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胰岛素的发现和临床应用

胰岛素的发现、发展及临床应用考古学上可追溯的最早可能关于糖尿病的文字记录是在埃及出土的公元前1550年Ebers Papyrus。

纪录是1862年德国的埃及学家George Ebers发掘出的古埃及人书写在纸莎草(papyrus,是一种茎杆含粗纤维的芦苇样水生植物)上的文献,上面记载着一种多饮多尿的病。

后人称此文献为Ebers Papyrus。

公元前400年,中国最早的医书《黄帝内经•素问》中已有“消渴”病记载,且述及消渴与肥胖的关系。

Diabetes mellitus是希腊语。

Diabetes意为“排出”(to pass through)。

公元二世纪Cappadocia的Aretaeus用diabetes称一种多尿、口渴及消瘦的病。

他认为这种病是由于病人的肌肉和肢体融化了从尿中排出。

Mellitus意为“甜”。

十七世纪英国国王查理二世的御医Thomas Willis(1621~1675)发现diabetes患者的尿甜如蜜。

一个世纪以后,William Cullen(1709~1790)将此种疾病称之为diabetes mellitus。

1776年英国利物浦的医师Mathew Dobson(1735~1784)发现diabetes mellitus患者的尿有甜味的原因是尿内含有糖。

11.胰岛的发现德国的医科大学学生鲍尔·朗格汉斯(Paul Langerhans。

1847—1888),是柏林一位名医之子,在耶拿(Jena)和柏林的大学学习医学,毕业于1869年。

同年,为了研究胰脏的组织结构,他在显微镜下观察多种动物的胰脏,发现胰腺中有一些细胞聚集成岛状的斑点,这些细胞形成无数个直径为0.1~0.24 mm的“细胞堆”(德语zellhaufen)并且遍及整个胰腺,尤其胰尾处最多。

朗格汉斯首次认真详细地描述了这些斑点的显微结构,将这些“细胞堆”中的细胞按大小、形状、有无颗粒等形态结构差异划分为9种⋯。

他没有对这些细胞的性质和重要性作出假设,当时医学界也没有认识到这一发现的价值。

后来证明这些细胞有分泌激素的功能。

他的发现才被重视。

1893年法国组织学家Edounard Laguesse为了纪念朗格汉斯对医学所做的贡献,将他发现的这些岛状斑点命名为“ilots de Langerhans”(法语,ilots 小岛的意思),由此许多文献和教科书中把胰腺中的这些岛状结构称为“islets of Langerhans”即胰岛。

2.发现胰腺分泌物与胰岛的关系1889年德国籍俄罗斯内科医生O skar Minkowski和德国生理学家Joseph Von Mering 用狗做实验对象研究胰腺的消化机能,他们无意中发现很多苍蝇叮在摘除胰腺狗的尿液上,而一般情况下不会有那么多苍蝇叮在健康狗的尿液上。

他们对摘除胰腺狗的尿液进行检查,结果出乎意料,其中的糖分高达12%,他们继续研究发现,摘除胰腺的狗会患上和人类的糖尿病类似的疾病,但是,把胰腺的导管扎住,再把十二指肠切除,狗就不会患糖尿病。

他们因此肯定。

是和消化液无关的“某种物质”对糖尿病有抑制作用。

Minkowski敏锐地意识到胰腺和糖尿病之间的决定性关系,并提出胰腺能够分泌某种抗糖尿病的物质的假说.并将他们的发现写成论文。

发表在一本医学杂志上,在当时的医学界引起广泛关注。

此后30年,全世界一流的科学家,在顶级设备的实验室里。

都试图在胰腺里寻找某种能恢复代谢平衡的神秘物质,全都无功而返,30年来它一直是一种科学假说。

3.胰岛素的首次发现和应用与胰岛素之父Frederic Banting于1891年11月14 日生于加拿大Ontario省的一个殷实的农民家庭。

1912年秋,Banting 21岁时赴该省最高学府多伦多大学读医学。

Banting腼腆、用功、勤奋且喜欢体育。

就读4年后于1916年l2月因第一次世界大战被征召入伍当军医。

1919年退役后他希望到多伦多儿童医院当外科住院医师。

一战后外科医师过剩,Banting未能在该院谋得一职。

为了生计,Banting决定到多伦多以西110英里的小城—London去开业。

1920年7月1日,Banting正式悬壶开业。

第一个月只有一个病人,总收入4加拿大元。

他不得不在London的Western大学觅得生理系兼职助教一职,当教授的助手。

1920年10月31日,Banting正准备给生理系学生上一堂关于糖代谢的辅导课。

他对这个领域非常生疏,学医以来只在见习时看到过一个糖尿病患者,但是他认真地准备着。

手头正好有一本新出版的“外科与妇产科学杂志”,上面有一篇关于胰腺结石患者合并糖尿病情况的论文。

Banting彻夜备课到次日清晨2 点,一个念头突然“闪现”:胰腺Langerhans小岛内是否有防止发生糖尿病的物质?为了防止胰外分泌消化酶对提取物质的破坏,是否能结扎动物胰管使胰外分泌腺萎缩后提取胰岛内的物质?1920年l1月7日,Banting到多伦多大学生理系求见著名的J0hn Macleod教授。

念于Banting是校友,Macleod同意给这位从未谋面、名不见经传的年轻人几分钟的见面时间。

站在Macleod面前的是个在生理学研究上毫无经验,设想只是来自教科书和论文,说话吞吞吐吐的外科医师。

但是Maeleod还是耐心地听完了Banting的陈述,靠着椅背,闭上了眼睛,说:“这个研究值得进行,即使是阴性结果亦有生理学价值”。

Macleod重复了三遍。

Macleod同意了Banting的请求:到他主持的生理系来做这个试验,但是只能利用次年暑假中的空闲时间。

Banting开业中闲着亦没有病人,就在1921年4月30日早早地到多伦多大学做实验准备。

Banting要求Macleod给他一个实验手术助手兼测血糖。

Macleod叫来两个他雇佣作助手的生理系学生。

Macleod对学生说,这个研究可能是阴性结果.但是他们能从研究中学到实验技术,更重要的是在阴性结果的研究中可以学到如何做一个好的科学家。

因为经费和安排问题,两个学生只能轮流着来。

两个学生用掷硬币正反面的方式决定谁先来,结果是Charles Best先来。

当年年仅21岁的Best做梦也不会想到就是这次掷硬币改变了他的命运。

他们制定的研究计划是:切除胰腺制成实验糖尿病犬。

对另一些犬予结扎胰管使外分泌腺萎缩后,提取萎缩胰中可能来自胰岛的物质,将提取液注射于去胰糖尿病犬,观察提取液能否降低血糖及尿糖。

Macleod在生理系找了个实验场所。

1921年5月16日,Banting及Best打扫了肮脏凌乱的动物实验室及楼上的化验小间,还粉刷了墙壁和天花板。

在1921年5月17 日开始了第一个实验。

Banting从来没做过胰切除术,所以Macleod亲临第一个手术,做了80分钟。

以后的胰切除术由Banting和Best做。

在最初两个星期内做手术的10只狗中死了7只,狗不够就上街去买,Best还记得Banting买了狗后解下领带将狗牵了回来。

以后的10周是使Banting极度沮丧的日子,实验进行得极不顺利,胰切除犬不但因糖尿病昏迷而且常合并严重伤口感染而死亡,他的胰管结扎技术有时不能达到使胰外分泌腺萎缩的效果。

此外,当时测定血糖是项“高、精、尖”的生化技术,试剂不但要自己配制,有时还得自己提纯甚至自己制备。

Best没有经过实验室训练,不知道操作规程。

Banting对Best的测定工作很不满意,严厉地对Best说他的技术不准确,工作邋遢草率,要他倒掉所有试剂,清洗所有器皿,重新开始准确无误地配制测定试剂。

两人怒目相对,Banting暗忖可能要打一架了,突然Best 转身蹬蹬上楼,接下来只听乒乒乓乓一阵玻璃器皿响。

Best在楼上一直待到次晨才下来。

Banting上楼一看化验小间面目焕然一新,Best已做好了重新测定血糖和尿糖的一切准备。

此次冲突后,两人间的互相了解更进了一步。

除研究上的不顺利外,Banting在多伦多大学既无职位,又无收入,积蓄已所剩无几,与未婚妻的关系又是风风雨雨几度发生危机。

但是,就在这令他感到山穷水尽的困境中,Banting继续着他的实验,有时只有他独自工作,没有助手(Best去军训),亦没有及时的指导(Macleod去度假)。

终于,他有了两只成功的胰腺萎缩犬。

在1921年7月末,Banting和Best将一只犬的胰脏取出切碎,用冰冻过的捣臼研细,加入冷Ringer液稀释,滤掉颗粒,制成了第一份呈粉红色的胰提取液。

1921年7月30日上午10:15分,Banting和Best将4 ml胰提取液注入一只去胰糖尿病犬中。

注射时血糖为200 mg/dl。

一个小时后,在11时15分血糖降到120 mg/dl。

在此时又予注射5 ml,再1小时后的血糖为110 mg/dl。

再予注射5 ml,到下午2时15分血糖为140 mg/dl。

为了想观察注射提取液对灌注糖水后的作用,他们给犬插胃管,灌注了含20克糖的糖水。

谁知胃管插到了气管内,灌注的糖水几乎致狗窒息死亡,抢救生还后虽再注射三次提取液,血糖仍见上升而中止实验。

以后数周,Banting和Best改进了提取方法。

他们发现不事先结扎胰管使外分泌腺萎缩,用乙醇就可从胰腺内提取降糖物质。

对此物质他们先称之为Isletin,以后改称为Insulin。

为了提高纯度、加快研究速度,Banting建议请Edmonton省的Alberta大学对内分泌腺颇有研究的生物化学教授James Collip加入研究组。

1921年12月,Collip开始了实验,对提取方法做了很大的改进,但亦非一帆风顺。

以后,应用胰提取液注射于去胰糖尿病犬大多见到效果。

Banting在给Macleod的报告中说:胰提取液肯定可以降低血糖并使犬的病况大为改观。

提取液的活性可维持4天,煮沸则丧失。

其他器官的提取液无降糖作用。

他尚列出了16个进一步研究问题,其中第6个是用胰提取液治疗糖尿病患者。

Macleod的反应是实验结果很好,但是结果必须是“没有错误的可能性”。

因为“在科学上,某些结果使自己满意非常容易,但是要获得强有力的证据使别人不能推翻它则非易事”。

果然不出Macleod所料,1921年12月30日Banting在美国生理学会议上报告了他们的实验研究结果,继而于1922年初在《实验及临床医学杂志》上发表了题为“胰腺的内分泌”的论文都引起了争议和质疑。

但是学者们也已认识到这个研究的发现在医学上非常重要。

例如美国著名糖尿病学家Elliot Joslin写信给Macleod说:“显然,即使这些实验有一线希望使我有可能将它施用于糖尿病患者,甚至只是可能对他们说你们在研究这一线希望,这不但对病人而且对我本人已经是很大的安慰。

因为我看到过太多无药可救的糖尿病患者”。

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