3基金项目:国家863资助项目(2003AA2Z347B )高胰岛素2正葡萄糖钳夹技术的研究进展3董立厚,宋海峰(军事医学科学院放射与辐射医学研究所,北京100850) [摘要] 高胰岛素2正葡萄糖钳夹技术(简称正糖钳技术)已被公认为测定胰岛素敏感性的金标准,并在糖尿病及其治疗药物的研究中得到日益广泛且深入的应用。
该技术通过同时输注外源性胰岛素与葡萄糖,升高血浆胰岛素水平,同时维持血糖在基础稳态水平。
该技术减少了内源性因素对实验的影响,具有准确可靠、重复性好、避免低血糖发生等优点。
现介绍该技术的原理、方法、应用等,以促进该技术在我国的进一步完善、发展及应用。
[关键词] 高胰岛素2正葡萄糖钳夹技术;胰岛素敏感性;糖尿病[中图分类号]R977115 [文献标识码]A [文章编号]1003-3734(2007)19-1561-04Recen t progress of hyper i n suli n e m i c 2euglyce m i c cl am p techn i queDONG L i 2hou,S ONG Hai 2feng(Institu te of R adical M edicine,A cade m y of M ilitary M edical Sciences,B eijing 100850,China )[Abstract] Hyperinsulinem ic 2euglycem ic clamp technique was considered t o be ‘gold standard ’f or measurement of insulin sensitivity,and was app lied further in the study of diabetes mellitus and drugs .The technique involves a continuous iv insulin and glucose infusi on f or raising p las ma insulin concentrati ons as well as keep ing bl ood glucose concentrati on at a constant basic level .Due t o the re 2ducti on of endogenous influences,the technique has high accuracy,good rep r oducibility and can avoid hypoglycem ia .This review intr oduced p rinci p le,method and app licati on of the technique for further i m 2p r ovem ent .[Key words] hyperinsuline m ic 2euglyce m ic cla mp;insulin sensitivity;diabetes mellitus 目前,随着高热量饮食增加、运动减少以及人口老龄化等潜在致病因素的逐渐增加,糖尿病发病率也在不断升高,严重威胁着人类健康。
深入研究该疾病的相关病理生理机制,寻求更加有效的防治药物是当今所面临的重要课题。
各种研究技术及方法也相继产生,其中尤以高胰岛素2正葡萄糖钳夹技术(正糖钳技术)[1]引人瞩目。
随着该技术的日臻完善以及联用技术的不断发展,其在糖尿病医药学领域发挥着日益重要的作用。
为促进该技术在我国的进一步开展以与世界研究水平同步化,现将该技术作一综述。
历史背景20世纪60年代,胰岛素测定技术的发展特别是Yal ow 和Bers on 建立的胰岛素放射免疫分析方法揭示了高胰岛素血症与糖尿病的紧密联系,为全面认识葡萄糖2胰岛素的相互作用提供了前提。
1966年Andres 等根据葡萄糖2胰岛素的负反馈原理,创立了一种可定量分析胰岛素分泌及作用的方法———葡萄糖钳夹技术。
但由于没有系统的理论阐述和具体的技术指导,此技术开展极少。
直到1979年De 2Fr onz o 等对该技术从理论上作了详细的阐述,并给予了技术指导,才推动了世界范围的广泛应用。
葡萄糖钳夹技术根据研究目的的不同又划分为高糖钳、正糖钳及低糖钳等不同方法。
正糖钳技术的应用最为广泛。
近年来,以正糖钳夹技术为基础,联合其他技术衍生出扩展葡萄糖钳夹技术[2],并取得了一系列成果。
技术原理及特点2.1 原理 胰岛素在血糖调控中起着最重要的作用。
血糖升高时,胰岛素分泌增加,并通过增加摄取、储存和利用葡萄糖等方式,下调血糖;血糖下降,胰岛素分泌降低,胰高血糖素等升糖激素增加,促进代谢分解,加速糖原分解和葡萄糖异生作用,升高血糖,从而建立起葡萄糖2胰岛素负反馈体系。
正糖钳技术通过同时输注可控浓度及速率的外源性胰岛素和葡萄糖,打破体内葡萄糖2胰岛素的负反馈调控,—1651—使血浆外源性胰岛素维持在较高浓度水平,而血糖维持在基础稳态水平。
由于血浆外源性胰岛素的优势浓度,抑制了内源性葡萄糖(肝糖分解和糖异生)和内源性胰岛素分泌,此时外源性葡萄糖输注速率等于外周组织的葡萄糖利用率,从而评价葡萄糖、胰岛素以及其他相关物质的代谢过程。
2.2 特点 正糖钳技术打破了体内葡萄糖2胰岛素的负反馈调控,将血糖浓度控制在正常水平,削弱了血糖波动造成的神经、激素等体内因素对血糖调节的影响,将内源性干扰减至最小,增加了实验的可控性与准确性,降低了结果的变异性。
该技术避免了内源性胰岛素缺乏(如糖尿病患者)及低血糖(如胰岛素耐量试验中)对胰岛素敏感性测定的影响。
该方法科学严谨,国外广泛应用正糖钳技术进行不同病理生理状态的研究,包括阐明胰岛素敏感性的影响机制等研究,已成为评估胰岛素敏感性的金标准。
当然,正糖钳技术也存在一些不足。
首先不同受试者的应激反应和血管紧张度等诸多因素会对稳态的建立产生一定的影响。
另外该技术复杂耗时、费用昂贵,实验中需频繁取血。
这些缺点使其不能成为大量病例研究尤其是流行病学研究的实用技术,只能用于少量病例的科研工作。
实验方法3.1 建立静脉输液通道及采血通道 在前臂静脉或正中静脉穿刺并留置导管建立输液通道,用于输入胰岛素和葡萄糖溶液。
葡萄糖和胰岛素输注通道经三通管与静脉通道联接。
采血通道由输液器、三通管、带延长的三通管、静脉留置针依次串连在一起,2个三通管的侧孔分别接上注射器,并保持管道通畅。
3.2 钳夹实验 测定受试者基础血糖值,设为钳夹目标。
用加热型护手袋包裹采血的手臂,使静脉血动脉化[3,4〗。
钳夹实验开始,前10m in内给予受试者1个胰岛素负荷剂量,快速升高血浆胰岛素水平以抑制体内肝糖输出和内源性胰岛素的分泌。
然后以某一固定速率持续输注,获得一个稳定的高浓度血浆胰岛素水平。
在此期间,每隔5m in测定1次血糖值,根据De Fr onz o经验公式调节葡萄糖输注率,维持血糖于目标水平,血糖趋于稳定状态时即钳夹形成。
3.3 正糖钳技术指标 ①钳夹稳定状态下血糖(SSPG):SSPG需控制在正常空腹血糖±10%范围内。
胰岛素分泌呈脉冲模式,从而引起其浓度在外周血象中的波动。
血糖稳定表明内源性胰岛素及葡萄糖被抑制,是钳夹建立成功与否最直观的评判指标。
②钳夹稳定状态下胰岛素(SSI N S):较高的血浆外源性胰岛素水平才能抑制内源性肝糖及胰岛素的生成,满足实验要求。
③血糖变异系数(CVBG):钳夹实验期间CVBG可反映钳夹技术的稳定性与准确性。
④稳态葡萄糖输注速率(SSGI R):SSGI R等于外周组织的葡萄糖利用率,可用来评价外周组织(主要是肌肉组织)胰岛素作用,反映机体组织的胰岛素敏感性。
⑤内源性胰岛素分泌:C肽水平可评估内源性胰岛素分泌,粗略判断内源性胰岛素分泌的抑制程度。
4 葡萄糖钳夹技术的应用4.1 胰岛素抵抗(I R)研究 I R是指机体胰岛素介导的葡萄糖代谢能力(胰岛素敏感性)下降,是诊断2型糖尿病、预示病情恶化及心脑血管等并发症发生的标志。
由于胰岛素敏感性的组织特异性、代谢特异性、时间依赖性及易受内源干扰等特点,而且机体对葡萄糖的代谢还受β细胞分泌功能的影响,测量结果变异大。
只有充分考虑到上述影响因素,才能准确地评估胰岛素敏感性。
目前人们采用的技术方法种类较多,但都存在各自缺陷。
较早应用的胰岛素耐量试验容易引起低血糖,导致神经系统和心血管系统反应;随后采用的胰岛素抑制试验中血糖浓度波动较大,且不易达到稳定状态;而目前仍广泛采用的微小模型分析法技术虽较正糖钳技术简化,但由于受机体胰岛素缺乏及可能造成的低血糖影响,结果也不准确[5]。
正糖钳技术排除了胰岛素分泌不足及其他内源性干扰的影响,可准确测定胰岛素敏感性,是测定胰岛素敏感性的金标准。
血浆胰岛素浓度接近100μU・mL-1时维持正常血糖所需的外源葡萄糖输注速率低于150mg・m-2・m in-1时,即诊断为I R。
该技术也可用于I R动物模型建立的评价。
通过钳夹技术发现很多病理生理条件下都会导致I R。
约50%以上的多囊性卵巢综合征患者存在不同程度的I R,引起激素分泌失调,加剧多囊性卵巢综合征的病情[6]。
I R在高血压的发病中的作用也已有共识,Knudsen等[7]提出应用胰岛素增敏剂治疗某些原发性高血压的可能性。
大多数心血管疾病如冠心病、动脉粥样硬化、血脂障碍、高尿酸血症等的发生和发展均会不同程度地影响胰岛素敏感性,进而导致I R。
已证实妊娠妇女较未妊娠妇女的胰岛素敏感性下降了50%～70%;如果适应性代谢调节不能完全补偿机体需要,就会引发妊娠性糖尿病的发生[8]。
其他如种族,性别、年龄、饮食、锻炼、肥胖[9]等因素也与I R发生有密切关系。
药物也可—2651—影响胰岛素敏感性,如噻嗪类药物、β肾上腺素阻滞剂、糖皮质激素、口服避孕药等均有可能导致I R的发生。
W allace等[10]研究发现PP AR2γ激动剂如匹格列酮对I R有治疗作用,研究表明PP AR2γ激动剂可促进前脂肪细胞的分化,增加葡萄糖转运子4的表达,通过调节三酰甘油在各个组织的分布及诱导Ca2+内流,避免脂肪堆积对胰岛的损伤,增加β细胞对葡萄糖变化的感应能力。
二甲双胍也可以通过类似的作用机制增加机体对葡萄糖的调节能力。
正糖钳技术也可以进一步研究I R的发生部位,了解肝脏、骨骼肌、脂肪等靶组织对胰岛素的敏感性,还可通过其了解I R与其他物质代谢之间的联系,深入了解I R的发生机制。
这一方面国外已有大量报道。
4.2 药物研究 胰岛素药物的使用已有近百年历史,了解各种胰岛素药物的药动学(PK)和药效学(P D)特点不仅可以指导临床应用以减少不良反应,提高疗效;而且可以指导新药的研发。