血糖値の測定；ヘモグロビンの非酵素的糖化

🧠 血糖測定は「グルコースオキシダーゼglucose oxidase グルコースオキシダーゼ（glucose oxidase）glucose oxidase（グルコースオキシダーゼ） で特異的に酸化し、生じた過酸化水素 hydrogen peroxide 過酸化水素（hydrogen peroxide） hydrogen peroxide（過酸化水素） を発色反応 chromogenic reaction 発色反応（chromogenic reaction） chromogenic reaction（発色反応） で検出する」酵素法 enzymatic assay 酵素法（enzymatic assay） enzymatic assay（酵素法） で読む。 空腹時血糖fasting blood glucose 空腹時血糖（fasting blood glucose）fasting blood glucose（空腹時血糖） は3.5〜5.5 mMの狭い範囲に保たれる。経口糖負荷試験oral glucose tolerance test (OGTT) 経口糖負荷試験（oral glucose tolerance test (OGTT)）oral glucose tolerance test (OGTT)（経口糖負荷試験） は複数時点の血糖推移をみる。一方、HbA1cHbA1c（glycated haemoglobin A1c）は血糖そのものではなく非酵素的糖化 Nonenzymatic glycation 非酵素的糖化（Nonenzymatic glycation） Nonenzymatic glycation（非酵素的糖化） の産物で、過去2〜3か月の平均血糖を反映する、まったく別の時間スケールの指標。診断ではこれらを並列の基準として使う。

空腹時血糖の基準範囲

12〜16時間絶食後の空腹時血糖 fasting blood glucose 空腹時血糖（fasting blood glucose） fasting blood glucose（空腹時血糖） は、健常人で 3.5〜5.5 mM（血漿）に保たれる。グルコースは1 mM＝18 mg/dLなので、おおよそ63〜99 mg/dLにあたる。狭い範囲での維持は、インスリン・グルカゴンなどのホルモン調節による（グリコーゲン動員glycogen mobilization グリコーゲン動員（glycogen mobilization）glycogen mobilization（グリコーゲン動員） と血糖調節、インスリン分泌insulin secretionインスリン分泌（insulin secretion）insulin secretion（インスリン分泌））。

• 基準範囲reference range 基準範囲（reference range）reference range（基準範囲） は検体・測定法・施設で少しずつ異なる。臨床の診断基準 diagnostic criteria 診断基準（diagnostic criteria） diagnostic criteria（診断基準） では、8時間以上カロリー摂取が無い状態を「空腹」と定義する¹。

グルコースオキシダーゼ法

日常検査routine diagnostics 日常検査（routine diagnostics）routine diagnostics（日常検査） で広く使われる酵素法 enzymatic assay酵素法（enzymatic assay） enzymatic assay（酵素法）。特異性の高いグルコースオキシダーゼglucose oxidaseグルコースオキシダーゼ（glucose oxidase）glucose oxidase（グルコースオキシダーゼ）を利用する。

flowchart TD
  AG["α-D-グルコース"] <-->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='mutarotase'>ムタロターゼ</span><br>（自然の変旋光も起こる）"| BG["β-D-グルコース"]
  BG -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose oxidase'>グルコースオキシダーゼ</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='flavin adenine dinucleotide'>FAD</span>・O₂<br>β-アノマーに特異的"| GL["D-グルコノ-δ-ラクトン"]
  BG -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glucose oxidase'>グルコースオキシダーゼ</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='flavin adenine dinucleotide'>FAD</span>・O₂"| HP["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hydrogen peroxide'>過酸化水素</span> H₂O₂<br>グルコースと<span class='jp-term jp-term-diagram' title='stoichiometric'>化学量論的</span>に等量"]
  GL -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='spontaneous hydrolysis'>自発的加水分解</span>"| GA["D-グルコン酸"]
  HP -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='peroxidase'>ペルオキシダーゼ</span><br>→ H₂O"| DYE["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='quinone'>キノン</span>イミン色素<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='absorbance'>吸光度</span>の上昇 ∝ グルコース濃度"]
  AAP["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='4-aminoantipyrine'>4-アミノアンチピリン</span>＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phenol'>フェノール</span><br>（色素原）"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='peroxidase'>ペルオキシダーゼ</span><br>→ H₂O"| DYE

💡 なぜグルコースオキシダーゼ法 glucose oxidase method グルコースオキシダーゼ法（glucose oxidase method） glucose oxidase method（グルコースオキシダーゼ法） が優れているか。 グルコースオキシダーゼglucose oxidase グルコースオキシダーゼ（glucose oxidase）glucose oxidase（グルコースオキシダーゼ） は基質特異性 substrate specificity 基質特異性（substrate specificity） substrate specificity（基質特異性） が非常に高いため、他の還元糖 reducing sugar 還元糖（reducing sugar） reducing sugar（還元糖） に妨害されにくい。生成する過酸化水素 hydrogen peroxide 過酸化水素（hydrogen peroxide） hydrogen peroxide（過酸化水素） の量はグルコース濃度に化学量論的 stoichiometric 化学量論的（stoichiometric） stoichiometric（化学量論的） に比例するため、発色反応chromogenic reaction 発色反応（chromogenic reaction）chromogenic reaction（発色反応） の吸光度 absorbance 吸光度（absorbance） absorbance（吸光度） からグルコース濃度を正確に定量できる。酵素がβ-アノマーだけを酸化するので、溶液中のα-アノマーをβへ変えるムタロターゼ mutarotase ムタロターゼ（mutarotase） mutarotase（ムタロターゼ） が反応を速く完了させる。

経口糖負荷試験

糖負荷後の血糖推移を複数時点で測定して耐糖能 glucose tolerance 耐糖能（glucose tolerance） glucose tolerance（耐糖能） を評価する。

• 診断用の試験では、無水ブドウ糖75 g相当を水に溶かして飲ませる（WHOWHO（World Health Organization）の方法）¹。
• 実習では負荷前（0分）と30・60・90・120分に採血して曲線を描く。診断で重視されるのは空腹時値と負荷後2時間値である（糖尿病・血糖）。

糖尿病の診断基準

米国糖尿病学会の基準では、非妊娠者の糖尿病を次のいずれか1つで診断する²。

• ⚠️ 1回の異常値だけで確定しない。 高血糖クリーゼhyperglycemic crisis 高血糖クリーゼ（hyperglycemic crisis）hyperglycemic crisis（高血糖クリーゼ） のような明白な高血糖が無ければ、同時に採った異なる2つの検査（例：HbA1cと空腹時血糖 fasting blood glucose空腹時血糖（fasting blood glucose） fasting blood glucose（空腹時血糖））か、同じ検査の2時点で、2つの異常値をそろえる²。
• 糖尿病域に届かない中間域は前糖尿病Prediabetes前糖尿病（Prediabetes）Prediabetes（前糖尿病）として別に扱う。日本糖尿病学会の判定区分（正常型・境界型・糖尿病型）との違いは血糖のノートにまとめてある。

非酵素的糖化とHbA1c

グリケーションglycationグリケーション（glycation）glycation（グリケーション）は、糖が非酵素的 non-enzymatic 非酵素的（non-enzymatic） non-enzymatic（非酵素的） にタンパク質のアミノ基 amino group アミノ基（amino group） amino group（アミノ基） に付加する反応で、酵素が糖鎖 glycan (sugar chain) 糖鎖（glycan (sugar chain)） glycan (sugar chain)（糖鎖） を付けるグリコシル化glycosylation グリコシル化（glycosylation）glycosylation（グリコシル化） とは区別される。

flowchart TD
  GLC["グルコース<br>（開鎖型の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldehyde group'>アルデヒド基</span>）"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='non-enzymatic'>非酵素的</span>・可逆<br>脱水<span class='jp-term jp-term-diagram' title='condensation'>縮合</span>（H₂O が外れる）"| SB["シッフ塩基（アルジミン）<br>不安定型<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycated haemoglobin A1c'>HbA1c</span>"]
  VAL["ヘモグロビン<span class='jp-term jp-term-diagram' title='beta chain'>β鎖</span>N末端<span class='jp-term jp-term-diagram' title='valine'>バリン</span>の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='amino group'>アミノ基</span>"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='non-enzymatic'>非酵素的</span>・可逆<br>脱水<span class='jp-term jp-term-diagram' title='condensation'>縮合</span>（H₂O が外れる）"| SB
  SB -->|"アマドリ転位<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='non-enzymatic'>非酵素的</span>・ほぼ不可逆"| KA["ケトアミン（アマドリ化合物）<br>安定型<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycated haemoglobin A1c'>HbA1c</span>"]

• 赤血球では、一部のヘモグロビンがβ鎖 beta chain β鎖（beta chain） beta chain（β鎖） N末端で非酵素的 non-enzymatic 非酵素的（non-enzymatic） non-enzymatic（非酵素的） にグリケーション glycation グリケーション（glycation） glycation（グリケーション） され、HbA1cを生じる。
• 最初のシッフ塩基形成は可逆で、血糖が下がれば戻りうる。アマドリ転位後のケトアミンはほぼ戻らず、赤血球が壊れるまで残る。
• 生成量は血中グルコース濃度と、赤血球がその濃度にさらされた時間に依存する。
• 赤血球の平均寿命 mean lifetime 平均寿命（mean lifetime） mean lifetime（平均寿命） は約120日 → HbA1c値（%）は過去約2〜3か月の平均血糖の指標になる。

⭐ HbA1cは「点」でなく「面」を見る指標。 一回の血糖測定はその瞬間の値だが、HbA1cは過去およそ2〜3か月の平均血糖を反映し、糖尿病治療の長期的な管理指標となる。ただし血糖変動や低血糖は反映しにくく、貧血・血色素hemoglobin 血色素（hemoglobin）hemoglobin（血色素） 異常・赤血球寿命異常altered red blood cell lifespan 赤血球寿命異常（altered red blood cell lifespan）altered red blood cell lifespan（赤血球寿命異常） では解釈に注意する³。

終末糖化産物と病態

持続的高血糖sustained hyperglycemia 持続的高血糖（sustained hyperglycemia）sustained hyperglycemia（持続的高血糖） （未治療の糖尿病）では、Hbだけでなく他の多くのタンパク質・脂質もグリケーション glycation グリケーション（glycation） glycation（グリケーション） され、終末糖化産物advanced glycation end products (AGEs)終末糖化産物（advanced glycation end products (AGEs)）advanced glycation end products (AGEs)（終末糖化産物）（AGE）を生じる。

flowchart TD
  AM["アマドリ化合物<br>（コラーゲンなど長寿命タンパク質上）"] -->|"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='non-enzymatic'>非酵素的</span><br>酸化・脱水・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fragmentation'>断片化</span><br>数週〜数か月かけて進む"| AGE["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='advanced glycation end products (AGEs)'>終末糖化産物</span> AGE<br>タンパク質間の架橋を含む"]

• 細胞外マトリックスタンパクextracellular matrix protein 細胞外マトリックスタンパク（extracellular matrix protein）extracellular matrix protein（細胞外マトリックスタンパク） のAGE化・架橋形成cross-link formation架橋形成（cross-link formation）cross-link formation（架橋形成） → 基底膜の構造変化 conformational change 構造変化（conformational change） conformational change（構造変化） と血管障害に寄与。
• コラーゲンの架橋増加 → 血管壁肥厚vascular wall thickening血管壁肥厚（vascular wall thickening）vascular wall thickening（血管壁肥厚）、LDLLDL（low-density lipoprotein）粒子の捕捉 → 動脈硬化リスク上昇。
• AGEsAGEs（advanced glycation end products）は細胞表面受容体 cell surface receptor 細胞表面受容体（cell surface receptor） cell surface receptor（細胞表面受容体） （RAGERAGE, receptor for advanced glycation end products）に結合 → マクロファージ・内皮細胞の炎症経路活性化 → 内皮機能障害endothelial dysfunction内皮機能障害（endothelial dysfunction）endothelial dysfunction（内皮機能障害）。

⚠️ AGEsは糖尿病の血管合併症 vascular complication 血管合併症（vascular complication） vascular complication（血管合併症） に関わる重要な機序の一つ。 高血糖で増加したAGEsは、細胞外マトリックスextracellular matrix (ECM) 細胞外マトリックス（extracellular matrix (ECM)）extracellular matrix (ECM)（細胞外マトリックス） の架橋形成 cross-link formation 架橋形成（cross-link formation） cross-link formation（架橋形成） とRAGEを介する酸化ストレス oxidative stress酸化ストレス（oxidative stress） oxidative stress（酸化ストレス）・炎症によって、血管障害や動脈硬化の進展に寄与する⁴。

まとめ

• 空腹時血糖fasting blood glucose 空腹時血糖（fasting blood glucose）fasting blood glucose（空腹時血糖） は3.5〜5.5 mMに維持。グルコースオキシダーゼ法glucose oxidase method グルコースオキシダーゼ法（glucose oxidase method）glucose oxidase method（グルコースオキシダーゼ法） （ムタロターゼmutarotase ムタロターゼ（mutarotase）mutarotase（ムタロターゼ） でβ-アノマーを供給→グルコースオキシダーゼ glucose oxidase グルコースオキシダーゼ（glucose oxidase） glucose oxidase（グルコースオキシダーゼ） で過酸化水素 hydrogen peroxide 過酸化水素（hydrogen peroxide） hydrogen peroxide（過酸化水素） →ペルオキシダーゼ peroxidase ペルオキシダーゼ（peroxidase） peroxidase（ペルオキシダーゼ） で発色）で特異的に定量する。
• 経口糖負荷試験oral glucose tolerance test (OGTT) 経口糖負荷試験（oral glucose tolerance test (OGTT)）oral glucose tolerance test (OGTT)（経口糖負荷試験） は無水ブドウ糖75 g相当を負荷し、0・30・60・90・120分の血糖推移で耐糖能 glucose tolerance 耐糖能（glucose tolerance） glucose tolerance（耐糖能） を評価。診断では空腹時値と2時間値を使う。
• 糖尿病の診断はHbA1c 6.5%以上、空腹時126 mg/dL以上、負荷2時間値200 mg/dL以上、症状を伴う随時200 mg/dL以上のいずれか。明白な高血糖が無ければ2つの異常値で確定する。
• HbA1cは非酵素的 non-enzymatic 非酵素的（non-enzymatic） non-enzymatic（非酵素的） グリケーション glycation グリケーション（glycation） glycation（グリケーション） （シッフ塩基→アマドリ転位→ケトアミン）の産物で、赤血球寿命red blood cell lifespan 赤血球寿命（red blood cell lifespan）red blood cell lifespan（赤血球寿命） （約120日）から過去2〜3か月の平均血糖を反映する。
• 高血糖はAGEs（終末糖化産物advanced glycation end products (AGEs)終末糖化産物（advanced glycation end products (AGEs)）advanced glycation end products (AGEs)（終末糖化産物））を生み、基底膜傷害・血管壁肥厚vascular wall thickening血管壁肥厚（vascular wall thickening）vascular wall thickening（血管壁肥厚）・RAGE経由の炎症を介して糖尿病血管合併症 vascular complication 血管合併症（vascular complication） vascular complication（血管合併症） に寄与する。