第二类糖尿病的日益严峻的挑战

2型糖尿病是现代最紧迫的公共卫生挑战之一。 国际糖尿病联合会指出,2021年,全世界约有5.37亿成年人患有糖尿病,预测表明到2045年这一数字会上升到7.83亿。 绝大多数病例是2型糖尿病,其特点是胰岛素耐受和β细胞功能不良。 尽管诸如不活动、饮食不良和肥胖等生活方式因素都是公认的风险因素,但越来越多的证据表明了特定微量营养素在调和代谢健康方面的作用。 其中,钙和维生素D不仅在骨代谢中扮演了古典角色,而且对糖素调节和糖尿病预防的潜在协同效应也引起了极大关注。

最近的科学调查显示,这两种营养物质协同运作,影响与糖尿病病原有关的多种生理途径。 它们对胰岛素分泌、胰岛素敏感度和系统性炎症的综合影响表明,两种营养物质的摄取量的优化可能代表了在人口层面降低糖尿病风险的可行而低成本的战略。 本条审查了钙-维生素D协同的机械基础,审查了支持其在糖尿病预防中作用的临床证据,并为达到最佳营养状态提供了实用的指导。

钙的元道基金会

钙是人体中最丰富的矿物,大约99%储存在骨骼和牙齿中。 然而,其余的1%在血液和细胞中循环,其信号功能远远超出骨骼完整性。 钙离子在细胞通信中充当通用的第二信使,调节肌肉收缩、神经递质释放和激素分泌等不同过程。 在葡萄糖代谢中,钙具有一些不同和基本的作用。

钙和胰岛素

钙和胰岛素释放的关系是葡萄糖顺势活性化的基础. 胰腺β细胞依赖钙入入血来引发含胰岛素的颗粒体出血. 葡萄糖通过GLUT2运输器进入β细胞后会进行甘化和氧化磷化,生成ATP. 由此产生的ATP--ADP比的升高会关闭ATP-敏感钾通道,使细胞膜去极化. 脱极化会打开由电压加成的钙通道,使钙能冲入细胞. 细胞内钙浓度的升高会引发胰岛素球体与血浆膜的聚变,使胰岛素释放入血流.

这种依赖钙的机制意味着钙的不足会损害胰岛素分泌. 研究表明细胞外钙浓度低会降低孤立的β细胞所释放出葡萄糖刺激胰岛素,而钙通道阻塞器则会减弱胰岛素反应. 在人类中,流行病学数据将低膳食钙摄入量与胰岛素分泌能力降低联系起来,这表明长期边缘缺乏可能会随着时间的推移而损害β细胞功能.

钙和胰岛素敏感性

除了胰岛素分泌之外,钙还影响外周组织胰岛素的敏感性. 胰岛素在骨骼肌肉和脂肪组织中的信号涉及钙依赖步骤,包括将GLUT4葡萄糖运输器移到细胞表面. 细胞内钙含量必须严格调节,以达到胰岛素的最佳作用;缺陷和过量都可能干扰信号通路.

钙还可能通过对维生素D代谢的影响和对二聚体的直接作用来调节胰岛素的敏感性. 在脂肪组织中,钙调节了与脂肪酸分泌和脂肪酸分泌有关的基因表达. 钙摄入量较高与粘膜二聚体减少和循环水平降低有关,两者都提高了胰岛素的敏感性. 机械研究认为钙抑制了副甲状腺激素的产生,当升高会促进脂肪积累和胰岛素抗药性.

维生素D 超越骨质健康

维生素D是一种可溶于脂肪的固醇,其作用是激素而不是传统的维生素. 它在钙吸收和骨矿化中的经典作用已经确立,但是在体内几乎每一个组织中发现维生素D受体都促使人们对其多生性效应进行调查. 胰腺β细胞,免疫细胞,肌肉组织,二聚体都表达了维生素D受体(VDR)和将循环25-羟基维特敏D转化为活性形态所需的酶,1,25-二羟基维特敏D. 这种广泛的表达表明维生素D会产生局部,自体,和远超自体固态的伞状活性效应.

维生素D和葡萄糖代谢

实验证据表明维生素D直接能增强β细胞功能. 活性形式的维生素D会与β细胞中的VDR结合,调节与胰岛素合成和分泌有关的基因表达. 维生素D还调节了钙结合蛋白的表达,促进钙入β细胞,从而将维生素D状态与依赖钙的胰岛素分泌相配合. 在动物模型中,维生素D缺乏会损害糖刺激胰岛素释放,而补充作用则会恢复.

在外围组织中,维生素D通过激活VDR介导信号途径来增强GLUT4表达和转位来提高胰岛素的灵敏度. 维生素D还使胰岛素受体下蛋白的表达得到提高,而这些受体对下游胰岛素信号至关重要. 此外,维生素D还使过氧化活性活性活性受体(PPARs),调节脂质代谢和胰岛素敏感度的核受体活性发生调节. 这些多机制有助于观测研究中观察到的维生素D的充分状态与改进的甘油控制之间的联系.

抗炎和免疫机能丧失效应

慢性低等炎症是胰岛素抗药性与2型糖尿病的特征. 维生素D通过抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和间列克金-6(IL-6)等亲炎细胞的产生,同时促进中列克因-10等抗炎介质的释放,产生强烈的抗炎效果. 维生素D还通过在腺细胞和宏观细胞中推广过敏性苯基,降低导致β-细胞功能障碍和胰岛素抗药性的炎性病情来调节免疫系统.

流行病学研究一直表明,血清25-羟基维他明D含量较高的个人的炎症标记浓度较低,对维生素D补充剂的临床试验表明,在CRP和其他炎症生物标记中,特别是在基线中缺乏维生素D的个人中,已减少这些抗炎作用,可能促成未来组群研究中观察到的维生素D与糖尿病风险之间的保护联系。

钙与维生素D之间的协同关系

钙和维生素D之间的协同概念根植于它们相互依存的生理功能. 维生素D是高效地肠道吸收钙的必要条件;没有充足的维生素D,膳食钙吸收量会大幅下降,导致甲状腺激素的补偿性增加,从而可以产生不利的代谢后果. 反之,钙是将维生素D转化为活性形态和VDR所引导的信号正常运行所必须的. 这种双向关系意味着没有其他营养素的代谢效应无法被完全实现.

通过联合行动加强胰岛素的分泌

对胰岛素分泌的协同效应尤其有文献记载. 维生素D使β细胞中钙通道和钙结合蛋白的表达得到调节,提高了胰岛素分泌机械对钙信号的敏感性;同时,充足的钙可用性确保了分泌反应在糖激反应发生时强健;对人岛细胞的研究表明,与1,25-二羟基维他明 D和钙结合处理产生的胰岛素分泌反应比单营养素都大,直接证明了细胞层面的协同效应.

扩大对炎症和胰岛素抗药性的影响

维生素D的抗炎效果因钙的适足状态而得到增强. 钙本身已被证明可以降低二聚体和巨噬细胞的氧化应激和炎症信号. 结合维生素D,抑制NF-kB活化和下游炎症基因表达更加明显. 这种综合抗炎效应可能解释为什么研究共同研究两种营养物质往往显示出比仅研究任何一种营养物质更能降低糖尿病风险的关联性.

钙和维生素D也一起工作来调节准甲状腺激素水平. 高血压PTH与胰岛素耐受性,代谢综合征,糖尿病风险增加等有独立关联. 钙和维生素D的摄取量均能抑制PTH分泌,从而降低其对葡萄糖代谢的有害影响. 这是协同结合改善代谢健康的另一个机制,超越了营养素的单个目标.

审查临床证据和研究结果

过去20年来,支持钙和维生素D在糖尿病预防中发挥作用的流行病学和干预证据大量积累,虽然并非所有研究都取得了一致的结果,但总体模式支持保护性联系,特别是当两者的营养物质都放在一起考虑时。

观察研究

大型预期群体研究一直报告钙和维生素D综合摄入量与2类事件糖尿病之间的反相;护士健康研究20年来跟踪了83 000多名妇女;该研究发现,钙和维生素D综合摄入量最高的妇女患2类糖尿病的风险比摄入量最低的妇女低33%;妇女健康倡议和欧洲癌症和营养预测调查(EPIC)也报告过类似的结果,尽管风险降低的程度因人口和基线营养状况而异。

跨部门研究还表明,血清25-羟基维他明D水平较高、饮食钙摄入量较高者往往具有更好的胰岛素敏感性、更低的禁食葡萄糖和较低的HbA1c水平。 这些关联在对包括年龄、体质指数、身体活动和整体饮食质量在内的混血者进行调整后继续存在,这表明了一种独立的保护效果。

干预审判

对钙和维生素D补充的随机控制试验产生了好坏参半的结果,反映了研究设计、维生素D基线状况、钙摄入量和结果措施方面的差异。 一些试验显示胰岛素敏感度和葡萄糖禁食量都显著提高,特别是在维生素D基线水平低或葡萄糖耐受性有缺陷的人群中。糖尿病预防方案发现,维生素D含量较高的参与者发展为糖尿病的风险较低,尽管补充本身在试验中并未进行测试。

现有试验的元分析显示,结合钙和维生素D补充物会适度地减少糖的禁食,提高胰岛素敏感性,在维生素D不足、有先糖尿病或饮食中钙摄入量低的个人中观察到更大的好处。 重要的是,在不确保充分钙摄入的情况下单独补充维生素D的试验一般显示出较弱的效果,这与协同假设一致。 妇女保健倡议的钙-维生素D试验每天使用1000毫克钙加400IU维生素D,报告在坚持者中糖尿病发病率呈下降的趋势,但总体结果没有达到统计意义。

人类机械学研究

受控代谢研究为综合效应提供了机械化的洞察力,在静脉注射糖耐性测试中,显示短期用钙和维生素D补充胰岛素分泌,在两种营养物得到优化后,通过超营养-糖分泌夹技术测量出胰岛素敏感性,并降低肝糖分泌率,这些发现证实细胞培养和动物模型所观察到的协同效应会转化为人类生理.

最佳摄入量和饮食来源

实现钙和维生素D的摄入对于实现它们的潜在代谢效益至关重要。 推荐的摄入量因年龄、性别和生命阶段而异,但一般准则为大多数成年人提供了一个有用的框架。

建议每日摄入量

对于大多数19-50岁的成年人来说,建议给钙的饮食补贴是每天1000毫克,50岁以上的妇女和70岁以上的男子每天增加为1200毫克。 对维生素D的推荐给19-70岁的成年人每天600 IU(15 mcg),70岁以上的成年人每天800 IU(20 mcg),不过,许多专家认为,用于代谢健康的维生素D最佳摄入量可能需要更高的摄入量,特别是在受太阳照射有限的个人。 Serum 25-羟基维他明D水平(75-125 nmol/L)一般认为,对于非骨骼利益来说,这种水平是适当的,不过,关于最佳水平的共识仍在演变。

食物来源

钙的饮食来源包括牛奶、酸奶和起司等乳制品,这些产品提供了大量生物可获取的钙. 非乳制品来源包括强化的植物奶和汁,用硫酸钙制成的豆腐,用沙门和沙丁鱼等骨头制成的罐装鱼,叶绿蔬菜如甘蓝,领绿等花果,以及杏仁和芝麻种子等,值得注意的是,一些高含钙的蔬菜还含有能减少吸收的氧化物或花生,因此仅仅依靠植物来源可能需要更高的总摄入量才能满足需求.

肉素D自然存在于相对较少的食物中。 肉素D是最佳来源,如鲑鱼、 ⁇ 鱼和沙丁鱼,还有鳕鱼肝油、牧母鸡的蛋黄和紫外线暴露蘑菇。 许多国家都要求用维生素D强化牛奶、早餐谷物和一些乳制品替代品。 阳光照射仍然是许多人最有效的来源,每周暴露皮肤上10-30分钟的午后阳光通常足够生活在中纬度的浅皮人使用,但季节、纬度、皮肤涂料和日照剂的使用等因素对合成有重大影响。

补充考虑

对于仅靠饮食和阳光照射无法满足需要的个人,补充剂是一种可靠的替代品。 钙补充剂作为碳酸钙和柑橘酸钙可以提供;前者价格较低,每剂含有更多的元素钙,但需要胃酸来吸收,后者则更能吸收到空胃上,对老年人或服用能减少酸的药物的人来说可能更好。维生素D补充剂通常含有维生素D2(ergocalciferol)或维生素D3(cholecalciferol),D3在提高和维持血清水平方面更有效。

混合补充方法可能有利于协同,尽管单独的补充剂允许更灵活的剂量。 许多多维他命和骨质健康配方在支持吸收的剂量中都含有钙和维生素D。 必须指出,钙的吸收在大约500毫克或更低的剂量下是饱和的,因此每日总摄入量应分为两剂或多剂,以进行最佳吸收。 由于肾结石和血管钙化等潜在风险,应避免过度的钙补充(超过每日所有来源的2000-2500毫克 ) 。

减少糖尿病风险的实用战略

将钙和维生素D优化纳入糖尿病综合预防计划需要关注饮食、生活方式,并在必要时进行补充。 以下战略为寻求降低糖尿病风险的个人提供了一个实用框架。

饮食方法

将含钙丰富的食物放在每餐的优先地位有助于分配全天的摄入量。 早餐加牛奶或酸奶加固燕麦会促进早期钙,而午餐则可能包括用杏仁和沙丁鱼加甘蓝沙拉,晚餐可以以西兰花和鲑鱼为特色。 包括奶制品或加固替代食品,通常每餐提供300-400毫克的钙,使大多数成年人能够满足日常三餐的需要。

维生素D每周两次加入脂肪鱼,选择强化奶和谷物,将鸡蛋纳入饮食,这为人们提供了基础。 在日光照射有限(特别是在高纬度和冬季)的几个月里,补充剂变得更加重要。 一些专家建议,生活在纬度35度以北的成年人全年考虑维生素D补充剂,特别是那些皮肤更暗或努力避日的人。

生活方式整合

除了饮食之外,维他命D合成和钙代谢的生活方式因素还包括常规的室外体育活动,这可以促进阳光照射,提高胰岛素的敏感性。 体重运动还刺激骨骼再生,并可能改善钙的利用率。 保持健康的体重至关重要,因为过度消化,特别是粘性脂肪,会促进炎症和胰岛素的抗药性,同时会抑制维生素D并降低其生物利用率。

避免过量的酒精消费和吸烟既能支持维生素D代谢又能支持整体代谢健康. 酒精可以干扰维生素D活化和钙吸收,而吸烟会降低骨密度并增加氧化应激. 充足的睡眠和应激调控也会影响胰岛素的敏感性并可能通过激素途径影响营养代谢.

监测和测试

对于因家庭历史、肥胖、糖尿病前期或其他因素而面临糖尿病高发风险的个人,测试血清25-羟基维他明D水平为补充提供了客观指导。 低于20纳克/毫升(50纳克/升)的水平表明需要迅速纠正,而20-30纳克/毫升之间的水平被认为不足以实现最佳代谢健康。 补充3-4个月之后的重新测试可以调整剂量,以达到目标水平。

钙状况更难通过常规血液测试来评估,因为血清钙受到严格调控,不能反映饮食摄入量。 全面的饮食评估,既考虑到食物来源,又考虑到补充剂,提供了最实际的评价。 医疗保健提供者也可以评估诸如乳糖不耐受,素食,或影响吸收的条件等可能损害钙状况的风险因素。

特别人口和考虑

由于需求增加或缺乏风险增加,某些群体需要特别关注钙和维生素D状况,经后妇女骨骼丧失加速,钙要求较高;在观察研究中,她们还显示出维生素D状况与代谢健康之间的一些最强联系;老年人普遍降低维生素D合成能力并可能减少饮食钙摄入量,使她们在骨质疏松和代谢功能障碍方面面临更大的风险。

皮肤更暗的人需要更长时间地晒出与皮肤更浅的人相比的等量维生素D,使他们面临更大的缺乏风险,特别是在更高的纬度地区。 这可能导致某些种族和族裔群体中观察到的2型糖尿病发病率更高,尽管社会经济和生活方式因素也起了重要作用。 维加斯人和乳糖不耐症或乳腺过敏者可能会在不精心进行饮食规划或强化食品的情况下,努力满足钙需要。

肥胖症患者的维生素D流通水平较低,原因是脂肪组织固存和体积稀释,需要更高的补充剂量才能达到足够的血清水平。 此外,与肥胖有关的炎症可能会增加维生素D的更替量。 体重损失本身会提高维生素D状态和胰岛素的敏感性,在与充足的营养摄入物结合时会产生正反馈循环。

结论

钙和维生素D之间的协同作用是糖尿病预防的有力途径,这是可获得的、成本效益高的,并且有越来越多的机械和临床证据支持。 这两个营养物质在多个层面合作,以提高胰岛素分泌、提高胰岛素敏感度、减少炎症并抑制促进胰岛素抗药性的代谢激素。 虽然补充研究并不总是能产生一致的结果,但最有力的证据有助于确保两种营养物质同时充分摄入,特别是在处于非最佳状态的人群中。

食品第一方法强调钙富乳或强化替代品、脂肪鱼、叶绿和明智的阳光照射,为最佳摄取奠定了基础。 补充可以在饮食和环境来源不足时弥补缺口,同时配以配方,为需要营养物质的人提供方便。 与任何营养战略一样,基于基线状况、饮食模式和健康状况的个性化至关重要,与医护人员协商确保安全有效的实施。

全球2型糖尿病负担持续增加,要求制定综合预防战略,利用所有可用的工具。 优化钙和维生素D摄入量是辅助身体活动、体重管理和整体饮食质量的简单而实际的干预。 通过理解和利用这些营养物质之间的协同关系,个人和医疗提供者可以采取有意义的步骤来降低糖尿病风险,改善整个生命周期的代谢健康。

为了进一步解读维生素D在代谢健康中的作用,国家饮食补充卫生局研究所提供了全面的概况介绍。美国糖尿病协会[提供了糖尿病预防和管理循证指南。来自内分泌学会的临床实践指南涉及维生素D测试和补充各种人群。世界卫生组织[维持全球糖尿病监测数据和预防建议。对于寻求详细机械研究的研究人员,PubMed数据库 载有关于钙、维生素D和葡萄糖代谢的广泛文献。