Инсулин

Химическая структура

Инсулин – (от лат. insula – остров) – гормон пептидной природы, он образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей, которые включают 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь находится в A-цепи.

Первичная структура инсулина у разных биологических видов имеет некоторые различия, точно так же, как отличается его роль в регуляции обмена углеводов. Больше всего схож с человеческим инсулин свиньи, они отличаются одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина находится аланин, а в инсулине человека – треонин; бычий инсулин отличается на три аминокислотных остатка.

Цепи соединяются друг с другом посредством двух дисульфидных мостиков (получается, что каждый образован двумя атомами серы), а третий дисульфидный мостик выступает связующим звеном отдаленных друг от друга аминокислот А-цепи. Соединенные цепи немного изгибаются и сворачиваются в глобулярную структуру, именно такая конфигурация молекулы гормона важна для проявления его биологической активности.

Существенно влияет на обмен почти во всех тканях. По своей химической структуре данное соединение находится где-то между полипептидами и белками. Инсулин образуется в поджелудочной железе животных и человека. В бета-клетках поджелудочной железы инсулин образуется из предшественника - проинсулина, полипептида из 84 аминокислотных остатков, у которых не наблюдается грмональная активность. Инсулин – это специфическое средство, которому свойственно понижать сахар, также он регулирует углеводный обмен; влияет на усиление усвоения тканями глюкозы и помогает ей превратиться в гликоген, также облегчает проникновение глюкозы в клетки тканей. У инсулина наблюдается не только гипогликемическое влияние, он оказывает ряд других эффектов: влияет на повышение запасов гликогена в мышцах, оказывает стимулирующий эффект на синтез пептидов, снижает расход белка. В некоторых видах спорта данный препарат ценят благодаря тому, что у него наблюдается выраженный анаболический эффект.

Историческая справка

Главная функция инсулина состоит в обеспечении клеток организма важным энергетическим материалом – глюкозой.

В том случае, если наблюдается нехватка инсулина, клетки не имеют возможности усваивать глюкозу, идет процесс накопления в крови, а ткани и органы подвержены энергетическому голоданию. При нехватке инсулина может начать развиваться очень серьезное заболевание (сахарный диабет).

До начала XX в. больные сахарным диабетом умирали в детском или молодом возрасте, в связи с развитием осложнений, вызванных болезнью, почти никто не жил больше 5–7 лет после начала болезни.

О том, какую роль играет поджелудочная железа в развитии сахарного диабета, узнали только в конце XIX в. В 1869 г. в Берлине 22-летний Поль Лангерганс, будучи на то время студентом-медиком, проводил исследования с помощью микроскопа строения поджелудочной железы. Он заметил неизвестные клетки, которые создавали группы, равномерно распределенные по всей железе. Несмотря на это, функция этих клеток, которые потом назвали в честь студента островками Лангерганса, продолжала быть не изученной.

Некоторое время спустя Эрнст Лако выдвинул гипотезу о том, что поджелудочная железа участвует в процессах пищеварения. В 1889 г. немецкий физиолог Оскар Минковски попытался доказать, что данное утверждение не имеет ничего общего с реальностью. С этой целью он поставил эксперимент, в ходе которого удалил железу у здоровой собаки. Спустя пару дней после начала эксперимента помощник Минковски, который следил за состоянием лабораторных животных, заметил то, что на мочу подопытной собаки слеталось очень много мух.

Провели исследование мочи, в ходе которого было обнаружено, что собака, у которой отсутствует поджелудочная железа, вместе с мочой выделяет сахар. Это было первое наблюдение, свидетельствующее о том, что существует некая связь между работой поджелудочной железы и развитием сахарного диабета. В 1901 г. Евген Опи доказал, что сахарный диабет развивается вследствие нарушений в структуре поджелудочной железы (полным или частичным разрушением островков Лангерганса).

Первым человеком, выделившим инсулин и успешно применяющим его для лечения больных, стал канадский физиолог Фредерик Бантинг. Он пытался создать лекарство от диабета в связи с тем, что двое его друзей умерли от данной болезни. Еще до этого многие исследователи, которые поняли роль поджелудочной железы в развитии сахарного диабета, делали попытки выделить вещество, влияющее именно на уровень сахара крови. К сожалению, все попытки заканчивались неудачно.

Это было связано частично с тем, что ферменты поджелудочной железы (в основном трипсин) успевали хотя бы частично разложить белковые молекулы инсулина до того, как их удавалось выделить из экстракта тканей железы. В 1906 г. Георг Людвиг Зэльцер смог достичь определенного успеха в снижении уровня глюкозы в крови подопытных собак прибегая к помощи панкреатического экстракта, но ему не удалось продолжить свою работу. Скотт в 1911 г. в Чикагском университете работал с водным экстрактом поджелудочной железы, он заметил небольшое уменьшение гликозурии у подопытных животных. В связи с тем, что руководителя проекта не удалось убедить в важности проводимых исследований, их остановили.

Такого же эффекта достиг Израэль Кляйнер в 1919 г., он не смог закончить свою работу, так как началась Первая мировая война.

Схожую работу в 1921 г. опубликовал профессор физиологии Румынской школы медицины Никола Паулеско. Многие исследователи не только в Румынии полагают, что первооткрывателем инсулина был именно этот ученый. Несмотря на это, заслуга выделения инсулина, а также его успешного использования принадлежит именно Фредерику Бантингу.

Бантинг работал младшим преподавателем на кафедре анатомии и физиологии в канадском университете, его руководителем был профессор Джон Маклеод, которого в то время принимали за большого специалиста в вопросах, касающихся диабета. Бантинг пытался добиться атрофии поджелудочной железы прибегая к перевязке ее выводных протоков (каналов) на 6–8 недель, сохранив при этом островки Лангерганса неизмененными от воздействия ферментов поджелудочной железы, и получить чистый экстракт клеток этих островков.

Для проведения этого эксперимента необходима была лаборатория, помощники и подопытные собаки, этого всего у Бантинга не было.

За помощью он обратился к профессору Джону Маклеоду, который хорошо знал о всех прежних неудачах с получением гормонов поджелудочной железы. В связи с этим, он сначала отказал Бантингу. Несмотря на это, Бантинг продолжал упорствовать и весной 1921 г. снова попросил Маклеода дать разрешение поработать в лаборатории хотя бы два месяца. В связи с тем, что именно тогда Маклеод планировал поехать в Европу, соответственно, лаборатория была свободной, он дал свое согласие. В качестве помощника Бантингу дали студента 5-го курса Чарльза Беста, который хорошо разбирался в методах определения сахара в крови и моче.

Для того, чтобы провести эксперимент, требующий больших расходов, Бантинг продал почти все, что у него было.

Нескольким собакам перевязали протоки поджелудочной железы и стали дожидаться ее атрофии. 27 июля 1921 г. собаке, у которой отсутствовала поджелудочная железа, и которая находилась в прекоме, ввели экстракт атрофированной поджелудочной железы. Спустя несколько часов у собаки отмечалось снижение уровня сахара в крови и моче, исчез ацетон.

Затем экстракт поджелудочной железы ввели во второй раз, и она прожила еще 7 дней. Вполне вероятно, что удалось бы продлить жизнь собаки еще на какой-то время, но у исследователей закончился запас экстракта. Это было связано с тем, что получение инсулина из поджелудочных желез собак – очень трудоемкая и длительная работа.

Далее Бантинг и Бест начали добывать экстракт из поджелудочной железы еще не рожденных телят, у которых еще не начали вырабатываться пищеварительные ферменты, но уже производилось достаточное количество инсулина. Количества инсулина теперь было достаточно для того,чтобы поддерживать жизнь подопытной собаки уже до 70 дней. К тому времени Маклеод вернулся из Европы и понемногу стал интересоваться работой Бантинга и Беста, он принял решение подключить к ней весь персонал лаборатории. Бантинг с самого начала назвал полученный экстракт поджелудочной железы ислетином, но потом прислушался к предложению Маклеода и переименовал его в инсулин (от лат. insula – «остров»).

Исследования по получению инсулина успешно продолжались. 14 ноября 1921 г. Бантинг и Бест сделали сообщение о результатах своих исследований на заседании клуба «Физиологического журнала» университета Торонто. Спустя месяц они рассказали о своих успехах в Американском физиологическом обществе в Нью-Хейвене.

Количество экстракта, который получали из поджелудочных желез крупного рогатого скота, забитого на бойне, стало быстро увеличиваться, необходим был специалист для обеспечения тонкой очистки инсулина. Для этого в конце 1921 г. Маклеод пригласил к работе известного биохимика Джеймса Коллипа, он очень быстро добился хороших результатов по очистке инсулина. К январю 1922 г. Бантинг и Бест решили начать первые клинические испытания инсулина на человеке.

Сначала ученые ввели по 10 условных единиц инсулина друг другу, а уже потом – добровольцу. Им стал 14-летний мальчик Леонард Томпсон, который болел сахарным диабетом. Первую инъекцию ему сделали 11 января 1922 г., но она была не совсем удачной. Причиной этому было то, что экстракт недостаточно очистили, начала развиваться аллергия. Следующие 11 дней Коллип упорно работал в лаборатории с целью улучшения экстракта, уже 23 января мальчику сделали вторую инъекцию инсулина.

После ввода инсулина мальчик стал быстро идти на поправку – он был первым человеком, который выжил благодаря инсулину. Некоторое время спустя Бантинг спас от неминуемой смерти своего друга – врача Джо Джилькриста.

Весть о том, что инсулин впервые успешно применили 23 января 1922 г. очень быстро стала международной сенсацией. Бантинг и его коллеги практически воскрешали сотни больных диабетом, особенно с тяжелыми формами. Люди присылали очень много писем с просьбами об излечении, некоторые приезжали непосредственно в лабораторию. Несмотря на все это, на тот момент существовало очень много недостатков – препарат инсулина еще не стандартизировали, средств самоконтроля не было, и вводимые дозы отмеряли грубо, на глаз. В связи с этим, часто происходили гипогликемические реакции организма, когда уровень глюкозы падал ниже нормы.

Несмотря на все это, продолжались усовершенствование внедрение инсулина в повседневную врачебную практику.

Университет Торонто начал продажу фармацевтическим компаниям лицензии на производство инсулина, уже к 1923 г. он стал доступен всем больным сахарным диабетом.

Разрешение на производство лекарства получили компании «Лили» (США) и «Ново Нордиск» (Дания), они и сейчас являются лидерами в этой области. Бантингу в 1923 г. университет Торонто присвоил степень доктора наук, его избрали профессором. Помимо этого было принято решение открыть отделения медицинских специальных исследований для Бантинга и Беста, им назначили высокие персональные оклады.

В 1923 г. Бантингу и Маклеоду присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине, которую они на добровольных началах разделили с Бестом и Коллипом.

В 1926 г. ученый-медик Абель синтезировал синтезировать инсулин в кристаллическом виде. Спустя 10 лет датский исследователь Хагедорн добыл инсулин пролонгированного (продленного) действия, а еще спустя 10 лет создал нейтральный протамин Хагердона, он до сих пор является одним из наиболее популярных видов инсулина.

Химический состав инсулина установил британский молекулярный биолог Фредерик Сенгер, которому присвоили в 1958 г. за это Нобелевскую премию. Инсулин стал первым белком, последовательность аминокислот которого полностью расшифровали.

Пространственное строение молекулы инсулина установили с помощью метода рентгеновской дифракции в 1990-х гг. Дороти Кроуфт Ходжкин, ее также наградили Нобелевской премией.

После того, как Бантинг добыл бычий инсулин, исследовали инсулин, полученный из поджелудочных желез свиней и коров, а также других животных (например, китов и рыб).

Молекула человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты. Свиной инсулин отличается только одной аминокислотой, коровий – тремя, но это не мешает им нормализовать уровень сахара вполне хорошо. Несмотря на это, у инсулина животного происхождения существует большой недостаток – у большей части больных он становится причиной аллергической реакции. В связи с этим требовались дальнейшие работы по усовершенствованию инсулина. В 1955 г. расшифровали структуру человеческого инсулина, и приступили к работам по его выделению.
Впервые это сделали в 1981 г. американские ученые Жильбер и Ломедико. Некоторое время спустя появился инсулин, который получили из пекарских дрожжей методом генной инженерии. Инсулин стал первым из человеческих белков, который синтезировали в 1978 г. генетически модифицированной бактерией Е. coli. С этого момента в биотехнологии началась новая эпоха. Начиная с 1982 г. американская компания «Генентех» выпускает человеческий инсулин, который синтезировали в биореакторе. Он не приводит к появлению аллергических реакций.

Фармакологическое действие (по данным производителя)

Инсулин является средством, которое понижает сахар и обладает способностью регулировать углеводный обмен; усиливает усвоение тканями глюкозы и способствует ее превращению в гликоген, кроме этого облегчает проникновение глюкозы в клетки тканей.

Помимо оказания гипогликемического действия (понижения уровня сахара в крови), инсулин имеет несколько других эффектов: повышает запасы гликогена в мышцах, стимулирует синтез пептидов, снижает расход белка и др.

Влияние инсулина сопровождается стимуляцией или ингибированием (подавлением) некоторых ферментов; стимулируются гликогенсинтетаза, пируватдегидрогеназа, гексокиназа; ингибируются липаза, которая активирует жирные кислоты жировой ткани, липопротеиновая липаза, снижающая "помутнение" сыворотки крови после приема пищи, насыщенной жирами.

Степень биосинтеза и секреции (выделения) инсулина находится в зависимости от содержания глюкозы в крови. При повышении ее концентрации усиливается секреция инсулина поджелудочной железой; снижение концентрации глюкозы в крови замедляет секрецию инсулина.

Действие инсулина напрямую связано с его взаимодействием со специфическим рецептором, который находится на плазматической мембране клетки, и образование инсулинрецепторного комплекса. Инсулиновый рецептор вместе с инсулином проникает в клетку, там влияет на процессы фосфолирования клеточных белков; механизм действия дальнейших внутриклеточных реакций до конца не известен.

Активность инсулина определяют биологическим путем (по способности понижать концентрацию глюкозы в крови у здоровых кроликов) и одним из физикохимических методов (методом электрофореза на бумаге или методом хроматографии на бумаге). За одну единицу действия (ЕД), или интернациональную единицу (ИЕ), принимают активность 0,04082 мг кристаллического инсулина.

Метаболические эффекты инсулина

1. Улучшает поглощение клетками глюкозы и других веществ;
2. Активирует основные ферменты гликолиза;
3. Увеличивает интенсивность синтеза гликогена – инсулин форсирует запасание глюкозы клетками печени и мышц с помощью полимеризации её в гликоген;
4. Снижает интенсивность глюконеогенеза – уменьшается создание в печени глюкозы из различных веществ неуглеводной природы (белков и жиров).

Анаболическое действие инсулина

• Влияет на усиление поглощения клетками аминокислот (особенно лейцина и валина);
• Улучшает передвижение в клетку ионов калия, а также магния и фосфата;
• Влияет на усиление репликации ДНК и биосинтеза белка;
• Усиливает синтез жирных кислот и дальнейшую их этерификацию – в жировой ткани и в печени
• Стимулирует превращение глюкозы в триглицериды; при нехватке инсулина происходит обратное – мобилизация жиров.

Антикатаболическое действие инсулина

1. Угнетает гидролиз белков – снижает деградацию белков;
2. Уменьшает липолиз – снижает поступление жирных кислот в кровь.

Виды используемого инсулина в бб

Инсулин короткого действия

Короткий инсулин начинает действовать в случае подкожного ввода через 30 минут (в связи с этим вводят за 30-40 минут до еды), максимум действия приходится через 2 часа, исчезает из организма через 5-6 часов.

Лучший выбор

• Хумулин Регуляр
• Актрапид HМ

Инсулин ультракороткого действия

Ультракороткий инсулин начинает действовать через 15 минут, максимум через 2 часа, исчезают из организма через 3-4 часа. Он физиологичнее, его можно вводить прямо перед приёмом пищи (за 5-10 минут) или сразу после еды.

Лучший выбор

• Инсулин лизпро (Хумалог) – полусинтетический аналог человеческого инсулина.
• Инсулин аспарт (НовоРапид Пенфилл, НовоРапид ФлексПен).
• Инсулин глулизин (Хумалог)

Преимущества и недостатки инсулина

Преимущества

• Маленькая стоимость курса
• Широкая доступность - препарат можно без проблем купить в аптеке
• Высокое качество – подделки почти на встречаются, в отличии от стероидов
• Отсутствует токсичность, малая вероятность возникновения побочных эффектов, почти полное отсутствие последствий курса
• Малый феномен отката
• Обладает выраженным анаболическим действием
• Можно комбинировать с анаболическими стероидами и другими средствами
• Отсутствует андрогенное воздействие

Недостатки

• Сложная схема приема
• Происходит значительная прибавка жира
• Гипогликемия

Приём инсулина

1. Данный курс идеален для набора 5-10 кг мышечной массы на протяжении 1-2 месяцев, далее необходимо сделать перерыв не меньше двух месяцев, чтобы восстановить собственную секрецию.
2. Изучите механизм действия инсулина, в том числе меры борьбы с гипогликемией.
3. Начинать курс следует с дозы 10 ЕД подкожно, со временем (1 раз в день или через день) увеличивайте дозировку на 2 ЕД.
4. С особой внимательностью отслеживайте реакцию организма на увеличение дозы!
5. Далее можно увеличить дозу до 15-20 ЕД, большие дозы не рекомендуются (стоит отметить, что это зависит от чувствительности тканей к инсулину, некоторые спортсмены отлично переносят 50-60 ЕД инсулина и только при приеме таких доз растут, но это можно выяснять только постепенно увеличивая дозы).
6. Следует отметить, что инсулиновые шприцы имеют различные шкалы. Шприцы U-40 используют для инъекций инсулина, содержащего 40 единиц в 1 мл. Шприцы U-100 внешне очень напоминают U-40, но их применяют для препаратов с содержанием 100 единиц инсулина в 1 мл.
7. Частоту инъекций можно изменять, но наиболее щадящим считают прием через день. Лучше выполнять инъекции сразу после тренировки (но только тогда, когда тренировка заканчивается не поздно вечером в случае потребления инсулина короткого действия, если необходимо принять инсулин после тренировки вечером, это должен быть инсулин ультракороткого действия, в связи с тем, что он работает всего 3 часа и успеет перестать работать до сна), так как сразу после нее должен следовать обильный прием пищи, для обеспечения поставки углеводов в кровь. Помимо этого, инсулин имеет свойство угнетать катаболические процессы, вызванные физическим стрессом во время тренинга. Продолжительность курса при таком режиме составляет 2-2,5 месяца.
8. Можно выполнять инъекции каждый день и даже 2 раза в день, но тогда продолжительность курса следует сократить до 1,5-2 месяцев.
9. Если применяете инсулин ультракороткого действия, то делать инъекцию надо непосредственно после обильного приема пищи, богатого углеводами.
10. Если применяете инсулин короткого действия, делать инъекцию надо за 30 минут до обильного приема пищи, богатого углеводами.
11. На 1 ЕД инсулина, следует принимать 6 г углеводов.
12. Делайте инъекции в разные места, чтобы избежать липодистрофии (неровности в подкожно-жировой клетчатке).
13. Для успешного прохождения курса следует соблюдать высококалорийную диету, проводить силовые тренировки, а также употреблять спортивное питание для набора массы.

Меры предосторожности

1. Начинать курс следует с небольшой дозы - 5-10 ЕД, для проверки реакции организма.
2. Выполняйте только подкожные инъекции
3. Не делайте инъекции перед тренировкой
4. Не делайте инъекции сразу перед сном
5. После инъекции следует обеспечить организм углеводами (у здорового человека сахар в крови натощак колеблется от 3 до 5,5 ммоль/л. Каждая единица инсулина снижает сахар крови на 2,2 ммоль/л. Если уколоть 20 единиц инсулина ультракороткого действия, может развиться гипогликемия.
6. В эндокринологии (куда относится инсулин) есть такое понятие, как "хлебная единица". Вне зависимости от вида и количества продукта, не важно, что это, одна хлебная единица содержит 12-15 граммов усвояемых углеводов. Она повышает уровень сахара в крови на одну и ту же величину - 2,8 ммоль/л – ей надо для усвоения организмом примерно 1,5-2 единицы инсулина. Более широко об этой мере исчисления можно узнать в интернете.
7. Теперь посчитаем. На 20 единиц инсулина следует принять 10-15 хлебных единиц, это равно 120-150 г чистых углеводов. К примеру, пусть будет 300-450 грамм белого хлеба.

Побочные действия инсулина

• Гипогликемия или уменьшение содержания глюкозы в крови, это приводит ко всем остальным проявлениям. Гипогликемию можно без проблем предотвратить
• Зуд в области укола
• Аллергия наблюдается очень редко
• Уменьшение эндогенной секреции инсулина бывает только на длительных курсах, когда используют высокие дозы инсулина
• Инсулин НЕ ОКАЗЫВАЕТ токсического влияния на печень или почки, он НЕ ВЫЗЫВАЕТ нарушений половой функции (потенции).

Показания к лекарственному применению инсулина

Сахарный диабет.

В небольших дозах (5–10 ЕД) инсулин применяют при заболеваниях печени (гепатиты, начальные стадии цирроза), при ацидозе, истощении, упадке питания, фурункулёзе, при тиреотоксикозе.

В психоневрологической практике инсулин используют при алкоголизме, при истощении нервной системы (в дозах, которые влекут гипогликемическое состояние).

В психиатрии – для инсулинокоматозной терапии (при лечении некоторых форм шизофрении вводят раствор инсулина в больших количествах, которые при постепенном увеличении доз вызывают гипогликемический шок).

В дерматологии инсулин применяется при диабетической токсидермии, как неспецифическое средство – при экземе, угревой сыпи, крапивнице, псориазе, хронических пиодермиях и дрожжевых поражениях.

Противопоказания к медицинскому применению

Острый гепатит, панкреатит, нефрит, почечнокаменная болезнь, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, декомпенсированный порок сердца.