Insulinas yra sudarytas iš amino rūgščių. Insulino struktūra. Kontraindikacijos medicininiam naudojimui

Kuris organas gamina insuliną ir kaip, veikimo mechanizmas

5 (100 proc.) balsavo už 1

Visi diabetikai žino, kas tai yra ir kad jis reikalingas gliukozės kiekiui kraujyje mažinti. Bet kokia jo sandara, kuris organas gamina insuliną ir koks veikimo mechanizmas? Tai bus aptariama šiame straipsnyje. Skirta smalsiausiems diabetikams...

Kuris organas žmogaus organizme gamina insuliną?

Žmogaus organas, atsakingas už hormono insulino gamybą kasos. Pagrindinė liaukos funkcija yra endokrininė.

Atsakymas į klausimą: „Koks ar kuris žmogaus organas gamina insuliną“ yra kasa.

Kasos salelių (Langerhanso) dėka gaminami 5 hormonų tipai, kurių dauguma reguliuoja „cukraus reikalus“ organizme.

• ląstelės - gamina gliukagoną (stimuliuoja kepenų glikogeno skaidymąsi į gliukozę, palaiko pastovų cukraus kiekį)
• b ląstelės – gamina insuliną
• d ląstelės – sintetina somatostatiną (gali sumažinti kasos insulino ir gliukagono gamybą)
• G ląstelės – gaminamas gastrinas (reguliuoja somastotino sekreciją, dalyvauja skrandžio veikloje)
• PP ląstelės - gamina kasos polipeptidą (skatina skrandžio sulčių gamybą)

Dauguma ląstelių yra beta ląstelės (b ląstelės), kurios daugiausia randamos liaukos gale ir galvoje ir išskiria diabetinį hormoną insuliną.

Atsakymas į klausimą: „Ką, be insulino, gamina kasa“, yra skrandžio veiklai skirti hormonai.

Insulino sudėtis, molekulių struktūra

Kaip matome paveikslėlyje, insulino molekulė susideda iš dviejų polipeptidinių grandinių. Kiekviena grandinė susideda iš aminorūgščių liekanų. A grandinėje yra 21 likutis, B grandinėje – 30. Be to, insulinas susideda iš 51 aminorūgščių liekana. Grandinės yra sujungtos į vieną molekulę disulfidiniais tilteliais, kurie susidaro tarp cisteino liekanų.

Įdomu tai, kad kiaulių insulino molekulės struktūra yra beveik vienoda, skirtumas yra tik vienoje liekanoje - vietoj treonino kiaulėse B grandinėje yra alanino. Būtent dėl ​​šio panašumo kiaulienos insulinas dažnai naudojamas injekcijoms daryti. Beje, naudojamas ir galvijus, bet jis skiriasi 3 likučiais, vadinasi, mažiau tinkamas žmogaus organizmui.

Insulino gamyba organizme, veikimo mechanizmas, savybės

Padidėjus gliukozės kiekiui kraujyje, insuliną gamina kasa.

Hormono susidarymą galima suskirstyti į kelis etapus:

• Iš pradžių liaukoje susidaro neaktyvi insulino forma - preproinsulinas . Jį sudaro 110 aminorūgščių liekanų, sukurtų sujungus keturis peptidus – L, B, C ir A.
• Tada preproinsulinas sintetinamas endoplazminiame tinkle. Kad prasiskverbtų pro membraną, L-peptidas, kurį sudaro 24 liekanos, yra atskilęs. Taip atsiranda proinsulino.
• Proinsulinas patenka į Golgi kompleksą, kur tęs savo brendimą. Brandinimo metu atskiriamas C-peptidas (sudarytas iš 31 liekanos), kuris jungia B ir A peptidus. Šiuo metu proinsulino molekulė yra padalinta į dvi polipeptidines grandines, kurios sudaro reikiamą molekulę insulino .

Kaip veikia insulinas

Tam, kad išskiria insuliną iš granulių, kuriame jis dabar saugomas, turite informuoti kasą apie gliukozės kiekio kraujyje padidėjimą. Norint tai pasiekti, yra visa grandinė tarpusavyje susijusių procesų, kurie suaktyvėja, kai cukraus kiekis pakyla.

• Gliukozė ląstelėje vyksta glikolize ir susidaro adenozino trifosfatas (ATP).
• ATP kontroliuoja kalio jonų kanalų uždarymą, sukeldamas ląstelės membranos depoliarizaciją.
• Depoliarizacija atveria kalcio kanalus, sukeldama pastebimą kalcio antplūdį į ląstelę.
• Granulės, kuriose laikomas insulinas, reaguoja į šį padidėjimą ir išskiria reikiamą insulino kiekį. Išleidimas įvyksta padedant egzocitozė. Tai yra, granulė susilieja su ląstelės membrana, cinkas, kuris slopino insulino veiklą, atsiskiria ir aktyvus insulinas patenka į žmogaus organizmą.

Taigi žmogaus organizmas gauna reikiamą gliukozės kiekį kraujyje reguliatorių.

Už ką atsakingas insulinas, jo vaidmuo žmogaus organizme

Hormonas insulinas dalyvauja visuose medžiagų apykaitos procesuose žmogaus organizme. Tačiau svarbiausias jo vaidmuo yra angliavandenių apykaitą. Insulino poveikis angliavandenių apykaitai yra pernešti gliukozę tiesiai į kūno ląsteles. Riebalai ir raumenys, kurie sudaro du trečdalius žmogaus audinių, yra priklausomi nuo insulino. Be insulino gliukozė negali patekti į jų ląsteles. Be to, insulinas taip pat:

• reguliuoja aminorūgščių pasisavinimą
• reguliuoja kalio, magnio ir fosfato jonų pernešimą
• pagerina riebalų rūgščių sintezę
• sumažina baltymų skilimą

Žemiau pateikiamas labai įdomus vaizdo įrašas apie insuliną.

Atsakymas į klausimą: „Kodėl organizmui reikalingas insulinas?“ – angliavandenių ir kitų medžiagų apykaitos procesų organizme reguliavimas.

Išvados

Šiame straipsnyje aš stengiausi kuo aiškiau paaiškinti, kuris organas gamina insuliną, gamybos procesą ir kaip hormonas veikia žmogaus organizmą. Taip, turėjau vartoti keletą sudėtingų terminų, bet be jų nebūtų buvę įmanoma kuo išsamiau atskleisti temos. Tačiau dabar matote, koks sudėtingas iš tikrųjų yra insulino atsiradimo procesas, jo veikimas ir poveikis mūsų sveikatai.

ANGLIAVANDENIŲ APYMAI SUTRIKIMAI“.

Angliavandenių apykaitos patologiją galima pavaizduoti deriniu kataboliniai sutrikimai Ir anabolinės transformacijos angliavandenių.

Angliavandenių katabolizmo sutrikimai:

1. Sutrikęs virškinimas ir angliavandenių pasisavinimas žarnyne.
2. Kepenų funkcijos sutrikimas, dėl kurio sutrinka glikogenogenezė ir glikogenolizė bei gliukozės pavertimas piruvo rūgštimi, katalizuojamas glikolitinių fermentų.
3. Gliukozės katabolizmo pažeidimas periferinėse ląstelėse.

Angliavandenių anabolizmo sutrikimai pasireiškia glikogeno sintezės ir nusėdimo kepenyse (glikogenezės) sutrikimais.Šio proceso sutrikimai stebimi hipoksijos metu.

Dažniausia angliavandenių apykaitos sutrikimų priežastis yra neurohormoninio reguliavimo sutrikimas.

Yra tam tikrų įrodymų, kad nervų sistema dalyvauja reguliuojant gliukozės kiekį kraujyje.

Taigi Claude'as Bernardas pirmasis parodė, kad injekcija į ketvirtojo skilvelio apačią sukelia hiperglikemiją („cukraus injekcija“). Gliukozės koncentracijos kraujyje padidėjimas gali sudirginti pagumburio pilką gumbą, lęšinį branduolį ir smegenų bazinių ganglijų striatumą. Cannon pastebėjo, kad psichinis stresas ir emocijos gali padidinti gliukozės kiekį kraujyje. Hiperglikemija taip pat pasireiškia skausmo metu, epilepsijos priepuolių metu ir kt.

Šiandien įrodyta, kad nervų sistemos įtaką gliukozės kiekiui kraujyje lemia daugybė hormonų. Galimos šios parinktys:

1. CNS → simpatinė nervų sistema → antinksčių šerdis → adrenalinas → hiperglikemija (C. Bernard injekcija).
2. CNS → parasimpatinė nervų sistema → kasos salelės → insulinas ir gliukagonas.
3. CNS → simpatinė nervų sistema → antinksčių šerdis → adrenalinas → kasos salelių β ląstelės → insulino sekrecijos slopinimas.
4. CNS → pagumburis → adenohipofizė → AKTH → gliukokortikoidai → hiperglikemija.

Angliavandenių apykaitos hormoninio reguliavimo pažeidimas gali atsirasti ne tik tada, kai sutrinka centriniai atitinkamų endokrininių liaukų veiklos reguliavimo mechanizmai, bet ir patologija patys liaukos arba pas periferinių hormonų veikimo mechanizmų sutrikimas.

Hormonai, dalyvaujantys reguliuojant angliavandenių apykaitą, skirstomi į dvi grupes : insulino Ir kontrainsuliniai hormonai.

Kontrinsulinis vadinami hormonais, kurie pagal savo biologinį poveikį yra insulino antagonistai. Jie apima adrenalinas, gliukagonas, gliukokortikoidai, kortikotropinas, augimo hormonas, skydliaukės hormonai.

Pagrindinis veiksnys, sutrikdantis hormoninį angliavandenių apykaitos reguliavimą, yra insulino ir kontrainsulinių hormonų aktyvumo ryšio pasikeitimas. Insulino trūkumą ir kontrainsulinių hormonų įtakos vyravimą lydi hiperglikemija.

insulino.

Priklausomai nuo jautrumo insulinui struktūros organizmai skirstomi į tris grupes :

1. Visiškai priklausomas nuo insulino. Tai kepenys, raumenys (skeletas, miokardas), riebalinis audinys.
2. Visiškai nejautrus. Tai smegenys, antinksčių šerdis, raudonieji kraujo kūneliai, sėklidės.
3. Santykinai jautrus(visi kiti organai ir audiniai).

Biologinis insulino poveikis.

1. Hipoglikeminis poveikis . Insulinas mažina gliukozės kiekį kraujyje:

a) procesų, užtikrinančių gliukozės išsiskyrimą iš kepenų į kraują (glikogenolizė ir gliukoneogenezė), slopinimas;

b) padidėjęs nuo insulino priklausomų audinių (raumenų, riebalų) suvartojimas gliukozės;

2 Anabolinis poveikis . Insulinas skatina lipogenezę riebaliniame audinyje, glikogenezę kepenyse ir baltymų biosintezę raumenyse.

3. Mitogeninis poveikis . Didelėmis dozėmis insulinas skatina ląstelių proliferaciją in vivo ir in vitro.

Priklausomai nuo įvykio greičio insulino poveikis padalintas į:

1. Labai greitai(įvyksta per kelias sekundes) – gliukozės ir jonų pernešimo membranoje pokyčiai.
2. Greitai(trunka minutes) – alosterinis anabolinių fermentų aktyvinimas ir katabolinių fermentų slopinimas.
3. Lėtas(trunka nuo kelių minučių iki kelių valandų) – anabolinių fermentų sintezės indukcija ir katabolinių fermentų sintezės slopinimas.
4. Labai lėtas(nuo kelių valandų iki kelių dienų) – mitogeninis poveikis.

Kontrinsuliniai hormonai.

Esant įtakai adrenalinas padidėja gliukozės kiekis kraujyje. Šis poveikis pagrįstas toliau nurodytais dalykais mechanizmai:

1. Glikogenolizės aktyvinimas kepenyse. Jis susijęs su hepatocitų adenilato ciklazės sistemos aktyvavimu ir galimu aktyvios fosforilazės formos susidarymu.
2. Glikogenolizės aktyvinimas raumenyse, o po to gliukoneogenezės aktyvinimas kepenyse. Šiuo atveju pieno rūgštis, išsiskirianti iš raumenų audinio į kraują, eina į gliukozės susidarymą hepatocituose.
3. Gliukozės įsisavinimo slopinimas nuo insulino priklausomuose audiniuose, tuo pačiu metu suaktyvinant lipolizę riebaliniame audinyje.
4. Insulino sekrecijos slopinimas β-ląstelėmis ir gliukagono sekrecijos stimuliavimas kasos salelių α-ląstelėmis.

Paprastai adrenalino hiperglikemija trunka neilgai, tačiau su antinksčių šerdies navikais (feochromocitoma) ji yra pastovesnė.

gliukagonas , išsiskiriantis simpatiškai stimuliuojant kasos salelių α-ląstelių β-adrenerginius receptorius, taip pat prisideda prie hiperglikemijos. Šis poveikis pagrįstas šiais mechanizmais:

1. Glikogenolizės aktyvinimas kepenyse.
2. Gliukoneogenezės aktyvinimas hepatocituose.

Abu mechanizmai yra susiję su cAMP.

Kontrainsulinių hormonų grupė taip pat apima gliukokortikoidai . Jie aktyvina gliukoneogenezės procesus kepenyse, padidindami:

a) atitinkamų fermentų sintezė (įtaka transkripcijai);

padidėjusi proteolizė raumenyse.

Be to, gliukokortikoidai mažina nuo insulino priklausomų audinių gliukozės pasisavinimą.

Kortikotropinas veikia panašiai kaip gliukokortikoidai, nes skatindamas gliukokortikoidų išsiskyrimą stiprina gliukoneogenezę ir slopina heksokinazės aktyvumą.

Padidėjusi adenohipofizės hormono gamyba somatotropinas (augimo hormonas), pavyzdžiui, sergant akromegalija, kartu išsivysto atsparumas insulinui raumenyse ir riebaliniame audinyje – jie tampa nejautrūs insulino veikimui. To pasekmė – hiperglikemija.

Skydliaukės hormonai taip pat dalyvauja reguliuojant angliavandenių apykaitą. Yra žinoma, kad skydliaukės hiperfunkcijai būdingas organizmo atsparumo angliavandeniams sumažėjimas. Tiroksinas skatina gliukozės pasisavinimą žarnyne, taip pat padidina fosforilazės aktyvumą kepenyse.

Adrenalino hiperglikeminis poveikis trunka iki 10 minučių, gliukagono – 30-60 minučių, gliukokortikoidų – nuo ​​kelių valandų iki kelių dienų, somatotropinio hormono – savaites, mėnesius, metus.

Padidėjus insulino kiekiui, išsivysto hipoglikemija, o jo koncentracijai mažėjant – hiperglikemija.

Padidėjus kontrainsulinių hormonų kiekiui, išsivysto hiperglikemija, o sumažėjus - hipoglikemija.

Angliavandenių apykaitos reguliavimo būklė, organizmo gebėjimas pasisavinti tam tikrą angliavandenių kiekį vertinamas pagal angliavandenių tolerancija , kuris nustatomas naudojant gliukozės apkrovą. Sveiko žmogaus, vieną valandą tuščiu skrandžiu išgėrus 50 g gliukozės, gliukozės kiekis kraujyje pasiekia maksimumą, pradinį lygį viršija 50-75% (maždaug 8,0-8,8 mmol/l). Pasibaigus antrai valandai po gliukozės vartojimo, jos kiekis kraujyje normalizuojasi.

Angliavandenių tolerancija nustato maksimalų gliukozės kiekį, kurį organizmas gali pasisavinti be gliukozurijos atsiradimo. Žmonėms tai sudaro 160–180 g gliukozės, išgeriamos tuščiu skrandžiu. Su sumažinta tolerancija angliavandeniams glikozurija išsivysto nuo suvartotos mažiau gliukozės. Apskritai glikozurija pasireiškia tada, kai gliukozės kiekis kraujyje viršija inkstų slenkstį – 8 mmol/l (kai kurių autorių teigimu, 10 mmol/l). Esant didelei gliukozės koncentracijai kraujyje, fermentinės sistemos, atsakingos už gliukozės reabsorbcijos procesą inkstų kanalėliuose (heksokinazė, fosfatazė), neužtikrina visos gliukozės fosforilinimo ir dalis jos pasišalina su šlapimu.

Kai kuriais atvejais glikozurija pasireiškia be hiperglikemijos. Taip yra dėl gliukozės fosforilinimo proceso sutrikimo inkstuose, pavyzdžiui, įvedus chloridziną (glikozidą iš vaismedžių žievės), kuris slopina fosforilinimą. Kai sutrinka fermentiniai procesai inkstuose, kuriais grindžiama gliukozės reabsorbcija, išsivysto inkstų diabetas.

Hipoglikemija - tai yra gliukozės koncentracijos kraujo plazmoje sumažėjimas iki tokio lygio, dėl kurio atsiranda klinikinių simptomų, kurie išnyksta normalizavus šios medžiagos kiekį.

Hipoglikemijos požymiai dažniausiai atsiranda, kai gliukozės kiekis sumažėja žemiau 4 mol/l.

Hipoglikemijos mechanizmai:

1. Sumažinti gliukozės patekimą į kraują. Taip atsitinka su nevalgimu, virškinimo sutrikimais (amilolitinių fermentų stoka, absorbcijos sutrikimais), su paveldimais ir įgytais glikogenolizės ir gliukoneogenezės kepenyse sutrikimais.
2. Padidėjęs gliukozės vartojimas organizmo energijos poreikiams patenkinti (pavyzdžiui, sunkus fizinis darbas).
3. Gliukozės praradimas(glikozurija) arba jos vartojimas kitiems tikslams (piktybiniai navikai).

Klinikiniai hipoglikemijos požymiai susiję su dviem organizmo sutrikimų grupėmis:

1. Sutrikęs gliukozės tiekimas į smegenis. Priklausomai nuo hipoglikemijos laipsnio, išsivysto tokie simptomai kaip galvos skausmas, nesugebėjimas susikaupti, nuovargis, netinkamas elgesys, haliucinacijos, traukuliai, hipoglikeminė koma.
2. Simpatoadrenalinės sistemos aktyvinimas. Tai sukelia širdies plakimą, padidėjusį prakaitavimą, drebulį ir alkio jausmą.

Hipoglikeminė koma yra sunkiausia hipoglikemijos pasekmė ir, laiku nesuteikus pagalbos (gliukozės skyrimo), baigiasi mirtimi. Jam būdingas sąmonės netekimas, refleksų praradimas ir gyvybinių funkcijų sutrikimai. Hipoglikeminė koma išsivysto, kai gliukozės kiekis kraujo plazmoje sumažėja žemiau 2,5 mmol/l.

Hiperglikemija - tai gliukozės koncentracijos plazmoje padidėjimas virš 6,66 mmol/l, kai nustatyta Hagedorn-Jensen metodu.

Hiperglikemijos mechanizmai:

1. Gliukozės patekimo į kraują padidėjimas. Tai atsitinka po valgio (virškinimo hiperglikemija), su padidėjusia glikogenolize ir gliukoneogeneze kepenyse (sumažėjęs insulino kiekis arba padidėjusi kontrainsulinių hormonų koncentracija).
2. Sutrikęs gliukozės panaudojimas s periferiniai audiniai. Taigi, mažėjant insulino kiekiui, sutrinka gliukozės tiekimas ir panaudojimas nuo insulino priklausomuose audiniuose (raumenyse, riebaliniame audinyje, kepenyse).

Diabetas yra liga, atsirandanti dėl absoliutaus arba santykinio insulino trūkumo, kartu su medžiagų apykaitos sutrikimais, daugiausia angliavandenių.

Diabetas yra liga, kuri negydoma pasireiškia kaip lėtinis gliukozės kiekio kraujyje padidėjimas – hiperglikemija (PSO apibrėžimas, 1987).

Cukriniu diabetu serga 1-4% gyventojų.

Pagrindinės diabeto apraiškos– hiperglikemija, kartais siekianti 25 mmol/l, glikozurija, kai gliukozės kiekis šlapime iki 555-666 mmol/d. (100-120 g/d.), poliurija (iki 10-12 litrų šlapimo per dieną), polifagija ir polidipsija. Taip pat būdingas pieno rūgšties kiekio padidėjimas (laktocidemija) - virš 0,8 mmol/l (normalus 0,033-0,78 mmol/l); lipemija - 50-100 g/l (norma 3,5-8,0 g/l), kartais ketonemija (nustatyta acetonu), kai ketoninių kūnų kiekis padidėja iki 5200 µmol/l (norma mažesnė nei 517 µmol/l).

Eksperimentiniai cukrinio diabeto modeliai:

1. Kasos cukrinis diabetas– 9/10 kasos pašalinimas šunims (Mering ir Minkowski, 1889).
2. Aloksano cukrinis diabetas– vienkartinė aloksano injekcija gyvūnams – medžiagos, kuri selektyviai pažeidžia kasos salelių β ląsteles.
3. Streptozotocino cukrinis diabetas– antibiotiko skyrimas gyvūnams – streptozotocinas, kuris selektyviai pažeidžia kasos salelių β ląsteles.

Insulinas yra pagrindinis vaistas pacientams, sergantiems 1 tipo cukriniu diabetu. Kartais jis naudojamas ir sergančiojo būklei stabilizuoti bei jo savijautai pagerinti sergant antrojo tipo ligomis. Ši medžiaga pagal savo prigimtį yra hormonas, kuris mažomis dozėmis gali paveikti angliavandenių apykaitą.

Paprastai kasa gamina pakankamą insulino kiekį, kuris padeda palaikyti fiziologinį cukraus kiekį kraujyje. Tačiau esant rimtiems endokrininiams sutrikimams, vienintelė galimybė padėti pacientui dažnai yra insulino injekcijos. Deja, jo negalima vartoti per burną (tablečių pavidalu), nes jis visiškai sunaikinamas virškinamajame trakte ir praranda savo biologinę vertę.

Daugelis diabetikų tikriausiai bent kartą susimąstė, iš ko gaminamas insulinas, kuris naudojamas medicinos reikmėms? Šiuo metu šis vaistas dažniausiai gaunamas naudojant genų inžineriją ir biotechnologijas, tačiau kartais jis išgaunamas iš gyvūninės kilmės žaliavų.

Preparatai, gauti iš gyvūninės kilmės žaliavų

Šio hormono išgavimas iš kiaulių ir galvijų kasos yra sena technologija, kuri šiandien naudojama retai. Taip yra dėl žemos gauto vaisto kokybės, polinkio sukelti alergines reakcijas ir nepakankamo gryninimo laipsnio. Faktas yra tas, kad kadangi hormonas yra baltyminė medžiaga, jis susideda iš tam tikro aminorūgščių rinkinio.

Kiaulės organizme gaminamas insulinas aminorūgščių sudėtimi skiriasi nuo žmogaus insulino 1 aminorūgštimi, o galvijų insulino – 3.

XX amžiaus pradžioje ir viduryje, kai panašių vaistų dar nebuvo, net toks insulinas tapo proveržiu medicinoje ir leido pakelti diabetikų gydymą į naują lygmenį. Šiuo metodu gauti hormonai sumažino cukraus kiekį kraujyje, tačiau dažnai sukeldavo šalutinį poveikį ir alergiją. Aminorūgščių ir priemaišų sudėties skirtumai vaiste turėjo įtakos pacientų būklei, ypač pažeidžiamesnių kategorijų pacientų (vaikų ir pagyvenusių žmonių) būklei. Kita tokio insulino prasto toleravimo priežastis yra jo neaktyvaus pirmtako (proinsulino) buvimas vaiste, kurio buvo neįmanoma atsikratyti naudojant šį vaisto variantą.

Šiais laikais yra patobulintų kiaulienos insulinų, kurie šių trūkumų neturi. Jie gaunami iš kiaulės kasos, bet po to yra papildomai apdorojami ir valomi. Jie yra daugiakomponentiniai ir juose yra pagalbinių medžiagų.

Modifikuotas kiaulienos insulinas praktiškai nesiskiria nuo žmogaus hormono, todėl jis vis dar naudojamas praktikoje

Tokius vaistus pacientai daug geriau toleruoja ir praktiškai nesukelia nepageidaujamų reakcijų, neslopina imuninės sistemos ir efektyviai mažina cukraus kiekį kraujyje. Šiuo metu galvijų insulinas medicinoje nenaudojamas, nes dėl svetimos struktūros jis neigiamai veikia imuninę ir kitas žmogaus organizmo sistemas.

Genetiškai modifikuotas insulinas

Žmogaus insulinas, naudojamas diabetikams, komerciškai gaminamas dviem būdais:

• naudojant fermentinį kiaulienos insulino apdorojimą;
• naudojant genetiškai modifikuotas E. coli ar mielių padermes.

Pasikeitus fizikiniams ir cheminiams pokyčiams, kiaulienos insulino molekulės, veikiamos specialių fermentų, tampa identiškos žmogaus insulinui. Gauto vaisto aminorūgščių sudėtis nesiskiria nuo natūralaus hormono, kuris gaminamas žmogaus organizme, sudėties. Gamybos procese vaistas yra labai išgrynintas, todėl nesukelia alerginių reakcijų ar kitų nepageidaujamų apraiškų.

Tačiau dažniausiai insulinas gaunamas naudojant modifikuotus (genetiškai pakeistus) mikroorganizmus. Bakterijos arba mielės buvo biotechnologiškai pakeistos, kad jos galėtų gaminti savo insuliną.

Be paties insulino gamybos, svarbų vaidmenį atlieka jo gryninimas. Siekiant užtikrinti, kad vaistas nesukeltų alerginių ar uždegiminių reakcijų, kiekviename etape būtina stebėti mikroorganizmų padermių ir visų tirpalų, taip pat naudojamų ingredientų grynumą.

Yra 2 būdai, kaip gaminti insuliną tokiu būdu. Pirmasis iš jų pagrįstas dviejų skirtingų vieno mikroorganizmo padermių (rūšių) naudojimu. Kiekvienas iš jų sintezuoja tik vieną hormono DNR molekulės grandinę (iš viso yra dvi, jos susisukusios spirale). Tada šios grandinės sujungiamos, o gautame tirpale jau galima atskirti aktyvias insulino formas nuo tų, kurios neturi jokios biologinės reikšmės.

Antrasis vaistų gamybos būdas naudojant E. coli arba mieles pagrįstas tuo, kad mikrobas pirmiausia gamina neaktyvų insuliną (ty jo pirmtaką – proinsuliną). Tada, naudojant fermentinį gydymą, ši forma aktyvuojama ir naudojama medicinoje.

Darbuotojai, galintys patekti į tam tikras gamybos vietas, visada turi dėvėti sterilų apsauginį kostiumą, kad vaistas nepatektų į žmogaus biologinius skysčius.

Visi šie procesai dažniausiai yra automatizuoti, oras ir visi paviršiai, besiliečiantys su ampulėmis ir buteliukais, yra sterilūs, o įrangos linijos hermetiškai uždarytos.

Biotechnologijų metodai leidžia mokslininkams galvoti apie alternatyvius diabeto problemos sprendimus. Pavyzdžiui, šiuo metu atliekami ikiklinikiniai dirbtinių kasos beta ląstelių gamybos tyrimai, kuriuos galima gauti naudojant genų inžinerijos metodus. Galbūt ateityje jie bus naudojami siekiant pagerinti sergančio žmogaus šio organo veiklą.

Šiuolaikinių gaminių gamyba yra sudėtingas technologinis procesas, apimantis automatizavimą ir minimalų žmogaus įsikišimą.

Papildomi komponentai

Šiuolaikiniame pasaulyje beveik neįmanoma įsivaizduoti insulino gamybos be pagalbinių medžiagų, nes jie gali pagerinti jo chemines savybes, pailginti veikimo laiką ir pasiekti aukštą grynumo laipsnį.

Pagal savo savybes visi papildomi ingredientai gali būti suskirstyti į šias klases:

• prailgintuvai (medžiagos, kurios naudojamos ilgesniam vaisto poveikiui užtikrinti);
• dezinfekavimo komponentai;
• stabilizatoriai, kurių dėka palaikomas optimalus vaisto tirpalo rūgštingumas.

Prailginantys priedai

Yra pailginto veikimo insulinų, kurių biologinis aktyvumas tęsiasi nuo 8 iki 42 valandų (priklausomai nuo vaistų grupės). Toks efektas pasiekiamas į injekcinį tirpalą įdedant specialių medžiagų – prailgintojų. Dažniausiai šiam tikslui naudojamas vienas iš šių junginių:

• baltymai;
• cinko chlorido druskos.

Baltymai, kurie prailgina vaisto poveikį, yra kruopščiai išvalomi ir mažai alergizuojantys (pavyzdžiui, protaminas). Cinko druskos taip pat neturi neigiamos įtakos insulino veiklai ar žmogaus savijautai.

Antimikrobiniai komponentai

Insulino dezinfekcijos priemonės būtinos, kad laikant ir naudojant jame nesidaugintų mikrobų flora. Šios medžiagos yra konservantai ir užtikrina vaisto biologinio aktyvumo išsaugojimą. Be to, jei pacientas hormono iš vieno buteliuko skiria tik sau, vaisto jam gali užtekti kelioms dienoms. Dėl kokybiškų antibakterinių komponentų nereikės išmesti nepanaudoto vaisto dėl teorinės mikrobų dauginimosi galimybės tirpale.

Gaminant insuliną kaip dezinfekavimo komponentus gali būti naudojamos šios medžiagos:

• metakrezolis;
• fenolis;
• parabenai.

Jei tirpale yra cinko jonų, jie taip pat veikia kaip papildomas konservantas dėl savo antimikrobinių savybių

Tam tikri dezinfekavimo komponentai tinka kiekvieno tipo insulino gamybai. Jų sąveika su hormonu turi būti tiriama ikiklinikinių tyrimų stadijoje, nes konservantas neturėtų sutrikdyti insulino biologinio aktyvumo ar kitaip neigiamai paveikti jo savybes.

Konservantų naudojimas daugeliu atvejų leidžia hormoną leisti po oda, iš anksto neapdorojus alkoholiu ar kitais antiseptikais (gamintojas dažniausiai tai nurodo instrukcijose). Tai supaprastina vaisto vartojimą ir sumažina parengiamųjų manipuliacijų skaičių prieš pačią injekciją. Tačiau ši rekomendacija veikia tik tuo atveju, jei tirpalas suleidžiamas naudojant individualų insulino švirkštą su plona adata.

Stabilizatoriai

Norint užtikrinti, kad tirpalo pH būtų palaikomas tam tikrame lygyje, reikalingi stabilizatoriai. Vaisto saugumas, jo aktyvumas ir cheminių savybių stabilumas priklauso nuo rūgštingumo lygio. Gaminant injekcinius hormonus diabetu sergantiems pacientams, dažniausiai tam naudojami fosfatai.

Insulinams su cinku tirpalo stabilizatoriai ne visada reikalingi, nes metalų jonai padeda išlaikyti reikiamą pusiausvyrą. Jei jie vis dėlto naudojami, vietoj fosfatų naudojami kiti cheminiai junginiai, nes dėl šių medžiagų derinio susidaro nuosėdos ir vaistas netinkamas. Svarbi visų stabilizatorių savybė yra saugumas ir nesugebėjimas reaguoti su insulinu.

Injekcinius vaistus nuo diabeto kiekvienam pacientui turi pasirinkti kompetentingas endokrinologas. Insulino užduotis yra ne tik palaikyti normalų cukraus kiekį kraujyje, bet ir nepakenkti kitiems organams bei sistemoms. Vaistas turi būti chemiškai neutralus, mažai alergiškas ir, pageidautina, įperkamas. Taip pat gana patogu, jei pasirinktą insuliną galima maišyti su kitomis jo versijomis, atsižvelgiant į veikimo trukmę.

Paskutinį kartą atnaujinta: 2019 m. birželio 1 d

Insulinas (iš lot. insula- salelė) yra baltyminis peptidinis hormonas, kurį gamina Langerhanso salelių β ląstelės kasoje. Fiziologinėmis sąlygomis β ląstelėse insulinas susidaro iš preproinsulino, vienos grandinės pirmtako baltymo, susidedančio iš 110 aminorūgščių liekanų. Pernešamas per šiurkščią endoplazminio tinklo membraną, 24 aminorūgščių signalinis peptidas yra suskaidomas iš preproinsulino ir susidaro proinsulinas. Ilgoji proinsulino grandinė Golgi aparate supakuota į granules, kuriose keturios pagrindinės aminorūgščių liekanos suskaidomos hidrolizės būdu, kad susidarytų insulinas ir C-galo peptidas (fiziologinė C-peptido funkcija nežinoma).

Insulino molekulė susideda iš dviejų polipeptidinių grandinių. Viename iš jų yra 21 aminorūgšties liekana (grandinė A), antrame – 30 aminorūgščių liekanų (B grandinė). Grandines jungia du disulfidiniai tilteliai. Trečiasis disulfidinis tiltelis susidaro grandinės A viduje. Bendra insulino molekulės molekulinė masė yra apie 5700. Insulino aminorūgščių seka laikoma konservatyvia. Dauguma rūšių turi vieną insulino geną, kuris koduoja vieną baltymą. Išimtis yra žiurkės ir pelės (jos turi du insulino genus), jos gamina du insulinus, kurie skiriasi dviem B grandinės aminorūgščių liekanomis.

Pirminė insulino struktūra įvairiose biologinėse rūšyse, įskaitant. o tarp skirtingų žinduolių šiek tiek skiriasi. Žmogaus insulinui artimiausia struktūra yra kiaulienos insulinas, kuris nuo žmogaus insulino skiriasi viena aminorūgštimi (jo B grandinėje vietoj treonino aminorūgšties liekanos yra alanino liekana). Galvijų insulinas nuo žmogaus insulino skiriasi trimis aminorūgščių liekanomis.

Istorinė nuoroda. 1921 m. Frederickas G. Bantingas ir Charlesas G. Bestas, dirbdami Johno J. R. MacLeodo laboratorijoje Toronto universitete, išskyrė kasos ekstraktą (vėliau nustatyta, kad jame yra amorfinio insulino), kuris sumažino gliukozės kiekį šunų kraujyje eksperimentiniais tyrimais. cukrinis diabetas. 1922 m. pirmajam pacientui, 14-mečiui Leonardui Thompsonui, sergančiam cukriniu diabetu, buvo suleista kasos ekstrakto ir taip išgelbėta jo gyvybė. 1923 m. Jamesas B. Collipas sukūrė iš kasos išskirto ekstrakto gryninimo metodą, kuris vėliau leido gauti aktyvius kiaulių ir galvijų kasos ekstraktus, kurie duoda atkuriamus rezultatus. 1923 m. Bantingas ir MacLeodas buvo apdovanoti Nobelio fiziologijos ir medicinos premija už insulino atradimą. 1926 metais J. Abelis ir V. Du Vigneault gavo kristalinės formos insuliną. 1939 m. insuliną pirmą kartą patvirtino FDA (Maisto ir vaistų administracija). Frederickas Sangeris visiškai iššifravo insulino aminorūgščių seką (1949-1954).1958 metais Sangeris buvo apdovanotas Nobelio premija už darbą iššifruojant baltymų, ypač insulino, struktūrą. 1963 metais buvo susintetintas dirbtinis insulinas. Pirmąjį rekombinantinį žmogaus insuliną FDA patvirtino 1982 m. Greito veikimo insulino analogas (insulinas lispro) buvo patvirtintas FDA 1996 m.

Veiksmo mechanizmas.Įgyvendinant insulino poveikį, pagrindinį vaidmenį atlieka jo sąveika su specifiniais receptoriais, lokalizuotais ląstelės plazmos membranoje, ir insulino-receptorių komplekso susidarymui. Kartu su insulino receptoriumi insulinas patenka į ląstelę, kur veikia ląstelių baltymų fosforilinimo procesus ir sukelia daugybę tarpląstelinių reakcijų.

Žinduolių insulino receptoriai randami beveik visose ląstelėse – tiek klasikinėse insulino tikslinėse ląstelėse (hepatocituose, miocituose, lipocituose), tiek kraujo ląstelėse, smegenyse ir lytinėse liaukose. Skirtingų ląstelių receptorių skaičius svyruoja nuo 40 (eritrocitų) iki 300 tūkstančių (hepatocitai ir lipocitai). Insulino receptorius nuolat sintetinamas ir skaidomas, jo pusinės eliminacijos laikas yra 7-12 valandų.

Insulino receptorius yra didelis transmembraninis glikoproteinas, susidedantis iš dviejų α-subvienetų, kurių molekulinė masė yra 135 kDa (kiekvienas turi 719 arba 731 aminorūgšties liekaną, priklausomai nuo mRNR susijungimo) ir dviejų β-subvienetų, kurių molekulinė masė yra 95. kDa (kiekvienas turi 620 aminorūgščių liekanų). Subvienetai yra sujungti vienas su kitu disulfidiniais ryšiais ir sudaro heterotetramerinę β-α-α-β struktūrą. Alfa subvienetai yra tarpląstelėje ir juose yra insulino surišimo vietos, kurios yra receptoriaus atpažinimo dalis. Beta subvienetai sudaro transmembraninį domeną, turi tirozino kinazės aktyvumą ir atlieka signalo perdavimo funkcijas. Insulino prisijungimas prie insulino receptoriaus α-subvienetų skatina β-subvienetų tirozino kinazės aktyvumą autofosforilinant jų tirozino liekanas, agreguojasi α, β-heterodimerai ir greitai įsisavinami hormonų-receptorių kompleksai. Suaktyvintas insulino receptorius sukelia biocheminių reakcijų kaskadą, įskaitant. kitų ląstelėje esančių baltymų fosforilinimas. Pirmoji iš šių reakcijų yra keturių baltymų, vadinamų insulino receptorių substratais – IRS-1, IRS-2, IRS-3 ir IRS-4 – fosforilinimas.

Farmakologinis insulino poveikis. Insulinas veikia beveik visus organus ir audinius. Tačiau pagrindiniai jo taikiniai yra kepenys, raumenys ir riebalinis audinys.

Endogeninis insulinas yra svarbiausias angliavandenių apykaitos reguliatorius, egzogeninis insulinas – specifinė cukraus kiekį mažinanti medžiaga. Insulino poveikį angliavandenių apykaitai lemia tai, kad jis pagerina gliukozės transportavimą per ląstelės membraną ir jos panaudojimą audiniuose, taip pat skatina gliukozės pavertimą glikogenu kepenyse. Be to, insulinas slopina endogeninės gliukozės gamybą slopindamas glikogenolizę (glikogeno skilimą į gliukozę) ir gliukoneogenezę (gliukozės sintezę iš ne angliavandenių šaltinių – pavyzdžiui, iš aminorūgščių, riebalų rūgščių). Be hipoglikeminio insulino, jis turi ir kitų poveikių.

Insulino poveikis riebalų apykaitai pasireiškia lipolizės slopinimu, dėl kurio sumažėja laisvųjų riebalų rūgščių patekimas į kraują. Insulinas neleidžia susidaryti ketoniniams kūnams organizme. Insulinas sustiprina riebalų rūgščių sintezę ir vėlesnį jų esterinimą.

Insulinas dalyvauja baltymų apykaitoje: padidina aminorūgščių pernešimą per ląstelės membraną, skatina peptidų sintezę, mažina audinių suvartojimą baltymų, stabdo aminorūgščių pavertimą keto rūgštimis.

Insulino veikimą lydi daugelio fermentų aktyvinimas arba slopinimas: stimuliuojama glikogeno sintetazė, piruvato dehidrogenazė, heksokinazė, slopinamos lipazės (hidrolizuojančios riebalinio audinio lipidus ir lipoproteinų lipazę, kuri sumažina kraujo serumo drumstumą po valgio). riebus maistas).

Fiziologiškai reguliuojant kasos insulino biosintezę ir sekreciją, pagrindinį vaidmenį atlieka gliukozės koncentracija kraujyje: jos kiekiui padidėjus, insulino sekrecija didėja, o mažėjant – lėtėja. Be gliukozės, insulino sekreciją įtakoja elektrolitai (ypač Ca 2+ jonai), aminorūgštys (įskaitant leuciną ir argininą), gliukagonas ir somatostatinas.

Farmakokinetika. Insulino preparatai leidžiami po oda, į raumenis arba į veną (į veną leidžiami tik trumpo veikimo insulinai ir tik esant diabetinei prekomai ir komai). Insulino suspensijų negalima leisti į veną. Suleidžiamo insulino temperatūra turi būti kambario temperatūros, nes šaltas insulinas absorbuojamas lėčiau. Optimaliausias nuolatinės insulino terapijos metodas klinikinėje praktikoje yra švirkštimas po oda.

Insulino absorbcijos pilnumas ir veikimo pradžia priklauso nuo injekcijos vietos (dažniausiai insulinas švirkščiamas į pilvą, šlaunis, sėdmenis, žastą), dozės (suleidžiamo insulino tūrio), insulino koncentracijos vaiste ir kt.

Insulino absorbcijos į kraują greitis iš poodinės injekcijos vietos priklauso nuo daugelio veiksnių – insulino tipo, injekcijos vietos, vietinės kraujotakos greičio, vietinio raumenų aktyvumo, suleisto insulino kiekio (tai yra rekomenduojama vienoje vietoje suleisti ne daugiau kaip 12-16 vienetų vaisto). Greičiausiai insulinas į kraują patenka iš priekinės pilvo sienelės poodinio audinio, lėčiau – iš pečių srities, priekinės šlaunies dalies, dar lėčiau – iš pomentinės srities ir sėdmenų. Taip yra dėl išvardytų sričių poodinio riebalinio audinio vaskuliarizacijos laipsnio. Insulino veikimo profilis labai svyruoja tiek tarp skirtingų žmonių, tiek to paties asmens viduje.

Kraujyje insulinas jungiasi su alfa ir beta globulinais, paprastai 5-25%, tačiau gydymo metu prisijungimas gali padidėti dėl serumo antikūnų atsiradimo (antikūnų prieš egzogeninį insuliną gamyba sukelia atsparumą insulinui; vartojant šiuolaikinius labai išgrynintus vaistus Atsparumas insulinui pasireiškia retai). T1/2 iš kraujo yra mažiau nei 10 minučių. Didžioji dalis insulino, patenkančio į kraują, yra proteolitiškai skaidoma kepenyse ir inkstuose. Greitai pašalinamas iš organizmo per inkstus (60%) ir kepenis (40%); mažiau nei 1,5 % nepakitusio išsiskiria su šlapimu.

Šiuo metu naudojami insulino preparatai skiriasi įvairiais būdais, įskaitant pagal kilmės šaltinį, veikimo trukmę, tirpalo pH (rūgštus ir neutralus), konservantų buvimą (fenolis, krezolis, fenolis-krezolis, metilparabenas), insulino koncentracija - 40, 80, 100, 200, 500 U/ml.

Klasifikacija. Insulinai paprastai skirstomi pagal kilmę (galvijų, kiaulių, žmogaus ir žmogaus insulino analogai) ir veikimo trukmę.

Priklausomai nuo gamybos šaltinio, yra gyvūninės kilmės insulinai (daugiausia kiaulienos insulino preparatai), pusiau sintetiniai žmogaus insulino preparatai (gaunami iš kiaulienos insulino fermentinės transformacijos būdu) ir genetiškai modifikuoti žmogaus insulino preparatai (DNR rekombinantinis, gaunamas genų inžinerijos būdu). ).

Medicinos reikmėms insulinas anksčiau buvo gaunamas daugiausia iš galvijų, vėliau iš kiaulių kasos, nes kiaulienos insulinas yra artimesnis žmogaus insulinui. Kadangi galvijų insulinas, kuris nuo žmogaus insulino skiriasi trimis aminorūgštimis, gana dažnai sukelia alergines reakcijas, šiandien jis praktiškai nenaudojamas. Kiaulių insulinas, kuris nuo žmogaus insulino skiriasi viena aminorūgštimi, rečiau sukelia alergines reakcijas. Jei insulino preparatai nėra pakankamai išgryninti, gali būti priemaišų (proinsulino, gliukagono, somatostatino, baltymų, polipeptidų), galinčių sukelti įvairias nepageidaujamas reakcijas. Šiuolaikinės technologijos leidžia gauti išgrynintus (vieno smailės - chromatografiškai išgrynintus, kad būtų išskirtas insulino "smailė"), labai išgrynintus (vieno komponento) ir kristalizuotus insulino preparatus. Iš gyvulinės kilmės insulino preparatų pirmenybė teikiama monopiko insulinui, gaunamam iš kiaulių kasos. Insulinas, gautas naudojant genų inžinerijos metodus, visiškai atitinka žmogaus insulino aminorūgščių sudėtį.

Insulino aktyvumas nustatomas biologiniu metodu (pagal jo gebėjimą sumažinti gliukozės kiekį triušių kraujyje) arba fizikiniu ir cheminiu metodu (popierine elektroforeze arba popieriaus chromatografija). Vienas veikimo vienetas arba tarptautinis vienetas yra 0,04082 mg kristalinio insulino aktyvumas. Žmogaus kasoje yra iki 8 mg insulino (apie 200 vienetų).

Insulino preparatai pagal veikimo trukmę skirstomi į trumpai ir itin trumpai veikiančius vaistus – jie imituoja normalią fiziologinę kasos insulino sekreciją, reaguojant į stimuliavimą, vidutinio veikimo ir ilgo veikimo vaistai – imituoja. bazinė (fono) insulino sekrecija, taip pat kombinuoti vaistai (sujungti abu veiksmus) .

Išskiriamos šios grupės:

(hipoglikeminis poveikis pasireiškia po 10–20 minučių po oda, didžiausias poveikis pasiekiamas vidutiniškai po 1–3 valandų, veikimo trukmė 3–5 valandos):

insulinas lispro (Humalog);

Insulinas aspartas (NovoRapid Penfill, NovoRapid FlexPen);

Insulinas glulizinas (Apidra).

Trumpo veikimo insulinai(veikia paprastai po 30-60 min.; maksimalus veikimas po 2-4 val.; veikimo trukmė iki 6-8 val.):

Tirpus insulinas [žmogaus genetiškai modifikuotas] (Actrapid HM, Gensulin R, Rinsulin R, Humulin Regular);

Tirpusis insulinas [žmogaus pusiau sintetinis] (Biogulin R, Humodar R);

Tirpusis insulinas [kiaulienos monokomponentas] (Actrapid MS, Monodar, Monosulin MK).

Ilgo veikimo insulino preparatai- apima vidutinio veikimo ir ilgai veikiančius vaistus.

(prasideda po 1,5-2 val.; pikas po 3-12 val.; trukmė 8-12 val.):

Insulinas izofanas [žmogaus genetiškai modifikuotas] (Biosulin N, Gansulin N, Gensulin N, Insuman Bazal GT, Insuran NPH, Protafan NM, Rinsulin NPH, Humulin NPH);

Insulinas-izofanas [žmogaus pusiau sintetinis] (Biogulin N, Humodar B);

Insulinas-izofanas [kiaulienos monokomponentas] (Monodar B, Protafan MS);

Insulino-cinko suspensijos junginys (Monotard MS).

Ilgai veikiantys insulinai(prasideda po 4-8 val.; pikas po 8-18 val.; bendra trukmė 20-30 val.):

Insulinas glarginas (Lantus);

Insulinas detemiras (Levemir Penfill, Levemir FlexPen).

Kombinuoti insulino preparatai(dvifaziai vaistai) (hipoglikeminis poveikis prasideda praėjus 30 minučių po injekcijos po oda, didžiausias pasiekiamas po 2–8 valandų ir trunka iki 18–20 valandų):

Dvifazis insulinas [žmogaus pusiau sintetinis] (Biogulin 70/30, Humodar K25);

Dvifazis insulinas [žmogaus genetiškai modifikuotas] (Gansulin 30R, Gensulin M 30, Insuman Comb 25 GT, Mixtard 30 NM, Humulin M3);

Dvifazis insulinas aspartas (NovoMix 30 Penfill, NovoMix 30 FlexPen).

Itin trumpo veikimo insulinai- žmogaus insulino analogai. Yra žinoma, kad endogeninis insulinas kasos β ląstelėse, taip pat hormonų molekulės pagamintuose trumpo veikimo insulino tirpaluose yra polimerizuoti ir atstovauja heksamerams. Sušvirkštus po oda, heksamerinės formos rezorbuojamos lėtai, todėl didžiausia hormono koncentracija kraujyje, panaši į sveiko žmogaus po valgio, nesusidaro. Pirmasis trumpo veikimo insulino analogas, kuris iš poodinio audinio absorbuojamas 3 kartus greičiau nei žmogaus insulinas, buvo insulinas lispro. Insulinas lispro yra žmogaus insulino darinys, gautas insulino molekulėje pertvarkant dvi aminorūgščių liekanas (liziną ir proliną 28 ir 29 B grandinės padėtyse). Insulino molekulės modifikavimas sutrikdo heksamerų susidarymą ir užtikrina greitą vaisto išsiskyrimą į kraują. Beveik iš karto po poodinio vartojimo į audinius insulino lispro molekulės heksamerų pavidalu greitai disocijuoja į monomerus ir patenka į kraują. Kitas insulino analogas, insulinas aspartas, buvo sukurtas pakeitus proliną B28 padėtyje neigiamo krūvio asparto rūgštimi. Kaip ir insulinas lispro, suleidus po oda, jis taip pat greitai skyla į monomerus. Insulino glulizino žmogaus insulino aminorūgšties asparaginas B3 padėtyje pakeitimas lizinu ir lizinas B29 padėtyje glutamo rūgštimi taip pat skatina greitesnę absorbciją. Greito veikimo insulino analogus galima vartoti prieš pat valgį arba po jo.

Trumpo veikimo insulinai(jie taip pat vadinami tirpiais) yra tirpalai buferyje su neutraliomis pH vertėmis (6,6-8,0). Jie skirti leisti po oda, rečiau į raumenis. Jei reikia, jie taip pat leidžiami į veną. Jie turi greitą ir gana trumpą hipoglikeminį poveikį. Po oda injekcijos poveikis pasireiškia po 15-20 minučių, maksimalus pasiekiamas po 2 valandų; bendra veikimo trukmė apytiksliai 6 val.. Jie daugiausia naudojami ligoninėje, nustatant pacientui reikalingą insulino dozę, taip pat kai reikalingas greitas (skubus) poveikis - diabetinės komos ir prekomos atveju. Vartojant į veną, T1/2 yra 5 minutės, todėl, esant diabetinei ketoacidozinei komai, insulinas švirkščiamas į veną. Trumpo veikimo insulino preparatai taip pat naudojami kaip anaboliniai vaistai ir paprastai skiriami mažomis dozėmis (4-8 vienetai 1-2 kartus per dieną).

Vidutinio veikimo insulinai mažiau tirpsta, lėčiau rezorbuojasi iš poodinio audinio, todėl jų poveikis išlieka ilgiau. Ilgalaikis šių vaistų poveikis pasiekiamas naudojant specialų prailgintuvą – protaminą (izofanas, protafanas, bazinis) arba cinką. Insulino absorbcijos sulėtėjimas preparatuose, kurių sudėtyje yra insulino ir cinko sudėtinės suspensijos, atsiranda dėl cinko kristalų. NPH insulinas (neutralus protaminas Hagedorn arba izofanas) yra suspensija, susidedanti iš insulino ir protamino (protaminas yra baltymas, išskirtas iš žuvų pieno) stechiometriniu santykiu.

Ilgai veikiantiems insulinams insulinas glarginas yra žmogaus insulino analogas, gautas naudojant DNR rekombinantinę technologiją – pirmasis insulino preparatas, neturintis ryškaus veikimo piko. Insulinas glarginas gaminamas dviem modifikacijomis insulino molekulėje: A grandinę (asparaginą) pakeičiant glicinu 21 padėtyje ir pridedant dvi arginino liekanas į B grandinės C galą. Vaistas yra skaidrus tirpalas, kurio pH 4. Rūgštinis pH stabilizuoja insulino heksamerus ir užtikrina ilgalaikę ir prognozuojamą vaisto absorbciją iš poodinio audinio. Tačiau dėl rūgštinio pH insulino glargino negalima derinti su trumpo veikimo insulinais, kurių pH yra neutralus. Vienkartinė insulino glargino dozė užtikrina 24 valandų glikemijos kontrolę be piko. Dauguma insulino preparatų turi vadinamąjį „piko“ veikimas, stebimas, kai insulino koncentracija kraujyje pasiekia didžiausią. Insulinas glarginas neturi ryškaus smailės, nes į kraują išsiskiria gana pastoviu greičiu.

Ilgo veikimo insulino preparatai yra įvairių dozavimo formų, kurių hipoglikeminis poveikis yra įvairios trukmės (nuo 10 iki 36 valandų). Ilgesnis poveikis leidžia sumažinti kasdieninių injekcijų skaičių. Paprastai jie gaminami suspensijų pavidalu, leidžiami tik po oda arba į raumenis. Diabetinės komos ir prieškominės būklės atveju ilgai veikiantys vaistai nenaudojami.

Kombinuoti insulino preparatai yra suspensijos, sudarytos iš neutralaus tirpaus trumpo veikimo insulino ir izofano insulino (vidutinio veikimo) tam tikromis proporcijomis. Šis skirtingo veikimo trukmės insulinų derinys viename preparate leidžia pacientui nepagailėti dviejų injekcijų vartojant vaistus atskirai.

Indikacijos. Pagrindinė insulino vartojimo indikacija yra 1 tipo cukrinis diabetas, tačiau tam tikromis sąlygomis jis skiriamas ir sergant 2 tipo cukriniu diabetu, įskaitant. esant atsparumui geriamiesiems hipoglikeminiams vaistams, sergant sunkiomis gretutinėmis ligomis, ruošiantis chirurginėms intervencijoms, diabetinei koma, sergant cukriniu diabetu nėščioms moterims. Trumpo veikimo insulinai naudojami ne tik sergant cukriniu diabetu, bet ir esant kitiems patologiniams procesams, pavyzdžiui, esant bendram išsekimui (kaip anabolinis agentas), furunkuliozei, tirotoksikozei, skrandžio ligoms (atonijai, gastroptozei), lėtiniam hepatitui, pradinėms formoms gydyti. kepenų cirozė, taip pat kai kurios psichikos ligos (didelių insulino dozių skyrimas - vadinamoji hipoglikeminė koma); kartais jis naudojamas kaip „poliarizacinių“ tirpalų, naudojamų ūminiam širdies nepakankamumui gydyti, komponentas.

Insulinas yra pagrindinis specifinis cukrinio diabeto gydymas. Cukrinio diabeto gydymas atliekamas pagal specialiai sukurtus režimus, naudojant skirtingo veikimo trukmės insulino preparatus. Vaisto pasirinkimas priklauso nuo ligos eigos sunkumo ir ypatybių, bendros paciento būklės ir hipoglikeminio vaisto poveikio atsiradimo greičio bei trukmės.

Visi insulino preparatai naudojami laikantis mitybos režimo, ribojant maisto energetinę vertę (nuo 1700 iki 3000 kcal).

Nustatydami insulino dozę, jie vadovaujasi glikemijos lygiu tuščiu skrandžiu ir dienos metu, taip pat gliukozurijos lygiu dienos metu. Galutinė dozės parinkimas atliekamas kontroliuojant hiperglikemiją, gliukozuriją ir bendrą paciento būklę.

Kontraindikacijos. Insulinas draudžiamas sergant ligomis, susijusiomis su hipoglikemija (pavyzdžiui, insulinoma), ūminėmis kepenų, kasos, inkstų ligomis, skrandžio ir dvylikapirštės žarnos opalige, dekompensuotomis širdies ydomis, ūminiu koronariniu nepakankamumu ir kai kuriomis kitomis ligomis.

Vartoti nėštumo metu. Pagrindinis cukrinio diabeto gydymas nėštumo metu yra insulino terapija, kuri atliekama atidžiai prižiūrint. Sergant 1 tipo cukriniu diabetu, gydymas insulinu tęsiamas. Sergant 2 tipo cukriniu diabetu, geriamųjų hipoglikeminių vaistų vartojimas nutraukiamas ir taikoma dietinė terapija.

Gestacinis cukrinis diabetas (nėščiųjų diabetas) yra angliavandenių apykaitos sutrikimas, pirmą kartą pasireiškęs nėštumo metu. Gestacinį diabetą lydi padidėjusi perinatalinio mirtingumo rizika, įgimtų deformacijų dažnis, taip pat diabeto progresavimo rizika praėjus 5-10 metų po gimimo. Gestacinio diabeto gydymas prasideda dietine terapija. Jei dietos terapija neveiksminga, skiriamas insulinas.

Pacientams, sergantiems cukriniu diabetu arba gestaciniu laikotarpiu, svarbu išlaikyti tinkamą medžiagų apykaitos procesų reguliavimą viso nėštumo metu. Insulino poreikis gali sumažėti pirmąjį nėštumo trimestrą, o padidėti antrąjį ir trečiąjį trimestrus. Gimdymo metu ir iškart po jo insulino poreikis gali smarkiai sumažėti (padidėja hipoglikemijos rizika). Esant tokioms sąlygoms, būtina atidžiai stebėti gliukozės kiekį kraujyje.

Insulinas neprasiskverbia pro placentos barjerą. Tačiau motinos IgG antikūnai prieš insuliną prasiskverbia pro placentą ir, neutralizuodami jo išskiriamą insuliną, gali sukelti vaisiaus hiperglikemiją. Kita vertus, nepageidaujama insulino ir antikūnų kompleksų disociacija gali sukelti vaisiaus ar naujagimio hiperinsulinemiją ir hipoglikemiją. Įrodyta, kad perėjus nuo galvijų/kiaulių insulino preparatų prie vienkomponentinių preparatų, sumažėja antikūnų titras. Šiuo atžvilgiu nėštumo metu rekomenduojama vartoti tik žmogaus insulino preparatus.

Insulino analogai (kaip ir kiti neseniai sukurti vaistai) nėštumo metu vartojami atsargiai, nors patikimų neigiamo poveikio įrodymų nėra. Pagal visuotinai priimtas FDA (Food and Drug Administration) rekomendacijas, kurios nustato galimybę vartoti vaistus nėštumo metu, insulino preparatai dėl jų poveikio vaisiui priklauso B kategorijai (reprodukcijos tyrimai su gyvūnais neparodė jokio neigiamo poveikio. vaisiui ir nebuvo atlikti tinkami ir griežtai kontroliuojami tyrimai su nėščiomis moterimis), arba C kategorija (gyvūnų reprodukcijos tyrimai atskleidė neigiamą poveikį vaisiui, o tinkami ir griežtai kontroliuojami tyrimai su nėščiomis moterimis nebuvo atlikti, tačiau galima nauda, ​​susijusi su vaisto vartojimu nėščioms moterims, gali pateisinti jo vartojimą, nepaisant galimos rizikos). Taigi insulinas lispro priklauso B klasei, o insulinas aspartas ir insulinas glarginas – C klasei.

Insulino terapijos komplikacijos. Hipoglikemija. Per didelių dozių įvedimas, taip pat angliavandenių trūkumas su maistu gali sukelti nepageidaujamą hipoglikeminę būseną, gali išsivystyti hipoglikeminė koma su sąmonės netekimu, traukuliais ir širdies veiklos slopinimu. Hipoglikemija taip pat gali išsivystyti dėl papildomų veiksnių, didinančių jautrumą insulinui (pvz., antinksčių nepakankamumas, hipopituitarizmas) arba padidinančių gliukozės pasisavinimą audiniuose (pratimai).

Ankstyvieji hipoglikemijos simptomai, daugiausia susiję su simpatinės nervų sistemos suaktyvėjimu (adrenerginiai simptomai), yra tachikardija, šaltas prakaitas, drebulys, suaktyvėjusi parasimpatinė sistema – stiprus alkis, pykinimas ir dilgčiojimo pojūtis lūpose ir liežuvyje. . Pasireiškus pirmiesiems hipoglikemijos požymiams, būtina imtis skubių priemonių: pacientas turi išgerti saldžios arbatos arba suvalgyti kelis gabalėlius cukraus. Esant hipoglikeminei komai, į veną sušvirkščiama 40% gliukozės tirpalo 20–40 ml ar daugiau, kol pacientas išeis iš komos (paprastai ne daugiau kaip 100 ml). Hipoglikemija taip pat gali būti sumažinta gliukagono suleidimu į raumenis arba po oda.

Svorio priaugimas insulino terapija yra susijusi su gliukozurijos pašalinimu, faktinio maisto kalorijų kiekio padidėjimu, apetito padidėjimu ir lipogenezės stimuliavimu insulino įtakoje. Laikantis racionalios mitybos principų, šio šalutinio poveikio galima išvengti.

Šiuolaikinių labai išgrynintų hormonų preparatų (ypač genetiškai modifikuotų žmogaus insulino preparatų) naudojimas sąlyginai retai sukelia vystymąsi. atsparumas insulinui ir reiškinius alergijos tačiau tokie atvejai nėra atmesti. Išsivysčius ūminei alerginei reakcijai, reikia nedelsiant desensibilizuoti ir pakeisti vaistus. Jei pasireiškia reakcija į galvijų/kiaulių insulino preparatus, juos reikia pakeisti žmogaus insulino preparatais. Vietinės ir sisteminės reakcijos (niežulys, vietinis ar sisteminis bėrimas, poodinių mazgelių susidarymas injekcijos vietoje) yra susijusios su nepakankamu insulino išvalymu nuo priemaišų arba su galvijų ar kiaulių insulino, kuris aminorūgščių seka skiriasi nuo žmogaus insulino, naudojimu.

Dažniausios alerginės reakcijos yra odos reakcijos, kurias sukelia IgE antikūnai. Retai stebimos sisteminės alerginės reakcijos ir atsparumas insulinui, kurį sukelia IgG antikūnai.

Regėjimo sutrikimas. Laikinos akies refrakcijos ydos atsiranda pačioje insulino terapijos pradžioje ir išnyksta savaime po 2-3 savaičių.

Edema. Pirmosiomis terapijos savaitėmis dėl skysčių susilaikymo organizme atsiranda ir trumpalaikis kojų tinimas, vadinamasis. insulino edema.

Vietinės reakcijos apima lipodistrofija kartotinių injekcijų vietoje (reta komplikacija). Yra lipoatrofija (poodinių riebalų sankaupų išnykimas) ir lipohipertrofija (padidėja poodinių riebalų sankaupos). Šios dvi būsenos yra skirtingo pobūdžio. Lipoatrofija – imunologinė reakcija, kurią daugiausia sukelia prastai išgrynintų gyvulinės kilmės insulino preparatų skyrimas, šiuo metu praktiškai nėra susidurta. Lipohipertrofija taip pat išsivysto vartojant labai išgrynintus žmogaus insulino preparatus ir gali atsirasti pažeidžiant vartojimo techniką (peršalimas, alkoholio patekimas po oda), taip pat dėl ​​anabolinio vietinio paties vaisto poveikio. Lipohipertrofija sukuria kosmetinį defektą, kuris yra pacientų problema. Be to, dėl šio defekto sutrinka vaisto absorbcija. Siekiant išvengti lipohipertrofijos išsivystymo, rekomenduojama nuolat keisti injekcijos vietas toje pačioje srityje, paliekant bent 1 cm atstumą tarp dviejų dūrių.

Gali pasireikšti vietinės reakcijos, pvz., skausmas injekcijos vietoje.

Sąveika. Insulino vaistus galima derinti tarpusavyje. Daugelis vaistų gali sukelti hipo- ar hiperglikemiją arba pakeisti diabetu sergančio paciento reakciją į gydymą. Reikia atsižvelgti į galimą sąveiką, kai insulinas vartojamas kartu su kitais vaistais. Alfa adrenoblokatoriai ir beta adrenerginiai agonistai didina endogeninio insulino sekreciją ir sustiprina vaisto poveikį. Hipoglikeminį insulino poveikį sustiprina geriamieji hipoglikeminiai preparatai, salicilatai, MAO inhibitoriai (įskaitant furazolidoną, prokarbaziną, selegiliną), AKF inhibitoriai, bromokriptinas, oktreotidas, sulfonamidai, anaboliniai steroidai (ypač oksandrolonas, metandienonas) ir audinių jautrumas insulinui (metandienonui) ir androgenams. ir padidina audinių atsparumą gliukagonui, kuris sukelia hipoglikemiją, ypač esant atsparumui insulinui; gali prireikti sumažinti insulino dozę), somatostatino analogai, guanetidinas, dizopiramidas, klofibratas, ketokonazolas, ličio preparatai, mebendazolas, pentamidinas, piridoksinas, propoksifenas, fenilbutazonas, fluoksetinas, teofilinas, fenfluraminas, ličio preparatai, kalcio preparatai, tetraciklinai. Chlorokvinas, chinidinas ir chininas mažina insulino skaidymą, gali padidinti insulino koncentraciją kraujyje ir padidinti hipoglikemijos riziką.

Karboanhidrazės inhibitoriai (ypač acetazolamidas), stimuliuodami kasos β ląsteles, skatina insulino išsiskyrimą ir padidina receptorių bei audinių jautrumą insulinui; Nors šių vaistų vartojimas kartu su insulinu gali sustiprinti hipoglikeminį poveikį, poveikis gali būti nenuspėjamas.

Nemažai vaistų sveikiems žmonėms sukelia hiperglikemiją ir pablogina diabetu sergančių pacientų ligos eigą. Гипогликемическое действие инсулина ослабляют: антиретровирусные ЛС, аспарагиназа, пероральные гольюцермона коиды, диуретики (тиазидные, этакриновая кислота), гепарин, антагонисты Н 2 -рецепторов, сульфинпиразон, трицанпиразон обутамин, изониазид, кальцитонин, ниацин, симпатомиметики, даназол, клонидин , CCB, diazoksidas, morfinas, fenitoinas, somatotropinas, skydliaukės hormonai, fenotiazino dariniai, nikotinas, etanolis.

Gliukokortikoidai ir epinefrinas periferiniams audiniams veikia priešingai nei insulinas. Taigi, ilgalaikis sisteminio poveikio gliukokortikoidų vartojimas gali sukelti hiperglikemiją, įskaitant cukrinį diabetą (steroidinį diabetą), kuri gali pasireikšti maždaug 14 % pacientų, keletą savaičių vartojančių sisteminius kortikosteroidus arba ilgai vartojant vietinius kortikosteroidus. Kai kurie vaistai insulino sekreciją slopina tiesiogiai (fenitoinas, klonidinas, diltiazemas) arba mažindami kalio atsargas (diuretikai). Skydliaukės hormonai pagreitina insulino apykaitą.

Didžiausias ir dažniausias poveikis insulino veikimui yra beta adrenoblokatoriai, geriamieji hipoglikeminiai vaistai, gliukokortikoidai, etanolis ir salicilatai.

Etanolis slopina gliukoneogenezę kepenyse. Šis poveikis pastebimas visiems žmonėms. Šiuo atžvilgiu reikia nepamiršti, kad piktnaudžiavimas alkoholiu gydymo insulinu metu gali sukelti sunkią hipoglikeminę būseną. Nedideli alkoholio kiekiai su maistu paprastai nesukelia problemų.

Beta adrenoblokatoriai gali slopinti insulino sekreciją, keisti angliavandenių apykaitą ir padidinti periferinį atsparumą insulinui, todėl gali išsivystyti hiperglikemija. Tačiau jie taip pat gali slopinti katecholaminų poveikį gliukoneogenezei ir glikogenolizei, todėl diabetu sergantiems pacientams kyla sunkių hipoglikeminių reakcijų rizika. Be to, bet kuris beta adrenoblokatorius gali užmaskuoti adrenerginius simptomus, kuriuos sukelia sumažėjęs gliukozės kiekis kraujyje (įskaitant tremorą, širdies plakimą), todėl pacientas negali laiku atpažinti hipoglikemijos. Selektyvūs beta 1 adrenoblokatoriai (įskaitant acebutololį, atenololį, betaksololį, bisoprololį, metoprololį) turi mažesnį poveikį.

Nesteroidiniai vaistai nuo uždegimo ir salicilatai didelėmis dozėmis slopina prostaglandino E sintezę (kuris slopina endogeninio insulino sekreciją) ir taip sustiprina bazinio insulino sekreciją bei padidina kasos β ląstelių jautrumą gliukozei; dėl hipoglikeminio poveikio, vartojant kartu, gali tekti koreguoti NVNU arba salicilatų ir (arba) insulino dozę, ypač ilgai vartojant kartu.

Šiuo metu gaminama nemažai insulino preparatų, t. gaunamas iš gyvūnų kasos ir susintetinamas naudojant genų inžinerijos metodus. Pasirinkti vaistai insulino terapijai yra genetiškai modifikuoti, labai išgryninti žmogaus insulinai, turintys minimalų antigeniškumą (imunogeninį aktyvumą), taip pat žmogaus insulino analogai.

Insulino preparatai gaminami stikliniuose buteliuose, hermetiškai uždarytuose guminiais kamščiais su aliuminio pamušalu, specialiuose vadinamuose. insulino švirkštai ar rašikliai. Naudojant švirkšto švirkštimo priemones, vaistai yra specialiuose kasetiniuose buteliukuose (užpildyklėse).

Kuriamos intranazalinės insulino formos ir insulino preparatai, skirti vartoti per burną. Kai insulinas yra derinamas su plovikliu ir aerozolio pavidalu suleidžiamas į nosies gleivinę, veiksminga koncentracija plazmoje pasiekiama taip pat greitai, kaip ir sušvirkštus IV boliuso. Insulino preparatai, skirti vartoti į nosį ir per burną, yra kuriami arba atliekami klinikiniai tyrimai.

Narkotikai

Narkotikai - 797 ; Prekiniai pavadinimai - 129 ; Veikliosios medžiagos - 22

Veiklioji medžiaga	Prekiniai pavadinimai
Informacijos nėra

Insulinas yra populiariausias
XX amžiaus molekulė

Chemijos istorijoje būta įvykių, kurie savo drama priminė neįveikiamos viršukalnės šturmą, į kurią vienu metu skirtingais maršrutais bando kopti nepriklausomos alpinistų grupės. Visa tai lydi konkurencinė atmosfera – kas pirmas užkops į viršų?

Toliau kalbėsime apie insulino sintezę – įvykį, kuris tapo žymiu chemijos mokslo pasiekimu. Kaip alpinistai kuria bazines, tarpines ir puolimo stovyklas prieš šturmuodami viršukalnę, insulino sintezei gerai pasiruošė ne tie, kurie ėjo viršūnės užkariauti, o kruopštus pirmtakų tyrinėtojų darbas. Galime drąsiai teigti, kad pradinio placdarmo sukūrimas yra ne mažiau įspūdingas nei vėlesnis šturmas. Insulinas pagrįstai gali būti vadinamas populiariausia dvidešimtojo amžiaus molekule; Su šio junginio tyrimais siejami septynių (!) Nobelio premijos laureatų vardai.

Gyvybę gelbstintis baltymas

XX amžiaus viduryje. insulinas buvo viena iš intensyviausiai tiriamų medžiagų. Priežastis ta, kad buvo galima paaiškinti vienos iš sunkiausių ligų – cukrinio diabeto – kilmę. Liga atsiranda, kai organizme nėra pakankamai hormono* insulino. Insulinas suaktyvina procesus, užtikrinančius gliukozės (cukraus) patekimą į ląsteles, taip pat stimuliuoja tarpląstelinius mechanizmus, kurie leidžia absorbuoti gliukozę.

Trūkstant insulino, ląstelės nesunaudoja gliukozės, ji kaupiasi kraujyje ir pradeda tekėti per inkstus į šlapimą. Padidėjęs gliukozės kiekis kraujyje ir jos išsiskyrimas su šlapimu lemia svorio mažėjimą, gausų šlapinimąsi, nuolatinį didelio troškulio ir alkio jausmą. Kūnas bando kompensuoti kalorijų trūkumą, kurio netenka su šlapimu gliukozės pavidalu, ir pradeda naudoti riebalų atsargas bei audinių baltymus (daugiausia raumenų). Atsiranda nuovargis, mieguistumas, pykinimas, sutrinka medžiagų apykaitos procesai, dėl kurių gali ištikti diabetinė koma, o negydoma – mirtis.

Cukriniu diabetu serga visų šalių gyventojai ir visų rasių atstovai. Ankstyviausias šios ligos aprašymas buvo atliktas maždaug prieš 3000 metų senovės Indijoje. Išsamūs ligos simptomai (gausus šlapinimasis, per didelis troškulys ir svorio kritimas) buvo aprašyti I a. REKLAMA Liga gavo savo pavadinimą iš graikų kalbos diabetas, o tai reiškia „ištekėjau, praeinu“ (turint galvoje pernelyg didelį šlapinimąsi).

Sistemingas šios ligos tyrimas truko šimtmečius. XVII amžiuje Anglų gydytojas T. Willisas atkreipė dėmesį į tai, kad tokių simptomų turinčių pacientų šlapimas yra saldaus skonio (tokią analizę galėtų atlikti tik tikras mokslininkas). Vaizdas ėmė aiškėti po prancūzų fiziologo Claude'o Bernardo (1813–1878) eksperimentų, kuriuose jis stebėjo šunis, kuriems buvo pašalinta kasa. Jo eksperimentus 1889 metais tęsė vokiečių fiziologai Josephas von Mehringas ir Oskaras Minkowskis. Jie chirurginiu būdu pašalino šunų kasą ir pastebėjo staigų gliukozės koncentracijos kraujyje padidėjimą, jos atsiradimą šlapime ir kitus diabeto požymius. Taigi jie eksperimentiškai įrodė ryšį tarp kasos ir diabeto.

Kai kurie fiziologai teigia, kad kasa gamina medžiagą, kuri skatina gliukozės pasisavinimą organizme. 1916 metais vokiečių fiziologas Charpy-Schafer pavadino šią hipotetinę medžiagą insulinu (iš lot. insula- salelės, nes aiškiai pastebėtos kasos ląstelių grupės šiuo metu buvo vadinamos Langerhanso salelėmis). Tada tai buvo tik prielaida, kuri vėliau visiškai pasitvirtino.

1922 m. sausio 11 d. (reikšmingas faktas pasaulio medicinos istorijoje) pirmajam pacientui – paaugliui, sergančiam sunkia diabeto forma, buvo suleistas grynesnis ir aktyvesnis insulino preparatas. Po gauto teigiamo poveikio panašūs tyrimai buvo atlikti dar keliems pacientams. Atsirado nauja medicinos mokslo kryptis – hormonų terapija.

1923 m. MacLeodas ir Bantingas buvo apdovanoti Nobelio fiziologijos ir medicinos premija „už insulino atradimą“. Bestas nebuvo įtrauktas į laureatų sąrašą, o Bantingas jam skyrė pusę gautų pinigų (tikro mokslininko vertas gestas).

1926 metais buvo pradėta serijinė insulino gamyba. Daugybė tūkstančių diabetu sergančių pacientų, kurie anksčiau buvo pasmerkti mirčiai, buvo išgelbėti ir galėjo gyventi gana įprastą gyvenimą, reguliariai vartodami vaistus.

Nuo medicinos iki chemijos

Fiziologai McLeodas ir Bantingas ligoniams gydyti naudojo gyvūnų kasos ekstraktą. Tačiau chemikus visada domino, kaip tiksliai yra sudarytas tas ar kitas junginys. Pirmą kartą kristalinės formos insuliną 1926 m. gavo J. Abelis. Būtent jo darbo dėka buvo galima pradėti pramoninę narkotikų gamybą. Abelis taip pat nustatė insulino sudėtį ir tapo aišku, kad medžiaga yra baltymų molekulė. Nuo šio momento insulino tyrimai iš medicinos pereina į chemijos sritį, tiksliau – į biochemikų rankas.

F. Sangeris (g. 1918 m.)

Visi aukščiau paminėti darbai paruošė lemiamą etapą, kuris leido išsiaiškinti, kaip veikia tiek daug tyrinėtojų dėmesį patraukusi molekulė. Amerikiečių biochemikui Frederickui Sangeriui pavyko išspręsti šią problemą. Iš pradžių jis sukūrė metodą, kaip nustatyti galines amino grupes baltymo molekulėje, apdorojant ją dinitrofluorbenzenu šarminėje terpėje (vėliau šis metodas tapo klasikiniu). Toliau jis tiesiogine prasme išardė visą insulino molekulę į gabalus ir, naudodamas moderniausius metodus – A. Tiselius sukurtą elektroforezę (1948 m. Nobelio premija) ir chromatografiją, patobulintą A. Martino ir R. Singho, nustatė gautų aminorūgščių sudėtį. (Nobelio premijos laureatai, 1952 m. G.). Tačiau nustatyti, iš kokių amino rūgščių surenkama baltymo molekulė, yra tik pusė mūšio ir tuo labiau ne taip sudėtinga. Svarbiausia išsiaiškinti jų seką grandinėje.

Sangeris sukūrė planą, pagal kurį specialiai parinktų fermentų (biologinių katalizatorių) pagalba jis suskaidė baltymų grandinę į mažus segmentus iš anksto nustatytose vietose ir palygino jų sudėtį. Šis darbas buvo nepriekaištingas logikos ir eksperimentinių įgūdžių derinys, o 1958 m. mokslininkas buvo apdovanotas Nobelio premija „už darbą baltymų, ypač insulino, struktūros srityje“. Sanger pažodžiui ištobulino savo metodą; laikui bėgant jo technika tapo bendruoju baltymų struktūros tyrimo principu.

Vincentas Du Vigneault (1901–1978)

Prabėgomis pažymime, kad Sangeris, naudodamas panašias logines konstrukcijas, bet šiek tiek pakeisdamas naudojamą metodiką ir reagentus, sugebėjo nustatyti fragmentų seką garsiosios dvigubos DNR spiralės struktūroje. Už šiuos tyrimus 1980 m. Sangeris (kartu su W. Gilbertu ir P. Bergu) buvo apdovanotas dar viena Nobelio premija „už indėlį nustatant nukleorūgščių bazių seką“. Taigi Sangeris yra vienintelis du kartus Nobelio premijos laureatas chemijos srityje. Niekas negalėjo pagalvoti, kad šie DNR tyrimai galiausiai atvers naują insulino chemijos puslapį, tačiau apie tai bus kalbama šiek tiek vėliau.

Dorothy Varnapėdis-Hodžkinas (1910–1994)

Amerikiečių biochemikas Vincentas Du Vigneault, kelerius metus tyrinėjęs insuliną, sužinojo apie Sangerio darbus ir nusprendė panaudoti jo techniką kitų dviejų hormonų (vazopresino ir oksitocino) struktūrai iššifruoti. Tačiau jis ne tik nustatė struktūrą, bet ir susintetino šių hormonų molekules. Tiesą sakant, jis pirmasis susintetino natūralius polipeptidus. Šis mokslininko darbas 1955 metais buvo apdovanotas Nobelio premija, t.y. premiją jis gavo trejus metus anksčiau nei Sangeris, kurio idėjos padėjo pasiekti tokį puikų rezultatą. Du Vigneault darbas iš tikrųjų atvėrė kelią insulino sintezei.

Tuo tarpu insulino tyrimas buvo tęsiamas. Ištyrus insulino gydomąsias savybes, paaiškėjo, kad jo kelių molekulių cinko kompleksas, vadinamasis Zn-insulinas, turi ilgesnį gydomąjį poveikį. Šio komplekso struktūra pasirodė labai sudėtinga (jame yra beveik 800 atomų), todėl buvo naudojami fizikiniai ir cheminiai analizės metodai. 1972 metais anglų biofizikė Dorothy Crowfoot-Hodgkin (1964 m. Nobelio premijos laureatė už biologiškai aktyvių medžiagų struktūrų nustatymą rentgeno spinduliais) nustatė šio neįprastai sudėtingo komplekso trimatę struktūrą.

Supaprastinta biochemikų kalba

Prieš svarstydami insulino molekulės struktūrą, susipažinkime, kaip biochemikai vaizduoja baltymų molekules.

Visi baltymai yra polimerai, kurių grandinės yra surinktos iš aminorūgščių fragmentų. Aminorūgštys yra organiniai junginiai, turintys aminogrupę NH2 ir karboksilo grupę COOH. Baltymų formavime dalyvauja tik tos aminorūgštys, kurios turi tik vieną anglies atomą tarp amino grupės ir karboksilo grupės. Paprastai juos galima pavaizduoti formule H 2 N–CH(R)–COOH. R grupė, prijungta prie anglies atomo (to, kuri yra tarp amino ir karboksilo grupių), lemia skirtumą tarp aminorūgščių, kurios sudaro baltymus. Šią grupę gali sudaryti tik anglies ir vandenilio atomai, bet dažniau, be C ir H, joje yra įvairių funkcinių grupių. Iš visos esamų aminorūgščių įvairovės (teoriškai galimų aminorūgščių skaičius neribojamas) tik dvidešimt, vadinamųjų „pagrindinių“ aminorūgščių, dalyvauja formuojant baltymus. Insulinui „sukurti“ gamta panaudojo 16 aminorūgščių (iš leistinų dvidešimties) (1 lentelė).

1 lentelė

Amino rūgštys dalyvauja gaminant insuliną

vardas	Struktūra	Pavadinimas*
Glicinas		Gli
Alaninas		Ala
Valinas		Velenas
Leucinas		Lei
Izoleucinas		Ile
Serinas		Ser
Cisteinas		Cis
Lizinas		Liz
Argininas		Arg
Asparaginas		Asn
Glutamo rūgštis		Glu
Glutaminas		Gln
Fenialaninas		Plaukų džiovintuvas
Tirozinas		Šaudymo galerija
Histidinas		Gies
Prolinas		Apie

* Tarptautinėje praktikoje yra priimtas sutrumpintas išvardytų aminorūgščių žymėjimas naudojant lotyniškas trijų raidžių santrumpas, pavyzdžiui, glicinas - Gly, alaninas - Ala ir kt.

Baltymų molekulė susidaro nuosekliai jungiantis aminorūgštims, o vienos rūgšties karboksilo grupė sąveikauja su gretimos molekulės amino grupe, todėl susidaro peptidinė jungtis –CO–NH– ir išsiskiria vandens molekulė. 1 diagramoje
(žr. p. 6) rodomas nuoseklus alanino, valino ir glicino derinys.

1 schema

Iš 1 schemoje parodytų transformacijų išplaukia, kad bet kokiam prijungtų aminorūgščių skaičiui viename gautos grandinės gale tikrai bus amino grupė, o kitame – karboksilo grupė. Sujungtų aminorūgščių fragmentai žymimi (po garbanotais skliaustais) sutrumpintomis raidžių kombinacijomis, kurios nurodytos lentelėje. 1. Taigi vietoj struktūrinės formulės galime naudoti sutrumpintą gauto tripeptido pavadinimą: ala-val-gly. Kadangi gamtoje naudojamų aminorūgščių skaičius yra tik dvidešimt, tokie sutrumpinimai leidžia kompaktiškai parašyti bet kurio baltymo formulę ir nekils neaiškumų.

Sangerio nustatyta insulino molekulė susideda iš 51 aminorūgšties liekanos (tai yra vienas iš trumpiausių grandinių baltymų) ir susideda iš dviejų lygiagrečių nevienodo ilgio grandinių, sujungtų viena su kita. 2 schemoje parodyta aminorūgščių seka insulino molekulėje: A grandinėje yra 21 aminorūgšties liekana, B grandinėje – 30.

2 schema

Cisteino aminorūgščių liekanos, esančios molekulėje (sutrumpintai Cys), sudaro disulfidinius tiltelius S-S-, kurie jungia dvi molekulės polimerines grandines ir, be to, sudaro tiltą A grandinės viduje. Esant tokiam kompaktiškam baltymo molekulės vaizdui, cheminių elementų simboliai naudojami tik disulfidiniams tilteliams ir galinėms grupėms (NH 2 ir COOH) nurodyti.

3 schema

Sutikite, kad biochemikai pasirinko kompaktišką ir itin lengvai rašomą baltymų molekulių vaizdavimo būdą.

Nuo išmontavimo iki surinkimo

Atrodytų, kad nustačius molekulės struktūrą, ją susintetinti iš naujo nebūtų sunku.

Pagrindinis baltymo molekulės surinkimo sunkumas yra užtikrinti, kad būtinos aminorūgštys būtų sujungtos griežtai nustatyta tvarka. Reikia atsižvelgti į tai, kad aminorūgštis gali reaguoti ne tik su kita aminorūgštimi, bet ir su savimi, o rezultatas gali būti molekulė, kuri neturi nieko bendra su tuo, ką sintezuoja gyvas organizmas.

Iki to laiko, kai buvo nuspręsta dėl insulino sintezės, buvo sukurti keli tinkami metodai. Siekiant užtikrinti, kad aminorūgštis, kurią ketinta prijungti prie augančios grandinės, nereaguotų su savimi, jos reaktyvieji galai (amino grupė NH 2 ir karboksilo grupė COOH) buvo blokuojami specialiu būdu: karboksilo grupė buvo perkelta į P-nitrofenilo eteris, o prie amino grupės buvo pridėta karboksibenzilo grupė. Tokia blokuota molekulė reagavo su aminogrupe, esančia augančios grandinės gale pagal 4 schemą ( cm. c. 8).

4 schema

Dėl to augimo grandinė buvo pratęsta vienu peptidų vienetu. Tačiau blokuojanti karboksibenzilo grupė dabar yra grandinės gale. Kad „amino uodega“ būtų reaktyvi, t.y. paversta aktyvia forma, jie buvo apdoroti vandenilio bromidu ir acto rūgštimi pagal 5 schemą ( cm. c. 8).

5 schema

Dėl to amino grupė grandinės gale (parodyta kaip amonio druska su HBr) vėl buvo pasirengusi reaguoti su kita aminorūgštimi (natūralu, kad taip pat turi blokuojančių grupių). Lygiagrečiai buvo sukurti kiti polipeptidinių grandinių surinkimo metodai.

Viršūnės šturmas

1962 metais beveik vienu metu pilną insulino sintezę pradėjo trys tyrėjų grupės: P. Katsoyannis grupė Pitsburge (JAV), G. Zahn grupė Achene (Vokietija), taip pat kinų chemikų grupė (Šanchajus). ir Pekinas). Visos trys grupės laikėsi labai panašių strategijų: iš surenkamų fragmentų surinko atskiras trumpas ir ilgas grandines, o po to abi grandines sujungė disulfidiniais tilteliais.

Visos trys tyrėjų grupės surinko trumpą A grandinę iš dviejų identiškų blokų.

1 blokas: gly-ile-val-glu-gln-cis-cis-tyr-ser;

2 blokas: ile-cis-ser-ley-tir-gln-lay-glu-asn-tir-cis-asn.

Ilgoji B grandinė buvo surinkta iš keturių polipeptidų blokų, tačiau šių blokų ilgis įvairiose mokslininkų grupėse šiek tiek skyrėsi (2 lentelė).

2 lentelė

Polipeptidiniai blokai insulino B grandinės surinkimui

Tyrimas TV grupė	1 blokas	2-as blokas	3 blokas	4-as blokas
Achenas	Fen-val-asn-gln- gis-lei-cis-gly	Ser-gis-lay- val-glu-ala	Ley-Tir-lay- val-cis-glu	Glu-arg-glu-fen-fen- šaudykla-pro-liz-šaudykla
Pitsburgas	Fen-val-asn-gln- gis-leu-cis-gly-ser	Gis-ley-val-glu	Ala-ley-tyr-lay- val-cis-glu	Glu-arg-glu-fen-fen- šaudykla-pro-liz-šaudykla
Pekinas - Šanchajus	Fen-val-asn-gln- gis-lei-cis-gly	Ser-gis-ley-val- glu-ala-lay-tir	Ley-val-cis-glu	Glu-arg-glu-fen-fen- šaudykla-pro-liz-šaudykla

Skirtumai atsirado dėl to, kad kiekvienos tiriamosios grupės naudojami blokinio sujungimo būdai ir tarpinės apsaugos metodai nebuvo vienodi. Natūralu, kad paskutiniame etape visos grupės atsidūrė vienodomis grandinėmis. Pradiniams blokams sukurti prireikė maždaug metų. Konkurencinės atmosferos paskatinta Acheno grupė suaktyvino savo darbą ir 1963 m. gruodį pranešė apie sėkmingą insulino sintezę. Ši grupė tiesiogine prasme išplėšė čempionatą iš Pitsburgo chemikų, kurie 1964 m. kovo mėn. pranešė apie sėkmingą rezultatą. Galutinė gryno produkto išeiga svyravo nuo 0,02 iki 0,07%. Kinijos chemikai turėjo šiek tiek didesnį derlių (1,2–2,5%); Žinoma, insulino gamyba tokiais metodais buvo iš piršto laužta.

P. Katsoyanniso Pitsburgo grupė (jis antras iš dešinės)

Insulino sintezė buvo įtikinama klasikinės sintetinių peptidų chemijos pergalė. Nepaisant mažos produkto išeigos, visi pripažino, kad buvo atliktas išskirtinis darbas, kuris leido pakeisti chemikų mąstymą, suformuluoti naujus didelių molekulių surinkimo principus, sukurti sintezės strategiją, parinkti optimalius metodus. Visa tai žymiai padidino bendrą organinės chemijos lygį. Vis dėlto tikro triumfo nebuvo, nes beveik kartu su sėkmingu šių darbų atlikimu atsirado iš esmės kitoks, pažangesnis baltymų molekulių surinkimo būdas.

Svarbiausia yra pritvirtinti uodegą

Rokfelerio universiteto (Niujorkas) profesorius Robertas Merrifieldas, dirbdamas su baltymų chemija, sugalvojo originalią idėją: pirmąją aminorūgštį viename gale galima pritvirtinti prie kokio nors netirpio paviršiaus (nešiklio). Tada kitą aminorūgštį reikia prijungti prie kito galo, kad po kiekvieno etapo iš reakcijos indo būtų išplauti nepageidaujami šalutiniai produktai ir nesureagavę tarpiniai produktai, o augantis polipeptidas, pritvirtintas prie atramos, liktų nepakitęs. Augančių polipeptidų molekulės bus pakabintos „už uodegos“ nuo kieto nešiklio paviršiaus, o kai sintezės procesas bus baigtas, galutinis polipeptidas gali būti atskirtas nuo nešiklio.

Merrifieldui pavyko įgyvendinti šią idėją. Pirmoji aminorūgštis yra prijungta prie netirpaus polimero gelio (skersinio polistireno), į kurį įvedamos chlorometilo grupės CH 2 Cl, kurios gali reaguoti su aminorūgšties COOH grupėmis. Kad reakcijai paimta aminorūgštis nereaguotų su savimi ir neprisijungtų amino grupei prie substrato, šios rūgšties NH 2 grupė pirmiausia blokuojama tūriniu pakaitu - [(C 4 H 9) 3 ] 3 OS ( O) grupė. Po to, kai aminorūgštis prisijungia prie polimero pagrindo, blokavimo grupė pašalinama ir į reakcijos mišinį įvedama kita aminorūgštis, kuri taip pat turi anksčiau blokuotą NH2 grupę. Tokioje sistemoje galima tik pirmosios aminorūgšties NH 2 grupės ir antrosios aminorūgšties COOH grupės sąveika, kuri atliekama dalyvaujant katalizatoriams (fosfonio druskoms). Tada pakartojama pridėjimo schema, įvedant trečiąją aminorūgštį. Visa polipeptidinių grandinių sintezės schema, leidžianti kaitalioti aminorūgščių liekanas tam tikra tvarka, yra tokia (6 schema).

6 schema

Paskutiniame etape gautos polipeptidinės grandinės yra atskiriamos nuo polistireno pagrindo veikiant HBr, dalyvaujant trifluoracto rūgščiai F 3 CCOOH.

Merrifieldas ne tik eksperimentiškai išbandė siūlomo metodo efektyvumą, bet ir sukūrė aparatą, kuris praktiškai automatizavo peptidų sintezę. Šis prietaisas buvo aminorūgščių ir reagentų talpykla – reakcijos indas su automatiniais įleidimo ir išleidimo vožtuvais bei programiniu mechanizmu, kuris reguliavo procesų seką ir kiekvieno etapo trukmę.

Naudodamas sukonstruotą aparatą Merrifieldas ir jo kolegos insuliną susintetino vos per 20 dienų (dešimčių procentų išeiga), o „pionieriai“ – Acheno, Pitsburgo ir Šanchajaus grupės – tam skyrė daugiau nei metus.

1985 m. Merrifieldas buvo apdovanotas Nobelio premija „už kietosios fazės cheminės sintezės metodologijos sukūrimą“.

Gamtos kopijavimas

Vykdant aukščiau aprašytus darbus, chemikus persekiojo mintis, kad tas problemas, kurias mokslininkai taip sunkiai sprendžia, Gamta išsprendžia lengvai ir itin tiksliai. Baltymų sintezė gyvuose organizmuose vyksta švelniomis sąlygomis, greitai ir nesusiformuojant šalutiniams produktams. Iki tam tikro momento chemikai tokias „sintezes“ galėjo stebėti tik su nuostaba ir susidomėjimu, tačiau sparti biochemijos raida leido aktyviai įsikišti į šiuos procesus, įskaitant iš esmės naujo insulino sintezės metodo atradimą.

Anksčiau buvo kalbama, kad F.Sangeris (nustatęs insulino struktūrą) sugebėjo nustatyti fragmentų seką DNR struktūroje, už ką buvo apdovanotas antrąja Nobelio premija. Šis darbas leido biochemikams pereiti prie kito etapo – integruoti iš anksto paskirtus fragmentus į DNR genetinį kodą. Pagrindinė idėja buvo įtraukti aukštesnių organizmų genus į kai kurių bakterijų DNR. Dėl to bakterijos įgyja gebėjimą sintetinti junginius, kuriuos anksčiau galėjo susintetinti tik aukštesni organizmai. Ši technologija vadinama „genų inžinerija“.

1981 m. Kanados biochemikas Michaelas Smithas buvo pakviestas tapti naujos biotechnologijų bendrovės „Zimos“ moksliniu įkūrėju. Viena pirmųjų bendrovės sutarčių buvo sudaryta su Danijos farmacijos įmone „Novo“ dėl žmogaus insulino gamybos mielių kultūroje technologijos kūrimo. Bendromis pastangomis insulinas, gautas naudojant naują technologiją, buvo parduodamas 1982 m. 1993 metais M. Smithas (kartu su K. Mullisu) gavo Nobelio premiją už eilę šios srities darbų. Šiuo metu genų inžinerijos būdu pagamintas insulinas praktiškai pakeitė gyvulinį insuliną.

Kieno darbas svarbesnis?

Taigi, susipažinome su keturiais insulino gamybos būdais: ekstrahavimu iš gyvūnų kasos (D. McLeodo grupė), daugiapakope sinteze (G. Tsango grupė), automatizuotu surinkimu (R. Merrifield) ir genų inžinerija (M. Kalvis). Palikime nuošalyje medicininį problemos aspektą ir susitelkime ties chemija. Gali susidaryti įspūdis, kad dėl Smitho darbo visi ankstesni tyrimai buvo nereikalingi. Tiesą sakant, taip nėra, visi metodai yra neatsiejamai susiję, negalima „išmesti“ nei vieno minėto tyrimo etapo. Iš gyvūnų kasos išskirtas insulinas leido Sangeriui nustatyti jo struktūrą, o be šios tolesnė sintezė būtų buvusi neįmanoma. Tsango grupė sukūrė chemines grandinės surinkimo technologijas ir tarpinio funkcinių grupių blokavimo metodus, kuriuos Merrifieldas panaudojo kurdamas automatinį sintezės bloką. Smitho darbas iš esmės rėmėsi visa ankstesne patirtimi, sukaupta tiriant insuliną. Sintezuojant tam tikrus trumpos grandinės hormonus, Merrifieldo automatinis diegimas buvo techniškai geresnis nei „genų inžinerija“.

Apibendrinant galima teigti, kad visi mūsų svarstomi etapai yra natūralus, tradicinis ir, jei nebijome iškilmingų žodžių, didingas mokslo kelias.

* Hormonai (iš graikų – įvedu veikti, sužadinu) yra specifinės fiziologiškai aktyvios medžiagos, gaminamos specialių endokrininių organų ar audinių, išskiriamos į kraują ar limfą ir veikiančios organizmo struktūrą bei funkcijas.

Straipsnis parengtas remiant svetainę „www.limanskaya.cn“. Kinų kalba yra sudėtinga ir specifinė, todėl vertimą turėtų atlikti tik specialistas. Jei jums skubiai reikia vertėjo iš kinų į rusų kalbą, nepanikuokite. Svetainėje, esančioje adresu "www.Limanskaya.Сn", galite neišeidami iš monitoriaus ekrano sužinoti vertėjo adresą ir telefono numerį, taip pat pamatyti teikiamų paslaugų kainoraštį.