Biološki efekti insulina. Insulin

Insulin je protein koji se sastoji od dva peptidna lanca A(21 aminokiselina) i IN(30 aminokiselina) povezanih disulfidnim mostovima. Ukupno, zreli ljudski inzulin sadrži 51 aminokiselinu i njegova molekularna težina je 5,7 kDa.

Sinteza

Inzulin se sintetizira u β-ćelijama pankreasa u obliku preproinzulina, na čijem se N-terminusu nalazi terminalna signalna sekvenca od 23 aminokiseline, koja služi kao provodnik cijele molekule u šupljinu endoplazmata. retikulum. Ovdje se terminalna sekvenca odmah odcjepljuje i proinzulin se transportuje do Golgijevog aparata. U ovoj fazi, molekula proinzulina sadrži A-lanac, B-lanac I C-peptid(engleski) povezivanje– vezivo). U Golgijevom aparatu, proinzulin se pakuje u sekretorne granule zajedno sa enzimima neophodnim za "sazrevanje" hormona. Kako se granule kreću prema plazma membrani, formiraju se disulfidni mostovi, izrezuje se povezujući C-peptid (31 aminokiselina) i formira se gotova molekula insulin. U gotovim granulama inzulin je u kristalnom stanju u obliku heksamera formiranog uz učešće dva Zn 2+ jona.

Regulacija sinteze i sekrecije

Sekrecija inzulina se odvija kontinuirano, a oko 50% inzulina oslobođenog iz β-ćelija nije povezano s unosom hrane ili drugim utjecajima. Tokom dana, pankreas luči otprilike 1/5 inzulina koji sadrži.

Glavni stimulans lučenje inzulina je povećanje koncentracije glukoze u krvi iznad 5,5 mmol/l, lučenje dostiže svoj maksimum na 17-28 mmol/l. Karakteristika ove stimulacije je dvofazno povećanje lučenja inzulina:

• prva faza traje 5-10 minuta i koncentracija hormona se može povećati 10 puta, nakon čega se njegova količina smanjuje,
• druga faza počinje otprilike 15 minuta od početka hiperglikemije i nastavlja se tokom cijelog perioda, što dovodi do povećanja nivoa hormona za 15-25 puta.

Što duže ostaje visoka koncentracija glukoze u krvi, to je veći broj β-ćelija uključenih u lučenje inzulina.

Indukcija sinteze Proizvodnja insulina se dešava od trenutka kada glukoza uđe u ćeliju do translacije insulinske mRNA. Reguliše se povećanom transkripcijom inzulinskog gena, povećanom stabilnošću insulinske mRNK i povećanom translacijom insulinske mRNK.

Aktivacija sekrecije insulin

1. Nakon što glukoza uđe u β-ćelije (preko GluT-1 i GluT-2), ona se fosforilira heksokinazom IV (glukokinaza, ima nizak afinitet za glukozu),
2. Zatim se glukoza aerobno oksidira, a brzina oksidacije glukoze linearno ovisi o njenoj količini,
3. Kao rezultat toga nastaje ATP, čija količina također direktno ovisi o koncentraciji glukoze u krvi,
4. Akumulacija ATP-a stimuliše zatvaranje K+ jonskih kanala, što dovodi do depolarizacije membrane,
5. Depolarizacija membrane dovodi do otvaranja naponsko zavisnih Ca 2+ kanala i dotoka Ca 2+ jona u ćeliju,
6. Dolazeći ioni Ca 2+ aktiviraju fosfolipazu C i pokreću mehanizam prenosa signala kalcijum-fosfolipida sa stvaranjem DAG-a i inozitol trifosfata (IP 3),
7. Pojava IF 3 u citosolu otvara Ca 2+ kanale u endoplazmatskom retikulumu, što ubrzava akumulaciju Ca 2+ jona u citosolu,
8. Oštar porast koncentracije Ca 2+ jona u ćeliji dovodi do pomicanja sekretornih granula u plazma membranu, njihovog spajanja s njom i egzocitoze zrelih kristala inzulina prema van,
9. Zatim se kristali raspadaju, ioni Zn 2+ se odvajaju i aktivni molekuli inzulina ulaze u krvotok.

Shema intracelularne regulacije sinteze inzulina uz sudjelovanje glukoze

Opisani vodeći mehanizam može se podesiti u jednom ili drugom pravcu pod uticajem niza drugih faktora, kao npr aminokiseline, masne kiseline, hormoni Gastrointestinalni trakt i drugi hormoni, neuronske regulacije.

Od aminokiselina, na lučenje hormona najviše utiču lizin I arginin. Ali sami po sebi jedva da stimulišu lučenje, njihov efekat zavisi od prisustva hiperglikemije, tj. aminokiseline samo potenciraju efekat glukoze.

Slobodne masne kiseline su takođe faktori koji stimulišu lučenje insulina, ali i samo u prisustvu glukoze. Tokom hipoglikemije, oni imaju suprotan efekat, potiskujući ekspresiju gena za inzulin.

Pozitivna osjetljivost lučenja inzulina na djelovanje gastrointestinalnih hormona je logična - inkretini(enteroglukagon i insulinotropni polipeptid ovisan o glukozi), holecistokinin, secretin, gastrin, gastrični inhibitorni polipeptid.

Klinički važno i donekle opasno je povećanje lučenja inzulina pri produženom izlaganju hormon rasta, ACTH I glukokortikoidi, estrogena, progestini. To povećava rizik od iscrpljivanja β-ćelija, smanjene sinteze inzulina i pojave dijabetes melitusa ovisnog o inzulinu. To se može primijetiti kada se ovi hormoni koriste u terapiji ili kod patologija povezanih s njihovom hiperfunkcijom.

Neuralna regulacija β ćelija pankreasa uključuje adrenergičan I holinergički regulacija. Svaki stres (emocionalni i/ili fizički stres, hipoksija, hipotermija, povreda, opekotine) povećava aktivnost simpatičkog nervnog sistema i potiskuje lučenje insulina usled aktivacije α2-adrenergičkih receptora. S druge strane, stimulacija β2-adrenergičkih receptora dovodi do pojačanog lučenja.

Povećava se i lučenje insulina n.vagus , zauzvrat pod kontrolom hipotalamusa, koji je osjetljiv na koncentraciju glukoze u krvi.

Ciljevi

Inzulinski receptori se nalaze u gotovo svim ćelijama tijela, osim nervnih, ali u različitim količinama. Nervne ćelije nemaju receptore za insulin, jer... potonji jednostavno ne prodire kroz krvno-moždanu barijeru.

Najveća koncentracija receptora uočena je na membrani hepatocita (100-200 hiljada po ćeliji) i adipocita (oko 50 hiljada po ćeliji), ćelija skeletnih mišića ima oko 10 hiljada receptora, a eritrociti imaju samo 40 receptora po ćeliji.

Mehanizam djelovanja

Kada se insulin veže za receptor, on se aktivira enzimski domen receptor. Pošto ima tirozin kinaza svojom aktivnošću fosforilira intracelularne proteine ​​- supstrate inzulinskog receptora. Dalji razvoj određen je u dva pravca: put MAP kinaze i mehanizmi djelovanja fosfatidilinozitol 3-kinaze.

Kada se aktivira fosfatidilinozitol 3-kinaza rezultati mehanizma brzi efekti– aktivacija GluT-4 i ulazak glukoze u ćeliju, promjena aktivnosti “metaboličkih” enzima – TAG lipaze, glikogen sintaze, glikogen fosforilaze, glikogen fosforilaze kinaze, acetil-SCoA karboksilaze i dr.

Prilikom implementacije MAP kinaza mehanizam (engleski) protein aktiviran mitogenom) su regulisani spori efekti– proliferacija i diferencijacija ćelija, procesi apoptoze i antiapoptoze.

Dva mehanizma delovanja insulina

Brzina delovanja insulina

Biološki efekti insulina se dele prema brzini razvoja:

Veoma brzi efekti (sekunde)

Ovi efekti su povezani sa promjenama transmembranski transport:

1. Aktivacija Na + /K + -ATPaze, koja izaziva oslobađanje Na + jona i ulazak K + jona u ćeliju, što dovodi do hiperpolarizacija membrane ćelija osetljivih na insulin (osim hepatocita).

2. Aktivacija Na + /H + izmjenjivača na citoplazmatskoj membrani mnogih ćelija i oslobađanje H + jona iz ćelije u zamjenu za Na + jone. Ovaj efekat je važan u patogenezi arterijske hipertenzije kod dijabetes melitusa tipa 2.

3. Inhibicija membranske Ca 2+ -ATPaze dovodi do zadržavanja Ca 2+ jona u citosolu ćelije.

4. Oslobađanje transportera glukoze GluT-4 na membranu miocita i adipocita i povećanje volumena transporta glukoze u ćeliju za 20-50 puta.

Brzi efekti (minuta)

Brzi efekti uključuju promjenu brzina fosforilacija I defosforilacija metabolički enzimi i regulatorni proteini.

Jetra

• kočenje efekti adrenalina i glukagona (fosfodiesteraze),
• ubrzanje glikogogeneza(glikogen sintaza),
• aktivacija glikoliza
• pretvaranje piruvata u acetil-SCoA(PVC dehidrogenaza),
• dobitak sinteza masnih kiselina(acetil-SCoA karboksilaza),
• formiranje VLDL,
• promocija sinteza holesterola(HMG-SCoA reduktaza),

Mišići

• kočenje efekti adrenalina (fosfodiesteraze),
• GluT-4),
• stimulacija glikogogeneza(glikogen sintaza),
• aktivacija glikoliza(fosfofruktokinaza, piruvat kinaza),
• pretvaranje piruvata u acetil-SCoA(PVC dehidrogenaza),
• poboljšava transport neutralnih amino kiseline u mišiće
• stimuliše emitovanje(sinteza ribosomalnih proteina).

Masno tkivo

• stimuliše transport glukoze u ćelije (aktivacija Glut-4),
• aktivira skladištenje masnih kiselina u tkivima ( lipoprotein lipaza),
• aktivacija glikoliza(fosfofruktokinaza, piruvat kinaza),
• dobitak sinteza masnih kiselina(aktivacija acetil-SCoA karboksilaze),
• stvaranje mogućnosti za čarapa TAG(inaktivacija hormonski osjetljive lipaze).

Spori efekti (minuta do sati)

Spori efekti se sastoje od promjene brzine transkripcije gena za proteine ​​odgovorne za metabolizam, rast i diobu stanica, na primjer:

1. Indukcija sinteza enzima u jetri

• glukokinaza i piruvat kinaza (glikoliza),
• ATP citrat liaza, acetil SCoA karboksilaza, sintaza masnih kiselina, citosolna malat dehidrogenaza ( sinteza masnih kiselina),
• glukoza-6-fosfat dehidrogenaza ( pentozofosfatni put),

2. Indukcija u adipocitima sinteza gliceraldehid fosfat dehidrogenaze i sintaze masnih kiselina.

3. Represija sinteza mRNA, na primjer, za PEP karboksikinazu (glukoneogeneza).

4. Pruža procese emisije, povećavajući fosforilaciju serina ribosomskog proteina S6.

Veoma spori efekti (sati do dana)

Veoma spori efekti se ostvaruju mitogenezom i reprodukcijom ćelija. Na primjer, ovi efekti uključuju

1. Povećana sinteza somatomedina u jetri, zavisno od hormona rasta.

2. Povećani rast i proliferacija ćelija u sinergiji sa somatomedinima.

3. Prelazak ćelije iz G1 faze u S fazu ćelijskog ciklusa.

Upravo grupa sporih efekata objašnjava „paradoks“ prisustva insulinske rezistencije u adipocitima (kod dijabetes melitusa tipa 2) i istovremeno povećanje mase masnog tkiva i skladištenje lipida u njemu pod uticajem hiperglikemije. i insulin.

Inaktivacija insulina

Do uklanjanja inzulina iz cirkulacije dolazi nakon njegovog vezivanja za receptor i naknadne internalizacije (endocitoze) hormonsko-receptorskog kompleksa, uglavnom u jetra I mišiće. Nakon apsorpcije, kompleks se uništava i proteinski molekuli se liziraju u slobodne aminokiseline. Jetra hvata i uništava do 50% inzulina tokom prvog prolaska krvi koja teče iz pankreasa. IN bubrezi Inzulin se filtrira u primarni urin i nakon reapsorpcije u proksimalnim tubulima se uništava.

Patologija

Hipofunkcija

Inzulinski ovisni i inzulinski neovisni dijabetes melitus. Za dijagnosticiranje ovih patologija, klinika aktivno koristi testove na stres i određivanje koncentracije inzulina i C-peptida.

Doktor medicinskih nauka, prof. Lobanova E.G., Dr. Chekalina N.D.

Insulin (od lat. insula- otočić) je protein-peptidni hormon koji proizvode β-ćelije Langerhansovih otočića u pankreasu. U fiziološkim uslovima u β-ćelijama, insulin se formira od preproinzulina, jednolančanog prekursorskog proteina koji se sastoji od 110 aminokiselinskih ostataka. Nakon što se transportuje kroz grubu membranu endoplazmatskog retikuluma, signalni peptid od 24 aminokiseline se cijepa od preproinzulina i formira proinzulin. Dugi lanac proinzulina u Golgijevom aparatu je upakovan u granule, gdje se četiri osnovne aminokiselinske ostatke cijepaju hidrolizom kako bi se formirao inzulin i C-terminalni peptid (fiziološka funkcija C-peptida je nepoznata).

Molekul insulina se sastoji od dva polipeptidna lanca. Jedan od njih sadrži 21 aminokiselinski ostatak (lanac A), drugi - 30 aminokiselinskih ostataka (lanac B). Lanci su povezani sa dva disulfidna mosta. Treći disulfidni most se formira unutar lanca A. Ukupna molekularna težina molekula insulina je oko 5700. Aminokiselinska sekvenca insulina se smatra konzervativnom. Većina vrsta ima jedan inzulinski gen, koji kodira jedan protein. Izuzetak su štakori i miševi (imaju dva inzulinska gena), oni proizvode dva inzulina koji se razlikuju po dva aminokiselinska ostatka B-lanca.

Primarna struktura inzulina u različitim biološkim vrstama, uklj. i među različitim sisarima, donekle varira. Najbliža struktura ljudskom inzulinu je svinjski inzulin, koji se od ljudskog inzulina razlikuje po jednoj aminokiselini (u svom B lancu, umjesto ostatka aminokiseline treonin, sadrži ostatak alanina). Goveđi inzulin se razlikuje od ljudskog inzulina po tri aminokiselinska ostatka.

Istorijska referenca. Godine 1921. Frederick G. Banting i Charles G. Best, radeći u laboratoriji John J. R. MacLeoda na Univerzitetu u Torontu, izolovali su ekstrakt iz pankreasa (kasnije je otkriveno da sadrži amorfni insulin) koji je snizio nivo glukoze u krvi kod pasa eksperimentalnim dijabetes melitus. Godine 1922. ekstrakt pankreasa je dat prvom pacijentu, 14-godišnjem Leonardu Thompsonu, dijabetičaru, i time mu je spašen život. James B. Collip je 1923. godine razvio metodu za pročišćavanje ekstrakta izolovanog iz pankreasa, što je naknadno omogućilo dobijanje aktivnih ekstrakata iz gušterače svinja i goveda koji daju ponovljive rezultate. Godine 1923. Banting i MacLeod su dobili Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu za otkriće insulina. Godine 1926. J. Abel i V. Du Vigneault su dobili inzulin u kristalnom obliku. Godine 1939, inzulin je prvi put odobrila FDA (Food and Drug Administration). Frederick Sanger je u potpunosti dešifrirao sekvencu aminokiselina inzulina (1949-1954) Sanger je 1958. godine dobio Nobelovu nagradu za svoj rad na dešifriranju strukture proteina, posebno inzulina. 1963. sintetiziran je umjetni inzulin. Prvi rekombinantni humani inzulin odobrila je FDA 1982. Brzodjelujući analog inzulina (insulin lispro) odobrila je FDA 1996. godine.

Mehanizam djelovanja. U realizaciji djelovanja inzulina vodeću ulogu ima njegova interakcija sa specifičnim receptorima lokaliziranim na plazma membrani stanice i formiranje kompleksa inzulin-receptor. U kombinaciji s inzulinskim receptorom, inzulin ulazi u ćeliju, gdje utječe na procese fosforilacije ćelijskih proteina i pokreće brojne intracelularne reakcije.

Kod sisara, inzulinski receptori se nalaze na gotovo svim stanicama - kako na klasičnim ciljnim stanicama inzulina (hepatociti, miociti, lipociti), tako i na krvnim stanicama, mozgu i gonadama. Broj receptora na različitim ćelijama kreće se od 40 (eritrociti) do 300 hiljada (hepatociti i lipociti). Inzulinski receptor se konstantno sintetizira i razgrađuje; njegovo poluvrijeme je 7-12 sati.

Inzulinski receptor je veliki transmembranski glikoprotein koji se sastoji od dvije α-podjedinice s molekulskom težinom od 135 kDa (svaka sadrži 719 ili 731 aminokiselinski ostatak, ovisno o spajanju mRNA) i dvije β-podjedinice s molekulskom težinom od 95 kDa (svaki sadrži 620 aminokiselinskih ostataka). Podjedinice su međusobno povezane disulfidnim vezama i formiraju heterotetramernu β-α-α-β strukturu. Alfa podjedinice su locirane ekstracelularno i sadrže mjesta za vezivanje inzulina, koja su dio receptora za prepoznavanje. Beta podjedinice formiraju transmembranski domen, imaju aktivnost tirozin kinaze i obavljaju funkcije transdukcije signala. Vezivanje inzulina za α-podjedinice inzulinskog receptora dovodi do stimulacije aktivnosti tirozin kinaze β-podjedinica autofosforilacijom njihovih ostataka tirozina, agregacijom α,β-heterodimera i brzom internalizacijom hormonsko-receptorskih kompleksa. Aktivirani insulinski receptor pokreće kaskadu biohemijskih reakcija, uklj. fosforilacija drugih proteina unutar ćelije. Prva od ovih reakcija je fosforilacija četiri proteina koji se nazivaju supstrati insulinskih receptora - IRS-1, IRS-2, IRS-3 i IRS-4.

Farmakološki efekti insulina. Inzulin utiče na gotovo sve organe i tkiva. Međutim, njegove glavne mete su jetra, mišići i masno tkivo.

Endogeni inzulin je najvažniji regulator metabolizma ugljikohidrata, egzogeni inzulin je specifično sredstvo za snižavanje šećera. Utjecaj inzulina na metabolizam ugljikohidrata posljedica je činjenice da pospješuje transport glukoze kroz staničnu membranu i njeno korištenje u tkivima, te potiče pretvaranje glukoze u glikogen u jetri. Inzulin, osim toga, inhibira endogenu proizvodnju glukoze suzbijanjem glikogenolize (razgradnje glikogena u glukozu) i glukoneogeneze (sinteza glukoze iz izvora koji nisu ugljikohidrati - na primjer, iz aminokiselina, masnih kiselina). Osim hipoglikemijskih, inzulin ima niz drugih učinaka.

Utjecaj inzulina na metabolizam masti očituje se u inhibiciji lipolize, što dovodi do smanjenja protoka slobodnih masnih kiselina u krvotok. Inzulin sprečava stvaranje ketonskih tijela u tijelu. Inzulin pojačava sintezu masnih kiselina i njihovu kasniju esterifikaciju.

Inzulin je uključen u metabolizam proteina: povećava transport aminokiselina kroz ćelijsku membranu, stimulira sintezu peptida, smanjuje potrošnju proteina u tkivima i inhibira pretvaranje aminokiselina u keto kiseline.

Djelovanje inzulina je praćeno aktivacijom ili inhibicijom niza enzima: stimulira se glikogen sintetaza, piruvat dehidrogenaza, heksokinaza, inhibiraju se lipaze (i hidroliziraju lipide masnog tkiva i lipoprotein lipazu, što smanjuje stimulaciju serumskog seruma u krvi). obrok bogat mastima).

U fiziološkoj regulaciji biosinteze i lučenja inzulina pankreasom, glavnu ulogu ima koncentracija glukoze u krvi: kada se njen sadržaj poveća, lučenje inzulina se povećava, a kada se smanji, usporava. Osim glukoze, na lučenje insulina utiču elektroliti (posebno joni Ca 2+), aminokiseline (uključujući leucin i arginin), glukagon i somatostatin.

Farmakokinetika. Preparati inzulina se daju supkutano, intramuskularno ili intravenozno (intravenozno se daju samo insulini kratkog dejstva i to samo za dijabetičku prekomu i komu). Inzulinske suspenzije ne treba davati intravenozno. Temperatura primijenjenog inzulina treba biti na sobnoj temperaturi, jer hladni insulin se sporije apsorbuje. Najoptimalnija metoda za kontinuiranu inzulinsku terapiju u kliničkoj praksi je potkožna primjena.

Potpuna apsorpcija i početak djelovanja inzulina ovise o mjestu ubrizgavanja (obično se inzulin ubrizgava u abdomen, bedra, stražnjicu, nadlaktice), dozi (volumenu primijenjenog inzulina), koncentraciji inzulina u lijeku itd.

Brzina apsorpcije inzulina u krv sa mjesta potkožne injekcije ovisi o nizu faktora - vrsti inzulina, mjestu ubrizgavanja, brzini lokalnog krvotoka, lokalnoj mišićnoj aktivnosti, količini primijenjenog inzulina (to je preporučuje se davanje ne više od 12-16 jedinica lijeka na jednom mjestu). Inzulin najbrže ulazi u krv iz potkožnog tkiva prednjeg trbušnog zida, sporije iz područja ramena, prednjeg dela butine, a još sporije iz subskapularne regije i zadnjice. To je zbog stepena vaskularizacije potkožnog masnog tkiva navedenih područja. Profil delovanja insulina je podložan značajnim fluktuacijama kako između različitih ljudi tako i unutar iste osobe.

U krvi se inzulin vezuje za alfa i beta globuline, normalno 5-25%, ali se vezivanje može povećati tokom liječenja zbog pojave serumskih antitijela (proizvodnja antitijela na egzogeni inzulin dovodi do inzulinske rezistencije; kada se koriste moderni visokopročišćeni lijekovi , inzulinska rezistencija se rijetko javlja). T1/2 iz krvi je manje od 10 minuta. Većina inzulina koji ulazi u krvotok prolazi kroz proteolitičku razgradnju u jetri i bubrezima. Brzo se eliminiše iz organizma putem bubrega (60%) i jetre (40%); manje od 1,5% se izlučuje nepromijenjeno urinom.

Preparati inzulina koji se trenutno koriste razlikuju se na više načina, uključujući prema izvoru porijekla, trajanju djelovanja, pH otopine (kiseli i neutralni), prisutnosti konzervansa (fenol, krezol, fenol-krezol, metilparaben), koncentraciji inzulina - 40, 80, 100, 200, 500 U/ml.

Klasifikacija. Inzulini se obično klasifikuju prema porijeklu (goveđi, svinjski, ljudski i analozi humanog inzulina) i trajanju djelovanja.

Ovisno o izvoru proizvodnje, razlikuju se inzulini životinjskog porijekla (uglavnom preparati svinjskog inzulina), polusintetski preparati humanog inzulina (dobijeni od svinjskog inzulina enzimskom transformacijom) i genetski modifikovani preparati humanog insulina (DNK rekombinantni, dobijeni genetskim inženjeringom ).

Za medicinsku upotrebu inzulin se ranije dobivao uglavnom iz pankreasa goveda, zatim iz gušterače svinja, s obzirom da je svinjski inzulin bliži ljudskom. Budući da goveđi inzulin, koji se od ljudskog inzulina razlikuje po tri aminokiseline, prilično često izaziva alergijske reakcije, danas se praktički ne koristi. Svinjski inzulin, koji se razlikuje od ljudskog inzulina u jednoj aminokiselini, manje je vjerovatno da će izazvati alergijske reakcije. Ako preparati inzulina nisu dovoljno pročišćeni, mogu postojati nečistoće (proinzulin, glukagon, somatostatin, proteini, polipeptidi) koje mogu izazvati različite neželjene reakcije. Savremene tehnologije omogućavaju dobijanje prečišćenih (mono-peak - hromatografski pročišćenih da bi se izolovao "pik" insulina), visoko pročišćenih (monokomponentnih) i kristalizovanih preparata insulina. Među inzulinskim preparatima životinjskog porijekla, prednost se daje monopeak inzulinu dobivenom iz pankreasa svinja. Inzulin dobiven metodama genetskog inženjeringa u potpunosti odgovara sastavu aminokiselina ljudskog inzulina.

Aktivnost inzulina određuje se biološkom metodom (po svojoj sposobnosti da snizi nivo glukoze u krvi kod kunića) ili fizičko-hemijskom metodom (elektroforezom na papiru ili papirnom hromatografijom). Jedna jedinica djelovanja, ili međunarodna jedinica, je aktivnost 0,04082 mg kristalnog inzulina. Ljudski pankreas sadrži do 8 mg inzulina (približno 200 jedinica).

Preparati inzulina prema trajanju djelovanja dijele se na lijekove kratkog i ultra kratkog djelovanja - imitiraju normalno fiziološko lučenje inzulina od strane gušterače kao odgovor na stimulaciju, lijekove srednjeg djelovanja i lijekove dugog djelovanja - oponašaju bazalno (pozadinsko) lučenje insulina, kao i kombinovani lekovi (kombinuju oba delovanja).

Razlikuju se sljedeće grupe:

(hipoglikemijski učinak se razvija 10-20 minuta nakon potkožne primjene, vrhunac djelovanja se postiže u prosjeku nakon 1-3 sata, trajanje djelovanja je 3-5 sati):

Insulin lispro (Humalog);

Insulin aspart (NovoRapid Penfill, NovoRapid FlexPen);

Insulin glulisin (Apidra).

Inzulini kratkog djelovanja(početak djelovanja obično nakon 30-60 minuta; maksimalno djelovanje nakon 2-4 sata; trajanje djelovanja do 6-8 sati):

Rastvorljivi inzulin [ljudski genetski modifikovan] (Actrapid HM, Gensulin R, Rinsulin R, Humulin Regular);

Rastvorljivi inzulin [humani polusintetički] (Biogulin R, Humodar R);

Rastvorljivi inzulin [svinjski monokomponentni] (Actrapid MS, Monodar, Monosulin MK).

Preparati insulina dugog dejstva- uključuju lijekove srednjeg djelovanja i lijekove dugog djelovanja.

(počinje nakon 1,5-2 sata; vrhunac nakon 3-12 sati; trajanje 8-12 sati):

Insulin izofan [ljudski genetski modifikovan] (Biosulin N, Gansulin N, Gensulin N, Insuman Bazal GT, Insuran NPH, Protafan NM, Rinsulin NPH, Humulin NPH);

Insulin-izofan [humani polusintetički] (Biogulin N, Humodar B);

Insulin-izofan [svinjski monokomponentni] (Monodar B, Protafan MS);

Suspenzija inzulina i cinka (Monotard MS).

Inzulini dugog djelovanja(počinje nakon 4-8 sati; vrhunac nakon 8-18 sati; ukupno trajanje 20-30 sati):

Insulin glargin (Lantus);

Insulin detemir (Levemir Penfill, Levemir FlexPen).

Kombinovani preparati insulina(dvofazni lijekovi) (hipoglikemijski učinak počinje 30 minuta nakon supkutane primjene, dostiže maksimum nakon 2-8 sati i traje do 18-20 sati):

Dvofazni insulin [humani polusintetički] (Biogulin 70/30, Humodar K25);

Dvofazni insulin [ljudski genetski modifikovan] (Gansulin 30R, Gensulin M 30, Insuman Comb 25 GT, Mixtard 30 NM, Humulin M3);

Insulin aspart dvofazni (NovoMix 30 Penfill, NovoMix 30 FlexPen).

Inzulini ultra kratkog djelovanja- analozi humanog insulina. Poznato je da su endogeni inzulin u β-ćelijama pankreasa, kao i molekuli hormona u proizvedenim rastvorima insulina kratkog dejstva, polimerizovani i predstavljaju heksamere. Kada se daju supkutano, heksamerni oblici se polako apsorbuju i ne može se stvoriti vršna koncentracija hormona u krvi, slična onoj kod zdrave osobe nakon obroka. Prvi kratkodjelujući analog inzulina, koji se apsorbira iz potkožnog tkiva 3 puta brže od ljudskog inzulina, bio je inzulin lispro. Insulin lispro je derivat humanog inzulina koji se dobija preuređivanjem dva aminokiselinska ostatka u molekulu insulina (lizin i prolin na pozicijama 28 i 29 B lanca). Modifikacija molekule inzulina remeti stvaranje heksamera i osigurava brzo oslobađanje lijeka u krv. Gotovo odmah nakon potkožne primjene u tkiva, molekule inzulina lispro u obliku heksamera brzo se disociraju u monomere i ulaze u krv. Drugi analog insulina, insulin aspart, stvoren je zamenom prolina na poziciji B28 sa negativno naelektrisanom asparaginskom kiselinom. Poput insulina lispro, nakon potkožnog davanja, on se takođe brzo razlaže na monomere. U inzulinu glulizinu, zamjena aminokiseline asparagin humanog inzulina na poziciji B3 sa lizinom i lizina na poziciji B29 sa glutaminskom kiselinom također potiče bržu apsorpciju. Brzodjelujući analozi inzulina mogu se primijeniti neposredno prije ili nakon obroka.

Inzulini kratkog djelovanja(nazivaju se i rastvorljivi) su rastvori u puferu sa neutralnim pH vrednostima (6,6-8,0). Namijenjeni su za subkutanu, rjeđe intramuskularnu primjenu. Ako je potrebno, daju se i intravenozno. Imaju brz i relativno kratkotrajan hipoglikemijski učinak. Efekat nakon potkožne injekcije javlja se nakon 15-20 minuta, dostižući maksimum nakon 2 sata; ukupno trajanje djelovanja je oko 6 sati.Primjenjuju se uglavnom u bolnici za određivanje doze inzulina potrebne pacijentu, kao i kada je potrebno brzo (hitno) djelovanje - kod dijabetičke kome i prekome. Kod intravenske primjene T1/2 je 5 minuta, stoga se u dijabetičkoj ketoacidotičnoj komi inzulin primjenjuje intravenozno. Preparati inzulina kratkog djelovanja također se koriste kao anabolička sredstva i propisuju se u pravilu u malim dozama (4-8 jedinica 1-2 puta dnevno).

Inzulini srednjeg djelovanja manje rastvorljivi, sporije se apsorbuju iz potkožnog tkiva, usled čega imaju dugotrajniji efekat. Dugotrajno djelovanje ovih lijekova postiže se prisustvom posebnog prolongatora - protamina (izofan, protafan, bazal) ili cinka. Usporavanje apsorpcije inzulina u preparatima koji sadrže inzulinsko-cink kompozitnu suspenziju je zbog prisustva kristala cinka. NPH insulin (neutralni protamin Hagedorn, ili izofan) je suspenzija koja se sastoji od insulina i protamina (protamin je protein izolovan iz ribljeg mleka) u stehiometrijskom odnosu.

Na insuline dugog dejstva insulin glargin je analog humanog inzulina dobiven DNK rekombinantnom tehnologijom - prvi inzulinski pripravak koji nema izraženi vrhunac djelovanja. Insulin glargin se proizvodi dvije modifikacije u molekuli inzulina: zamjenom A lanca (asparagin) sa glicinom na poziciji 21 i dodavanjem dva argininska ostatka na C-terminus B lanca. Lijek je bistra otopina sa pH 4. Kiseli pH stabilizira inzulinske heksamere i osigurava dugotrajnu i predvidljivu apsorpciju lijeka iz potkožnog tkiva. Međutim, zbog svog kiselog pH, insulin glargin se ne može kombinovati sa insulinima kratkog dejstva, koji imaju neutralni pH. Jedna doza insulina glargin obezbeđuje 24-satnu kontrolu glikemije bez vrhunca. Većina inzulinskih preparata ima tzv „vršno“ djelovanje, uočeno kada koncentracija inzulina u krvi dostigne svoj maksimum. Insulin glargin nema izraženi vrh jer se otpušta u krvotok relativno konstantnom brzinom.

Preparati inzulina dugog djelovanja dostupni su u različitim oblicima doziranja koji imaju hipoglikemijski učinak različitog trajanja (od 10 do 36 sati). Produženi učinak vam omogućava da smanjite broj dnevnih injekcija. Obično se proizvode u obliku suspenzija, daju se samo subkutano ili intramuskularno. U dijabetičkoj komi i prekomatoznim stanjima dugodjelujući lijekovi se ne koriste.

Kombinovani preparati insulina su suspenzije koje se sastoje od neutralnog rastvorljivog kratkodjelujućeg inzulina i izofan inzulina (srednjeg djelovanja) u određenim omjerima. Ova kombinacija inzulina različitog trajanja djelovanja u jednom pripravku omogućava pacijentu da bude pošteđen dvije injekcije kada se lijekovi koriste odvojeno.

Indikacije. Glavna indikacija za primjenu inzulina je dijabetes melitus tipa 1, ali se u određenim stanjima propisuje i za dijabetes melitus tipa 2, uklj. sa rezistencijom na oralne hipoglikemike, sa teškim pratećim bolestima, u pripremi za hirurške intervencije, dijabetičkom komom, sa dijabetesom kod trudnica. Inzulini kratkog djelovanja koriste se ne samo za dijabetes melitus, već i za neke druge patološke procese, na primjer, s općom iscrpljenošću (kao anabolički agens), furunkulozom, tireotoksikozom, bolestima želuca (atonija, gastroptoza), kroničnim hepatitisom, početnim oblicima kod ciroze jetre, kao i kod nekih mentalnih bolesti (davanje velikih doza inzulina - tzv. hipoglikemijska koma); ponekad se koristi kao komponenta "polarizirajućih" otopina koje se koriste za liječenje akutnog zatajenja srca.

Inzulin je glavni specifični tretman za dijabetes melitus. Liječenje dijabetes melitusa provodi se prema posebno razvijenim režimima primjenom preparata inzulina različitog trajanja djelovanja. Izbor lijeka ovisi o težini i karakteristikama tijeka bolesti, općem stanju pacijenta i brzini pojave i trajanju hipoglikemijskog učinka lijeka.

Svi preparati inzulina koriste se uz obavezno pridržavanje režima ishrane uz ograničenje energetske vrijednosti hrane (od 1700 do 3000 kcal).

Prilikom određivanja doze insulina, oni se rukovode nivoom glikemije na prazan želudac i tokom dana, kao i nivoom glukozurije tokom dana. Konačni odabir doze provodi se pod kontrolom smanjenja hiperglikemije, glukozurije, kao i općeg stanja pacijenta.

Kontraindikacije. Inzulin je kontraindiciran kod bolesti i stanja povezanih s hipoglikemijom (npr. insulinom), akutnih bolesti jetre, gušterače, bubrega, čira na želucu i dvanaestopalačnom crijevu, dekompenziranih srčanih mana, akutne koronarne insuficijencije i nekih drugih bolesti.

Upotreba tokom trudnoće. Glavni medicinski tretman za dijabetes melitus tokom trudnoće je insulinska terapija, koja se sprovodi pod strogim nadzorom. Za dijabetes melitus tipa 1, liječenje inzulinom se nastavlja. Za dijabetes melitus tipa 2 ukidaju se oralni hipoglikemici i provodi se dijetalna terapija.

Gestacijski dijabetes melitus (dijabetes trudnica) je poremećaj metabolizma ugljikohidrata koji se prvi put pojavio tijekom trudnoće. Gestacijski dijabetes melitus je praćen povećanim rizikom od perinatalnog mortaliteta, učestalošću kongenitalnih deformiteta, kao i rizikom od progresije dijabetesa 5-10 godina nakon rođenja. Liječenje gestacijskog dijabetes melitusa počinje dijetoterapijom. Ako je dijetalna terapija neefikasna, koristi se inzulin.

Za pacijente s već postojećim ili gestacijskim dijabetesom mellitusom, važno je održavati adekvatnu regulaciju metaboličkih procesa tijekom cijele trudnoće. Potreba za inzulinom može se smanjiti u prvom tromjesečju trudnoće i povećati u drugom i trećem trimestru. Tokom i neposredno nakon porođaja, potreba za inzulinom može se naglo smanjiti (povećava se rizik od hipoglikemije). U ovim uslovima neophodno je pažljivo praćenje nivoa glukoze u krvi.

Insulin ne prolazi placentnu barijeru. Međutim, majčina IgG antitijela na inzulin prolaze kroz placentu i vjerovatno će uzrokovati hiperglikemiju kod fetusa neutralizacijom izlučenog inzulina. S druge strane, nepoželjna disocijacija kompleksa insulin-antitijelo može dovesti do hiperinzulinemije i hipoglikemije kod fetusa ili novorođenčeta. Pokazalo se da je prelazak sa goveđeg/svinjskog insulina na monokomponentne preparate praćen smanjenjem titra antitela. S tim u vezi, tokom trudnoće preporučuje se upotreba samo preparata humanog insulina.

Analozi insulina (kao i drugi nedavno razvijeni agensi) se koriste sa oprezom tokom trudnoće, iako nema pouzdanih dokaza o štetnim efektima. U skladu s općeprihvaćenim preporukama FDA (Food and Drug Administration), koje određuju mogućnost primjene lijekova u trudnoći, preparati inzulina zbog njihovog djelovanja na fetus spadaju u kategoriju B (studije reprodukcije na životinjama nisu otkrile nikakve štetne efekte). na fetus, a adekvatne i strogo kontrolirane studije na trudnicama nisu provedene), ili kategoriju C (studije reprodukcije na životinjama su otkrile štetno djelovanje na fetus, a adekvatne i strogo kontrolirane studije nisu provedene na trudnicama, ali potencijalne koristi povezane s primjenom lijeka kod trudnica mogu opravdati njegovu upotrebu, uprkos mogućem riziku). Dakle, insulin lispro pripada klasi B, a insulin aspart i insulin glargin pripadaju klasi C.

Komplikacije insulinske terapije. Hipoglikemija. Unošenje previsokih doza, kao i nedostatak unosa ugljikohidrata iz hrane, može uzrokovati neželjeno hipoglikemijsko stanje; može se razviti hipoglikemijska koma s gubitkom svijesti, konvulzijama i depresijom srčane aktivnosti. Hipoglikemija se također može razviti zbog dodatnih faktora koji povećavaju osjetljivost na inzulin (npr. insuficijencija nadbubrežne žlijezde, hipopituitarizam) ili povećavaju unos glukoze u tkivo (vježbanje).

Rani simptomi hipoglikemije, koji su u velikoj mjeri povezani s aktivacijom simpatičkog nervnog sistema (adrenergički simptomi), uključuju tahikardiju, hladan znoj, drhtavicu, uz aktivaciju parasimpatičkog sistema - izrazitu glad, mučninu i peckanje u usnama i jeziku. . Kod prvih znakova hipoglikemije potrebne su hitne mjere: pacijent treba popiti slatki čaj ili pojesti nekoliko grudica šećera. U hipoglikemijskoj komi, 40% rastvor glukoze se ubrizgava u venu u količini od 20-40 ml ili više dok pacijent ne izađe iz kome (obično ne više od 100 ml). Hipoglikemija se također može ublažiti intramuskularnom ili subkutanom primjenom glukagona.

Dobivanje na težini s inzulinskom terapijom povezan je s eliminacijom glukozurije, povećanjem stvarnog kalorijskog sadržaja hrane, povećanjem apetita i stimulacijom lipogeneze pod utjecajem inzulina. Praćenjem principa racionalne ishrane ovaj neželjeni efekat se može izbeći.

Upotreba savremenih visokopročišćenih hormonskih preparata (posebno genetski modifikovanih preparata humanog insulina) relativno retko dovodi do razvoja insulinska rezistencija i fenomeni alergije, međutim, takvi slučajevi nisu isključeni. Razvoj akutne alergijske reakcije zahtijeva hitnu desenzibilizirajuću terapiju i zamjenu lijeka. Ako se razvije reakcija na preparate goveđeg/svinjskog insulina, treba ih zameniti preparatima humanog insulina. Lokalne i sistemske reakcije (svrab, lokalni ili sistemski osip, stvaranje potkožnih čvorića na mjestu injekcije) povezane su s nedovoljnim pročišćavanjem inzulina od nečistoća ili upotrebom goveđeg ili svinjskog inzulina koji se po aminokiselinskom slijedu razlikuje od humanog inzulina.

Najčešće alergijske reakcije su kožne reakcije posredovane IgE antitijelima. Retko se primećuju sistemske alergijske reakcije i insulinska rezistencija posredovana IgG antitelima.

Oštećenje vida. Prolazne refrakcione greške oka javljaju se na samom početku insulinske terapije i nestaju same nakon 2-3 nedelje.

Edem. U prvim nedeljama terapije javlja se i prolazno oticanje nogu zbog zadržavanja tečnosti u organizmu, tzv. insulinski edem.

Lokalne reakcije uključuju lipodistrofija na mjestu ponovljenih injekcija (rijetka komplikacija). Postoje lipoatrofija (nestanak potkožnih masnih naslaga) i lipohipertrofija (povećavanje potkožnih masnih naslaga). Ova dva stanja su različite prirode. Lipoatrofija, imunološka reakcija uzrokovana uglavnom primjenom slabo pročišćenih inzulinskih preparata životinjskog porijekla, za sada se praktički nikada ne susreće. Lipohipertrofija se razvija i pri korištenju visokopročišćenih preparata humanog inzulina i može se javiti pri kršenju tehnike primjene (hladna priprema, ulazak alkohola pod kožu), kao i zbog anaboličkog lokalnog djelovanja samog lijeka. Lipohipertrofija stvara kozmetički defekt, što je problem za pacijente. Osim toga, zbog ovog defekta, apsorpcija lijeka je poremećena. Kako bi se spriječio razvoj lipohipertrofije, preporučuje se stalno mijenjanje mjesta ubrizgavanja unutar istog područja, ostavljajući razmak od najmanje 1 cm između dvije punkcije.

Mogu se javiti lokalne reakcije kao što je bol na mjestu injekcije.

Interakcija. Inzulinski lijekovi se mogu kombinirati jedni s drugima.

Mnogi lijekovi mogu uzrokovati hipo- ili hiperglikemiju, ili promijeniti odgovor dijabetičara na liječenje. Treba uzeti u obzir interakciju koja je moguća kada se insulin koristi istovremeno sa drugim lekovima. Alfa adrenergički blokatori i beta adrenergični agonisti povećavaju lučenje endogenog inzulina i pojačavaju učinak lijeka. Hipoglikemijski učinak inzulina pojačan je oralnim hipoglikemijskim agensima, salicilatima, MAO inhibitorima (uključujući furazolidon, prokarbazin, selegilin), ACE inhibitorima, bromokriptinom, oktreotidom, sulfonamidima, anaboličkim steroidima (posebno metandienonens inzulinskom sekrecijom i oksandienolonin inzulinom) i povećavaju otpornost tkiva na glukagon, što dovodi do hipoglikemije, posebno u slučaju inzulinske rezistencije; može biti potrebno smanjenje doze inzulina), analozi somatostatina, gvanetidin, dizopiramid, klofibrat, ketokonazol, preparati litija, mebendazol, pentamidin, piridoksin, propoksifen, fenilbutazon, fluoksetin, teofilin, fenfluramin, preparati litijuma, preparati kalcijuma, tetraciklini. Klorokin, kinidin i kinin smanjuju razgradnju inzulina i mogu povećati koncentraciju inzulina u krvi i povećati rizik od hipoglikemije.

Inhibitori karboanhidraze (posebno acetazolamid), stimulišući β-ćelije pankreasa, podstiču oslobađanje insulina i povećavaju osetljivost receptora i tkiva na insulin; Iako istovremena primjena ovih lijekova s ​​inzulinom može povećati hipoglikemijski učinak, učinak može biti nepredvidiv.

Brojni lijekovi izazivaju hiperglikemiju kod zdravih ljudi i pogoršavaju tok bolesti kod pacijenata sa dijabetesom. Gipoglikemično dejstvo insulina oslabljuje: antiretrovirusni LS, asparaginaza, peroralne hormonalne kontracepcije, glukokortikoidi, diuretici (tiazidni, etakrinova kislota), geparin, antagonisti N 2-receptori, sulzinpirazon, tricikličke antidepresive, iz,onininaz da, ekstrakti , klonidin , CCB, diazoksid, morfijum, fenitoin, somatotropin, tiroidni hormoni, derivati ​​fenotiazina, nikotin, etanol.

Glukokortikoidi i epinefrin imaju suprotan efekat od insulina na periferna tkiva. Stoga, dugotrajna primjena sistemskih glukokortikoida može uzrokovati hiperglikemiju, uključujući dijabetes melitus (steroidni dijabetes), koji se može javiti kod otprilike 14% pacijenata koji uzimaju sistemske kortikosteroide nekoliko sedmica ili uz dugotrajnu primjenu lokalnih kortikosteroida. Neki lijekovi direktno inhibiraju lučenje inzulina (fenitoin, klonidin, diltiazem) ili smanjujući rezerve kalija (diuretici). Hormoni štitnjače ubrzavaju metabolizam inzulina.

Najznačajniji i najčešći efekti na djelovanje inzulina su beta-blokatori, oralni hipoglikemici, glukokortikoidi, etanol i salicilati.

Etanol inhibira glukoneogenezu u jetri. Ovaj efekat se primećuje kod svih ljudi. S tim u vezi, treba imati na umu da zloupotreba alkohola tokom terapije inzulinom može dovesti do razvoja teškog hipoglikemijskog stanja. Male količine alkohola koje se uzimaju uz hranu obično ne izazivaju probleme.

Beta blokatori mogu inhibirati lučenje inzulina, promijeniti metabolizam ugljikohidrata i povećati perifernu inzulinsku rezistenciju, što dovodi do hiperglikemije. Međutim, oni također mogu inhibirati efekte kateholamina na glukoneogenezu i glikogenolizu, što nosi rizik od teških hipoglikemijskih reakcija kod dijabetičara. Štoviše, bilo koji od beta-blokatora može prikriti adrenergične simptome uzrokovane smanjenjem razine glukoze u krvi (uključujući tremor, palpitacije), čime ometa pacijentovo pravovremeno prepoznavanje hipoglikemije. Selektivni beta 1-blokatori (uključujući acebutolol, atenolol, betaksolol, bisoprolol, metoprolol) pokazuju ove efekte u manjoj mjeri.

NSAIL i salicilati u visokim dozama inhibiraju sintezu prostaglandina E (koji inhibira lučenje endogenog inzulina) i na taj način pojačavaju bazalno lučenje inzulina i povećavaju osjetljivost β-ćelija gušterače na glukozu; hipoglikemijski učinak tijekom istovremene primjene može zahtijevati prilagođavanje doze NSAIL ili salicilata i/ili inzulina, posebno uz produženu istovremenu primjenu.

Trenutno se proizvodi značajan broj inzulinskih preparata, uklj. dobiveni iz pankreasa životinja i sintetizirani metodama genetskog inženjeringa. Lijekovi izbora za inzulinsku terapiju su genetski modificirani, visoko pročišćeni humani inzulini koji imaju minimalnu antigenost (imunogena aktivnost), kao i analozi humanog inzulina.

Preparati inzulina se proizvode u staklenim bocama, hermetički zatvorenim gumenim čepovima sa aluminijumskom oblogom, u posebnim tzv. inzulinske špriceve ili olovke. Prilikom upotrebe olovaka za špric, lijekovi se nalaze u posebnim bocama s patronama (penfils).

Razvijaju se intranazalni oblici inzulina i inzulinski preparati za oralnu primjenu. Kada se insulin kombinuje sa deterdžentom i primenjuje kao aerosol na nazalnu sluzokožu, efektivni nivoi u plazmi se postižu brzo kao kod IV bolusa. Pripravci inzulina za intranazalnu i oralnu primjenu su u razvoju ili su u fazi kliničkih ispitivanja.

Književnost

Osnovna i klinička farmakologija / Ed. B.G. Katsunga; lane sa engleskog uređeno od E.E. Zvartau: u 2 toma - M.-SPb.: Binomsko-Nevski dijalekt, 1998. - T. 2. - P. 181-194.

Balabolkin M.I., Klebanova E.M., Kreminskaya V.M. Dijabetes melitus: savremeni aspekti dijagnoze i liječenja / Doktor; uređeno od G.L. Vyshkovsky.-2005.- M.: RLS-2005, 2004.- 960 str. (Serija Registar lekova Rusije RLS).

Balabolkin M.I., Petunina N.A., Telnova M.E., Klebanova E.M., Antonova K.V. Uloga insulinske terapije u kompenzaciji dijabetes melitusa // RMZh.- 2007.- T. 15.- br. 27 (308).- P. 2072-2077.

Vinogradov V.M., Katkova E.B., Mukhin E.A. Farmakologija na recept / Ed. V.M. Vinogradov - 4. izd., revidirano - Sankt Peterburg: SpetsLit, 2006. - P. 684-692.

Klinička farmakologija prema Goodmanu i Gilmanu / Ed. ed. A.G. Gilman, ur. J. Hardman i L. Limbird. Per. s engleskog - M.: Praktika, 2006.- P. 1286-1305.

Mashkovsky M.D. Lijekovi: u 2 toma - 14. izdanje - M.: Novaja Volna, 2000. - T. 2. - P. 13-17.

Mikhailov I.B. Doktorski priručnik o kliničkoj farmakologiji: Vodič za doktore - Sankt Peterburg: Foliant, 2001. - str. 562-570.

Racionalna farmakoterapija bolesti endokrinog sistema i metaboličkih poremećaja: Ruka. za ljekare / I.I. Dedov, G.A. Melnichenko, E.N. Andreeva, S.D. Arapova i drugi; pod generalom ed. I.I. Dedova, G.A. Melnichenko.- M.: Litterra, 2006.- P. 30-39. (Racionalna farmakoterapija: Serijski vodič za praktičare; Vol. 12).

Registar lekova pacijenata Rusije / Ed. G.L. Vyshkovsky.- M.: RLS-2006, 2005.- P. 68-72.

Sergejev P.V., Šimanovski N.L., Petrov V.I. Receptori fiziološki aktivnih supstanci: Monografija.- M.-Volgograd: Sedam vjetrova, 1999.- P. 497-504.

Savezne smjernice za upotrebu lijekova (formularni sistem) / Ed. A.G. Chuchalina, Yu.B. Belousova, V.V. Yasnetsova.- Vol. VIII.- M.: ECHO, 2007.- P. 354-363.

Kharkevich D.A. Farmakologija: Udžbenik - 7. izd., prerađeno. i dodatni - M.: Geotar-Medicine, 2003.- P. 433-438.

USP informacije o izdavanju. V. 1.- 23. izd.- Micromedex, Inc., SAD, 2003.- R. 1546-1569.

(od lat. Insula- ostrvo) je peptidni hormon koji se proizvodi u beta ćelijama Langerhansovih otočića u pankreasu. Utječe na mnoge aspekte metabolizma u gotovo svim tkivima. Glavni učinak inzulina je smanjenje koncentracije glukoze u krvi.

Inzulin povećava propusnost plazma membrana za glukozu, aktivira ključne enzime glikolize, stimulira pretvaranje glukoze u glikogen u jetri i mišićima, te pojačava sintezu masti i proteina. Osim toga, inzulin inhibira aktivnost enzima koji razgrađuju glikogen i masti. Odnosno, pored anaboličkog efekta, insulin ima i antikatabolički efekat.

Poremećaj lučenja inzulina zbog uništenja beta ćelija – apsolutni nedostatak inzulina – ključni je element u patogenezi dijabetesa tipa 1. Oštećeno djelovanje inzulina na tkivo – relativni nedostatak inzulina – igra važnu ulogu u razvoju dijabetes melitusa tipa 2.

Struktura molekula inzulina

Inzulin je mali protein sa molekulskom težinom od 5,8 kDa. Sastoji se od dva polipeptidna lanca: A (21 aminokiselina) i B (30 aminokiselina). Molekul inzulina sadrži tri disulfidne veze: dvije povezuju A i B lance, a treća se nalazi unutar A lanca. Goveđi inzulin ima sljedeću primarnu strukturu:

Struktura inzulina je ostala gotovo nepromijenjena u evoluciji viših kralježnjaka; posebno, položaj disulfidnih veza, aminokiselina i karboksi-terminalnog područja A-lanca, te hidrofobnih aminokiselina blizu C-terminusa lanca B. -lanci su nepromenljivi. Humani inzulin se razlikuje od goveđeg inzulina po dvije zamjene aminokiselina u A-lancu: na 8. poziciji treonin umjesto alanina i na 10. poziciji izoleucin umjesto valina. Svinjski hormon je još bliži ljudskom, razlikuje se samo po jednoj aminokiselini: alanin na 30. poziciji B-lanca umjesto treonina.

U razrijeđenoj otopini, molekuli inzulina postoje u monomernom stanju, pri čemu se svaki takav molekul sastoji od hidrofobnog jezgra i pretežno hidrofilne površine, s izuzetkom dva nepolarna područja. Ove regije su uključene u formiranje dimera i heksamera. U koncentrovanim rastvorima, kao što su preparati za injekcije, i kristalima, kao što su unutar sekretornih vezikula β-ćelija, šest inzulinskih monomera zajedno sa dva atoma cinka formiraju heksamere. Dakle, nakon subkutane primjene inzulina, on se polako apsorbira u krv, jer je potrebno dodatno vrijeme da se heksameri disociraju.

Formiranje i izlučivanje

Sinteza inzulina u ćeliji

Inzulin se sintetiše u β-ćelijama Langerhansovih otočića pankreasa. Prekursorski gen inzulina, preproinzulin, lokaliziran je kod ljudi na kratkom kraku hromozoma 11. Sadrži 3 egzona i 2 introna. Druge životinje, kao što su miševi, pacovi i tri vrste riba, imaju dva inzulinska gena.

Ljudski preproinzulin se sastoji od 110 aminokiselina: 24 od njih čine hidrofobnu N-terminalnu vodeću sekvencu (signalni peptid), praćenu B-tačkom, praćenom Arg-Arg sekvencom, povezujućim C-peptidom (iz engleskog. Povezujući peptid- sa “veznim peptidom”), sekvenca Lys-Arg i A lanac na C-terminusu. Vodeća sekvenca je potrebna za kotranslacioni transport preproinzulina u lumen grubog endoplazmatskog retikuluma. Nakon prolaska kroz membranu, vodeća sekvenca se odcjepljuje posebnom signalnom peptidazom i brzo se razgrađuje. Dobijeni proinzulin se sastoji od 86 aminokiselinskih ostataka i nema hormonsku aktivnost. U endoplazmatskom retikulumu se koagulira i formira tri disulfidne veze unutar molekula.

Nakon formiranja ispravne prostorne strukture, proinzulin u transportnim vezikulama se prenosi na cis-strane Golgijevog kompleksa. Tokom kretanja, prohormon iz cis- pre trans-Golgi se sortira u odjeljak sekretornih granula. Ovdje, u nezrelim granulama, proinzulin je podložan daljoj modifikaciji, odnosno ograničenoj proteolizi, koja počinje djelovanjem dvije prohormon konvertaze (PC2 i PC3). Ovi enzimi djeluju specifično na karboksikin stranu niza dvije pozitivno nabijene aminokiseline. Postoje dva takva mjesta u molekulu proinzulina: Arg31-Arg32 (mjesto djelovanja PC2) i između Lys64-Arg65 (mjesto djelovanja PC3), gdje su peptidne veze prekinute. Neposredno nakon prohormonskih konvertaza, karboksipeptidaza-H ispoljava enzimsku aktivnost, koja cijepa osnovne aminokiseline sa formiranih krajeva. Konačni produkti proteolize su molekula inzulina i C-peptid dug 31 aminokiselinu. U poređenju sa A- i B-lancima insulina, C-peptid je mnogo varijabilniji kod kičmenjaka, njegova dužina se kreće od 28 (kod krava) do 38 kod članova porodice morskih riba.

Sekretorne vezikule zrelih β-ćelija sadrže kristalni insulin u obliku heksamera sa atomima cinka i ekvimolarne količine C-peptida. Oni čine skup hormona namijenjen egzocitozi kao odgovoru na stimulus. Poluživot β-granula je nekoliko dana, a ako ne luče svoj sadržaj, podložne su razgradnji fuzijom sa lizosomima. Uz povećanu potrebu za inzulinom u tijelu, razgradnja se odvija sporije.

Regulacija sinteze inzulina odvija se na nekoliko nivoa, posebno na nivou transkripcije, pre-mRNA spajanja, degradacije mRNA, translacije i posttranslacijske modifikacije. Najjači stimulator ovih procesa je glukoza, ali se biosinteza proinzulina može uključiti i u druge šećere, aminokiseline, posebno leucin, intermedijarne produkte glikolize, ketonska tijela, hormon rasta, glukagon i neke druge faktore.

Sekrecija insulina

Beta ćelije pankreasa, poput tipičnih endokrinih ćelija, luče većinu (95%) svog glavnog proizvoda, insulina, na regulisan način. Najvažniji aktivator ovog puta je glukoza. Membrane beta ćelija stalno sadrže transportere glukoze GLUT2 kroz koje ona može slobodno difundirati. Zbog toga povećanje koncentracije glukoze u krvi dovodi do sličnog povećanja njenog nivoa u beta ćelijama. Ovdje odmah postaje supstrat za reakciju heksokinaze, čiji je proizvod glukoza-6-fosfat. U ćelijama pankreasa koje sintetizuju insulin eksprimiran je jedan od izoenzima heksokinaze - heksokinaza IV ili glukokinaza; karakteriše ga nizak afinitet za supstrat: Michaelisova konstanta je 10 mm, što prelazi normalni nivo glukoze u krvi (4- 5 mm). Zahvaljujući tome, glukokinaza može raditi kao „senzor glukoze“, aktivirajući se samo u uslovima hiperglikemije.

Glukoza-6-fosfat ulazi u reakcije glikolize, čiji se produkti dalje oksidiraju u mitohondrijima, što rezultira stvaranjem velike količine ATP-a u ćeliji. Povećanje koncentracije ATP-a dovodi do zatvaranja kalijevih kanala vezanih za ATP. K+ kanali sa ATP-om, KATP) u plazmalemi. Zbog smanjenja odljeva kalija iz stanice dolazi do depolarizacije membrane, što dovodi do otvaranja voltaž-zavisnih kalcijumskih kanala i dotoka kalcija u ćeliju. Početno povećanje koncentracije Ca 2+ jona u citosolu dovodi do njihovog daljeg oslobađanja iz endoplazmatskog retikuluma. Kalcij uzrokuje da se beta granule obrubljene klatrinom spajaju iz plazmaleme i oslobađaju njihov sadržaj u međućelijski prostor, odakle inzulin ulazi u krv kroz fenestracije zidova kapilara.

Pored samog ATP-a, druge supstance mogu uticati na aktivnost ATP-zavisnih kalijumskih kanala. Ovi transmembranski proteini se sastoje od osam podjedinica: četiri identične Kir6.2 i četiri identične SUR1. Prvi formiraju hidrofilni tunel i odgovorni su za osjetljivost na ATP, a drugi su receptori za sulfonilureju (eng. sulfonil rea r eceptor) i može inaktivirati kanal nakon vezivanja za njegov ligand. Dakle, sulfonilureje aktiviraju sintezu inzulina, zbog čega se oralni hipoglikemijski lijekovi koriste za dijabetes melitus.

Osim reguliranog, postoji i takozvani “konstitutivni put” lučenja inzulina beta stanicama, koji djeluje kod određenih poremećaja, poput inzulinoma i dijabetesa tipa 2. U ovom slučaju, velika količina nezrelog hormona (proinzulina ili intermedijernih “rascijepljenih” oblika) se oslobađa direktno iz vezikula formiranih u endoplazmatskom retikulumu.

Regulacija lučenja inzulina

Langerhansova otočića su u blizini inervirana autonomnim i peptidergijskim nervnim vlaknima. Holinergički završeci bukalnog živca, dio parasimpatičkog nervnog sistema, stimulišu lučenje insulina, dok adrenergički završeci simpatičkog nervnog sistema potiskuju ovaj proces. Drugi nervi luče vazoaktivni intestinalni peptid, koji stimulira lučenje svih hormona gušterače, i neuropeptid Y, koji blokira oslobađanje inzulina.

Hormoni pankreasa takođe utiču na lučenje insulina: glukagon ga stimuliše, a somatostatin ga deprimira. Osim toga, inzulin djeluje autokrino tako što aktivira transkripciju vlastitog gena i gena za glukokinazu.

Prilikom unosa hrane povećava se lučenje insulina ne samo pod uticajem glukoze ili ugljenih hidrata, već i aminokiselina, posebno leucina i arginina, nekih hormona u probavnom sistemu: holecistokinina, insulinotropnog peptida zavisnog od glukoze, kao i hormona kao što je glukagon, ACTH, estrogen i drugi. Takođe, lučenje insulina je pojačano povećanjem nivoa kalijuma ili kalcijuma, slobodnih masnih kiselina u krvnoj plazmi.

Inkertin efekat

Inkretinski efekat je fenomen oslobađanja značajno veće količine inzulina kao odgovor na oralno uzimanje glukoze u odnosu na njegovu primjenu. Hormoni probavnog trakta koji se luče tokom obroka odgovorni su za ovu pojavu i pojačavaju oslobađanje insulina stimulisano glukozom. Inkretinski hormoni uključuju, posebno, peptid sličan glukagonu-1 i gastrični inhibitorni polipeptid, od kojih prvi luče L-ćelije, a drugi K-ćelije gornjeg dijela tankog crijeva.

Fiziološko djelovanje inzulina

Glavni fiziološki učinak inzulina je smanjenje glukoze u krvi, ali nije ograničen samo na to; hormon također utječe na metabolizam proteina i lipida. Jedan od glavnih efekata inzulina je da stimuliše povećano uzimanje glukoze u mišiće i masno tkivo, ali ne utiče na ovaj proces u jetri, bubrezima i mozgu, čije ćelije mogu transportovati glukozu čak i u odsustvu hormonske stimulacije. Insulin također blokira one metaboličke puteve čiji je krajnji proizvod glukoza, posebno glukoneogenezu i razgradnju glikogena, te stimulira one u kojima se koristi. Prvi prioritet u ovom slučaju pripada zadovoljavanju energetskih potreba, posebno tijek glikolize čiji je konačni produkt piruvat, te dalja oksidacija piruvata u acetil-CoA, koji se može koristiti u ciklusu trikarboksilne kiseline. Ostatak glukoze se koristi za obnavljanje zaliha glikogena u jetri i mišićima. U jetri inzulin također stimulira sintezu masnih kiselina s acetil-CoA; NADPH neophodan za to se proizvodi u pentozofosfatnom putu. Masne kiseline se zatim transportuju u obliku triglicerida do masnog tkiva. Insulin takođe utiče na metabolizam indirektno preko mozga. Utječe na jezgra hipotalamusa na način koji potiskuje unos hrane i pojačava termogenezu.

U mišićnom tkivu inzulin stimulira uzimanje aminokiselina i sintezu proteina. Ostatak aminokiselina se u jetri pretvara u piruvat i acetil-CoA i koristi se za sintezu masti.

Unos kalijuma u ćelije takođe se aktivira insulinom. Stoga se njegovi preparati, zajedno sa glukozom, koriste za privremeno smanjenje hiperkalcemije kod pacijenata sa zatajenjem bubrega. Tačan molekularni mehanizam ovog djelovanja inzulina nije jasan, ali je poznato da može aktivirati Na + / K + -ATPaze.

Dugoročni efekti inzulina na tijelo uključuju ubrzani rast, koji se javlja zbog njegovih općih anaboličkih i pohranjivanja proteina. Stoga djeca sa dijabetesom tipa 1 imaju zastoj u rastu. Inzulin može stimulirati rast kod nezrelih hipofizektomiranih pacova gotovo istim intenzitetom kao i hormon rasta, pod uvjetom da konzumiraju velike količine ugljikohidrata. Također je poznato da u ćelijskoj kulturi inzulin ubrzava ćelijsku diobu, poput peptidnih faktora rasta, kao što su epidermalni faktor rasta, faktor rasta fibroblasta i faktor rasta koji potiče od trombocita, a osim toga može pojačati njihovo biološko djelovanje.

Pridružene bolesti

Međutim, u kontekstu problema koji se razmatra, treba istaći posebnu ulogu inzulina u regulaciji energetskog metabolizma općenito, uključujući i metabolizam ne samo ugljikohidrata, već i masti. To se odnosi na mehanizme za koordinirano skladištenje i korištenje molekula goriva u masnom tkivu, jetri i skeletnim mišićima. Nakon probave hrane u organizam ulazi velika količina ugljikohidrata, ali njihova koncentracija u perifernoj krvi i međućelijskom prostoru zbog aktivacije izlučivanja inzulina ne dostiže kritične vrijednosti. Ovaj hormon stimulira protok glukoze u inzulinsko zavisne organe i tkiva i istovremeno potiskuje stvaranje endogene glukoze zbog supresije glukoneogeneze i glikogenolize. Paralelno, insulin stimuliše sintezu glikogena. Insulin također ima sličan učinak na metabolizam masti. To se manifestira stimulacijom nakupljanja masti u masnom tkivu i inhibicijom mobilizacije masti iz depoa kao rezultat aktivacije lipoprotein lipaze inzulinom, pomaže u čišćenju krvi od triglicerida i inhibira aktivnost hormonski osjetljive lipaze. Istovremeno, insulin stimuliše ulazak glukoze u lipocite i stimuliše sintezu intracelularnih triglicerida, tj. aktivira lipogenezu. U tom smislu, masno tkivo obavlja neku vrstu puferske funkcije, osiguravajući normalizaciju koncentracije masti u plazmi, posebno u periodu nakon obroka. U stanju mirovanja ili kratkotrajne gladi smanjuje se koncentracija inzulina u krvi, povećava se nivo kontranzularnih hormona i stimuliše funkcija simpatičkog nervnog sistema, što dovodi do mobilizacije jetrene glukoze i aktivacije lipolize. sa oslobađanjem neesterifikovane FFA iz adipocita u krvotok. U ovim uslovima, glukozu pretežno koriste tkiva nezavisna od insulina kao što su nervni sistem i crvena krvna zrnca, dok skeletni mišići takođe dobijaju energiju oksidacijom masnih kiselina. Tokom produženog stanja gladi, jetra dodatno pretvara masne kiseline u ketonska tijela, a acetil-CoA u glukozu. Slične promjene se javljaju i tijekom fizičke aktivnosti tijela, ali uz povećanje protoka glukoze u mišiće. Dakle, akumulacija i potrošnja masti je dinamičan proces koji se odvija različito u zavisnosti od stanja organizma i njegovih energetskih potreba. Takođe treba napomenuti da insulin nije jedini hormon koji reguliše energetski metabolizam. Postoji niz kontrainzularnih hormona (glukagon, adrenalin, hormon rasta i glukokortikoidi), čija je aktivnost usmjerena na povećanje koncentracije glukoze u cirkulaciji. Dodatni antagonist insulina je simpatički nervni sistem, čija stimulacija dovodi do oslobađanja IVF-a iz masnih ćelija. Prisustvo ovako složenog regulatornog mehanizma omogućava mogućnost oštećenja ili smanjenja osjetljivosti tkiva na regulatorne faktore u procesima akumulacije i korištenja energetskih resursa na različitim nivoima.

Upotreba insulina kao leka

Otkrivanje endokrine funkcije pankreasa

Godine 1869. u Berlinu, 22-godišnji student medicine Langerhans, koristeći novi mikroskop za ispitivanje strukture pankreasa, skrenuo je pažnju na ranije nepoznate grupe ćelija koje su ravnomjerno raspoređene po njegovom tkivu. Nije davao nikakve pretpostavke o njihovoj svrsi. Tek 1893. Eduard Lages je otkrio da su oni odgovorni za endokrinu funkciju pankreasa i nazvao ih "Langerhansovim otočićima" u čast otkrića.

Godine 1889. Oskar Minkowski i Joseph von Mehring proučavali su funkcije pankreasne žlijezde. Izvršili su pankreatomiju na zdravom psu i u roku od nekoliko dana životinja je počela pokazivati ​​simptome dijabetesa, uključujući pojačanu žeđ, povećanu proizvodnju urina s visokim sadržajem šećera, prekomjeran unos hrane i gubitak težine. Nakon nekog vremena, istraživači su uspjeli "izliječiti" psa presađivanjem tkiva pankreasa ispod kože.

Sljedeći važan korak učinjen je 1901. godine, Eugene Opie (Eugene Opie) to jasno pokazao “Dijabetes melitus je uzrokovan uništavanjem otočića gušterače, a javlja se samo kada su ova mala tijela djelomično ili potpuno uništena.” Veza između dijabetes melitusa i pankreasa bila je poznata i ranije, ali do tada nije bilo jasno da je dijabetes povezan specifično s Langerhansovim otočićima. Ovo, kao i mnoge druge studije o patologijama gušterače, dovele su znanstvenike kao što su Jean de Meyer (1909) i Edward Charpy-Schafer (1916) do zaključka da Langenharsova otočića moraju proizvoditi supstancu sa hipoglikemijskim učinkom. Meyer ga je nazvao insulinom od lat. Insula- ostrvo.

Prvi pokušaji izolacije inzulina

U naredne dvije decenije učinjeno je nekoliko pokušaja da se izoluju izlučevine otočića kao potencijalni lijek. Godine 1907. Georg Sulzer (Georg Ludwig Zülzer) postigao određeni uspjeh u snižavanju razine glukoze u krvi kod eksperimentalnih pasa s ekstraktom pankreasa i čak je uspio spasiti jednog pacijenta u dijabetičkoj komi. Međutim, njegov lijek je imao ozbiljne nuspojave, vjerovatno zbog lošeg pročišćavanja, zbog čega je bio napušten.

Ernest Skot, između 1911. i 1912. na Univerzitetu u Čikagu, koristio je vodeni ekstrakt pankreasa i primetio "neko poboljšanje glikozurije", ali nije uspeo da ubedi svog supervizora u važnost ovih studija, pa su eksperimenti ubrzo napušteni. . Isti efekat pokazao je Izrael Klajner na Univerzitetu Rokfeler 1919. godine, ali je njegov rad prekinut izbijanjem Prvog svetskog rata i nije uspeo da ga završi. Sličan rad, nakon eksperimenata u Francuskoj, objavio je 1921. Nicolas Paulesco, profesor fiziologije na Rumunskoj medicinskoj školi, a mnogi, posebno u Rumuniji, smatraju ga otkrićem insulina.

Rad Buntinga i Besta

Većina ekstrakata pankreasa koje su izradili različiti istraživači u periodu prije 1921. godine imala je isti problem: sadržavali su mnoge nečistoće, uključujući produkte egzokrinog dijela žlijezde, i uzrokovali su apscese kod pacijenata. Po prvi put, grupa naučnika sa Univerziteta u Torontu uspela je da ga izoluje i pročisti do nivoa pogodnog za upotrebu u ljudskoj terapiji 1921. godine.

Frederick Banting je nakon završetka Prvog svjetskog rata radio kao ortopedski hirurg i predavao na Univerzitetu Zapadnog Ontarija. Jedna od tema ovih predavanja bio je metabolizam ugljikohidrata. Upoznavajući se sa temom, Banting je pročitao rad dr. Mosesa Barrona, u kojem je opisao smrt egzokrinog dijela pankreasa u slučajevima kada je njegov kanal blokiran kamenjem. To mu je dalo ideju o novoj metodi za izolaciju endokrinih sekreta pankreasa; Banting je napisao u svojim bilješkama:

Sa svojom idejom Banting se obratio Johnu McLeodu, profesoru na Univerzitetu u Torontu i međunarodno poznatom istraživaču metabolizma ugljikohidrata. McLeod je bio svjestan poteškoća s kojima su se prethodni istraživači susreli pokušavajući izolirati ljekoviti ekstrakt pankreasa, ali je vjerovao da bi čak i negativan rezultat Bantingovog rada bio koristan, pa je pristao da mu obezbijedi laboratorijski prostor, eksperimentalne pse i jedan asistent. Za ulogu asistenta prijavila su se dva studenta fiziologije, Charles Best i Clark Noble. Kako bi odlučili tko će od njih pomoći Buntingu, bacili su novčić. Iako je bilo široko rasprostranjeno vjerovanje da je Best pobijedio, njegov poznanik Robert WALL je insistirao da je izgubio jer niko od učenika nije želio raditi sa melankoličnim, razdražljivim Buntingom.

U ljeto 1921. Banting i Best započeli su svoje eksperimente i, nakon kratkog odlaganja, pankreas je atrofirao. Ekstrakt se dobija na sledeći način: tkivo je isečeno na komade, mleveno u malteru i rastvor je filtriran, a zatim davan psima dijabetičarima. Iako su uspjeli smanjiti razinu glukoze u krvi životinja, Banting i Best su naišli na isti problem kao i njihovi prethodnici: sterilni apsces nastao na mjestu injekcije i opća intoksikacija. Tokom kasnog ljeta i jeseni 1921. otkrili su da ekstrakt iz atrofiranog pankreasa pasa nema prednost u odnosu na ekstrakt fetalnih žlijezda teladi u klanici. I tako su počeli da koriste ovu tkaninu, koju je bilo mnogo lakše nabaviti.

Krajem 1921. McLeod je pozvao biohemičara Jamesa Collipa da se pridruži Bantingovoj i Bestovoj grupi i radi na novim metodama za pročišćavanje ekstrakta. Collipom se složio, a kasnije je također pokazao da ekstrakt pankreasa stimulira taloženje glikogena u jetri, smanjuje ketoacidozu kod dijabetičkih životinja i smanjuje razinu glukoze u krvi kod zdravih životinja. Zatim je za testiranje lijeka koristio normalne zečeve, a ne pse s pankreasom. U novembru 1921. Banting i MacLeod prisustvovali su sastanku Američkog fiziološkog društva, gdje su predstavili svoje rezultate.

Banting i Best su 11. januara 1922. prvi put testirali jedan od aktivnih ekstrakata teleće pankreasa, koji su sa Engleza nazvali "ayletin". Isle- ostrvo, na pacijentu - 14-godišnji Leonardi Thompson. Ubrizgano mu je 7,5 ml lijeka u svaki glutealni mišić i dobio je očekivani rezultat: smanjio se nivo glukoze u krvi, ali je nastao apsces i opće trovanje. Nekoliko nedelja nakon ovog neuspeha, Collipom je prijavio Bantingu da je konačno uspeo da dobije netoksični ekstrakt, ali nije bio voljan da otkrije detalje procesa (verovatno se nadajući budućem patentu), što je zamalo dovelo do svađe između istraživači.

Collip MacLeod je novom ekstraktu dao naziv "insulin" (vjerovatno nesvjestan da je isto ime koristio Meyer 1909). Testiran je 23. januara na istom pacijentu. Ovaj put, tretman je bio uspešan: Thompsonov nivo glukoze u krvi je pao sa 520 na 120 mg/dL, a nuspojave nisu primećene. Ali kasnije se ispostavilo da je Collipom zaboravio protokol za pripremu inzulina. U narednih nekoliko sedmica, uz pomoć Eli Lilly, pokušao je ponovo otkriti metodu, što mu je konačno i uspjelo.

Među prvim pacijentima koje su liječili Banting i Best bila je Elizabeth Hughes, kćerka državnog sekretara Charlesa Hughesa. Promjenu u svom zdravlju nakon injekcije inzulina opisala je kao “neopisivo divnu”. Poznati dijabetolozi tog vremena, Elliot Joslin i Frederick Allen, također su bili zadivljeni snagom novog lijeka. Opisujući svoje utiske, Joslin je uporedio djelovanje inzulina sa scenom iz Biblije Eze. 37:1-10:

Za revolucionarno otkriće insulina, McLeod i Banting dobili su Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu 1923. Bunting je isprva bio jako ogorčen što za nagradu zajedno s njim nije nominiran i njegov pomoćnik Best, te je u početku čak odlučno odbio nagradu, ali je onda ipak pristao da primi nagradu i svečano podijelio svoj dio s Bestom. MacLeod je učinio isto, podijelivši svoju nagradu prema Collipu. Patent za proizvodnju telećeg inzulina dobili su Best i Collip, kao nemedicinski članovi grupe, jer se učešće ljekara u komercijalnim poslovima smatralo neetičkim. Patent su ustupili Univerzitetu u Torontu, koji ga je licencirao mnogim medicinskim firmama širom svijeta. Konkretno, u SAD-u je farmaceutska kompanija Eli Lilly dobila pravo na proizvodnju inzulina, au Europi je kompanija osnovana u Danskoj August Krogh postala najveći proizvođač.

Proučavanje strukture inzulina

Inzulin je bio prvi proteinski molekul za koji je u potpunosti uspostavljena sekvenca aminokiselina, odnosno primarna struktura. Ovaj rad je 1953. godine izveo britanski molekularni biolog Sanger, za koji je 1958. godine dobio Nobelovu nagradu za hemiju. I skoro 40 godina kasnije, Dorothy Crowfoot Hodgkin je metodom difrakcije rendgenskih zraka odredila prostornu strukturu (tercijarne strukture) molekula inzulina. Njen rad je takođe nagrađen Nobelovom nagradom.

Od 1980-ih, ljudski inzulin je genetski modifikovan pomoću ćelija E. coli ili pivskog kvasca.

Kolaps

Sve o insulinu. Koju funkciju inzulin treba da obavlja u ljudskom tijelu i kako ovaj lijek sada može pomoći u suočavanju s tako strašnom bolešću kao što je dijabetes.

Šta je insulin i zašto je toliko neophodan ljudima? Odgovor na ovo pitanje leži doslovno na površini u članku ispod.

Inzulin - izveden od latinske riječi Insula (otok), je određena proteinska supstanca koju sintetiziraju određene stanice gušterače, odnosno njegove formacije. U medicinskoj terminologiji označavaju se kao Langerhans-Sobolevljeva otočića.

Ovaj hormon pankreasa ima ogroman utjecaj na sve metaboličke procese koji se odvijaju u tkivima koji su svojstveni ljudskom tijelu. Pripadajući seriji peptida, kvalitativno zasićuje ljudske stanice svim potrebnim tvarima, prenoseći kalij, razne aminokiseline i, naravno, glukozu kroz hematopoetski sistem. Budući da se zahvaljujući glukozi u ljudskom tijelu održava određena ravnoteža ugljikohidrata.

Evo kako se to događa: kada se hrana apsorbira u ljudskom tijelu, povećava se količina glukoze, što utiče na nivo opisane supstance u krvi i njeno povećanje.

Hemijska i strukturna formula

Konstruktivni učinak ove tvari povezan je s njenom molekularnom strukturom. To je ono što je izazvalo interesovanje naučnika od samog početka otkrića ovog hormona. Pošto bi tačna hemijska formula ove sintetizovane supstance omogućila da se hemijski izoluje.

Naravno, sama hemijska formula nije dovoljna da opiše njenu strukturu. Ali istina je i da nauka ne miruje i da je danas već poznata njena hemijska priroda. A to nam omogućava da poboljšamo sve više novih razvoja lijekova koji imaju za cilj liječenje dijabetes melitusa kod ljudi.

Struktura, njegovo hemijsko porijeklo uključuje aminokiseline i vrsta je peptidnog hormona. Njegova molekularna struktura ima dva polipeptidna lanca u čije formiranje su uključeni aminokiselinski ostaci, čiji je ukupan broj 51. Ovi lanci, povezani disulfidnim mostovima, konvencionalno se definišu kao „A“ i „B“. Grupa “A” ima 21 aminokiselinski ostatak, “B” 30.

Sama struktura i djelotvornost primjera različitih bioloških vrsta međusobno se razlikuju. Kod ljudi ova struktura više podsjeća ne na onu koja se formira u tijelu majmuna, već na onu koja je opremljena u svinji. Razlike između strukture svinje i čovjeka su samo u jednom aminokiselinskom ostatku, koji se nalazi u lancu B. Sljedeća biološka vrsta, slična po strukturi, je bik, sa razlikom u strukturi u tri aminokiseline. ostaci. Kod sisara, molekule ove supstance se još više razlikuju u aminokiselinskim ostacima.

Funkcije i na šta hormon utiče

Kada jedete, protein inzulin, kao peptidni hormon, ne probavlja se kao bilo koji drugi u crijevima, ali obavlja mnogo funkcija. Dakle, ono što ova supstanca radi, uglavnom inzulin, je da snižava koncentraciju glukoze u krvi. I za povećanje propusnosti ćelijskih membrana za glukozu.

Iako inzulin obavlja i druge jednako važne funkcije u tijelu:

• Stimulira pojavu glikogena u jetri i mišićnoj strukturi – određeni oblik skladištenja glukoze u životinjskim stanicama;
• Povećava sintezu glikogena;
• Smanjuje aktivnost određenih enzima koji razgrađuju masti i glikogene;
• Omogućuje inzulinu da poveća sintezu proteina i masti;
• Drži druge ljudske sisteme pod kontrolom i utiče na pravilnu apsorpciju aminokiselina u ćelijama;
• Suzbija pojavu ketonskih tijela;
• Suzbija razgradnju lipida.

Insulin je hormon koji reguliše metabolizam ugljikohidrata u ljudskom tijelu. Njegova uloga kao proteinske supstance pri ulasku u krv je da snizi nivo šećera u krvi.

Poremećaj lučenja inzulina u ljudskom tijelu, uzrokovan razgradnjom beta stanica, često dovodi do potpunog nedostatka inzulina i postavljanja dijagnoze dijabetes melitusa tipa 1. Kršenje interakcije ove tvari na tkivu dovodi do razvoja dijabetes melitusa tipa 2.

Miris

Kako ova supstanca miriše? Simptom dijabetesa koji prije svega privlači pažnju je miris acetona iz usta. Zbog nedostatka opisanog hormona, glukoza ne prodire u ćelije. U vezi s tim, stanice počinju osjećati pravu glad. A nakupljena glukoza počinje stvarati ketonska tijela, što pojačava miris acetona iz kože i urina. Stoga, ako se pojavi takav miris, odmah se obratite ljekaru.

Identifikacija i proizvodnja ove supstance u 20. veku u obliku leka za dijabetičare dala je mnogim ljudima priliku ne samo da produže život sa ovom bolešću, već i da u njoj u potpunosti uživaju.

Formiranje hormona u tijelu

Samo "B" ćelije su odgovorne za proizvodnju ove supstance u ljudskom tijelu. Hormon insulin reguliše šećer i utiče na masne procese. Kada se ovi procesi poremete, dijabetes počinje da se razvija. S tim u vezi, naučnici iz oblasti medicine, biohemije, biologije i genetskog inženjeringa suočeni su sa zadatkom razumevanja svih nijansi biosinteze i delovanja insulina na organizam radi dalje kontrole ovih procesa.

Dakle, za šta su odgovorne „B“ ćelije – za proizvodnju dve kategorije insulina, od kojih je jedna stara, a druga poboljšana, nova. U prvom slučaju nastaje proinzulin - nije aktivan i ne obavlja hormonsku funkciju. Utvrđeno je da količina ove supstance iznosi 5%, a kakvu ulogu ima u tijelu još uvijek nije jasno.

Hormon inzulin prvo luče “B” ćelije, kao i gore opisani hormon, s jedinom razlikom što se on potom šalje u Golgijev kompleks, gdje se dalje obrađuje. Iz unutrašnjosti ove ćelijske komponente, koja je namijenjena za sintezu i akumulaciju različitih tvari, uz pomoć enzima se odvaja C-peptid.

I tada, kao rezultat, nastaje inzulin i njegovo nakupljanje, pakovanje za bolje očuvanje u sekretornim posudama. Zatim, ako u tijelu postoji potreba za inzulinom, što je povezano s povećanjem glukoze, “B” ćelije brzo otpuštaju ovaj hormon u krv.

Na taj način ljudski organizam proizvodi opisani hormon.

Potreba i uloga opisanog hormona

Zašto je čovjeku potreban inzulin u tijelu, zašto i kakvu ulogu u njemu ima ova supstanca? Za pravilno i normalno funkcionisanje, ljudsko tijelo vam uvijek govori šta je potrebno svakoj njegovoj ćeliji u određenom trenutku:

• Zasitite se kiseonikom;
• Hranjive materije koje su mu potrebne;
• Glukoza.

Na taj način se održavaju njegove vitalne funkcije.

A glukozi, u vidu određenog izvora energije, koju proizvodi jetra i koja sa hranom ulazi u organizam, potrebna je pomoć da iz krvi uđe u svaku ćeliju. U ovom procesu inzulin igra ulogu provodnika u ljudskom tijelu, osiguravajući na taj način transportnu funkciju za ulazak glukoze u ćelije.

I, naravno, nedostatak ove supstance je doslovno fatalan za tijelo i njegove stanice, ali višak može uzrokovati bolesti poput dijabetesa tipa 2, gojaznosti, poremetiti rad srca i krvnih žila, pa čak i dovesti do razvoja od raka.

U vezi sa navedenim, nivo insulina kod osobe sa dijabetesom treba što češće proveravati testiranjem i traženjem lekarske pomoći.

Proizvodnja i komponenta supstance

Prirodni inzulin se proizvodi u pankreasu. Lijek opisan u ovom članku, kao vitalni lijek, napravio je pravu revoluciju među ljudima koji pate i boluju od dijabetesa.

Dakle, šta je to i kako se inzulin proizvodi farmaceutski?

Preparati insulina za dijabetičare se međusobno razlikuju:

• Čišćenje u jednom ili drugom stepenu;
• Porijeklo (insulin može biti goveđi, svinjski, ljudski);
• Manje komponente;
• Koncentracija;
• pH – rastvor;
• Mogućnost miješanja lijekova (kratkog i dugog djelovanja).

Inzulin se daje posebnim špricevama, čija je kalibracija predstavljena sljedećim postupkom: kada se štrcaljkom uzima 0,5 ml lijeka, pacijent uzima 20 jedinica, 0,35 ml je 10 jedinica i tako dalje.

• Lijekovi životinjskog porijekla;
• Biosintetički;
• Genetski inženjering;
• Genetski modificirano;
• Sintetički.

Najduže se koristio svinjski hormon. Ali takav sastav inzulina, koji je bio potpuno drugačiji od prirodnih hormona, nije imao apsolutno efikasan rezultat. S tim u vezi, pravi uspjeh i učinak u liječenju dijabetesa bio je mehanizam djelovanja rekombinantnog inzulina, čija su svojstva gotovo 100% zadovoljila osobe oboljele od dijabetesa, i to različitih starosnih kategorija.

Inzulin je glavni lijek za liječenje pacijenata sa dijabetesom tipa 1. Ponekad se koristi i za stabilizaciju stanja pacijenta i poboljšanje njegovog blagostanja kod druge vrste bolesti. Ova supstanca po svojoj prirodi je hormon koji u malim dozama može utjecati na metabolizam ugljikohidrata.

Normalno, gušterača proizvodi dovoljnu količinu inzulina, koji pomaže u održavanju fiziološkog nivoa šećera u krvi. Ali u slučaju ozbiljnih endokrinih poremećaja, jedina šansa da se pomogne pacijentu su često injekcije inzulina. Nažalost, ne može se uzimati oralno (u obliku tableta), jer se potpuno uništava u probavnom traktu i gubi svoju biološku vrijednost.

Mnogi dijabetičari su se vjerovatno barem jednom zapitali od čega se pravi inzulin koji se koristi u medicinske svrhe? Trenutno se ovaj lijek najčešće dobiva pomoću genetskog inženjeringa i biotehnologije, ali se ponekad ekstrahira iz sirovina životinjskog porijekla.

Preparati dobijeni od sirovina životinjskog porijekla

Ekstrakcija ovog hormona iz pankreasa svinja i goveda je stara tehnologija koja se danas retko koristi. To je zbog niske kvalitete dobivenog lijeka, njegove sklonosti izazivanju alergijskih reakcija i nedovoljnog stupnja pročišćavanja. Činjenica je da, budući da je hormon proteinska tvar, sastoji se od određenog skupa aminokiselina.

Inzulin proizveden u tijelu svinje razlikuje se po sastavu aminokiselina od ljudskog inzulina za 1 aminokiselinu, a od goveđeg za 3.

Početkom i sredinom 20. stoljeća, kada slični lijekovi nisu postojali, čak je i takav inzulin postao iskorak u medicini i omogućio da se liječenje dijabetičara podigne na novi nivo. Hormoni dobiveni ovom metodom snižavali su šećer u krvi, međutim, često su izazivali nuspojave i alergije. Razlike u sastavu aminokiselina i nečistoća u lijeku uticale su na stanje pacijenata, posebno u ranjivijim kategorijama pacijenata (djeca i starije osobe). Drugi razlog za lošu podnošljivost takvog inzulina je prisustvo njegovog neaktivnog prekursora u lijeku (proinzulina), kojeg je bilo nemoguće riješiti u ovoj varijanti lijeka.

Danas postoje poboljšani svinjski inzulini koji nemaju ove nedostatke. Dobijaju se iz gušterače svinje, ali nakon toga podliježu dodatnoj preradi i prečišćavanju. Višekomponentni su i sadrže pomoćne tvari.

Modificirani svinjski inzulin se praktički ne razlikuje od ljudskog hormona, zbog čega se još uvijek koristi u praksi

Takve lijekove pacijenti mnogo bolje podnose i praktički ne izazivaju neželjene reakcije, ne potiskuju imunološki sistem i efikasno snižavaju šećer u krvi. Goveđi inzulin se trenutno ne koristi u medicini, jer zbog svoje strane strukture negativno utječe na imunološki i drugi sistem ljudskog organizma.

Genetski modifikovan insulin

Ljudski inzulin, koji se koristi za dijabetičare, komercijalno se proizvodi na dva načina:

• korištenjem enzimskog tretmana svinjskog inzulina;
• korištenjem genetski modificiranih sojeva E. coli ili kvasca.

Fizičko-hemijskom promjenom, molekuli svinjskog inzulina pod utjecajem posebnih enzima postaju identični ljudskom inzulinu. Sastav aminokiselina dobivenog lijeka ne razlikuje se od sastava prirodnog hormona koji se proizvodi u ljudskom tijelu. Tokom procesa proizvodnje, lijek je visoko pročišćen, tako da ne izaziva alergijske reakcije ili druge neželjene manifestacije.

Ali najčešće se inzulin dobiva pomoću modificiranih (genetski izmijenjenih) mikroorganizama. Bakterije ili kvasac su biotehnološki izmijenjeni tako da mogu proizvoditi vlastiti inzulin.

Osim proizvodnje samog inzulina, važnu ulogu ima i njegovo pročišćavanje. Kako lijek ne bi izazvao alergijske ili upalne reakcije, u svakoj fazi potrebno je pratiti čistoću sojeva mikroorganizama i svih otopina, kao i upotrijebljenih sastojaka.

Postoje 2 metode za proizvodnju inzulina na ovaj način. Prvi od njih se zasniva na upotrebi dva različita soja (vrsta) jednog mikroorganizma. Svaki od njih sintetiše samo jedan lanac molekule DNK hormona (ukupno ih ima dva, a spiralno su upleteni zajedno). Tada se ti lanci povezuju i u nastaloj otopini već je moguće odvojiti aktivne oblike inzulina od onih koji nemaju nikakav biološki značaj.

Drugi način proizvodnje lijeka pomoću E. coli ili kvasca temelji se na činjenici da mikrob prvo proizvodi neaktivni inzulin (odnosno njegov prethodnik - proinzulin). Zatim se enzimskim tretmanom ovaj oblik aktivira i koristi u medicini.

Osoblje koje ima pristup određenim proizvodnim prostorima mora uvijek nositi sterilno zaštitno odijelo, čime se sprječava kontakt lijeka sa ljudskim biološkim tekućinama

Svi ovi procesi su obično automatizovani, vazduh i sve površine u kontaktu sa ampulama i bočicama su sterilne, a vodovi opreme su hermetički zatvoreni.

Biotehnološke tehnike omogućavaju naučnicima da razmišljaju o alternativnim rješenjima problema dijabetesa. Na primjer, trenutno se provode pretklinička istraživanja o proizvodnji umjetnih beta stanica pankreasa, koje se mogu dobiti metodama genetskog inženjeringa. Možda će se u budućnosti koristiti za poboljšanje rada ovog organa kod bolesne osobe.

Proizvodnja modernih proizvoda složen je tehnološki proces koji uključuje automatizaciju i minimalnu ljudsku intervenciju.

Dodatne komponente

Proizvodnja insulina bez ekscipijenata u savremenom svetu gotovo je nemoguće zamisliti, jer oni mogu poboljšati njegova hemijska svojstva, produžiti vreme delovanja i postići visok stepen čistoće.

Prema svojim svojstvima, svi dodatni sastojci se mogu podijeliti u sljedeće klase:

• prolongatori (supstance koje se koriste da obezbede duži efekat leka);
• komponente za dezinfekciju;
• stabilizatori, zahvaljujući kojima se održava optimalna kiselost u otopini lijeka.

Aditivi za produženje

Postoje inzulini produženog djelovanja, čija biološka aktivnost traje 8 do 42 sata (ovisno o grupi lijeka). Ovaj efekat se postiže dodavanjem specijalnih supstanci - prolongatora - u rastvor za injekcije. Najčešće se u tu svrhu koristi jedan od ovih spojeva:

• proteini;
• soli cink hlorida.

Proteini koji produžavaju učinak lijeka prolaze kroz detaljno pročišćavanje i niskoalergijski (na primjer, protamin). Cinkove soli također nemaju negativan učinak na aktivnost inzulina ili dobrobit osobe.

Antimikrobne komponente

Sredstva za dezinfekciju inzulina su neophodna kako bi se osiguralo da se mikrobna flora u njemu ne razmnožava tokom skladištenja i upotrebe. Ove tvari su konzervansi i osiguravaju očuvanje biološke aktivnosti lijeka. Osim toga, ako pacijent sam sebi daje hormon iz jedne bočice, tada mu lijek može trajati nekoliko dana. Zbog visokokvalitetnih antibakterijskih komponenti, neće biti potrebe za bacanjem neiskorištenog lijeka zbog teorijske mogućnosti razmnožavanja mikroba u otopini.

Sljedeće tvari se mogu koristiti kao dezinfekcijske komponente u proizvodnji inzulina:

• metacresol;
• fenol;
• parabeni.

Ako otopina sadrži ione cinka, oni djeluju i kao dodatni konzervans zbog svojih antimikrobnih svojstava

Određene komponente za dezinfekciju pogodne su za proizvodnju svake vrste inzulina. Njihova interakcija s hormonom mora se proučavati u fazi pretkliničkih ispitivanja, jer konzervans ne bi trebao poremetiti biološku aktivnost inzulina ili na drugi način negativno utjecati na njegova svojstva.

Upotreba konzervansa u većini slučajeva omogućava da se hormon unese pod kožu bez prethodnog tretmana alkoholom ili drugim antisepticima (proizvođač to obično navodi u uputama). To pojednostavljuje primjenu lijeka i smanjuje broj pripremnih manipulacija prije same injekcije. Ali ova preporuka djeluje samo ako se otopina primjenjuje pomoću individualne inzulinske šprice s tankom iglom.

Stabilizatori

Stabilizatori su neophodni kako bi se osiguralo da se pH otopine održava na datom nivou. Sigurnost lijeka, njegova aktivnost i stabilnost njegovih hemijskih svojstava zavise od nivoa kiselosti. Prilikom proizvodnje hormona za injekcije za dijabetičare, fosfati se obično koriste u tu svrhu.

Za inzuline s cinkom, stabilizatori otopine nisu uvijek potrebni, jer ioni metala pomažu u održavanju potrebne ravnoteže. Ako se ipak koriste, onda se umjesto fosfata koriste drugi kemijski spojevi, jer kombinacija ovih tvari dovodi do taloženja i neprikladnosti lijeka. Važno svojstvo svih stabilizatora je sigurnost i odsustvo mogućnosti ulaska u bilo kakve reakcije s inzulinom.

Odabir injekcijskih lijekova za dijabetes za svakog pojedinog pacijenta treba da vrši kompetentan endokrinolog. Zadatak insulina nije samo da održava normalan nivo šećera u krvi, već i da ne šteti drugim organima i sistemima. Lijek mora biti kemijski neutralan, niskoalergen i po mogućnosti pristupačan. Također je prilično zgodno ako se odabrani inzulin može miješati s drugim njegovim verzijama na osnovu trajanja djelovanja.

Posljednje ažuriranje: 1. juna 2019