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第13章 血清1,5-脱水山梨醇的测定
糖尿病控制及并发症试验(DCCT)和糖尿病干预和并发症流行病学研究(EDIC)证实,1型糖尿病患者严格血糖控制,所有心血管事件发生的危险性下降42%,首次出现非致死性心肌梗死、卒中或心源性死亡的危险性减少57%。英国前瞻性糖尿病研究(UKPDS)证实,2型糖尿病患者糖化血红蛋白(HbA1c)下降1%,致死或非致死性心肌梗死降低14%,致死或非致死性脑卒中降低12%,糖尿病相关死亡降低21%。循证医学表明,不论是1型还是2型糖尿患者,严格控制血糖可以防止糖尿病慢性并发症的发生、发展,血糖监测对糖尿病治疗和病情监测极为重要。HbA1c是糖尿病管理中血糖控制指标的金标准,然而,HbA1c水平既不能准确反映血糖波动,也不能反映最近数天或数周的血糖控制。贫血、血红蛋白病、肝病、肾功能不全患者可以混淆HbA1c浓度的测量。血清1,5-脱水-D-山梨醇(1,5-anhydro-D-glucitol,1,5-AG),又名1-脱氧葡萄糖(1-deoxyglucose,1-DG),是1973年Pitkanen首次在人脑脊液中发现,1975年Servo报道1,5-AG也存在于人血浆中,与糖尿病密切相关。1,5-AG水平能够反映短期血糖状态、餐后高血糖、血糖变异的情况,是继血糖、24小时尿糖、糖化血清蛋白(GSP)及HbA1c之后的又一个较新的化验指标。国外就1,5-AG作为糖尿病的检测项目做了大量的基础与临床研究工作,近年来,欧美及日本等一些发达国家已将其列为糖尿病的常规检测项目。
一、化学结构和代谢特点
1,5-AG是由吡喃糖环状结构第一位碳(C1)脱氧所形成,属于多元醇的葡萄糖同型物,其含量在多元醇糖类物质中仅次于葡萄糖。其结构类似葡萄糖或山梨糖醇,如图13-1所示。
人体1,5-AG主要依赖食物供给,淀粉、肉类、海产品、蔬菜、水果和饮料中含量相似,粗制大豆中含量最丰富。1,5-AG每天从食物获得4. 38mg,体内合成大约0. 4mg,经尿排泄大约4. 76mg,其排出量与食物供应有关,食入后通过小肠迅速吸收,几乎所有的组织和器官中都含有。1,5-AG在体内很少降解代谢,在体内形成代谢池,总量维持在500~1000mg,因此,生理状态下体内血浆1,5-AG浓度在健康人群中比较稳定,不受即时饮食影响,也不受脂肪代谢、肝脏功能、体重、年龄和胰岛素之外的其他因素影响。
图13-1 1,5-脱水山梨醇的化学结构
研究证明,1,5-AG主要通过肾脏排泄。1,5-AG主要分布在组织和循环血液中,在血浆中以非结合形式存在,相对分子质量小,亲水性,可自由通过肾小球基底膜,但99%的1,5-AG被肾小管重吸收,故正常人尿中1,5-AG含量甚少,约5~10mg/d。糖尿病患者或其他病因导致葡萄糖浓度超过肾糖阈值时,肾小球葡萄糖滤过量超越肾小管重吸收葡萄糖的能力,葡萄糖可竞争性地抑制肾小管对1,5-AG的重吸收,尿中1,5-AG排出量增多并逐渐引起血浆1,5-AG水平下降,当血糖升高时,1,5-AG尿中排泄量增加,血中浓度降低。
二、测定方法
血清1,5-AG的测定有多种方法,包括气液相色谱法(GC)、气相色谱-质谱仪测定法(GCMS)、高效液相法(HPLC)和酶反应比色法。其中吡喃糖氧化酶(PROD)反应比色法不需要特殊仪器,而且灵敏、准确、成本低及操作简单,可作为实验室常规检测方法。
基本原理为通过PROD催化,1,5-AG分子中的2位羟基与氧分子(O 2)反应后生成1,5-脱水-D-果糖和过氧化氢(H 2O 2)(图13-2)。然后,H 2O 2和2,2-联氮基-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二氨盐(ABTS)在辣根过氧化物酶催化下出现显色反应,最后测定420nm时的吸光度来定量。
图13-2 1,5-脱水山梨醇的检测原理
三、正常值范围
1,5-AG是六碳吡喃型单糖,它是一个与糖代谢密切相关的指标,为体内的主要多元醇之一,作为正常的血清成分,其代谢稳定,浓度约恒定在12~40mg/L。日本学者Toshikazu Yamanouchi等人测定了1174人的血清1,5-AG水平。其中539例为非糖尿病人群,在可信限为95%时,1,5-AG下限为14mg/L。北京医院的研究资料显示正常人组(n=75)1,5-AG为(29. 8±9. 9)mg/L,在可信限为95%时,其下限为13. 5mg/L;IGT组(n= 18)为(18. 6±4. 6)mg/L;糖尿病组(188)为(6. 6± 4. 3)mg/L。正常值和IGT值间有交叉。国内其他学者报道,非糖尿患者(n= 57)血清1,5-AG为(27. 96±7. 75)mg/L[男性28例,为(29. 85± 6. 46)mg/L;女性29例,为(26. 14±8. 53)mg/L);糖尿病患者(n=110)为(6. 41±6. 16)mg/L。
四、临床意义
(一)可作为监测糖尿病患者血糖变化的一项可靠指标
研究表明,1,5-AG因血糖波动变化较快,所以更适合检测近几天及1周内的血糖改变,可用于监测糖尿病治疗前及治疗中。短时间内血糖的改变。正常情况下,1,5-AG保持较为均衡的稳定状态,不受性别、年龄、饮食、肥胖、运动、应激及服用各种药物等的影响,也不受脂肪代谢、肝功能、肾功能、胰岛素之外的其他激素影响,而且糖尿病时其浓度变化敏锐,在排除肾功能不全的情况下,1,5-AG可作为糖尿病诊断的可靠指标。2型糖尿病血浆1,5-AG的变化特点详见图13-3。
图13-3 胰岛素治疗后空腹血糖(FPG)、HbA1c、24小时尿糖(UG)及1,5-AG变化情况
(引自Yamanouchi T,et al. Diabetes,38:725,1989)
国外学者研究发现,血糖及HbA1c水平无显著性差异的糖尿病患者检测1,5-AG时可反映出血糖控制水平的差别。因为同HbA1c相比,1,5-AG的改变更敏感和变化范围更大。此外,HbA1c中糖化和非糖化部分存在个体差异。所以,将HbA1c同1,5-AG两项指标结合起来检测可以提供不同阶段和更准确的血糖情况。不同指标测定对非糖尿病者、IGT及糖尿病患者选择性指数比较见表13-1。
血浆1,5-AG的测定具有实际的指导意义。首先,可以用于糖化血红蛋白水平相同或相近时血糖控制情况的比较。在一项临床研究中,饮食控制组(Diet)、口服降糖药组(OHA)、经典胰岛素治疗组(CIT)、多次胰岛素治疗组(MIT)四组患者之间空腹血糖(FPG)和HbA1c测定水平无显著性差异,但1,5-AG测定结果分别为(17. 3±6. 9) mg/L,(10. 7±6. 3)mg/L,(6. 9±3. 3)mg/L,(11. 5 ±5. 3)mg/L。OHA、CIT和MIT组血浆1,5-AG水平明显低于Diet组,CIT组显著低于MIT治疗。饮食控制的患者胰岛β细胞的分泌功能最好,血糖控制最满意;MIT组胰岛素注射次数较CIT组多,更适合于血糖控制,所以血糖水平优于后者。血浆1,5-AG水平与实际情况一致。其次,血糖升高波动性变化,可以通过血浆1,5-AG水平反映,是HbA1c检测的补充。当糖尿病患者出现HbA1c水平控制良好,而血中1,5-AG水平下降时,表明每天血糖波动幅度很大。有研究发现,1型糖尿病患者血浆1,5-AG水平低于2型糖尿病患者,原因可能是两种类型糖尿病胰岛β细胞功能存在明显的差异,1型糖尿病患者胰岛β细胞基本上已丧失分泌胰岛素功能,主要依靠外源性胰岛素,血糖波动较大,容易出现低血糖和高血糖,这些现象可从尿糖反映出来,并同时表现在血浆1,5-AG水平的变化上。血浆1,5-AG水平与餐时血糖升高波动的相关性更好。有学者报道,通过持续动态血糖监测(CGMS)反映糖尿病患者血糖变化发现,平均血糖为148mg/dl,平均餐后血糖为204mg/dl。1,5-AG、HbA1c和GSP分别为6. 8μg/ml、7. 3%和316μmol/L,均与超过180mg/ dl平均以上的血糖曲线下面积显著性相关,1,5-AG相关系数最高,为 r=0. 48( P<0. 002),其他为 r=0. 36( P<0. 02)和 r=0. 33( P<0. 08)。第三,随机血糖变化时,1,5-AG的改变幅度均大于GSP 和HbA1c。一项糖尿病治疗前瞻性研究发现,患者治疗前随机血糖225mg/dl、1,5-AG 1. 9mg/L、GSP 410. 6μmol/L和HbA1c 9. 5%;治疗后2周、4周和8周时测定值与基线值相比,随机血糖分别降低16. 7%、19. 4%和23. 3%时,1,5-AG分别升高57. 9%、94. 7%和163. 2%,GSP降低11. 7%、17. 2%和22. 7%,HbA1c变化范围最小,分别为4. 2%、7. 4%和13. 7%。
表13-1 血糖检测指标比较
注:选择性指数=敏感性(%)特异性(%)
(二)弥补糖尿病现有监测指标的不足
目前我国糖尿病诊断和监测的指标主要有口服葡萄糖耐量试验、糖化血红蛋白、糖化血清蛋白。
口服葡萄糖耐量试验可以提高老年人2型糖尿病及糖耐量低减的早期诊断率,防止空腹血浆葡萄糖正常的已患有2型糖尿病或糖耐量低减的老年人群漏诊,但是此方法易受检查前糖类摄取量的多少、某些应激等生理变化的影响,并需多次验血测定,因而在临床实施起来繁琐,造成患者依从性差,同时,也加重了患者的经济负担。
糖化血红蛋白是血中葡萄糖与血红蛋白非酶缩合的产物,可反映红细胞120天生命期中平均血糖水平,成为糖尿病患者血糖控制好坏的有效指标。HbA1c测定用来反映既往血糖水平的变化已为广大医生和患者认同,但这一指标很明显地存在三个问题:①不同实验方法存在一定的差异,容易引起结果偏差,所以较难寻求较为统一的标准;②同血糖变化相比,HbA1c值改变较小和不敏感;③反映既往1~2个月血糖的变化,因而对临床治疗的指导作用减低。
糖化血清蛋白是血液中葡萄糖与血清蛋白经非酶促反应产生的一种酮亚胺结构,受血清蛋白半衰期的影响,反映的是2~3周期间血中平均血糖水平。胰岛素依赖型糖尿病时糖化血清蛋白的增加比糖化血红蛋白迅速,当血糖得到较好控制时,糖化血清蛋白的下降也比糖化血红蛋白迅速,因此能较早地提供血糖控制信息。然而由于血浆蛋白的半衰期不同,糖化血清蛋白在非糖尿病个体和个体之间有很大的变动性,当患者白蛋白或总蛋白降低时(如蛋白丧失性肾病或肝硬化等),糖化血清蛋白的数值即不可靠。
1,5-AG代谢稳定,不受性别、年龄、饮食、肥胖、运动、应激及服用各种药物等因素的影响。糖尿病高血糖时,1,5-AG与葡萄糖一起从肾小球滤出,当超过肾小管重吸收能力时,尿糖排出增多,尿1,5-AG排出量也随之增加而使血中1,5-AG水平明显下降并与空腹血糖呈明显负相关。目前大量研究结果证明1,5-AG与血糖、糖化血红蛋白、糖化血清蛋白相关,尤其与近期糖化血清蛋白相关最密切,并能反映近期的血糖波动情况,在魏任雄等的研究中分别以1,5-AG(71. 31mmol/L)、糖化血红蛋白(7. 24%)和糖化血清蛋白(2. 3mmol/L)及空腹血糖(6. 66mmol/L)作为诊断糖尿病的临界值,对糖尿病诊断的敏感性分别为84. 7%、63. 3%、66. 3%及82. 7%,提示1,5-AG能提高糖尿病的诊断敏感性,为糖尿病的早期预测提供了可靠的依据。有文献报道,即使在治疗过程中,1,5-AG也比糖化血红蛋白和糖化血清蛋白更能确切灵敏地反映较短时间内糖尿病的控制程度,且1,5-AG的变化不受治疗方法、性别、患病时间和血浆1,5-AG起始浓度的影响。
空腹血糖、糖化血清蛋白、糖化血红蛋白分别代表即时、近2~3周和近2~3个月的血糖控制水平,而缺乏近几天的血糖监测指标。1,5-AG反映近几天至1周的血糖水平,弥补了糖尿病监测指标的不足。它能准确地监测血糖的微小变化,而没有延迟时间,对需要严格控制血糖的患者来说,这个指标更适合。
(三)反映近期尿糖排出量的一项血液化验指标
1,5-AG代谢的排泄途径主要为通过肾脏从尿中排出。当1,5-AG进入肾小管后,它的重吸收被葡萄糖竞争性的抑制,尿排出量显著上升,超过体内1,5-AG“库”的补充量,血浆水平下降。因此,血浆1,5-AG水平实际上间接反映了尿糖的排出量,并与尿糖的排出量保持一致。血浆及组织中的1,5-AG水平维持基本上不受食物中的影响。据研究,每日净增长的上限为0. 3mg/L。体内1,5-AG的合成水平很低,其化学结构与葡萄糖相似,所以,血1,5-AG水平受尿糖排出量的影响很大,而且,敏感和迅速。因而,血浆1,5-AG可被用做血糖控制不好的早期检测指标之一。有学者建议使用1,5-AG指数反映血浆1,5-AG与尿糖量的关系,即A•G = 16(A:葡萄糖浓度,G:平均每日尿糖量;1,5-AG 1μm=0. 18μg/ml,胰岛素1pm = 0. 139μU/ml,葡萄糖1mol/L = 18mg/ dl)。
(四)可作为评价糖尿病治疗效果的指标
在胰岛素依赖型糖尿病急性发病时,1,5-AG首先出现低值,随着病情发展及病程的推移,才相继出现糖化血清蛋白、糖化血红蛋白异常,当病情逐渐好转后,1,5-AG又首先升高,给医生以最早的信息,有助于及时调整治疗方案。也可用于作为降糖药过量引起的低血糖的预防性监测指标,在临床还未出现低血糖症状时,1,5-AG已迅速出现高值,提示医生及时调整胰岛素或其他降糖药物的用量,避免出现临床低血糖。
(五)影响因素
1. 1,5-AG水平<0. 1mg/L时,只反映血糖控制不好,不能比较和推算尿糖量。
2.慢性肾衰竭患者,也存在血清1,5-AG水平下降,但不能轻易诊断为糖尿病,因其下降可能是由重吸收减少造成的,与葡萄糖排泄无关,应以血糖为准。血中1,5-AG数值受肾脏排泄葡萄糖量的影响,故当患者出现1,5-AG和HbA1c同时降低时,应考虑是否存在肾脏病变,因非糖尿病肾脏病变终末期(非透析)患者之血清1,5-AG水平亦明显下降。
3.肾性尿糖及药物性(尤其是类固醇激素)尿糖 肾小管功能可以影响尿中1,5-AG的排泄量。有研究发现,尿中1,5-AG与血糖呈正相关;同时,尿中1,5-AG与β 2-MG排泄量正相关( r 2= 0. 73, P<0. 05),表明肾小管功能对1,5-AG的排泄量有影响。另外,肾糖阈值的差异也会造成一定的影响,如血糖水平相近的患者血浆1,5-AG的差异却较大。有人证实OGTT结果正常的孕妇按尿糖分为尿糖阳性和尿糖阴性两组。结果是两组人血浆1,5-AG差异较大,前者血浆1,5-AG水平明显低于后者,说明肾糖阈值对血浆1,5-AG的影响应该考虑到。
4.年龄因素 HbA1c受年龄的影响,血清1,5-AG对青年人测定价值高。一项研究显示,1,5-AG与年龄呈负相关(22~36岁),而老年人两者无相关性(70~85岁)。可能与老年人肾糖阈值上升有关。所以,对于老年人HbA1c和1,5-AG测定用于糖尿病筛查存在一定的缺陷。
5.肝硬化患者血浆1,5-AG水平可以明显下降,而且其水平与胆固醇酯酶和白蛋白浓度呈正相关,与Ⅳ胶原水平呈负相关,但此时1,5-AG浓度不反映血糖变化,而反映肝硬化程度;且在糖尿病诊断中还要注意严重肝功能障碍的患者,他们的血浆1,5-AG水平更低,可能与1,5-AG合成功能改变有关。
因此,对于诊断糖尿病来说,血糖(空腹/餐后)和OGTT试验仍为可采取的标准。1,5-AG作为糖尿病诊断、筛查、监测指标,虽然很有优势,但也并非万能,在实际应用过程中要灵活掌握,要结合其他指标进行综合判断,要注意一些非糖尿病患者也会出现低于正常值的现象,在肾功能不全、透析及饮食障碍等特殊情况下不能反映血糖的真实水平。
(孙秀芹 周迎生)