G激酶、 糖原合成酶 、 磷酸果糖激酶 等)活化的结果。
胰岛素 信号转导途径的异常在胰岛素抵抗发生中占有主要的地位。已知的胰岛素信号转导途径至少有两条,其中主要通过磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositol 3- 激酶 , pi3k )转导途径介导其代谢调节作用,可大致分为4个步骤:①胰岛素经血液循环到达相应 靶细胞 表面,与InsR的α亚基结合,同时使β亚基在 酪氨酸 蛋白激酶 (protein tyrosine kinase,PTK)的作用下引|起受体的 磷酸化 ;②受体磷酸化激活PTK,可进一步磷酸化并激活胰岛素受体 底物 1( 胰岛素 roceptor substrate-1,IRS-1);③IRS-1中磷酸化的酪氨酸与含有SH2结构域(Src homology 蛋白质结构域 2,SH2)的 信号分子 PI3K 结合,依次激活信号转导通路下游的多个信号分子;④通过蛋白激酶、 磷酸酶 的 级联反应 发挥 胰岛素 的生理效应,刺激 葡萄糖 转运体4(glucose transporter 4,GLUT4)转位,促进细胞对葡萄糖的摄取,激活 糖原 合酶,调节糖原合成。
胰岛素拮抗激素失调
胰高血糖素 、 肾上腺素 、 糖皮质激素 和 生长激素 等均可升高血糖,其中最主要的是胰高血糖素( glucagon ),是维持血糖稳态的关键性调节激素。血糖浓度负反馈调节胰高血糖素的分泌。 胰岛素 可通过降低血糖而间接促进胰高血糖素分泌,也可通过旁分泌方式,直接作用于胰岛A细胞,抑制其分泌。交感神经兴奋亦可促进 胰高血糖素 分泌。高胰高血糖素血症所致的 肝糖原 分解和糖异生过多,是高血糖发病的重要环节。
胰高血糖素分泌的抑制机制受损
胰岛素缺乏造成其通过IRS-1/ PI3K 途径对 胰高血糖素 分泌的抑制作用减弱。
胰岛A细胞对葡萄糖的敏感性下降
长时间的高血糖可降低A细胞对血糖的敏感性,导致 葡萄糖 反馈抑制 胰高血糖素 分泌的能力下降或丧失,原因可能是预先下调了葡萄糖敏感位点。
胰高血糖素对B细胞的作用异常
胰高血糖素可以调节B细胞的cAMP生成,进一步激活 肝细胞 内的 磷酸化酶 、 脂肪酶 及与糖异生有关的酶系,加速 糖原分解 ,脂肪分解及糖异生,同时减少 胰岛素 分泌。胰高血糖素对B细胞的这一刺激作用可能是通过胰高血糖素受体和 glp-1类似物 ( 胰高血糖素 like 多肽 1,GLP-1)受体的双活化实现的。
胰岛A细胞的胰岛素抵抗
胰岛A细胞胰岛素抵抗是由于胰岛素受体后信号转导通路受损所致,其原因可能与血中的 游离脂肪酸 增加,脂毒性作用导致细胞的氧化应激反应有关。
其他因素
肝源性高血糖、肾源性高血糖、应激性高血糖、内分泌性高血糖、妊娠高血糖、药物性高血糖、其他因素引起的高血糖
(肥胖、 高脂血症 、某些肌损伤及遗传病、有机磷中毒等,均可引起高血糖)。
肝源性高血糖
肝硬化 、急 慢性肝炎 、 脂肪肝 等肝脏疾病,可引起糖耐量减退,血糖升高。其主要机制是:①继发性 胰岛功能 不全;② 胰高血糖素 灭活减弱, 糖代谢 的酶系统破坏、功能结构改变,糖吸收、利用障碍;③ 胰岛素 抵抗;④ 肝病 治疗中使用过多的高糖饮食、大量皮质激素和利尿剂的应用等。
肾源性高血糖
尿毒症 、肾小球硬化等肾功能严重障碍时,由于对 胰岛素 有不同程度的抗拒, 肝糖原 分解增强,同时肾糖阈的改变,也可引起高血糖。
应激性高血糖
主要与体内 儿茶酚 胺、皮质激素及 胰高血糖素 分泌增高有关,可见于外科大手术、严重感染、大面积创伤、烧伤、大出血、休克等。
内分泌性高血糖
体内除直接参与血糖调控的 胰高血糖素 外, 盐酸肾上腺素 、 糖皮质激素 、 生长激素 等均属 胰岛素 的拮抗性激素,这些激素水平升高,可明显提高机体的能量代谢水平。可见于 肢端肥大症 、 嗜铬细胞瘤 、甲亢、 库欣综合征 等。
妊娠性高血糖
妊娠时胎盘可产生雌激素、 黄体酮 、催乳素和胎盘生长激素等多种拮抗 胰岛素 的激素,还能分泌胰岛素酶,加速胰岛素的分解。
药物性高血糖
重组人生长激素 (recombinant human growth hormone,rhGH)可明显升高血糖,甚至引起难以控制的高血糖症。使用抗精神病药物治疗的患者, 胰岛素 抵抗指数上升。 免疫抑制剂 他克莫司 (tacrolimus, FK506 )可抑制钙调 磷酸酶 的活性,驱动蛋白重链的 去磷酸化 ,进而抑制葡萄糖刺激的胰岛素分泌。
病理生理学
代谢紊乱
胰岛B 细胞 胰岛素 分泌能力和(或)胰岛素生物作用缺陷,可导致胰岛素绝对或相对不足,引起一系列代谢紊乱。
渗透性脱水和糖尿
物质代谢紊乱
胰岛素 分泌绝对不足和(或)胰岛素 生物学 效应降低,肝脏、骨骼肌、 脂肪组织 等 效应器官 ,对 葡萄糖 的摄取、利用减少, 肝糖原 分解加强,引起高血糖;脂肪组织从血液摄取 三酸甘油脂 减少,脂肪合成降低; 脂蛋白 酶活性降低,血 游离脂肪酸 和甘油三酯浓度升高;蛋白质合成减少,分解加速,出现负氨平衡。
酮症酸中毒和高钾血症
高血糖症时,由于机体不能很好地利用血液中的 葡萄糖 ,各组织细胞处于糖和能量的饥饿状态,可引起脂肪分解加速,血中游离脂肪酸增加, 酮体 生成增加超过了酮体的利用,大量酮体堆积在体内形成酮症,发展为酮症酸中毒和 高钾血症 。
多系统脏器损害
高血糖时, 血色素 两条B链N端的 缬氨酸 可与葡萄糖化合生成 糖化血红蛋白 。长期持续的高血糖患者,由于血红蛋白发生 糖基化 ,且 组织蛋白 也发生非酶糖化,生成 糖化终产物 。糖化终产物刺激糖、脂及 蛋白质 , 自由基 生成增多,引起 生物膜 脂质 过氧化 增强、细胞结构蛋白和酶的 巯基 氧化形成二硫键:染色体畸变、核酸碱基改变或 脱氧核糖核酸 断裂,最终导致血管内皮细胞损伤,细胞间基质增加等,引起长期高血糖患者的眼、心、肾、神经等组织器官发生并发症。长期的高血糖会使半衰期较长的蛋白质发生非酶促糖基化反应, 胶原蛋白 、晶体蛋白、髓销蛋白和弹性硬蛋白等变性,引起血管基底膜增厚、晶体混浊变性和神经病变等病理变化,导致相应的组织结构损伤,是多系统脏器损害的病理基础。
检查诊断
诊断标准
高血糖症: 空腹血糖 (fasting plasma glucose,FPG)>6.9mmol/L(125mg/dl)及 餐后2小时血糖 (2-hour posprandial blood glucose)>11.1mmol/L(200mg/dl)为判断标准。
防治方法
饮食治疗
合理的饮食有利于控制高血糖,减轻体重,改善代谢素乱;同时可以减轻胰岛B细胞的负担,使胰岛组织结构和功能得到适当恢复;并可减少降糖药物剂量。
运动疗法
长期、合理地运动可降低机体 儿茶酚 胺的分泌,血浆 胰岛素 水平降低,上调胰岛素受体数,提高骨骼肌等组织对胰岛素的敏感性和 葡萄糖 的利用能力。同时,可以上调外周组织的脂蛋白酶活性,提高肌肉利用 脂肪酸 能力,改善脂质代谢素乱,降低血脂水平,控制体重。
药物治疗
降糖药物
口服降糖药物包括增加胰岛素敏感性或刺激胰岛素分泌的药物。如磺 类药物 格列本脲 、 格列吡嗪 、格列奇特等,主要作用是刺激胰岛B细胞分泌 胰岛素 ,其作用部位是胰岛B细胞膜上的 ATP 敏感 钾离子通道 ( ATP- sensitivepotassiumchannel,KATP)。KATP是 钾离子 进出细胞的调节通道,当血糖水平升高时, 葡萄糖 被胰岛 B细胞 摄取和代谢,产生ATP。关闭KATP,细胞内钾离子外流减少,细胞膜去极化,激活电压依赖性 钙离子通道 ,钙离子内流使细胞内钙离子浓度增高,刺激含有胰岛素的颗粒外移,胰岛素释放,使血糖降低。
胰岛素治疗
应用外源性的 胰岛素 可快速有效地降低血糖浓度,控制高血糖症;或作为体内胰岛素绝对缺乏的终生替代治疗,有可能延缓自身免疫对B 细胞 的损害。在使用降糖药物尤其是胰岛素时,应密切监测患者血糖水平,防止因剂量过大而导致低血糖反应。由胰岛素用量过大引起的低血糖,严重时可因中框 神经系统 的代谢被抑制引起 昏迷 和休克,即胰岛素休克( insulin shock)。
其他治疗
可进行 胰腺 移植、胰岛细胞移植、干细胞治疗等,以替代损伤的胰岛B细胞分泌 胰岛素 。