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      糖尿病、胰島素抵抗和糖類

      2011-05-07 02:58:32拉維爾
      糖尿病天地(臨床) 2011年6期
      關(guān)鍵詞:糖類甘油三酯碳水化合物

      拉維爾

      引言

      “糖”可以用來描述單糖和雙糖,它代表了總熱量的重要組分。我們的膳食富含葡萄糖(glucose)、果糖和蔗糖。最近,人們的飲食習(xí)慣發(fā)生了重要變化,有數(shù)據(jù)顯示,甜味劑高果糖玉米糖漿(蔗糖替代物)的消耗增加,它被普遍用于食品工業(yè),特別是在美國。動物試驗的結(jié)果表明,高果糖飲食可降低胰島素敏感性,并和高甘油三酯血癥有著潛在的相關(guān)性。

      目前,糖尿病管理(包括1型或2型)的膳食建議中,沒有提供糖類攝入的明確指南,只是指出,在同一熱量基礎(chǔ)上應(yīng)該被其他種類的碳水化合物替代,但是重點在整體的熱量攝入。在胰島素治療之前,1型糖尿病的治療是以限制碳水化合物攝入為基礎(chǔ)的營養(yǎng)方案。目前,依據(jù)碳水化合物攝入量計算的胰島素餐前劑量,是餐后高血糖控制的主要方法。碳水化合物對脂質(zhì)代謝異常和CVD風(fēng)險有不利影響,基于此,限制碳水化合物攝入相當(dāng)于限制同等熱量的脂肪攝入。在2型糖尿病,需更多關(guān)注碳水化合物含量和血糖生成指數(shù)(GI)。

      限制糖類攝入是有道理,因為糖類可致能量密度增加、潛在的體重增加和攝入過多等等。已有人提出,加工精致的簡單碳水化合物攝入量增加,可增加糖尿病風(fēng)險。但是,即使果糖已被證明使血漿甘油三酯水平增加,它對胰島素敏感性的影響仍存爭議。

      世界衛(wèi)生組織(WHO)、糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization)和美國心臟協(xié)會(AHA)發(fā)表的聯(lián)合聲明建議,為了預(yù)防糖尿病和肥胖,限制糖類總攝入量,建議總攝入量不超過總熱量的10%。但是,關(guān)于這一點,是否有足夠的證據(jù)來證明,仍存爭議。

      基于此,首先,就糖類影響胰島素抵抗進展的代謝途徑,進行了概述;然后,對涉及到糖類、胰島素抵抗和糖尿病關(guān)系的研究(干預(yù)性、前瞻性和橫斷面),進行了系統(tǒng)回顧,以調(diào)查涉及糖類攝入和糖尿病關(guān)系的證據(jù)水平。

      糖類的代謝途徑 葡萄糖對脂質(zhì)代謝的影響

      消化和吸收

      針對胃排空的人類研究顯示,腸道轉(zhuǎn)運果糖速度比葡萄糖慢兩倍。因為果糖主要通過被動擴散吸收,吸收速度較低;葡萄糖主要通過主動轉(zhuǎn)運吸收。蔗糖需要水解成果糖和葡萄糖后才能被吸收。體外研究結(jié)果顯示,來源于蔗糖的結(jié)合葡萄糖,比游離葡萄糖更易被人體吸收。蔗糖(經(jīng)消化吸收后)以果糖和葡萄糖的形式到達門靜脈后,生物體才能開始利用它們。

      葡萄糖是人類細(xì)胞能量代謝的主要原料。它是一種極性分子,只能以主動轉(zhuǎn)運和易化擴散的方式通過細(xì)胞膜,其跨膜轉(zhuǎn)運分別是通過鈉依賴的葡萄糖轉(zhuǎn)運體(SGLTs)和易化擴散的葡萄糖轉(zhuǎn)運體(GLUTs)兩大家族來完成。每種葡萄糖轉(zhuǎn)運體都有特異的組織分布(表1)和生化特性,這些特點決定了它們在葡萄糖代謝中的功能。GLUTs已 確 定 出 5個 亞 型 :GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4和GLUT5。GLUT1是細(xì)胞攝取葡萄糖、穿過血液-組織屏障的最基本的載體;GLUT2是腎和腸上皮細(xì)胞中葡萄糖易化轉(zhuǎn)運的基本載體;GLUT3是神經(jīng)細(xì)胞中葡萄糖易化轉(zhuǎn)運的載體;GLUT4是胰島素敏感的葡萄糖轉(zhuǎn)運載體;GLUT5是果糖轉(zhuǎn)運的載體,或許還包括GLUT2。

      果糖和葡萄糖的代謝途徑如圖1所示。果糖可在肝臟、腎臟和腸道內(nèi)代謝,涉及三種酶(如圖1)。經(jīng)口服的果糖幾乎完全在肝臟中代謝。

      目前認(rèn)為,肌肉組織代謝消耗的能量來源于果糖是非常有限的,脂肪組織代謝消耗的能量應(yīng)該較多來源于果糖。

      某些組織中的葡萄糖代謝途徑以活性很高的果糖為底物。如,在肝臟中,果糖代謝遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于糖酵解。作為葡萄糖的底物,果糖優(yōu)于乳酸鹽;作為肝糖原的底物,果糖又優(yōu)于葡萄糖。

      果糖、蔗糖和葡萄糖負(fù)荷 對葡萄糖和胰島素的影響

      和葡萄糖負(fù)荷相比,等量的果糖負(fù)荷對葡萄糖和胰島素的影響較低。此外,持續(xù)增加的果糖和葡萄糖劑量,對胰島素的影響也不同。在0.5g/kg~1g/kg 葡萄糖負(fù)荷范圍內(nèi),胰島素的變化和負(fù)荷量成正比,但是葡萄糖的變化波動不大。同樣背景下的果糖負(fù)荷,對胰島素和葡萄糖的影響相同。這種差異可能是因為,果糖對血漿總葡萄糖的外觀率(rate of appearance),有一個非常微弱的影響。葡萄糖負(fù)荷增加血漿總葡萄糖的外觀率,增加的原因主要是外源性葡萄糖,因為內(nèi)源性葡萄糖的生產(chǎn)已被高血糖和高胰島素強烈抑制。果糖負(fù)荷背景下葡萄糖的外觀率,主要是來自果糖在肝臟中生成的葡萄糖。

      相比30g果糖/葡萄糖負(fù)荷,30g蔗糖負(fù)荷對葡萄糖的影響不同。蔗糖負(fù)荷后血糖峰值的出現(xiàn)時間比葡萄糖負(fù)荷早30分鐘,但幅度相同。這可能是因為,來源于蔗糖的果糖的轉(zhuǎn)運速度比葡萄糖快。這個假設(shè)應(yīng)該通過同位素分析來確認(rèn),但已確定,蔗糖和葡萄糖負(fù)荷對胰島素影響的峰值沒有差異性。

      綜上所述,果糖、葡萄糖和蔗糖是最常見的糖類或碳水化合物。果糖和葡萄糖的生物利用度不同,可能是因為:

      圖1 果糖和葡萄糖的代謝途徑

      ● 果糖口服制劑幾乎全部在肝臟代謝,而葡萄糖口服制劑大部分在外周組織代謝;

      ● 果糖肝臟代謝途徑的第一個步驟由果糖激酶催化,故其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于葡萄糖激酶或己糖激酶;

      ● 果糖代謝在很大程度上獨立于胰島素,而葡萄糖代謝呈胰島素依賴。

      總而言之,蔗糖口服制劑對葡萄糖和胰島素的影響,接近于葡萄糖口服制劑。但它的氧化率似乎更接近于果糖。1g/kg果糖負(fù)荷后的第一個小時的凈碳水化合物氧化率比相同葡萄糖負(fù)荷快;6小時后攝入的果糖氧化率達到100%,而攝入的葡萄糖則不可能,其中一些需以糖原形式存儲。

      蔗糖攝入后的氧化率和果糖類似,動力學(xué)也類似于果糖,這表明,蔗糖的果糖含量決定蔗糖的氧化速度。

      圖2 果糖代謝和脂質(zhì)代謝的關(guān)系

      對脂質(zhì)代謝和脂肪生成的影響

      果糖對脂代謝的影響主要發(fā)生在肝臟。果糖代謝和脂質(zhì)代謝的關(guān)系見圖2所示。

      在肝臟,果糖是通過生產(chǎn)二羥丙酮磷酸(DHAP)和丙酮酸鹽來影響脂質(zhì)代謝的。游離果糖對脂肪合成的影響尚不明確。但是,果糖本身對非酯化游離脂肪酸(NEFA)的代謝率有影響。它促使NEFA重新酯化,對胰島素有一個額外的效應(yīng)。已證明果糖有抗生酮作用,這可能是由于果糖以氧化為代價促使NEFA重新酯化。但是超出生理濃度時,果糖會產(chǎn)生酮體。

      果糖對胰島素分泌的作用雖然較弱,但是其抑制NEFA的強度類似于葡萄糖,因為果糖可以在肝臟內(nèi)促使NEFA重新酯化。

      果糖能夠強烈促使脂肪重新生成。研究表明,肝臟和脂肪組織中脂肪生成輕微。有研究結(jié)果表明,肝臟脂肪重新生成的動力學(xué)平行于果糖負(fù)荷后甘油三酯的濃度。

      果糖負(fù)荷促使脂肪重新生成,但在另一方面,葡萄糖等量負(fù)荷后的脂肪生成并非如此。蔗糖誘導(dǎo)甘油三酯濃度增加的原因包括:

      ● 果糖:促使脂肪生成和NEFA重新酯化;

      ● 葡萄糖:通過刺激胰島素使NEFA重新酯化。

      蔗糖負(fù)荷后促使脂肪重新生成可能產(chǎn)生的代謝后果,就是VLDL(極低密度脂蛋白)中脂肪酸組成的改變。事實上,它可導(dǎo)致飽和脂肪酸含量增加,水解下降(通過脂蛋白脂肪酶),進而導(dǎo)致甘油三酯濃度下降(通過降低VLDL清除率)。此外,它還和大部分飽和脂肪酸(細(xì)胞膜磷脂的組成成分)有關(guān)。因此,細(xì)胞膜上的這種飽和脂肪酸否認(rèn)改變,可能會改變脂肪組織或骨組織攝取葡萄糖的能力。已證明,在一些存在胰島素抵抗的群體,細(xì)胞膜飽和脂肪酸的含量或骨骼肌中甘油三酯的濃度,和胰島素敏感性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

      只有果糖(和含果糖的蔗糖)在肝臟有脂肪合成的作用,并可潛在改變VLDL中脂肪酸的代謝平衡,進而導(dǎo)致次要的不利影響產(chǎn)生,如,高甘油三酯血癥或胰島素抵抗。

      單糖和雙糖的性質(zhì)可以影響脂質(zhì)合成,但在人類,脂肪重新生成途徑仍然微不足道。蔗糖促使脂肪合成的效力并不比葡萄糖大。果糖存在更多的爭議:它不僅增加甘油三酯水平,而且增加膽固醇和血壓水平。 Hallfrish發(fā)現(xiàn),在僅僅基線時胰島素水平高的男性,這種甘油三酯的增加,和膽固醇以及LDL-C的增加相關(guān)。研究結(jié)果之間的差異仍然存在,主要的問題是:富含果糖的飲食通過膽固醇和/或甘油三酯會產(chǎn)生有害影響,特別是性別差異。但盡管如此,這些研究結(jié)果表明,果糖高攝入量現(xiàn)象并不見于危險人群(男性,胰島素抵抗和/或高胰島素血癥者,絕經(jīng)后婦女,2型糖尿病,高血壓或代謝綜合征者)。

      事實已經(jīng)證明,富含碳水化合物(或高GI)或簡單碳水化合物(尤其是果糖)的膳食,增加空腹和餐后的甘油三酯水平。這種增加幅度是溫和的,危險人群(男性,絕經(jīng)后婦女,高胰島素血癥,葡萄糖耐受受損)除外。

      糖類、胰島素抵抗和糖尿病

      評估人類糖類和胰島素抵抗之間的關(guān)系以及糖尿病的發(fā)病機制是困難的。由于膳食組成差異造成的研究設(shè)計和問題的多相性,可能會導(dǎo)致結(jié)果的差異。此外,還沒有特定的用于評估胰島素抵抗或胰島素敏感性的方法,大部分時候依據(jù)空腹和/或餐后的代謝水平(表2)。

      干預(yù)研究

      8項研究比較了果糖和蔗糖(兩者都是代替了淀粉),2項研究觀察了果糖代替蔗糖的效果;7項研究涉及1型糖尿病患者,15項研究涉及2型糖尿病患者;1項研究比較了兩種富含簡單或復(fù)雜碳水化合物的低脂高碳水化合物膳食模式(自由攝食)。

      2項研究報告都顯示,蔗糖熱量達到總熱量的30%以上(蔗糖代替了淀粉),胰島素抵抗加重(20%~30%)。為期6周的Reiser交叉設(shè)計研究,納入了24名碳水化合物敏感的成人,設(shè)計為5%、18%和33%蔗糖飲食(蔗糖熱量達到總熱量的5%、18%和33%)模式,結(jié)果顯示,18%蔗糖飲食后1h和33%蔗糖飲食后0.5h、1h、2h和3h,血清胰島素水平顯著增加(和5%蔗糖飲食比較);和5%蔗糖飲食相比,18%和33%蔗糖飲食組的血糖水平也顯著增加。

      不過,3項其他的研究結(jié)果并沒有發(fā)現(xiàn)這種影響。Bantle等人進行了一項短期(8天)研究,納入了12名1型和12名2型糖尿病患者,以蔗糖代替碳水化合物(總熱量的23%),結(jié)果顯示血糖水平?jīng)]有顯著變化。Peterson等人進行了一項隨機交叉研究,納入了12名1型和11名2型糖尿病患者,受試者給予高纖維/低碳水化合物膳食,所不同的是,一組為45g淀粉,另一組替代為45g蔗糖。結(jié)果顯示兩組的血糖和胰島素水平?jīng)]有顯著差異性。

      最近的一項研究,納入9名超重受試者,給予高蔗糖(增加50g)、高單不飽和脂肪飲食,24d,結(jié)果顯示,增加的蔗糖(總熱量的13%)和胰島素敏感性或血糖控制降低無關(guān)。同樣,一項隨機交叉研究結(jié)果顯示,高蔗糖飲食并沒有對胰島素敏感性或血糖水平產(chǎn)生不利影響。

      果糖產(chǎn)生的影響甚至讓人更難弄清楚。一項納入12名高胰島素血癥和12名健康男性的研究,為期5周,分為0%、7.5%、15%(指占總熱量的比例)果糖膳食結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示,15%果糖膳食組受試者的胰島素和血糖水平顯著增加(和其他2組相比)。另外,有2項研究結(jié)果顯示,高果糖飲食(10%~30%碳水化合物熱量)對胰島素抵抗有有利影響。Koivisto研究納入了2型糖尿病患者,分為安慰劑組和果糖組(20%碳水化合物熱量,每天45g~65g),結(jié)果顯示果糖組受試者的胰島素敏感性增加(34%)。這項隨機、雙盲、安慰劑對照交叉研究,對胰島素敏感性評估,采用了正葡萄糖鉗夾。

      對果糖代替蔗糖后的影響也進行了研究:一項納入7名2型糖尿病患者的研究結(jié)果顯示(為期2周),高果糖膳食對胰島素抵抗有有利作用(通過餐后血糖濃度評估,降低了10%)。但是,另一項為期3個月的研究結(jié)果為陰性:研究者要求6名2型糖尿病患者攝入果糖(總熱量的13%,替代蔗糖)飲食,結(jié)果顯示,這種替代并沒有對胰島素抵抗產(chǎn)生有害影響(通過高胰島素-正葡萄糖鉗夾和糖耐量試驗進行的評估)。一項針對健康成人、為期4周的研究,要求受試者每天攝入一定量的果糖(總熱量的18%)飲食,結(jié)果顯示,受試者的甘油三酯水平增加,但胰島素敏感性沒有顯著差異性。

      表2 干預(yù)研究

      CARMEN試 驗(Carbohydrate Ratio Management in European National diets),針對的是膳食中脂肪和碳水化合物的比例,旨在審查比例的改變對體重的影響,該研究對血脂和其他代謝參數(shù)的變化都進行了評估,設(shè)計了4種膳食模式,其中包括低脂-高復(fù)雜糖類飲食以及低脂-高簡單糖類飲食。結(jié)果顯示,2種膳食干預(yù)對空腹血糖和胰島素濃度都沒有任何效果。

      所有的這些數(shù)據(jù)都表明,在健康或糖尿病患者,淀粉、蔗糖或果糖替代膳食,在短期內(nèi)對胰島素抵抗和血糖控制,沒有明顯的不利影響。但是,這個結(jié)果外推到一般人群時應(yīng)慎用。

      前瞻性研究

      目前有6項2型糖尿病相關(guān)的前瞻性研究,主要來自美國:Women’s Health study,Iowa Women’s Health study,Health Professional Follow-up Study,Nurses’ Health Study。

      有2項研究報告涉及了簡單碳水化合物的影響。Women Health Study的研究人員并沒有發(fā)現(xiàn)簡單碳水化合物攝入總量的任何影響,蔗糖、果糖、葡萄糖或乳糖單獨攝入總量也沒有發(fā)現(xiàn)有任何影響。Iowa Women’s Health study的研究人員沒有發(fā)現(xiàn)乳糖或麥芽糖攝入總量的影響,但是卻發(fā)現(xiàn),在女性,葡萄糖攝入量超過25.8g/天,進展為2型糖尿病的風(fēng)險持續(xù)增加(30%);果糖攝入量超過30g/天,進展為2型糖尿病的風(fēng)險也持續(xù)增加(27%)。

      Nurses’ Health Study的研究結(jié)果顯示,糖類總攝入量和2型糖尿病風(fēng)險沒有相關(guān)性。

      此外,涉及91,000多名的非糖尿病女性的Nurses’ Health Study II數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示(基線時納入的受試者不存在糖尿?。?,在女性,和每月消費至多1次相比,每天消費至少1次含糖飲料的糖尿病相對風(fēng)險為1.83(P<0.001)。這可能是因為熱量過剩,以及攝入的食物中很大一部分含有可以被迅速吸收的糖類。必須注意到,含糖軟飲料含有大量的高果糖玉米糖漿。

      另一個隊列研究,共納入4,300名基線時不存在糖尿病的受試者,12年隨訪后獲得的受試者膳食和糖類攝入相關(guān)資料顯示,和2型糖尿病風(fēng)險相關(guān)的是果糖、葡萄糖和含糖飲料,不相關(guān)的是蔗糖、乳糖和麥芽糖。

      根據(jù)以上這些前瞻性研究數(shù)據(jù)顯示,似乎果糖和葡萄糖相關(guān)的糖尿病風(fēng)險,是一種有害的長期影響,但是,蔗糖、麥芽糖或乳糖還沒有足夠的證據(jù)得出類似的結(jié)論。盡管如此,研究之間存在的差異,表明需要進一步進行調(diào)查,以明確單獨攝入的長期影響和胰島素抵抗之間的關(guān)系。

      橫斷面研究

      可用的橫斷面研究很少,大部分研究涉及的是精確的膳食GI和碳水化合物攝入量,糖類成分的關(guān)注很少。此外,人工或自然(水果或乳制品)簡單碳水化合物的差異性很少有人報道。

      首先,有幾項橫斷面研究分析了,1型糖尿病患者的碳水化合物攝入量和血糖控制的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),碳水化合物攝入量和血糖和/或HbA1c之間沒有相關(guān)性。但有研究(Buyken’s study)指出,GI較低的飲食和較低的HbA1c相關(guān)。

      旨在評估2型糖尿病和飲食因素的相關(guān)性的研究(N=173)結(jié)果顯示,葡萄糖和碳水化合物的量,都和2h后的胰島素水平呈顯著的正相關(guān)關(guān)系;相比淀粉,蔗糖和2h后的胰島素水平的相關(guān)性更強。

      結(jié)論

      所有的這些研究,都未能證明,簡單碳水化合物總攝入量和血糖控制/2型糖尿病風(fēng)險之間存在相關(guān)性,尤其是,蔗糖對糖尿病影響的具體證據(jù)缺失。

      矛盾的結(jié)果,可能來自于研究對象的異質(zhì)性,涉及到的有:糖尿病患者,胰島素血癥患者,健康人群。因此,特定人群得出的研究結(jié)果,外推到普通人群的可行性證據(jù)有限。就長期果糖攝入的糖尿病風(fēng)險而言,相關(guān)研究的結(jié)論并不一致。最近,很多研究結(jié)果顯示,果糖攝入量高,是代謝綜合征和糖尿病的一個危險因素。但這個結(jié)論主要是基于生化觀察,因為,果糖可增加脂肪重新合成和甘油三酯水平,進而引起血脂代謝異常,最終誘導(dǎo)了胰島素抵抗。事實上,即使果糖對餐后高血糖存在短期的、潛在的有利影響;但是對于血脂和甘油三酯水平,果糖的不利影響可能是長期的。為了給予食品工業(yè)正確的意見,考慮果糖的這一點似乎很重要。

      然而,需要更多研究來確定嚴(yán)格簡單碳水化合物攝入膳食對血糖和胰島素水平的影響,以便在糖尿病預(yù)防方面提供相關(guān)意見。

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