日本专家谈“数理糖尿病”之①：什么叫“数理糖尿病”？

明舞中央病院院长

特定医療法人明仁会 数理糖尿病学研究室室長 田原保宏

糖尿病内科主任医师

東京大学工学博士、大阪大学医学博士、日本内科学会認定医、日本糖尿病学会専門医

欢迎来到"数理糖尿病"的世界!

这里是使用数学方法研究糖尿病的实验室

我们正在做有关糖尿病的最精确的数学研究

在医学研究中，通常专注于使用统计方法分析诊断和治疗的有效性。但我们不进行统计分析，我们是从数学上对生理状况进行分析。我一直在做研究，获得了各种有趣的结果，并且已经在学术会议上提出了对临床有用的结果。但是，从研究者的角度来看，我认为数学研究方法本身比研究中获得的单个结果更有趣和新颖。由于我们进行的研究方法是基于数学分析的，因此对于没有接受过理工科专业教育的人来说，都很难正确理解。另一方面，关于医学意义，如果不是糖尿病专家，也可能难以理解这些观点。我们的研究越新颖，在临床学会中发表的内容就越难以让很多人理解。但是，为了让更多的人知道还存在一种与普通医学研究完全不同，更加有趣的研究，我们启动了“数理糖尿病”研究室。希望会有人感兴趣。

什么是“数理糖尿病”?

“数理糖尿病”是我创建的一种使用数学方法研究糖尿病的领域。从1990年开始对HbA1c进行临床研究。当时，HbA1c的临床实用性已经基本确立，但其生理学作用尚不十分明确。我们通过对HbA1c的产生和代谢机制进行建模和数学分析，阐明了HbA1c与过去血糖之间的关系。以此成功为契机，我又用数学方法继续研究了与HbA1c相关的各种问题，并逐渐形成了“数理糖尿病”。

【HbA1c】：指的是糖化血红蛋白。

糖化血红蛋白(GHb)：是红细胞中的血红蛋白与血清中的糖类相结合的产物。是衡量血糖控制的金标准，也是诊断和管理糖尿病的重要手段。在糖尿病治疗中，糖化血红蛋白水平对评价血糖总体控制、发现治疗中存在的问题以及指导治疗方案均有重要的临床意义。由HbA1a、HbA1b、HbA1c组成,其中HbA1c约占70%,且结构稳定,因此被用作糖尿病控制的监测指标。

这些研究成果对于临床的有效性已经在《日本糖尿病学会》上进行了发表。其中最大的成果是，用一种称为“数学糖尿病”的新思维方式研究了与糖尿病有关的各种问题。然而，许多研究内容需要高等数学知识，这在临床学术中很难被理解。

从2020年1月起，我们开始在“日经医学在线”(Internet杂志)上发表一系列有关“数理糖尿病”的文章。我想通过最基本的知识来告诉大家有关内容并理解它们，而非使用复杂的数学公式。另外，我不仅要传达这项研究中获得的临床有用的结果，而且还要传达这项研究本身的乐趣。

从一名理工科研究人员到医生的转变

首先，我先讲述一下创建“数理糖尿病”的经过。我于1967年毕业于东京大学工程学系应用物理学。这是一个旨在培养研究人员的系，1964年才开设。没有特殊的专业，只是学习物理，数学等今后研究所需的学科。

毕业后，我进入研究生学院，专攻实验物理学。从复制以往的实验中开始进行研究。但是，在汇集大量数据后，出现了一个用传统理论无法解释的未知的现象，而我们需要把它搞清楚。结果，我们成功的构建了一个新模型，并进行了数学分析，并写出了论文。就是在这个时候，我第一次学习了建模和数学分析。

研究生毕业后，我在富士通的中央研究所就职。那个时候，中央研究所蓬勃发展，各家公司竞相设立中央研究所并招募研究人员。而富士通公司找到了我。建模和数学分析对我在富士通的那段研究非常有帮助。

在富士通的研究持续了5年，家人劝我尝试去大阪大学进修医师。虽然医学对我来说是个陌生的世界，但它引起了我的兴趣，我便开始了大阪大学医学院的三年学习生活。这是我第二次开始学习生活，但是这次不同，学习内容非常有趣，让我体会到了医学的魅力。

医学院毕业后，我加入了糖尿病研究室进修了一年。在这里我接受了糖尿病专业医生的培训，

进行了胰高血糖素的研究，并取得了医学博士的学位。之后转到了现在的明舞中央病院，做了一名糖尿病内科的医生，开始研究HbA1c和糖化白蛋白之间的关系。当初在工程学院学习的理科知识对现在的临床和研究都有很大的帮助。虽然一边做医生一边做研究很辛苦，但是临床的疲劳可以被研究治愈。研究对我来说，不可或缺。

【胰高血糖素】(glucagon)：亦称胰增血糖素或抗胰岛素或胰岛素B。它是伴随胰岛素由脊椎动物胰脏的胰岛α细胞分泌的一种激素。与胰岛素相对抗，起着增加血糖的作用。

【糖化白蛋白】(Glycated Albumin，GA)： 可以反映糖化血清蛋白的总体水平。反映过去2-3周平均血糖水平的一项指标。比血糖检测“金标准”糖化血红蛋白的反映周期要短一些。因此，GA在治疗效果的确认以及临床用药量的调整方面比A1c具有优势。

HbA1c的“数理糖尿病”研究

1990年前后，我开始研究HbA1c和糖化白蛋白。这两项都是必不可少的糖尿病临床检查。但是目前仍存在许多未解决的问题。首先，最基本的问题就是：“HbA1c反映的是什么时期的血糖水平?”

当时绝大多数文献都指出：“HbA1c反映一个月前的血糖”。理由是观察到“通过检测HbA1c与之前血糖之间的关联性时，发现它与一个月前的血糖相关性最佳”。但是，一个月前的血糖意味着什么?是一个月前某一天的血糖?还是一个月前几天里的血糖?对于这样的问题，如果没有适当的答案，就会说“ HbA1c代表一个月前的血糖。”

红细胞中血红蛋白在生成时并没有被糖化。当它流经血液时，与血液中的葡萄糖结合后，生成了糖化血红蛋白。每天产生的糖化血红蛋白逐渐积聚在红细胞中，当红细胞的寿命在120天后到期时，它会与红细胞一起被血液清除。这就是糖化血红蛋白生成和代谢的过程。因此，HbA1c应该反映的是过去120天内的平均血糖水平。

从这个角度出发，我们对HbA1c的描述持怀疑态度，开始全面研究HbA1c和血糖的关系。随着研究的深入，我们建立了血液中糖化血红蛋白的生成代谢的数学模型，并通过分析，我们已经可以清楚地解释HbA1c和过去血糖的关系，以及HbA1c的变化等。这就是“数理糖尿病”的开始。

那么，问题来了!到底什么是“数理糖尿病”?

如上所述，“数理糖尿病”，是使用数学方法研究糖尿病的领域。为了区分于临床研究，我们比较一下临床医学的普通研究方法：

常规的临床研究按照以下步骤进行。

1、收集尽可能多的患者数据。

2、对数据进行统计分析，并找到他们之间的显著关系。

3、如果发现了显著关联，则研究其生理学意义。

到这里，常规的临床研究已经结束。而在“数理糖尿病”中，新的研究恰恰从这里开始。

“数理糖尿病学”进行以下步骤。

1、建立一个假定的生理模型。

2、用数学方法描述模型(静态模型类似线性方程;动态模型是微分方程式)

3、根据临床情况求解共识，并将其与临床数据进行比较。

4、如果结果与临床数据匹配，则说明研究成功。如果不匹配，则校正模型，通过重复同样的检查来进行研究。

“数理糖尿病”的最大特点是定量检查。这是理工科中标准的研究方法，对我来说这很普通，但是对于没有接受过数学分析培训的医学院来说，可能并不熟悉。

结论

以上是对“数理糖尿病”是怎么开始的进行了介。之后，我会按顺序讲述它的进展以及研究成果。

疾病建模和数学分析的方法可以广泛用于糖尿病的诊断和治疗。将来，我们希望在更广泛的糖尿病领域中开展“数理糖尿病”。此外，我认为该方法还可以用于医学界的很多领域。希望大家可以了解这种方法的概念并将其用于未来的研究。