[科普中国]-人工胰腺

简介

糖尿病是常见的内分泌疾病，是指因胰岛素相对或绝对不足，胰岛素不适当过多而引起的糖代谢异常，按病情不同可分为胰岛素依赖型(又称幼年型)、非胰岛素依赖型(又称成年型)两类。胰岛素依赖型多发生于未成年人，病情重，需用胰岛素治疗；而非胰岛素依赖型多发生于成年人，病情轻者可采用饮食治疗或使用降糖药控制血糖，但在疾病后期由于胰岛β细胞储备耗竭，也需用胰岛素治疗。

胰岛素不足与人体胰腺的功能失调密切相关。人体胰腺形状细长，横贴在腹后壁，并与胃的后面相邻，除产生胰液帮助消化之外，还产生胰岛素和胰高血糖素，并将这两种激素释放到血液中，以控制血糖水平的恒定。胰高血糖素作用于肝脏以提高血糖（葡萄糖）水平，而胰岛素则使血糖水平下降。一部分糖尿病患者是由于产生胰岛素的胰腺受到损坏，而另一部分糖尿病患者却是胰腺所制造的胰岛素量不能满足人体需要所致。日前的治疗方法多数是采用注射胰岛素来控制糖尿病人的病情。这种治疗方法的问题是很难控制维持正常血糖水平的胰岛素量。每天注射—次或几次胰岛素当然会有助于糖尿病人控制吸收来自血液中的葡萄糖，但是每位病人的最适胰岛素剂量在不同的日子里可能有很大的变化，有的甚至按小时计都有很大的不同，往往由于不能准确地确定足以维持正常血糖水平的胰岛素总量、致使病人的病情长期难以控制，而易导致糖尿病后期的并发症，如失明、肾衰竭和心脏病等。

图1. 人体胰腺结构示意图

人工胰腺的研究进展人工胰腺有能力监控一个人的血糖和调控符合人体需要的胰岛素水平。这种装置结合了两种现有技术——胰岛素泵和持续性葡萄糖监控器。它可以帮助胰岛素引起的糖尿病恢复正常水平，还可以避免由于血糖过高或过低所引起的身体损伤和威胁生命的副作用。

（1）佩戴式人工胰腺近几年，医学科学家们模仿胰腺功能制造了一种人工胰腺，能连续不断地监测血液中的葡萄糖水平并可提供相应数量的胰岛素。这种人工胰腺可以植人人体内或像手表一样佩戴在手臂上(如图2所示)。

图2. 像手表一样的佩戴式人工胰腺

（1.葡萄糖水平显示；2.电子装置；3.泵；4.胰岛素收集器；5.释放的胰岛素；6.葡萄糖分子；7.葡萄糖收集器；8.生物传感器；9.电池）

这种人工胰腺的原理是利用电场或低频超声波能暂时地增加皮肤透性的特点，将葡萄糖之类的分子从体内吸出，再用葡萄糖氧化酶反应的方法测定出血糖值，或用光传感器测得血液中葡萄糖的吸收率，最后换算成血糖值；这些传感装置可以通过微处理器联接到动力元件上，动力元件会根据所测得的葡萄糖总量成比例地将胰岛素用同样的原理通过皮肤而注入血液中去。

随着现代科学技术的发展，人们研究出新型 “人工胰腺”，由一个传感器和一个纸片大小的胰岛素注射器组成。传感器通过与人体皮肤相连的电极实时监控患者的血糖水平。当发现患者血糖高于正常标准，传感器的内置电脑芯片就会向注射器发送指令，为患者及时注射胰岛素。另外，这种“人工胰腺”还装有记忆芯片，可以记住病人所需注射胰岛素的剂量。为防止感染，“人工胰腺”需要每隔3、4天就更换一次，不过和通常打针注射胰岛素相比，它还是方便多了。

（2）体内植入式人工胰腺按照目前的技术水平和种类繁多的特种材料，是完全可以制造出一个人工胰腺来的。例如用半透性人工合成材料作为基体，制造一种携带胰岛素和葡萄糖氧化酶储存器的型片。随着病人的葡萄糖水平上升，葡萄糖就会扩散进型片内与葡萄糖氧化酶反应，形成的分解产物是酸。酸度的增加可以改变人工合成材料的透性或型片内储存的胰岛素的溶解度，结果就会与葡萄糖的升高而成比例地释放胰岛素。这类人工胰腺植入人体内的寿命很长，但它所储存的葡萄糖氧化酶和胰岛素必须给以补充。

最理想的人工胰腺植人物应该是由健康的胰岛素细胞本身制成的。如果采用移植胰岛素细胞治疗糖尿病的话，仍然存在一个胰岛素细胞的供应问题。因此，医学研究人员正在探索从病人或其近亲身上取得胰岛 β 细胞，并在体外进行扩增，然后再让其返回到病人身上的技术。

（3）胰岛素泵胰岛素泵是一种持续皮下输注胰岛素的装置，大小如同BP机。其作用原理就是完全模拟胰腺的分泌规律，向人体持续输注胰岛素，使胰岛素的输注更符合生理性。胰岛素泵通过一条细小的软管将胰岛素24小时不间断地输送到病人体内，模拟正常胰腺自然地分泌胰岛素。

图3.胰岛素泵使用示意图

正常人体胰腺约每4分钟分泌一次微量胰岛素，餐后分泌大量胰岛素，全天控制人体血糖在生理范围内波动（如图4A所示）。而针剂注射胰岛素：每餐前一次性注射大剂量胰岛素，吸收效果差，很难稳定控制人体血糖水平，容易导致夜间高血糖现象。胰岛素泵则是模拟正常胰腺的分泌方式输注胰岛素。分为基础率和餐前大剂量两种方式： 基础率是24小时持续微量输注的胰岛素，以控制两餐之间和夜间的血糖稳定；餐前大剂量是针对进餐食物而输注的胰岛素，以控制餐后的血糖稳定。大剂量可以根据进餐时间、进餐量和食物种类灵活设定。

A．人体胰腺分泌胰岛素

B．针剂注射胰岛素

C．胰岛素泵输注

图4. 不同方法补充胰岛素血糖变化对比图

由图4可知，胰岛素泵与注射器或胰岛素笔相比其输注的胰岛素剂量要更精确。胰岛素泵的输注精度能达到0.05 单位。具有持续皮下胰岛素注射方式的胰岛素泵，作为每日多次注射胰岛素的替代产品，具有预测性、减少严重低血糖的危险性。最重要的是，胰岛素泵还提供了一种有效地将血糖控制到接近正常的非常手段，有效地延缓或阻止糖尿病并发症的发生和发展，而且改善孕妇妊娠和分娩的状况。此外，胰岛素泵使得靠胰岛素生活的患者，可以过更加正常的生活。因此，对1型和2型糖尿病患者进行强化治疗都非常有价值。

儿童、瘦型成年糖尿病患者等对小剂量胰岛素敏感者、正处于身长发育的青少年糖尿病患者、应用胰岛素治疗者、血糖控制不理想的患者、经常有低血糖或高血糖症状的患者、怀孕或计划怀孕的女性糖尿病患者、经常出差或生活不规律的患者以及希望非常积极严格控制血糖的患者，使用胰岛素泵治疗是他们最佳的选择。接近正常水平的血糖意味着更好的健康以及避免并发症和延长生命的可能。经统计，胰岛素泵使用者的 HbA1c（糖化血红蛋白）低于打针的患者，更重要的是，他们的血糖波动幅度小，趋于正常水平。输注短效胰岛素的基础率代替长效胰岛素治疗糖尿病，再也不需要按时就餐，吃饭可延迟或取消，无需担心低血糖发生。戴泵者血糖下降比较平缓，能及早发现低血糖症状，可尽量减少别人帮助。在运动时也能更好地控制血糖。

A．不同型号的“丹纳”智能型多功能胰岛素泵

B．智能型多功能胰岛素泵的功能集成

图5. “丹纳”智能型多功能胰岛素泵

扩展阅读[1] 王琛，高洪伟，洪天配. 人工胰腺的研究新进展. 中国医学前沿杂志（电子版），2014，6（1）: 4-8

[2] 金浩宇，黄耀熊，杨立. 闭环式人工胰腺研究进展. 中国医学物理学杂志，2014,31（3）：4962-4966

[3] 姚玉峰，刘亚欣，黄博. 用于人工胰腺的血糖闭环控制方法研究进展. 中国生物医学工程学报，2013，32（6）：741-751

[4] 方陵生. 糖尿病护理设备：让机器来管理. 世界医学，2012，9：26-28

[5] 秦红春，曾丽. 胰岛素泵强化治疗糖尿病的护理体会吉林医学，2011,32（8）：1605

[6] 王申. 胰岛素泵及动态血糖仪的临床应用. 河北医药，2011，33（13）：2018-2019

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顾汉卿 - 教授 - 天津医科大学天津市泌尿外科研究所万荣欣 - 助理研究员 - 天津医科大学天津市泌尿外科研究所胡帼颖 - 助理研究员 - 天津医科大学天津市泌尿外科研究所