血脂异常对胰岛β细胞功能和胰岛素敏感性的影响

李 佳,徐 玲,蒋 岚

(泸州医学院附属医院内分泌科,四川泸州646000)

胰岛β细胞的胰岛素分泌缺陷和(或)靶组织对胰岛素敏感性的降低即胰岛素抵抗(IR)是2型糖尿病发生的重要病理、生理机制。近年来,脂代谢紊乱、脂毒性学说在2型糖尿病的发生、发展过程中起到的作用日益受到重视,但部分体外研究发现,脂毒性只在高血糖的背景下才对β细胞功能发生明显影响,而在体研究,特别是对血脂异常患者进行的研究尚无明确结论。因此,本研究对糖耐量完全正常的高脂血症患者进行胰岛β细胞功能和胰岛素敏感性评价,以探讨单纯的血脂异常对IR和胰岛β细胞功能的影响。临床常用的静脉注射葡萄糖耐量试验(intravenous glucose tolerance test,IVGTT)能测定第一时相胰岛素分泌(first-phase insulin response,FPIR),因而在胰岛β细胞功能轻度受损的早期即可得到反映,但该试验结果要受IR的干扰,在调整胰岛素敏感性后,可恰当评估机体胰岛β细胞功能[1]。本研究在临床建立Botnia钳夹术[2]以测定受试者IR水平和胰岛β细胞功能,即先进行IVGTT,随后再进行高胰岛素正葡萄糖钳夹术(简称正糖钳夹术),并且用正糖钳夹测定的胰岛素敏感性调整IVGTT值,使得测定的胰岛β细胞功能更为准确、可靠。

1 对象与方法

1.1 研究对象 正常糖耐量者30例,按2007年《中国成人血脂异常防治指南》诊断标准分为两组:血脂正常组15例,男9例,女6例。血脂异常组15例,男8例,女7例。血脂异常标准为:TC≥5.18 mmol/L;TG≥1.7 mmol/L;HDL-C＜1.04 mmol/L;LDL-C≥3.37 mmol/L,4项指标至少符合1项。试验前将试验的目的以及可能产生的不良反应告知研究对象,并填写知情同意书。

1.2 研究方法 所有受试对象空腹12 h,测定身高、体质量指数(BMI)、腰围(W),排空小便后仰卧。分别在双前臂正中静脉穿刺并留置导管,以备抽血及输注胰岛素、葡萄糖。将受试者一侧前臂置于恒温箱中(温度50℃)以保证静脉血动脉化。整个试验在受试者安静、清醒的状态下进行。

1.2.1 Botnia钳夹术 钳夹过程持续180 min,分为第1阶段IVGT T(0～60 min)和第 2阶段正糖钳夹术(60～180 min)。在置管后测定空腹血糖(FPG)并留取血清样本。在1～3 min内静脉推注完0.3g/kg的葡萄糖(50%葡萄糖),推注完开始记时,分别留取 1、2、4、6、8、10、20、30、40、50、60 min 的血样标本2 mL,用于测定葡萄糖、胰岛素浓度。在60 min结束时开始进行正糖钳夹术,前10 min(即60～70 min)内注入初始负荷剂量(45 mu/m2)胰岛素溶液(丹麦诺和诺德公司常规诺和灵R 40 u/mL)使血浆胰岛素水平迅速升高,在随后的70～180 min里以120 mu/(m2◦min)速率持续输注胰岛素。每5分钟测定1次动脉化的静脉血浆葡萄糖(葡萄糖氧化酶法,贝朗血糖检测仪),输注并调整20%葡萄糖溶液输注率,使钳夹血糖接近正常FPG值,通常设置在 4.4～5.5 mmol/L。以 150～180 min为稳态期。钳夹期间每10分钟取血标本测胰岛素,每30分钟取血测定皮质醇、胰升糖素。所有血样均经离心分离血清,-80℃保存待测。

计算方法:计算钳夹过程稳态期葡萄糖消失率(又称葡萄糖利用率,Rd)。周围组织的胰岛素敏感性以胰岛素介导的Rd表示,它等于钳夹稳态期的Rd。胰岛β细胞功能以处置指数(disposition index DI)表示[3-4],DI=FPIR×Rd。FPIR以2、4、6 min的血清胰岛素浓度之和来进行计算。

1.2.2 其他临床指标测定 血红蛋白(HbA1c)用微柱层析法测定。血浆胰岛素、胰高糖素采用放免法测定(药盒购自中国原子能科学研究院同位素研究所)。血清总游离酯肪酸(FFA)采用酰基辅酶A氧化酶比色法测定,药盒由英国Randox试验公司提供。

1.3 统计学处理 所有统计应用SPSS12.0软件完成。计量资料以±s表示,检验各组变量正态分布情况。两组间比较采用独立样本t检验。以Pearson相关对各指标间相关性进行分析。并以多元逐步回归分析影响Rd、FPIR的因素。

2 结 果

2.1 Botnia钳夹试验的建立 所有受试者在试验开始静脉推注葡萄糖后血中胰岛素水平迅速升高,约2～4 min达到峰值,以后逐步下降,随着第2阶段正糖钳夹试验的开始,血中胰岛素水平再次迅速升高,约10 min达到峰值,以后均维持于一相对稳定水平至整个钳夹过程结束。两组患者试验前基础胰岛素水平有差异,但在钳夹稳态期两组胰岛素水平差异无统计学意义(P＞0.05)。所有受试者试验开始后1 min血浆葡萄糖水平达到高峰,以后逐步下降,在第2阶段正糖钳夹试验开始后逐步趋向稳定,在钳夹稳态期中始终维持在4.4～5.5 mmol/L。试验开始静脉推注葡萄糖后血皮质醇、胰高糖素水平迅速降低,以后逐渐升高,在稳态期维持稳定水平,但仍明显低于试验前,见表1。

2.2 血脂异常患者与血脂正常者各临床指标比较 血脂异常组TC、TG和 LDL-C明显高于血脂正常组(P＜0.05),在两组BMI、腰围、血压[收缩压(SBP)、舒张压(DBP)]、FPG、血尿酸(UA)水平无差异的情况下,血脂异常组空腹胰岛素(FINS)水平明显高于血脂正常对照组(P=0.002),而Rd值明显低于血脂正常组,两者差异有统计学意义(P=0.009)。两组FPIR值差异无统计学意义(P=0.305),但对其用胰岛素敏感性进行校正之后,两者显示明显差异,血脂异常组DI值明显低于血脂正常组(P=0.011),见表2。

2.3 所有进行Botnia钳夹试验者的Rd、FPIR值与各临床指标的相关及回归分析对所有进行Botnia钳夹试验者的Rd、FPIR值与各临床指标进行Pearson相关分析结果显示,Rd与FFA、胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)、TG、LDL-C、FINS 呈具有统计学意义的明显负相关,r值分别为:-0.577、-0.553、-0.478、-0.404、-0.442,P值均小于 0.05。FPIR值与 FFA、HOMA-IR、TG、UA呈具有统计学意义的明显负相关,r值分别为:-0.446、-0.387、-0.393、-0.391,P 值均小于 0.05。

以Rd值为因变量,其余各临床指标为自变量(FPG、FINS两个指标由于直接参与HOMA-IR的计算,不作为自变量纳入分析),进行多元逐步回归分析(纳入标准 P＜0.05,排除标准P＞0.10),结果仅FFA、HOMA-IR两指标进入回归方程。回归方程如下:Rd=16.712-0.013×FFA-0.927×HOMAIR FFA标准化回归系数为:-0.424,HOMA-IR标准化回归系数为:-0.384。同样方法得出FPIR回归方程如下:FPIR=479.051-0.172×FFA-0.265×UA FFA、UA标准化回归系数分别为:-0.409、-0.348。

表1 两组Botnia钳夹试验的各指标情况(±s)

表1 两组Botnia钳夹试验的各指标情况(±s)

组别 试验前血糖(mmol/L)试验前胰岛素(mU/L)试验1 min血糖(mmol/L)试验2～4 min胰岛素峰值(mU/L)试验60 min血糖(mmol/L)试验60 min胰岛素(mU/L)血脂正常组 4.47±0.66 11.29±1.80 17.35±3.23 123.08±19.55 4.86±0.57 12.59±3.07血脂异常组 4.61±0.72 16.82±5.66 20.04±3.08 131.47±16.95 4.79±0.50 15.16±3.97

表1 (续)两组Botnia钳夹试验的各指标情况(±s)

表1 (续)两组Botnia钳夹试验的各指标情况(±s)

组别 稳态期血糖(mmol/L)稳态期胰岛素(mU/L)试验前皮质醇(μ g/L)稳态期皮质醇(μ g/L)试验前胰高糖素(μ g/L)稳态期胰高糖素(μ g/L)血脂正常组 4.95±0.33 329.86±63.24 142.91±58.30 76.28±41.17 67.53±35.41 39.68±19.38血脂异常组 5.17±0.26 369.81±48.75 173.92±62.04 88.83±49.62 88.92±43.17 50.01±18.44

表2 血脂正常者与血脂异常患者各临床指标比较(±s)

表2 血脂正常者与血脂异常患者各临床指标比较(±s)

组别 n 年龄(岁)BMI(kg/m2)W(cm)SBP(mm Hg)DBP(mm Hg)HbA1c(%)试验前FPG(mmol/L)血脂正常组 15 55.13±7.70 22.40±2.47 78.39±7.83 120.33±16.45 78.20±8.03 4.69±0.48 4.47±0.66血脂异常组 15 56.33±7.04 23.67±3.72 81.26±6.77 121.40±16.35 77.87±9.21 4.87±0.49 4.61±0.72两组比较t值 -0.445 -1.099 -1.075 -0.178 0.106 -0.982 -0.528两组比较P值 0.660 0.282 0.292 0.860 0.917 0.335 0.602

表2 (续)血脂正常者与血脂异常患者各临床指标比较(±s)

表2 (续)血脂正常者与血脂异常患者各临床指标比较(±s)

组别 n 试验前FINS(mU/L)HOM AR-IR TC(mmol/L)TG(mmol/L)HDL-c(mmol/L)LDL-c(mmol/L)血脂正常组 15 11.29±1.80 2.26±0.58 4.30±0.62 1.42±0.20 1.17±0.09 2.40±0.32血脂异常组 15 16.82±5.66## 3.47±1.43## 5.24±1.50# 3.21±1.54## 1.10±0.17 2.93±0.64#两组比较t值 -3.607 -3.029 -2.255 -4.466 1.415 -2.819两组比较P值 0.002 0.007 0.036 0.000 0.172 0.010

表2 (续)血脂正常者与血脂异常患者各临床指标比较(±s)

表2 (续)血脂正常者与血脂异常患者各临床指标比较(±s)

与正常组相比,#:P＜0.05;##:P＜0.01。

组别 n FFA(μ mol/L)UA(μ mol/L)Rd[mg/(kg◦min)]FPIR(mU/L)DI(mg◦mU◦kg-1◦min-1◦L-1)血脂正常组 15 480.64±79.18 310.92±54.44 9.03±2.78 312.15±22.57 2 805.27±863.77血脂异常组 15 539.21±113.61 346.46±52.73 6.27±2.59## 295.85±55.44 1 883.75±974.63#两组比较t值 -1.638 -1.816 2.813 1.054 2.741两组比较P值 0.114 0.080 0.009 0.305 0.011

3 讨 论

IR和胰岛β细胞功能受损是糖尿病发生的两个最重要的病理生理因素。在不同的患者,在疾病的不同阶段这两种因素的重要性有所差别。目前多数研究均认为,糖调节异常是划分胰岛β细胞功能正常与异常的切点,但胰岛β细胞功能的衰变是一个动态的过程,血糖正常的糖尿病高危人群可能已经存在轻度的胰岛β细胞功能受损,充分了解IR和胰岛β细胞功能的动态变化特点对指导特异性干预,预防和延缓2型糖尿病的发生将起到重要的作用。因此本研究对血糖正常的高脂血症患者进行Botnia钳夹术以观察其胰岛β细胞功能与IR水平,并探讨脂毒性作用的存在是否依赖于高血糖。

目前国内外公认的评价胰岛β细胞功能的最好方法是高葡萄糖钳夹技术(简称高糖钳夹术)。评价IR的金指标是正糖钳夹术。但由于这两种钳夹技术方法复杂,价格昂贵且费时,难以实现对受试者在同一天进行高糖和正糖钳夹术。本研究在临床成功建立Botnia钳夹术,即先进行IVGTT再进行正糖钳夹术。在首先进行的IVGTT过程中,随着静脉血糖的升高,血皮质醇、胰升糖素水平均较试验前有所降低,以后缓慢回升,在随后进行的正糖钳夹试验过程中,血皮质醇、胰升糖素水平保持稳定。这均提示整个钳夹过程中无低血糖等应激因素的存在。评价正糖钳夹技术是否成功建立的指标包括[5]:(1)当血胰岛素达到优势浓度时,血糖钳夹在正常血糖状态并保持稳定;(2)内源性胰岛素完全被抑制;(3)升糖激素无明显释放;(4)肝糖产生被抑制。既往研究发现,在葡萄糖钳夹过程中,正常人群血浆胰岛素浓度达到50 mIU/L以上,糖尿病患者以及其他严重IR患者血浆胰岛素达到200 mIU/L,几乎能完全抑制肝糖的产生,此时葡萄糖输注率等于葡萄糖的利用率,即葡萄糖输注率可作为评价外周组织对胰岛素敏感性的指标[6-7]。本研究正糖钳夹试验的建立达到以上标准。不同实验室采用相同胰岛素输注率时稳态期胰岛素浓度相差较大,可能与试验具体操作、胰岛素测定方法等因素有关。钳夹稳态期胰岛素浓度不同,Rd值也不同,一般稳态期胰岛素浓度越高,Rd值越大。本研究两组稳态期胰岛素浓度差异无统计学意义(P＞0.05),两组 Rd值具有可比性[5]。

既往研究已证实,Botnia钳夹术能准确反映机体IR水平,开始进行的IVGT T并不影响随后进行的正糖钳夹术,而且有较好的重复性[2]。研究还发现对IVGTT测定的FPIR能进行IR的校正,用DI能更真实地反映胰岛β细胞的功能[3,8],由此可见Botnia钳夹术的建立,不仅能准确测定胰岛素敏感性,而且能用该指标校正IVGTT测定的胰岛β细胞功能,使胰岛β细胞功能的评估也更为可靠。

本研究血脂异常组Rd值明显低于正常组(P=0.009)。可见在 BMI、腰围、血糖、血压、血尿酸水平无差异的情况下,血脂异常患者IR明显重于正常者,这与既往报道相符。对胰岛β细胞的功能评价,血脂异常者空腹胰岛素水平较正常者有明显升高(P=0.002),Botnia钳夹术测定的FPIR,血脂异常患者较正常者已有下降趋势,但差异无统计学意义(P＞0.05),在引入IR指标后的DI值比较,血脂异常者DI值较正常者已有明显降低(P=0.011)。可见,血脂异常者在血糖水平正常时已经有一定程度的胰岛β细胞功能受损,表现为FPIR减少,而基础胰岛素分泌有所增加,这在既往文献中很少报道。对所有进行Botnia钳夹术的受试者进行的相关分析中,Rd值与FFA、TG、LDL-C、HOMA-IR、FINS呈明显负相关,具有统计学意义,在以 Rd值为因变量的多元逐步回归分析中仅FFA、HOMA-IR两指标进入回归方程。可见Botnia钳夹术测定的IR与HOMA模型的IR之间存在良好的相关性。IR与FFA之间的明显相关性在以前的研究中早已得到证实。本研究中Botnia钳夹术测定的FPIR与 FFA、HOM A-IR、TG、UA呈明显负相关,在以FPIR为因变量的多元回归分析中FFA、UA进入回归方程。可见高TG血症特别是高FFA水平对胰岛β细胞的功能特别是早相胰岛素的分泌存在不良影响。TG、FFA与IR和胰岛β细胞功能的这种关系可以用脂毒性学说得到解释,血液中高浓度的TG在脂蛋白脂酶的作用下水解成FFA,过多的FFA以TG的形式在非脂肪组织过度沉积,可通过神经酰胺、蛋白激酶 C、胰岛素受体底物-2、胰十二指肠同源异型盒-1、过氧化物酶体增殖物激活受体、内质网应激等途径损害细胞功能并促进其凋亡,从而造成该组织的损伤。在胰岛中过多沉积可以使胰岛β细胞凋亡加速并使其功能减退,而在胰岛素作用的靶组织如肝脏、肌肉中过度沉积将造成IR。本研究还发现血尿酸与早相胰岛素分泌之间的负相关关系,这在以往文献中很少报道[9～10],且结论不一,值得进一步研究。

两组受试者 FPG、HbA1c差异无统计学意义,在对 Rd和FPIR进行的相关及回归分析中,二者均与FPG、HbA1c不具有统计学意义的相关性,可见本研究得出的结论完全不受血糖水平的影响。

综上所述,血脂异常患者除了存在明显的IR外,已出现轻度的胰岛β细胞功能损害,而血清FFA的增高在其中发挥重要作用。

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