Инсулин

Инсулинът е хипогликемичният хормон. Като такава, основната му функция е да намали концентрацията на глюкоза в кръвта (гликемия), насърчавайки нейния транспорт в клетките, но в този смисъл действа само върху мастната тъкан (адипоцити), мускулите (мускулните влакна или миоцитите) и сърцето ( сърдечни влакна или кардиомиоцити). Инсулинът изпълнява тази функция чрез активиране на глюкозния транспортер GLUT4, който се намира само в плазмената мембрана на тези клетки. Глюкозата е не много полярно вещество и като такава може да дифузира свободно през клетъчните мембрани. Всички клетки обаче имат специфични глюкозни транспортери, за да ускорят транзита си през техните мембрани, но единственият инсулинозависим транспортер е само в споменатите клетки, които също имат неинсулинозависими транспортери.

Глюкозните транспортери са протеини, интегрирани в плазмената мембрана на клетките, които позволяват или улесняват транспортирането на специфични вещества в двете посоки (от извънклетъчната среда до цитоплазмата или в обратна посока, според термодинамичните условия). Известни са до дванадесет различни транспортьори на глюкоза (вж. Таблица 1) [1, 2]. Най-общият и най-повсеместният е GLUT1. Транспортерът GLUT3 се намира само в мозъка, а GLUT4 (намира се в мускулите, сърцето и мастната тъкан) е единственият от дванадесетте, който е чувствителен към инсулина. По този начин повечето клетки не се нуждаят от инсулин, за да консумират глюкоза.

1. Medina, R. A. & Owen, G. I. (2002) Транспортери на глюкоза: експресия, регулация и рак. Биологични изследвания, 35, 9-26.

2. Maher, F., Vannucci, S. J. & Simpson, I. A. (994) Глюкозни транспортни протеини в мозъка. Вестник FASEB, 8, 1003-1011.

Таблица 1. Глюкозни транспортери (GLUT) в различни тъкани

институт

В някои текстове обаче на инсулина погрешно се приписва функцията да бъде хормон, необходим за нормалната консумация на глюкоза от клетките. Това предположение е безсмислено и неустойчиво. Наистина няма данни или логична причина, която да подкрепи тази идея, но има много, които категорично показват, че инсулинът играе съвсем различна роля:

(а) Основната причина за това предложение се основава предимно на логиката на метаболизма: като начин за снабдяване с енергия на клетките, активността на гликолизата не може да зависи от (външен) хормонален сигнал и по-малко от хормон, чийто живот е само няколко минути . Външен сигнал, като адреналин или глюкагон, може да подготви извънклетъчната среда, увеличавайки глюкозата в кръвта, готова за консумация, но консумацията на глюкоза от всяка клетка за задоволяване на нейните енергийни нужди трябва да се регулира от вътреклетъчни сигнали, които ще зависят от вашите специфични енергийни нужди.

(б) Всички клетки консумират глюкоза в по-голяма или по-малка степен, за предпочитане като енергийно гориво, но също и като предшественик на много метаболитни продукти и както може да се види в Таблица 1, инсулинът не участва в транспорта на глюкоза в повечето от носни кърпи.

(в) Има няколко хипергликемични хормона: главно глюкагон, адреналин, глюкокортикоидите (кортизон и кортизол) и хормон на растежа. Всички те насърчават повишаване на кръвната захар, макар и по различни причини. Всеки има специфична функция и неговата секреция отговаря на специални нужди, които изискват специфични тъкани или специфични функции на организма, и те се секретират в отговор на различни стимули, според всеки отделен случай:

Глюкагон. Глюкагонът е глюкостатичен хормон, чийто ефект е антагонистичен на този на инсулина. Той се секретира от клетките на панкреаса при понижаване на кръвната захар. Действа върху черния дроб, насърчавайки освобождаването на глюкоза в кръвта от чернодробния гликоген, за да балансира кръвната глюкоза.

Адреналин и другите катехоламини. Адреналинът е хормонът на стреса. Той се секретира от клетките на надбъбречната медула в отговор на стимули от централната нервна система за повишаване на концентрацията на глюкоза в кръвта, когато се очаква увеличаване на консумацията на глюкоза.

Глюкокортикоиди. Глюкокортикоидите са хормони, секретирани от надбъбречната кора, които активират синтеза на глюкоза и гликоген (глюконеогенеза) в черния дроб и бъбреците. Неговият хипергликемичен ефект е косвен ефект от тази дейност.

Хормон на растежа. Хормон, който регулира растежа на тъканите. Нейният хипергликемичен ефект е общ ефект за тази функция.

Въпреки това, в лицето на толкова много хипергликемични хормони, инсулинът е единственият хипогликемик, което показва, че значението на хормона, чиято функция е да понижава кръвната глюкоза, не е процес за снабдяване с енергийно гориво на клетките за различни цели, а просто начин за ниво на кръвната захар. Всеки хипергликемичен хормон се секретира в отговор на различен специфичен стимул, представляващ специфична метаболитна нужда. Напротив, механизмите, които произвеждат секреция на инсулин, зависят изключително от нивото на глюкозата в кръвта. По този начин ролята на инсулина, според стимула, който насърчава неговата секреция, не е свързана с енергийните нужди на клетките, а стриктно с нивото на глюкозата в кръвта. Следователно трябва да заключим, че инсулинът не е хормон, който работи в услуга на клетките, а в услуга на кръвта, тъй като неговата цел не е свързана с клетъчния метаболизъм, а с хомеостазата на кръвта.

(г) Преди години се предполагаше, че мозъкът не може да използва мастни киселини за гориво, а само глюкоза. Това предположение обаче беше неоснователно; това беше необоснована грешка и нямаше данни, които да я подкрепят. Започвайки през 50-те години и с много резултати, потвърдени през следващото десетилетие и особено през последното десетилетие на 2000-те години, е известно, че мозъкът, и по-специално невроните, могат да консумират мастни киселини като енергийно гориво, тъй като те имат всички ензими за тяхното разграждане.

Мозъкът обаче е добър консуматор на глюкоза, която използва за предпочитане като енергийно гориво и въпреки това невроните не се нуждаят от инсулин, тъй като този хормон не влияе върху активността на неговия специфичен глюкозен транспортер GLUT3. Освен това инсулинът не се секретира по време на гладно, което показва, че когато кръвната глюкоза е нормална, кръвната глюкоза се запазва (като се избягва прекомерната й консумация от други тъкани), за да се използва от мозъка, тъй като инсулинът ще благоприятства използването му от мускулите, мазнини и сърце, оставяйки мозъка без захранване. Тези данни отново показват, че погрешно определената роля на инсулин като хормон, необходим за нормалната консумация на глюкоза от клетките, е безсмислена. Ако инсулинът беше необходим за нормалната консумация на глюкоза от клетките, мозъкът, който е органът, най-зависим от неговата консумация, трябваше да има своя инсулиново чувствителен транспортер. Това отсъствие на инсулин в периоди, когато тъканите трябва редовно да имат глюкоза, показва отново, че ролята на инсулина наистина е изключително хипогликемичен хормон, което наистина означава, че хипогликемията е не само неговият ефект, но и реалната му функция. Вижте: Инсулин, кръвна глюкоза и глюкостаза (плакат).

(д) Мускулните клетки са основни консуматори на глюкоза и са едни от най-чувствителните към инсулин с транспортера на глюкоза GLUT4. Тези клетки обаче не се нуждаят от инсулин, за да консумират глюкоза, тъй като имат и други неинсулинови чувствителни транспортери на глюкоза (GLUT1, GLUT10 и GLUT11) .Мускулната гликолиза не трябва да работи. Известно е, че физическите упражнения намаляват нивата на кръвната захар. Диабетиците знаят, че когато тренират, могат да намалят дозата си на инсулин или хипогликемични лекарства, постигайки по-добри нива на глюкоза, отколкото при заседнал живот. Това ясно показва, че мускулът не се нуждае от инсулин, за да работи.

Защо инсулинът специално активира навлизането на глюкоза само в мускулите, сърцето и мастните клетки? Обяснението е просто: инсулинът, като хипогликемичен хормон, трябва да елиминира излишната глюкоза и използваният за това ресурс е да принуди нейното навлизане в клетките, които могат да го поддържат най-много, защото те са добри консуматори на глюкоза: мускули и сърце, като материал енергия и мастна тъкан, за да я превърнат в мазнини, които ще се натрупват там. Но това не означава, че тези клетки се нуждаят от претоварване с глюкоза.

Независимо от активирането на усвояването на глюкоза в мастната, мускулната и сърдечната област, инсулинът изпълнява други метаболитни функции: увеличава биосинтеза на мазнини (мастни киселини и триглицериди) в черния дроб и мастната тъкан (по-голямата част от тъканите за синтез на мазнини), активирайки генната експресия на всички ензими в процесът: ацетил-КоА карбоксилаза [3,4], синтаза на мастни киселини [5,7] и глицерол 3-фосфат ацилтрансфераза [5,8]. Ефектите върху гените на синтазата и трансферазата също се активират директно от глюкозата [9]. Освен това инсулинът увеличава този ефект индиректно чрез избягване на консумацията на мазнини чрез потискане на генната експресия на ензима пируват карбоксилаза; вижте анаплероза. Важно е да се настоява по този въпрос: тъй като инсулинът регулира експресията на тези гени, тези ефекти са много дълготрайни и може да отнеме седмици или месеци, за да възвърнат нормалната си експресия. Вижте преглед на тези ефекти в [8].

3. Mabrouk, G. M., Helmy, I. M., Thampy, K. G. & Wakil, S. J. (1990) Остър хормонален контрол на ацетил-КоА карбоксилазата. Вестник по биологична химия 265, 6330-6338.

4. Witters, L. A. & Kemp, B. E. (1992) Активиране на инсулин на ацетил-КоА карбоксилаза, придружено от инхибиране на 5'-AMP активирана протеин киназа. Вестник по биологична химия 267, 2864-2867.

5. Sul, H. S., Latasa, M.-J., Moon, Y. & Kim, K.-H. (2000) Регулиране на промотора на синтазата на мастните киселини чрез инсулин. Journal of Nutrition 130, 315S-320S.

6. Palmer, D. G., Rutter, G. A. & Tavaré, J. M. (2002) Експресията на гена на синтаза, стимулирана от инсулин, не изисква повишена транскрипция на протеин 1, свързващ протеин 1 в първични адипоцити. Биохимични и биофизични изследователски комуникации 291, 439-443.

7. Wang, Y. et al. (2004) Човешкият ген на мастната синтаза и ново липогенезата са координирано регулирани в човешката мастна тъкан. Списание за хранене 134, 1032-1038.

8. Ferré (1999) Регулиране на генната експресия чрез глюкоза. Известия на Nutrition Society 58, 621-623.

9. O'Brien, R. M. & Granner, D. K. (1996) Регулиране на генната експресия чрез инсулин. Физиологични прегледи 76, 1109-1161.

Крайният извод от тези ефекти е, че диета, богата на въглехидрати, макар и с ниско съдържание на мазнини или дори без мазнини, чрез значително увеличаване на кръвната глюкоза, насърчава секрецията на инсулин, която активира синтеза на мазнини и тяхното натрупване. По този начин по-голямата част от въглехидратите в диетата се трансформират в мастни киселини и накрая в триглицериди [5-9].

Тези ефекти не се проявяват, когато кръвната глюкоза е на изходно ниво (5 mM, еквивалентно на 90 mg/dL), тъй като тази ситуация не стимулира секрецията на инсулин. Синтезът на мазнини не се активира при тези условия и ензимът пируват карбоксилаза може да играе своята анаплеротична роля, позволявайки нейното разграждане. Тези ефекти посочват още веднъж, че инсулинът не е хормон за регулиране на консумацията на глюкоза от тъканите за производство на АТФ, а за елиминиране на излишната глюкоза чрез превръщането й в мастни киселини, насърчавайки затлъстяването, което е добре известен факт.

Следователно трябва да се заключи, че активността на инсулина е свързана с глобалното хомеостатично състояние на организма, чиято функция е да поддържа нивото на глюкозата в кръвта ниско, принуждавайки нейната консумация от някои конкретни клетки, вместо от нуждите на вътрешните енергия на клетките. Кратката продължителност на инсулина (няколко минути) показва, че неговата функция е да разрешава критични извънредни или опасни състояния. Инсулинът не е хормон, необходим, за да позволи на клетките да консумират глюкоза, а само устройство за бързо принуждаване на консумацията му, за да се намали нивото на глюкоза в кръвта, когато диетата има излишни въглехидрати или когато други хормони (главно адреналин) повдигна го твърде високо и активността на тялото не е в състояние да го обясни (неразрешен стрес).

Причината за объркването относно функцията на инсулина вероятно се дължи на факта, че е отбелязано, че способността на мускулните клетки да консумират глюкоза може да се увеличи от влиянието на инсулина и това вероятно е довело до идеята, че инсулинът го е необходимо за поддържане на мускулната активност и идеята е обобщена, разпространявайки я в други клетки, без основа. Това обаче не е така. Основното енергийно гориво за червения мускул и сърцето не е глюкозата, а мастните киселини, докато глюкозата е вторично алтернативно гориво (и специално за бързи движения). Тази грешка несъмнено е една от причините за неразбирането на диабета. Обяснението, което представяме тук, предлага нови начини за борба с диабета, които обясняваме на тази уеб страница. Вижте диабет и упражнява метаболизма.

Свързани раздели на този уебсайт:

Упражнявайте метаболизма

Излишък на въглехидрати в диетата

Храна и диета

Хранителен кабинет на проф. Мелендес-Хевия