Первое использование инсулина для лечения диабета у человека.
Сахарный диабет, широко известный как диабет, представляет собой группу нарушений обмена веществ, характеризующихся высоким уровнем сахара в крови (гипергликемией) в течение длительного периода времени. Симптомы часто включают частое мочеиспускание, повышенную жажду и повышенный аппетит. Если не лечить диабет, он может вызвать множество осложнений со здоровьем. Острые осложнения могут включать диабетический кетоацидоз, гиперосмолярное гипергликемическое состояние или смерть. Серьезные долговременные осложнения включают сердечно-сосудистые заболевания, инсульт, хроническое заболевание почек, язвы стопы, повреждение нервов, повреждение глаз и когнитивные нарушения. Диабет возникает либо из-за того, что поджелудочная железа не производит достаточного количества инсулина, либо клетки организма не должным образом реагировать на вырабатываемый инсулин. Инсулин — это гормон, который отвечает за то, чтобы глюкоза из пищи попадала в клетки для использования в качестве энергии. Различают три основных типа сахарного диабета:
Диабет 1 типа возникает в результате неспособности поджелудочной железы вырабатывать достаточное количество инсулина из-за потери бета-клеток. Ранее эту форму называли «инсулинозависимым сахарным диабетом» или «ювенильным диабетом». Потеря бета-клеток вызвана аутоиммунным ответом. Причина этого аутоиммунного ответа неизвестна. Хотя диабет 1 типа обычно появляется в детстве или в подростковом возрасте, он также может развиться у взрослых.
Диабет 2 типа начинается с инсулинорезистентности, состояния, при котором клетки не реагируют должным образом на инсулин. По мере прогрессирования заболевания может также развиться недостаток инсулина. Ранее эту форму называли «инсулиннезависимым сахарным диабетом» или «диабетом взрослых». Диабет 2 типа чаще встречается у пожилых людей, но значительное увеличение распространенности ожирения среди детей привело к увеличению случаев диабета 2 типа у молодых людей. Наиболее распространенной причиной является сочетание избыточной массы тела и недостаточной физической нагрузки.
Гестационный диабет является третьей основной формой и возникает, когда у беременных женщин без предшествующего анамнеза диабета повышается уровень сахара в крови. У женщин с гестационным диабетом уровень сахара в крови обычно возвращается к норме вскоре после родов. Однако женщины, у которых был гестационный диабет во время беременности, имеют более высокий риск развития диабета 2 типа в более позднем возрасте. Диабет 1 типа необходимо лечить с помощью инъекций инсулина. Профилактика и лечение диабета 2 типа включает в себя соблюдение здорового питания, регулярные физические упражнения, нормальную массу тела и отказ от курения. Диабет 2 типа можно лечить с помощью пероральных противодиабетических препаратов с инсулином или без него. Контроль артериального давления и поддержание надлежащего ухода за ногами и глазами важны для людей с этим заболеванием. Инсулин и некоторые пероральные препараты могут вызывать низкий уровень сахара в крови (гипогликемию). Операция по снижению веса у людей с ожирением иногда является эффективной мерой при диабете 2 типа. Гестационный диабет обычно проходит после рождения ребенка. По состоянию на 2019 год около 463 миллионов человек во всем мире страдали диабетом (8,8% взрослого населения), причем диабет 2 типа составлял около 90% случаев. Показатели одинаковы у женщин и мужчин. Тенденции говорят о том, что ставки будут продолжать расти. Диабет как минимум удваивает риск ранней смерти человека. В 2019 году от диабета умерло около 4,2 миллиона человек. Это 7-я ведущая причина смерти в мире. Глобальные экономические затраты на здравоохранение, связанные с диабетом, в 2017 году оценивались в 727 миллиардов долларов США. В 2017 году расходы на диабет в США составили почти 327 миллиардов долларов США. Средние медицинские расходы людей с диабетом примерно в 2,3 раза выше.
Инсулин (от лат. insula, «остров») представляет собой пептидный гормон, продуцируемый бета-клетками островков поджелудочной железы; он считается основным анаболическим гормоном организма. Он регулирует метаболизм углеводов, жиров и белков, способствуя всасыванию глюкозы из крови в клетки печени, жира и скелетных мышц. В этих тканях поглощенная глюкоза превращается либо в гликоген посредством гликогенеза, либо в жиры (триглицериды) посредством липогенеза, либо, в случае печени, в то и другое. Производство и секреция глюкозы печенью сильно подавляются высокими концентрациями инсулина в крови. Циркулирующий инсулин также влияет на синтез белков в самых разных тканях. Таким образом, это анаболический гормон, способствующий превращению малых молекул в крови в большие молекулы внутри клеток. Низкий уровень инсулина в крови имеет противоположный эффект, способствуя широкому катаболизму, особенно запасов жира в организме.
Бета-клетки чувствительны к уровню сахара в крови, поэтому они выделяют инсулин в кровь в ответ на высокий уровень глюкозы; ингибируют секрецию инсулина при низком уровне глюкозы. Инсулин усиливает поглощение глюкозы и метаболизм в клетках, тем самым снижая уровень сахара в крови. Соседние с ними альфа-клетки, следуя указаниям бета-клеток, секретируют глюкагон в кровь противоположным образом: повышенная секреция при низком уровне глюкозы в крови и сниженная секреция при высокой концентрации глюкозы. Глюкагон повышает уровень глюкозы в крови, стимулируя гликогенолиз и глюконеогенез в печени. Секреция инсулина и глюкагона в кровь в ответ на концентрацию глюкозы в крови является основным механизмом гомеостаза глюкозы. Снижение или отсутствие активности инсулина приводит к сахарному диабету, состоянию высокого уровня сахара в крови (гипергликемии). Различают два типа заболевания. При сахарном диабете 1 типа бета-клетки разрушаются в результате аутоиммунной реакции, так что инсулин больше не может синтезироваться или секретироваться в кровь. При сахарном диабете 2 типа разрушение бета-клеток менее выражено, чем при 1 типе, и не обусловлено аутоиммунным процессом. Вместо этого происходит накопление амилоида в панкреатических островках, что, вероятно, нарушает их анатомию и физиологию. Патогенез сахарного диабета 2 типа не совсем ясен, но известно, что при этом участвует снижение популяции бета-клеток островков, снижение секреторной функции выживших бета-клеток островков и инсулинорезистентность периферических тканей. Диабет 2 типа характеризуется повышенной секрецией глюкагона, которая не зависит от концентрации глюкозы в крови и не реагирует на нее. Но инсулин по-прежнему секретируется в кровь в ответ на уровень глюкозы в крови. В результате глюкоза накапливается в крови.
Белок человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты и имеет молекулярную массу 5808 Да. Это гетеродимер А-цепи и В-цепи, которые связаны друг с другом дисульфидными связями. Структура инсулина незначительно различается у разных видов животных. Инсулин из животных источников несколько отличается по эффективности (по влиянию на углеводный обмен) от человеческого инсулина из-за этих вариаций. Свиной инсулин особенно близок к человеческому варианту и широко использовался для лечения диабета 1 типа до того, как человеческий инсулин стал производиться в больших количествах с помощью технологий рекомбинантной ДНК. Инсулин был первым обнаруженным пептидным гормоном. Фредерик Бантинг и Чарльз Герберт Бест, работавшие в лаборатории Дж. Дж. Р. Маклеода в Университете Торонто, первыми выделили инсулин из поджелудочной железы собаки в 1921 году. полностью секвенирован. Кристаллическая структура инсулина в твердом состоянии была определена Дороти Ходжкин в 1969 году. Инсулин также является первым белком, который был химически синтезирован и получен с помощью технологии рекомбинации ДНК. Он включен в Примерный список основных лекарственных средств ВОЗ, наиболее важных лекарств, необходимых в базовой системе здравоохранения.