血糖値の負帰還調節：インスリンとグルカゴンBlood Glucose Negative Feedback: Insulin and Glucagon

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 糖を摂取して血糖値が上がったとき、すい臓から分泌されるのはインスリンとグルカゴンのどちらだと思いますか。その後、血糖値はどうなると思いますか。When blood glucose rises after eating sugar, which hormone do you think the pancreas releases: insulin or glucagon? What do you think happens to blood glucose after that?💡 体は血糖値を一定の範囲に保とうとします。上がりすぎたら、どちら向きに戻そうとするでしょうか。The body tries to keep blood glucose within a set range. If it goes too high, which way will the body try to push it back?
2. インスリンを分泌するはたらきが弱くなると、食後の血糖値の変化はどうなると思いますか。If the ability to release insulin becomes weak, how do you think blood glucose will change after a meal?💡 血糖値を下げるはたらきをもつホルモンが何種類あるか考えてみましょう。Think about how many hormones are able to lower blood glucose.

2動かしてみようTry it

1. ページを開くと「1回の糖摂取量」120 mg/dL相当、「β細胞のインスリン分泌能」100%で再生が始まり、5分で自動的に糖を摂取する。グラフの血糖値の変化、上部の「分泌中:」の表示、青い粒(インスリン)の動き、肝臓のグリコーゲン粒と%を約80分まで観察する。When the page opens, it starts playing with "Sugar per meal" at 120 mg/dL and "β-cell insulin output" at 100%, and a meal is eaten automatically at 5 min. Watch the blood glucose curve, the "Secreting:" display, the blue particles (insulin), and the liver's glycogen dots and % until about 80 min.
2. 「リセット」を押し、「β細胞のインスリン分泌能」を0%にしてから「糖を摂取」を押す。血糖値がどうなるかを約50分まで観察する。Press "Reset", set "β-cell insulin output" to 0%, then press "Eat sugar". Watch blood glucose until about 50 min.
3. 「リセット」を押し、分泌能を30%にして「糖を摂取」を押す。100%のときと比べて、正常域に戻るまでの時間を比べる。Press "Reset", set the output to 30%, and press "Eat sugar". Compare how long it takes to return to the normal range with the 100% case.
4. 「リセット」を押し、分泌能を100%に戻して「運動(糖消費)」を1回押す。血糖値が70 mg/dLを下回ったときの「分泌中:」の表示、赤い粒(グルカゴン)の行き先、グリコーゲンの%の変化を観察する。Press "Reset", set the output back to 100%, and press "Exercise (uses sugar)" once. When blood glucose drops below 70 mg/dL, watch the "Secreting:" display, where the red particles (glucagon) go, and how the glycogen % changes.

3確かめようCheck

1. 分泌能100%で120 mg/dL相当の糖を摂取したとき、血糖値は最高でどのくらいになり、その後どうなりましたか。With 100% output and a 120 mg/dL meal, about how high did blood glucose go, and what happened after that?→ 摂取後まもなく約195 mg/dLまで上がり、インスリンが分泌されて少しずつ下がり、約40分ごろ110 mg/dLを下回った。その後インスリンの分泌は止まり(「分泌中: なし」)、約90 mg/dLで安定した。Shortly after the meal it rose to about 195 mg/dL, then fell gradually as insulin was released, dropping below 110 mg/dL at around 40 min. Insulin release then stopped ("Secreting: none") and glucose settled at about 90 mg/dL.
2. インスリンが分泌されている間、肝臓のグリコーゲンと全身の細胞ではそれぞれ何が起きていましたか。While insulin was being released, what was happening in the liver (glycogen) and in the body cells?→ 肝臓ではグルコースがグリコーゲンとして蓄えられ、グリコーゲンの粒と%が増えた(約50%→約62%)。全身の細胞には血液中のグルコース(黄色の粒)が取り込まれた。In the liver, glucose was stored as glycogen, so the glycogen dots and % increased (about 50% → about 62%). The body cells took in glucose (yellow particles) from the blood.
3. 分泌能を0%にして糖を摂取すると、血糖値はどうなりましたか。30%のときはどうでしたか。What happened to blood glucose when you ate sugar with the output at 0%? What about at 30%?→ 0%ではインスリンが分泌されず、血糖値は約205 mg/dLの高い値のままほとんど下がらなかった。30%では下がりはしたが非常にゆっくりで、約90分たっても110 mg/dLより高かった。At 0% no insulin was released, and blood glucose stayed high at about 205 mg/dL, hardly falling at all. At 30% it did fall, but very slowly, and was still above 110 mg/dL even after about 90 min.
4. 運動で血糖値が下がったとき、どのホルモンがどの細胞から分泌され、どの器官ではたらきましたか。When exercise lowered blood glucose, which hormone was released, from which cells, and in which organ did it act?→ 血糖値が70 mg/dLを下回るとα細胞からグルカゴン(赤)が分泌されて肝臓に向かい、グリコーゲンが分解されて(約50%→約44%)グルコースが血液中に放出され、血糖値は約80 mg/dLまで回復した。When blood glucose fell below 70 mg/dL, α cells released glucagon (red), which travelled to the liver. Glycogen was broken down (about 50% → about 44%) and glucose was released into the blood, bringing it back to about 80 mg/dL.

4考えようThink further

1. このしくみが「負のフィードバック」と呼ばれるのはなぜですか。シミュレーションで見た変化を使って説明しよう。Why is this system called "negative feedback"? Explain using the changes you saw in the simulation.→ 血糖値が上がるとインスリンが分泌されて血糖値を下げ、下がるとグルカゴンが分泌されて上げるというように、変化とは逆向きにはたらく結果が元の分泌を弱めるから。正常域に戻るとどちらの分泌もほぼ止まり、血糖値が安定した。Because the result works against the change and then reduces the signal that caused it: high glucose triggers insulin, which lowers glucose, and low glucose triggers glucagon, which raises it. Once glucose returned to the normal range, both hormones almost stopped and the level stayed steady.
2. 血糖値を上げるホルモンはグルカゴンのほかにもあるのに、下げるホルモンはインスリンだけです。このことから、インスリンが十分にはたらかない糖尿病で高血糖が続く理由を考えよう。Several hormones besides glucagon can raise blood glucose, but insulin is the only one that lowers it. Use this to explain why high blood glucose continues in diabetes, when insulin does not work well enough.→ 血糖値を下げる手段がインスリンしかないため、インスリンの分泌やはたらきが不足すると、肝臓でのグリコーゲン合成や細胞へのグルコースの取り込みが進まず、他に代わるしくみがないので高血糖が続く。分泌能0%のシミュレーションで血糖値が高いまま下がらなかったのがこれに当たる。Because insulin is the only way to lower blood glucose, if its release or action is too weak, glycogen synthesis in the liver and glucose uptake by cells do not happen enough, and nothing else can take over, so high blood glucose continues. This is what the 0% output run showed, when glucose stayed high.

よくある誤解Common misconceptions

• 「インスリンもグルカゴンも常に分泌されて血糖値を調節している」という誤解。インスリンは血糖値が高いときに、グルカゴンは低いときに分泌され、正常域ではどちらの分泌もほとんど止まる。Misconception: "Insulin and glucagon are both released all the time." Insulin is released when glucose is high and glucagon when it is low; in the normal range, both are hardly released at all.
• 「インスリンは糖を分解して血糖値を下げる」という誤解。インスリンは肝臓でのグリコーゲン合成や細胞へのグルコースの取り込みを促して血糖値を下げる。Misconception: "Insulin lowers blood glucose by breaking sugar down." Insulin lowers it by promoting glycogen synthesis in the liver and glucose uptake into cells.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)