Происхождение и механизм действия инсулина на организм

Как показывает мировая статистика, от сахарного диабета страдает более 20% населения нашей планеты. Причем у большинства из этих людей был диагностирован инсулинозависимый диабет, вылечить который не представляется возможным. Но это не говорит о том, что больной не может вести привычный образ жизни.

Все, что для этого нужно, обеспечить свой организм инсулином. С этой целью применяются специальные инъекции, постановка которых осуществляется строго по схеме, выписанной врачом. Но каков механизм действия инсулина? И как он помогает диабетикам?

Роль инсулина в человеческом организме

Инсулин представляет собой особый гормон, который принимает участие в углеводном обмене. Именно он занимается расщеплением глюкозы и обеспечивает насыщение клеток организма необходимой энергией. Продуцированием этого гормона занимается поджелудочная железа. При нарушении целостности или функционирования клеток этого органа инсулин вырабатывается в маленьком количестве, в результате чего организм начинает испытывать в нем дефицит, что проявляется повышением уровня сахара в крови.

При этом нарушается работа почек и печени, в организме начинают скапливаться токсичные вещества, негативно влияющие на все внутренние органы и системы. И в первую очередь от этого страдает сосудистая система. Под воздействием сахара и токсичных веществ снижается тонус стенок сосудов, они становятся хрупкими и ломкими, на фоне чего риски развития инсульта и инфаркта миокарда увеличиваются в несколько раз.

Повышенное содержание сахара в крови оказывает влияние и на регенерационные процессы в организме. Это особенно заметно по состоянию кожных покровов. Любые порезы и раны заживают очень долго, часто подвергаются инфицированию и перерастают в язвы. А это тоже является опасным, так как при нагноении язв вероятность развития гангрены также возрастает.

Так как инсулин играет немаловажную роль в пищеварении, от его дефицита сильно страдают органы ЖКТ. Увеличиваются риски развития гастрита, панкреатита и многих других заболеваний. И чтобы избежать негативных последствий от развития сахарного диабета, врачи назначают заместительную терапию, которая обязательно включает в себя инсулиновые инъекции.

Инсулин состав гормона

Образующийся в поджелудочной железе гормон является предшественником инсулина. В процессе нескольких последовательных друг за другом химических реакций он преобразуется в активную форму гормона, которая способна выполнять предназначенные для нее функции в организме. Каждая молекула инсулина имеет в своем составе 2 полипептидные цепи, связанные дисульфидными мостиками (С-пептидом):

1. А-цепь. Она включает в себя 21 аминокислотный остаток.
2. В-цепь. В ее состав входит 30 аминокислотных остатков.

Инсулин отличается высокой скоростью оказываемого действия, поэтому в течение часа с момента выработки синтезируется. Стимулом для производства гормона является поступление пищи с большим количеством углеводов, в результате чего происходит скачок в крови значения глюкозы.
Инсулин у каждого биологического вида имеет структурные отличия, поэтому его роль в регулировании углеводного обмена тоже разная. Наиболее схожим с человеческим гормоном считается инсулин свиньи, отличающийся от него лишь 1 аминокислотным остатком. Инсулин быка отличается от гормона человека тремя такими остатками.

Механизм действия

Говоря о том, как действует инсулин в организме, следует отметить, что работает он непосредственно через белок-рецептор. Представляет он собой сложный интегральный белок клеточной мембраны, который состоит из 2 субъединиц. В медицине их отмечают как a и b. Каждая из этих субъединиц имеет свою полипептидную цепочку.

Полипептидные цепочки субъединиц инсулина

Действие инсулина происходит следующим образом: сначала он вступает в связь с а-субъединицей, таким образом изменяя ее конформацию. После этого в процесс вовлекается b-субъединица, которая запускает разветвленную цепь реакций по активации ферментов, необходимых для расщепления глюкозы и ее усвоения в клетках.

Следует отметить, что несмотря на то, что действие инсулина в организме изучается учеными уже на протяжении многих столетий, его биохимические свойства еще до конца не изучены. Однако уже стало известно, что во всем этом процессе принимают участие вторичные «посредники», в роли которых выступают диацилглицеролы и инозитолтрифосваты. Именно они обеспечивают активизацию протеинкиназы С с фосфорилирующим действием и имеют связь с внутриклеточным обменом веществ.

Данные посредники обеспечивают усиленное поступление глюкозы в клетки организма, тем самым насыщая их энергией. Сначала комплекс инсулин-рецептора погружается в цитозоль, а далее разрушается в лизосомах, после чего возникают деградационные процессы – часть инсулина разрушается, а другая его часть направляется к мембранам клеток и снова встраивается в них.

Инсулин – это гормон, который оказывает прямое воздействие на обменные процессы во всем организме. Многие его эффекты наблюдаются, благодаря его активному действию на ряд ферментов. Он единственный в своем роде, который способствует снижению уровня сахара в крови. Происходит это за счет:

• усиления поглощения клеточными мембранами глюкозы;
• активизации ферментов гликолиза;
• повышения активности продуцирования гликогена;
• снижения синтеза глюконеогенеза, отвечающего за образование в клетках печени глюкозы.

Основные свойства инсулина

Инсулин является единственным гормоном, который усиливает усвоение клетками аминокислот, необходимых для нормального их функционирования, а также поставку в них ионов калия, магния и фосфата. Кроме этого, инсулин способствует усилению продуцирования жирных кислот за счет преобразования глюкозы в триглицериды. Если же в организме наблюдается дефицит инсулина, то это приводит к мобилизации жиров и их отложению в тканях внутренних органов.

Антикатаболическое действие инсулина на организм обуславливается уменьшением процесса гидролиза белков, за счет чего снижается их деградация (из-за того, что при диабете у больных наблюдается дефицит инсулина, деградация белков увеличивается, в результате чего наблюдается снижение мышечного тонуса и возникает слабость).

Помимо этого, инсулин обеспечивает уменьшение липолиза, за счет чего снижается концентрация жирных кислот в крови и риски возникновения холестериновой болезни, тромбофлебита и т.д. становятся намного меньше.

Инсулин и сахарный диабет

При недостаточной выработке инсулина в организме происходит серьёзный сбой. Если организм не в состоянии вырабатывать инсулин в необходимом количестве, или клетки организма просто его не воспринимают, то человеку требуется постоянно пополнять его запасы искусственно. При сахарном диабете человек может быть постоянно голоден, что связано с нарушением обмена веществ. Глюкоза при этом не усваивается.

Инсулин применяется не только при лечении больных сахарным диабетом, но при других патологиях. Больным делают инъекции глюкозы в сочетании с инсулином для её лучшего поглощения. Такое лечение ускоряет выздоровление пациентов.

Действие на углеводный обмен

Как уже стало понятно, инсулин – это гормон, который принимает участие практически во всех процессах, происходящих в организме. Но так как речь идет непосредственно о сахарном диабете, необходимо более детально рассмотреть действие инсулина на углеводный обмен.

В том случае, если в организме наблюдается дефицит этого гормона, то это влечет за собой нарушение процесса проникновения глюкозы сквозь клетки мышечных тканей, в результате чего наблюдается снижение энергетических запасов. Когда уровень инсулина повышается до нормальных значений, этот процесс восстанавливается, причем естественным путем.

Потребность организма в инсулине в зависимости от степени физических нагрузок

Однако при повышенной физической активности мембраны клеток повышают свою проницаемость и поглощают намного больше глюкозы, чем обычно. И происходит это даже в том случае, если уровень сахара в крови является очень низким. Но риски развития гипогликемической комы в данном случае возрастают в несколько раз.

Инсулиновый рецептор играет немаловажную роль в процессе гомеостаза глюкозы. Если он нарушается, это приводит к дегенеративным изменениям в клетках, что провоцирует развитие многих заболеваний, среди которых находится не только сахарный диабет, но и рак.

Из чего делают инсулин для диабетиков

Рассматривая действие инсулина, нельзя не сказать о его воздействии на печень. Именно в этом органе организм откладывает излишки глюкозы как бы прозапас, высвобождая ее только тогда, когда уровень сахара в крови снижается до критических отметок.

И еще один важный момент: инсулин, как уже говорилось выше, участвует в процессе гликолиза, активируя синтез определенных ферментов, без которых расщепление и усвоение клетками глюкозы является невозможным.

Типы и правила приема

Существует два метода получения вещества при его недостатке в организме:

• фармацевтический способ с использованием современных технологий;
• метод изготовления лекарства с применением гормона, который вырабатывает поджелудочная железа животных.

Второй способ используется сейчас гораздо реже, поскольку считается уже пережитком.

Лекарственные средства синтетического происхождения бывают нескольких видов:

1. Препараты, имеющие короткое или же ультракороткое воздействие. Их активность после проникновения в организм наступает примерно через треть часа. Популярными представителями таких гормонов являются препараты «Апидра», «Хумалог» и «НовоРапид». Все инъекции должны выполняться подкожно, чтобы можно было получить необходимый эффект. Пик активности наблюдается через 2, иногда 3 часа с момента укола. Такой вид предназначен для регулировки колебаний сахара, вызванных нарушением диеты или сильным эмоциональным потрясением. Благодаря быстрому действию этот препарат нужно использовать непосредственно перед приемом пищи. В противном случае увеличивается риск резкого подъема или падения сахара в крови.
2. Средней продолжительности. Воздействие таких средств сохраняется от 15 до 24 часов. Эта особенность позволяет пациентам выполнять в день всего лишь несколько инъекций. В составе средств, как правило, есть цинк или же протамин, поэтому препарат всасывается кровью в необходимом количестве и медленно растворяется. Гормоны, обладающие таким эффектом, чаще всего применяются в комплексе с коротким инсулином.
3. Пролонгированные. Главная их особенность заключается в длительном сохранении эффекта. Препарат после попадания в организм способен оставаться активным от 20 до 36 часов, поэтому инъекции выполняются утром. Действие отмечается спустя 1 — 2 часа с момента выполнения укола. Препараты используются в основном пожилыми пациентами, больными с пониженной чувствительностью к выделяемому поджелудочной железой инсулину.

В некоторых случаях пациентам приходится смешивать препараты перед совершением инъекций. Выбор подходящего для больного человека гормона осуществляется врачом с учетом различных факторов. Оптимальная дозировка и схема терапии устанавливается после оценки особенностей пациента, характера течения болезни, а также общего состояния организма. Первые инъекции препаратов должны проводиться под наблюдением врача.

Введение может выполняться с помощью нескольких медицинских изделий:

1. Шприцы. Проколы производятся тонкой иглой (сменной или же интегрированной), поэтому процедура считается безболезненной.
2. Шприц-ручка. Такие изделия чаще всего бывают одноразовыми, имеют в корпусе встроенный картридж с лекарством. После того как раствор закончится, ручка утилизируется. Пациенты могут приобрести многоразовые изделия, в которых меняется игла и картридж с инсулином. Устройство подходит детям, проводящим самостоятельно инсулинотерапию.
3. Помпа. Этот прибор обеспечивает бесперебойную подачу раствора. Пациент может самостоятельно установить интервальные промежутки, в которые должно поступать лекарство. Кроме того, человеку не нужно каждый раз выполнять проколы, поскольку с помощью помпы можно ввести под кожу катетер с канюлей, которые разрешено менять раз в несколько дней.

Пациент может определить самостоятельно, какой именно вид устройства больше всего ему подойдет. В настоящее время инсулинотерапия проводится только путем выполнения инъекций, так как альтернативные пероральные методы не являются признанными официально и доступными широкой публике.

Вводить лекарственное средство следует медленно. Перед тем как вынимать иглу, нужно подождать 10 — 15 секунд, чтобы раствор полностью проник под кожу, и часть его не выступила на поверхность.

Препарат лучше всего всасывается путем введения в область живота. Это правило распространяется только на препараты короткого действия. Пролонгированные же инсулины рекомендуется вводить в зоны на бедрах или предплечьях. В противном случае желаемый эффект от терапии не будет достигнут, поскольку изменится предусмотренная производителем скорость всасывания раствора.

Места проколов нужно постоянно менять, чтобы избежать возникновения уплотнений. При выполнении инъекций в живот, лучше всего их чередовать по кругу.

Анаэробное окисление глюкозы

С6Н12О6 6О2→ 6СО2 6Н2О 2880 кДж/моль.

Этот процесс включает несколько стадий:

1. Аэробный гликолиз. В нем происходит окисления 1 глюкозы до 2 ПВК, с образованием 2 АТФ (сначала 2 АТФ затрачиваются, затем 4 образуются) и 2 НАДН2;
2. Превращение 2 ПВК в 2 ацетил-КоА с выделением 2 СО2и образованием 2 НАДН2;
3. ЦТК.В нем происходит окисление 2 ацетил-КоА с выделением 4 СО2, образованием 2 ГТФ (дают 2 АТФ), 6 НАДН2и 2 ФАДН2;
4. Цепь окислительного фосфорилирования.В ней происходит окисления 10 (8) НАДН2, 2 (4) ФАДН2с участием 6 О2, при этом выделяется 6 Н2О и синтезируется 34 (32) АТФ.

В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 (36) АТФ, из них: 4 АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, 34 (32) АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования. КПД аэробного окисления составит 65%.

Катаболизм глюкозы без О2 идет в анаэробном гликолизе и ПФШ (ПФП).

При ка­таболизме глюкоза может выполнять пластические функции. Метаболиты гликолиза ис­пользуются для синтеза новых соединений.

Так, фруктозо-6ф и 3-ФГА участвуют в образовании рибозо-5-ф (компонент нуклеотидов); 3-фосфоглицерат может включаться в синтез ами­нокислот, таких как серии, глицин, цистеин. В печени и жировой ткани Ацетил-КоА исполь­зуется при биосинтезе жирных кис­лот, холестерина, а ДАФ для синтеза глицерол-3ф.

Регуляция гликолиза

Эффект Пастера – снижение скорости потребления глюкозы и накопления лактата в присутствии кислорода.

Эффекта Пастера объясняется наличием конкуренции между ферментами аэробного (ПВК ДГ, ПВК карбоксилаза, ферменты цепи окислительного фосфорилирования) и анаэробного (ЛДГ) пути окисления за общий метаболит ПВКи коферментНАДН2.

• Без О2митохондрии не потребляют ПВК и НАДН2, в результате их концентрация в цитоплазме повышается и они идут на образование лактата. Так как анаэробный гликолиз дает из 1 глюкозы только 2 АТФ, для образования достаточного количества АТФ необходимо много глюкозы (в 19 раз больше чем в аэробных условиях).
• В присутствии О2, митохондрии выкачивают ПВК и НАДН2 из цитоплазмы, прерывая реакцию образования лактата. При аэробном окислении из 1 глюкозы образуется 38 АТФ, соответственно для образования достаточного количества АТФ необходимо мало глюкозы (в 19 раз меньше чем в анаэробных условиях).

Литература основная

1. Балаболкин М.И. Эндокринология — М. Медицина 1989.- 416с.
2. Розен Основы эндокринологии. — Издательство Московского университета, 1994.- 384с.
3. Физиология эндокринной системы. — Серия «Руководство по физиологии. – М. Наука, 1979.- 680с.
4. Теппермен Дж. Теппермент Х. Физиология обмена веществ и эндокринной системы. М. Мир, 1989.- 652с.
5. Эндокринология и метаболизм. ред. Ф. Фелиг, Дж. Бакстер. — М. Медицина, 1985.- 520с.

1. Брин В.Б. Физиология человека в схемах и таблицах. — Ростов на Дону, 1999г.- 352с.
2. Ефимов А.С. Боднар П.Н. Зелинский В.А. Эндокринология. Киев. Вища школа. 1983.-326с.
3. Китаев-Смык Л.А. Психология стресса. — М. Наука, 1983. – 367с.
4. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. – М. Наука, 1981. – 277с.
5. Панин Л.Е. Биохимические механизмы стресса. – Новосибирск Наука, 1983. – 231с.
6. Соколов Е.И. Эмоции, гормоны и атеросклероз. – М. Наука, 1991. – 294с.

Диабет 2 типа

Эта патология обусловлена аномально-высоким содержанием сахара в сыворотке крови. Для заболевания этого типа характерно расстройство восприимчивости тканей и клеток организма к инсулину. Этот вид диабета наиболее распространён среди заболевших. Основными провокаторами недуга считаются:

• Ожирение.
• Нерациональное питание.
• Гиподинамия — малоподвижный образ жизни.
• Наличие близких родственников, имеющих подобную патологию.
• Стабильно высокое давление.

Что происходит с организмом человека при диабете 2 типа?

После стандартного принятия пищи происходит ощутимое увеличение показателей сахара, в то время как, поджелудочная железа не способна высвобождать инсулин, что характерно для высокого уровня глюкозы. Вследствие этого процесса ослабевает клеточная чувствительность, ответственная за распознавание сахаропонижающего гормона. Это состояние именуется как инсулинорезистентность, устойчивость клеточной оболочки к влиянию инсулина.

Диагностика

Для выявления заболевания проводятся следующие исследования:

1. Лабораторный анализ крови на глюкозу.
2. Определение уровня гликозилированного гемоглобина. Его показатели сильно превышены у лиц, страдающих диабетом.
3. Тест на толерантность к глюкозе.
4. Анализ мочи на сахар и кетоновые соединения.

Несвоевременное проведение диагностических мероприятий и отсутствие должного лечения диабета 2 типа, может привести больного к серьёзным осложнениям, часто имеющим скрытое развитие. К наиболее распространённым осложнениям относятся: развитие дисфункции почек, завышенные показатели артериального давления (гипертония), нарушение зрительной функции и катаракта, поражение тканей нижних конечностей и образование язв.

Оглавление