三、生理作用
糖皮质激素对人体的作用很复杂,有许多极重要的生理作用与糖代谢无关,因此绝不能单从字面上来理解其生理作用。
(一)机体对损伤性刺激的抵抗力
糖皮质激素对人体及动物机体的一个重要作用,就是它与人体应付各种损伤性刺激的基本抵抗力有关,它是人体非特异性抵抗的重要部分。这种结论是根据下列事实得来的。机体无论遭受何种有害刺激,都会导致肾上腺皮质功能的改变。例如,感染、中毒、外伤、冷冻、出血、剧烈疼痛以及电离辐射的照射等,诸如此类的因素,都会引起垂体ACTH分泌增多,随之肾上腺皮质功能增强,分泌出大量的糖皮质激素,这种反应是个体自下而上所必需的,没有这种反应(如人类肾上腺破坏性病变、肾上腺皮质功能低下症,或动物垂体切除或肾上腺切除时),一旦遭遇上述任何一种损伤性刺激,抵抗力很低,都很容易死亡。实验还证明,切除垂体或肾上腺的动物,即使补充皮质激素,使其维持生命,一旦遇到有害刺激时,仍表现出缺乏抵抗力。
从肾上腺皮质功能变化的角度来说,凡是一种刺激能引起动物和人的ACTH分泌增加,从而导致肾上腺糖皮质激素分泌增多者,都叫作应激刺激,机体这时处于应激状态。体内发生的功能变化与致病因子引起的全部非特异性变化的总合,就叫作“应激”。
中等程度的应激,血浆糖皮质激素迅速增多,严重应激刺激时,糖皮质激素更是猛烈地增多。用电离辐射作为一种损伤性刺激,研究机体的应激反应,给我们留下了深刻的印象。众所周知,射线损伤的特点是人体受照射当时并无任何知觉,可是由于射线的电离作用,人体许多组织受到了损伤,在此情况下,垂体-肾上腺立即发生反应,在12小时内血浆糖皮质激素(在大鼠以皮质酮为主)含量显著增多,从亚致死剂量到绝对致死剂量都有这种皮质功能激活的表现。在照射后不同时期取出动物的肾上腺,用体外培养法测定其生成糖皮质类固醇的能力也得出了与血浆皮质酮含量变化一致的结果,说明在机体受损伤时,肾上腺皮质确实属于功能激活状态。
大鼠的肾上腺皮质在应激状态具有如此强烈的反应能力有何生物学意义呢?大鼠是哺乳动物中辐射抵抗力最强的种属之一,比人的辐射抵抗力要强得多。为了找出其规律性,选用辐射抵抗力比较低的另一种动物——豚鼠作比较,结果发现豚鼠的肾上腺皮质在照射后反应果然比大鼠弱!它在初期功能激活24小时后血浆皮质酮含量与肾上腺生成类固醇的能力即见降低。所以辐射抵抗力与肾上腺皮质反应之间是有关系的。
动物与人如长期处于应激状态,其肾上腺在垂体ACTH作用下,适应人体的需要而增生肥大。从病理解剖的资料得知,正常人因意外事故骤死(如死于车祸或被枪杀致死)其两侧肾上腺重量一般为10~15g,而因各种病因,长期患病而死者,其肾上腺重量均显著高出这一数字。从血浆糖皮质激素含量来看,慢性疾病患者血中糖皮质激素含量持久地增加,而且往往在死前仍有一高峰出现,人们称之为肾上腺的死前反应。在亚致死剂量照射后,随着机体放射病的恢复,血浆皮质酮、肾上腺的生成类固醇能力以及肾上腺肥大的情况均见恢复;而绝对死亡剂量照射后,上述三种指标均持续上升,直至死亡。
以上这一切均说明肾上腺皮质对于人体对损伤性刺激的抵抗力起着积极的作用,它所分泌的糖皮质激素对机体抵抗有害刺激是必需的,如皮质功能低下,血浆皮质激素不出现增多反应,则往往表现出机体抵抗力低下。例如,严重感染时,就很容易导致休克,预后不佳,此时,如在病因治疗的同时,给予适当量的糖皮质激素,可收到良好的效果。
糖皮质激素通过什么途径提高机体对应激的抵抗力呢?这个原理至今还不清楚。人们观察到,应激刺激在大多数情况下,除了增加ACTH分泌,也激活交感-肾上腺系统。血中糖皮质激素对维持血管对儿茶酚胺的反应性有一定关系。如给动物行交感神经切除术,对于动物对应激刺激的耐受力也并无影响。因此目前只能说,糖皮质激素可能是通过影响机体的代谢与功能活动,而起到增强非特异抵抗力的作用。至于其机制,可能非常复杂,有待于进一步探讨。
(二)对物质代谢的作用
糖皮质激素对糖、蛋白质、脂肪代谢都有作用,其中以对糖代谢的作用最为重要,这也是它被称为糖皮质激素的由来。
1.对糖代谢的作用·糖皮质激素可以促使血糖增高,不论在人还是动物实验中,均可看到糖皮质激素注射后血液葡萄糖浓度上升;注射量越大,上升也越高,甚至可以引起一过性糖尿。如果肾上腺皮质功能低下,血糖浓度即降低。临床上阿狄森病(Addison's disease,慢性肾上腺皮质功能减退症)的特征性表现之一就是低血糖。动物在切除肾上腺以后,血糖降低到很低的程度,再检查其肝脏,则见到肝糖原显著减少。
糖皮质激素升高血糖的机制最主要是促进糖原异生,从而增加肝脏的糖原贮存;肝脏糖原增加,向血液释放葡萄糖也就多了。此外,它还抑制组织细胞对葡萄糖的利用;利用减少了,血中堆积就多了。糖皮质激素的这些作用与胰岛素正相拮抗,在正常人体,糖皮质激素与胰岛素就是从相反的方向,对血糖浓度起调节作用。
糖原异生的主要来源是蛋白质。糖皮质激素使蛋白质分解加强,氨基酸释放,为糖原异生提供了前体。异生的糖原存积于肝脏,存积的量与糖皮质激素成正比,这种现象被用作糖皮质激素生物学定量分析的指标。
2.对蛋白质代谢的作用·糖皮质激素对蛋白质代谢的影响就整个机体来说,既抑制蛋白质合成,又加速其分解,从而造成负氮平衡。蛋白质分解所形成的氨基酸则成为糖原异生的来源。肾上腺切除的动物血浆内氨基酸积聚率降低,而注射糖皮质激素则加速其积聚。糖皮质激素这种促进蛋白质分解代谢的效应是在周围组织进行的,与肝脏无关。
具体地分析,糖皮质激素对于各种不同器官蛋白质代谢的作用还有一定的差异,如对肌肉、骨骼、淋巴组织的蛋白质以促进分解代谢为主,对皮肤也是如此。而对肝、胃肠、泌尿生殖器官的蛋白质则以抑制合成为主。
糖皮质激素促进蛋白质分解,减少蛋白质合成的作用在临床上的意义是确定的,肾上腺皮质功能亢进或长期使用糖皮质激素,可见组织蛋白质广泛破坏,出现负氮平衡,肌肉消瘦、皮肤变薄、骨质亦因蛋白质分解而变得疏松易折。皮肤和骨骼的胶原蛋白和基质的合成都受抑制。创口亦可因使用糖皮质激素而延迟愈合,其部分原因也是由于蛋白质合成抑制,组织再生受阻。
3.对脂肪代谢的影响·糖皮质激素可动员脂肪,使血清脂酸增多,而后脂肪以一种特殊的形式在体内重新分布,人们经常看到那些长期使用糖皮质激素的患者有一种特殊的面容和体态;脂肪大量沉积于脸部,形成所谓的“满月脸”;沉积于肩部上方,形成所谓“水牛背”;沉积于躯干腹部而四肢部位很少,被称为“向心性肥胖”。这些在肾上腺皮质功能亢进症,体内皮质激素长期分泌的人,也是很典型的。这就是不同于寻常状态的脂肪再分布。
糖皮质激素能影响脂肪代谢,促进脂肪再分布,这一点是肯定的,但与糖皮质激素对糖代谢及蛋白质代谢的作用相比,其机制更加不清楚。
(三)对血管的作用
糖皮质激素对血管的作用主要表现在对血压的作用上。
糖皮质激素对维持正常血压起着一定的作用。临床上看到,肾上腺皮质功能不足的特殊症状之一是低血压。应用糖皮质激素可使之在一定程度上有所恢复。这一作用的机制尚未定论,不过人们已经发现手术切除肾上腺的动物,其血管平滑肌对去甲肾上腺素和肾上腺素变得没有反应或反应变小,毛细血管扩张,通透性增高。一般认为,这些变化导致血压降低。
肾上腺皮质功能丧失一方面由于盐皮质激素缺乏,造成血容量降低,另一方面又由于糖皮质激素缺乏,血管对于交感神经末梢释放的去甲肾上腺素缺乏反应,对低血容量丧失了代偿作用,从而不可避免地导致血压降低,甚至造成末梢循环衰竭。相反,应用了糖皮质激素可以使血管的反应性恢复,对肾上腺髓质激素等加压物质的反应增强,这就是临床上高度重视应用糖皮质激素作为抗休克药物的原理之一。
总之,糖皮质激素对于维持血管紧张度和反应性具有重要的意义。体内种种加压物质对血管平滑肌的作用,必须在糖皮质激素作用的基础上才能发挥,如果没有后者,加压就没有效果。有人称这种作用为皮质激素的“允许作用”,即允许加压物质发挥作用。
(四)对骨骼肌与心肌的作用
糖皮质激素对于肌肉的工作能力有显著的作用。临床上看到,肾上腺皮质功能不足的患者软弱无力,极易疲劳,其严重程度与皮质功能不足的程度相平行。实验证明,肾上腺切除动物,骨骼肌疲劳比正常动物出现得快得多。因此,生理学上有人以骨骼肌疲劳试验作为测定动物肾上腺皮质功能状态的间接指标。当以糖皮质激素治疗时,患者(或去肾上腺动物)的肌肉工作能力得以恢复。糖皮质激素影响肌力的确切机制尚不清楚,可能与此激素对蛋白质及糖代谢的作用有关。
糖皮质激素对心肌的作用,根据体外试验看到有阳性收缩效应,使心肌收缩力增强。在整体情况下,人们只是看到肾上腺皮质功能低下者心电图示低电压,P-R间隔及Q-T时间延长,而给予糖皮质激素可使之缩短。据此,人们认为它有促进与恢复房室传导的效应。临床上也有用糖皮质激素来治疗房室传导阻滞、控制阿斯综合征的发作。
(五)对淋巴细胞及其他血细胞的作用
糖皮质激素对血细胞的作用是比较复杂的,对不同的血细胞有完全不同的效应。它可以使循环中淋巴细胞减少。临床和动物实验看到,肾上腺皮质功能不足的患者和动物,血中淋巴细胞增多,体内各处淋巴组织及胸腺均见增生。反之,肾上腺皮质功能亢进者,或长期注射糖皮质激素,则血中淋巴细胞减少,胸腺、脾脏和淋巴结均萎缩。临床证明,注射ACTH后4小时,即见血中淋巴细胞明显减少,因此临床常用糖皮质激素治疗急性淋巴性白血病或淋巴瘤。
糖皮质激素对淋巴组织作用的机制有两个途径。一是抑制淋巴组织的丝状分裂。由于大多数淋巴细胞寿命本来就很短,分裂活动一旦抑制,血中淋巴细胞自然衰亡而得不到补充,故很快减少。另一个途径是对淋巴细胞的溶解作用,用体外试验证明,糖皮质激素对淋巴细胞确有直接的溶解破坏作用。
糖皮质激素具有使血中嗜酸性细胞减少的作用,这种作用很灵敏。因此,长期以来临床上用嗜酸性细胞减少反应作为判断肾上腺皮质功能状态的指标。例如,欲判定某人肾上腺皮质功能是否正常,只须注射ACTH,根据其嗜酸性细胞减少的反应,即可作出大致判断。糖皮质激素的这种作用可能是通过促进脾脏、肺脏的“扣留”作用,也就是促进这些脏器的网状内皮细胞的吞噬与分解嗜酸细胞的作用而实现的。但是需注意,以嗜酸性细胞减少反应作为指标,并不是绝对可行的,有人发现,在某些应激状态,如严重创伤时,即使没有肾上腺,动物血中嗜酸性细胞亦见减少。
糖皮质激素可使血液中性粒细胞增多。增多的原因主要是由于促进骨髓释放,也有认为对骨髓中性粒细胞的生成也有刺激作用,但未有定论。此外,也有认为是通过对血管壁的作用,减少了中性粒细胞逸出血管外之故。
大量长期应用糖皮质激素可使红细胞及血红蛋白增加,血小板增多。依此规律,临床上应用来治疗再生障碍性贫血、溶血性贫血、血小板减少性紫癜,均可收到改善血象,缓解症状的效果。至于在生理情况下,见不到上述效应。
糖皮质激素还可使嗜碱性粒细胞减少,因该细胞数量甚少,生理意义不明。
(六)对神经系统的作用
糖皮质激素可以增强中枢神经系统的兴奋性。肾上腺皮质功能低下者,脑力易疲劳是很明显的,患者性情抑郁、淡漠,说话轻而无力。有的患者也可见到个性的变化,表现为易激动,情绪不安,有神经质的征象。这些变化只有糖皮质激素可使之复原。
皮质功能低下时,脑电图可出现比正常A节律更慢的慢波。反之,在大量使用糖皮质激素时,可产生欣快感、失眠、躁动、注意力不集中、幻觉、妄想,以致感应性精神病。
(七)对胃肠系统的作用
糖皮质激素可增加胃液、胰液和其他消化液以及消化酶的分泌,增进食欲和消化功能。
肾上腺皮质功能不足时,由于糖皮质激素缺乏,可出现一系列胃肠系统症状,如食欲不振、恶心、呕吐、便秘。胃液分析结果表明,皮质功能低下的患者游离酸通常低于正常,甚至缺乏。
临床应用这种激素时,可以增加患者胃酸和胃蛋白酶的分泌,有助于胃肠消化功能,但长期使用时也往往改变了胃黏膜对胃酸作用的抵抗力,有时甚至可诱发胃、十二指肠溃疡。因此,胃溃疡的患者使用糖皮质激素要谨慎。
(八)对肾功能的作用
糖皮质激素对维持正常肾功能有一定意义,它能增加肾小球的滤过率,并促进排泄。肾上腺皮质功能低下的特殊症状之一是水负荷不能排出或排泄延迟。只有糖皮质激素可补偿这种缺陷。
肾上腺皮质功能不足者,由于水排泄的缺陷,在水负荷时有水中毒的危险。临床上给未接受糖皮质激素注射的肾上腺皮质功能低下患者注射葡萄糖液,可引起“葡萄糖热”,严重者可造成衰竭死亡。其原因可能是葡萄糖被代谢了,而水分排不出去,使血浆稀释,渗透压降低,结果使下丘脑与体温调节中枢细胞肿胀,调节功能障碍。
肾上腺皮质功能低下时水排泄延迟的原因还有争议,不过有一点是一致的,即此时肾小球滤过率降低,这可能是水排泄缺陷的主要原因。在这种情况下,甚至在使用了盐皮质激素,恢复了血浆容量,改善了滤过作用,糖皮质激素仍能进一步提高肾小球的滤过率。此外,不排除糖皮质激素缺乏增加了肾小管的通透性,使水分再吸收增加,影响了水分的排出。