糖尿病人“三多一少”臨床癥狀的實驗探究

1 研究背景

糖尿病是嚴重危害人類健康的常見病。我國糖尿病患病率逐年增加，近年來增長速度加快，患者絕對數量龐大，糖尿病的流行形勢非常嚴峻，我國的糖尿病患者人數居全球之冠，達到了9240萬。中華醫學會糖尿病分會、國際糖尿病聯合會聯合發布的一項糖尿病社會經濟影響的研究結果顯示，經估算，我國糖尿病導致的直接醫療開支占全國醫療總開支的13％，達到了1734億人民幣。

普通高中課程標準實驗教科書生物必修3《穩態與環境》的第二章第二節在激素的調節內容中提及了糖尿病知識，為了便于學生更好地理解糖尿病相關的知識，設計了一個能探究糖尿病人“三多一少”的實驗。

2 研究目的

(1)通過實驗證明小鼠患糖尿病后確實出現了“三多一少”癥狀。

(2)認識到糖尿病的危害，養成健康的飲食習慣和生活方式，預防糖尿病的發生。

3 實驗材料與方法

3.1 實驗材料和儀器

四氧嘧啶；昆明種小鼠體質量為18～22g，雄性，購自福建醫科大學實驗動物中心；1mL注射器。

3.2 實驗方法

取20只體重18～22g、生理狀態健康且相似的雄性昆明種小鼠，適應1周后，禁食16h(不禁水)，隨機均分2組，實驗組1次尾靜脈注射70mg，kg四氧嘧啶(臨用前用生理鹽水分批配制)，對照組注射等量的生理鹽水，兩組給予基礎飼料和自由飲水，每天記錄兩組小鼠的平均體重、食量和飲水量，連續18d。

4 實驗結果

注射四氧嘧啶后的小鼠與對照組小鼠體重、食量和飲水量的變化情況見圖1。

圖1A顯示了兩組小鼠的體質量變化趨勢，糖尿病模型組小鼠的體質量明顯輕于對照組正常小鼠的體質量，差異顯著。圖1B顯示糖尿病模型組小鼠的攝食量從第二天開始明顯多于對照組正常小鼠的攝食量，差異顯著。圖1c顯示糖尿病模型組小鼠的飲水量從第一天開始明顯高于對照組正常小鼠的飲水量，差異顯著。從飼養小鼠的墊料觀察到糖尿病模型小鼠的墊料明顯濕于對照組正常小鼠的墊料，而且墊料用手摸上去很黏稠，對照組正常小鼠的墊料比較干燥，可以得出糖尿病小鼠的尿量也明顯高于正常鼠。

5 研究結論

5.1 糖尿病模型的建立

WHO預測，2025年全球糖尿病患者將達到3億，在發達國家已成為繼心血管和腫瘤之后的第三大非傳染性疾病。

糖尿病的動物病理模型，主要有以下幾種方法：(1)胰腺切除法：全部或部分切除實驗動物的胰腺可引起胰島素缺乏型糖尿病。其缺點是：手術條件要求較高，過程復雜，造模容易失敗。(2)化學性糖尿病：①四氧嘧啶糖尿病：四氧嘧啶是一種B細胞毒劑，可選擇性地損傷鼠的胰島B細胞，引起實驗性糖尿病。②鏈脲佐菌素性糖尿病：鏈脲佐菌素能選擇性地損傷胰島B細胞，引起實驗性糖尿病，其缺點是：鏈脲佐菌素的水溶液在室溫下極不穩定，可在數分鐘內分解成氣體，而且引起的低血糖反應更為嚴重，致命性驚厥發生率高。③腎上腺素性高血糖：末次給藥后，注射腎上腺素，約30min后測血糖，該法與人的糖尿病的病理特點相去甚遠。

本實驗采用尾靜脈注射四氧嘧啶的方法，該法操作簡單，目前運用較多。據文獻報道，四氧嘧啶進入體內可迅速被胰島β細胞攝取，產生氧自由基，損傷β細胞膜，同時使膜對鈣離子的通透性增加。鈣離子大量內流形成細胞內“鈣超負荷”狀態，致使細胞內鈣環境失調，引起細胞的損傷及死亡。給藥后，動物多數出現3個時相的變化：最初血糖升高(1～4h)，接著可能是胰島釋放大量的胰島素而引起低血糖(持續約48h)，然后是胰島素耗竭產生持久性的高血糖。本實驗中四氧嘧啶的劑量通過預實驗確定為70mg／kg，劑量過高容易造成動物的死亡，劑量過低時造模失敗。實驗觀察到：尾靜脈注射70mg／kg四氧嘧啶后，小鼠第三天開始飲水、攝食、尿量均有明顯增加，活動明顯減少，毛色枯黃無光澤，蓬松稀疏，漸顯消瘦，“三多一少”癥狀的產生說明糖尿病造模成功。

5.2 糖尿病癥狀分析

糖尿病是由遺傳因素、免疫功能紊亂、微生物感染及其毒素、自由基毒素、精神因素等各種致病因子作用于機體導致胰島功能減退、胰島素抵抗等而引發的糖、蛋白質、脂肪、水和電解質等一系列代謝紊亂綜合征，臨床上以高血糖為主要特點，典型病例可出現多尿、多飲、多食、消瘦等表現，即“三多一少”癥狀。

(1)多食：由于大量尿糖丟失，如每日失糖500g以上，機體處于半饑餓狀態，能量缺乏而引起食欲亢進，食量增加。同時又因高血糖刺激胰島素分泌，因而病人易產生饑餓感，食欲亢進，老有吃不飽的感覺，甚至每天吃5、6次飯，主食達1～1.5kg，副食也比正常人明顯增多，還不能滿足食欲。

(2)多飲：由于多尿，水分丟失過多，發生細胞內脫水，血糖高導致細胞外液滲透壓升高，下丘腦滲透壓感受器產生興奮，刺激大腦皮層口渴中樞，出現煩渴多飲，飲水量和飲水次數都增多，以此補充水分。排尿越多，飲水也越多，形成正比關系。

(3)多尿：尿量增多，每晝夜尿量達3000-6000mL，最高可達10000mL以上。排尿次數也增多，1～2h就可能小便1次，有的病人甚至每晝夜可達30余次。糖尿病人血糖濃度增高，體內不能被充分利用，特別是腎小球濾出而不能完全被腎小管重吸收，以致形成滲透性利尿，出現多尿。血糖越高，排出的尿糖越多，尿量也越多。

(4)消瘦：由于胰島素不足，機體不能充分利用葡萄糖，使脂肪和蛋白質分解加速來補充能量和熱量。其結果使體內碳水化合物、脂肪及蛋白質被大量消耗，再加上水分的丟失，病人體重減輕、形體消瘦，嚴重者體重可下降數十斤，以致疲乏無力，精神不振。同樣，病程時間越長，血糖越高；病情越重，消瘦也就越明顯。

5.3 中學生預防糖尿病的措施

糖尿病是一種非傳染性疾病，其發生雖有一定的遺傳因素，但起關鍵作用的還是后天的生活和環境因素。現已知道，熱量過度攝入、肥胖、缺少運動是發病的重要因素。低糖、低鹽、低脂、高纖維、高維生素，是預防糖尿病的最佳飲食組合。對體重進行定期監測，將體重長期維持在正常水平是至關重要的。體重增加時，應及時限制飲食，增加運動量，使其盡早回落至正常。要使運動成為生命的一個重要組成部分、終生的習慣。運動不但可消耗多余的熱量和維持肌肉量，而且能提高充實感和欣快感。當然運動要講究科學和藝術，要循序漸進、量力而行、照顧興趣、結伴進行，以易于獲得效果和便于堅持。要戒煙和少飲酒，并杜絕一切不良生活習慣。雙親中患有糖尿病而本人又肥胖多食、血糖偏高、缺乏運動的高危人群，尤其要注意預防。

預防措施：

(1)防止和糾正肥胖。

(2)避免高脂肪飲食。

(3)飲食要合理滿足學習、生活的需要。食物成分合理，碳水化合物以非精制、富含可溶性維生素為好，占食物總熱量的50％-65％；脂肪占食物總熱量的15％～20％(不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比例大于1.5)；蛋白質占食物總熱量的10％～15％；多吃蔬菜。

(4)增加體力活動，參加體育鍛煉。

(5)戒除煙酒等不良習慣。

6 收獲與體會

6.1 體現自主創新和主動探究

教材中知識如果只是簡單的講授，未必會讓學生理解和信服，教師通過學生大膽想象，發現問題，提出問題，再通過自己的努力解決問題。學生在這個探究過程中經歷了創新的過程，創新能力得到了培養。此外學生在探究過程中體驗了成就感，又激勵了學生進一步去探究。

6.1.1 實驗動物的選用

學生開始都認為到花鳥市場去購買寵物小鼠就可以作為實驗對象，但教師反問學生，從市場上購買的小鼠能否滿足實驗的要求(體重相近、年齡及生理狀況相同的健康動物)?學生馬上意識到市場上購買的小鼠因為生存環境復雜很難滿足實驗的要求。從福州購買來昆明種小鼠，學生很愛惜，進入實驗室都自覺穿上實驗服，不吵鬧，嚴謹認真。

6.1.2 器具的選用

如何給小鼠尾靜脈注射藥物，學生設計用250mL礦泉水瓶來裝小鼠，但礦泉水瓶口太小，小鼠進不去，又討論可以把礦泉水瓶一分為二，小鼠裝進去了，但尾巴又出不來，于是有學生想在瓶身和瓶蓋上開出一條縫，小鼠裝進去時要把尾巴露出。

6.1.3 方案設計

教材上沒有這個探究實驗，因此學生“模仿”科學家去探究問題、解決問題，進行創造性學習，培養從事科學研究的良好習慣和能力。根據已有的知識和學習探究的經歷，學生自主把實驗流程設計出來。

6.2 體現情感價值理念

6.2.1 培養了學生的意志品質

實驗過程中學生會遇到許多困難，比如開始時許多女學生看到小鼠非常害怕，更別提動手抓小鼠了，于是教師做示范來消除恐懼心理，經過幾次嘗試后，很多女學生抓小鼠的姿勢比男同學都標準。給小鼠尾靜脈注射藥物實驗難度很大，技術要求精湛，很多女學生都自告奮勇。在整個實驗過程中，學生的意志品質得到了鍛煉。在實驗成功的一瞬間所有的困難都煙消云散，還會促使他們下一次自主探究。

6.2.2 感悟學生綜合能力的培養

學生在真實的探究實踐中增強了主體意識，有助于培養其責任心和創造性以及分析問題解決問題的能力，也有助于形成獨立思考、自主學習的能力，為進一步培養學生的創新意識和實踐能力奠定了良好基礎。其次，在探究實踐中，教師要用科學的方法培養學生的創新精神，然后要“放得開”，突出開放性，讓學生去想、去做，活化學生的創新思維。大膽想的過程就是自主創新，然后按照想的做起來就是主動探究。探究的過程比結果更重要，教師要“牽得住”，重視培養學生間的交流與合作，并關注和激勵弱勢群體。

通過參加這一項目的研究，學生們收獲很多，也喚醒了學生對糖尿病的預防意識。學生通過每天觀察和悉心照顧糖尿病小鼠，加深了對課本知識的理解，目睹了小鼠得了糖尿病后的痛苦，為此學生們紛紛表示：要合理膳食，積極參加體育鍛煉，戒除煙酒等不良習慣，有效地預防糖尿病。

這種科技活動為學生搭建了一個提高自我、發展自我、展示自我的平臺，科學探究活動與簡單的說教相比更是學習的一種好形式。