Инсулин: регуляция секреции, функции и физиологические эффекты, основные характеристики

Инсулин (Insulin) – это гормон, регулирующий метаболизм глюкозы, синтез белков и жиров. Вырабатывается бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Инсулин как гормон был открыт Соболевым (1902), выделен как препарат в 1921 г. Бантингом и Бестом, его первичная структура расшифрована в 1953 г. Сэнгером, пространственная – Ходжкиным в 1972 г. Осуществлен полный химический и молекулярно-биологический синтез инсулина человека. Синтез, основанный на геннной инженерии внедрен в промышленное производство.

Химическое строение инсулина

Полипептид из 51 аминокислотного остатка, объединенных в две субъединицы. Молекулярная формула: C₂₅₄H₃₇₇N₆₅O₇₅S₆,.

Нормальный уровень в плазме (показатели могут различаться в разных лабораториях)

Натощак 2–29 мкЕД/мл.

При проведении теста на толерантность к глюкозе:

• Через 30 мин – 25–231 мкЕД/мл,
• Через 60 мин – 18–276 мкЕД/мл,
• Через 120 мин – 16–166 мкЕД/мл,
• Через 180 мин – 4–38 мкЕД/мл.

С-пептид – это фрагмент проинсулина, при отщеплении которого образуется инсулин. Его оценка позволяет определить уровень собственного инсулина. В норме уровень С-пептида составляет 0,5–3,0 нг/мл.

Выработка инсулина и особенности секреции

Инсулин секретируется бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы, а также некоторыми клетками диффузной эндокринной системы. Синтез инсулина начинается с образования проинсулина, который состоит из трех пептидных цепей: А, В, и С. С-пептид связывает цепочки А и В. Затем в секреторных гранулах аппарата Гольджи проинсулин под воздействием ферментов расщепляется на инсулин и C-пептид, которые высвобождаются в кровь.

В норме в организме взрослого человека секретируется 35–50 Ед инсулина в сутки, что составляет в среднем 0,6–1,2 Ед на кг массы тела

Особенности секреции

Существует два вида секреции инсулина:

1. Базальная секреция: осуществляется постоянно, даже при голодании и гипогликемии. Базальная секреция обеспечивает оптимальный уровень глюкозы крови в интервалах между едой и во время сна. Базальный инсулин секретируется со скоростью примерно 1 Ед/ч. При длительной физической нагрузке или длительном голодании, базальная секреция уменьшается.
2. Стимулированная или пищевая секреция: осуществляется в ответ на повышение уровня глюкозы крови. Количество пищевого инсулина примерно соответствует количеству принятых углеводов – около 1–2,5 Ед на 10–12 г углеводов. На пищевой инсулин приходится не менее 50–70% суточной продукции инсулина.

Помимо глюкозы, секрецию инсулина могут усиливать и другие вещества, к ним относятся: некоторые гормоны, компоненты пищевых продуктов – наличие жиров и аминокислот в желудочно-кишечном тракте усиливает образование инсулина.

Секреция инсулина подвержена суточным колебаниям: потребность в инсулине повышается в ранние утренние часы и постепенно падает в течение дня:

• на завтрак на 1ХЕ (хлебную единицу) секретируется 2,0–2,5 Ед инсулина,
• на обед – 1,0–1,5 Ед,
• на ужин – 1 ЕД.

Причиной суточных колебаний является высокий уровень ряда контр-инсулярных гормонов в утренние часы (кортизол), уровень которого затем снижается в течение дня.

Высвобождение инсулина в ответ на повышение уровня глюкозы происходит двухфазно:

1. Острая или быстрая фаза: длится несколько минут и связана с высвобождением уже накопившегося в бета-клетке инсулина в период между приемами пищи.
2. Вторая или медленная фаза: продолжается до тех пор, пока уровень глюкозы не достигнет нормальных тощаковых показателей (3,3–5,5 ммоль/л).

По портальной системе инсулин достигает печени – своего главного органа-мишени. Печеночные рецепторы связывают половину от секретированного. Другая половина достигает мышц и жировой ткани.

До 80% инсулина подвергается протеолитическому распаду в печени, незначительное количество метаболизируется непосредственно мышечными и жировыми клетками, все остальное – в почках.

Рецепторы и чувствительность клеток к инсулину

Биологические эффекты инсулина обусловлены его способностью связываться со специфическими рецепторами, расположенными на клетках-мишенях. Плазматические рецепторы на поверхности клеток представляют собой гликопротеин. После связывания инсулина и клеточного рецептора образовавшийся комплекс поступает внутрь клетки.

При высоком уровне инсулина в крови число рецепторов на клетках-мишенях снижается для понижающей регуляции. Снижение числа рецепторов ведет к понижению чувствительности клетки к инсулину.

Физиологическое действие инсулина

Инсулин является анаболическим гормоном, усиливающим синтез углеводов, белков, жира, нуклеиновых кислот, также инсулин дает множественный эффект на инсулинзависимые ткани.

Действие на углеводный обмен

1. Обеспечивает поступление глюкозы в клетки. Для этого он повышает в 20 раз проницаемость клеточной мембраны и тем самым обеспечивает снабжение глюкозой клеток организма. Исключения – инсулиннезависимые ткани:

• Нейроны центральной и периферической нервной системы;
• Хрусталики,
• Эритроциты,
• Эндотелий сосудов.

Инсулиннезависимые ткани – ткани, получающие глюкозу независимо от инсулина.

2. Стимулирует синтез гликогена в мышцах и печени и тормозит его распад (особенно в печени).
3. Тормозит глюконеогенез (ферментный процесс образования глюкозы из неуглеводных предшественников, в основном, пирувата и лактата).
4. Стимулирует гликолиз в печени – процесс анаэробного расщепления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты и накапливается энергия в виде АТФ (аденозинтрифосфат).
5. Вызывает гипогликемию (снижение уровня глюкозы в крови).

Действие на липидный обмен

1. Стимулирует синтез и тормозит распад липидов: инсулин – единственный гормональный стимулятор синтеза липидов и ингибитор липолиза.
2. Стимулирует отложение липидов в жировой ткани.
3. Стимулирует синтез жирных кислот из глюкозы.
4. Стимулирует окисление кетоновых тел в печени.
5. Стимулирует расщепление липопротеидов крови.

Действие на белковый обмен

1. Стимулирует синтез и тормозит распад белков, таким образом увеличивая их запасы в организме.
2. Повышает проницаемость клеточных мембран для аминокислот.
3. Стимулирует синтез РНК.
4. Стимулирует синтез аминокислот в печени.

Влияние на другие гормоны

1. Стимулирует секрецию и усиливает эффекты соматотропина.
2. Стимулирует секрецию катехоламинов.
3. Стимулирует секрецию пролактина.
4. Стимулирует секрецию кортикотропина.
5. Тормозит секрецию глюкагона.
6. Тормозит секрецию нейропептида Y.
7. Усиливает действие на ЖКТ гастрина, секретина и холецистокинина.

Прочие эффекты

1. Стимулирует расщепление глюкозы и синтез АТФ.
2. Стимулирует пролиферацию клеток.
3. Поддерживает высокую внутриклеточную концентрацию ионов калия.
4. Задерживает выделение натрия почками.

Изменения уровня инсулина при заболеваниях

1. Повышение уровня инсулина:

• Инсулиннезависимый сахарный диабет (2-го типа).
• Инсулинома.
• Заболевания печени.
• Акромегалия.
• Синдром Кушинга.
• Миотоническая дистрофия.
• Семейная непереносимость фруктозы и галактозы.
• Ожирение.

2. Снижение уровня инсулина:

• Инсулинозависимый сахарный диабет (1-го типа).
• Гипопитуитаризм.