Методические указания Майкоп, 2012 удк 612 075. 8 Ббк 28. 975 я73

Механизм действия инсулина биохимия и биосинтез гормона

Сахарный диабет это распространенный недуг, поражающий людей любого возраста и пола. Следует иметь представление о том, какая симптоматика и механизмы наблюдаются при заболевании.

Диагностические меры дадут возможность начать правильное лечение, чтобы снизить негативные последствия этого опасного заболевания.

Систематически выполняя назначенные лечебные мероприятия, больные могут длительное время вести полноценную жизнь. Для определенной категории людей с сахарным диабетом показаны регулярные инъекции инсулина.

Что такое инсулин

Инсулин это особый гормон, участвующий в регуляции большинства химических процессов организма

Чтобы знать, какое лечение пойдет на пользу человеку, ему важно понимать механизм действия инсулина внутри организма, его синтез или биосинтез, принцип действия на каждый рецептор

В частности, нужно раскрыть:

• особенности химических реакций, которые протекают с инсулином,
• виды препаратов с этим гормоном,
• требования к применению инсулина,
• методы введения,
• причины необходимости систематического слежения за физическим состоянием человека.

Инсулин продуцируется в организме человека естественным образом. При переваривании еды углеводы из продуктов трансформируются в глюкозу крови. Инсулин выступает основным поставщиком энергии в организме. Гормон вырабатывается в поджелудочной железе.

Гормону отведена важная роль в формировании глюкозы, в частности, формировании ее резерва. Вместе с инсулином в этом процессе принимают участие другие гормоны, например, амилин и глюкагон.

Инсулин выступает природным катализатором химических реакций, на которых базируется обмен веществ в организме. Данный гормон выполняет важный биохимический процесс: переход глюкозы в различные органы и ткани, превращая ее в гликоген.

Дефицит инсулина может стать причиной формирования сахарного диабета. Основными симптомами считается:

• обильное мочеиспускание (6-10 литров в сутки),
• постоянная жажда,
• состояние гиперкликемии,
• кетонемия,
• ненормальный обмен белков,
• серьезное снижение объема гликогена, который содержится в мышцах и печени,
• липидемия (увеличение жиров в составе крови),
• глюкозурия.

Инсулин активно воздействует на синтез гликогена, угнетая превращение аминокислот в глюкозу. Этим объясняется необходимость ввода инсулина сразу после того, как человека был занят физической работой.

Кроме прочего, инсулин участвует в обеспечении аминокислотами клеток, что дает рост вышечных волокон. Но иногда этот гормон негативно влияет на организм человека. Это выражается в депонировании триглицеридов, которые есть в жировой ткани. Так подкожно-жировая прослойка становится больше.

Это один из ключевых недостатков применения данного гормона.

Действие инсулина на обменные процессы

Механизмы воздействия инсулина на организм различаются в зависимости от того, какие процесс обмена веществ рассматриваются. То есть, какое действие имеет этот гормон на обмен глюкозы.

Если содержание инсулина в крови недостаточное, то глюкоза не может проникать в клетки мышечной ткани. В этом случае всю энергию организм получает только от реакции окисления жирных кислот.

При очень высоких нагрузках, мембраны клеток могут снова стать проницаемыми для глюкозы даже тогда, когда концентрация инсулина в крови очень низкая.

Если гомеостаз протекает неправильно, это чревато развитием дегенеративных заболеваний, в том числе, рака и сахарного диабета

Кроме этого, нужно обратить особое внимание н печень. Этот орган запасает глюкозу в организме

Глюкоза может высвобождаться из клеток печени, когда возникает первая необходимость. Инсулин активизирует синтез веществ, которые называют ферменты гликолиза (фосфофруктикиназа, гексокиназа и пируваткиназа). Без них процесс расщепления глюкозы был бы невозможным.

Белки получаемые вместе с едой, расщепляются на необходимые аминокислоты, из которых далее организмом синтезируются собственные белки. Нормальное протекание этого процесса может быть возможно только при участии инсулина. Этот гормон обеспечивает подачу большей части кислот.

Инсулин также существенно увеличивает скорость транскрипции ДНК, что стимулирует формирование РНК. Таким образом, инсулин воздействует на синтез белка в организме человека.

Инсулин активно участвует в липидном обмене, в частности на стадии липогенеза, то есть синтеза жирных кислот.

Фермент липогенеза может быть активным только при участии инсулина. Если этот гормон отсутствует, то нормального обмена веществ не будет.

Что такое обмен веществ

Метаболизм относится к химическим реакциям происходящим внутри клеток живых организмов, которые необходимы для жизни. Чтобы было более понятней, обмен веществ относится к процессам, которые происходят в организме, при употреблении пищи.

Процесс метаболизма

Обмен веществ диабетиков практически идентичен метаболизму людей, не страдающих диабетом. Единственная разница – объем и/или эффективность инсулина, произведенного организмом.

Процесс обмена веществ состоит в следующем:

•   Употребление пищи.
•   Углеводы расщепляются в глюкозу – слюной и пищеварительным трактом.
•   Глюкоза входит в кровоток.
•   Поджелудочная железа отвечает на присутствие еды, выпуская инсулин (1-я, быстрая, фаза выделения инсулина).
•   Инсулин позволяет глюкозе из крови войти в клетки организма – где глюкоза может быть использована в качестве топлива.
•   Инсулин также позволяет глюкозе сохраняться мышцами и печенью как гликоген.
•   В случае необходимости, сохраненный гликоген может позже возвратиться в кровь, в качестве глюкозы.
•   Оставшуюся глюкозы в крови инсулин превращает в насыщенные жиры.
•   Белки из пищи, также расщепляются на глюкозу, однако, это гораздо более медленный процесс, чем с углеводами.
•   После первого выпуска организмом инсулина, бета-клетки в поджелудочной железе начинают развивать новый инсулин, который также может быть выпущен. Это известно как 2-я фаза выделения инсулина.

Метаболизм при диабете 2 типа связанного с ожирением

Люди с избыточным весом или с предварительным диабетом или с диабетом 2 типа чаще всего производят значительно больше инсулина, чем нестрадающие от диабета люди, в результате у них более высокий коэффициент жира в мышцах.

Причина этого, в устойчивости к инсулину (инсулинорезистентность), а это значит, что организм не может использовать свой инсулин достаточно эффективно. Таким образом, организм должен производить больше инсулина. Однако избыточное производство дополнительного инсулина приводит к тому, что бета-клетки становятся измотанными и с течением времени начнут ослабевать. Кроме того, все большее количество инсулина в организме заставляет тело постепенно становятся более устойчивым к нему.

Как инсулинорезистентность приводит к высокому уровню сахара в крови?

Если существует резистентность к инсулину, следовательно, снижается эффективность ответа к инсулину. Поджелудочная железа выпустит весь имеющийся инсулин, но этого будет недостаточно, потому что инсулин менее эффективный.

Чтобы справиться с этим, организм должен полагаться на 2-ю фазу выпуска инсулина, однако, это занимает некоторое время, поэтому во время без инсулина, уровень сахара в крови диабетиков 2 типа или при предварительном диабете, поднимается выше нормы.

Если следующий прием пищи достаточно далек, у организма есть время, чтобы произвести достаточно нового (фаза 2) инсулина, чтобы привести уровень сахара в крови в норму.

Однако, как упоминалось выше, это ставит нагрузку на бета-клетки, что может привести к их повреждению, следовательно, сокращение количества активных клеток продуцирующих инсулин приведет к замедлению процесса производства и эффективности инсулина.

Если диабетик или предварительный диабетик привыкли потреблять относительно щедрое количество углеводов, тогда проблемы с бета-клетками усугубляются. Отметим также, что при высоком уровне сахара, как правило, люди чувствуют себя вялыми и сильно голодными, поскольку инсулин менее эффективно работает и организм в меньшей степени способен получить глюкозу в клетки, которые нуждаются в энергии.

В результате чего, человек потребляет больше пищи и лишние калории начинают откладываться в виде дополнительного жира, что может способствовать дальнейшей резистентности к инсулину.

Метаболизм при диабете 1 типа

При диабете 1 типа, надлежащее функционирование обмена веществ зависит от поставки инсулина, как правило, либо в результате инъекции или инсулиновой помпы.

Короткий (быстродействующий) инсулин предназначен работать подобно 1 фазе выпуска инсулина поджелудочной железой, а длительный (длинного действия) инсулин действует подобно 2 фазе.

Если поставляется достаточное количество инсулина, и скорость действия инсулина соответствует скорости, с которой глюкоза из пищи поглощается, то у человека с диабетом 1-го типа может довольно хорошо работать обмен веществ.

Однако, это часто трудно сделать, и поэтому будут времена, когда результатом этого будут высокий и низкий сахара в крови.

Поскольку инсулин играет роль в хранении жира тела, у диабетиков 1 типа также может развиться резистентность к инсулину, это называется двойным диабетом.

Инсулинорезистентность

• 1 Этиопатогенез
• 2 Последствия
  • 2.1 Сердечно-сосудистые заболевания
  • 2.2 Сахарный диабет
• 3 Лечение
• 4 Ссылки

Этиопатогенез

Чаще данное состояние развивается среди лиц с избыточной массой тела и склонностью к артериальной гипертензии. Инсулинорезитентность в большинстве случаев остаётся не распознанной до возникновения метаболических нарушений.

До конца механизм возникновения инсулинорезистентности не изучен. Патологии, приводящие к инсулинорезистентности, могут развиваться на следующих уровнях:

• пререцепторном (аномальный инсулин),
• рецепторном (снижение количества или аффинности рецепторов),
• на уровне транспорта глюкозы (снижение количество молекул GLUT4)
• пострецепторном (нарушения передачи сигнала и фосфорилирования).

В настоящее время считается что основной причиной развития данного патологического состояния нарушения на пострецепторном уровне.

Исулинорезитеность чаще развивается при ожирении. В связи с тем, что жировая ткань обладает достаточно высокой метаболической активностью, чувствительность тканей к инсулину снижается на 40% при превышении идеальной массы тела на 35-40%.

Сердечно-сосудистые заболевания

Поражение эндотелия сосудов — важный механизм развития атеросклероза. Эндотелий играет главную роль в поддержании тонуса сосудов, благодаря выделению медиаторов вазоконстрикции и вазодилатации. В норме инсулин вызывает расслабление стенки сосудов за счёт высвобождения оксида азота. Следует отметить, что свойство инсулина усиливать эндотелий-зависимую вазодилатацию значительно снижается у пациентов с ожирением и инсулинорезистентностью. Неспособность коронарных артерий к дилятации в ответ на физиологические раздражители, может являться первым шагом формирования нарушений микроциркуляции — микроангиопатий, наблюдающихся у большинства пациентов с сахарным диабетом.

Инсулинорезистентность может способствовать развитию атеросклероза путём нарушения процесса фибринолиза. В связи с нарушениям в обмене ряда факторов свёртываемости крови.

Инсулин

Инсулин — лекарство для умных, а не для дураков,
будь то врачи или пациенты.
Э.П. Джослин (США).

Инсулин и его биологической действие

Инсулин (от лат. insula — островок) — это гормон, продуцируемый инсулярными клетками поджелудочной железы. Поджелудочная железа человека содержит около 8 мг инсулина (примерно 200 ЕД).

Инсулин вырабатывается в виде проинсулина. От активного инсулина проинсулин отличается наличием С-пептида (физиологическая функция С-пептида неизвестна). Когда проинсулин превращается в инсулин, то С-пептид отщепляется и «спокойно» циркулирует в крови. Анализ на С-пептид — это обычный гормональный анализ. Если уровень С-пептида меньше нормы, то значит эндогенный инсулин также в дефиците и нужно назначать инъекции инсулина.

Инсулин преимущественно метаболизируется в печени и почках. За один пассаж в печени задерживается до 40-60% гормона, который инактивируется ферментом инсулиназой. Часть не разрушенного в печени инсулина поступает в кровь и циркулирует в ней в свободном и связанном с белками состоянии.

Ещё около 40% инсулина метаболизируется в почках, менее 1,5% выводится с мочой в неизменённом виде. Следует знать, что при почечной недостаточности инактивация инсулина почками уменьшается до 9-10%, поэтому у больных сахарным диабетом при почечной недостаточности потребность в инъекциях инсулина снижается (синдром Зуброды-Дана).

Помимо печени и почек инсулин инактивируется в жировой ткани, мышцах и плаценте.

Различают базальную (выделяется постоянно) и стимулированную (выделяется после приёма пищи) секрецию инсулина. Базальный уровень инсулина у здорового человека составляет 5-15 ммоль/л (или 1 ЕД инсулина в час, или 24 ЕД/сут.)

Синтез инсулина стимулируется в первую очередь глюкозой. Также продукция инсулина повышается под влиянием АКТГ, СТГ, тиреоидных гормонов (проверь уровень ТТГ при сахарном диабете!)

Секреция инсулина в ответ на стимуляцию глюкозой представляет собой двухфазную реакцию, состоящую из стадии быстрого высвобождения инсулина, называемой ранним пиком секреции (продолжительность 1-3 мин. и, как правило, отсутствует у больных сахарным диабетом 2 типа), и второй фазы — позднего пика (продолжается 20-30 мин.)

Инсулин оказывает влияние почти на все органы и ткани организма. Но его главными мишенями являются печень, мышечная и жировая ткань. У человека к инсулину нечувствительны только нервная ткань и эритроциты, в которых утилизация глюкозы происходит в отсутствие инсулина.

• Инсулин угнетает эндогенную продукцию глюкозы: подавляет гликогенолиз (расщепление гликогена до глюкозы) и глюконеогенез (синтез глюкозы из неуглеводных источников — например, из аминокислот, жирных кислот), повышает транспорт глюкозы через клеточную мембрану и её утилизацию тканями, способствует превращению глюкозы в гликоген (это главный запас для синтеза эндогенной глюкозы). Всё вместе это оказывает гипогликемический эффект.
• Инсулин увеличивает биосинтез белков в мышечных тканях, препятствует образованию кетоновых тел в организме, уменьшает расход тканями белка. Поэтому иногда инсулин короткого действия применяют при общем истощении (в качестве анаболического средства), а некоторые дилетанты пытаются использовать инъекции инсулина для роста мышечной ткани.
• Инсулин угнетает липолиз и увеличивает липогенез в жировых клетках. Именно поэтому на фоне инсулинотерапии увеличивается масса тела.

В реализации эффектов инсулина ведущую роль играет его взаимодействие со специфическими инсулиновыми рецепторами, локализующимися на плазматической мембране клетки. Проникая внутрь клетки, инсулин усиливает процессы, связанные с утилизацией глюкозы, и запускает многочисленные внутриклеточные реакции.

Число инсулиновых рецепторов на разных клетках колеблется от 40 до 300 тысяч на клетках органов-мишеней (гепатоциты, липоциты). Инсулиновый рецептор постоянно синтезируется и распадается, время его полужизни составляет 7–12 ч. На число и связывающую способность рецепторов влияет ряд факторов.

Например, число инсулиновых рецепторов снижается при ожирении. Повышение артериального давления ведёт к снижение тирозинкиназы инсулинового рецептора

Именно поэтому очень важно достигать целевого артериального давления при сахарном диабете и активно исключать сахарный диабет у больных артериальной гипертензией

И, конечно, надо помнить, «Диабет и сердечно-сосудистая патология — это две стороны одной медали». Поэтому необходимо использовать тест толерантности к глюкозе у всех пациентов с ИБС для исключения сахарного диабета.

Как происходит углеводный обмен

Печень – это орган, который для организма является самым главным при осуществлении углеводного обмена. Некоторые процессы могут быть осуществлены и в других тканях и органах, но многие важные моменты могут реализовываться только через печень.

Клетки печени выполняют буферную функцию для глюкозы в организме. Они производят накопление её в виде гликогена в качестве резерва. При необходимости происходит быстрое высвобождение глюкозы, когда того требует метаболизм.

Если запас гликогена исчерпан, то срочно требуется его синтез. Без глюкозы клетки мозга не в состоянии функционировать. Клетки печени осуществляют глюконеогенез или синтез глюкозы из других компонентов (глицерола, пирувата, лактата и др.). Но также они способны производить гликолиз (окисление или расщепление глюкозы), благодаря которому происходит запасание энергии. Это два противоположных процесса, которые контролируются разными веществами (ферментами, гормонами и метаболитами).

Опасность бесконтрольного применения

Инсулинотерапия предполагает обязательный мониторинг уровня гликемии. Показатель может колебаться даже при условии соблюдения схемы дозирования препарата, если при этом наличествует влияние некоторых факторов.

К ним относятся:

• употребляемые продукты;
• занятия спортом;
• эмоции (негативные или позитивные);
• терапия сопутствующих болезней, проводимая пациентом.

Людям, выполняющим инъекции, не всегда удается предугадать, какое именно влияние окажет на уровень сахара любой из перечисленных факторов.

Именно поэтому важно постоянно измерять глюкозу перед уколом, чтобы правильно подбирать дозировку препарата. Количество тестирований может достигать до 10 раз в сутки

Проводить самоконтроль позволяют специальные приборы – глюкометры.

Лекарственное средство должно применяться четко по установленной врачом схеме. В день пациенту может быть дана рекомендация проводить инъекции нескольких видов препарата.

Общая дозировка растворимого вещества за один укол не должна превышать 100 единиц, поскольку это количество вызывает сильную передозировку и может привести к летальному исходу. В таких ситуациях следует вызвать бригаду скорой помощи, восполнив по возможности дефицит глюкозы употреблением нескольких углеводов. Врачебная помощь будет заключаться во внутривенном введении раствора глюкозы для предотвращения проявлений гипогликемии.

Пациенты с диабетом, нуждающиеся в постоянных инъекциях инсулина, вынуждены во многом себя ограничивать. Им приходится регулярно контролировать продукты, употребляемые в пищу, время, отведенное для спорта, и постоянно подбирать дозировку препарата в зависимости от выполняемой в данный момент работы. Инъекции должны выполняться четко в указанное врачом время, вне зависимости от обстоятельств и окружающей обстановки.

Одним из негативных последствий бесконтрольного использования препарата является стимуляция формирования излишков жировых запасов. Неграмотное составление диеты и превышение допустимого в сутки количества ХЕ (хлебных единиц) способствует росту потребности в гормоне. Избыток его в таких ситуациях превращается в жир.

Видео-урок по расчету инсулина в зависимости от хлебных единиц:

Правила, помогающие предотвратить последствия бесконтрольной инсулинотерапии:

• соблюдать дозировки препаратов (не превышать и не сокращать);
• уметь рассчитывать количество гормона в соответствии с запланированными к употреблению углеводами;
• не нарушать схему лечения и не пропускать инъекции;
• не изменять назначения врача самостоятельно и не отменять их;
• применять только качественные препараты;
• соблюдать сроки хранения;
• перед применением инсулина следует ознакомиться с инструкцией к нему;
• обращаться к врачу в случае появления побочных реакций в процессе терапии.

Важно понимать, что эффективность инсулинотерапии зависит от правильного подхода к ее проведению и соблюдению всех основных рекомендаций

Побочные действия

Учитывая всю важность инсулинотерапии, не стоит упускать из виду возможные риски, связанные с этой процедурой. Многие пациенты, регулярно выполняющие инъекции на протяжении нескольких лет, отмечают хороший эффект от применения препарата

От других же людей, наоборот, поступают жалобы на возникновение различных аллергических проявлений. Негативные реакции при этом не всегда являются следствием влияния действующего компонента, но и могут быть вызваны воздействием второстепенных составляющих лекарства.

Распространенные реакции:

1. Возникает воспалительный процесс или аллергическое проявление в местах проведения инъекций. Чаще всего появляются зуд, отечность, покраснения.
2. Развивается аллергия на фоне гиперчувствительности к одному или нескольким компонентам гормона. Она проявляется поражениями кожного покрова, иногда может развиться бронхоспазм.
3. На фоне продолжительной по времени гипергликемии у пациента может развиться непереносимость препарата.
4. Возникают проблемы со зрением. В основном такие нарушения временные. Пациенту в таких ситуациях следует обеспечить покой глазам и снизить на них нагрузку.
5. Вырабатываются антитела в ответ на введенные лекарственные препараты.
6. Возникает сильная отечность после начала проведения инсулинотерапии. Она сохраняется, как правило, в течение трех дней. Ее появление чаще всего вызвано задержкой натрия в организме. С такой проблемой пациенты перестают сталкиваться после длительного применения.
7. Различные проявления, включая гипогликемию, при одновременном введении гормона и приеме других медицинских препаратов.

В большинстве случаев негативные реакции возникают при несоблюдении схемы терапии, а также в процессе самолечения пациентом, поэтому для их предотвращения следует согласовывать с врачом использование каждого нового лекарственного средства.