Роль инсулина в организме человека

Инсулин (гормон) – биологически активное вещество белковой природы, вырабатываемое поджелудочной железой для регуляции обмена веществ в тканях. В основном этот гормон отвечает за снижение уровня глюкозы крови за счёт ускорения синтеза гликогена.

• Структура и состав белка
• Как продуцируется этот гормон?
• Функции пептидного гормона
• Нарушения, связанные с недостатком или переизбытком белка
• Нормальное содержание белка в крови
• Виды промышленного гормона

Структура и состав белка

Инсулин — это гормон белковой природы. Молекулярная структура этого белка состоит из двух полипептидных цепей, которые образуются из аминокислотных остатков. Суммарно обе цепи содержат 51 остатков аминокислот: 21 из них содержится в А-цепочке, 30 – в В. Впервые точную последовательность аминокислотных частей определил английский молекулярный биолог Фредерик Сенгер.

Между собой цепи соединяются двумя ковалентными связями между атомами серы (дисульфидными мостиками), которые входят в состав аминокислоты цистеина. Ещё одна дисульфидная связь содержится в меньшей цепи инсулина. Пространственное строение вещества было определено с помощью метода рентгеновской дифракции биологом Дороти Кроуфут-Ходжкин.

Инсулин не только стал первым гормоном, для которого была определена полная первичная структура, но и до сих пор является наиболее изученным из всех продуктов желез внутренней секреции.

Структура инсулина у животных схожа, однако даже небольшие различия влияют на восприятие гормона человеком. Например, гормон, регулирующий уровень глюкозы в организме свиньи, отличается всего одним аминокислотным остатком, расположенным в концевом (30-ом) положении В-цепи, а именно аланином, который заменяет треонин.

Инсулин животных, относящихся к крупному рогатому скоту (например, бычий), отличается тремя аминокислотами. Белок, продуцируемый другими животными (в т.ч. китовый) ещё менее схож по первичной структуре.

Из-за содержания чужеродных аминокислотных остатков инсулин других биологических видов способен вызывать аллергическую реакцию. Её интенсивность зависит от степени различия белков.

Как продуцируется этот гормон?

Инсулин вырабатывается в определённых образованиях поджелудочной железы, называемых островками Лангерганса-Соболевского (иногда упоминается только первый исследователь). Это объясняет этимологию названия гормона: в переводе латинское слово Insula означает «остров».

Изначально синтез инсулина кодируется геном, находящимся в коротком плече одиннадцатой хромосомы. Однако вырабатываемое на рибосомах пептидное вещество является предшественником проинсулина – т.н. невызревшей формы гормона. Кроме необходимых А и В-цепей, молекула предпроинсулина содержит L- и C-пептиды, состоящие, соответственно, из 24-х и 31-ого остатков аминокислот.

L-цепочка необходима для свободного прохождения синтезированного гормона сквозь липидный барьер (мембрану), поэтому проинсулин образуется практически сразу же после синтеза предшественника.

После этого молекулы образованного вещества транспортируются в комплекс Гольджи, в котором происходит т.н. вызревание инсулина. Этот этап является наиболее длительным в процессе образования активного гормона. При созревании из структуры проинсулина вырезается С-цепочка, которая соединяет А- и В-пептиды: таким образом, молекулы разделяются на инертный остаток и инсулин.

Готовое вещество хранится в секреторных гранулах островков Лангерганса: соединяясь с активными ионами цинка, инсулин образует твёрдые гексамерные агрегаты с кристаллическим строением.

Бета-клетки этих образований чувствительны к повышению концентрации глюкозы в кровяном русле. Секреция гормона инсулина поджелудочной железой происходит поэтапно:

• Глюкоза транспортируется в β-клетки специальным белком.
• Моносахарид окисляется с образованием АТФ (вещества, являющегося источником энергии для систем организма). Количество синтезированного АТФ зависит от количества глюкозы.
• Образованная АТФ стимулирует закрытие калиевых каналов клеток и открытию кальциевых.
• Повышение содержание кальция активирует один из видов фосфолипаз, что приводит к ещё большему росту концентрации кальция в клетке.
• Резкое увеличение количества ионов кальция стимулирует высвобождение хранящегося в секреторных гранулах инсулина.

Гранула расщепляется во время прохождения плазматической мембраны. Изменение свойств среды приводит к отщеплению цинка и неактивных частей.

Функции пептидного гормона

Основные функции инсулина в теле человека:

• Усиление поглощения глюкозы и других необходимых веществ клетками инсулинозависимых органов (печень, мышечная ткань, жировая прослойка).
• Активация ферментов, играющих ключевые роли в окислении моносахарида. Многие из эффектов инсулина в организме человека реализуются исключительно благодаря свойству гормона влиять на активность ферментов.
• Усиление интенсивности производства гликогена – полисахарида, сохраняющего глюкозу в клетках печени и мышц для дальнейшего использования. Инсулин стимулирует запасание моносахарида путём его полимеризации.
• Угнетение глюконеогенеза (образования глюкозы в печени из белков и жирных кислот).

Схема выработки инсулина в организме

При недостатке инсулина сигналы контролирующего органа (мозга) стимулируют производство глюкозы из имеющихся запасов жировых кислот и белковой ткани. Процесс является энергетически невыгодным для организма, поэтому ткани, способные поглощать кетоновые тела, переводятся на этот источник питания, а образующаяся глюкоза поступает к мозгу и другим тканям, которые могут получать энергию только при окислении моносахарида.

Невозможность поглощения глюкозы клетками инсулинозависимых органов приводят к их голоданию и повышению синтеза кетоновых тел. Именно этим поясняется запах ацетона изо рта при недостатке углеводов в питании или патологиях, связанных с низкой выработкой инсулина. Повышение концентрации инсулина до приемлемого уровня в сочетании с полноценным питанием подавляет синтез кетоновых тел, оказывающих токсическое воздействие на ткани центральной нервной системы.

При большом количестве простых углеводов в питании сахар в крови повышается и снижается резко. Выработка инсулина и угнетение его секреции после снижения уровня глюкозы до приемлемого происходит с некоторой задержкой. В результате частые скачки концентрации гормона могут спровоцировать нарушение чувствительности тканей к инсулину, чего допускать крайне нежелательно.

Функции инсулина в организме человека не ограничиваются регуляцией обмена глюкозы. Этот гормон оказывает также анаболическое и антикатаболическое действие: подавляет деградацию белков и расщепление жиров, усиливает поглощение некоторых аминокислот и транспорт  ионов фосфата, магния и калия в клетки, стимулирует синтез белка и жирных кислот.

Нарушения, связанные с недостатком или переизбытком белка

К основным заболеваниям, которые так или иначе связаны с выработкой инсулина, относятся сахарный диабет, инсулинома и синдром хронической передозировки, характерный исключительно для пациентов, длительное время принимавших препараты этого гормона в избыточной дозе.

Сахарный диабет 1-го типа – это заболевание, характеризующееся аномально низкой выработкой инсулина и нарушением углеводного обмена как следствием основной патологии. Заболевание развивается из-за разрушения β-клеток поджелудочной железы иммунной системой пациента. На данный момент не существует активных методов лечения диабета 1-го типа, медикаментозные курсы ограничиваются контролем питания, поддерживающей инсулиновой терапией, приёмом витаминно-минеральных комплексов и общеукрепляющих антидиабетических препаратов.

Не следует путать сахарный диабет 1-го и 2-го типов. В первом случае нарушение является следствием недостаточной выработки гормона, а во втором – пониженной чувствительностью инсулинозависимых тканей к его действию. При диабете второго типа в постоянной инсулиновой терапии часто нет необходимости.

При избытке введённого препарата у пациента может развиться инсулиновый шок – комплекс симптомов, указывающих на гипогликемию (чрезмерно низкий уровень глюкозы в крови). Чаще патологическое состояние, вызываемое избытком введённого инсулина, называется гипогликемической комой.

В течение нескольких минут после резкого падения уровня сахара крови может наступить потеря сознания, и даже паралич некоторых центров мозга. Из-за сильного воздействия на центральную нервную систему терапия инсулиновым шоком применялась в прошлом столетии для лечения некоторых психиатрических заболеваний.

Синдром Сомоджи, в отличие от инсулинового шока, возникает не при однократном введении избыточного количества инсулина, а при регулярном превышении дозировки гормона. В медицинской практике этот симптомокомплекс также носит название «синдрома хронической передозировки инсулина».

Инсулинома – это доброкачественное новообразование из бета-клеток железы, продуцирующей этот гормон. Опухолевая ткань вырабатывает избыточное количество инсулина, что чревато проявления всех симптомов гипогликемии, вплоть до потери сознания из-за недостатка глюкозы в тканях центральной нервной системы.

Нормальное содержание белка в крови

Выработка инсулина контролируется по содержанию глюкозы в крови. Нормальный уровень сахара для человека составляет до 5,4-5,6 ммоль/л. При результате в 5,6-6,6 ммоль/л врачи рекомендуют специальную диету с пониженным количеством углеводов (в особенности простых – сахара, хлеба, сладких фруктов и др.).

Если уровень сахара превышает 6,7 ммоль/л при соблюдённой технике проведения исследования, необходимо провести дополнительную диагностику и назначить адекватную противодиабетическую или иную терапию.

При повышенном сахаре пациенту назначается тест на толерантность к глюкозе. Нормальным результатом является 7,7 ммоль/л и ниже, промежуточное значение, свидетельствующее о нарушениях в работе обмена веществ, равняется 7,8-11,1 ммоль/л. Результат выше этих показателей говорит о диабете. Слишком низкие показатели могут говорить о недоедании или патологии. У детей пониженная концентрация глюкозы является вариантом нормы из-за недоразвитости центральной нервной системы и быстрого обмена веществ.

Кровь для исследования на уровень глюкозы берётся натощак или, по крайней мере, через полтора часа после последнего приёма пищи. Нарушение этого правила делает результат бесполезным для диагностики.

Непосредственно уровень инсулина исследуется редко, этот анализ является дополнительным методом диагностики. Нормальная концентрация гормона составляет 3-28 мкЕд/мл. Развитие плода провоцирует повышение уровня гормона в крови из-за взаимосвязи с гормоном роста, поэтому у беременных женщин результат может быть несколько выше (в среднем от 6 мкЕд/мл).

Виды промышленного гормона

Виды инсулина классифицируются по нескольким признакам: степени очистки, виду животного, длительности действия и др.

Человеческий инсулин и его аналоги, полученные с помощью генной инженерии, являются более подходящими для применения в заместительной терапии, чем препараты животного происхождения.

По длительности воздействия выделяют такие виды инсулина:

• Быстродействующий. Начинает воздействие в течение 5 минут после введения. Пиковый эффект наступает через 60-90 минут. Как правило, его вводят вместе с «длительным» гормоном непосредственно во время еды. Препараты этого типа – «Инсулин Хумалог», «Ново-Рапид» и др.
• Короткий. Первый эффект этого типа инсулина наступает через полчаса. Он вводится перед едой. К коротким относятся препараты «Монодар Хумодар», «Инсулин Актрапид».
• Средней длительности. Обычно используется в комбинации с «быстрыми» типами гормона. Сам по себе способен контролировать концентрацию глюкозы крови до половины дня. Препараты этого типа – «Протафан» (человеческий инсулин), «Инсулин Новомикс» и др.
• Гормон длительного воздействия. Действует на протяжении всего дня, однако эффект наступает через наибольшее время после введения, поэтому его необходимо комбинировать с «быстрыми» типами гормона. К гормонам длительного воздействия относят «Монодар Лонг», «Инсулин Лантус» и др.