Инсулин: образование, секреция и действие

Химическая структура

Инсулин – (от лат. insula – остров) – гормон пептидной природы, он образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей, которые включают 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь находится в A-цепи.

Первичная структура инсулина у разных биологических видов имеет некоторые различия, точно так же, как отличается его роль в регуляции обмена углеводов. Больше всего схож с человеческим инсулин свиньи, они отличаются одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина находится аланин, а в инсулине человека – треонин; бычий инсулин отличается на три аминокислотных остатка.

Цепи соединяются друг с другом посредством двух дисульфидных мостиков (получается, что каждый образован двумя атомами серы), а третий дисульфидный мостик выступает связующим звеном отдаленных друг от друга аминокислот А-цепи. Соединенные цепи немного изгибаются и сворачиваются в глобулярную структуру, именно такая конфигурация молекулы гормона важна для проявления его биологической активности.

Существенно влияет на обмен почти во всех тканях. По своей химической структуре данное соединение находится где-то между полипептидами и белками. Инсулин образуется в поджелудочной железе животных и человека. В бета-клетках поджелудочной железы инсулин образуется из предшественника — проинсулина, полипептида из 84 аминокислотных остатков, у которых не наблюдается грмональная активность. Инсулин – это специфическое средство, которому свойственно понижать сахар, также он регулирует углеводный обмен; влияет на усиление усвоения тканями глюкозы и помогает ей превратиться в гликоген, также облегчает проникновение глюкозы в клетки тканей. У инсулина наблюдается не только гипогликемическое влияние, он оказывает ряд других эффектов: влияет на повышение запасов гликогена в мышцах, оказывает стимулирующий эффект на синтез пептидов, снижает расход белка. В некоторых видах спорта данный препарат ценят благодаря тому, что у него наблюдается выраженный анаболический эффект.

Историческая справка

Главная функция инсулина состоит в обеспечении клеток организма важным энергетическим материалом – глюкозой.

В том случае, если наблюдается нехватка инсулина, клетки не имеют возможности усваивать глюкозу, идет процесс накопления в крови, а ткани и органы подвержены энергетическому голоданию. При нехватке инсулина может начать развиваться очень серьезное заболевание (сахарный диабет).

До начала XX в. больные сахарным диабетом умирали в детском или молодом возрасте, в связи с развитием осложнений, вызванных болезнью, почти никто не жил больше 5–7 лет после начала болезни.

О том, какую роль играет поджелудочная железа в развитии сахарного диабета, узнали только в конце XIX в. В 1869 г. в Берлине 22-летний Поль Лангерганс, будучи на то время студентом-медиком, проводил исследования с помощью микроскопа строения поджелудочной железы. Он заметил неизвестные клетки, которые создавали группы, равномерно распределенные по всей железе. Несмотря на это, функция этих клеток, которые потом назвали в честь студента островками Лангерганса, продолжала быть не изученной.

Некоторое время спустя Эрнст Лако выдвинул гипотезу о том, что поджелудочная железа участвует в процессах пищеварения. В 1889 г. немецкий физиолог Оскар Минковски попытался доказать, что данное утверждение не имеет ничего общего с реальностью. С этой целью он поставил эксперимент, в ходе которого удалил железу у здоровой собаки. Спустя пару дней после начала эксперимента помощник Минковски, который следил за состоянием лабораторных животных, заметил то, что на мочу подопытной собаки слеталось очень много мух.

Провели исследование мочи, в ходе которого было обнаружено, что собака, у которой отсутствует поджелудочная железа, вместе с мочой выделяет сахар. Это было первое наблюдение, свидетельствующее о том, что существует некая связь между работой поджелудочной железы и развитием сахарного диабета. В 1901 г. Евген Опи доказал, что сахарный диабет развивается вследствие нарушений в структуре поджелудочной железы (полным или частичным разрушением островков Лангерганса).

Первым человеком, выделившим инсулин и успешно применяющим его для лечения больных, стал канадский физиолог Фредерик Бантинг. Он пытался создать лекарство от диабета в связи с тем, что двое его друзей умерли от данной болезни. Еще до этого многие исследователи, которые поняли роль поджелудочной железы в развитии сахарного диабета, делали попытки выделить вещество, влияющее именно на уровень сахара крови. К сожалению, все попытки заканчивались неудачно.

Это было связано частично с тем, что ферменты поджелудочной железы (в основном трипсин) успевали хотя бы частично разложить белковые молекулы инсулина до того, как их удавалось выделить из экстракта тканей железы. В 1906 г. Георг Людвиг Зэльцер смог достичь определенного успеха в снижении уровня глюкозы в крови подопытных собак прибегая к помощи панкреатического экстракта, но ему не удалось продолжить свою работу. Скотт в 1911 г. в Чикагском университете работал с водным экстрактом поджелудочной железы, он заметил небольшое уменьшение гликозурии у подопытных животных. В связи с тем, что руководителя проекта не удалось убедить в важности проводимых исследований, их остановили.

Такого же эффекта достиг Израэль Кляйнер в 1919 г., он не смог закончить свою работу, так как началась Первая мировая война.

Схожую работу в 1921 г. опубликовал профессор физиологии Румынской школы медицины Никола Паулеско. Многие исследователи не только в Румынии полагают, что первооткрывателем инсулина был именно этот ученый. Несмотря на это, заслуга выделения инсулина, а также его успешного использования принадлежит именно Фредерику Бантингу.

Бантинг работал младшим преподавателем на кафедре анатомии и физиологии в канадском университете, его руководителем был профессор Джон Маклеод, которого в то время принимали за большого специалиста в вопросах, касающихся диабета. Бантинг пытался добиться атрофии поджелудочной железы прибегая к перевязке ее выводных протоков (каналов) на 6–8 недель, сохранив при этом островки Лангерганса неизмененными от воздействия ферментов поджелудочной железы, и получить чистый экстракт клеток этих островков.

Для проведения этого эксперимента необходима была лаборатория, помощники и подопытные собаки, этого всего у Бантинга не было.

За помощью он обратился к профессору Джону Маклеоду, который хорошо знал о всех прежних неудачах с получением гормонов поджелудочной железы. В связи с этим, он сначала отказал Бантингу. Несмотря на это, Бантинг продолжал упорствовать и весной 1921 г. снова попросил Маклеода дать разрешение поработать в лаборатории хотя бы два месяца. В связи с тем, что именно тогда Маклеод планировал поехать в Европу, соответственно, лаборатория была свободной, он дал свое согласие. В качестве помощника Бантингу дали студента 5-го курса Чарльза Беста, который хорошо разбирался в методах определения сахара в крови и моче.

Для того, чтобы провести эксперимент, требующий больших расходов, Бантинг продал почти все, что у него было.

Нескольким собакам перевязали протоки поджелудочной железы и стали дожидаться ее атрофии. 27 июля 1921 г. собаке, у которой отсутствовала поджелудочная железа, и которая находилась в прекоме, ввели экстракт атрофированной поджелудочной железы. Спустя несколько часов у собаки отмечалось снижение уровня сахара в крови и моче, исчез ацетон.

Затем экстракт поджелудочной железы ввели во второй раз, и она прожила еще 7 дней. Вполне вероятно, что удалось бы продлить жизнь собаки еще на какой-то время, но у исследователей закончился запас экстракта. Это было связано с тем, что получение инсулина из поджелудочных желез собак – очень трудоемкая и длительная работа.

Далее Бантинг и Бест начали добывать экстракт из поджелудочной железы еще не рожденных телят, у которых еще не начали вырабатываться пищеварительные ферменты, но уже производилось достаточное количество инсулина. Количества инсулина теперь было достаточно для того,чтобы поддерживать жизнь подопытной собаки уже до 70 дней. К тому времени Маклеод вернулся из Европы и понемногу стал интересоваться работой Бантинга и Беста, он принял решение подключить к ней весь персонал лаборатории. Бантинг с самого начала назвал полученный экстракт поджелудочной железы ислетином, но потом прислушался к предложению Маклеода и переименовал его в инсулин (от лат. insula – «остров»).

Исследования по получению инсулина успешно продолжались. 14 ноября 1921 г. Бантинг и Бест сделали сообщение о результатах своих исследований на заседании клуба «Физиологического журнала» университета Торонто. Спустя месяц они рассказали о своих успехах в Американском физиологическом обществе в Нью-Хейвене.

Количество экстракта, который получали из поджелудочных желез крупного рогатого скота, забитого на бойне, стало быстро увеличиваться, необходим был специалист для обеспечения тонкой очистки инсулина. Для этого в конце 1921 г. Маклеод пригласил к работе известного биохимика Джеймса Коллипа, он очень быстро добился хороших результатов по очистке инсулина. К январю 1922 г. Бантинг и Бест решили начать первые клинические испытания инсулина на человеке.

Сначала ученые ввели по 10 условных единиц инсулина друг другу, а уже потом – добровольцу. Им стал 14-летний мальчик Леонард Томпсон, который болел сахарным диабетом. Первую инъекцию ему сделали 11 января 1922 г., но она была не совсем удачной. Причиной этому было то, что экстракт недостаточно очистили, начала развиваться аллергия. Следующие 11 дней Коллип упорно работал в лаборатории с целью улучшения экстракта, уже 23 января мальчику сделали вторую инъекцию инсулина.

После ввода инсулина мальчик стал быстро идти на поправку – он был первым человеком, который выжил благодаря инсулину. Некоторое время спустя Бантинг спас от неминуемой смерти своего друга – врача Джо Джилькриста.

Весть о том, что инсулин впервые успешно применили 23 января 1922 г. очень быстро стала международной сенсацией. Бантинг и его коллеги практически воскрешали сотни больных диабетом, особенно с тяжелыми формами. Люди присылали очень много писем с просьбами об излечении, некоторые приезжали непосредственно в лабораторию. Несмотря на все это, на тот момент существовало очень много недостатков – препарат инсулина еще не стандартизировали, средств самоконтроля не было, и вводимые дозы отмеряли грубо, на глаз. В связи с этим, часто происходили гипогликемические реакции организма, когда уровень глюкозы падал ниже нормы.

Несмотря на все это, продолжались усовершенствование внедрение инсулина в повседневную врачебную практику.

Университет Торонто начал продажу фармацевтическим компаниям лицензии на производство инсулина, уже к 1923 г. он стал доступен всем больным сахарным диабетом.

Разрешение на производство лекарства получили компании «Лили» (США) и «Ново Нордиск» (Дания), они и сейчас являются лидерами в этой области. Бантингу в 1923 г. университет Торонто присвоил степень доктора наук, его избрали профессором. Помимо этого было принято решение открыть отделения медицинских специальных исследований для Бантинга и Беста, им назначили высокие персональные оклады.

В 1923 г. Бантингу и Маклеоду присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине, которую они на добровольных началах разделили с Бестом и Коллипом.

В 1926 г. ученый-медик Абель синтезировал синтезировать инсулин в кристаллическом виде. Спустя 10 лет датский исследователь Хагедорн добыл инсулин пролонгированного (продленного) действия, а еще спустя 10 лет создал нейтральный протамин Хагердона, он до сих пор является одним из наиболее популярных видов инсулина.

Химический состав инсулина установил британский молекулярный биолог Фредерик Сенгер, которому присвоили в 1958 г. за это Нобелевскую премию. Инсулин стал первым белком, последовательность аминокислот которого полностью расшифровали.

Пространственное строение молекулы инсулина установили с помощью метода рентгеновской дифракции в 1990-х гг. Дороти Кроуфт Ходжкин, ее также наградили Нобелевской премией.

После того, как Бантинг добыл бычий инсулин, исследовали инсулин, полученный из поджелудочных желез свиней и коров, а также других животных (например, китов и рыб).

Молекула человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты. Свиной инсулин отличается только одной аминокислотой, коровий – тремя, но это не мешает им нормализовать уровень сахара вполне хорошо. Несмотря на это, у инсулина животного происхождения существует большой недостаток – у большей части больных он становится причиной аллергической реакции. В связи с этим требовались дальнейшие работы по усовершенствованию инсулина. В 1955 г. расшифровали структуру человеческого инсулина, и приступили к работам по его выделению.

Впервые это сделали в 1981 г. американские ученые Жильбер и Ломедико. Некоторое время спустя появился инсулин, который получили из пекарских дрожжей методом генной инженерии. Инсулин стал первым из человеческих белков, который синтезировали в 1978 г. генетически модифицированной бактерией Е. coli. С этого момента в биотехнологии началась новая эпоха. Начиная с 1982 г. американская компания «Генентех» выпускает человеческий инсулин, который синтезировали в биореакторе. Он не приводит к появлению аллергических реакций.

Где живет гормон инсулин?

Коротко расскажу о строении поджелудочной железы. Поджелудочная железа является тем уникальным органом, который имеет 2 типа секреции: эндокринную и экзокринную. Экзокринная – это секреция различных ферментов, которые выделяются по протокам поджелудочной железы прямо в тонкий кишечник и участвуют в пищеварении. Эндокринная функция железы заключается в синтезе различных гормонов, которые выделяются прямо в кровь.

Помимо инсулина поджелудочная железа синтезирует и другие гормоны, такие как глюкагон, соматостатин, панкреатический полипептид. В моих следующих статьях я буду рассказывать и об этих гормонах, поэтому ,подписывайтесь на обновления блога чтобы не пропустить.

Инсулин образуется, а затем выделяется в кровь бета-клетками поджелудочной железы. Я уже говорила, но повторю, что гормон инсулин не вырабатывается сразу в готовом виде. Сначала в бета-клетках образуется проинсулин, который по мере потребности превращается в готовую молекулу инсулина. Этот процесс превращения производится с помощью ферментов – протеаз. В результате превращения образуются собственно инсулин и С-пептид.

Гормон инсулин

Инсулин – гормон белковой структуры, состоящий из двух (А- и В-) цепей аминокислот, которые соединены между собой так называемыми дисульфидными мостиками. Возможно, вы знаете, что строение молекулы инсулина как белка состоит из цепочки аминокислот в определенной последовательности. Человеческий инсулин отличается от инсулина свиньи и кролика одной лишь аминокислотой. Но у инсулина свиньи физико-химические и фармакологические свойства ближе к человеческому инсулину.

Поэтому первыми инсулинами для лечения сахарного диабета были именно свиные. Конечно, был еще и бычий, но, как и инсулин кролика или других животных, он вызывал очень сильные аллергические реакции, поэтому в практике пришлось от него отказаться, как в последствии и от свиных.

Сейчас в мире используют только человеческий инсулин, постепенно происходит переход на генно-инженерные инсулины, которые обладают дополнительными удобными свойствами. Но статья не про лекарства, поэтому вернемся к работе поджелудочной железы.

Синтез инсулина в клетке

Синтез и выделение инсулина представляют собой сложный процесс, включающий несколько этапов. Первоначально образуется неактивный предшественник гормона, который после ряда химических превращений в процессе созревания превращается в активную форму.

Ген, кодирующий первичную структуру предшественника инсулина, локализуется в коротком плече 11 хромосомы.

На рибосомах шероховатой эндоплазматической сети синтезируется пептид-предшественник — т.н. препроинсулин. Он представляет собой полипептидную цепь, построенную из 110 аминокислотных остатков и включает в себя расположенные последовательно: L-пептид, B-пептид, C-пептид и A-пептид.

Почти сразу после синтеза в ЭПР от этой молекулы отщепляется сигнальный (L) пептид — последовательность из 24 аминокислот, которые необходимы для прохождения синтезируемой молекулы через гидрофобную липидную мембрану ЭПР. Образуется проинсулин, который транспортируется в комплекс Гольджи, далее в цистернах которого происходит так называемое созревание инсулина.

Созревание является наиболее длительным этапом образования инсулина. В процессе созревания из молекулы проинсулина с помощью специфических эндопептидаз вырезается C-пептид — фрагмент из 31 аминокислоты, соединяющий B-цепь и A-цепь. То есть молекула проинсулина разделяется на инсулин и биологически инертный пептидный остаток.

В секреторных гранулах инсулин, соединяясь с ионами цинка, образует кристаллические гексамерные агрегаты.

Регуляция образования и секреции инсулина

Главным стимулятором освобождения инсулина является повышение уровня глюкозы в крови. Дополнительно образование инсулина и его выделение стимулируется во время приёма пищи, причём не только глюкозы или углеводов. Секрецию инсулина усиливают аминокислоты, особенно лейцин и аргинин, некоторые гормоны гастроэнтеропанкреатической системы: холецистокинин, ГИП, ГПП-1, а также такие гормоны, как глюкагон, АКТГ, СТГ, эстрогены и др., препараты сульфонилмочевины. Также секрецию инсулина усиливает повышение уровня калия или кальция, свободных жирных кислот в плазме крови.

Понижается секреция инсулина под влиянием соматостатина.

Бета-клетки также находятся под влиянием автономной нервной системы:

  • Парасимпатическая часть (холинергические окончания блуждающего нерва) стимулирует выделение инсулина;
  • Симпатическая часть (активация ?2-адренорецепторов) подавляет выделение инсулина.

Причём синтез инсулина заново стимулируется глюкозой и холинергическими нервными сигналами.

Полипептидные блоки для сборки Б-цепи инсулина

Исследова-
тельская группа
1-й блок2-й блок3-й блок4-й блок
АахенскаяФен-вал-асн-глн-
гис-лей-цис-гли
Сер-гис-лей-
вал-глу-ала
Лей-тир-лей-
вал-цис-глу
Глу-арг-глу-фен-фен-
тир-тир-про-лиз-тир
ПитсбургскаяФен-вал-асн-глн-
гис-лей-цис-гли-сер
Гис-лей-вал-глуАла-лей-тир-лей-
вал-цис-глу
Глу-арг-глу-фен-фен-
тир-тир-про-лиз-тир
Пекинско-
шанхайская
Фен-вал-асн-глн-
гис-лей-цис-гли
Сер-гис-лей-вал-
глу-ала-лей-тир
Лей-вал-цис-глуГлу-арг-глу-фен-фен-
тир-тир-про-лиз-тир

Различия возникли из-за того, что методы соединения блоков и способы промежуточной защиты, используемые каждой из исследовательских групп, были неодинаковы. Естественно, на последнем этапе у всех групп получились одинаковые цепи. Приблизительно год ушел на создание исходных блоков. Подстегиваемая обстановкой соревнования аахенская группа интенсифицировала работу и в декабре 1963 г. сообщила об успешном синтезе инсулина. Эта группа буквально вырвала первенство у питсбургских химиков, которые сообщили об успешном результате в марте 1964 г. Окончательный выход чистого продукта колебался в пределах 0,02–0,07%. У китайских химиков выход был несколько выше (1,2–2,5%); разумеется, о производстве инсулина по таким методикам не могло быть и речи.

Метаболические эффекты инсулина

  1. Улучшает поглощение клетками глюкозы и других веществ;
  2. Активирует основные ферменты гликолиза;
  3. Увеличивает интенсивность синтеза гликогена – инсулин форсирует запасание глюкозы клетками печени и мышц с помощью полимеризации её в гликоген;
  4. Снижает интенсивность глюконеогенеза – уменьшается создание в печени глюкозы из различных веществ неуглеводной природы (белков и жиров).

Анаболическое действие инсулина

  • Влияет на усиление поглощения клетками аминокислот (особенно лейцина и валина);
  • Улучшает передвижение в клетку ионов калия, а также магния и фосфата;
  • Влияет на усиление репликации ДНК и биосинтеза белка;
  • Усиливает синтез жирных кислот и дальнейшую их этерификацию – в жировой ткани и в печени
  • Стимулирует превращение глюкозы в триглицериды; при нехватке инсулина происходит обратное – мобилизация жиров.

Антикатаболическое действие инсулина

  1. Угнетает гидролиз белков – снижает деградацию белков;
  2. Уменьшает липолиз – снижает поступление жирных кислот в кровь.

Инсулин и диабет

Как уже было сказано, инсулин отвечает за переработку и транспортировку глюкозы в клетки организма. Когда же происходят какие-либо сбои в работе гормона или его выработке, развивается такое заболевание, как сахарный диабет. Бывает он двух типов – 1 и 2.

При развитии СД1 выработка инсулина в организме либо снижается, либо полностью прекращается, что связано с нарушением целостности клеток поджелудочной железы. А при СД2 продуктивность этого гормона происходит в нормальном режиме, но по каким-то причинам клетки начинают терять к нему чувствительность и перестают вступать с ним в цепную реакцию. Поэтому организм не может использовать инсулин полноценно и также начинает откладывать его в крови.

Механизм развития сахарного диабета
Механизм развития сахарного диабета

И в первом, и во втором случае человек нуждается в применении лечебной терапии, так как при ее отсутствии в крови начинает скапливаться глюкоза, которая негативным образом сказывается на работе всего организма в целом.

В первую очередь от высокого уровня сахара в крови страдают:

  • сердце (развивается ишемическая болезнь, повышается риск развития инфаркта и инсульта);
  • головной мозг (клетки мозга повреждаются, работоспособность снижается, появляются проблемы со стороны ЦНС);
  • сосудистая система (на стенках сосудов появляются бляшки);
  • нервные волокна (у человека отмечается снижение чувствительности кожных покровов);
  • органы зрения (повреждаются зрительные нервы, что становится причиной развития ретинопатии);
  • почки (увеличивается риск развития нефропатии, почечной недостаточности и т.д.);
  • кожные покровы (они плохо заживают, что приводит к появлению трофических язв и возникновению гангрены) и т.д.

Учитывая все эти осложнения, к которым может привести повышенный уровень сахара в крови, больным сахарным диабетом необходимо постоянно проводить мероприятия по его нормализации. И для этого требует инсулин, который мгновенно расщепляет глюкозу, попадающую в организм вместе с пищей.

Следует отметить, что когда этот гормон вырабатывается естественным образом, он сначала проникает в желудок и переваривается в нем вместе с другими веществами, а только затем попадает в кровоток. Поэтому чтобы улучшить многочисленные действия гормона, врачи рекомендуют его вводить подкожным путем. Так он сразу же проникает в кровоток, где и начинает выполнять свои функции.

Действие инсулина
Действие инсулина

Также необходимо сказать, что организм каждого человека индивидуален и имеет свои особенности. Причины, по которым у человека развивается сахарный диабет, также различны, да и образ жизни, который он ведет, играет немаловажную роль в лечении этого недуга. И благодаря тому, что наука сделала немало шагов в своем развитии, она предлагает человечеству более 30 различных форм инсулина, которые позволяют подобрать препарат для каждого больного.

Естественно, что характеристика этих препаратов различна, да и действуют они все по-своему. Некоторые из них имеют быстрое действие, но действуют мало времени, другие же начинают работать только спустя несколько часов после введения, но обеспечивают поддержку уровня сахара в крови в нормальных пределах на протяжении всего дня.

Чем блокируется выброс инсулина

Если есть вещества, которые стимулируют выброс инсулина, значит, есть вещества, которые этот выброс тормозят. К таким веществам относят контринсулярные гормоны. Одними из самых мощных являются гормоны мозгового слоя надпочечников, которые являются медиаторами в симпатической нервной системе, – адреналин и норадреналин.

Вы знаете для чего вообще нужны эти гормоны? Это гормоны, спасающие нам жизнь. Они выделяются при остром стрессе, чтобы мобилизировать весь организм. Одно из их свойств – повышение уровня сахара в крови, которое является важным условием выживания организма во время стресса. Этим объясняется стрессорная гипергликемия, которая проходит после исчезновения угрозы для жизни.

При таком заболевании, как феохромоцитома, синтезируется избыток этих гормонов, которые оказывают аналогичное действие. Поэтому при данном заболевании очень часто развивается сахарный диабет.

К стрессорным гормонам также относят глюкокортикоиды – гормоны коры надпочечников, самым известным представителем которых является кортизол. Эффекты аналогичны катехоламинам. Кроме того, имеются эндокринные заболевания, которые протекают с симптомами гиперкортицизма, при котором также развивается сахарный диабет. Прием этих гормонов в качестве лекарств в больших дозах также может вызвать сахарный диабет.

Гормон жировой ткани – лептин – также оказывает тормозящее действие на синтез инсулина. Поэтому при ожирении также имеется относительный дефицит этого гормона.

Кроме этих гормонов, тормозящий эффект оказывает гормон роста, который повышается при  акромегалии. Эстрогены и прогестероны также тормозят функцию поджелудочной железы. Глюкагон – гормон поджелудочной железы, являющийся антагонистом инсулина, который также участвует в углеводном обмене.

Регуляция синтеза гормона инсулина, конечно же, намного сложнее. Я не рассказала еще об инкретинах, которые также участвуют в углеводном обмене в этой статье, потому что считаю, что этой информации вам будет много, кроме того, я уже писала о них в статье “Перспективное направление в лечении сахарного диабета”.

Разновидности гормона

Говоря о том, какой бывает инсулин, следует отметить, что он различается по скорости своего действия. Поэтому его условно подразделяют на:

  • быстродействующий;
  • короткий;
  • средний;
  • длительный.

Быстродействующий инсулин начинает работать уже спустя 5 минут после введения и позволяет снизить уровень сахара в крови до нормальных значений за 10-15 минут. Максимальный эффект от его введения достигается спустя час, однако и действие его заканчивается очень быстро. Введение быстродействующего инсулина рекомендуется осуществлять во время еды. В зависимости от тяжести течения болезни и общего состояния больного, быстродействующий гормон часто вводят вместе с инсулином длительного действия.

Гормон короткого действия начинает работать спустя 30 минут после введения. Осуществлять поставку инъекции можно как перед едой, так и во время употребления пищи. Несмотря на то что действовать этот инсулин начинает на 25 минут позже, чем быстродействующий, он обеспечивает поддержание уровня сахара в крови в нормальных пределах гораздо дольше.

Инсулин короткого действия
Инсулин короткого действия

Инсулины среднего действия часто используются с препаратами быстрого или короткого действия. Таким образом достигается максимальная эффективность лекарства, а уровень сахара в крови удерживается в пределах нормы около 6-8 часов.

А вот инсулины длительного действия считаются наиболее эффективными, так как их достаточно ставить всего 1-2 раза в сутки, чтобы обеспечить нормальные показатели уровня глюкозы в крови. Ставят такие инъекции, как правило, утром натощак и в комплексе с инсулинами короткого действия.

Препараты, которые перед введением смешиваются друг с другом, вводятся не более 2 раз в день. Причем постановку инъекций осуществляют за 15-20 минут до употребления пищи. Но следует отметить, что каждый организм по-своему реагирует на введение препарата. Его действие напрямую зависит также от того, какой именно образ жизни ведет больной, занимается ли он спортом или нет, имеет вредные привычки или нет, и т.д. Именно поэтому инсулины подбираются строго в индивидуальном порядке, с учетом всех вышеописанных факторов.

Способы применения и виды

При развитии сахарного диабета 1 типа у женщин и мужчин всегда назначается курс лечения инъекциями инсулина. При этом врачом определяется индивидуальная дозировка, которая обеспечит нормализацию уровня сахара в крови у пациента с учетом его особенностей. Схема введения инсулина также вырабатывается индивидуально. Вводиться он может от 2 до 6 раз в сутки.

Оптимальным считается введение инсулина 4 раза в сутки. Это позволяет снизить вероятность развития осложнений и резкого ухудшения самочувствия больного. При этом используются различные способы введения этого препарата. Среди них наиболее распространенными являются:

  • Шприц. Это не обычный шприц, который используется для внутримышечного введения инъекций. Он имеет маленькую иглу и тонкий стержень, благодаря чему инъекции становятся безболезненными и простыми в постановке. Вводятся они в различные участки тела – бедра, плечи, живот, ягодицы и т.д. Но во всех случаях нужно соблюдать одно главное правило – введение препарата должно происходить подкожно, а не внутримышечно.
  • Шприц-ручка. Наиболее удобный вариант постановки инъекций инсулина. Такой шприц имеет специальную шкалу, при помощи которой удобно дозировать препарат. Некоторые разновидности шприц-ручек имеют картриджи и курок, которые облегчают процесс введения лекарства. Справляться с таким устройством могут даже дети.
  • Помпа. Еще один удобный и небольшой аппарат, который всегда можно носить с собой. Введение препарата осуществляется через равные промежутки времени посредством катетера, который устанавливается в районе живота. К катетеру присоединяется небольшая трубочка, через которую и вводится препарат.

Инсулиновая шприц-ручка
Шприц-ручка

Механизм действия

Подобно другим гормонам своё действие инсулин осуществляет через белок-рецептор.

Инсулиновый рецептор представляет собой сложный интегральный белок клеточной мембраны, построенный из 2 субъединиц (a и b), причём каждая из них образована двумя полипептидными цепочками.

Инсулин с высокой специфичностью связывается и распознаётся а-субъединицей рецептора, которая при присоединении гормона изменяет свою конформацию. Это приводит к появлению тирозинкиназной активности у субъединицы b, что запускает разветвлённую цепь реакций по активации ферментов, которая начинается с самофосфорилирования рецептора.

Весь комплекс биохимических последствий взаимодействия инсулина и рецептора ещё до конца не вполне ясен, однако известно, что на промежуточном этапе происходит образование вторичных посредников: диацилглицеролов и инозитолтрифосфата, одним из эффектов которых является активация фермента — протеинкиназы С, с фосфорилирующим (и активирующим) действием которой на ферменты и связаны изменения во внутриклеточном обмене веществ.

Усиление поступления глюкозы в клетку связано с активирующим действием посредников инсулина на включение в клеточную мембрану цитоплазматических везикул, содержащих белок-переносчик глюкозы GluT 4.

Комплекс инсулин — рецептор после образования погружается в цитозоль и в дальнейшем разрушается в лизосомах. Причём деградации подвергается лишь остаток инсулина, а освобождённый рецептор транспортируется обратно к мембране и снова встраивается в неё.

Эффект от введения инъекций

Инсулин представляет собой вещество, который принимает участие практически во всех обменных процессах, происходящих в организме. Он выступает в роли биокатализатора и обеспечивает насыщение клеток и тканей организма глюкозой. Помимо этого, данное вещество способствует превращению глюкозы в гликоген в печени и мышцах, без которого также невозможны многие процессы.

Также инсулин обеспечивает повышение проницаемости биологических мембран для аминокислот и ионов, способствуя быстрому их потреблению клетками организма. Более того, данный гормон принимает активное участие в окислении фосфорилиров, необходимых для метаболизма глюкозы.

Глюкоза находится в интерстициальной жидкости клеток, а глюкогексокиназ внутри самих клеток. Когда они начинают взаимодействовать с инсулином, повышается проницаемость мембранных оболочек клеток, благодаря чему глюкоза успешно внедряется в цитоплазму клеток. При этом основная его задача заключается в ингибировании активности глюкозы-6-фосфатазы, которая катализирует гликогенолиз.

Механизм действия инсулина сложен, понять его человеку, далекому от науки и медицины, не так-то просто. Но следует отметить, что без него, действительно, не могут происходить многие процессы в организме. И когда резистентность к инсулину снижается или он перестает вырабатываться в организме, организм перестает потреблять глюкозу, что и приводит к повышению уровня сахара в крови. А это, в свою очередь, влечет появление таких симптомов:

  • учащенное мочеиспускание и повышение суточного количества выделяемой мочи до 6-10 л;
  • повышение уровня сахара в крови натощак до 6,7 ммоль/л и выше;
  • глюкозурия (до 10-12%);
  • уменьшение уровня гликогена в мышечных тканях и самой печени;
  • нарушение белкового обмена;
  • липидемия, которая характеризуется повышением уровня жиров в крови из-за нарушения процессов окисления;
  • повышение уровня кетоновых тел в крови (ацитоз).

Симптоматика, характерная для сахарного диабета
Симптоматика, характерная для сахарного диабета

При недостатке инсулина в организме в работу включаются антагонисты, которые имеют противоположное ему действие. При этом повышается не только концентрация глюкозы в крови, но и аминокислот, а также свободных жирных кислот. Из-за этого у пациента начинают развиваться такие заболевания, как артериосклероз и ангиопатия.

Когда инсулин высвобождается из клеток поджелудочной, он вступает в цепную реакцию с клетками организма. После того как он проникает в них, он начинает свое действие, которое направлено на стимуляцию движения глюкозы и утилизацию жира.

Как уже было сказано выше, от выработки инсулина напрямую зависит синтез гликогена, который угнетает перевод аминокислот в глюкозу. По этой причине врачи рекомендуют делать инъекции инсулина сразу же после активных физических нагрузок, так как это благоприятно сказывается на росте мышечной ткани.

Нормальными показателями уровня глюкозы в крови у взрослого человека принято считать 3,3–5,5 ммоль/л. Если эти цифры ниже, то речь идет о гипогликемии, если выше – гипергликемии. Как бы это ни было странно, но гипогликемические состояния также свойственны для диабетиков. Возникают они по разным причинам – несвоевременной постановке инъекции или чрезмерных физических нагрузок.

Норма сахара в крови
Норма сахара в крови

Но и гипогликемия, и гипергликемия являются очень опасными состояниями, так как они могут вводить человека в кому, при которой клетки головного мозга начинают испытывать кислородное голодание. А при дефиците кислорода она повреждаются, что негативным образом сказывается не только на функциональности головного мозга, но и на работоспособности всего организма.

Следует отметить, что уровень глюкозы в крови может повышаться не только у диабетиков на фоне недостаточной секреции инсулина, но и у совершенно здоровых людей. Происходит это, как правило, после употребления пищи. Высокий уровень глюкозы в данном случае может наблюдаться в течение нескольких часов, но потом уровень должен нормализоваться. Если же это происходит гораздо позже и наблюдается постоянно, то это серьезный повод, чтобы посетить врача и сдать все необходимые анализы на предмет выявления сахарного диабета. Помните, чем раньше он будет диагностирован, тем выше вероятность того, что вы сможете предотвратить развитие на его фоне осложнений.

Гипергликемия

Гипергликемия — увеличение уровня сахара в крови.

В состоянии гипергликемии увеличивается поступление глюкозы как в печень, так и в перефирические ткани. Как только уровень глюкозы зашкаливает, поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин.

Гипогликемия

Гипогликемия — патологическое состояние, характеризующееся снижением уровня глюкозы периферической крови ниже нормы (обычно, 3,3 ммоль/л). Развивается вследствие передозировки сахароснижающих препаратов, избыточной секреции инсулина в организме. Гипогликемия может привести к развитию гипогликемической комы и привести к гибели человека.

Источники:

  • https://madbear.info/insulin.html
  • https://saxarvnorme.ru/gormon-insulin-pervaya-skripka-uglevodnogo-obmena.html
  • http://www.shealth.ru/insulin.html
  • https://him.1sept.ru/article.php?ID=200800801
  • https://sosudy.info/insulin-chto-takoe
Adblock
detector