Механизм действия инсулина: биохимия и биосинтез гормона

Содержание

Лекции по биохимии углеводов

Механизм действия инсулина: биохимия и биосинтез гормона

Сохрани ссылку в одной из сетей:

БИОЛОГИЧЕСКИЕФУНКЦИИ ИНСУЛИНА

Инсулин— главный анаболический гормон, онвлияет на все виды обмена веществ вовсём организме. Однако в первую очередьдействие инсулина касается обменауглеводов.

Влияниеинсулина на метаболизм глюкозы

Ин­сулинстимулирует утилизацию глюкозы в клеткахразными путями. Около50% глюкозы использует­сяв процессе гликолиза, 30—40% превращаетсяв жиры и около 10%накапливается в форме глико­гена.Общий результат стимуляции этихпроцес­сов — снижениеконцентрации глюкозы в крови.

Влияние инсулина наметаболизм липидов

В пе­чении жировой ткани инсулин стимулируетсин­тез липидов,обеспечивая получение для этого про­цессанеобходимых субстратов (ацетил-КоА,глицерофосфат и NADPH2)из глюкозы. В жировойткани инсулин тормозитмобилизацию липидов, что снижаетконцентрацию жирныхкислот, циркулирующих в крови.

Влияние инсулина на метаболизм белков

Инсулин оказывает в целоманаболическое действие на белковыйобмен. Он стимулируетпотребление нейтральныхаминокислот в мышцах и синтез белков впечени, мышцах и сердце.

Кроме того, инсулинрегулирует клеточнуюдифференцировку, пролифе­рациюи трансформацию боль­шогоколичества клеток.

Инсулин поддерживает рост и репликациюмногих клеток эпителиального происхождения,в том числе гепатоцитов, опухолевыхклеток.

Инсулин усиливаетспо­собность факторароста фибробластов (ФРФ), тромбоцитарногофактора роста (ТФР), фак­тора ростаэпидермиса (ФРЭ), простагландина (ПГF2a),вазопрессина и аналогов цАМФ акти­вироватьразмножение клеток.

Основные направления действия инсулина

1. Инсулин регулирует транспорт веществ

Инсулин стимулирует транспорт в клеткуглюкозы, аминокислот, нуклеозидов,органического фосфата, ионов К+и Са2+.Эффект проявляютсяочень быстро, в течение несколь­кихсекунд и минут.

Транспорт глюкозыв клетки происходитпри участии ГЛЮТ.В мышцах и жировой тканиинсули­нзависимый ГЛЮТ-4, вотсутствие инсулинанаходится в цитозольныхвезикулах. Под влиянием инсулинапроисходит транслокациявезикул с ГЛЮТ в плазмати­ческуюмембрану и начинается транспорт глюкозы.При снижении концентрации инсулина,ГЛЮТ-4 возвращаются в цитозоль,и транспорт глюкозы прекращается.

2. Инсулин регулирует синтез ферментов

Инсулин влияет на скорость транскрипцииболее чем 100 специфических мРНК в печени,жировой ткани, скелетных мышцах и сердце.Эффект реализуется в течение несколькочасов.

В клетках печениинсулин индуцирует синтез ключевыхферментов гликолиза (глюкокиназы,фруктокиназы и пируваткиназы), ПФШ(глюкозо-6ф ДГ), липогенеза (цитратлиаза,пальмитатсинтаза, Ацетил-КоА-карбоксилаза),транспортеров глюкозы (?)и репрессирует синтез ключевого ферментаглюконеогенеза (ФЕПкарбоксикиназу).

3. Инсулин регулирует активностьферментов

Инсулин регулируетактивность ферментов путем ихфосфорилирования идефосфорилирования. Эффект проявляютсяочень быстро, в течение несколь­кихсекунд и минут.

  • Инсулин активирует ключевые ферменты гликолиза: в печени, мышцах, жировой ткани – фосфофруктокиназу и пирруваткиназу; в печени – глюкокиназу; в мышцах – гексокиназу II.
  • Инсулин ингибирует в печени глюкозо-6-фосфотазу, что тормозит глюконеогенез и выход глюкозы в кровь.
  • Инсулин активирует фосфопротеинфосфотазу гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы, в результате активируется синте­з гликогена и тормозится его распад.
  • В адипоцитах инсулин активирует ключевой фермент липогенеза (АцетилКоА-карбоксилазу). Инсулин в гепатоцитах и адипоцитах активирует фосфопротеинфосфатазу, которая дефосфорилирует и инактивирует ТАГ-липазу, что тормозит липолиз.
  • Инсулин снижает активность аминотрансфераз и ферментов цикла мочевины. Последний эффект инсулина характеризуется повышением активности РНК-полимеразы и концентрации РНК в печени. При этом увеличивается скорость образования полисом и рибосом.
  • Инсулин активирует ФДЭ, которая снижает концентра­цию цАМФ, прерывает эффекты контринсулярных гормонов: в печени и жировой ткани тормозит липолиз, в печени и мышцах – глюконеогенез.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ИНСУЛИНА

Инсулин связы­ваетсяс инсулиновым рецептором (IR),находящимся на мембране.IRобнаруже­ны почти вовсех типах клеток, но больше все­гоих в гепатоцитах и клетках жировойтка­ни (концентрациядостигает до 20000 на клетку).

IRпостоянно син­тезируется(ген в19 хромосоме) и разрушается. Послесвязывания инсулина с IRвесь комплекс погружается в цитоплазму,достигает лизосом, где инсулин разрушается,а IRможет разрушаться, а может возвращатьсямембрану.

Т1/2IR7—12 ч, но в присутствии инсулинауменьшается до 2-3 ч.

При высокой концентрацииинсу­лина в плазмекрови, число IRможет умень­шаться врезультате усиленного разрушения влизосомах. Также у IRможет снижаться активность при егофосфорилировании поос­таткам серина итреонина.

Рецептор инсулина(IR)– гликопротеин, состоит из 2 α и 2 βсубъединиц связанных дисульфиднымисвязями. α субъединицы (719 АК) расположенывне клетки, они связывают инсулин, а βсубъединицы (трансмебранный белок, 620АК) обладают тирозинкиназной активностью.

После присоединения гормона к αсубъединицам, β субъединицы сначалафосфорилируют друг друга, а затемвнутриклеточные белки —суб­страты инсулиновогорецептора (IRS).Извест­но несколькотаких субстратов: IRS-1,IRS-2(фосфопротеины, состоящие из болеечем 1200 аминокислот),Shc,а также некоторые белкисемейства STAT.

Активация инсулиномсигнального путиRas

Фосфорилированный инсулиновымрецептором Sheсоединяется с небольшимцитозольным белком Grb.К образо­вавшемусякомплексу присоединяется с Ras-белок(из се­мействамалых ГТФ-связывающих белков, в неактивномсостоянии прикреплён к внутреннейповерхности плазматической мем­браныи связан с ГДФ), GAP(от англ.

GTPaseactivatingfactorфактор, активирующийГТФазу), GEF(от англ. GTPexchangefactor— фактор обмена ГТФ)и SOS(от англ. sonofsevenless,названный по му­тациигена у дрозофилы).

Два последних белкаспособствуют отделению ГДФ от Ras-бел­каи присоединению к нему ГТФ, с образованиемактивной ГТФ-связаннойформы Ras.

Активированный Rasсоединяется с протеинкиназойRaf-1и активирует ее врезультате многоэтапного процес­са.Акти­вированнаяПК Raf-1стимулирует каскадреакций фосфорилированияи активации дру­гихпротеинкиназ. ПК Raf-1фосфорилирует и активируеткиназу МАПК, которая, всвою очередь, фосфорилируети активируетмитогенактивируемыепротеинкиназы МАПК.

МАПК фосфорилирует многиецитоплазматическиебелки: ПК pp90S6,бел­ки рибосом,фосфолипазу А2,активаторы транскрипцииSTAT.

В результате активациипротеинкиназ происходитфосфорилирование ферментови факторов транскрипции, что со­ставляетоснову многочисленных эффектов ин­сулина.Например:

Активация гликогенсинтазы

ПК pp90S6 фосфорилирует и активируетфосфопротеинфосфатазу (ФПФ). ФПФдефосфорилирует и инактивируеткиназу гликогенфосфорилазы игликогенфосфорилазу, дефосфорилируети активирует гликогенсинтазу. В результатеактивируется синтез гликогена, а распад- ингибируется.

Активация инозитолтрифосфатнойсистемы

Фосфорилированные инсулиномбелки IRS-1присоединяются к ФЛ Си активируют ее.

ФЛ С расщепляетфосфатидилинозитолы с образованиеминозитолфосфатов и ДАГ.

Фосфорилированные инсулиномбелки IRS-1и Shcприсоединяются к фосфоинозитол-3-киназе(ФИ-3-киназа) и активируют ее.

ФИ-3-киназакатализирует фосфорилированиеинозитолфосфатов (ФИ,ФИ-4-ф и ФИ-4,5-бф) в 3положении, образуя инозитолполифосфаты:ФИ-3-ф, ФИ-3,4-бф, ФИ-3,4,5-тф. ФИ-3,4,5-тф(ИФ3)стимулирует мобилизациюСа2+из ЭПР.

Са2+ иДАГ активируетспецифические ПК С.

Са2+активирует микроканальцы, которые осуществляюттранслока­цию ГЛЮТ-4в плазматическую мембрану, и та­кимобразом ускоряет трансмембранныйперенос глюкозы вклетки жировой имышечной ткани.

Активация фосфодиэстеразы

Фосфорилированные инсулиномбелки IRS-1и Shcприсоединяются к протеинкиназеВ (ПК В) и активируют ее.ПК В фосфорилирует и активируетфосфодиэстеразу (ФДЭ). ФДЭ катализирует превращение цАМФ вАМФ, прерывая эффектыконтринсулярных гормонов,что приводитк торможению липолизав жировойткани,гликогенолиза в печени.

Регуляция транскрипциимРНК

STAT– особые белки, являются переносчикамисигнала и активаторами транскрипции.При фосфорилировании STATс участием IRили МАПКобразуют димеры, которые транспортируютсяв ядро, где связываются со специфическимиучастками ДНК, регулируют транскрипциюмРНК и биосинтез белков-фементов.

Путь Rasактивирует­ся нетолько инсулином, но и дру­гимигормонами и факторами роста.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

кафедрабиохимии

Утверждаю

Зав.каф. проф., д.м.н.

МещаниновВ.Н.

_____‘’_____________2006г

ЛЕКЦИЯ№ 11

метаболическиенарушения, осложнения

Факультеты:лечебно-профилактический,медико-профилактический, педиатрический.

2 курс.

В норме уровеньглюкозы в крови натощак составляет 3.3– 5.5 ммоль/л.

Гипергликемия– повышение уровня глюкозы в крови выше6,1 ммоль/л. Гипергликемия бываетфизиологической и патологической.

Причиныфизиологической гипергликемии:

1) алиментарная,при употреблении легкоусвояемыхуглеводов. Не превышает 11 ммоль/л,нормализуется в течение 3 часов;

2) стрессорная,под действием катехоламинов,глюкокортикоидов, вазопрессина;

3) кратковременныефизические нагрузки.

Причиныпатологической гипергликемии:

1) судорогипри эпилепсиях, столбняке;

2) эндокринныенарушения. Гиперпродукция контринсулярныхгормонов (гипертириоз, синдромыКушинга и Кона), абсолютный илиотносительный дефицит инсулина (сахарныйдиабет).

3) ЧМТ.

Гипогликемияснижение уровня глюкозы в крови ниже3,3 ммоль/л. Гипогликемия бываетфизиологической и патологической.

Причиныфизиологической гипогликемии: 1)алиментарная, при голодании; 2)длительная физическая нагрузка.

Причиныпатологической гипогликемии: 1) эндокринныенарушения при избытке инсулина(инсулинома – доброкачественная опухольβ-клеток, передозировка инсулина убольных СД) или недостаточностиконтринсулярных гормонов (гипотиреоз,дефицит глюкокортикоидов); 2) гликогенозы,агликогенозы, препятствующиегликогенолизу; 3) печеночная недостаточность,связанная с низкой активностьюглюконеогенеза; 4) почечная недостаточность,связанная с врожденной патологиейреабсорбции глюкозы (почечный диабет);5) отравления монойодацетатом (вызываетглюкозурию).

Сахарный диабет(СД) — системное гетерогенное заболевание,обусловленное абсолютным или относительнымдефицитом инулина, который сначалавызывает нарушение углеводного, а затемвсех видов обмена, что в итоге поражаетвсе функциональные системы организма.

СД широко распространенноезаболевание, им страдает 6,6% населения,в России – 5%.

СД бывает первичным ивторичным. Кроме того, выделяют нарушениетолерантности к глюкозе и СД беременных.

Первичный СД– самостоятельное заболевание.

Вторичный СДявляется симптоматическим, он возникаетпри патологии эндокринных желез(акромегалия, феохромоцитома, глюкагонома,синдромы Кушинга, Кона) и патологииподжелудочной железы (хроническийпанкреатит, рак, панкреатэктомия,гемохроматоз, генетические синдромы).

Источник: https://works.doklad.ru/view/6uljUsh08Zw/6.html

Синтез инсулина: выработка, структура, механизм действия, влияние на организм, необходимая корректировка медицинскими и подручными способами

Механизм действия инсулина: биохимия и биосинтез гормона

Инсулин (от лат. insula «остров») — полипептидный гормон поджелудочной железы, функцией которого является снабжение клеток организма энергией. Местом синтеза инсулина являются в панкреатические островки Лангерганса, их бета-клетки. Инсулин участвует в метаболизме всех клеток тканей, хотя на бытовом уровне ассоциируется лишь с диабетом.

Общие сведения

На сегодня инсулин достаточно изучен в своем строении. Выявлена связь гормона с метаболизмом белков, у диабетиков вырабатывающихся в недостаточном количестве, что ведет к раннему изнашиванию клеток. Роль инсулина в синтезе белков заключается в том, чтобы усиливать захват клетками аминокислот из крови и затем создавать из них белки.

Помимо этого, именно инсулин тормозит разложение белков в клетках. Инсулин воздействует и на липиды таким образом, что при его дефиците развивается ацидоз и атеросклероз. Почему связывают инсулин с энергией клеток? Потому что при обильной трапезе синтез инсулина заметно повышается, в клетки транспортируется сахар, и они запасают энергию.

При этом уровень глюкозы в крови снижается – это основное свойство инсулина. При избытке глюкозы инсулин преобразует ее в гликоген, который копится в печени и мышцах. Он нужен при истощении других источников энергии. Существует прямая связь инсулина и синтеза гликогена.

А уж когда и гликогена много, сахар преобразуется в жир (из 1 молекулы сахара получается 4 молекулы жира) – он откладывается на боках.

История открытия

В 1869 г. в Берлине совсем еще юный, 22-летний студент-медик Пауль Лангерганс при изучении поджелудочной железы под микроскопом заметил разбросанные по железе группы клеток, позже названные островками Лангерганса.

Их роль была сначала неясна. Позже Э. Лагус заявил, что эти клетки участвуют в пищеварении. В 1889 году немецкий физиолог Оскар Минковски с ним не согласился и в доказательство удалил поджелудочную у подопытной собаки.

Помощник-лаборант Минковски заметил, что моча оперированной собаки привлекает много мух. При ее исследовании был найден сахар. Это был первый опыт, позволивший связать поджелудочную железу с диабетом.

В 1900 г. русский ученый Леонид Васильевич Соболев (1876—1919) из лаборатории И. П. Павлова экспериментально доказал, что островки Лангерганса участвуют в обмене углеводов.

Строение гормона

Инсулин человека – это белок с молекулярной массой 5808, состоящий из 51 аминокислоты, соединенных в 2 пептидные цепи: А – содержит 21, цепь В – 30 аминокислот.

Их связь поддерживается 2 дисульфидными связями. При разрушении этих мостиков гормон инактивируется. Структурируется он, как и всякий обычный белок, в В-клетках.

Некоторые животные имеют инсулин, сходный по строению с человеческим. Это позволило создать синтетический инсулин для лечения СД. Наиболее часто применяют свиной инсулин, который отличается от человеческого только одной аминокислотой.

Бычий – отличается 3 аминокислотами. Определение точной последовательности всех аминокислот в составе инсулина было сделано английским микробиологом Фредериком Сенгером. За эту расшифровку в 1958 году он получил Нобелевскую премию по химии.

Еще немного истории

Выделение инсулина для практического применения было сделано в 1923 г. учеными Торонтского университета Ф. Бантингом и Бестом, которые также получили Нобелевскую премию. Известно, что Бантинг полностью соглашался с теорией Соболева.

Немного анатомии

Поджелудочная железа уникальна по своему строению. Имеется в виду то, что она одновременно и эндокринная железа, и экзокринная. Экзофункция ее заключена в участии в пищеварении. Она производит ценные пищеварительные ферменты – протеазы, амилазы и липазы, которые по протокам выделяются в ее полость. Экзокринная часть занимает 95% всей площади железы.

И только 5% приходится на островки Лангерганса. Это указывает на мощность железы и ее огромную работу в организме. Островки локализованы по всему периметру. 5% – это миллионы островков, хотя их суммарная масса всего 2 г.

Каждый островок содержит клетки А, В, D, РР. Они все производят свои соединения, участвующие в обмене БЖУ из поступающей пищи. Синтез инсулина происходит в В-клетках.

Как это происходит

Детальный процесс продукции инсулина точно не установлен и сегодня. По этой причине СД относится к неизлечимым патологиям. При установлении механизма образования инсулина можно будет управлять и диабетом, изначально влияя на процесс синтеза инсулина.

Сложность в многоэтапности процесса. При нем происходит несколько преобразований веществ, в результате которых неактивный инсулин становится активным. Схема при упрощении: предшественник – препроинсулин – проинсулин – инсулин активный.

Синтез

Синтез инсулина в клетке в упрощенной схеме выглядит так:

  1. Бета-клетки образуют инсулиновое вещество, которое направляется в аппарат Гольджи клетки. Здесь оно дополнительно подвергается обработке.
  2. Комплекс Гольджи – такая структура клеточной мембраны, которая накапливает, синтезирует, а затем и выводит нужные соединения через мембрану.
  3. Трансформация всех этапов и приводит к появлению дееспособного гормона.
  4. Теперь инсулин упаковывается в специальные секреторные гранулки. Хранится до востребования и дозревает. В гранулах хранятся еще С-пептид, ионы цинка, амилин и остатки проинсулина. Синтез и секреция инсулина начинаются во время приема пищи: поступают пищеварительные ферменты, полностью готовая гранула сливается с клеточной мембраной, и ее содержимое полностью выдавливается из клетки в кровь.
  5. Когда развивается гипергликемия, инсулин уже на подходе – освобождается и начинает действовать. Он просачивается в капилляры поджелудочной железы, которых здесь масса, они пронизывают железу насквозь.

Регуляция синтеза инсулина происходит за счет глюкозосенсорной системы бета-клеток. Она полностью регулирует равновесие между поступлением сахара и выработкой инсулина.

Резюме: синтез инсулина в организме активируется при гипергликемии. Но инсулин во время еды только повышается, но вырабатывается он круглосуточно.

Не только глюкозой осуществляется регуляция синтеза и секреции инсулина. Во время еды имеют место и дополнительные стимулы: содержащиеся в пище белки (аминокислоты лейцин и аргинин), эстрогены и холецистокинин, ионы К, Са, жирные кислоты от жиров.

Уменьшение секреции инсулина отмечается при повышении в крови антагониста инсулина – глюкагона. Он производится в тех же панкреатических островках, но в альфа-клетках. Роль глюкагона в расщеплении и расходе гликогена. Последний при этом преобразуется в глюкозу.

Со временем (с возрастом) сила и активность панкреатических островков падает, что становится заметно после 40 лет.

Недостаток синтеза инсулина вызывает необратимые изменения многих органов и систем. Норма инсулина в крови у взрослого составляет 3-25 мкЕ/мл, после 58-60 лет – 7-36 мкЕ/мл. Также инсулин всегда повышен у беременных.

Кроме регулирования гипергликемии, инсулин имеет анаболическую и антикатаболическую функцию. Иначе говоря, оба эти процесса – участники метаболизма. Один из них активизирует, другой тормозит процесс метаболизма. Их согласованность позволяет сохранять постоянство гомеостаза организма.

Функции инсулина

Инсулин формирует некоторые механизмы ферментации в клетках, поддерживая метаболизм. Он при выделении повышает поступление и использование глюкозы тканями, хранение ее мышцами и печенью и жировой тканью.

Главное его предназначение – добиться нормогликемии. Для этого глюкозу нужно куда-то распределить, поэтому инсулин и повышает способность клеток глюкозу усваивать, активирует ферменты для ее гликолиза, повышает интенсивность синтеза гликогена, который идет в печень и мышцы, снижает глюконеогенез в печени, при котором запасы глюкозы в печени уменьшаются.

Анаболические функции

К анаболическим функциям можно отнести:

  1. Увеличение способности клеток к захвату аминокислот (лейцина и валина).
  2. Повышение поставки минералов в клетки – K, Ca, Mg, P.
  3. Активация синтеза белков и дублирование ДНК.
  4. Участие в процессе образования сложных эфиров (этерификация) из жирных кислот, необходимых для появления триглицеридов. Антикатаболическая функция.
  5. Снижение распада белков блокированием процесса их разложения до аминокислот (гидролиз).
  6. Уменьшение разложения липидов (липолиз, в результате чего обычно жирные кислоты поступают в кровь).

Элиминация (выведение) инсулина

Этот процесс происходит в печени и почках. Больше половины его выводится печенью. Здесь имеется особый фермент – инсулиназа, которая инактивирует инсулин путем разрушения его структурных связей до аминокислот. 35% инсулина разлагается в почках. Процесс этот происходит в лизосомах эпителия почечных канальцев.

Инсулин может увеличиваться или уменьшаться в выработке. Это возникает при различных патологиях. Если такие нарушения длительны, развиваются необратимые изменения жизненно важных систем организма.

Взаимодействие глюкозы и инсулина

Глюкоза – вездесущее соединение в тканях организма. Практически в нее превращаются любые поступающие с пищей углеводы. Важнейшее свойство глюкозы – служить источником энергии, особенно ее нехватку сразу отмечают мышцы и мозг.

Для того чтобы не было нехватки глюкозы в клетках, и нужен инсулин. Он выполняет роль ключа для клеток. Без него глюкоза в клетки проникнуть не может, сколько бы сахара вы ни ели. На поверхности клеток есть особые белковые рецепторы для связи с инсулином.

Особой любовью гормон пользуется у миоцитов и адипоцитов (жировые клетки), их и называют инсулинозависимыми. Они составляют почти 70% от всех клеток. Процессы дыхания, кровообращения, движения обеспечиваются ими. Например, мышца без инсулина работать не будет.

Биохимия нейтрализации глюкозы инсулином

Тоже многогранный процесс, складывается поэтапно. Первыми активируются сразу белки – транспортеры, роль которых состоит в захвате молекул глюкозы и переправлении их через мембрану.

Клетка насыщается сахаром. Часть глюкозы направляется в гепатоциты, где превращается в гликоген. Его молекулы уже идут в другие ткани. Что вызывает в организме недостаток инсулина.

Недостаток синтеза инсулина вызывает диабет 1 типа. Если же выработка гормона достаточна, но клетки на него не реагируют вследствие появления у них инсулинорезистентности – развивается СД 2 типа.

Классификация препаратов инсулина

Они бывают комбинированными и одновидовыми. Последние содержат экстракт поджелудочной одного животного.

Комбинированные — сочетают экстракты желез нескольких видов животных. Практически не применяются на сегодня.

По происхождению или видовому признаку инсулин используют человеческий и свиной, крупного рогатого скота или китовый. Они различаются некоторыми аминокислотами. Самый предпочтительный после человеческого – свиной, отличается всего одной аминокислотой.

В России инсулин от крупного рогатого скота не применяют (отличается 3 аминокислотами).

По степени очистки инсулин бывает традиционный (содержит примеси других гормонов поджелудочной), монопиковый (МП) – отфильтрован дополнительно на геле, примесей в нем не более 1•10−3, монокомпонентный (МК) – по восходящей. Последний – самый чистый – 99% очистки (1•10−6 примесей).

Также инсулин различается по началу, пику и длительности действия – он бывает ультракороткий, короткий, средний и пролонгированный – длительный и сверхдлительный. Выбор остается за врачом.

Как восполнить инсулин

Хирургических и физических методов восстановления на сегодня не создано. Возможно применение инсулина только в инъекциях. Поддержать истощенную поджелудочную железу могут и ПССП – они уменьшают гипергликемию. Иногда инсулинотерапию могут дополнить ЗГТ – это способы медикаментозные.

Зато подручных способов воздействия на выработку инсулина существует достаточно: диета со сниженным количеством углеводов, которая подразумевает дробность питания и прием пищи в одинаковое время, частота приема – 5-6 раз в день.

Полезно использование специй, отказ от простых углеводов и переход на сложные с низким ГИ, увеличение клетчатки в рационе, зеленый чай и больше морепродуктов, правильный белок и фитотерапия.

Рекомендуются аэробные упражнения и другая умеренная физическая активность, а это уход от гиподинамии, ожирения, ведь, как известно, физические упражнения помогают избежать множества проблем.

Источник: http://fb.ru/article/388827/sintez-insulina-vyirabotka-struktura-mehanizm-deystviya-vliyanie-na-organizm-neobhodimaya-korrektirovka-meditsinskimi-i-podruchnyimi-sposobami

Действие инсулина на организм

Механизм действия инсулина: биохимия и биосинтез гормона

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.

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.

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.

Действие на белковый обмен

Инсулин играет немаловажную роль не только в углеводном обмене, но и в белковом.

Именно он обеспечивает расщепление белков, поступающих вместе с пищей, на аминокислоты, которые активизируют в организме синтез собственных белков.

При дефиците инсулина этот процесс нарушается, что приводит к различным осложнениям. Помимо этого, инсулин обеспечивает ускорение транскрипции ДНК, стимулируя образование РНК.

загрузка…

Инсулин принимает также активное участие в липогенезе – синтезе жирных кислот. Их формирование происходит в процессе распада углеводов. А жирные кислоты являются также очень важными для организма, так как без них происходит нарушение жирового обмена, что сопровождается развитием ожирения и отложением жировых клеток во внутренних органах.

Инъекции инсулина

При развитии сахарного диабета действовать нужно незамедлительно. Как правило, сначала у людей диагностируется СД2, и только при несоблюдении диет и правил приема лекарственных препаратов развивается СД1, при котором без инсулиновых инъекций просто не обойтись.

При развитии сахарного диабета 1 типа вернуться к привычной жизни позволяют только инъекции инсулина

На сегодняшний день выделяются следующие типы инсулиносодержащих препаратов:

  • Быстрого действия. Действовать начинают уже спустя 5 минут после подкожного введения и достигают своего максимального пика через 1 час. Но,такие препараты обладают одним недостатком – действуют они недолго, и их введение необходимо осуществлять перед каждым приемом пищи либо при наступлении гипогликемической комы.
  • Короткого действия. Эффективность наблюдается спустя 30 минут после введения. Применяются такие инъекции также перед едой. Однако его действие длится намного дольше, чем у инсулина быстрого действия.
  • Среднего действия. Такие препараты применяются в комплексе с инсулинами быстрого или короткого действия. Эффективность после их приема наблюдается в течение нескольких часов.
  • Длительного действия. Препараты гипогликемического действия, эффективность которых наблюдается на протяжении суток. Однако применять такие препараты также нужно с инсулинами короткого и быстрого действия. Применяются они несколько раз в день до употребления пищи через равные промежутки времени.

Какой именно препарат будет прописан больному, зависит от его индивидуальных особенностей и тяжести протекания болезни. Чтобы правильно подобрать средство, врачам необходимо более детально изучить молекулярные свойства крови. Для этого обязательно делается биохимия венозной крови и крови из пальца.

По результатам обследования врач сможет подобрать не только препарат, но и его дозировку, которая будет наиболее эффективной и безопасной для пациента.

Так как неправильно подобранная дозировка инсулина может привести к гипогликемии и возникновению серьезных осложнений. Поэтому заниматься самолечением ни в коем случае нельзя.

Применение инъекций инсулина должно происходить под строгим контролем врача.

Источник: http://diabetiko.ru/medikamentyinsulin/deystvie-insulina-organizm

Происхождение и механизм действия инсулина на организм

Механизм действия инсулина: биохимия и биосинтез гормона

Сахарный диабет – распространенная болезнь, с которой могут столкнуться люди различного финансового положения, пола или возраста.

Именно поэтому каждому человеку нужно уметь ориентироваться в ее симптомах и знать, как действовать при первых проявлениях. Диагностирование патологии на раннем этапе позволяет минимизировать многие опасные осложнения.

Тем не менее даже наличие такого диагноза не считается приговором. Людям с диабетом удается вести полноценный образ жизни, как и до болезни, при условии соблюдения врачебных рекомендаций и схемы лечения. Некоторым пациентам приходится регулярно проводить инсулинотерапию. Понимая механизмы действия инсулина, гораздо проще совершать подкожные инъекции.

Что такое инсулин?

Вещество имеет пептидную природу и образуется естественным образом у здорового человека. Такой орган, как поджелудочная железа, отвечает за его выработку в организме. Производится гормон бета-клетками, расположенными в островках Лангерганса, и расходуется в момент приема человеком пищи.

Является природным катализатором протекающих в организме химических реакций, без которых невозможен вещественный обмен.

Инсулин способствует транспортировке глюкозы, поступившей с пищей, к различным органам, и превращает ее впоследствии в гликоген. Кроме того, гормон подавляет преобразование аминокислот в глюкозу, доставляя их в клетки с целью обеспечения роста мышечных волокон.

Вещество выполняет многие функции, ключевой из которой считается сокращение в крови значений глюкозы. Именно поэтому гибель клеток, где вырабатывается инсулин, или же недостаточное его производство провоцирует развитие такой болезни, как сахарный диабет.

Кроме того, инсулин тесно взаимодействует с другими органическими веществами. Например, отмечается его зависимость от такого показателя, как гормон роста. При превышении его нормы падает уровень инсулина и увеличивается значение глюкозы.

Нехватку вещества в организме можно определить с помощью лабораторных исследований. С этой целью выполняется биохимия крови, а также выявляется уровень c-пептида. При низком значении показателя пациенту рекомендуется проведение инсулинотерапии.

Механизм действия

Инсулин оказывает непосредственное влияние на многие обменные процессы, протекающие в организме. Без его участия поступившая в организм с пищей глюкоза не попадет в клетки.

Вещество способствует ее полному всасыванию благодаря повышению проницаемости мембран. Кроме того, он участвует в превращении глюкозы в такой полисахарид, как гликоген.

Соединение представляет собой запас энергии, расходуемый организмом в случае необходимости.

Обмен углеводов

Основное действие гормона направлено на регулировку метаболизма углеводов. При понижении уровня гормона, содержащегося в крови, нарушается усвоение глюкозы клетками мышечных тканей. В результате этого необходимое количество энергии компенсируется путем оксидирования жирных кислот.

Повышение уровня возобновляет естественный процесс поглощения глюкозы. Проницаемость клеточных мембран может повыситься и при низком содержании, но при условии выполнения человеком физических нагрузок.

При нарушении транспортировки глюкозы к тканям происходит негативное влияние на многие важные для организма функции, а также некоторые процессы:

  • дыхание;
  • образование запаса энергии;
  • кровообращение.

Механизм воздействия гормона основывается на регулировке числа клеточных мембран, влияющих на усвоение глюкозы. Инсулин поддерживает синтез многих веществ, без которых не происходит расщепление глюкозы (например, гексокиназа, пируваткиназа и фосфофруктокиназа).

Белковый и жировой обмены

Все белковые продукты, которые поступают в организм, подвергаются расщеплению на определенные аминокислоты. Из них впоследствии синтезируются необходимые вещества.

Описанный процесс может протекать без нарушений только при участии в нем достаточного количества инсулина. Это связано с выполняемой гормоном функцией обеспечения транспортировки многих аминокислот.

Кроме того, инсулин способствует более скоростной транскрипции ДНК и формированию РНК. Благодаря таким процессам выполняется синтез белка в организме человека.

Рассматриваемый гормон активно участвует и в липидном обмене. В большей степени это проявляется на стадии липогенеза, когда синтезируются жирные кислоты. Они возникают в процессе расщепления углеводов, в результате чего происходит их распад. Ферменты липогенеза активизируются только при участии инсулина. Отсутствие нужного его количества препятствует естественному обмену веществ.

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. 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.

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.

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.

-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.

Рекомендуем другие статьи по теме

Источник: https://DiabetHelp.guru/diagnostics/insulin/mexanizm-dejstviya.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.