Ինսուլին

Ինսուլին, պեպտիդային բնույթի հորմոն, որն առաջանում է ենթաստամոքսային գեղձի β-Լանգերհանսյան բջիջների կողմից։ Այն կարգավորում է ածխաջրերի, սպիտակուցների և ճարպերի փոխանակությունը։

Ինսուլինը ծագմամբ շատ հին սպիտակուց է, որը ծագել է մոտ մեկ միլիարդ տարի առաջ։ Ինսուլինի մոլեկուլյար ծագումը հասնում է մինչև պարզ միաբջիջ էուկարիոտ բջիջների ժամանակաշրջան^[1]։ Կենդանիներից բացի, ինսուլինանման սպիտակուցներ հայտնաբերվել են նաև նախակենդանիների և սնկերի մոտ^[2]։

Հայտնաբերման պատմություն

Ինսուլինի տարածական մոդելը

1869 թվականին գերմանացի ուսանող Պ. Լանգերհանսը մանրադիտակով ենթաստամոքսային գեղձի ուսւոմնասիրման ժամանակ հայտնաբերեց նախկինում անհայտ մարմնիկներ՝ կղզյակներ, որոնք հետագայում անվանվեցին հայտնաբերողի անունով։ Դրանց ֆունկցիաները դեռ անհայտ էին։

1889 թվականին լեհ-գերմանացի Օ. Մինկովսկին Ջ. Մերինգի հետ համատեղ պարզելու համար ենթաստամոքսային գեղձի դերը մարսողությունում, հեռացրեց շան ենթաստամոքսային գեղձը և մի քանի օր անց նկատեց, որ մեղուները հավաքվել են շնից վերցված մեզի վրա։ Հետազոտելով մեզը հայտնաբերեցին գլյուկոզի բարձր քանակ, որը հանդիսացավ ենթաստամոքսային գեղձի և շաքարային դիաբետի միջև կապի առկայության առաջին փաստը։

1906 թվականին Ջ. Լ. Զուելզերին մասնակիորեն հաջողվեց բուժել շանը ենթաստամոքսային գեղձի մզվածքով, որը կրկնեցին այլ գիտնականներ ևս։ 1916 թվականին ռումինացի պրոֆեսոր Նիկոլա Պաուլեսկին ստացավ դիաբետիկ շան արյան մեջ շաքարի քանակի նվազում ենթաստամոքսային գեղձի մզվածքի ներարկման միջոցով, սակայն ստիպված էր ընդհատել աշխատանքները առաջին համաշխարհային պատերազմի պատճառով։ Հետագայում Ն. Պաուլեսկին իր հետազոտությունների արդյունքները հրատարակեց Փարիզում՝ չորս հոդվածներում, իսկ 1922 թվականին ստացավ արտոնագիր՝ ենթաստամոքսային գեղձի մզվածքի՝ պանկրեինի ստացման համար։ Քանի որ նա մարդկանց վրա կլինիկական հետազոտություններ չկատարեց, իր գործունեության համար չստացավ նոբելյան մրցանակ, և ինսուլինի պաշտոնական հայտնաբերողներ են դառնում Ֆ. Բանտինգն ու Ջ. Մակլեոդը։

Ն. Պաուլեսկի

1921 թվականին կանադացի Ֆրեդերիկ Բանտինգը Տորոնտոյի համալսարանի պրոֆեսոր Ջ. Մակլեոդի լաբորատորիայում իրեն կցված 2 ուսանողների հետ, որոնցից մեկը Չ. Բեստն էր, շան ենթաստամոքսային գեղձի ծորանի վրա դրված լիգատուրայի միջոցով ստացան այդ գեղձի հետաճում, բացառությամբ կղզյակային հատվածների, որի առանձնացումից էլ ստացան նյութ՝ իզլեթին, որը հետագայում անվանվեց ինսուլին և փորձարկեցին շների վրա։ Մաքուր վիճակում այդ նյութի ստացման համար Մակլեոդը հրավիրեց կենսաքիմիկոս Ջ. Կոլլիպին։

1922 թվականի հունվարի 11-ին ինսուլինի առաջին ներարկումը կատարվեց դիաբետով հիվանդ 14-ամյա Լեոնարդ Թոմպսոնին, սակայն նրա մոտ առաջացավ բարդություն՝ ալերգիա։ Հետագա 12 օրերի ընթացքում Կոլլիպն աշխատեց մզվածքի որակի բարելավման ուղղությամբ և հունվարի 23-ին կատարվեց 2-րդ ներարկումը, որը բարեհաջող էր և ներարկումները շարունակցեվին այլ հիվանդների վրա։

Սկզբնական շրջանում կենդանիներից ստացված և մաքրված մզվածքը ինսուլինի միակ աղբյուրն էր։ 1950-ականներին Ֆրեդերիկ Սանգերը նկարագրեց ինսուլինի ամինաթթվային հաջորդականությունը, իսկ առաջին սինթետիկ ինսուլինը ստացվեց Պիտսբուրգի համալսարանում Պանայոտիս Կետսոյաննիսի և Աախենի համալսարանում Հելմութ Զահնի կողմից 1960-ականներին։ Առաջին մարդկային սինթետիկ ինսուլինը ստացվել է 1978 թվականին Արթուր Ռիգգսի և Կայիչի Իթակուրայի կողմից՝ աղիքային ցուպիկներ օգտագործելու միջոցով։

1923 թ.-ին Ֆ. Բանտինգն ու Ջ. Մակլեոադը ստացան Նոբելյան մրցանակ՝ ֆիզիոլոգիայի և բժշկության բնագավառում։ Բանտինգը իր մրցանակով կիսվեց Բեստի, իսկ Մակլեոադը՝ Կոլլիպի հետ։ 1958 թվականին բրիտանացի կենսաբան Ֆ. Սանգերն արժանանում է Նոբելյան մրցանակի քիմիայի բնագավառում՝ ինսուլինի առաջնային կառուցվածքի բացահայտման համար։ Ընդ որում, ինսուլինն առաջին սպիտակուցն էր, որի ամինաթթվային հաջորդականությունը պարզվում է։ 1969 թվականին Նոբելյան մրցանակակիր Դորոթի Հոջկինը բացահայտում է ինսուլինի տարածական՝ երրորդային կառուցվածքը։ 1977 թվականին Ռ. Ս. Յալոուն ստանում է Նոբելյան մրցանակ՝ ինսուլինի ռադիոիմունային անալիզի համար։

Ֆ. Բանտինգ, Ց. Բեստ

Ֆիզիոլոգիական նշանակությունը

Ինսուլինն ազդում է գրեթե բոլոր հյուսվածքների նյութափոխանակային գործընթացների, հատկապես՝ ածխաջրային փոխանակության վրա։ Ինսուլինը սկզբում սինթեզվում է հսկա նախահորմոնի տեսքով և մինչև ներզատման պահը պահվում է β-բջիջների հատիկներում։ Ներզատվելուց առաջ պեպտիդազների ազդեցությամբ նախաինսուլինի մոլեկուլից պոկվում է C պեպտիդը և առաջանում է ինսուլինը, որը կազմված է երկսուլֆիդային կամրջակներով միացված A և B շղթաներից։

Լանգերհանսի կղզյակների β-բջիջները զգայուն են արյան մեջ գլյուկոզի քանակի տատանման նկատմամբ։ Արյան մեջ գլյուկոզի խտաստիճանի բարձրացման դեպքում ինսուլինի հյութազատման մեխանիզմը հետևյալն է.

• գլյուկոզը թափանցում է β-բջիջների մեջ, որտեղ սկզբում ենթարկվում է գլիկոլիզի, այնուհետև օքսիդանում է շնչառական ցիկլում և արդյունքում առաջանում է ԱԵՖ,
• ԱԵՖ-ը՝ կալիումական անցուղիների փակման միջոցով հանգեցնում է թաղանթի ապաբևեռացման,
• ապաբևեռացման հետևանքով բացվում են պոտենցիալակախյալ կալցիումական անցուղիները, որի արդյունքում կալցիումն անցնում է բջիջներ,
• բջիջներում կալցիումի քանակի ավելացումն ազատում է ներբջջային կապված կալցիումը և բարձրացնում այս իոնների խտաստիճանը,
• բջիջներում կալցիումի իոնների քանակի բարձրացումն էկզոցիտոզի եղանակով առաջ է բերում նախօրոք սինթեզված ինսուլինի հյութազատում։

Ինսուլինի գլխավոր ազդեցությունը գլյուկոզի քանակի նվազեցումն է արյան մեջ։ Այն իրագործվում է հետևյալ մեխանիզմներով. ինսուլինը մեծացնում է բոլոր տեսակի մկանային և ճարպային բջիջների թաղանթների թափանցելիությունը գլյուկոզի նկատմամբ, ուժեղացնում է բջիջների կողմից գլյուկոզի յուրացումն ու օգտագործումը,լյարդում և մկաններում խթանում է գլյուկոզից գլիկոգենի առաջացումը, ընկճում է գլյուկոնեոգենեզն ու գլիկոգենի քայքայումը, համապատասխան ֆերմենտների ակտիվացման եղանակով մեծացնում է գլիկոլիզը։ Հաշվի առնելով ինսուլինի հզոր անաբոլիկ ազդեցությունը սպիտակուցների վրա, այն որպես բաղադրիչ ավելացնում են սպորտով զբաղվողների հավելյար սննդակարգում։

Ինսուլինի ազդեցությունը գլյուկոզի փոխանակության վրա

Ինսուլինը չի ազդում միայն լյարդի և նյարդային բջիջների թափանցելիության վրա։ Լյարդի բջիջների թաղանթներն ազատ թափանցելի են գլյուկոզի նկատմամբ նույնիսկ ինսուլինի բացակայության դեպքում, սակայն այս հորմոնն անհրաժեշտ է լյարդի բջիջներում գլյուկոզից գլիկոգենի սինթեզի համար։ Լյարդը համարվում է գլյուկոզի կարևորագույն պահեստարան, քանի որ օրգանիզմ անցած գլյուկոզի մեծ մասը ժամանակավորապես պահեստավորվում է լյարդում։

Ինսուլինը գործնականում չի ազդում գլյուկոզի նկատմամբ նյարդային բջիջների թափանցելիության վրա։ Դրա ֆիզիոլոգիական իմաստն այն է, որ նույնիսկ գլյուկոզի նվազագույն խտության դեպքում նյարդային բջիջները արյունից կարողանան ստանալ և օգտագործել անհրաժեշտ քանակի գլյուկոզ։

Ինսուլինը լյարդում ակտիվացնում է ամինաթթուների սինթեզը, խթանում է բջիջների կողմից ամինաթթուների կլանումը և սպիտակուցների կենսասինթեզը, մեծացնում է կալիումի, մագնեզիումի և ֆոսֆորի իոնների անցումը բջիջներ, խթանում ճարպաթթուների սինթեզն ու դրանց եթերացումը ճարպային հյուսվածքում, իսկ լյարդում նպաստում է գլյուկոզի վերածմանը ազատ ճարպաթթուների և եռգլիցերիդների, ինչպես նաև ուժեղացնում է կետոնային նյութերի օքսիդացումը։

Լյարդում գլյուկոզի մի մասը վերածվում է գլիկոգենի, իսկ ավելցուկն ինսուլինի ազդեցությամբ վերածվում է ճարպաթթուների, որոնք արյան միջոցով փոխադրվում են ճարպային հյուսվածք և գլիցերոլի հետ միասին օգտագործվում ճարպի սինթեզի համար։ Արյան մեջ ինսուլինի քանակի նվազումն ուղեկցվում է լիպազի ակտիվացմամբ և, որպես հետևանք, ուժեղանում է ճարպերի քայքայումը։

Ինսուլինի անբավարարության դեպքում ճարպային փոխանակության խանգարման հետևանքով ացետաքացախաթթուն վերածվում է β-օքսիկարագաթթվի և ացետոնի, որոնք հայտնի են որպես կետոնային մարմիններ և կուտակվում արյան մեջ։ Սրանով է բացատրվում շաքարային դիաբետի ժամանակ առաջացող արյան թթվագարությունը, որի դեպքում հիվանդների արտաշնչած օդից ացետոնի հոտ կարող է գալ։

Ինսուլինն ունի նաև հակակատաբոլիկ ազդեցություն. այն թուլացնում է սպիտակուցների և ճարպերի տրոհման գործընթացը։ Արյան մեջ անցած ինսուլինի մեծ մասը (60 %) քայքայվում է լյարդում, իսկ մնացածը՝ երիկամներում։ Ինսուլինի անբավարար քանակն առաջացնում է շաքարային դիաբետ, իսկ գերարտադրությունը՝ հիպոգլիկեմիա։ 1-տիպի շաքարային դիբետի առաջացումը պայմանավորված է ինսուլինի անբավարարությամբ, իսկ 2-րդ տիպի շաքարային դիաբետինը՝ ինսուլինային ընկլաիչների պակասով կամ զգայնության նվազմամբ ինսուլինի նկատմամբ։

Ինսուլինի արտադրման կարգավորումը

Ինսուլինի առաջացման ու հյութազատության հիմնական խթանիչն արյան մեջ գլյուկոզի խտաստիճանի բարձրացումն է. որքան բարձր է գլյուկոզի մակարդակը, այնքան շատ ինսուլին է հյութազատվում։ Ինսուլինի արտադրությունը խթանում են նաև խոլեցիստոկինինը, գլյուկագոնը, գլյուկոկորտիկոիդները, սեկրետինը, գաստրինը, ԱԿՏՀ-ն, աճի հորմոնը, էստրոգենները, արյան պլազմայում գտնվող ամինաթթուների, ճարպաթթուների, կալիումի և կալցիումի իոնների քանակի ավելացումը։ Դրանց հակառակ, սոմատոստատինը, կալցիտոնինը, լեպտինը, քաղցը, նորադրենալին ու ադրենալինը թուլացնում են ինսուլինի արտադրությունը։ Ինսուլինի քանակը կարգավորվում է նաև ինքնակարգավորման մեխանիզմով. արյան մեջ ինսուլինի քանակի նվազումը խթանում է իր իսկ հյութազատությունը և հակառակը։

Պարասիմպաթիկ նյարդային համակարգը խթանում, իսկ սիմպաթիկն՝ ընկճում է ինսուլինի արտադրությունը։

Ծանոթագրություններ

1. Le Roith, D.; Shiloach, J.; Heffron, R.; Rubinovitz, C.; Tanenbaum, R. and Roth, J. (1985), Insulin-related material in microbes: similarities and differences from mammalian insulins. Can. J. Biochem. Cell Biol., 63, 839–849.
2. Alzira Martins Ferreira de Souza, Jorge A. López (2004). Insulin or insulin-like studies on unicellular organisms: a review. Braz. arch. biol. technol. vol.47 no.6 Curitiba Nov. 2004.

Արտաքին հղումներ

• http://www.endocrineweb.com/conditions/type-1-diabetes/what-insulin
• http://www.diabetes.org/living-with-diabetes/treatment-and-care/medication/insulin/insulin-basics.html Արխիվացված 2014-02-14 Wayback Machine
• http://www.webmd.com/diabetes/guide/diabetes-types-insulin
• http://www.mydr.com.au/diabetes/insulin-how-it-works
• https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%81%D1%83%D0%BB%D0%B8%D0%BD
• http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/4224/%D0%98%D0%9D%D0%A1%D0%A3%D0%9B%D0%98%D0%9D

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 4, էջ 349)։