Инсулин

Поджелудочная железа представляет собой сложное анатомо­функциональное образование, состоящее из экзокринной и эн­докринной частей.

Экзокринная часть поджелудочной железы, составляющая 98 % ее массы, секретирует пищеварительные ферменты, которые по протоку поджелудочной железы поступают в просвет двенадцати­перстной кишки.

Эндокринная часть поджелудочной железы представлена панк­реатическими островками (островками Лангерганса). В панкреати­ческих островках выделяют два основных типа клеток: а-клетки, синтезирующие гормон глюкагон, и β-клетки, синтезирующие гормон инсулин. Оба эти гормона, особенно инсулин, играют очень важную роль в регуляции метаболических процессов в организме, в первую очередь углеводного обмена. По физиологической актив­ности глюкагон и инсулин являются антагонистами: инсулин об­ладает выраженным гипогликемическим (от греч. hypo — ниже, glykys — сладкий, huima — кровь) действием, т.е. способностью понижать уровень глюкозы в плазме крови, тогда как глюкагон, напротив, оказывает гипергликемическое (от греч. hyper — выше, glykys — сладкий, haima — кровь) действие, т.е. повышает уро­вень глюкозы в плазме крови.

Сахарный диабет (син.: болезнь сахарная, мочеиспускание са­харное) известен с древних времен. Древние египтяне называли ее «сифон» и считали, что в ее основе лежит «растворение плоти и мышц в мочу». Однако в то время не была прослежена связь между содержанием сахара в плазме крови и клиническими про­явлениями этого заболевания. Впервые эту взаимосвязь описал французский физиолог Клод Бернар (С. Bernard) в 1855 г. Однако взаимосвязь между уровнем сахара в крови и функциональной активностью поджелудочной железы была обнаружена лишь в 1889 г. Йозефом фон Мерингом (J.Mering) и Оскаром Минковским (О. Minkowski). Несколько позднее была открыта физиологическая роль инсулина, а в 1901 г. русский ученый Л. В.Соболев разрабо­тал схему выделения инсулина из поджелудочных желез живот­ных.

Впервые инсулин в виде экстракта поджелудочной железы при­менили у подростка, страдавшего тяжелой формой сахарного ди­абета, канадские врачи Фредерик Бантинг (F. Bunting) и Чарльз Бест (Ch.Best) в 1922 г.

Человеческий инсулин по химической структуре является бел­ком, молекулярная масса которого 5 808 Да. В состав инсулина входит 51 аминокислота. Аминокислоты, составляющие инсулин, образуют две полипептидные цепи (цепь А содержит 21 амино­кислоту, цель Б — 30 аминокислот), соединенные между собой двумя дисульфидными (— S — S —) мостиками (рис. 10.4).

В организме инсулин синтезируется в р-клетках поджелудоч­ной железы из проинсулина. Проинсулин также синтезируется β-клетками поджелудочной железы посредством ДНК- и РНК- управляемого синтеза. Образовавшийся инсулин депонируется в β-клетках в специальных гранулах в виде кристаллов, состоящих из двух атомов цинка и шести молекул инсулина. В норме β-клетки поджелудочной железы депонируют около 8 мг (200 ЕД) кри­сталлического инсулина.

Рис. 10.4. Схема строения (аминокис­лотная последовательность) молеку­лы инсулина

Механизм действия инсулина. Вопрос о механизме, который в физиологических условиях регулирует секрецию инсулина β-клет­ками поджелудочной железы, до настоящею времени окончательно неясен. Полагают, что в регуляции секреции инсулина могут при­нимать участие ионы Са²⁺ и/или регуляторные полипептиды (вы­сокомолекулярные соединения, состоящие из цепочки аминокис­лотных остатков, отличающиеся от белков меньшей молекуляр­ной массой), вырабатываемые в ЖКТ. Однако, по-видимому, ос­новным веществом, запускающим этот процесс, является глю­коза. Проникая в β-клетки поджелудочной железы, глюкоза спо­собствует повышению в них содержания АТФ. Увеличение кон­центрации ДТФ в β-клетках вызывает закрытие трансмембран­ных АТФ-зависимых К⁺-каналов. Блокада выходящего трансмем­бранного тока ионов К⁺ влечет за собой деполяризацию клеточ­ных мембран β-клеток и открытие потенциалзависимых транс­мембранных Са²*-каналов и поступление в клетку ионов Са²⁺.

Инсулин, попавший в циркуляторное русло, взаимодействует со специфическими для него рецепторными образованиями, кото­рые по механизму передачи сигнала относятся к рецепторам II типа и расположены на клеточной мембране подавляющего большин­ства клеток. Инсулиновые рецепторы отличаются высокой изби-

Рис. 10.5. Схема высвобождения инсулина β-клетками поджелудочной железы (F.Greenspan) (пояснение в тексте)

рательностью н аффинностью (быстрым и прочным считывани­ем) к инсулину.

Инсулиновый рецептор состоит из двух функционально свя­занных субъединиц: а и β (рис. 10.6). а-Субъединица инсулинового рецептора расположена на наружной поверхности клеточной мем­браны и является распознающей частью инсулинового рецептора. β-Субъединица «пронизывает» клеточную мембрану, частично размещаясь как вне клетки, так и внутри нее (см. рис. 1.9). После того как молекула инсулина связывается с а-субъединицей ре­цептора, происходит активация фермента тирозинкиназы, рас­положенного в β-субъединице. Повышение активности тирозин­киназы инициирует в клетке цепь последовательных биохимиче­ских процессов, в результате которых комплекс «рецептор —ин­сулин» проникает внутрь клетки, после чего инсулин высвобож­дается из связи с рецептором и реализует свое физиологическое действие на все основные виды обмена веществ.

Действие на углеводный обмен. Инсулин активизи­рует транспорт глюкозы через клеточные мембраны и ее утилиза­цию периферическими тканями организма. Это действие инсули­на осуществляется путем активации специализированных транс­портных молекул — GLUT, которые облегчают проникновение глюкозы через клеточные мембраны.

Рис.

а — рецептор в неактивном состоянии; б — рецептор в активном состоянии; 1 — а-субъединица рецептора; 2 — β-субъединица рецептора; АТФ — аденозинтрифосфат; АДФ — аденозиндифосфат; Тир — фермент тирозинкиназа

В настоящее время известно пять типов этих молекул (GLUT-1, GLUT-2 и т.д.). Функциональное значение транспортных молекул различно. Так, GLUT-1 способствует проникновению глюко­зы через гематоэнцефалический барьер; особая роль принадлежит (GLUT-2, которые регулируют скорость всасывания глюкозы в β-клетках поджелудочной железы, т.е. принимают участие в регу­ляции скорости высвобождения инсулина, депонированного в гра­нулах β-клеток; GLUT-3, GLUT-4 обеспечивают «захват» глюко­зы различными тканями (нервные клетки, ночки, мышцы, жи­ровая ткань); GLUT-5 стимулирует всасывание фруктозы в ки­шечнике. Полагают, что нарушение активности GLUT, в частно­сти GLUT-2, играет важную роль в патогенезе инсулинзависимо­го сахарного диабета, т.е. диабета I типа.

Инсулин помимо облегчения транспорта глюкозы в ткани ак­тивизирует фермент гликогенсинтетазу и тем самым стимулирует процесс образования гликогена из глюкозы. Параллельно проис­ходит подавление активности фермента, активирующего распад гликогена, — фосфорнлазы. В клетках печени инсулин подавляет активность ферментов, стимулирующих образование глюкозы из аминокислот. В конечном итоге все эти процессы приводят к по­нижению уровня глюкозы в плазме крови и, следовательно, в моче (в норме глюкоза в моче практически отсутствует).

Действие на жировой обмен. Инсулин эффективно по­нижает уровень свободных жирных кислот и стимулирует депони­рование (накопление) триглицеридов в жировых клетках. Как из­вестно, именно триглицериды являются наиболее эффективным субстратом, аккумулирующим энергию в организме. Триглицери­ды обеспечивают аккумуляцию 9 ккал энергии на 1 г субстрата и выгодно отличаются от гликогена тем, что не требуют воды для сохранения внутри клетки. Не менее важным эффектом инсулина является то, что вследствие снижения концентрации в плазме сво­бодных жирных кислот и уменьшения скорости образования из них в клетках печени кетоновых тел, устраняется кетоацидоз (закисление крови, обусловленное высоким содержанием в плазме крови кетоновых тел — ацетоуксусной кислоты, ацетона, β-оксимасляной кислоты).

Действие на белковый обмен. Инсулин стимулирует син­тез белков, заменимых аминокислот; угнетает превращение амино­кислот в глюкозу и тем самым способствует сохранению их для последующего синтеза белка. Кроме того, подавление образования глюкозы из аминокислот тормозит образование конечного продукта азотистого обмена — мочевины. В результате усиления синтеза белка стимулируется процесс регенерации (восстановления) тканей.

Таким образом, инсулин стимулирует клеточные анаболиче­ские процессы (активация синтеза белков, стимуляция процесса регенерации, активации транспорта аминокислот и т.д.) и по­давляет клеточный катаболизм (распад белков, гликогена, жиров и т.д,).

У здорового человека р-клетки секретируют в среднем 30 — 40 ЕД инсулина в сутки, что соответствует примерно 25 % его общего количества, депонированного в поджелудочной железе. У пациентов, у которых р-клетки поджелудочной железы теряют способность синтезировать инсулин, резко повышается содер­жание глюкозы в плазме крови, что влечет за собой развитие серьезных метаболических нарушений, которые и определяют клиническую картину, отражающую нарушение функциональ­ной активности р-клеток поджелудочной железы — сахарный диабет. По степени тяжести клинических проявлений сахарного диабета различают тяжелую форму течения сахарного диабета — сахарный диабет I типа, или инсулинзависимый сахарный диа­бет, и более легкую форму клинического течения сахарного ди­абета — сахарный диабет II типа, или инсулиннезависимый са­харный диабет.

Патогенез сахарного диабета I и II типа различен. Полагают, что в основе развития сахарного диабета I типа лежат инфекционные и токси­ческие воздействия на организм людей, у которых иммунная система генетически предрасположена к выработке аутоантител в отношении р-клеток поджелудочной железы. К диабетогенным вирусам относят, на­пример, вирус эпидемического паротита.

Нарушение функциональной активности β-клеток поджелудочной железы сопровождается подавлением синтеза инсулина и вследствие этого резко возрастает уровень глюкозы в плазме крови (в норме содержание глюкозы в плазме натощак составляет 65— 100 мг в 100 мл крови. В на­стоящее время уровень глюкозы в плазме крови определяют по методу Сомоджи — Нельсона — норма 3,3 — 5,5 ммоль/л или по методу Хагедорна—Йенсена — норма 4,44—6,66 ммоль/л). В тех случаях, когда уровень глюкозы в плазме крови повышается выше указанных величин, разви­вается сахарный диабет. Клинически проявляется гликолурией (от греч. glykys — сладкий, иrоп — моча — появление глюкозы в моче) и полиурией (от греч. poly — многий, иrоп — моча — повышенное выделение мочи), полидипсией (от греч. poly — многий, dipso — жажда — повышенное по­требление жидкости), булимией (от греч. bus — бык, limos — голод — патологическое, резко усиленное чувство голода), в моче возрастает кон­центрация азотистых соединений (мочевины), развивается кетоацидоз (в норме содержание кетоновых тел в плазме крови составляет приблизительно 0,2 ммоль/л, а при диабетическом кетоацидозе возможно сто­кратное увеличение, т. с. 20 ммоль/л). Если пациент не получает лечение, гипергликемия продолжает нарастать (содержание глюкозы в плазме кро­ви в фазе гликемической прекомы — 19 — 28 ммоль/л, в фазе комы — ло 35—55 ммоль/л) и больные погибают от гипергликемической кетоацидотической комы. Применение инсулина у такого рода больных при­водит к снижению содержания глюкозы в плазме крови, купирует гликозурию, полиурию, полидепсию, булимию и т.д. Параллельно с этим нормализуются все виды обмена (углеводный, белковый, жировой), что проявляется уменьшением содержания в моче азотистых соединений, устранением кетоацидоза и т.д.

Препараты инсулина. Для лечения сахарного диабета 1 типа применяют различные типы инсулина, получаемого промышлен­ным путем. До настоящего времени широко использовали инсу­лин, полученный из поджелудочной железы быков (отличается от человеческого на три аминокислоты) и свиной (отличается от человеческого на одну аминокислоту). Бычий инсулин маркирует­ся (обозначается) аббревиатурой «ГИ» (говяжий инсулин), а сви­ной — «СИ». Так как инсулин, полученный из поджелудочной железы убойного скота, является достаточно аллергенным из-за наличия в нем биологических примесей, в настоящее время пере­шли на новые технологии хроматографической очистки препара­та. Инсулины, полученные благодаря современным технологиям, маркируют аббревиатурой «МП» — монопиковые или «МК» — монокомпонентные. Бычий инсулин, полученный при помощи современной хроматографической технологии, маркируется как ГМК, а свиной — как СМК.

В последнее время в широкую клиническую практику все шире внедряется человеческий инсулин (маркировка — «Ч» или «Н» от лат. homo — человек), полученный путем генной инженерии. Че­ловеческий инсулин получают путем замены участка молекулы ДНК бактерии Е. coli па ген человеческого проинсулина. Бактерия Е. coli начинает продуцировать проинсулин, который затем пре­вращается в инсулин. Другой путь получения человеческого инсу­лина — использование генетического материала дрожжей. Осо­бенность этого метода заключается в том, что дрожжи продуциру­ют инсулин, минуя стадию выделения проинсулина.

В отличие от животного человеческий инсулин, полученный путем генной инженерии, является менее алергенным, но и он также может вызвать образование антител.

Инсулин дозируется в единицах действия (ЕД). За единицу дей­ствия принимается количество инсулина, способное в специаль­ных биологических тестах на кроликах снижать содержание глю­козы в плазме крови на 0,45 г/л.

Для удобства пользования в клинической практике применяют водорастворимый кристаллический комплекс «цинк—инсулин» — регулярный инсулин, который при нейтральном значении pH об­разует прозрачный раствор, и комплекс «цинк — белок протамин— инсулин», который при его растворении в нейтральной среде об­разует молочно-белую взвесь (суспензию). В некоторых лекарствен­ных формах инсулина протамин заменен ацетатным буфером. Ком­плекс инсулина, образующийся при растворении взвеси, в отли­чие от водорастворимого комплекса «цинк—инсулин» пригоден только для подкожного введения.

Лекарственные формы инсулина классифицируют следующим образом (табл. 10.3).

И н с у л и н ы короткого действия (регулярный инсулин). Инсулин короткого действия представляет собой во­дорастворимый комплекс «цинк—инсулин» и является единствен­ной лекарственной формой инсулина, которую можно вводить внут­ривенно, внутримышечно и подкожно.

Препараты на основе комплекса «цинк—инсулин» помимо пла­нового лечения сахарного диабета применяют для терапии такого грозного осложнения, как диабетический кетоацидоз, и состоя­ний, при которых потребность в инсулине в течение суток быстро изменяется, например во время острых инфекционных заболева­ний. В этом случае препарат вводят внутривенно, реже внутримы­шечно. К препаратам короткого действия относится инсулин во фла­конах по 40 ЕД, актрапид НМ, хумулин регуляр и др.

Таблица 10.3

Классификация лекарственных форм инсулина

Инсулины средней продолжительности действия. К этой группе относятся:

а) инсулины лепте, семиленте. Эти лекарственные формы пред­ставляют собой смесь различных концентраций комплексов «цинк—инсулин — ацетатный буфер». Например, препарат ленте хумулин состоит из смеси, включающей 30% аморфного преци­питата инсулина с ионами цинка в аморфном ацетатном буфере и 70 % плохорастворимого кристаллического «цинк-инсулина». При­менение такой комбинации позволяет быстро достичь терапевти­ческого уровня инсулина в плазме крови (за счет аморфного пре­ципитата) и обеспечить стабильное длительное действие (за счет медленного высвобождения плохо растворимого кристаллическо­го инсулина). Инсулины серии ленте, семиленте достаточно ши­роко используют в медицинской практике, так как их примене­ние 1—2 раза 15 сутки позволяет обеспечить необходимую кон­центрацию инсулина в плазме крови, сравнимую с таковой, на­блюдаемой у здорового человека;

б) изофан или инсулин НИХ. Инсулин НИХ (нейтральный протамин Хагедорна) является двухкомпонентным препаратом, со­стоящим из протамина и инсулина. В инсулине НПХ в отличие от препаратов ленте ацетатный буфер заменен на белок протамин. Особенность протамина заключается в том, что при смешива­нии его с инсулином в соотношении 1; 10 происходит образова­ние изофанового комплекса — соединения свободных связей про­тамина с инсулином, при этом одна молекула протамина связы­вает шесть молекул инсулина. После введения под кожу протео­литические ферменты разрушают протамин, а инсулин высво­бождается и всасывается в циркуляторное русло. По фармакоки­нетическим параметрам инсулин НПХ близок к инсулинам лен­те и семиленте.

Препараты этой группы (инсулины НПХ), как правило, на­значают 2 раза в сутки. Эффект инсулинов НПХ обычно начина­ется через 1.0—1.5 ч от момента их подкожного введения. Для ускорения наступления эффекта инсулин НПХ смешивают в од­ном шприце с регулярным инсулином. В настоящее время в кли­нику внедрены комбинированные лекарственные формы инсули­на, содержащие смесь регулярного инсулина и инсулина НПХ, например хумулин М, содержащий 20—30% регулярного челове­ческого инсулина и 70 — 80% суспензии инсулина НПХ.

После подкожного введения хумулина эффект наступает не через 1,0— 1,5 ч, как при применении инсулина НПХ, а через 30 мин.

Помимо хумулина М к комбинированным лекарственным фор­мам инсулина, содержащим регулярный и инсулин НПХ, отно­сятся препараты микстард и инсуман комб.

Инсулины длительного действия (ультраленте). Инсулины длительного действия относятся к группе инсулинов ленте, т.е. препаратам, содержащим смесь аморфного преципита­та инсулина в ацетатном буфере и кристаллический, плохораство­римый инсулин. Отличие этой лекарственной формы инсулина заключается в том, что в качестве кристаллического «цинк — ин­сулина» в ней используется бычий инсулин, который отличается высокой гидрофобностью, т.е. очень плохой растворимостью и, следовательно, медленным высвобождением инсулина.

Препараты инсулина длительного действия применяют в каче­стве базисной терапии сахарного диабета I типа. Дозу и кратность введения подбирают строго индивидуально, комбинируя препа­раты ультраленте с регулярным инсулином. Недостаток пролон­гированных лекарственных форм обусловлен тем, что в случае развития гипогликемической комы на фоне применения этих пре­паратов, ее купирование достаточно затруднено.

Для применения препаратов инсулина необходимы следующие показания:

• сахарный диабет I типа;

• сахарный диабет II типа при резистентности к гипогликеми­ческим ЛС, применяемым per os или наличии противопоказаний к их применению;

• осложнения клинического течения сахарного диабета, гипергликемический кетоацидоз, диабетическая кома;

• сахарный диабет у беременных и кормящих матерей;

• сахарный диабет при наличии сопутствующих тяжелых сома­тических и инфекционных заболеваний;

• оперативные вмешательства у пациентов, страдающих сахар­ным диабетом;

• заместительная терапия у пациентов с удаленной поджелу­дочной железой.

Все инсулины кроме регулярных вводят пациентам только под­кожно.

Схема применения инсулина строго индивидуальна и зависит как от особенностей клинического течения заболевания, так и от наличия или отсутствия сопутствующей патологии, избыточного или недостаточного веса пациента и т.д.