2017年5月17日 星期三

醫健_糖尿病起源之假說

我看過許多資料,不管是視頻(紀錄片)、音頻或文字。
比較普遍的說法是"糖尿病的起源",是人體為了要「防飢」,所演化出來的生理機制。
要證明「演化」,需要數千年,乃至數萬年的追溯,何其難。
但以目前的研究觀來,似乎能合理,因此,稱它是"假說"(註1)。
那他們如何解釋糖尿病的起源是「防飢」呢?


在蠻荒時期,人類的獲取食物是很不穩定的,飽一餐、飢數餐是家常便飯常有的事。
是工業革命帶動全世界農業生產,人開始慢慢能吃飽,
而過半人類能一日三餐,則是近一兩世紀才發生的事。
因此,持「防飢」假說的人認為,
就好像沙漠動物,演化出防止水分流失的生理,
人體為了適應長期飢餓,也演化出對應機制。
以血糖(糖分)相關激素來說,升血糖比降血糖(比如儲存成肝醣)多的多。
這表明,自古人類常常挨餓(血糖變低),
需要分泌升血糖激素,一次次釋出糖分到血液,供細胞活動能量,
而且生活環境充滿無法預期的危險,如毒蛇猛獸,
血糖得快速提升,或戰或逃,所以,升血糖的激素多。

相對而言,進食機會少,降血糖的激素(如胰島素)也就少,
一旦攝取到糖分、熱量(血糖變高),
便馬上分泌降血糖激素,來吸收進來並緊扣不放(多吃易胖),
這也造成人愛吃高糖、高熱量食物。
從小孩子喜歡吃甜食、油炸物可以觀察得到,證明這是人類天生,非文化使然。

現在吃很便利,問題不再飢餓,而是過飽。
但短暫的一兩百年的飲食習慣,尚未能更變數百萬所形成的基因組合。
許多人克制不住(註2),導致肥胖成為全球的重大議題,
而這些人中的一部分,降血糖激素無法適應頻繁高血糖的狀態,
日漸地失控,致使血糖長期處於高濃度的症狀,也就得了俗稱的糖尿病。

或許有人問,不是有些人怎麼都吃不胖啊?
這假說有能力解說此事,他們說:
「基因組合是隨機的,很少不代表沒有。
 在糧食普遍匱乏的過去,有這種基因組特徵的人特容易死亡,甚至無下一代。
 但現在物質條件富裕,他們得以活著,能有後代,
 活下機率提高,所以你現在看得見。」
如此言之,糧食充足反而讓有糖尿病的基因組的人,身處劣勢了。
不過,我得再次強調,這是假說,有不嚴謹之處,無法面面俱到。


我稱前述這一派說法為防飢說,我還聽過另一派講糖尿病的起源(註3)。
這就要說說葡萄和林蛙(Ranasylvatica)。

先說葡萄(註4),在17世紀初的德國,某年秋天,葡萄進入了採收釀酒季。
一位葡萄酒商計晚個幾天再收成,未料遇到了嚴重的寒流霜害,受凍葡萄皺皮發癟。
酒商不甘心,依舊摘了這些冰葡萄,
解凍後,壓榨釀酒,但釀酒量僅原預計的八分之一。
酒商無奈的嚐了一口,卻驚喜發現冰凍葡萄釀出的酒異常甜美。
這是由於其含糖量高出普通葡萄酒十多倍,從2%左右提高至約20%。
為何日後冰葡萄酒現在是法式大餐中的高檔配酒,皆因這次意外。

冰葡萄發生皺縮的原因很簡單,是這些果子自發性脫水。
在寒冷的條件下,水凝結成的冰晶具有鋒利的邊緣,會地刺破(脹破)細胞膜。
為了保護細胞的安全,葡萄盡可能抑制結冰。
然而,它無法改變外界的溫度,只好想辦法降低果實中汁液的冰點。
我們都知道,為何雪後的路面要撒鹽,就是由於這能降低冰點,讓雪融化;
冬天在汽油中摻入防凍劑防止燃料凍結,亦是同理。
(純水的冰點0度,摻入其他物質,則會變化)
葡萄能製造的天然的防凍劑,就是糖。溶液含糖量越高,冰點越低。
冰葡萄透由排出水分,提高了汁液的含糖度,讓葡萄果實內的水難結成冰,細胞得以倖存。

會這樣保護自己的可不只植物,
動物中也有同樣驚人的例子,如林蛙(Ranasylvatica,註5)。
1980年代,加拿大化學家肯尼斯·施多利(Kenneth B. Storey),
有一次和助手去野外收集研究用的林蛙,意外林蛙留在後車廂中。
當天晚上正好遇上霜凍,次日早上醒來,林蛙結凍成冰。
施多利在實驗室想把這些小東西解凍後解剖,
萬沒想到隨溫度的回升,發現它們又活蹦亂跳。
施多利當時正在研究活體組織的冷凍技術,立刻被這種現象吸引。

他發現林蛙的皮膚在感受到0度左右的低溫接近時,
幾分鐘之內,會將血液和器官中的水分排出。
不過它並非通過排尿,而是把體內大部分的水引導到腹部中儲存。
與此同時,肝臟內釋放出大量的葡萄糖和糖醇物質,使得血糖迅速提高數百倍。
這些調節,讓林蛙的體液充滿了高糖的防凍劑,極大地降低了冰點

的確,林蛙體內其他部位仍然含有水分,
這些水也被安置更安全的地方,從而能減少結冰可能造成的損害。
此外,這種變化還能產生一些有益的效果。
施多利在解剖凍結的林蛙時意外地發現,
薄冰層像三明治一樣被皮膚和腿部肌肉夾在中間,
腹腔內也有一大塊冰將林蛙臟器包裹冷藏。
這些器官已經大量脫水,枯槁如葡萄乾。
林蛙經由這種方法小心翼翼地將它的器官保存在冰塊中,
就如同醫院等待移植的器官,放在冰塊中運輸一樣。
通常醫生在切除器官後,會將其放入一個特製的塑料袋中,
然後用一個裝滿碎冰的低溫箱保存,
以便在不凍結或受損的情況下,盡可能降低器官溫度。

即使經過這樣的調節,林蛙關鍵部位還是會有少量的積水,可能造成破壞。
因此在嚴冬裡,林蛙能產生大量的纖維蛋白原,
這種凝血因子能夠幫助它們修復在降溫過程中出現的損傷。


從葡萄和林蛙可得知,植物和動物似乎有特性:避免傷害,排水昇糖,降低冰點
這不就令人聯想到天冷時人會頻尿,那是否存在這樣一種巧合,
13000年前冰河期,也能使受酷寒的人類演化獨特的基因特點,
從而排除水分,提高血糖呢?

美國醫療機構對285705名患有糖尿病的美國退伍軍人,
進行的一項跟踪調查,記錄了血糖水平的季節性差異,
注意到他們的血糖水平,隨著溫度的降低而迅速攀升,同時在夏季達到低谷。
更有說服力的是那些生活在氣溫較低、季節性溫差較大環境下的研究對象,
其冬季和夏季血糖高低之差異更為顯著。看似糖尿病與寒冷有關聯。

雖然糖尿病的準確病因非常複雜,
飲食、感染、生活習慣還有居住環境都有一定的影響,直至今日都無法完全確定。
但是,有一點結論很明確,無論1型還是2型糖尿病,都有明確的遺傳因素。
這一點很關鍵,它提示我們糖尿病的最初起源很可能是人類的祖先引起的。
而糖尿病既跟寒冷有關,又跟遺傳有關,
有人因而出結論,糖尿病的起源,來自人類抵禦冰寒的演化基因。
我稱此起源說為禦寒說

很多醫生會對於糖尿病產生於低溫地域人群的基因演化,很不屑。
通常會提出兩點質疑:
1. 為什麼嚴寒地區的人會進化出高尿糖的身體狀態?
2. 1型糖尿病會導致嚴重的酮症酸中毒,甚至早死。
 在醫療技術不發達的時代,得了糖尿病幾乎必死無疑。
 即使演化糖尿病致病基因,只要經過足夠長的時間,
 也一定會因為這些個體的夭折而被自然篩除,怎麼會一直遺傳到現在?
對於第一項質疑,透由葡萄和林蛙的例子就能解釋。
而第二項質疑,以現今考古發現,13000年前冰河期,歐洲甚至連西班牙都下雪。
演化是偉大的,但它短視。它從不考慮長遠問題,先度過當時冰河期再說,
由於有糖尿病基因的人存活機率高,所以,這些人有後裔,才遺傳基因至今。


我寫這篇,旨在探討糖尿病起源的兩種假說(再寫就太長了),
我稱它們為「防飢說」和「禦寒說」,兩者透露出人的最基本的慾望,求溫飽。
至於糖尿病的醫療史、預防和治療等等,
以疾病來說,當然不有趣,但以說故事角度來說,也很精采。
像是胰島素發現者Frederick Grant Banting,
是史上最快(從發現到得獎)而且最年輕(23歲)得諾貝爾獎的。有興趣的,再參考註6吧。



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按演化論的思路,糖尿病的起源,至少有「防飢說」和「禦寒說」二說。
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註1:維基百科:假說(Hypothesis)
對所研究的自然現象及其規律性提出的推測和說明,
而且數據經過詳細的分類、歸納與分析,得到一個暫時性但是可以被接受的解釋


註2:《決策的力量》:前言:...你希望保持身材,卻對甜食慾罷不能...
§人喜歡吃甜、油食§


註3:
1. 《病者生存》第二章 (Kenneth B. Storey 論文出處)

2. 古哥古點:糖尿病的起源竟然是因纽特人?
在17世紀初的德國,一年秋天,葡萄進入了採摘釀酒的最佳時期。
一位葡萄酒商原本希望稍遲幾天再去摘取葡萄,結果非常不幸的遇到了嚴重的寒流和霜凍。
幾天當中,所有的葡萄被冰霜完全凍住,
並出現了皺縮,原本飽滿的葡萄顆粒像洩了氣的皮球癟了下來。
眼看一年的辛苦勞作付之東流,葡萄酒商心有不甘。
他依然摘下了這些冰葡萄,把它們解凍後,壓榨成了葡萄酒。
這些癟肚的果子只榨出了原先預計的八分之一的汁液。
無比失望的酒商無奈的嚐了一口,卻驚喜的發現這冰凍葡萄釀出的葡萄酒異常甜美。
因為冰葡萄酒的含糖量比普通葡萄酒高出了十多倍,從2%左右提高到了約20%。
現在我們都知道冰葡萄酒已經成了法式大餐中的高檔配酒,而這一切都源於此次意外。

冰葡萄發生皺縮的原因很簡單,這些果子自發的進行了脫水。
在寒冷的條件下,水凝結形成的冰晶具有鋒利的邊緣,會輕易地刺破葡萄顆粒的保護膜。
為了保護果實的安全,葡萄必須抑制水分的結晶。
它無法改變外界的溫度,只好想辦法降低自己果實顆粒中汁液的冰點。
冰晶是由純水形成的,但結晶的冰點卻是由融入水中的其他物質所決定的,
比如含鹽海水的冰點在-1.2度到-2.5度之間,高度白酒的冰點可以低到零下三四十度,
冬天在汽油中摻入防凍劑可以防止燃料凍結也是這個原理。
葡萄當然沒有專用的添加劑,但是進化卻為其製造出了天然的防凍劑,這就是糖。
含糖量越高的水溶液其冰點越低。
冰葡萄通過排出水分,一方面減少了體內的含水量,
一方面提高了果汁的含糖度,讓葡萄果實內難以形成破壞性的冰晶。
...
1980年代,加拿大渥太華的化學家肯施·多瑞(Kenneth B. Storey),
有一次和助手去野外收集研究用的林蛙標本,不小心把標本落在了汽車後備箱中。
當天晚上正好遇到了嚴寒天氣,次日早上醒來,
多瑞發現車裡的林蛙都已經凍成了冰涼梆硬的水晶蛙。
他把這些已經死透了的標本帶回了實驗室,慢慢解凍想進行解剖,
可是萬沒想到隨著溫度的回升,林蛙們又開始活蹦亂跳起來。
...
多瑞當時正好在研究活體組織的冷凍技術,於是立刻被這種現象吸引。
他發現林蛙的皮膚在感受到0度左右的低溫接近時,
幾分鐘之內就可以將血液和器官中的水分排出。
不過它並不是通過排尿來做到這一點的,它是把體內水分全部引導到腹部中儲存。
與此同時其肝臟內釋放出大量的葡萄糖和糖醇物質,使得血液含糖量迅速提高數百倍。
這些調節,讓林蛙的體液充滿了高糖的防凍劑,極大的降低了冰點。
集中在腹內的水分,由於肚皮的韌性和彈性極強並不懼怕結冰,
相反,這個肚子裡的大冰坨倒成了一個天然冰箱,將林蛙的臟器全部包裹起來。
臟器內的水分早已經徹底排幹,不會被結晶的鋒刃給破壞。
它們隱藏在冰箱中,可以有效的保證幾個月的活性。
當然即使經過這樣的調節,林蛙關鍵部位還是會有少量的積水,可能造成破壞。
依靠大量的纖維蛋白這種凝血因子,這些微小創傷可以及時得到修復。
以上就是林蛙的冷凍復活術的獨門絕技。
...
糖尿病的準確病因非常複雜,到今天也無法完全說清楚。
飲食、感染、生活習慣還有居住環境都有一定的影響。
但有一點結論很明確,無論1型還是2型糖尿病,都有明確的遺傳因素。
這一點很關鍵,它提示我們糖尿病的最初起源很可能是人類的祖先引起的。
...
很多醫生會對糖尿病產生於低溫地域人群的進化行為這一結論嗤之以鼻。
他們通常會有兩個疑問。
首先,為什麼嚴寒地區的人會進化出高尿糖的身體狀態?
再者,1型糖尿病會導致嚴重的酮症酸中毒,甚至早死。
在醫療技術不發達的時代,得了糖尿病幾乎必死無疑。
即使有個體因基因突變產生了糖尿病致病基因,只要經過足夠長的時間,
也一定會因為這些個體的夭折而被自然選擇過濾掉。怎麼會一直遺傳到現在。
...
進化是偉大的,但它是短視的。它從不考慮長遠問題,而只關注眼前的狀況。
晚冰期在貧瘠的雪原上生存的人們,因為缺乏食物體內本就是低糖環境,
完全可以容忍一段時間的高血糖來換取生存的機會;
可是今天的人們肥胖本就嚴重過度,過高的血糖自然難以承受進一步的濃縮。
當自然選擇失去壓力時,你能依靠的只有自己的知識和毅力。

3. “甜蜜”的罪過:糖尿病患者難言的痛楚
講得比'1'還細。
林蛙體內仍然含有水分,這些水只是被安置到了更為安全的地方,
從而能減少對機體造成的損害。此外,這種變化還能產生一些有益的效果。
多瑞在解剖凍結的林蛙時意外地發現,
薄冰層像三明治一樣被皮膚和腿部肌肉夾在中間,腹腔內也有一大塊冰包圍著林蛙的器官;
這些器官已經大量脫水,枯槁如葡萄乾。
林蛙通過這種方法小心翼翼地將它的器官保存在冰塊中,
就如同人們將等待移植的器官放在冰塊中運輸一樣。
通常醫生在切除器官後,會將其放入一個特製的塑料袋中,
然後用一個裝滿碎冰的低溫箱保存,
以便在不產生凍結或受損的情況下,盡可能地降低器官的溫度。

附帶參考資料:得到-生物-東亞女性為什麼不顯老
為什麼相比西方女性,東亞女性不顯老?
1. 東亞女性面部的脂肪確實比西方女性多
 這些脂肪就像給氣球填充了厚厚的海綿一樣,使皮膚飽滿,不容易出皺紋。
2. 東亞女性身材嬌小
 會顯得年齡小一些,嬌小可人
為什麼東亞女性面部輪廓就不清晰,還身材嬌小呢?
這就得從人類進化說起了。
人類遷徙的過程大概是先從非洲發源,進入中東和歐洲,
然後歐洲的人類穿越了寒冷的西伯利亞地區,最後才來到東亞。
中間到西伯利亞的時候呢,
1. 人的臉部也需要脂肪保暖,輪廓分明也會增加散熱;
2. 高大的身材也會讓散熱更快,

這兩項都不利生存,人的臉型和身材就開始發生變化了。
最後來到東亞時,人類臉上鮮明的顴骨特徵就幾乎消失了,身材也變得更加矮小。


註4:結冰的酒,腐爛的葡萄 照片來源
§這篇文章也提到,為什麼冰葡萄釀的酒好喝§


註5:維基百科:林蛙 照片來源


註6:
1. 藏在尿液裡的惡魔
英文糖尿病全名是「diabetes mellitus」,
「diabetes」在古希臘文裡面代表著「虹吸管」、「水管」的意思,
意指罹患此病的人尿尿很多,「水流進來,就跑出去」,不斷地排尿。
「mellitus」代表「蜂蜜」的意思,合併在一塊兒就是說明「尿很多,尿很甜」的表徵。
有些文化稱糖尿病為「尿之惡魔」。

2. 彰化醫院:藥劑科【用藥資訊】快速了解糖尿病
糖尿病的英文名稱為“Diabetes Mellitus”,
Diabetes這個字源出於希臘文,是在紀元前2年,一位希臘醫師Aretaeus取名的,
意思是流過虹吸,表示尿多,
到了1670年,英國威爾斯醫師在Diabetes後再加一個字Mellitus,
Mellitus源自拉丁文,意思是蜂蜜,表示尿味像蜜一樣,
所以Diabetes Mellitus即指尿多且帶甜味;中國古代稱為消渴症。
§加Mellitus 是為了跟尿崩症區分,可查英文維基:糖尿病
The term "mellitus" or "from honey" was added by the Briton John Rolle in the late 1700s 
to separate the condition from diabetes insipidus, which is also associated with frequent urination.§

3. 美國加州聖地牙哥台灣同鄉會:漫談糖尿病
糖尿病的英文是diabetes Mellitus,diabetes是虹吸管的意思,為什麼叫做虹吸管呢?
因為糖尿病會促使病人一直排尿,
身體的水分就像被虹吸管不斷排出體外一樣,所以叫作diabetes; 
Mellitus的意思是sweet as honey。
所以diabetes Mellitus就是指糖尿病病人會一直不斷的排尿,而病患的尿就像蜂蜜一樣的甜。

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