Odkrycie insuliny i jej rola w organizmie

Odkrycie insuliny i jej rola w organizmie

Zrzeczenie się

Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub wątpliwości medyczne, porozmawiaj ze swoim lekarzem. Artykuły w Health Guide są poparte recenzowanymi badaniami i informacjami pochodzącymi od towarzystw medycznych i agencji rządowych. Nie zastępują jednak profesjonalnej porady lekarskiej, diagnozy ani leczenia.

Pewnej deszczowej nocy w 1921 roku na Uniwersytecie w Toronto Frederick Banting wraz ze swoim asystentem Charlesem Bestem odkryli insulinę w laboratorium dostarczonym im przez Johna Macleoda. W ten sposób osiągnęli jeden z najbardziej znaczących przełomów medycznych wszechczasów.

Ok, nie wiemy, czy rzeczywiście padało. A przełom z pewnością nie nastąpił w ciągu jednej nocy. Ale tym trzem naukowcom – wraz z Jamesem Collipem, który później pomógł w oczyszczaniu insuliny – rzeczywiście przypisuje się odkrycie insuliny.

Narządy

  • Aż do odkrycia insuliny na początku XX wieku cukrzyca typu 1 (T1DM) zawsze była śmiertelna.
  • Początkowo insulina stosowana w leczeniu pochodziła od zwierząt, a konkretnie od krów (insulina bydlęca) i świń (insulina wieprzowa).
  • Teraz syntetyczna insulina ludzka jest wytwarzana przy użyciu bakterii. Rodzaje różnią się tym, jak szybko działają na organizm i sposobem dostawy.
  • Leczenie insuliną stosuje również 31% osób z cukrzycą typu 2 (T2DM), zwykle po wypaleniu trzustki z produkcji dodatkowej insuliny, aby zrekompensować oporność komórek na nią.


Prawdziwa historia odkrycie insuliny obejmuje kilka lat i legion badaczy (Vecchio, 2018). Chociaż opisy choroby uważanej za cukrzycę sięgają 1500 roku p.n.e. w starożytnym Egipcie, dopiero w XIX wieku ludzie zaczęli zdawać sobie sprawę, że trzustka może odgrywać rolę w chorobie. W 1890 roku naukowcy zauważyli, że całkowite usunięcie trzustki u psa spowodowało objawy często obserwowane u osób z cukrzycą. Z tego wiedzieli, że trzustka ma coś wspólnego z tym schorzeniem – musieli tylko dowiedzieć się, co to właściwie było.

Trzustka to wyjątkowy narząd, który pełni funkcje zarówno zewnątrzwydzielnicze, jak i hormonalne. Zewnątrzwydzielniczy oznacza, że ​​narząd wydziela substancje chemiczne przez przewody. W tym przypadku trzustka wydziela enzymy trawienne przez przewody i do jelit. Endokrynologiczny oznacza, że ​​narząd wydziela substancje chemiczne bezpośrednio do krwiobiegu.

Reklama



Ponad 500 leków generycznych, każdy 5 USD miesięcznie



Przejdź do Ro Pharmacy, aby zrealizować swoje recepty za jedyne 5 USD miesięcznie (bez ubezpieczenia).

Ucz się więcej

Badacze zauważyli, że trzustka pełni wiele funkcji. Kiedy zablokowały przewody trzustkowe (jej funkcję zewnątrzwydzielniczą), części trzustki obumierały. Jednak obszary trzustki znane jako wysepki Langerhansa (ponieważ wyglądały jak wyspy tkanki w trzustce) nie obumarły, a poziom cukru we krwi nie uległ zmianie. Wskazuje to, że wysepki pełniły jakąś funkcję endokrynną, która odgrywała rolę w poziomie cukru we krwi. W latach 1910 sir Edward Sharpey-Schafer ukuł termin insulina w odniesieniu do substancji wydzielanej z tych wysp, która może kontrolować poziom cukru we krwi, biorąc termin z łaciny Wyspa , czyli wyspa.

Banting i Best pracowali nad izolacją insuliny z trzustki w 1921 roku, prowadząc badania na psach. Przedstawili swoje odkrycia – oficjalnie ogłaszając odkrycie insuliny – w grudniu 1921 i 1922, insulina została po raz pierwszy zastosowana u ludzi. Pierwszym biorcą insuliny był Leonard Thompson, 14-letni chłopiec z cukrzycą typu 1. Przedtem cukrzyca typu 1 była chorobą śmiertelną.

Czym jest insulina i dlaczego jest tak ważna?

Jak odkryli Banting i inni, insulina jest hormonem wydzielanym z obszarów trzustki zwanych wysepkami Langerhansa. W szczególności insulina jest wydzielana z komórek beta w wysepkach. Istnieją również komórki alfa, które wydzielają glukagon (inny hormon zaangażowany w regulację poziomu cukru we krwi), komórki delta, które wydzielają somatostatynę (hormon hamujący) i mniejsze ilości innych komórek wydzielających hormony.

Insulina i glukagon to podstawowe hormony regulujące poziom cukru we krwi w organizmie. Aby zachować zdrowie, konieczne jest ścisłe kontrolowanie poziomu cukru we krwi. Zbyt niski poziom cukru we krwi (nazywany hipoglikemią) lub zbyt wysoki poziom cukru we krwi (hiperglikemia) może prowadzić do powikłań, a nawet śmierci. Insulina pomaga obniżyć poziom cukru we krwi, a glukagon pomaga go podnieść. Zaburzenia insuliny są więc zaburzeniami, w których poziom cukru we krwi jest niekontrolowany. Dotyczy to przede wszystkim chorób takich jak cukrzyca typu 1 (T1DM) i cukrzyca typu 2 (T2DM). Jednak niektóre rzadkie stany mogą również wpływać na poziom insuliny we krwi. Wkrótce do nich dojdziemy, ale najpierw przyjrzyjmy się bliżej działaniu insuliny w organizmie.



Insulina w organizmie

Insulina jest rodzajem hormonu znanego jako hormon peptydowy. Hormony peptydowe działają w organizmie, działając na powierzchni komórek, przekazując wiadomości. Insulina zaczyna się jako pojedynczy łańcuch aminokwasów znany jako preproinsulina, zanim zostanie przekształcona w proinsulinę, a następnie w insulinę. Część tego procesu tworzy produkt uboczny znany jako peptyd C. Pomiar peptydu C może być ważny klinicznie, ponieważ może wskazywać, ile naturalnej insuliny wytwarza organizm.

małe bezbolesne czerwone guzki na prąciu

Insulina jest uwalniana z komórek beta do krwiobiegu w odpowiedzi na podwyższony poziom cukru we krwi (zwany również poziomem glukozy we krwi). Kiedy jesz żywność, która zawiera cukier lub węglowodany (które rozkładają się na cukier), poziom glukozy we krwi wzrasta. Cząsteczki glukozy wchodzą do komórek beta w trzustce, przechodząc przez białko na powierzchni komórki zwane transporterem glukozy 2 (GLUT2). To sygnalizuje komórce beta, że ​​nadszedł czas na wydzielanie insuliny.

Po uwolnieniu do organizmu insulina wiąże się z receptorami insuliny na powierzchni komórek. W komórkach tłuszczowych (tłuszczowych) i komórkach mięśniowych aktywacja receptora insuliny przesuwa białko zwane transporterem glukozy 4 (GLUT4) na powierzchnię komórek. Glukoza jest wtedy w stanie przedostać się do komórek tłuszczowych i mięśniowych poprzez GLUT4, skutecznie obniżając ilość glukozy we krwi. W komórkach tłuszczowych glukoza jest przechowywana w postaci trójglicerydów (rodzaj tłuszczu). W komórkach mięśniowych glukoza jest wykorzystywana jako energia i może być również magazynowana na później w długich łańcuchach zwanych glikogenem.

Insulina działa również na komórki wątroby, skłaniając je również do przechowywania glukozy jako glikogenu. Glukoza może dostać się do komórek wątroby bez GLUT4. Jednak insulina aktywuje enzym zwany heksokinazą i inne enzymy biorące udział w wytwarzaniu glikogenu, skutecznie zatrzymując tam glukozę i utrzymując niski poziom cukru we krwi.

Możliwe jest wykonanie badania krwi, aby sprawdzić poziom insuliny w organizmie. Jednak wartości te nie są rutynowo sprawdzane. Zamiast tego do diagnozowania chorób, takich jak stan przedcukrzycowy, T1DM i T2DM, można wykorzystać inne badania krwi, w tym test glikemii na czczo (FPG), test doustnej tolerancji glukozy (OGTT) i test hemoglobiny A1c (HbA1c).

Zaburzenia insuliny

Zaburzenia insuliny obejmują stany, w których w organizmie jest za dużo insuliny (tzw. hiperinsulinemia), stany, w których nie ma wystarczającej ilości insuliny w organizmie oraz stany, w których ilość insuliny jest zmienna, ale komórki organizmu nie są skutecznie na nią reagować. Ta ostatnia sytuacja nazywana jest insulinoopornością i jest przyczyną stanu przedcukrzycowego i T2DM.

Stan przedcukrzycowy, T1DM i T2DM są zdecydowanie najczęstszymi zaburzeniami insulinowymi. Według Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom (CDC) , w 2015 roku ponad 84 miliony Amerykanów cierpi na stan przedcukrzycowy – stan, który może prowadzić do T2DM (CDC, 2017). Ponadto ponad 30 milionów – czyli prawie 1 na 10 – osób w Stanach Zjednoczonych ma cukrzycę. Spośród nich 90-95% osób ma T2DM.

T1DM to choroba autoimmunologiczna, w której organizm przestaje wytwarzać insulinę lub wytwarza bardzo mało insuliny. Choroba autoimmunologiczna to zaburzenie, w którym organizm sam siebie atakuje. W T1DM organizm wytwarza przeciwciała, które celują i niszczą komórki beta trzustki. W rezultacie nie są już w stanie wytwarzać insuliny. T1DM była kiedyś określana jako cukrzyca młodzieńcza lub cukrzyca młodzieńcza, jednak możliwe jest rozpoznanie na nowo T1DM w wieku dorosłym. Genetyka wydaje się odgrywać przynajmniej częściową rolę w narażaniu kogoś na ryzyko rozwoju T1DM, ale nie jest to jedyny czynnik. Naukowcy uważają, że ekspozycje, takie jak ekspozycja na wirusy, również odgrywają pewną rolę. Ponieważ ludzie z T1DM nie wytwarzają insuliny, są uzależnieni od insuliny w leczeniu.

T2DM i stan przedcukrzycowy to choroby, w których organizm jest odporny na insulinę. Oznacza to, że trzustka nadal jest w stanie wytwarzać insulinę (przynajmniej na początku), ale komórki organizmu mają zmniejszoną wrażliwość na insulinę. Prowadzi to do wzrostu poziomu cukru we krwi, ponieważ glukoza nie jest skutecznie transportowana do komórek tłuszczowych i mięśniowych, ani nie jest skutecznie przechowywana w wątrobie w postaci glikogenu. Kiedy poziom jest lekko podwyższony, mówi się, że osoba ma stan przedcukrzycowy. Gdy poziom cukru we krwi przekroczy pewien próg, u danej osoby diagnozuje się T2DM.

Naukowcy nie są pewni, co dokładnie powoduje insulinooporność na poziomie molekularnym, ale najważniejszymi czynnikami ryzyka są siedzący tryb życia i nadwaga lub otyłość (zwłaszcza nadmiar tłuszczu w okolicy środka lub zwiększony obwód talii). Początkowo komórki beta trzustki mogą być w stanie nadążyć za potrzebami organizmu, kompensując insulinooporność. Jednak z biegiem czasu trzustka ulega wypaleniu i nie może wytwarzać tyle insuliny, ile potrzebuje organizm. Leki na T2DM mają na celu obniżenie poziomu cukru we krwi i zwiększenie wrażliwości organizmu na insulinę. Nieco mniej niż jedna trzecia (31%) osób z T2DM wymaga insuliny jako leczenia.

Istnieje kilka rzadszych zaburzeń, które wpływają na poziom insuliny w organizmie. Insulinoma to guzy wydzielające insulinę, co powoduje wysoki poziom insuliny we krwi i niski poziom cukru we krwi. Są one niezwykle rzadkie, a szacunkowo 4 domy na 1 000 000 osób każdego roku (UpToDate, 2019). Nesidioblastoza to kolejny stan, w którym organizm wytwarza zbyt dużo insuliny. Jednak zamiast guza wydzielającego insulinę ludzie z nesidioblastozą mają po prostu większą liczbę komórek beta w trzustce niż normalnie. Wreszcie, istnieją genetyczne przyczyny wysokiego poziomu insuliny we krwi, z którymi rodzą się niektóre osoby. Nazywa się to wrodzoną hiperinsulinizmem. Do tej pory zidentyfikowano dziewięć mutacji genów, które mogą to powodować, ale one również są bardzo rzadkie – od 1 na 2500 do 1 na 50 000.

Jakie są oznaki i objawy problemów z insuliną?

Objawy związane z problemami z insuliną są takie same, jak objawy pojawiające się, gdy poziom cukru we krwi jest zbyt wysoki lub zbyt niski.

Zbyt wysoki poziom insuliny może powodować hipoglikemię. Objawy niskiego poziomu cukru we krwi mogą zacząć się łagodnie, ale szybko mogą stać się niebezpieczne, a nawet śmiertelne. Zawierają:

  • Niepokój
  • Zawroty głowy
  • Zmęczenie
  • Bół głowy
  • Nieregularne bicie serca lub kołatanie serca (szybkie bicie serca, które przypomina trzepotanie)
  • Drżenie
  • Wyzysk
  • Zmiany w wizji
  • Zamieszanie
  • bełkotanie słów
  • Napady padaczkowe
  • Utrata przytomności
  • Śmierć

Kiedy poziom insuliny jest zbyt niski lub organizm jest oporny na insulinę, może powodować hiperglikemię. Wysoki poziom cukru we krwi może przebiegać bezobjawowo, może skutkować długotrwałymi powikłaniami lub może skutkować stanami zagrażającymi życiu, znanymi jako cukrzycowa kwasica ketonowa (DKA) i hiperosmolarny stan hiperglikemii (HHS). Objawy obejmują:

  • Zwiększone pragnienie (polidypsja)
  • Częste oddawanie moczu (wielomocz)
  • Ekstremalny głód (polifagia)
  • Brak energii
  • Utrata masy ciała
  • Zmiany wizji
  • Drętwienie, mrowienie lub ból kończyn (neuropatia)
  • Trudności w leczeniu
  • Częste infekcje
  • Choroby serca lub problemy z naczyniami krwionośnymi
  • Owocowy oddech
  • Senność
  • Ból brzucha
  • Wymioty
  • Gorączka
  • Zamieszanie
  • Jeść

Insulina jako lek

Od czasu jej odkrycia insulina była dalej testowana i rozwijana w kilka leków, które można podawać osobom z cukrzycą. Amerykańskie Stowarzyszenie Diabetologiczne (ADA) szacuje, że sześć milionów ludzi używa insuliny w Stanach Zjednoczonych (ADA, 2015).

W przeciwieństwie do innych leków na cukrzycę, insulina nie jest pigułką. Z jednym wyjątkiem musi być podawany przez skórę, zwykle za pomocą igły. Biorąc to pod uwagę, są wiele opcji dla osób przyjmujących insulinę (Shah, 2016).

  • Fiolka i strzykawka: Metoda fiolki i strzykawki jest tym, o czym zwykle myślisz, gdy wyobrażasz sobie zastrzyki z insuliny lub zastrzyki z insuliny. Polega ona na tym, że użytkownik pobiera do strzykawki z góry określoną dawkę insuliny, której następnie używa do samodzielnego wstrzykiwania.
  • Wstrzykiwacz insuliny: Wstrzykiwacze insuliny to urządzenia, w których znajduje się już insulina. Użytkownik może dostosować dawkę, zwykle za pomocą pokrętła lub innego mechanizmu. Wstrzykiwacze insulinowe są bardziej przyjazne dla użytkownika i mogą mieć również mniejsze igły, dzięki czemu są wygodniejsze w użyciu.
  • Pompa insulinowa: Pompy insulinowe to urządzenia podłączane do organizmu, które mogą dostarczać niewielkie ilości insuliny w sposób ciągły, a także większe dawki podczas posiłku. Pompy te bardziej naśladują to, co faktycznie robi trzustka w organizmie. Mogą również dostarczać bardziej precyzyjne dawki insuliny. Pompy insulinowe mogą pozwolić jednostce na większą elastyczność w jej stylu życia, ponieważ ludzie muszą tylko nosić urządzenie i nie muszą stale martwić się o indywidualne wstrzyknięcia.

W połączeniu z ciągłym monitorowaniem glikemii pompy insulinowe mogą służyć jako zamknięta forma dostarczania insuliny. Oznacza to, że poziom cukru we krwi jest stale monitorowany, a pompa odpowiednio reaguje na odczyty. Ten system jest czasami określany jako sztuczna trzustka i jest obecnie testowany.

  • Wtryskiwacz insulinowy: Wstrzykiwacze strumieniowe działają poprzez wystrzeliwanie przez skórę płynnego leku pod wysokim ciśnieniem. Mogą być skuteczną metodą dostarczania dla tych, którzy nie czują się komfortowo z igłami. Jedno badanie wykazał nawet, że wstrzykiwacz może przewyższać wstrzykiwacz insuliny w kontrolowaniu poziomu cukru we krwi osób z T2DM (Guo, 2017).
  • Insulina wziewna: Obecnie dostępna jest jedna forma insuliny wziewnej zatwierdzona przez FDA o nazwie Afrezza. Afrezza to szybko działająca forma insuliny, która zmniejsza liczbę codziennych wkłuć igłami, których może potrzebować dana osoba. Inne rodzaje insuliny wziewnej kiedyś były dostępne, ale nie były zbyt popularne , prawdopodobnie z powodu skutków ubocznych układu oddechowego (Oleck, 2016).

Podobnie jak metody podawania insuliny różnią się, tak samo różne są rodzaje insuliny, które ludzie mogą sobie podawać. Początkowo insulina stosowana w leczeniu pochodziła od zwierząt, a konkretnie od krów (insulina bydlęca) i świń (insulina wieprzowa). Teraz syntetyczna insulina ludzka jest wytwarzana przy użyciu bakterii. Aby tak się stało, naukowcy wykorzystali technologię rekombinacji DNA. Wiąże się to z pobraniem ludzkiego genu do produkcji insuliny i umieszczeniem go w kodzie genetycznym bakterii. Bakterie odczytują kod tak, jakby był ich własnym i produkują ludzką insulinę.

Jednym z celów leczenia insuliną jest naśladowanie tego, co dzieje się z insuliną w organizmie. Obejmuje to stały dopływ insuliny na niskim poziomie, który utrzymuje się przez cały dzień (nazywa się to insuliną podstawową) w połączeniu ze wzrostem insuliny w porze posiłków, aby poradzić sobie ze związanym z tym wzrostem poziomu cukru we krwi (tzw. bolusy). Mając to na uwadze, opracowano kilka różnych postaci insuliny, które różnią się w zależności od czasu wystąpienia (jak długo trwa rozpoczęcie działania insuliny), czasu szczytu (jak długo po wstrzyknięciu insulina jest najskuteczniejsza) i czasu trwania (jak długo utrzymują się efekty insuliny). Te różne formy są czasami określane jako analogi insuliny. Posortowane według szybkości działania, główne rodzaje insuliny według ADA to:

  • Szybkodziałający: zaczyna działać po 15 minutach, osiąga szczyt w ciągu 1 godziny, działa przez 2-4 godziny (np. lispro/Humalog, aspart/Novolog)
  • Regularne lub krótkotrwałe: zaczyna działać po 30 minutach, szczytowo po 2-3 godzinach, działa przez 3-6 godzin (np. Humulin R, Novolin R)
  • O pośrednim działaniu: zaczyna działać w ciągu 2-4 godzin, osiąga szczyt w ciągu 4-12 godzin, działa przez 12-18 godzin (np. NPH/Humulin N, NPH/Novolin N)
  • Długodziałające: zaczyna działać po kilku godzinach, działa przez ponad 24 godziny (np. detemir/Levemir, glargine/Basaglar, glargine/Lantus)
  • Ultradługo działający: zaczyna działać po kilku godzinach, działa przez ponad 42 godziny (np. degludec/Tresiba) ( JEST )

W niektórych przypadkach można łączyć różne rodzaje insuliny.

Jeśli przyjmujesz insulinę w leczeniu cukrzycy, ważne jest, abyś porozmawiał z pracownikiem służby zdrowia o dawkowaniu. Śledzenie poziomu glukozy we krwi jest dobrym sposobem na określenie, czy doświadczasz wielu epizodów hipoglikemii lub hiperglikemii, co może wskazywać, że dawka powinna ulec zmianie.

Bibliografia

  1. Amerykańskie Stowarzyszenie Diabetologiczne. (b.d.). Podstawy insuliny. Pobrano z https://www.diabetes.org/diabetes/medication-management/insulin-other-injectables/insulin-basics .
  2. Amerykańskie Stowarzyszenie Diabetologiczne. (2015). Szybkie fakty Dane i statystyki dotyczące cukrzycy . SZYBKIE FAKTY Dane i statystyki dotyczące cukrzycy . Pobrano z https://professional.diabetes.org/content/fast-facts-data-and-statistics-about-diabetes .
  3. Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom. (2017, 18 lipca). Nowy raport CDC: Ponad 100 milionów Amerykanów ma cukrzycę lub stan przedcukrzycowy. Pobrano z https://www.cdc.gov/media/releases/2017/p0718-diabetes-report.html .
  4. Guo, L., Xiao, X., Sun, X. i Qi, C. (2017). Porównanie wstrzykiwacza strumieniowego i pena insulinowego w kontrolowaniu stężenia glukozy i insuliny w osoczu u pacjentów z cukrzycą typu 2. Lekarstwo , 96 (1). doi: 10.1097/md.0000000000005482, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28072690
  5. Oleck, J., Kassam, S. i Goldman, J.D. (2016). Komentarz: Dlaczego insulina wziewna okazała się porażką na rynku? Widmo cukrzycy , 29 (3), 180–184. doi: 10.2337 / diaspect.29.3.180, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5001220/
  6. Shah, R., Shah, V., Patel, M. i Maahs, D. (2016). Metody dostarczania insuliny: przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. Międzynarodowy Dziennik Badań Farmaceutycznych , 6 (1), 1. doi: 10.4103 / 2230-973x.176456, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4787057/
  7. Aktualny. (2019). Insulinoma. Pobrano z https://www.uptodate.com/contents/insulinoma .
  8. Vecchio, I., Tornali, C., Bragazzi, N. L. i Martini, M. (2018). Odkrycie insuliny: ważny kamień milowy w historii medycyny. Granice w endokrynologii , 9 . doi: 10.3389 / fendo.2018.00613, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30405529
Zobacz więcej