人工胰腺

簡介

糖尿病是常見的內分泌疾病，是指因胰島素相對或絕對不足，胰島素不適當過多而引起的糖代謝異常，按病情不同可分為胰島素依賴型(又稱幼年型)、非胰島素依賴型(又稱成年型)兩類。胰島素依賴型多發生於未成年人，病情重，需用胰島素治療；而非胰島素依賴型多發生於成年人，病情輕者可採用飲食治療或使用降糖藥控制血糖，但在疾病後期由於胰島β細胞儲備耗竭，也需用胰島素治療。

胰島素不足與人體胰腺的功能失調密切相關。人體胰腺形狀細長，橫貼在腹後壁，並與胃的後面相鄰，除產生胰液幫助消化之外，還產生胰島素和胰高血糖素，並將這兩種激素釋放到血液中，以控制血糖水平的恆定。胰高血糖素作用於肝臟以提高血糖（葡萄糖）水平，而胰島素則使血糖水平下降。一部分糖尿病患者是由於產生胰島素的胰腺受到損壞，而另一部分糖尿病患者卻是胰腺所製造的胰島素量不能滿足人體需要所致。日前的治療方法多數是採用注射胰島素來控制糖尿病人的病情。這種治療方法的問題是很難控制維持正常血糖水平的胰島素量。每天注射—次或幾次胰島素當然會有助於糖尿病人控制吸收來自血液中的葡萄糖，但是每位病人的最適胰島素劑量在不同的日子裡可能有很大的變化，有的甚至按小時計都有很大的不同，往往由於不能準確地確定足以維持正常血糖水平的胰島素總量、致使病人的病情長期難以控制，而易導致糖尿病後期的併發症，如失明、腎衰竭和心臟病等。

圖1. 人體胰腺結構示意圖

人工胰腺的研究進展

人工胰腺有能力監控一個人的血糖和調控符合人體需要的胰島素水平。這種裝置結合了兩種現有技術——胰島素泵和持續性葡萄糖監控器。它可以幫助胰島素引起的糖尿病恢復正常水平，還可以避免由於血糖過高或過低所引起的身體損傷和威脅生命的副作用。

（1）佩戴式人工胰腺

近幾年，醫學科學家們模仿胰腺功能製造了一種人工胰腺，能連續不斷地監測血液中的葡萄糖水平並可提供相應數量的胰島素。這種人工胰腺可以植人人體內或像手錶一樣佩戴在手臂上(如圖2所示)。

圖2. 像手錶一樣的佩戴式人工胰腺

（1.葡萄糖水平顯示；2.電子裝置；3.泵；4.胰島素收集器；5.釋放的胰島素；6.葡萄糖分子；7.葡萄糖收集器；8.生物感測器；9.電池）

這種人工胰腺的原理是利用電場或低頻超音波能暫時地增加皮膚透性的特點，將葡萄糖之類的分子從體內吸出，再用葡萄糖氧化酶反應的方法測定出血糖值，或用光感測器測得血液中葡萄糖的吸收率，最後換算成血糖值；這些感測裝置可以通過微處理器聯接到動力元件上，動力元件會根據所測得的葡萄糖總量成比例地將胰島素用同樣的原理通過皮膚而注入血液中去。

隨著現代科學技術的發展，人們研究出新型 “人工胰腺”，由一個感測器和一個紙片大小的胰島素注射器組成。感測器通過與人體皮膚相連的電極實時監控患者的血糖水平。當發現患者血糖高於正常標準，感測器的內置電腦晶片就會向注射器傳送指令，為患者及時注射胰島素。另外，這種“人工胰腺”還裝有記憶晶片，可以記住病人所需注射胰島素的劑量。為防止感染，“人工胰腺”需要每隔3、4天就更換一次，不過和通常打針注射胰島素相比，它還是方便多了。

（2）體內植入式人工胰腺

按照目前的技術水平和種類繁多的特種材料，是完全可以製造出一個人工胰腺來的。例如用半透性人工合成材料作為基體，製造一種攜帶胰島素和葡萄糖氧化酶儲存器的型片。隨著病人的葡萄糖水平上升，葡萄糖就會擴散進型片內與葡萄糖氧化酶反應，形成的分解產物是酸。酸度的增加可以改變人工合成材料的透性或型片內儲存的胰島素的溶解度，結果就會與葡萄糖的升高而成比例地釋放胰島素。這類人工胰腺植入人體內的壽命很長，但它所儲存的葡萄糖氧化酶和胰島素必須給以補充。

最理想的人工胰腺植人物應該是由健康的胰島素細胞本身製成的。如果採用移植胰島素細胞治療糖尿病的話，仍然存在一個胰島素細胞的供應問題。因此，醫學研究人員正在探索從病人或其近親身上取得胰島 β 細胞，並在體外進行擴增，然後再讓其返回到病人身上的技術。

（3）胰島素泵

胰島素泵是一種持續皮下輸注胰島素的裝置，大小如同BP機。其作用原理就是完全模擬胰腺的分泌規律，向人體持續輸注胰島素，使胰島素的輸注更符合生理性。胰島素泵通過一條細小的軟管將胰島素24小時不間斷地輸送到病人體內，模擬正常胰腺自然地分泌胰島素。

圖3.胰島素泵使用示意圖

正常人體胰腺約每4分鐘分泌一次微量胰島素，餐後分泌大量胰島素，全天控制人體血糖在生理範圍內波動（如圖4A所示）。而針劑注射胰島素：每餐前一次性注射大劑量胰島素，吸收效果差，很難穩定控制人體血糖水平，容易導致夜間高血糖現象。胰島素泵則是模擬正常胰腺的分泌方式輸注胰島素。分為基礎率和餐前大劑量兩種方式： 基礎率是24小時持續微量輸注的胰島素，以控制兩餐之間和夜間的血糖穩定；餐前大劑量是針對進餐食物而輸注的胰島素，以控制餐後的血糖穩定。大劑量可以根據進餐時間、進餐量和食物種類靈活設定。

A．人體胰腺分泌胰島素

B．針劑注射胰島素

C．胰島素泵輸注

圖4. 不同方法補充胰島素血糖變化對比圖

由圖4可知，胰島素泵與注射器或胰島素筆相比其輸注的胰島素劑量要更精確。胰島素泵的輸注精度能達到0.05 單位。具有持續皮下胰島素注射方式的胰島素泵，作為每日多次注射胰島素的替代產品，具有預測性、減少嚴重低血糖的危險性。最重要的是，胰島素泵還提供了一種有效地將血糖控制到接近正常的非常手段，有效地延緩或阻止糖尿病併發症的發生和發展，而且改善孕婦妊娠和分娩的狀況。此外，胰島素泵使得靠胰島素生活的患者，可以過更加正常的生活。因此，對1型和2型糖尿病患者進行強化治療都非常有價值。

兒童、瘦型成年糖尿病患者等對小劑量胰島素敏感者、正處於身長發育的青少年糖尿病患者、套用胰島素治療者、血糖控制不理想的患者、經常有低血糖或高血糖症狀的患者、懷孕或計畫懷孕的女性糖尿病患者、經常出差或生活不規律的患者以及希望非常積極嚴格控制血糖的患者，使用胰島素泵治療是他們最佳的選擇。接近正常水平的血糖意味著更好的健康以及避免併發症和延長生命的可能。經統計，胰島素泵使用者的 HbA1c（糖化血紅蛋白）低於打針的患者，更重要的是，他們的血糖波動幅度小，趨於正常水平。輸注短效胰島素的基礎率代替長效胰島素治療糖尿病，再也不需要按時就餐，吃飯可延遲或取消，無需擔心低血糖發生。戴泵者血糖下降比較平緩，能及早發現低血糖症狀，可儘量減少別人幫助。在運動時也能更好地控制血糖。

A．不同型號的“丹納”智慧型型多功能胰島素泵

B．智慧型型多功能胰島素泵的功能集成

圖5. “丹納”智慧型型多功能胰島素泵

擴展閱讀

[1] 王琛，高洪偉，洪天配. 人工胰腺的研究新進展. 中國醫學前沿雜誌（電子版），2014，6（1）: 4-8

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