糖尿病人“三多一少”临床症状的实验探究
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作者: 刘丽平
1 研究背景
糖尿病是严重危害人类健康的常见病。我国糖尿病患病率逐年增加，近年来增长速度加快，患者绝对数量庞大，糖尿病的流行形势非常严峻，我国的糖尿病患者人数居全球之冠，达到了9240万。中华医学会糖尿病分会、国际糖尿病联合会联合发布的一项糖尿病社会经济影响的研究结果显示，经估算，我国糖尿病导致的直接医疗开支占全国医疗总开支的13％，达到了1734亿人民币。
普通高中课程标准实验教科书生物必修3《稳态与环境》的第二章第二节在激素的调节内容中提及了糖尿病知识，为了便于学生更好地理解糖尿病相关的知识，设计了一个能探究糖尿病人“三多一少”的实验。
2 研究目的
(1)通过实验证明小鼠患糖尿病后确实出现了“三多一少”症状。
(2)认识到糖尿病的危害，养成健康的饮食习惯和生活方式，预防糖尿病的发生。
3 实验材料与方法
3.1 实验材料和仪器
四氧嘧啶；昆明种小鼠体质量为18～22g，雄性，购自福建医科大学实验动物中心；1mL注射器。
3.2 实验方法
取20只体重18～22g、生理状态健康且相似的雄性昆明种小鼠，适应1周后，禁食16h(不禁水)，随机均分2组，实验组1次尾静脉注射70mg，kg四氧嘧啶(临用前用生理盐水分批配制)，对照组注射等量的生理盐水，两组给予基础饲料和自由饮水，每天记录两组小鼠的平均体重、食量和饮水量，连续18d。
4 实验结果
注射四氧嘧啶后的小鼠与对照组小鼠体重、食量和饮水量的变化情况见图1。
图1A显示了两组小鼠的体质量变化趋势，糖尿病模型组小鼠的体质量明显轻于对照组正常小鼠的体质量，差异显著。图1B显示糖尿病模型组小鼠的摄食量从第二天开始明显多于对照组正常小鼠的摄食量，差异显著。图1c显示糖尿病模型组小鼠的饮水量从第一天开始明显高于对照组正常小鼠的饮水量，差异显著。从饲养小鼠的垫料观察到糖尿病模型小鼠的垫料明显湿于对照组正常小鼠的垫料，而且垫料用手摸上去很黏稠，对照组正常小鼠的垫料比较干燥，可以得出糖尿病小鼠的尿量也明显高于正常鼠。
5 研究结论
5.1 糖尿病模型的建立
WHO预测，2025年全球糖尿病患者将达到3亿，在发达国家已成为继心血管和肿瘤之后的第三大非传染性疾病。
糖尿病的动物病理模型，主要有以下几种方法：(1)胰腺切除法：全部或部分切除实验动物的胰腺可引起胰岛素缺乏型糖尿病。其缺点是：手术条件要求较高，过程复杂，造模容易失败。(2)化学性糖尿病：①四氧嘧啶糖尿病：四氧嘧啶是一种B细胞毒剂，可选择性地损伤鼠的胰岛B细胞，引起实验性糖尿病。②链脲佐菌素性糖尿病：链脲佐菌素能选择性地损伤胰岛B细胞，引起实验性糖尿病，其缺点是：链脲佐菌素的水溶液在室温下极不稳定，可在数分钟内分解成气体，而且引起的低血糖反应更为严重，致命性惊厥发生率高。③肾上腺素性高血糖：末次给药后，注射肾上腺素，约30min后测血糖，该法与人的糖尿病的病理特点相去甚远。
本实验采用尾静脉注射四氧嘧啶的方法，该法操作简单，目前运用较多。据文献报道，四氧嘧啶进入体内可迅速被胰岛β细胞摄取，产生氧自由基，损伤β细胞膜，同时使膜对钙离子的通透性增加。钙离子大量内流形成细胞内“钙超负荷”状态，致使细胞内钙环境失调，引起细胞的损伤及死亡。给药后，动物多数出现3个时相的变化：最初血糖升高(1～4h)，接着可能是胰岛释放大量的胰岛素而引起低血糖(持续约48h)，然后是胰岛素耗竭产生持久性的高血糖。本实验中四氧嘧啶的剂量通过预实验确定为70mg／kg，剂量过高容易造成动物的死亡，剂量过低时造模失败。实验观察到：尾静脉注射70mg／kg四氧嘧啶后，小鼠第三天开始饮水、摄食、尿量均有明显增加，活动明显减少，毛色枯黄无光泽，蓬松稀疏，渐显消瘦，“三多一少”症状的产生说明糖尿病造模成功。
5.2 糖尿病症状分析
糖尿病是由遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染及其毒素、自由基毒素、精神因素等各种致病因子作用于机体导致胰岛功能减退、胰岛素抵抗等而引发的糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征，临床上以高血糖为主要特点，典型病例可出现多尿、多饮、多食、消瘦等表现，即“三多一少”症状。
(1)多食：由于大量尿糖丢失，如每日失糖500g以上，机体处于半饥饿状态，能量缺乏而引起食欲亢进，食量增加。同时又因高血糖刺激胰岛素分泌，因而病人易产生饥饿感，食欲亢进，老有吃不饱的感觉，甚至每天吃5、6次饭，主食达1～1.5kg，副食也比正常人明显增多，还不能满足食欲。
(2)多饮：由于多尿，水分丢失过多，发生细胞内脱水，血糖高导致细胞外液渗透压升高，下丘脑渗透压感受器产生兴奋，刺激大脑皮层口渴中枢，出现烦渴多饮，饮水量和饮水次数都增多，以此补充水分。排尿越多，饮水也越多，形成正比关系。
(3)多尿：尿量增多，每昼夜尿量达3000-6000mL，最高可达10000mL以上。排尿次数也增多，1～2h就可能小便1次，有的病人甚至每昼夜可达30余次。糖尿病人血糖浓度增高，体内不能被充分利用，特别是肾小球滤出而不能完全被肾小管重吸收，以致形成渗透性利尿，出现多尿。血糖越高，排出的尿糖越多，尿量也越多。
(4)消瘦：由于胰岛素不足，机体不能充分利用葡萄糖，使脂肪和蛋白质分解加速来补充能量和热量。其结果使体内碳水化合物、脂肪及蛋白质被大量消耗，再加上水分的丢失，病人体重减轻、形体消瘦，严重者体重可下降数十斤，以致疲乏无力，精神不振。同样，病程时间越长，血糖越高；病情越重，消瘦也就越明显。
5.3 中学生预防糖尿病的措施
糖尿病是一种非传染性疾病，其发生虽有一定的遗传因素，但起关键作用的还是后天的生活和环境因素。现已知道，热量过度摄入、肥胖、缺少运动是发病的重要因素。低糖、低盐、低脂、高纤维、高维生素，是预防糖尿病的最佳饮食组合。对体重进行定期监测，将体重长期维持在正常水平是至关重要的。体重增加时，应及时限制饮食，增加运动量，使其尽早回落至正常。要使运动成为生命的一个重要组成部分、终生的习惯。运动不但可消耗多余的热量和维持肌肉量，而且能提高充实感和欣快感。当然运动要讲究科学和艺术，要循序渐进、量力而行、照顾兴趣、结伴进行，以易于获得效果和便于坚持。要戒烟和少饮酒，并杜绝一切不良生活习惯。双亲中患有糖尿病而本人又肥胖多食、血糖偏高、缺乏运动的高危人群，尤其要注意预防。
预防措施：
(1)防止和纠正肥胖。
(2)避免高脂肪饮食。
(3)饮食要合理满足学习、生活的需要。食物成分合理，碳水化合物以非精制、富含可溶性维生素为
好，占食物总热量的50％-65％；脂肪占食物总热量的15％～20％(不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比例大于1.5)；蛋白质占食物总热量的10％～15％；多吃蔬菜。
(4)增加体力活动，参加体育锻炼。
(5)戒除烟酒等不良习惯。
6 收获与体会
6.1 体现自主创新和主动探究
教材中知识如果只是简单的讲授，未必会让学生理解和信服，教师通过学生大胆想象，发现问题，提出问题，再通过自己的努力解决问题。学生在这个探究过程中经历了创新的过程，创新能力得到了培养。此外学生在探究过程中体验了成就感，又激励了学生进一步去探究。
6.1.1 实验动物的选用
学生开始都认为到花鸟市场去购买宠物小鼠就可以作为实验对象，但教师反问学生，从市场上购买的小鼠能否满足实验的要求(体重相近、年龄及生理状况相同的健康动物)?学生马上意识到市场上购买的小鼠因为生存环境复杂很难满足实验的要求。从福州购买来昆明种小鼠，学生很爱惜，进入实验室都自觉穿上实验服，不吵闹，严谨认真。
6.1.2 器具的选用
如何给小鼠尾静脉注射药物，学生设计用250mL矿泉水瓶来装小鼠，但矿泉水瓶口太小，小鼠进不去，又讨论可以把矿泉水瓶一分为二，小鼠装进去了，但尾巴又出不来，于是有学生想在瓶身和瓶盖上开出一条缝，小鼠装进去时要把尾巴露出。
6.1.3 方案设计
教材上没有这个探究实验，因此学生“模仿”科学家去探究问题、解决问题，进行创造性学习，培养从事科学研究的良好习惯和能力。根据已有的知识和学习探究的经历，学生自主把实验流程设计出来。
6.2 体现情感价值理念
6.2.1 培养了学生的意志品质
实验过程中学生会遇到许多困难，比如开始时许多女学生看到小鼠非常害怕，更别提动手抓小鼠了，于是教师做示范来消除恐惧心理，经过几次尝试后，很多女学生抓小鼠的姿势比男同学都标准。给小鼠尾静脉注射药物实验难度很大，技术要求精湛，很多女学生都自告奋勇。在整个实验过程中，学生的意志品质得到了锻炼。在实验成功的一瞬间所有的困难都烟消云散，还会促使他们下一次自主探究。
6.2.2 感悟学生综合能力的培养
学生在真实的探究实践中增强了主体意识，有助于培养其责任心和创造性以及分析问题解决问题的能力，也有助于形成独立思考、自主学习的能力，为进一步培养学生的创新意识和实践能力奠定了良好基础。其次，在探究实践中，教师要用科学的方法培养学生的创新精神，然后要“放得开”，突出开放性，让学生去想、去做，活化学生的创新思维。大胆想的过程就是自主创新，然后按照想的做起来就是主动探究。探究的过程比结果更重要，教师要“牵得住”，重视培养学生间的交流与合作，并关注和激励弱势群体。
通过参加这一项目的研究，学生们收获很多，也唤醒了学生对糖尿病的预防意识。学生通过每天观察和悉心照顾糖尿病小鼠，加深了对课本知识的理解，目睹了小鼠得了糖尿病后的痛苦，为此学生们纷纷表示：要合理膳食，积极参加体育锻炼，戒除烟酒等不良习惯，有效地预防糖尿病。
这种科技活动为学生搭建了一个提高自我、发展自我、展示自我的平台，科学探究活动与简单的说教相比更是学习的一种好形式。
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