[教學] 測量胰島素敏感性 – glucose clamp study

目前測量胰島素敏感性的方法有很多種,可分為直接測量及間接測量兩種方式,其中黃金標準就是直接測量的 glucose clamp study

它是由現在大名鼎鼎的 DeFronzo 教授及 Andres 於1979年發表的方法(話說要走新陳代謝科就一定要知道 DeFronzo 教授這位大師!本科之神人等級人物!)

所謂 clamp,中文是「鉗子」的意思,而 glucose clamp 意思就是把血糖夾住固定在某一濃度,詳細方法在原始文獻中描述的非常清楚,有興趣的可以去下載參考BUT!人生最厲害就是這個BUT!就算你去看了也一定看不懂,因為根本是一堆數學公式!

就生理上來說, 要完整了解葡萄糖恆定(glucose homeostasis)必須要了解兩項主要變數,第一是β細胞對血糖變化的反應(也就是胰島素的釋放),第二就是身體組織對胰島素的敏感度,因此,glucose clamp分成兩部分:

1. Hyperglycemic clamp,用來定量β細胞對glucose的敏感度:設一條點滴輸注葡萄糖,讓血糖值固定維持在高血糖(約200 mg/dl),在血糖維持恆定的狀態下,測量血中胰島素濃度的變化,就可得知β細胞的功能,從這個測試得知血液中胰島素的反應是雙相變化(biphasic),最初6分鐘會有大量胰島素釋放(first phase),接著胰島素濃度會逐漸持續增加。而葡萄糖輸注的速度就可以代表葡萄糖的代謝。

hyperglycemicclamp

 

2. Euglycemic clamp,用來定量組織對胰島素的敏感度:設一條點滴輸注高劑量胰島素(100μU/ml)造成低血糖,另一條點滴則輸注葡萄糖,讓血糖值固定維持在正常血糖(約90 mg/dl),在血糖維持恆定的狀態下,葡萄糖輸注的速度就代表身體所有組織對葡萄糖的吸收,也就是身體組織對外生性胰島素的敏感性。

euglycemicclamp

 

從 glucose clamp study 中可以獲得M值代表胰島素敏感度,也就是實驗中的 Glucose Infusion Rate(GIR)。

事實上最常使用的是其實是測量胰島素敏感度的第二部分,又稱為 hyperinsulinemic euglycemic clamp study。理論上,使用高劑量的胰島素會抑制β細胞分泌胰島素,同時抑制肝臟的糖質新生(gluconeogenesis),因此,我們所輸注的葡萄糖速度也就代表身體組織對於葡萄糖的吸收。

升級版

另外,我們可以使用放射性物質標記的葡萄糖當作 glucose tracer 來獲得更多資訊。我們可以在執行 glucose clamp study 前,先使用已經標記的葡萄糖輸注3小時,藉由測量肝臟吸收被標記的葡萄糖可以計算出肝臟的基礎葡萄糖製造速度(basal rate of glucose production );然後在執行 glucose clamp study 時,使用沒有標記的葡萄糖輸注,藉由測量血中被標記的葡萄糖可以計算出整體葡萄糖的代謝(whole-body insulin-stimulated glucose metabolism)與體內葡萄糖的製造(endogenous glucose production)。

對這項技術如何使用在動物實驗有興趣的可以到JOVE網站(見參考資料 2)看看。

 

參考資料:

  1. DeFronzo RA, Tobin JD, Andres R. Glucose clamp technique: a method for quantifying insulin secretion and resistance. Am J Physiol. 1979 Sep;237(3):E214-23.
  2. Ayala, J. E., Bracy, D. P., Malabanan, C., James, F. D., Ansari, T., Fueger, P. T.,  et al. Hyperinsulinemic-euglycemic Clamps in Conscious, Unrestrained Mice. J. Vis. Exp. (57), e3188, doi:10.3791/3188 (2011).

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