Insulina i jej wykorzystanie w leczeniu cukrzycy

Insulina jest syntetyzowanym w trzustce hormonem polipeptydowym. Jej cząsteczka złożona jest z 51 aminokwasów, które tworzą dwa łańcuchy (A i B). Aparaty Golgiego komórek wysp trzustkowych (Langerhansa) wytwarzają prohormon insuliny (proinsulinę), który składa się z cząsteczki insuliny i peptydu C.

W ziarnistościach cytoplazmatycznych składowe te oddzielają się od siebie. Następnie pod wpływem różnych czynników insulina zostaje uwolniona z ziarnistości (poprzez egzocytozę) do krwi żyły wrotnej. Najsilniejszym bodźcem stymulującym wydzielanie insuliny z ziarnistości magazynujących komórek B wysp trzustkowych jest wzrost stężenia glukozy we krwi powyżej 5,6 mmol/l. Czynnikami pobudzającymi są także aminokwasy (L-leucyna, L-arginina), gastryny, sekretyny, glikokortykosteroidy, somatotropina (hormon wzrostu), wolne kwasy tłuszczowe, jony wapnia i potasu oraz pobudzenie receptorów α układu współczulnego. Jony magnezowe, niedobór jonów wapnia i potasu lub pobudzenie receptorów β układu współczulnego powodują z kolei zahamowanie uwalniania insuliny. Insulina jest wydzielana pulsacyjnie w ilości 24-48 j.m./dobę. Większe ilości uwalniane są do krwi co 1,5-2 h, mniejsze fale wydzielnicze występują natomiast co 8-16 minut.

Działanie insuliny polega na oddziaływaniu z receptorami insulinowymi, które znajdują się w zasadzie na powierzchni wszystkich komórek. Ich liczba na poszczególnych komórkach jest jednak różna. Najwięcej znajduje się na hepatocytach (komórkach wątroby). Poprzez pobudzenie swoistych receptorów insulina reguluje transport glukozy przez błonę komórkową oraz warunkuje jej procesy metaboliczne. Efektem wpływu insuliny na przemianę węglowodanów jest zwiększenie tkankowego zużytkowania glukozy i ograniczenie oddawania glukozy przez wątrobę do krwi (synteza glikogenu), co skutkuje ostatecznym zmniejszeniem glikemii. Insulina bierze udział w metabolizmie nie tylko węglowodanów. Jej działanie obejmuje również przemiany lipidów i białek. Zwiększa między innymi włączanie kwasów tłuszczowych do triglicerydów tkanki tłuszczowej i hamuje lipolizę. Dzięki tej aktywności insulina zmniejsza stężenie wolnych kwasów tłuszczowych we krwi i zapobiega hiperlipidemii. Ponadto zwiększa transport aminokwasów do wnętrza komórek, pobudza biosyntezę białek oraz hamuje przemianę aminokwasów do glukozy. Pod jej wpływem dochodzi do dodatniego bilansu azotowego.

Ze względu na szeroki zakres działania insuliny, niedobór lub nieprawidłowości w jej działaniu przyczyniają się do zaburzeń przemiany węglowodanowej, lipidowej i białkowej. W efekcie tych zakłóceń obserwowane są zmiany w drobnych naczyniach krwionośnych, uszkodzenia przewodnictwa nerwowego oraz zmiany miażdżycowe. Całkowity niedobór insuliny skutkuje wytwarzaniem dużych ilości związków ketonowych (200-400 g/dobę), które powodują uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego, co może doprowadzić do śpiączki. Nadmiar związków ketonowych wydalany jest z moczem i wydychanym powietrzem. Dlatego jedynym z objawów ketonowej śpiączki cukrzycowej jest tzw. oddech Kussmaula, czyli przyspieszone, głębokie oddychanie. Wydychane powietrze ma często zapach acetonu. Próba neutralizacji związków ketonowych przez organizm prowadzi do wytwarzania amoniaku przez nerki (amoniogenezy) oraz do zaburzeń elektrolitowych, przede wszystkim zwiększonego stężenia potasu (hiperkaliemii).

Zobacz również:

Insulina stanowi także ważny lek stosowany w cukrzycy. Leczenie przy użyciu preparatów insulinowych jest niezbędne u osób chorujących na cukrzycę insulinozależną (typu 1). W tym typie cukrzycy dochodzi do zaniku komórek B wysp Langerhansa, które odpowiadają za wytwarzanie insuliny. Leczenia insuliną wymagają również chorzy z długotrwałą cukrzycą typu 2, u których leki będące pochodnymi sulfonylomocznika stały się nieskuteczne. Preparaty te są również stosowane w przypadku postępującej retinopatii, nefropatii oraz u osób nieotyłych z zaawansowaną makroangiopatią. W sumie insulina jest podawana u ok. 20% wszystkich chorych na cukrzycę. Niekiedy preparaty insulinowe podawane są tylko okresowo, w sytuacji, gdy u chorych na cukrzycę typu 2 ilość wytwarzanej przez organizm insuliny jest niewystarczająca, np. w przypadku kwasicy mleczanowej, ostrych lub przewlekłych zakażeń, ciąży czy zabiegu chirurgicznego wymagającego ogólnego znieczulenia.

Pierwsze próby leczenia insuliną miały miejsce w 1922 roku w Toronto. Lekarz Fredric Banting i student Charles Best wyekstrahowali insulinę z trzustek wołowych i podali ją chłopcu choremu na cukrzycę. Próba okazała się sukcesem, a Banting za badania nad insuliną został rok później uhonorowany Nagrodą Nobla. Wytwarzane w tym okresie preparaty insuliny charakteryzowały się krótkim okresem działania, przez co wymagały wielokrotnych wkłuć w ciągu dnia. Problemem był także wysoki stopień zanieczyszczenia, które przyczyniało się do częstych objawów niepożądanych, takich jak: uczulenie, insulinooporność, lipodystrofia. Jednak 20 lat badań pozwoliło już wprowadzić preparaty o przedłużonym działaniu, a w latach 70. XX wieku – preparaty pozbawione zanieczyszczeń białkowych. Prawdziwym przełomem było otrzymanie w drodze inżynierii genetycznej insuliny, której budowa była identyczna z insuliną ludzką (tzw. insuliny humanizowanej). Obecnie do lecznictwa wprowadzane są analogi insuliny, które różnią się w niewielkim stopniu (1 lub kilkoma aminokwasami) od insuliny ludzkiej, dzięki czemu charakteryzują się lepszymi właściwościami farmakokinetycznymi.

Siła działania insulin jest określana w jednostkach międzynarodowych. Jedna jednostka międzynarodowa (1 j.m.) odpowiada 0,03891 mg pierwszego międzynarodowego standardu insuliny wieprzowej oraz 0,03846 mg insuliny wieprzowej (lub ludzkiej). Preparaty insulinowe najczęściej dzieli się ze względu na długość działania, na preparaty krótkodziałające (6-12 h), preparaty o przedłużonym działaniu (do 24 h) i insuliny działające powyżej 24 h (zwykle 36 h). Ta pierwsza jest wykorzystywana w leczeniu cukrzycy u osób, które są w stanie wielokrotnie w ciągu dnia mierzyć poziom glukozy we krwi i ustalać odpowiednią dawkę leku. Choć wymaga to sporej wiedzy, dużego wysiłku i dobrej współpracy z lekarzem to pozwala na prowadzenie aktywnego trybu życia oraz daje większą swobodę w doborze posiłków.

U osób starszych, dla których ciągła kontrola poziomu glukozy jest zbyt trudna stosowane są preparaty, które są mieszankami insuliny krótkodziałającej i o średnim czasie działania. Wiąże się to jednak z koniecznością przestrzegania odpowiedniej diety, przestrzegania pór posiłków oraz wielkości wysiłku fizycznego. Preparaty o przedłużonym działaniu stosuje się także na noc, by utrzymać podstawowy poziom insuliny. Obecnie przy długotrwałym leczeniu cukrzycy insulina podawana jest najczęściej podskórnie przy pomocy tzw. penów. Dostępne są również urządzenia umożliwiające długotrwały przezskórny wlew insuliny (pompy infuzyjne).

Preparaty insuliny jak wszystkie leki mogą powodować działania niepożądane. Jednym z nich jest lipodystrodia insulinowa, czyli zanik tkanki tłuszczowej w miejscu podawania insuliny. Ponadto może wystąpić uczulenie na insulinę lub insulinooporność. Niebezpieczne jest także przedawkowanie, gdyż grozi ono obniżeniem poziomu glukozy we krwi (hipoglikemią), które może w ciężkich przypadkach zakończyć się śpiączką hipoglikemiczną, a nawet śmiercią.

Marta Grochowska

Źródła:
Janiec W.: Farmakodynamika. Podręcznik dla studentów farmacji. PZWL, Warszawa 2008,
Kostowski W., Herman Z. S.: Farmakologia. Podstawy farmakoterapii. PZWL, Warszawa 2010.