“特殊”的血糖平衡調(diào)節(jié)

劉正旺

(廣東省佛山市順德區(qū)教育發(fā)展中心 佛山 528300)

“血糖平衡的調(diào)節(jié)”相關(guān)內(nèi)容多，調(diào)節(jié)過程復(fù)雜，尤其有很多獨特之處，學(xué)生準確掌握起來有難度，甚至產(chǎn)生誤解。教師需要清晰認識并在教學(xué)中充分考慮這些“特殊”之處，合理突破難點，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 血糖平衡調(diào)節(jié)的腺體特殊

胰腺是與血糖平衡調(diào)節(jié)密切相關(guān)的特殊腺體，既有外分泌部又有內(nèi)分泌部，既是外分泌腺(消化腺)又是內(nèi)分泌腺(圖1)。

圖1 胰腺和胰島結(jié)構(gòu)模式圖

1.1 胰腺的外分泌部 胰腺作為消化腺的是外分泌部，由腺泡和腺管組成，腺泡分泌胰液，腺管是胰液排出的通道。胰液中含有NaHCO3、胰蛋白酶原、脂肪酶、淀粉酶等。胰液通過胰腺管排入十二指腸，有消化蛋白質(zhì)、脂肪和糖的作用。

1.2 胰腺的內(nèi)分泌部 胰島是胰腺的內(nèi)分泌部，有4種主要的細胞： A細胞、B細胞、D細胞、PP細胞。A細胞分泌胰高血糖素，升高血糖；B細胞分泌胰島素，降低血糖；D細胞分泌生長抑素，以旁分泌的方式抑制A、B細胞的分泌；PP細胞分泌胰多肽，抑制胃腸運動、胰液分泌和膽囊收縮。其中最主要是A細胞和B細胞。

胰腺中的胰島是血糖平衡調(diào)節(jié)相關(guān)的主要腺體，胰島A細胞分泌的胰高血糖素和胰島B細胞分泌的胰島素是調(diào)節(jié)血糖平衡的主要激素。

2 血糖平衡的調(diào)節(jié)方式特殊

2.1 血糖平衡調(diào)節(jié)的常見分析模式 分析血糖的來源和去路是分析血糖平衡調(diào)節(jié)的代謝基礎(chǔ)(圖2)。與血糖有關(guān)的代謝具有次序優(yōu)先級?？磥碓?，機體優(yōu)先從食物中獲取糖(a)，食物供應(yīng)匱乏轉(zhuǎn)為主要分解肝糖原(b)，肝糖原匱乏轉(zhuǎn)而主要利用脂肪等非糖物質(zhì)(c)。類比于我們先花現(xiàn)金，現(xiàn)金不足才會取存款，存款不夠才會變賣固定資產(chǎn)。去路分析類似，葡萄糖優(yōu)先用于代謝產(chǎn)能(d)，余糖主要合成糖原(e)，過多的糖才主要轉(zhuǎn)化為非糖物質(zhì)(f)。類比于賺錢優(yōu)先用于花銷，富余才存款，存款多才大量購置固定資產(chǎn)。

圖2 血糖的來源和去路

體內(nèi)的糖超出機體的代謝能力，機體可通過尿液排出多余的糖(g)，類比于錢太多的人通常愿意做慈善等。教師可設(shè)計對教材圖2—9進行再加工(補充g途徑等)或設(shè)計拓展問題：“尿糖和糖尿病是什么關(guān)系？(糖尿病人容易尿糖，但尿糖不一定患糖尿病，糖尿病人控制后不一定尿糖。)”培養(yǎng)學(xué)生利用教材等培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的能力。

另外，a、g是生物體與體外環(huán)境的物質(zhì)交換的途徑，b～f是發(fā)生在細胞內(nèi)的代謝途徑，血糖是內(nèi)環(huán)境中的物質(zhì)，教師還可以設(shè)計分析跨膜的問題。其中a過程葡萄糖由消化道跨小腸上皮細胞和毛細血管壁細胞進入血液，g過程葡萄糖跨毛細血管壁細胞和腎小囊壁細胞進入原尿，這兩個過程都是體內(nèi)與體外的物質(zhì)交換過程，a、g途徑在消化道、尿道的過程不涉及激素調(diào)節(jié)。而b～f途徑有葡萄糖跨細胞或細胞膜在血液和細胞中轉(zhuǎn)移，可通過激素調(diào)節(jié)細胞代謝的狀態(tài)來調(diào)節(jié)血糖含量的穩(wěn)定。

2.2 血糖平衡調(diào)節(jié)中的神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié) 血糖平衡的調(diào)節(jié)、體溫調(diào)節(jié)和水鹽平衡調(diào)節(jié)都同時存在神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)(圖3)。設(shè)計對比圖3與另兩種調(diào)節(jié)過程能夠引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)胰島A細胞和胰島B細胞的特殊性，體現(xiàn)在胰島A細胞和胰島B細胞不僅受下丘腦中神經(jīng)的控制，還能直接感受血糖濃度的刺激。除神經(jīng)調(diào)節(jié)外，血糖的變化也能直接引起細胞激素分泌水平的改變。這樣的調(diào)節(jié)機制使神經(jīng)調(diào)節(jié)的主導(dǎo)地位被削弱，而體液調(diào)節(jié)的方式得到加強，成為調(diào)節(jié)的主要途徑。所以，血糖平衡的調(diào)節(jié)雖然同時存在神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)，但卻是以體液調(diào)節(jié)為主的調(diào)節(jié)方式。

圖3 血糖平衡的調(diào)節(jié)

3 胰島素和胰高血糖素的作用特殊

3.1 胰島素和胰高血糖素相互作用關(guān)系 胰島素抑制胰高血糖素的分泌，胰高血糖素卻可促進胰島素的分泌。例如，血糖升高促進胰島素釋放，同時抑制胰高血糖素分泌，而胰島素又可以直接抑制胰高血糖素的分泌，兩者相互增強，使胰高血糖素分泌顯著受到抑制，這樣胰島素得以更有效的發(fā)揮作用[1]。可見，生理作用表現(xiàn)為拮抗作用的胰島素和胰高血糖素，相互作用卻不總表現(xiàn)為相互抑制，而是既可促進又可抑制(圖4)。

圖4 胰島素和胰高血糖素在血糖平衡調(diào)節(jié)中的相互作用

看似矛盾的相互作用關(guān)系需要引導(dǎo)學(xué)生尋找血糖調(diào)節(jié)的生理意義，血糖平衡調(diào)節(jié)的目的是使血糖水平相對恒定，從而保證機體能源物質(zhì)的供給，能源物質(zhì)的供應(yīng)才是調(diào)節(jié)的最終目的。在能源物質(zhì)供給嚴重不足時，是優(yōu)先保證血糖濃度的相對恒定還是優(yōu)先保證能源物質(zhì)的供給？答案顯而易見?！氨ＷC細胞能源物質(zhì)供給”的認識能夠使學(xué)生準確理解這兩種激素的相互作用關(guān)系： 在血糖濃度過高時，胰島素增加，這時能源物質(zhì)供給是充足的，所以胰島素抑制胰高血糖素的分泌以維持機體血糖平衡，即胰島素能夠抑制胰高血糖素的分泌；但在機體血糖濃度偏低時，機體既要通過釋放胰高血糖素促進能源物質(zhì)的產(chǎn)生，又要使能源物質(zhì)及時被組織細胞攝取進而代謝產(chǎn)能，即胰高血糖素能夠促進胰島素的分泌。兩者的相互作用有細胞膜上相關(guān)蛋白質(zhì)受體的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

3.2 胰島素和胰高血糖素對代謝的控制 胰島素和胰高血糖素如何控制相關(guān)代謝(圖2)來維持血糖平衡？兩種激素的控制作用存在明顯差異，胰島素通過促進組織細胞加速攝取(進入組織細胞)、利用(d)和儲存(e+f)葡萄糖，同時抑制組織細胞代謝產(chǎn)糖(b+c)過程來實現(xiàn)降低血糖；胰高血糖素通過促進組織細胞代謝產(chǎn)糖(b+c)升高血糖，而不抑制葡萄糖進入組織細胞被利用的過程。

4 血糖受多種激素的調(diào)節(jié)，胰島素也可調(diào)節(jié)多種代謝

4.1 多種激素可以調(diào)節(jié)血糖的濃度 多種激素能調(diào)節(jié)血糖，以胰島素和胰高血糖素為主，能調(diào)節(jié)血糖的激素還有腎上腺素、生長激素、甲狀腺素等。腎上腺分泌的激素主要是皮質(zhì)分泌的糖皮質(zhì)激素和髓質(zhì)分泌的腎上腺素(或去甲腎上腺素)等，糖皮質(zhì)激素促進蛋白質(zhì)的分解，抑制其合成，加強葡萄糖異生，抑制胰島素與其受體結(jié)合，使血糖升高，腎上腺素等髓質(zhì)分泌的激素能促進肝糖原分解為葡萄糖，促進非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖，從而使血糖含量升高；垂體分泌的生長激素主要影響蛋白質(zhì)、脂肪和糖代謝，作用是促進蛋白質(zhì)的合成和脂肪的分解而抑制機體對葡萄糖的氧化，葡萄糖的消耗減少，血糖升高；甲狀腺激素主要是促進代謝產(chǎn)熱和影響糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝，其對糖代謝的影響主要是可促進糖的異生作用及糖原分解，并能促進小腸對葡萄糖的吸收從而使血糖升高?？梢?，胰島素是唯一能夠降低血糖的激素，胰島素和胰高血糖素表現(xiàn)拮抗作用，而胰高血糖素和腎上腺素等其他激素表現(xiàn)協(xié)同作用。激素分泌除直接感受血糖含量的變化發(fā)揮調(diào)節(jié)作用外，還接受神經(jīng)系統(tǒng)的控制，間接發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

4.2 胰島素可以調(diào)節(jié)多種代謝 胰島素作為唯一降低血糖的激素，還促進糖原、脂肪、蛋白質(zhì)合成。糖代謝中，胰島素促進組織細胞對葡萄糖的攝取和利用，促進糖原合成，抑制糖異生，使血糖降低；脂肪代謝中，胰島素促進脂肪酸合成和脂肪貯存，減少脂肪分解；蛋白質(zhì)代謝中，胰島素促進氨基酸進入細胞，促進蛋白質(zhì)合成的各個環(huán)節(jié)以增加蛋白質(zhì)合成。除血糖水平，氨基酸、脂肪等物質(zhì)含量也影響胰島素分泌的調(diào)節(jié)。其他相關(guān)激素也會作用于胰島B細胞影響胰島素的分泌。此外，胰島素的分泌還受神經(jīng)系統(tǒng)的直接調(diào)控。這種復(fù)雜的調(diào)控機制與幾乎所有細胞都有胰島素的受體和胰島B細胞上有很多受體有關(guān)。