Инсули́н (от лат. insula — остров) — гормон пептидной природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен практически во всех тканях. Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови. Впервые был выделен канадскими учёными Ф. Бантингом и Ч. Бестом (1921—22).
Молекула инсулина образована двумя полипептидными цепями, содержащими 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 расположена в A-цепи.
Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека — треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками.
Биосинтез инсулина включает образование двух неактивных предшественников, препроинсулина и проинсулина, которые в результате последовательного протеолиза превращаются в активный гормон. Биосинтез препроинсулина начинается с образования сигнального пептида на полирибосомах, связанных с ЭР. Сигнальный пептид проникает в просвет ЭР и направляет поступление в просвет ЭР растущей полипептидной цепи. После окончания синтеза препроинсулина сигнальный пептид, включающий 24 аминокислотных остатка, отщепляется (рис. 11-24).
Проинсулин (86 аминокислотных остатков) поступает в аппарат Гольджи, где под действием специфических протеаз расщепляется в нескольких участках с образованием инсулина (51 аминокислотный остаток) и С-пептида, состоящего из 31 аминокислотного остатка.
Инсулин и С-пептид в эквимолярных количествах включаются в секреторные гранулы. В гранулах инсулин соединяется с цинком, образуя димеры и гексамеры. Зрелые гранулы сливаются с плазматической мембраной, и инсулин и С-пептид секретируются во внеклеточную жидкость в результате экзоцитоза. После секреции в кровь олигомеры инсулина распадаются. Т1/2 инсулина в плазме крови составляет 3-10 мин, С-пептида — около 30 мин.
Биологическая роль— Инсулин резко повышает проницаемость стенок мышечных и жировых клеток для глюкозы. Т. к. все процессы усвоения глюкозы происходят внутри клеток, а инсулин способствует транспорту глюкозы в них, то он обеспечивает утилизацию глюкозы организмом, синтез гликогена (резервного углевода) и накопление его в мышечных волокнах. Увеличивая поступление глюкозы в клетки жировой ткани, инсулин стимулирует образование жира в организме. Кроме того, инсулин стимулирует и синтез белка в клетке, увеличивая проницаемость клеточных стенок для аминокислот.
Гипергликемия — увеличение уровня сахара в крови.
В состоянии гипергликемии увеличивается поступление глюкозы как в печень, так и в периферические ткани. Как только уровень глюкозы зашкаливает, поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин.
Гипогликемия — патологическое состояние, характеризующееся снижением уровня глюкозы периферической крови ниже нормы ( Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
О сахарном диабете слышали все. К счастью, многие люди не имеют такого заболевания. Хотя часто бывает и так, что болезнь развивается очень тихо, незаметно, лишь при плановом обследовании или же в экстренной ситуации показывая свое лицо. Зависит диабет от уровня определенного гормона, вырабатываемого и усваиваемого организмом человека. О том, что такое инсулин, как он работает, и какие проблемы может вызвать его избыток или недостаток, будет рассказано ниже.
Эндокринная система — один из компонентов организма человека. Многие органы продуцируют сложные по своему составу вещества — гормоны. Они важны для качественного обеспечения всех процессов, от которых зависит жизнедеятельность человека. Одно из таких веществ — гормон инсулин. Его избыток сказывается на только на работе многих органов, но и на самой жизни, ведь резкое падение или повышение уровня этого вещества может стать причиной комы или даже смерти человека. Поэтому определенная группа людей, страдающих от нарушения уровня этого гормона, постоянно носят с собой шприц с инсулином, чтобы иметь возможность сделать себе жизненно важную инъекцию.
Что такое инсулин? Этот вопрос интересен тем, кто знаком с его избытком или недостатком не понаслышке, и тем, кого проблема инсулинового дисбаланса не коснулась. Гормон, вырабатываемый поджелудочной железой и получивший свое название от латинского слова «insula», что в переводе означает «остров». Свое название этот вещество получило за счет области образования — островков Лангерганса, расположенных в тканях поджелудочной железы. В настоящее время учеными именно этот гормон изучен наиболее полно, ведь он оказывает влияние на все процессы, протекающие во всех тканях и органах, хотя основная его задача состоит в понижении уровня сахара крови.
Строение инсулина уже не секрет для ученых. Изучение этого важного для всех органов и систем гормона началось еще в конце XIX века. Примечательно, что клетки поджелудочной железы, продуцирующие инсулин, — островки Лангерганса, получили свое название по имени студента-медика, первого обратившего внимание на скопления клеток в ткани изучаемого под микроскопом органа пищеварительной системы. Прошло почти столетие с 1869 года, прежде чем фармацевтическая промышленность наладила массовое производство препаратов с инсулином, чтобы люди, страдающие диабетом, смогли значительно улучшить качество своей жизни.
Структура инсулина — это сочетание двух полипептидных цепочек, состоящих из аминокислотных остатков, соединенных так называемыми дисульфидными мостиками. Молекула инсулина содержит 51 остаток аминокислот, условно разделенных на две группы — 20 под индексом «А» и 30 под индексом «В». Отличия инсулина человека и свиньи, например, присутствует лишь в одном остатке под индексом «В», человеческий инсулин и гормон поджелудочной быка отличается тремя остатками индекса «В». Поэтому природный инсулин из поджелудочной железы этих животных — один из самых распространенных компонентов для лекарств при диабете.
Взаимозависимость некачественной работы поджелудочной и развитие диабета — заболевания, сопровождающегося повышением уровня глюкозы крови и моче, было подмечено врачами достаточно давно. Но лишь в 1869 году студентом-медиком из Берлина 22-х летним Паулем Лангергансом были открыты группы клеток поджелудочной железы, ранее не известные ученым. И именно по имени молодого исследователя они получили свое название — островки Лангерганса. Спустя некоторое время при проведении опытов учеными было доказано, что секрет этих клеток влияет на пищеварение, а его отсутствие резко повышает уровень сахара крови и моче, что оказывает негативное влияние на состояние пациента.
Начало ХХ века ознаменовалось открытием российским ученым Иваном Петровичем Соболевым зависимости углеводного обмена от активности продуцирования секрета островков Лангерганса. Еще достаточно длительное время биологи расшифровывали формулу этого гормона, чтобы получить возможность синтезировать его искусственным путем, ведь больных сахарным диабетом очень и очень много, и количество людей с таким заболеванием постоянно растет.
Лишь в 1958 году была определена последовательность аминокислот, из которых образуется молекула инсулина. За это открытие молекулярный биолог из Великобритании Фредерик Сенгер был удостоен Нобелевской премии. А вот пространственную модель молекулы этого гормона в 1964 году при помощи метода рентгеновской дифракции определила Дороти Кроуфут-Ходжкин, за что также получила высшую научную награду. Инсулин в крови является одним основных показателей здоровья человека, а его колебание за пределы определенных нормативных показателей служит поводом тщательного обследования и постановки определенного диагноза.
Для того чтобы понять, что такое инсулин, необходимо уяснить — для чего человеку необходима поджелудочная железа, ведь именно она является тем органом, относящимся к эндокринной и пищеварительной системам, который вырабатывает этот гормон.
Структура каждого органа сложна, ведь помимо отделов органа, в нем работают и различные ткани, состоящие из разных клеток. Особенностью поджелудочной железы являются островки Лангерганса. Это особые скопления гормонпродуцирующих клеток, расположенных по всему телу органа, хотя основное их расположение — хвост поджелудочной железы. У взрослого человека, по подсчетам биологов, насчитывается порядка одного миллиона таких клеток, а их общая масса составляет всего около 2 % от массы самого органа.
Инсулин в крови, содержащийся в определенном количестве, является одним из показателей здоровья. Чтобы прийти к такому явному для современного человека понятию, ученым понадобился не один десяток лет кропотливых исследований.
Поначалу были выделены два типа клеток, из которых состоят островки Лангерганса, — клетки А типа и клетки В типа. Их разница состоит в продуцировании разного по своей функциональной направленности секрета. Клетки типа А производят глюкагон — гормон пептидного характера, который способствует распаду гликогена в печени и поддержанию постоянного уровня глюкозы крови. Бета-клетки секретируют инсулин — пептидный гормон поджелудочной железы, который понижает уровень глюкозы, тем самым влияя на все ткани и, соответственно, органы организма человека или животного. Здесь прослеживается четкая взаимосвязь — А-клетки поджелудочной железы потенцируют появление глюкозы, которая в свою очередь заставляет работать Б-клетки, секретируя инсулин, снижающий уровень сахара. Из островков Лангерганса «сладкий» гормон продуцируется и попадает в кровь в несколько этапов. Препроинсулин, который является пептидом-предшественником инсулина, синтезируется на рибосомах короткого плеча 11 хромосомы. Этот начальный элемент состоит из 4 видов аминокислотных остатков — A-пептид, B-пептид, C-пептид и L-пептид. Он попадает в эндоплазматическую сеть эукариотической сетки, где от него отщепляется L-пептид.
Таким образом препроинсулин превращается в проинсулин, проникающий в так называемый аппарат Гольджи. Именно там происходит созревание инсулина: проинсулин теряет С-пептид, разделяясь на инсулин и биологически неактивный пептидный остаток. Из островков Лангерганса инсулин секретируется под воздействием глюкозы в крови, которая попадает в В-клетки. Там в следствии цикла химических реакций из секреторных гранул выделяется ранее секретированный инсулин.
Действие инсулина изучалось учеными-физиологами, патофизиологами длительное время. В настоящий момент это наиболее изученный гормон человеческого организма. Инсулин важен практически для всех органов и тканей, участвуя в абсолютном большинстве обменных процессов. Особая роль отведена взаимодействию гормона поджелудочной железы и углеводов.
Глюкоза является производным веществом при метаболизме углеводов и жиров. Она попадет в В-клетки островков Лангерганса и заставляет их активно секретировать инсулин. Максимальную работу этот гормон осуществляет при транспортировке глюкозы в жировую и мышечную ткани. Что такое инсулин для обмена веществ и энергии в организме человека? Он потенцирует или блокирует многие процессы, тем самым влияя на работу практически всех органов и систем.
Один из важнейших гормонов, оказывающих влияние на все системы организма -инсулин. Его уровень в тканях и жидкостях организма служит показателем состояния здоровья. Путь, который проходит этот гормон от продуцирования до элиминации, очень сложен. В основном выводится он почками и печенью. Но ученые-медики проводят исследование клиренса инсулина в печени, почках и тканях. Так в печени, проходя через воротную вену, так называемую портальную систему, распадается около 60 % инсулина, выработанного поджелудочной железой. Остальное количество, а это оставшиеся 35-40 %, выводится почками. Если инсулин вводится парентерально, то он не проходит воротную вену, а значит, основная элиминация осуществляется почками, что сказывается на их работоспособности и, если можно так сказать, износе.
Инсулин можно назвать динамическим регулятором процессов образования и утилизации глюкозы. Повышают уровень сахара крови несколько гормонов, например, глюкагон, соматотропин (гормон роста), адреналин. А вот снижает уровень глюкозы только лишь инсулин и в этом он уникален и чрезвычайно важен. Именно поэтому его еще называют гипогликемическим гормоном. Характерный показатель определенных проблем со здоровьем — сахар крови, который напрямую зависит от продуцирования секрета островков Лангерганса, ведь уменьшает глюкозу в крови именно инсулин.
Норма сахара в крови, определяемая натощак у здорового взрослого человека, составляет от 3,3 до 5,5 ммоль/литр. В зависимости от того, как давно человек употреблял пищу, этот показатель варьируется в пределах 2,7 — 8,3 ммоль/литр. Учеными выяснено, что прием пищи провоцирует скачок уровня глюкозы в несколько раз. Длительное устойчивое повышение количества сахара в крови (гипергликемия) свидетельствует о развитии сахарного диабета.
Гипогликемия — понижение этого показателя, может стать причиной не только комы, но и летального исхода. Если уровень сахара (глюкозы) падает ниже физиологически допустимого значения, в работу включаются гипергликемические (контринсулиновые) гормоны, высвобождающие глюкозу. А вот адреналин и другие гормоны стресса сильно подавляют выделение инсулина даже на фоне повышенного уровня сахара.
Гипогликемия может развиться при понижении количества глюкозы в крови из-за избытка инсулинсодержащих препаратов или из-за избыточной выработки инсулина. Гипергликемия, наоборот, запускает продуцирование инсулина.
Повышенный инсулин провоцирует понижение уровня сахара крови, что при отсутствии экстренных мер может привести к гипогликемической коме и летальному исходу. Такое состояние возможно при не выявленном доброкачественном новообразовании из бета-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе — инсулиноме. Однократная избыточная доза инсулина, введенная преднамеренно, использовалась некоторое время в терапии шизофрении для потенцирования инсулинового шока. А вот длительное введение больших доз препаратов инсулина вызывает симптомокомплекс под названием синдром Сомоджи.
Устойчивое повышение уровня глюкозы крови носит название сахарного диабета. Специалистами это заболевание делится на несколько типов:
- диабет 1 типа основан на недостаточности продуцирования инсулина клетками поджелудочной железы, инсулин при диабете 1 типа является жизненно необходимым препаратом;
- диабет 2 типа характеризуется понижением порога чувствительности инсулинзависимых тканей к этому гормону;
- MODY-диабет — это целый комплекс генетических дефектов, в совокупности дающих снижение количества секрета В-клеток островков Лангерганса;
- гестационный сахарный диабет развивается только у беременных, после родов он или исчезает, или в значительной степени снижается.
Характерным признаком любого типа этого заболевания является не только повышение уровня глюкозы крови, но и нарушение всех обменных процессов, что приводит к тяжелым последствиям.
Еще не так давно сахарный диабет в инсулинзависмой форме считался чем-то, серьезно ухудшающим качество жизни пациента. Но сегодня для таких людей разработано немало приборов, значительно упрощающих ежедневные рутинные обязанности для поддержания здоровья. Так, например, шприц-ручка для инсулина стала незаменимым и удобным атрибутом для регулярного приема необходимой дозы инсулина, а глюкометр позволяет не выходя из дома, самостоятельно контролировать уровень сахара в крови.
Люди, которые вынуждены принимать лекарственные препараты с инсулином, знают, что фармацевтическая промышленность выпускает их в трех разных позициях, характеризующихся длительностью и типом работы. Это так называемые типы инсулина.
- Ультракороткие инсулины — новинка фармакологии. Они действуют в течение всего 10-15 минут, но за это время успевают сыграть роль естественного инсулина и запустить все обменные реакции, которые нужны организму.
- Короткие или быстродействующие инсулины принимаются непосредственно перед приемом пищи. такой препарат начинает работать спустя 10 минут после введения внутрь, а продолжительность его действия составляет максимум 8 часов с момента введения. Для этого типа характерна прямая зависимость от количества активного вещества и длительности его работы — чем больше доза, тем дольше она работает. Инъекции короткого инсулина вводятся или подкожно, или внутривенно.
- Средние инсулины представляют самую большую группу гормонов. Они начинают работать спустя 2-3 часа после введения в организм и действуют в течение 10-24 часов. У разных препаратов среднего инсулина могут быть разные пики активности. Зачастую врачи назначают комплексные препараты, включающие в себя короткий и средний инсулины.
- Инсулины длительного действия считаются базовыми препаратами, которые принимаются 1 раз за сутки, а потому называют базовыми. Работать инсулин пролонгированного действия начинает спустя лишь 4 часа, поэтому при тяжелых формах заболевания пропускать его прием не рекомендуется.
Решить вопрос о том, какой инсулин выбрать для конкретного случая сахарного диабета, может лечащий врач с учетом многих обстоятельств и течения заболевания.
Что такое инсулин? Жизненно важный, наиболее подробно изученный гормон поджелудочной железы, отвечающий за снижение уровня сахара в крови и участвующий практически во всех обменных процессах, протекающих в абсолютном большинстве тканей организма.
ИНСУЛИН (лат. insula остров, островок) — гормон поджелудочной железы; относится к группе белковопептидных гормонов.
В 1900 г. Л. В. Соболев доказал, что островки Лангерганса поджелудочной железы (см.) являются местом образования вещества, регулирующего углеводный обмен в организме. В 1921 г. Ф. Бантинг и Бест (С. Н. Best) получили экстракт из островковой ткани поджелудочной железы, содержащий инсулин. В 1925 г. И. был получен в кристаллическом виде. В 1955 г. Сенгер (F. Sanger) изучил аминокислотную последовательность и установил структуру И. крупного рогатого скота и свиней.
Относительная молекулярная масса мономера П.— ок. 6000. Молекула И. содержит 51 аминокислоту и состоит из двух цепей; цепь с N-концевым глицином называется А-цепью и состоит из 21 аминокислоты, вторая — B-цепь — состоит из 30 аминокислот. А- и B-цепи соединены дисульфидной связью, целостность к-рой играет большую роль в сохранении биол, активности молекулы И. (формулу см. ниже).
Наиболее близок по аминокислотному составу к И. человека И. свиньи, молекула к-рого отличается всего лишь на одну аминокислоту в B-цепи (вместо треонина в 30-м положении находится аланин).
И. синтезируется в базофильных инсулоцитах (бета-клетках) островков Лангерганса поджелудочной железы из своего предшественника — проинсулина. Впервые проинсулин был обнаружен Стайнером (D. F. Steiner) в конце 60-х гг. Проинсулин — одноцепочечный полипептид с относительной мол. массой ок. 10 000, содержит более 80 аминокислот. Проинсулин представляет собой молекулу П., как бы замкнутую пептидом, который был назван соединяющим, или C-пептидом; этот пептид делает молекулу И. биологически неактивной. По иммунол, характеристике проинсулин близок к И. Проинсулин синтезируется на рибосомах инсулоцитов, затем по цистернам цитоплазматической сети молекула проинсулина передвигается к пластинчатому комплексу (комплекс Гольджи), от к-рого отделяются вновь образованные секреторные гранулы, содержащие проинсулин. В секреторных гранулах под действием ферментов от проинсулина отделяется С-пептид и образуется И. Процесс ферментативного превращения проинсулина протекает в. несколько стадий, в результате которых образуется инсулин, промежуточные формы про-инсулина и С-пептид. Все эти вещества обладают разной биол, и иммунной активностью и могут участвовать в регуляции различных видов обмена веществ. Нарушение процессов превращения проинсулина в И. приводит к изменению соотношения этих веществ, появлению анормальных форм И. ив результате этого — к сдвигу в регуляции обмена веществ.
Поступление гормонов в кровь регулируется несколькими механизмами, одним из которых для И. (пусковым сигналом) является повышение содержания глюкозы в крови (см. Гипергликемия); важная роль в регуляции поступления И. принадлежит микроэлементам, гормонам жел.-киш. тракта (в основном секретину), аминокислотам, а также ц. н. с. (см. Гормоны).
При выходе в русло крови часть И. образует комплексы с белками плазмы крови — так наз. связанный инсулин, другая часть остается в форме свободного инсулина. Л. К. Старосельцева и сотр. (1972) установили, что существуют две формы связанного И.: одна форма — комплекс И. с трансферрином, другая — комплекс И. с одним из компонентов альфа-глобулинов сыворотки крови. Свободный и связанный И. отличны друг от друга по биол., иммунным и физ.-хим. свойствам, а также по влиянию на жировую и мышечную ткани, которые являются органами-мишенями и называются инсулинчувствительным и тканями. Свободный И. реагирует с антителами к кристаллическому П., стимулирует поглощение глюкозы мышечной и в какой-то степени жировой тканью. Связанный И. не реагирует с антителами к кристаллическому П., стимулирует поглощение глюкозы жировой тканью и практически не влияет на этот процесс в мышечной ткани. Связанный И. отличается от свободного скоростью метаболизма, поведением в электрофоретическом поле, при гельфильтрации и диализе.
При экстракции сыворотки крови солянокислым этанолом было получено вещество, по биол, эффектам подобное И. Однако это вещество не реагировало с антителами, полученными к кристаллическому П., и поэтому было названо «неподавляемая инсулиноподобная активность плазмы», или «инсулиноподобное вещество». Изучению инсулиноподобной активности придается большое значение; «неподавляемая инсулиноподобная активность плазмы» многими авторами рассматривается как одна из форм И. Благодаря процессам связывания И. с белками сыворотки крови обеспечивается его доставка к тканям. Кроме того, связанный И. является как бы формой хранения гормона в крови и создает резерв активного И. в русле крови. Определенное соотношение свободного и связанного И. обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма.
Количество И., циркулирующего в русле крови, определяется не только скоростью секреции, но и скоростью его метаболизма в периферических тканях и органах. Наиболее активно процессы метаболизма И. протекают в печени. Существует несколько предположений о механизме этих процессов в печени; установлено, что имеются два этапа — восстановление дисульфидных мостиков в молекуле инсулина и протеолиз с образованием биологически неактивных пептидных фрагментов и аминокислот. Существует несколько инсулининактивирующих и инсулиндеградирующих ферментных систем, участвующих в метаболизме И. К ним относятся инсулининактивирующая ферментная система [протеиндисульфидная редуктаза (глютатион)] и инсулиндеградирующая ферментная система, к-рая представлена тремя типами протеолитических ферментов. В результате действия протеиндисульфидной редуктазы происходит восстановление — S— S-мостиков и образование А- и B-цепей И. с последующим протеолизом их до отдельных пептидов и аминокислот. Помимо печени, метаболизм И. происходит в мышечной и жировой тканях, почках, плаценте. Скорость процессов метаболизма может служить контролем за уровнем активного И. и играет большую роль в патогенезе сахарного диабета. Период биол, полураспада И. человека — ок. 30 мин.
И. является универсальным анаболическим гормоном. Один из наиболее ярких эффектов И. — его гипогликемическое действие. И. оказывает влияние на все виды обмена веществ: стимулирует транспорт веществ через клеточные мембраны, способствует утилизации глюкозы и образованию гликогена, ингибирует глюконеогенез (см. Гликолиз), тормозит липолиз и активирует липогенез (см. Жировой обмен), повышает интенсивность синтеза белка. И., обеспечивая нормальное окисление глюкозы в цикле Кребса (легкие, мышцы, почки, печень), способствует образованию макроэргических соединений (в частности, АТФ) и поддержанию энергетического баланса клеток. И, необходим для роста и развития организма (действует в синергизме с соматотропный гормоном гипофиза).
Все биол, эффекты И. самостоятельны и независимы друг от друга, однако в физиол, условиях конечный эффект И. складывается из непосредственной стимуляции биосинтетических процессов и одновременного снабжения клеток «строительным» материалом (напр., аминокислотами) и энергией (глюкозой). Многообразные эффекты И. реализуются путем взаимодействия его с рецепторами клеточных мембран и передачи сигнала (информации) в клетку к соответствующим ферментным системам.
Физиол, антагонистом И. в регуляции углеводного обмена и обеспечении оптимального для жизнедеятельности организма уровня глюкозы в крови является глюкагон (см.), а также некоторые другие гормоны (щитовидной железы, надпочечников, соматотропный гормон).
Нарушения в синтезе и секреции инсулина могут быть разного характера и иметь различное происхождение. Так, недостаточность секреции И. приводит к гипергликемии и развитию сахарного диабета (см. Диабет сахарный, этиология и патогенез). Избыточное образование И. наблюдается, напр., при гормонально-активной опухоли, исходящей из бета-клеток панкреатических островков (см. Инсулома), и выражается клинически симптомами гиперинсулинизма (см.).
Методы определения инсулина условно можно разделить на биологические и радиоиммунные. Биол, методы основаны на стимуляции поглощения глюкозы инсулинчувствительными тканями под действием И. Для биол, метода используется диафрагмальная мышца и эпидидимальная жировая ткань, получаемая от крыс чистых линий. Кристаллический И. или исследуемая сыворотка крови человека и препараты диафрагмальной мышцы или эпидидималыюй жировой ткани (лучше изолированные жировые клетки, полученные из эпидидимальной жировой ткани) в буферном р-ре, содержащем определенную концентрацию глюкозы, помещаются в инкубатор. По степени погло щения глюкозы тканью и соответственно убыли ее из инкубируемой среды рассчитывают содержание И. в крови, используя при этом стандартную кривую.
Свободная форма И. усиливает поглощение глюкозы в основном на диафрагмальной мышце, с к-рой практически не реагирует связанная форма И., поэтому, используя диафрагмальный метод, можно определить количество свободного И. Поглощение глюкозы эпидидимальной жировой тканью стимулируется в основном связанной формой И.; но с жировой тканью частично может реагировать и свободный И., поэтому данные, полученные при инкубации с жировой тканью, можно называть общей инсулинной активностью. Физиол, уровни свободного и связанного И. колеблются в очень широких пределах, что, видимо, связано с индивидуальным типом гормональной регуляции обменных процессов, и могут в среднем составлять в норме 150—200 мкед/мл свободного И. и 250—400 мкед/мл связанного И.
Радиоиммунный метод определения И. основан на конкуренции меченого и немеченого И. в реакции с антителом к И. в анализируемой пробе. Количество радиоактивного И., связанного с антителами, будет обратно пропорционально концентрации И. в анализируемой пробе. Наиболее удачным вариантом радиоиммунного метода оказался метод двойных антител, который условно (схематически) можно представить следующим образом. Антитела против И. получают на морских свинках (так наз. антитела первого порядка) и соединяют их с меченым И. (1251). Полученный комплекс повторно соединяют с антителами второго порядка (полученными от кролика). Это обеспечивает стабильность комплекса и возможность реакции замещения меченого И. на немеченый. В результате этой реакции немеченый И. связывается с антителами, а меченый И. переходит в свободный р-р.
Многочисленные модификации этого метода основаны на этапе отделения меченого И. от комплекса с немеченым И. Метод двойных антител положен в основу приготовления готовых наборов для радиоиммунного метода определения И. (фирмами Англии и Франции).
Для мед. целей И. получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота, свиней и китов. Активность И. определяют биол, путем (по способности понижать содержание сахара в крови у здоровых кроликов). За единицу действия (ЕД), или интернациональную единицу (ИЕ), принимают активность 0,04082 мг кристаллического инсулина (стандарта). И. легко соединяется с двухвалентными металлами, особенно с цинком, кобальтом, кадмием, и может образовывать комплексы с полипептидами, в частности с протамином. Это свойство было использовано при создании препаратов И. пролонгированного действия.
По длительности действия различают три типа препаратов И. Препаратом короткого действия (ок. 6 час.) является инсулин отечественного производства (И. крупного рогатого скота и свиней). Препарат средней продолжительности действия (10—12 час.) — суспензия цинк-инсулина аморфного — отечественный препарат, аналогичный зарубежному препарату семиленте. К препаратам длительного действия относятся протамин-цинк-инсулин для инъекций (16—20 час. действия), суспензия инсулин-протамина (18— 24 час.), суспензия цинк-инсулина (до 24 час.), суспензия цинк-инсулина кристаллического (до 30—36 час. действия).
Фармакол, характеристику наиболее употребляемых препаратов И. и формы их выпуска — см. Гормональные препараты, таблица.
И. является специфическим противодиабетическим средством и применяется в основном при сахарном диабете; абсолютным показанием является наличие кетоацидоза и диабетической комы. Выбор препарата и его дозировка зависят от формы и тяжести течения болезни, возраста и общего состояния больного. Подбор доз и лечение И. проводится под контролем содержания сахара в крови и в моче и наблюдением за состоянием больного. Передозировка И. грозит резким падением содержания сахара в крови, гипогликемической комой. Конкретные показания к применению тех или иных препаратов И. при сахарном диабете у взрослых и детей — см. Диабет сахарный, лечение.
Препараты И. применяются для лечения некоторых психических болезней. В СССР инсулиношоковое лечение шизофрении было применено в 1936 г. А. С. Кронфельдом и Э. Я. Штернбергом. С появлением нейролептиков лечение И. стало методом выбора — см. Шизофрения.
В небольших дозах И. иногда назначают при общем истощении, фурункулезе, рвоте беременных, гепатитах и др.
Все препараты И. пролонгированного действия вводят только под кожу (или внутримышечно). Внутривенно (напр., при диабетической коме) можно вводить только р-р инсулина кристаллического для инъекций. Нельзя вводить суспензии цинк-инсулина (и другие препараты И. пролонгированного действия) в одном шприце с р-ром инсулина для инъекций; в случае необходимости вводят р-р инсулина для инъекций отдельным шприцем.
Противопоказание — аллергия к И.; относительные противопоказания — заболевания, протекающие с гипогликемией. Необходима осторожность при лечении И. больных, у которых наблюдаются коронарная недостаточность и нарушения мозгового кровообращения.
Библиография: Биохимия гормонов и гормональной регуляции, под ред. Н. А. Юдаева, с. 93, М., 1976; Ньюсхолм Э.И Старт К. Регуляция метаболизма, пер. с англ., с. 387 и др., М., 1977; Проблемы медицинской энзимологии, под ред. G. Р. Мардашева, с. 40, М., 1970, библиогр.; Руководство по клинической эндокринологии, под ред. В. Г. Баранова, Л., 1977; Сахарный диабет, под ред. В. Р. Клячко, с. 130, М., 1974; Старосельцева Л. К. Различные формы инсулина в организме и их биологическое значение, в кн.: Совр. вопр, эндокрин., под ред. H. А. Юдаева, в. 4, с. 123, М., 1972; Юдаев Н. А. Биохимия гормональной регуляции обмена веществ, Вестн. АН СССР, JVa 11, с. 29, 1974; Banting F. G., а. В e s t С. H. Internal secretion of pancreas, J. Lab. clin. Med., v. 7, p. 251, 1922; Cerasi E. a. Luft R. Diabetes mellitus — a disorder of cellular information transmission, Horm. metaboi. Res., v. 4, p. 246, 1970, bibliogr.; Insulin, ed. by R. Luft, Gentofte, 1976; Steiner D. F. a, o. Proinsulin and the biosynthesis of insulin, Recent Progr. Hormone Res., v. 25, p. 207, 1969, bibliogr.
Инсулин — полипептид, состоящий из двух полипептидных цепей, в совокупности включающие 51 аминокислотый остаток Цепь А содержит 21 аминокислотный остаток, цепь В — 30 аминокислотных остатков. Обе цепи соединены между собой двумя дисульфидными мостиками. Наибольшее сходство первичной структуры обнаруживают инсулины быка (различается от инсулина человека по трем аминокислотным остаткам) и свиньи (отличается от инсулина человека по одному аминокислотному остатку), что позволяет использовать последний (является агонистом) в качестве препарата заместительной терапии при сахарном диабете.
Инсулин синтезируется в виде препроинсулина. Препоследовательность явялется сигнальной и обеспечивает направление молекулы в просвет эндоплазматического. После ее отщепления образуется проинсулин, который обладает 5% активностью инсулина. Проинсулин поступает в аппарат Гольджи, где происходит отщепление соединительного С-пептида. Образовавший зрелый инсулин сохраняется до секреции в форме цинксодержащего гексамера. Инсулин и С-пептид в эквимолярных количествах включаются в секреторные гранулы.
Период полураспада инсулина в плазме крови составляет 3-10 мин, С-пептида — около 30 мин. Разрушение инсулина происходит под действием фермента инсулиназы в основном в печени и в меньшей степени в почках.
Регуляция синтеза и секреции инсулина.Глюкоза –главный регулятор секреции инсулина, Пороговой для секреции инсулина является концентрация глюкозы 5,5 ммоль/л, максимальная секреция наблюдается при концентрации глюкозы 15-20 ммоль/л. Кроме глюкозы стимулирующим действием на синтез инсулина в β-клетках облдают аминокислота лейцин, глюкагон, гормон роста, кортизол, ингибирует синтез адреналин. Повышают секрецию инсулина секретин, холецистокинин и желудочный ингибирующий пептид (GIP). Секреция инсулина является Са 2+ -зависимым процессом и при дефиците Са 2+ снижается даже в условиях высокой концентрации глюкозы.
Транспорт глюкозы в β-клетки осуществляется ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-2. Поступившая в клетки глюкоза фосфорилируется с образованием глюкозо-6-фосфата под действием глюкокиназы. Мутации глюкокиназы приводят к развитию одной из форм сахарного диабета.
В крови инсулин может быть в свободной форме, которая способствует утилизации глюкозы жировой и мышечной тканью. Связанная с белкми форма инсулина влияет только на жировую ткань.
Действие инсулина начинается со связывания с рецептором. Инсулиновые рецепторы постоянно синтезируются и разрушается. Период полураспада рецептора составляет 7-12 ч. Число инсулиновых рецепторов может изменяться. Так при избыточной массе тела количество рецепторов уменьшается и клетки-мишени становятся менее чувствительными к инсулину. Снижение сродства рецепторов к инсулину возможно вследствие их модификация путем фосфорилирования.
После связывания инсулина с рецептором гормон-рецепторный комплекс проникает внутрь клетки. В качестве внутриклеточных посредников выступают сам инсулин, ионы кальция, циклические нуклеотиды, продукты распада фосфатидилинозитолдифосфата. Внутриклеточные посредники обеспечивают перемещение из цитозольных везикул в плазматическую мембрану ГЛЮТ-4, которые осуществляют транспорт глюкозы в клетку. В клетках печени инсулин стимулирует активность глюкокиназы, благодаря которой образуется активный метаболит глюкозо-6-фосфат. Гипогликемические эффекты инсулина сявзаны с активацией ферментов фосфофруктокиназы, пируваткиназы, пируватдегидрогеназы, глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, что способствует утилизации глюкозы по пути аэробного дихотомического распада и пентозного пути. Кроме того инсулин стимулирует образование гликогена путем активации гликогенсинтазы и ингибирования гликогенфосфорилазы. На синтез гликогена расходуется около 10% поступившей глюкозы. Инсулин подавляет образование глюкозы вследствие репрессии синтеза фосфоенолпируваткарбоксикиназы.
Инсулин стимулирует липогенез в печени и жировой ткани благодаря активации ацетил-КоА-карбоксилазы, катализирующей ключевую реакцию синтеза жирных кислот, увеличения притока глицерина, активации ферментного комплекса синтазы жирных кислот (на образование нейтрального жира расходуется до 40% поступившей глюкозы). В печени и жировой ткани инсулин ингибирует гормончувствительную триацилглицерол-липазу, таким образом подавляя мобилизацию триацилглицеролов. Благодаря активации метаболизма глюкозы инсулин подавляет кетогенез в печени.
Инсулин является одним из наиболее активных анаболических гормонов. Он влияет на процессы репликации и транскрипции, участвуя таким образом в регуляции клеточной дифференцировки и пролиферации, ограничивает использование аминокислот по пути ихглюконеогенеза.
Эффекты инсулинамогут проявляться в течение секунд и минут (транспорт веществ, фосфорилирование и дефосфорилирование белков, активация и ингибирование ферментов, синтез РНК) или через несколько часов (синтез ДНК, белков, пролифирация клеток).
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Фармакологическая группа: гормоны; пептидные гормоны;
Фармакологическое действие: регуляция уровней глюкозы в крови, увеличение усвоения глюкозы тканями организма, усиление липогенеза и гликогеногенеза, синтез белка, снижение скорости продукции глюкозы печенью;
Воздействие на рецепторы: инсулиновый рецептор.
Инсулин представляет собой гормон, который повышается, когда уровень глюкозы в крови растет, и действует в целях снижения уровня глюкозы посредством введения ее в клетки и повышения ее использования. Он временно переключает энергообмен с жиров на углеводы, при этом явно не ведет к росту жировой массы. Его сила действия определяется как инсулиночувствительность.
Инсулин — пептидный гормон, вырабатываемый в островках Лангерганса поджелудочной железы. Высвобождение гормона в организме человека тесно связано с уровнями глюкозы в крови, хотя на эти уровни также влияет ряд других факторов, включая активность гормонов поджелудочной железы и желудочно-кишечных гормонов, аминокислот, жирных кислот и кетоновых тел. Основная биологическая роль инсулина заключается в содействии внутриклеточному использованию и сохранению аминокислот, глюкозы и жирных кислот, при одновременном ингибировании распада гликогена, белков и жиров. Инсулин помогает контролировать уровень сахара в крови, поэтому инсулиновые средства обычно назначают пациентам, страдающим сахарным диабетом — метаболическим расстройством, характеризующимся гипергликемией (высоким уровнем сахара в крови). В скелетной мышечной ткани этот гормон действует как анаболик и анти-катаболик, именно поэтому фармацевтический инсулин используется в легкой атлетике и бодибилдинге. Инсулин представляет собой гормон, который в организме выделяется из поджелудочной железы и известен как средство регулирования обмена углеводов. Он действует сообща со своим родственным гормоном, глюкагоном, а также с множеством других гормонов в целях регулирования уровня сахара в крови организма и защиты от избыточного уровня сахара (гипергликемия) или слишком низкого уровня сахара (гипогликемия). Большей частью является анаболическим гормоном, что означает, что он действует на образование молекул и тканей. Обладает в некоторой степени катаболическими свойствами (катаболизм представляет собой механизм действия, направленный на разрушение молекул и тканей в целях выработки энергии). Когда активен, инсулин и действующие белки, контролируемые им, могут быть обобщены за счет обладания двумя основными воздействиями:
Повышается в ответ на пищу. Наиболее примечательны углеводы и в меньшей степени выраженные белки. В отличие от многих гормонов, инсулин является наиболее восприимчивым к пище и образу жизни; манипулирование уровнем инсулина посредством пищи и образа жизни широко распространено в диетических стратегиях. Он необходим для выживания, поэтому субъектам, у которых инсулин не вырабатывается или содержится в малом количестве, необходимо вводить его (диабет типа I). Инсулин обладает феноменом, известным как «инсулиночувствительность», который в общем может быть определен как «объем действия отдельной молекулы инсулина, который она может оказывать внутри клетки». Чем более высокую инсулиночувствительность вы имеете, тем меньшее общее количество инсулина требуется для оказания того же объема действия. Большая шкала и более продолжительное состояние инсулиновой нечувствительности наблюдается при диабете типа II (среди других сопутствующих заболеваний). Инсулин не является ни плохим, ни хорошим в отношении здоровья и композиции тела. Он обладает определенной ролью в организме и активирование его может быть полезным или нет для отдельных субъектов, также может быть необычным для других. Обычно страдающие ожирением и ведущие сидячий образ жизни люди демонстрируют ограниченную секрецию инсулина, в то время как сильные спортсмены или сравнительно худые спортивные субъекты используют стратегии регулирования углеводов для максимизации действия инсулина.
мРНК кодируется для полипептидной цепи, известной как препроинсулин, которая затем пассивно заворачивается в инсулин за счет аффинности аминокислот. 1) Инсулин представляет собой пептидный гормон (гормон, состоящий из аминокислот), который состоит из двух цепей, альфа цепи длиной в 21 аминокислоту и бета цепи длиной в 30 аминокислот. Он соединен сульфидными мостами между цепями (A7-B7, A20-B19) и в альфа цепи (A6-A11), что дает гидрофобное ядро. Данная третичная белковая структура может существовать сама по себе в качестве мономера, а также совместно с другими в качестве димера и гексамера. 2) Данные формы инсулина метаболически инертны и становятся активны, когда происходят конформационные (структурные) изменения при связывании с инсулиновым рецептором.
Инсулин синтезируется в поджелудочной железе, в подпространстве, известном как «островки Лангерганса», находящиеся в бета-клетках и представляющие собой единственные производители инсулина. Инсулин после синтеза высвобождается в кровь. Как только его действие выполнено, он расщепляется разрушающим инсулин ферментом (инсулизином), который выражен повсеместно и снижается с возрастом.
Для удобства отдельные посредники, которые имеют ключевое значение в сигнальном каскаде, выделены жирным шрифтом. Стимулирование инсулина происходит посредством действия инсулина на наружную поверхность инсулинового рецептора (который внедрен в клеточную мембрану, располагаясь как снаружи, так и изнутри), что вызывает структурные (конформационные) изменения, которые возбуждают тирозинкиназу на внутренней стороне рецептора и вызывают множественное фосфорилирование. Соединения, которые напрямую фосфорилируются на внутренней стороне инсулинового рецептора, включают четыре обозначенных субстрата (субстрат инсулинового рецептора, IRS, 1-4), а также некоторое количество других белков, известных как Gab1, Shc, Cbl, APD и SIRP. Фосфорилирование этих посредников вызывает структурные изменения в них, что дает начало пострецепторному сигнальному каскаду. PI3K (активируется за счет посредников IRS1-4) в некоторых случаях рассматривается как основной посредник второго уровня 3) и действует посредством фосфоинозитидов в целях активации посредника, известного как Akt, активность которого в высокой степени соотносится с перемещением GLUT4. Ингибирование PI3k вортманнином полностью устраняет обусловленное инсулином поглощение глюкозы, что свидетельствует о критичности данного пути. Перемещение GLUT4 (способность переносить сахара в клетку) созависима с активацией PI3K (как указано выше), а также с каскадом CAP/Cbl. Активации PI3K в лабораторных условиях недостаточно для объяснения всего обусловленного инсулином поглощения глюкозы. Активация первоначального посредника APS привлекает CAP и c-Cbl в инсулиновый рецептор, где они образуют комплекс димера (связаны вместе) и затем перемещаются посредством липидных плотов к пузырькам GLUT4, где посредством ГТФ-связывающего белка способствуют его передвижению к поверхности клетки. 4) Для визуализации описанного выше смотрите метаболический путь инсулина Энциклопедии генов и геномов Института химических исследований в Киото.
Инсулин представляет собой основной метаболический регулятор уровня глюкозы в крови (также известного как уровень сахара в крови). Он действует сообща со своим родственным гормоном глюкагоном в целях сохранения равновесия уровня глюкозы в крови. Инсулин обладает ролью как повышения, так и снижения уровня глюкозы в крови, а именно посредством повышения синтеза глюкозы и отложения глюкозы в клетках; обе реакции анаболические (тканеобразующие), в целом противоположные катаболическим воздействиям глюкагона (тканеразрушающим).
Глюкоза может образовываться из неглюкозных источников печени и почках. Почки повторно поглощают приблизительно столько же глюкозы, сколько синтезируют, свидетельствуя, что они могут быть самоподдерживающимися. Это является причиной, по которой печень считается основным центром глюконеогенеза (глюко = глюкоза, нео = новый, генез = создание; создание новой глюкозы). 5) Инсулин выделяется из поджелудочной железы в ответ на обнаруженное бета-клетками повышение уровня глюкозы в крови. Также существуют невральные сенсоры, которые могут действовать непосредственно за счет поджелудочной железы. Когда уровень сахара в крови растет, инсулин (и другие факторы) обусловливают (по всему организму) выведение глюкозы из крови в печень и другие ткани (такие как жировая и мышечная). Сахар может вводиться в и выводиться из печени посредством GLUT2, что в достаточной степени независимо от гормональной регуляции, несмотря на нахождение некоторого количества GLUT2 в толстом кишечнике. 6) В частности, ощущение сладкого вкуса может повышать активность GLUT2 в кишечнике. Введение глюкозы в печень ослабляет образование глюкозы и начинает содействовать образованию гликогена посредством печеночного гликогенеза (глико = гликоген, генез = создание; создание гликогена). 7)
Инсулин действует в целях доставки глюкозы из крови в мышечные и жировые клетки посредством переносчика, известного как GLUT4. В организме существует 6 GLUT (1-7, из которых 6 представляет собой псевдоген), но GLUT4 наиболее широко выражен и имеет значение для мышечной и жировой ткани, при этом GLUT5 отвечает за фруктозу. GLUT4 не является поверхностным переносчиком, а содержится в маленьких пузырьках внутри клетки. Эти пузырьки могут перемещаться к поверхности клетки (цитоплазматическая мембрана) либо за счет стимулирования инсулином его рецептора, либо за счет высвобождения кальция из саркоплазматического ретикулума (сокращение мышцы). 
Как упоминалось ранее, тесное взаимодействие активации PI3K (посредством инсулиновой передачи сигнала) и передачи сигнала CAP/Cbl (отчасти посредством инсулина) необходимо для эффективной активации GLUT4 и поглощения глюкозы мышечными и жировыми клетками (где GLUT4 наиболее выражен).
Инсулиновая резистентность наблюдается при приеме пищи с высоким содержанием жиров (обычно 60% общего потребления калорий или выше), что может быть связано с неблагоприятным взаимодействием с сигнальным каскадом CAP/Cbl, необходимым для перемещения GLUT4, так как фактически фосфорилирование инсулинового рецептора не поддается действию, а фосфорилирование посредников IRS несущественно подвержено неблагоприятному влиянию. 9)
Использование инсулина для улучшения показателей и внешнего вида тела — довольно спорный момент, поскольку этот гормон имеет свойство содействовать накоплению питательных веществ в жировых клетках. Однако это накопление в некоторой степени может контролироваться пользователем. Строгий режим интенсивных тренировок на вес плюс диета без избыточного содержания жиров обеспечивают сохранение белков и глюкозы в мышечных клетках (вместо сохранения жирных кислот в жировых клетках). Это особенно важно в период сразу после тренировки, когда поглощающая способность организма повышена, и чувствительность к инсулину в скелетных мышцах значительно увеличена по сравнению со временем отдыха.
При приеме сразу после тренировки гормон способствует быстрому и заметному приросту мышц. Вскоре после начала инсулинотерапии можно наблюдать изменение внешнего вида мышц (мышцы начинают выглядеть полнее, а иногда рельефнее).
Тот факт, что инсулин не обнаруживается в анализах мочи, делает его популярным среди многих профессиональных спортсменов и бодибилдеров. Обратите внимание, что, несмотря на определенный прогресс в анализах на обнаружение препарата, особенно если говорить об аналогах, на сегодняшний день оригинальный инсулин до сих пор считается «безопасным» препаратом. Инсулин часто используется в комбинации с другими препаратами, «безопасными» при допинг контроле, такими, как человеческий гормон роста, препараты для щитовидной железы, и низкие дозы инъекций тестостерона, что в совокупности может существенно влиять на внешний вид и производительность пользователя, который может не опасаться положительного результата при анализе мочи. Пользователи, которые не проходят допинг тестирования, часто обнаруживают, что инсулин в сочетании с анаболическими/андрогенными стероидами действует синергически. Это происходит потому, что ААС активно поддерживают анаболическое состояние при помощи различных механизмов. Инсулин заметно улучшает транспортировку питательных веществ в клетки мышц и ингибирует распад белков, а анаболические стероиды (среди прочего) заметно увеличивают скорость синтеза белка.
Как уже говорилось, в медицине инсулин обычно применяется для лечения различных форм сахарного диабета (если организм человека не способен производить инсулин на достаточном уровне (сахарный диабет I типа), или не способен идентифицировать инсулин на клеточных участках при наличии определенного его уровня в крови (сахарный диабет II типа)). Диабетикам I типа, следовательно, необходимо принимать инсулин регулярно, так как в организме таких людей отсутствует достаточный уровень этого гормона. Помимо необходимости в постоянном лечении, пациентам также необходимо постоянно отслеживать уровни глюкозы в крови и следить за потреблением сахара. Изменив образ жизни, занимаясь регулярными физическими упражнениями и разработав сбалансированную диету, инсулинозависимые лица могут жить полноценной и здоровой жизнью. Однако, при отсутствии лечения, сахарный диабет может быть смертельно опасным заболеванием.
Инсулин стал впервые доступен в качестве лекарственного препарата в 1920-х годах. Открытие инсулина связано с именами канадского врача Фреда Бантинга и канадского физиолога Чарльза Беста, совместно разработавшими первые инсулиновые препараты в качестве первого в мире эффективного средства для лечения сахарного диабета. Их работа обусловлена идеей, первоначально предложенной Бантингом, который, как молодой врач, имел смелость предположить, что из поджелудочной железы животных может быть извлечен активный экстракт, который позволит регулировать уровень сахара в крови человека. Для того, чтобы реализовать свою идею, он обратился с просьбой ко всемирно известному физиологу Дж.Дж.Р. Маклеоду из университета Торонто. Маклеод, изначально не очень впечатленный необычной концепцией (но, должно быть, пораженный убежденностью и упорством Бантинга), назначил пару аспирантов для помощи ему в его работе. Чтобы определить, кто будет работать с Бантингом, студенты бросили жребий, и выбор пал на выпускника Беста.
Вместе Бантинг и Брест изменили историю медицины.
Первые инсулиновые препараты, произведенные учеными, были извлечены из сырых экстрактов поджелудочной железы собак. Однако в какой-то момент поставка лабораторных животных закончилась, и в отчаянных попытках продолжить исследования, пара ученых стала выискивать для своих целей бездомных собак. Заем ученые выяснили, что можно работать с поджелудочной железой забитых коров и свиней, что намного облегчило их работу (и сделало ее более этически приемлемой). Первое успешное лечение диабета при помощи инсулина было осуществлено в январе 1922 года. В августе того же года ученые с успехом поставили на ноги группу клинических пациентов, в числе которых была и 15-летняя Элизабет Хьюз, дочь кандидата в президенты Чарльза Эванса Хьюза. В 1918 году Элизабет был поставлен диагноз сахарный диабет, и ее впечатляющая борьба за жизнь получила общенациональную огласку.
Инсулин спас Элизабет от голодной смерти, так как на тот момент единственным известным средством для замедления развития этой болезни было жесткое ограничение калорий. Год спустя, в 1923 году, Бэнгинг и Маклеод получили Нобелевскую премию за свое открытие. Вскоре после этого начинаются споры по поводу того, кто действительно является автором этого открытия, и в конечном итоге Бантинг разделяет свой приз с Бестом, а Маклеод – с Дж.Б. Коллипом, химиком, оказывающим помощь в процессах добычи и очистки инсулина.
После того, как рухнула надежда на собственное производство инсулина, Бантинг и его команда начинают сотрудничество с компанией Eli Lilly&Со. Совместная работа привела к разработке первых массовых препаратов инсулина. Препараты получили быстрый и ошеломляющий успех, и в 1923 году инсулин обрел широкую коммерческую доступность, в тот же год, когда Бантинг и Маклеод получили Нобелевскую премию. В этом же году датский ученый Август Крог основывает Nordisk Insulinlaboratorium, отчаянно желая вернуть технологии производства инсулина в Данию, чтобы помочь своей больной диабетом жене. Эта компания, которая впоследствии меняет название на Novo Nordisk, в конечном итоге, становится вторым в мире ведущим производителем инсулина, наряду с Eli Lilly&Со.
По сегодняшним меркам, первые препараты инсулина были недостаточно чистыми. Обычно в них содержались 40 единиц животного инсулина на миллилитр, в отличие от принятой сегодня стандартной концентрации в 100 единиц. Большие дозы, необходимые для этих препаратов, изначально обладающих низкой концентрацией, были не очень удобны для пациентов, и часто встречались побочные реакции на местах инъекций. Препараты также содержали значительные примеси белков, которые могли вызывать аллергические реакции у пользователей. Несмотря на это, препарат спас жизнь бесчисленному количеству людей, которые после получения диагноза сахарного диабета буквально сталкивались со смертным приговором. В последующие годы Eli Lilly и Novo Nordisk улучшили чистоту своей продукции, но значительных улучшений в технологии производства инсулина не наблюдалось вплоть до середины 1930-х годов, когда были разработаны первые препараты инсулина длительного действия.
В первом таком препарате для задержки действия инсулина в организме использовались протамин и цинк, расширяющие кривую активности и снижающие количество необходимых ежедневно инъекций. Препарат был назван Протамин Цинк Инсулин (ПЦИ). Его эффект длился 24-36 часов. Следом за этим, к 1950 году, выпускается Нейтральный Протамин Хагедорн (НПХ) Инсулин, также известный как Инсулин Изофан. Этот препарат был очень похож на инсулин ПЦИ, за исключением того, что его можно было смешивать с обычным инсулином без нарушения кривой выпуска соответствующих инсулинов. Другими словами, обычный инсулин мог смешиваться в одном шприце с инсулином НПХ, обеспечивая двухфазный выпуск, характеризуемый ранним пиковым эффектом обычного инсулина, и продленным действием, вызванным НПХ длительного действия.
В 1951 году появляется инсулин Ленте, включающий препараты Семиленте, Ленте и Ультра-Ленте.
Количества цинка, используемые в препаратах, различны в каждом случае, что обеспечивает большую их вариативность в плане длительности действия и фармакокинетики. Как и предыдущие Инсулины, этот препарат также производился без использования протамина. Вскоре после этого многие врачи начинают успешно переключать своих пациентов от НПХ Инсулина к Ленте, требующему всего одной утренней дозы (хотя некоторые пациенты все равно применяли вечерние дозы инсулина Ленте для поддержания полного контроля над уровнем глюкозы в крови 24 часа). На протяжении последующих 23 лет не последовало никаких существенных изменений в развитии новых технологий применения инсулина.
В 1974 году хроматографические технологии очистки позволили производить инсулин животного происхождения с крайне низким уровнем примесей (менее 1 пмоль/л примесей белка).
Компания Novo была первой компанией, выпускающей монокомпонентный инсулин по этой технологии.
Eli Lilly также выпускает свою версию препарата под названием «Single Peak» Инсулин, связанную с одним пиком уровней белка, наблюдаемым при химическом анализе. Это усовершенствование, хотя и было значительным, просуществовало недолго. В 1975 году Ciba-Geigy выпустила первый синтетический препарат инсулина (CGP 12831). И только три года спустя ученые лаборатории Genentech разработали инсулин с использованием модифицированной бактерии кишечной палочки Е.coli, первый синтетический инсулин с аминокислотной последовательностью, идентичной человеческому инсулину (однако животные инсулины прекрасно работают в организме человека, несмотря на то, что их структуры немного отличаются). FDA США одобрило первые подобные медикаменты, представленные препаратами Хумулин R (Regular) и Хумулин НПХ от компании Eli Lilly & Co, в 1982 году. Название Humulin является сокращением слов «человеческий» и «инсулин».
Вскоре Novo выпускает полусинтетический инсулин Актрапид HM и Monotard HM.
FDA в течение нескольких лет одобрило целый ряд других инсулиновых препаратов, в том числе различные двухфазные препараты, сочетающие различные количества инсулинов быстрого и медленного действия. Совсем недавно FDA одобрило аналог инсулина быстрого действия Хумалог от Eli Lilly. В настоящий момент исследуются дополнительные аналоги инсулина, в том числе Лантус и Апидра от Aventis, и Levemir и НовоРапид от Novo Nordisk. Имеется очень широкий спектр различных инсулиновых препаратов, одобренных и продающихся в США и других странах, и очень важно понимать, что «инсулин» представляет собой весьма широкий класс лекарственных средств. Этот класс, вероятно, продолжит расширяться, поскольку новые препараты уже разработаны и успешно испытаны. На сегодняшний день приблизительно 55 миллионов человек регулярно используют некоторые формы инъекционного инсулина для контроля над сахарным диабетом, что делает эту область медицины чрезвычайно важной и прибыльной.
Существует два вида фармацевтического инсулина — животного и синтетического происхождения. Инсулин животного происхождения выделяется из поджелудочной железы свиней или коров (или и тех, и других). Инсулиновые препараты животного происхождения делятся на две категории: «стандартный» и «очищенный» инсулин, в зависимости от уровня чистоты и содержания других веществ. При применении подобных продуктов всегда имеется небольшая вероятность развития рака поджелудочной железы, из-за возможного наличия в препарате загрязняющих веществ.
Биосинтетический, или синтетический, инсулин производится с помощью технологии рекомбинантной ДНК, аналогичная же процедура используется в процессе производства гормона роста человека. В результате производится полипептидный гормон с одной «А-цепью», содержащей 21 аминокислоту, соединенную двумя дисульфидными связями с «B-цепью», содержащей 30 аминокислот. В результате биосинтетического процесса создается препарат, свободный от белка, загрязняющего поджелудочную железу, что часто наблюдается при приеме инсулина животного происхождения, структурно и биологически идентичный инсулину поджелудочной железы человека. Из-за возможного наличия в животном инсулине загрязнений, а также то, что его структура (очень незначительно) отличается от структуры человеческого инсулина, синтетический инсулин на сегодняшний день преобладает на фармацевтическом рынке. Биосинтетический человеческий инсулин/его аналоги также более популярны среди спортсменов.
Существует целый ряд доступных синтетических инсулинов, каждый из которых обладает уникальными характеристиками в отношении скорости начала действия, пика и продолжительности активности, а также концентрации доз. Это терапевтическое разнообразие дает врачам возможность адаптировать программы лечения инсулинозависимых больных сахарным диабетом, а также уменьшать количество ежедневных инъекций, обеспечивая для пациентов максимальный уровень комфорта. Пациентам следует знать обо всех особенностях препарата до начала его использования. Из-за различий между препаратами, переключение от одной формы инсулиновых препаратов к другой следует осуществлять с особой осторожностью.
Хумалог ® (Инсулин Лизпро) Хумалог ® — аналог человеческого инсулина короткого действия, в частности, аналог инсулина Lys (B28) Pro (B29), который был создан благодаря замене мест аминокислот на позициях 28 и 29. Он считается равномощным обычному растворимому инсулину при сравнении единица на единицу, однако обладает более быстрой активностью. Препарат начинает действовать примерно через 15 минут после подкожного введения, а его максимальный эффект достигается через 30-90 минут. Общая продолжительность действия препарата составляет 3-5 часов. Инсулин Lispro обычно используется в качестве дополнения к инсулинам более длительного действия, и его можно принимать до или сразу после еды, чтобы имитировать естественный отклик инсулина. Многие спортсмены полагают, что кратковременное действие этого инсулина делает его идеальным препаратом для спортивных целей, так как его наивысшая активность концентрируется на фазе после тренировки, характеризуемой повышенной восприимчивостью к усвоению питательных веществ.
Novolog ® (Инсулин Аспарат) — аналог человеческого инсулина короткого действия, создаваемый заменой аминокислотного пролина в положении B28 на аспарагиновую кислоту. Начало действия препарата наблюдается примерно через 15 минут после подкожного введения, а максимальный эффект достигается через 1-3 часа. Общая продолжительность действия составляет 3-5 часов. Инсулин Lispro обычно используется в качестве дополнения к инсулинам более длительного действия, и его можно принимать до или сразу после еды, чтобы имитировать естественный отклик инсулина. Многие спортсмены полагают, что его кратковременное действие делает его идеальным средством для спортивных целей, так как большая его активность может концентрироваться на фазе после тренировки, характеризуемой повышенной восприимчивостью к усвоению питательных веществ.
Хумулин ® R «Regular» (Инсулин Inj). Идентичен инсулину человека. Также продается как Хумулин-S® (растворимый). Продукт содержит цинк-инсулиновые кристаллы, растворенные в прозрачной жидкости. В продукте не присутствует добавок для замедления выпуска этого продукта, поэтому его обычно называют «растворимый человеческий инсулин». После подкожного введения препарат начинает действовать через 20-30 минут, а максимальный эффект достигается через 1-3 часа. Общая продолжительность действия составляет 5-8 часов. Хумулин-S и Humalog являются двумя наиболее популярными формами инсулина среди бодибилдеров и атлетов.
Хумулин ® N, НПХ (Инсулин Изофан). Кристаллическая суспензия инсулина с протамином и цинком для задержки выпуска и распространения действия. Инсулин изофан рассматривается как инсулин промежуточного действия. Начало действия препарата наблюдается примерно через 1-2 часа после подкожного введения, и достигает своего пика через 4-10 часов. Общая продолжительность действия составляет более 14 часов. Этот тип инсулина обычно не используется в спортивных целях.
Хумулин ® L Ленте (цинковая суспензия среднего действия). Кристаллическая суспензия инсулина с цинком для задержания его выпуска и расширения его действия. Хумулин-L рассматривается как инсулин промежуточного действия. Начало действия препарата наблюдается примерно через 1-3 часа, и достигает своего пика через 6-14 часов.
Общая продолжительность действия препарата составляет более 20 часов.
Этот тип инсулина обычно не используется в спорте.
Кристаллическая суспензия инсулина с цинком для задержания его выпуска и расширения его действия. Хумулин-L рассматривается как инсулин длительного действия. Начало действия препарата наблюдается примерно через 6 часов после введения, и достигает своего пика через 14-18 часов. Общая продолжительность действия препарата составляет 18-24 часов. Этот тип инсулина обычно не используется в спортивных целях.
Лантус (инсулин гларгин). Аналог человеческого инсулина длительного действия. В этом типа инсулина аминокислота аспарагин в положении A21 заменяется глицином, и к С-концу инсулина добавляются два аргинина. Начало действия препарата наблюдается примерно через 1-2 часа после введения, и препарат рассматривается как не имеющий существенного пика (он имеет очень устойчивую картину выпуска на всей продолжительности своей активности). Общая продолжительность действия препарата составляет 20-24 часов после подкожной инъекции. Этот тип инсулина обычно не используется в спортивных целях.
Хумулин ® смеси. Эти смеси обычного растворимого инсулина с быстрым началом действия с инсулином длительного или среднего действия для обеспечения более длительного эффекта. Они отмечаются по проценту смеси, обычно 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 и 50/50. Также доступны смеси с использованием инсулина быстрого действия Humalog.
Наиболее распространенные формы инсулина выходят в концентрации 100 МЕ гормона на миллилитр. Они идентифицируются в США и многих других регионах как препараты «U-100». В дополнение к этому, однако, также существуют концентрированные формы инсулина, доступные для пациентов, требующих более высоких доз и более экономичных или удобных вариантов, чем U-100 препараты. В США также можно найти продукцию, содержащуюся в концентрации, в 5 раз превышающую норму, то есть 500 МЕ на миллилитр. Такие препараты идентифицируется как «U-500», и доступны только по рецепту. Такие продукты могут быть чрезвычайно опасны при замене U-100 инсулиновых продуктов без компенсационных настроек дозировки. С учетом общей сложности в точном измерении доз (2-15 МЕ) с препаратом с такой высокой концентрацией, в спортивных целях почти исключительно используются U-100 препараты.
Гипогликемия является основным побочным эффектом при использовании инсулина. Это – очень опасное заболевание, которое имеет место в случае, если уровень глюкозы в крови падает слишком низко. Это довольно распространенная и потенциально смертельная реакция при медицинском и немедицинском применении инсулина, и к ней нужно относиться серьезно. Таким образом, очень важно знать все признаки гипогликемии.
Ниже приведен список симптомов, которые могут характеризовать мягкую или умеренную степень гипогликемии: голод, сонливость, нечеткость зрения, депрессия, головокружение, потливость, сердцебиение, тремор, беспокойство, покалывание в руках, ногах, губах или языке, головокружение, неспособность сосредоточиться, головная боль, нарушения сна, беспокойство, невнятная речь, раздражительность, аномальное поведение, неустойчивые движения и изменения личности. При возникновении любых подобных сигналов необходимо немедленно употребить пищу или напитки, содержащие простые сахара, например, конфету или углеводные напитки. Это вызовет повышение уровня глюкозы в крови, что защитит организм от гипогликемии легкой или умеренной степени. Всегда есть риск развития гипогликемия тяжелой степени, очень серьезного заболевания, требующего непосредственного вызова скорой медицинской помощи. Симптомы включают дезориентацию, припадки, потерю сознания и летальный исход. Обратите внимание, что в некоторых случаях симптомы гипогликемии ошибочно принимают за алкоголизм.
Также очень важно обратить внимание на сонливость после инъекций инсулина. Это ранний симптом гипогликемии, и явный признак того, что пользователю следует потреблять больше углеводов.
В такие моменты не рекомендуется спать, так как инсулин может достичь пика во время отдыха, и уровень глюкозы в крови может значительно упасть. Не зная этого, некоторые спортсмены сталкиваются с риском развития тяжелой степени гипогликемии. Опасность такого состояния уже обсуждалась. К сожалению, большее потребление углеводов перед сном не дает никакого преимущества. Пользователи, экспериментирующие с инсулином, должны бодрствовать в течение всего срока действия препарата, а также избегать использования инсулина ранним вечером, чтобы предотвратить возможную активность препарата в ночное время. Важно рассказать близким об использовании препарата, чтобы они могли сообщить в скорую помощь в случае потери сознания. Эта информация может помочь сэкономить ценное (возможно, жизненно важное) время, помогая медицинским работникам обеспечить диагностику и необходимое лечение.
Подкожное введение инсулина может спровоцировать увеличение жировой ткани в месте инъекции.
Это может усугубляться повторным введением инсулина в то же место.
У небольшого процента пользователей применение инсулина может спровоцировать развитие локализованной аллергии, включающей в себя раздражение, отечность, зуд и/или покраснение в местах инъекций. При долговременном лечении аллергические явления могут уменьшаться. В некоторых случаях это может быть связано с аллергией на какой-либо ингредиент, или, в случае инсулина животного происхождения, с загрязнением белка. Менее распространенное, но потенциально более серьезное явление – системная аллергическая реакция на инсулин, включающая в себя сыпь по всему телу, затрудненное дыхание, одышку, учащенный пульс, повышенное потоотделение, и/или снижение артериального давления. В редких случаях это явление может быть опасным для жизни. При возникновении любых неблагоприятных реакций пользователю следует сообщить в медицинское учреждение.
Учитывая, что существуют различные формы инсулина для медицинского применения с различными фармакокинетическими моделями, а также продукты с различными концентрациями препарата, пользователю крайне важно знать о дозировании и действии инсулина в каждом конкретном случае, чтобы контролировать пик эффективности, общую продолжительность действия, дозу и потребление углеводов. В спорте наиболее популярны инсулиновые препараты быстрого действия (Novolog, Хумалог и Хумулин-R). Важно подчеркнуть, что, прежде чем использовать инсулин, необходимо ознакомиться с действием глюкометра. Это медицинский прибор, который способен быстро и точно определять уровень глюкозы в крови. Это устройство поможет контролировать и оптимизировать прием инсулина/углеводов.
Формы инсулина короткого действия (Novolog, Humalog, Хумулин-R) предназначены для подкожных инъекций. После подкожной инъекции, место инъекции необходимо оставить в покое, и ни в коем случае не тереть, предотвращая слишком быстрое высвобождение препарата в кровь. Также необходимо менять места подкожных инъекций, чтобы избежать локализованного накопления подкожно-жировой клетчатки из-за липогенных свойств данного гормона. Медицинская дозировка будет варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей пациента. Кроме того, на необходимую дозу инсулина могут влиять изменения в диете, уровне активности, или графике работа/сон. Хотя это и не рекомендуется врачами, целесообразно вводить некоторые дозы инсулина короткого действия внутримышечно. Это, однако, может спровоцировать увеличение потенциального риска в связи с диссипацией препарата и его гипогликемическим эффектом.
Дозирование инсулина у спортсменов может слегка отличаться, и часто зависит от таких факторов, как масса тела, чувствительность к инсулину, уровень активности, диета, а также использование других препаратов.
Большинство пользователей предпочитают принимать инсулин сразу после тренировки, что является наиболее эффективным временем для использования препарата. В среде культуристов, регулярные дозы инсулина (Хумулин-R) используются в количестве 1МЕ на 15-20 фунтов массы тела, и наиболее распространенной дозой является доза в 10 МЕ. Эта доза может быть немного уменьшена у пользователей, применяющих препараты более быстрого действия Хумалог и Novolog, обеспечивающие более мощный и быстрый максимальный эффект. Начинающие пользователи обычно начинают применять препарат в низких дозах с постепенным увеличением до нормальной дозировки. Например, в первый день инсулиновой терапии пользователь может начать с дозы в 2 МЕ. После каждой тренировки доза может быть увеличена на 1МЕ, и это увеличение может продолжаться до установленного пользователем уровня. Многие считают, что такое применение более безопасно и помогает учитывать индивидуальные особенности организма, так как пользователи имеют разную толерантность к инсулину.
Спортсмены, использующие гормон роста, часто применяют немного более высокие дозы инсулина, так как гормон роста снижает секрецию инсулина и провоцирует клеточное сопротивление к инсулину.
Надо помнить, что в течение нескольких часов после применения инсулина необходимо употребить в пищу углеводы. Необходимо употребить по крайней мере 10-15 грамм простых углеводов на 1МЕ инсулина (с минимальным непосредственным потреблением 100 грамм вне зависимости от дозы). Это необходимо сделать через 10-30 минут после подкожного введения Humulin-R, или сразу после использования Novolog или Humalog. В качестве быстрого источника углеводов часто применяются углеводные напитки. В целях безопасности пользователи должны всегда иметь под рукой кусочек сахара в случае неожиданного падения уровня глюкозы в крови. Многие спортсмены принимают креатин моногидрат вместе с углеводным напитком, так как инсулин может способствовать увеличению производства креатина в мышцах. Через 30-60 минут после инъекции инсулина пользователю необходимо хорошо поесть и употребить протеиновый коктейль. Углеводный напиток и протеиновый коктейль являются абсолютно необходимыми, так как без этого уровень сахара в крови может упасть до опасно низкого уровня и спортсмен может войти в состояние гипогликемии. Достаточные количества углеводов и белков являются постоянным условием при применении инсулина.
Инсулины среднего, длительного действия и двухфазные инсулины предназначены для подкожных инъекций. Внутримышечные инъекции будут способствовать слишком быстрому выпуску препарата, что может потенциально привести к риску гипогликемии. После подкожной инъекции место инъекции следует оставить в покое, его нельзя тереть, чтобы не допустить слишком быстрый выпуск препарата в кровь. Также рекомендуется регулярно менять места подкожных инъекций, чтобы избежать локализованного накопления подкожного жира в связи с липогенными свойствами этого гормона. Дозировка будет варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей каждого конкретного пациента.
Кроме того, на дозировку инсулина могут повлиять изменения в диете, уровне активности, или графике работа/сон. Инсулины среднего, длительного действия и двухфазные инсулины не широко используются в спорте из-за своей долго действующей природы, что делает их плохо подходящими для применения в короткий момент после тренировки, характеризующийся повышенным уровнем поглощения питательных веществ.
U-100 инсулины можно приобрести в аптеках Соединенных Штатов без рецепта. Так, инсулинозависимые диабетики имеют легкий доступ к этому спасательному лекарству. Концентрированный (U-500) инсулин продается только по рецепту. В большинстве регионов мира высокое медицинское применение препарата приводит к легкой его доступности и низким ценам на черном рынке. В России препарат отпускается по рецепту врача.