Wykład, BIOCHEMIA, 26 II 2014 r.

Węglowodany II

Witam Państwa, przepraszam za małe spóźnienie.

Ostatnim razem skończyliśmy na GLUTach, dzisiaj nie będziemy kontynuować tematyki GLUTowej, zajmiemy się dzisiaj innym - mianowicie hormonami, które są zaangażowane w metabolizm węglowodanów i sposobem, w jaki one to robią.

Zanim to się uruchomi – jak Państwo wiecie, mamy szereg hormonów wpływających na metabolizm węglowodanów, możemy je podzielić na dwie grupy. Pierwsze hormony – to są hormony o działaniu hipoglikemizującym, a z takich przykładów hormonów hipoglikemizujących Państwo znacie jakie?
(-Insulinę) Tak, coś jeszcze? (cisza) Nie, dlatego jak widzicie Państwo, czasami wykłady są wartościowe, dlatego że powiem Państwu jeszcze o kilku innych hormonach hipoglikemizujących, które są dla nas istotne, są też wykorzystywane czasami w terapii.

Druga grupa są to hormony o działaniu hiperglikemizującym i jest to dla nas grupa hormonów niezwykle istotnych, dlatego że jak Państwo zapewne wiecie, stany przewlekłej hiperglikemii prowadzą u człowieka do zaburzeń metabolizmu i choroby, którą nazywamy cukrzycą. Natomiast powikłania tej choroby pojawiają się po wielu latach trwania takiego stanu – 5, 10, czasami nawet latach, w związku z czym ten okres jest dosyć długi. Można by z tego wyciągnąć wniosek, że hiperglikemia nie jest dla nas jakimś wielkim problemem. Ona oczywiście problemem jest, bo po dłuższym czasie prowadzi do rozwoju chorób układu krążenia, między innymi miażdżycy tętnic, o której dość często tutaj wspominam, ponieważ ona stanowi przyczynę zgonu ponad połowy populacji na świecie no i niestety ma cechy (wzrostowe?) także np. w Polsce liczba osób chorych na cukrzycę to jest około 6-7%, ale szacuje się że bardzo szybko wzrośnie do około 8% i pod tym względem właściwie jesteśmy w czołówce światowej, co wynika ze zmiany stylu życia, zniesienia aktywności fizycznej, a przede wszystkim wygodnego życia, w którym mamy odpowiedni, a nawet nadmierny dowóz kalorii no i przede wszystkim prowadzimy siedzący tryb życia, co nie ułatwia nam spalania kalorii, które w dużych ilościach do naszego organizmu trafiają.

Także jest to problem, ale w większej perspektywie, natomiast większym problemem, w każdym razie szybciej sprawiającym problemy, jest występowanie hipoglikemii. Hipoglikemia, jak już Państwo wiecie, jest dlatego dla nas niebezpieczna, że istnieje kilka tkanek, które są od tej glukozy zależne. Takim sztandarowym przykładem tkanki, która jest w 100% od glukozy zależna, to jest oczywiście krew i przede wszystkim erytrocyty, które nie mogą pozyskiwać energii z przemian jakichkolwiek innych związków, wyłącznie glukozy. Hipoglikemia prowadzi do rozpadu erytrocytów,
to ma znaczenie in vitro w przypadku pobierania krwi z myślą później o jej przetoczeniu, czyli tutaj jako płyn krwioprezerwujący musimy zastosować płyny, które są bogate w glukozę, właśnie po to, żeby zabezpieczyć potrzeby metaboliczne erytrocytów.

Drugą taką tkanką, która jest w dużej mierze zależna od glukozy, jest tkanka nerwowa, szczególnie w naszym OUN, który też na swoje potrzeby metaboliczne zużywa przede wszystkim glukozę. Dlaczego właśnie glukozę, jak Państwo sądzicie? Mimo że generalnie zachodzą tam wydajne przemiany oksydacyjne, w związku z czym wydaje się, że np. taka przemiana oksydacyjna kwasów tłuszczowych mogłaby być wydajnym źródłem energii w OUN, a nie jest. Dlaczego? Nie ma koncepcji?

Więc ta koncepcja jest prosta. Otóż z histologii wiecie, że istnieje coś takiego jak bariera krew-mózg. Ta bariera oddziela nam układ naczyniowy od komórek nerwowych i w efekcie powoduje, że pewne związki nie mogą jej przekroczyć. Tu nie chodzi jedynie o bakterie, wirusy, dzięki czemu nasz układ nerwowy jest relatywnie chroniony przed zakażeniami, ale dotyczy to związków o niższych masach cząsteczkowych, przede wszystkim lipidów. I właśnie tłuszcze nie przenikają nam przez barierę krew-mózg i w związku z tym stają się niedostępne dla OUN. Stąd też przede wszystkim pobiera on glukozę, ale nie jest to dla niego wyłączny substrat energetyczny. Drugim takim substratem mogą w pewnych sytuacjach być ciała ketonowe, o tym będziemy mówili przy okazji lipidów i ich biosyntezie w stanach patologicznych, kiedy ilość glukozy jest niewystarczająca, metabolizm ulega lekkiej zmianie i dochodzi do syntezy ciał ketonowych, które są wykorzystywane przez OUN. Podobnie sytuacja ma się również w sercu, które też wykorzystuje przede wszystkim ciała ketonowe oraz glukozę, co jest związane z tym, że przeważnie (?) zachodzi tam tak bardzo efektywny metabolizm oksydacyjny ale o tym już się państwo wkrótce przekonacie przy okazji lipidów, że niestety problemem jest to, że wymagają one do swojego katabolizmu czyli beta oksydacji, bardzo dużych ilości tlenu. A w związku z tym efektywniej jest stosować coś innego niż tylko glukozę.

To jest dla nas o tyle istotne, że kiedy wspominałem ostatnio państwu o glukotransporterach; dzisiaj jeszcze wspomnę trochę o regulacji wydzielania insuliny i powiązanym z tym procesem otwierania kanałów potasowych, które występują w szeregu naszych komórek; m. in. W komórkach mięśnia sercowego; mają one szczególnie duże znaczenie dla mięśnia sercowego w stanie hibernacji, czy takiego fragmentu, obszaru mięśnia sercowego który uległ niedokrwieniu na skutek np. miażdżycy tętnic, zamknięcia fragmentu albo całej tętnicy wieńcowej, dochodzi do upośledzonego przepływu krwi, no i w efekcie dochodzi do niedokrwienia, występuje niedobór tlenu i w związku z tym do metabolizmu oksydacyjnego innych związków poza glukozą nie może zachodzić. I w związku z tym mięsień sercowy wykorzystuje glukozę.

W zeszłym tygodniu mówiłem też państwu o sposobach wchłaniania glukozy z przewodu pokarmowego, one są dosyć skomplikowane, ale efektywne. Natomiast problem polega na tym, że po uaktywnieniu będą powodować hiperglikemię. Jak już państwu naświetliłem to hiperglikemia jest w długiej perspektywie dla nas niekorzystna a hipoglikemia jest dla nas niebezpieczna w krótkiej perspektywie, może prowadzić do bardzo gwałtownych zaburzeń zagrażających życiu związanych właśnie z dysfunkcją metaboliczną tkanek, a przede wszystkim OUNu. W związku z tym stężenie glukozy we krwi musi być bardzo precyzyjnie regulowane. A niestety te mechanizmy bardzo często zawodzą i zawodzą absolutnie i u około 8% populacji ogólnej prowadzi to do cukrzycy. Ale u znacznie większego odsetka populacji te mechanizmy są dysfunkcyjne i prowadzą np. do hiperglikemii poposiłkowej, co jest dla nas istotnym problemem i w dłużej perspektywie prowadzi do rozwoju patologii.

Efekt inkretynowy

No i tak ta regulacja wygląda? Zacznijmy od przewodu pokarmowego, bo tam to się wszystko zaczyna. Mianowicie ponad 100 lat temu zaobserwowano, że wpływ glukozy na wydzielanie insuliny zależy od sposobu podania. Jeśli podamy glukozę tak jak to normalnie bywa, czyli doustnie to ona bardzo silnie stymuluje wydzielanie insuliny. Ale ta sama dawka glukozy podana dożylnie, jak państwo widzicie też stymuluje wydzielanie insuliny, ale o wiele słabiej. I tą różnicę w stymulacji wydzielania insuliny przez doustnie podaną glukozę jak i dożylnie podaną glukozę nazywamy efektem inkretynowym od hipotetycznych hormonów, które są wydzielane w przewodzie pokarmowym i działają na trzustkę pobudzając ją do wydzielania insuliny. O tym efekcie inkretynowym wiedziano od dawna ale dopiero przypomniano sobie o nim w latach ’70 i później w ’90 i na początku XXI wieku. Dlaczego? Ponieważ cukrzyca stała się w tym momencie dużym problemem. I zaobserwowano, że u osób z cukrzycą typu II (u osób dorosłych najczęściej i związana z insulinoopornością) ten efekt inkretynowy zachodzi, ale ma o wiele niższą siłę.

Widzimy, że u osoby zdrowej po podaniu glukozy doustnie czy po posiłku dochodzi do gwałtownej stymulacji wydzielania insuliny, natomiast u osób z cukrzycą typu II to wydzielanie insuliny jest zdecydowanie zmniejszone.

W związku z tym wysunięto pewną koncepcję, że skoro tak się dzieje to co my możemy zrobić. Możemy spróbować ten efekt inkretynowy w jakiś sposób odtworzyć. Ponieważ tak jak powiedziałem te różnice biorą się na skutek kontaktu glukozy z niektórymi komórkami znajdującymi się w jelicie (właśnie dlatego też jest to nazwane efektem inkretynowym) zaczęto poszukiwać hormonów, które są właśnie w tym miejscu wydzielane i które mogą wpływać na wydzielanie insuliny przez trzustkę. I w ten sposób właśnie odkryto leki, które nazwano inkretynami, do nich zaliczamy kilka różnych substancji wydzielanych lokalnie przez komórki endokrynne, które państwo doskonale z histologii znacie, które się znajdują w kryptach jelitowych między innymi. I one działają na coś takiego jak sensory właśnie tego co w pokarmie się znajduje, przygotowując metabolicznie nasz organizm na dostawę glukozy, aminokwasów czy innych substancji, które właśnie spożyliśmy. I do tych inkretyn zaliczamy dwa główne hormony, z których zastosowanie praktyczne ma głownie ten drugi - GLP1.

Inkretyny. Pierwszy, to jest tak zwany zależny od glukozy peptyd insulinotropowy, w skrócie GIP, który jest wydzielany przez początkowy odcinek jelita cienkiego, a więc odcinek, który jest dosyć silnie narażony na działanie pH które przechodzi z żołądka. W związku z tym, jeśli ten pokarm jest bogaty w glukozę i inne składniki odżywcze, które żeby utrzymać ich homeostazę musimy tym samym wydzielić duże ilości insuliny, to ten pik zaczyna być właśnie przez te komórki wydzielany. On dodatkowo ma jeszcze jedno znaczenie pod wpływem wydzielania insuliny, mianowicie zwalnia motorykę przewodu pokarmowego i zwalnia opróżnianie żołądka. Jak państwo pamiętacie mój wykład sprzed tygodnia mówiłem tam właśnie państwo o krzywej glikemii poposiłkowej, chodzi o to, żeby pokarm miał możliwie niski indeks glikemiczny.

Ten niski indeks glikemiczny możemy uzyskać na kilka sposobów. Pierwszy z nich to jest właśnie spożywanie pokarmów, które zawierają węglowodany złożone, których trawienie wymaga dużo czasu, w związku z czym dochodzi stopniowo do wydzielania glukozy i ona wchłania się przez dłuższy okres czasu, w związku z czym unikamy tej wysokich pików glikemii. Ale druga możliwość to jest właśnie spowalnianie opróżniania żołądka. Co nam to daje? Z jednej strony mamy pełny żołądek, a więc mamy uczucie sytości i nie chce nam się jeść dalej tak? Czyli w tym momencie zmniejszamy dowóz kalorii co jest akurat na początku XXI wieku nawet w takim kraju jak Polska działaniem bardzo pożądanym. Z drugiej strony jeżeli dochodzi do spowalniania opróżniania żołądka to znaczy, że do jelita, czyli do miejsca, w którym ta treść zaczyna się wchłaniać dochodzi mniej pokarmu, czyli nam się wchłania dłużej, ale osiągamy niższe piki glikemii.

Synteza i wydzielanie GLP-1 i GIP: Natomiast w dalszym odcinku jelita cienkiego, właściwie przy zastawce krętniczo-kątniczej znajdują się komórki, które wydzielają drugą inkretynę mianowicie GLP1 czyli tak zwany peptyd podobny do glukagonu. Nazwa bierze się stąd, że jest on syntetyzowany z hormonu, który państwo doskonale znają, mianowicie peptyd, który jest prekursorem hormonów, właśnie jest prekursorem GLP1 i GLP2, o którym nie będę mówił, on ma podobne działania, ale nie jest na razie przedmiotem naszego zainteresowania. Natomiast z tej samej cząsteczki proglukagonu syntetyzowany jest inny hormon który państwo znacie, czyli glukagon. I teraz na czym to polega. Glukagon, syntetyzowany w komórkach alfa trzustki tak? Występuje tam odpowiednie konwertazy peptydowe, które z pro hormonu, tej dużej cząsteczki wycinają glukagon i pozostałe cząsteczki ulegają degradacji. Glukagon jest właśnie produktem komórek alfa wysp trzustkowych, powodując działanie hiperglikemizujące, generalnie antagonistyczne w stosunku do insuliny, co też ma praktyczne zastosowanie. Natomiast w komórkach L, czyli w tych komórkach, które występują w dalszym odcinku jelita dochodzi do ekspresji innych enzymów które tą samą cząsteczkę proglukagonu degradują w cząsteczki, które są dla nas nieistotne i produkują przede wszystkim GLP1, który ma działanie powodujące nasilanie wydzielania insuliny i również ma działanie spowalniania opróżniania żołądka, czyli reguluje on motorykę przewodu pokarmowego, ale też przygotowuje metabolicznie nasz organizm na nadmierny dowóz glukozy dzięki czemu unikamy poposiłkowych pików hiperglikemii.

No i można się spodziewać, że skoro u osób z cukrzycą typu II następuje zaburzenie wydzielania insuliny w odpowiedzi na pokarm podany doustnie, to znaczy że mechanizm u osób z cukrzycą staje się dysfunkcyjny. Dlaczego tak jest? Dlatego, że na przykład ten GLP1 bardzo szybko może ulegać degradacji, albo tak jak w przypadku insuliny możemy mieć oporność na działanie tego hormonu. I żeby ten hormon działał, miał to działanie hipoglikemizujące, musimy mieć prawidłowo działające komórki beta wysp trzustkowych.

Jeśli komórki typu beta są dysfunkcyjne, a tak jest właśnie bardzo często u osób z cukrzyca typu 2., to w tym momencie nawet po stymulacji GLP-1 nie są one w stanie wydzielić odpowiedniej ilości insuliny i w efekcie dochodzi do zaburzenia regulacji glikemii we krwi.

Komórki K, znajdujące się w części odźwiernikowej i początkowym odcinku jelita cienkiego, produkują przede wszystkim GIP, mający działanie na żołądek, powodując zwalnianie pasażu treści jelitowej i w efekcie wydłużając wchłanianie pokarmu oraz zmniejszając piki glikemii poposiłkowej. Natomiast w komórkach L znajdujących się w dalszej części jelita, ze wspólnego peptydu, proglukagonu, syntetyzowany jest GLP-1, który później ulega dalszemu metabolizmowi do innych cząsteczek, mających działanie antagonistyczne. W tym wypadku powstają produkty, które są blokerami dla receptorów GLP-1, w związku z czym hamują jego działanie - jest to np. GLP-1936. Mają jednak także pewne korzystne działanie, np. w mięśniu sercowym nasilają syntezę tlenku azotu, który działa cytoprotekcyjnie. Nie mniej jednak, receptory dla GLP-1 znajdują się przede wszystkim na komórkach beta wysp trzustkowych. Na tych komórkach znajdują się także receptory dla GIPu, i wspólnym efektem pobudzenia obu typów receptorów jest nasilenie biosyntezy cAMP wewnątrz komórki beta wyspy trzustkowej, następnie zachodzi aktywacja szlaku kinaz, między innymi kinazy PKA, co w innych mechanizmach niż te, o których Państwu zaraz powiem, prowadzi do nasilonego wydzielania insuliny. Generalnie hormony te nie powodują bezpośredniego wydzielania insuliny, ale ponieważ komórka beta ma inne bodźce, czyli przy tym samym stężeniu glukozy, ta komórka beta wydzieli więcej insuliny, natomiast w przypadku, w którym nie ma tego dodatkowego bodźca, czy nie ma hiperglikemii to samo działanie GIP czy GLP-1 na komórkę beta nie powoduje nasilenia wydzielania insuliny. I to jest dla nas bardzo ciekawe zjawisko i niezwykle ważne, ponieważ ma zastosowanie praktyczne u osób leczonych na cukrzycę typu 2. Mianowicie, jeżeli takiej osobie wstrzyknęlibyśmy insulinę, to jeżeli podamy za dużą dawkę to doprowadzimy do czego..? Hipoglikemii, co jest niebezpieczne dla życia. Natomiast, gdy takiej osobie wstrzykniemy dużą ilość GLP-1, to ponieważ sam ten hormon nie ma działania hipoglikemizującego, ale tylko uwrażliwia komórki B wysp trzustkowych, nie doprowadzimy do hipoglikemii, gdyż musi zadziałać jeszcze drugi bodziec, jakim jest hiperglikemia. I dlatego leki oparte o tą substancję, są bardzo chętnie stosowane w terapii.

Receptory dla inkretyn Receptory dla inkretyn występują nie tylko na komórkach B wysp trzustkowych, ale również na wielu innych miejscach. W adipocytach, gdzie wpływają na metabolizm tłuszczów, w mózgu, gdzie wpływają na enzymy zdolne do… (?) …zmniejszany dowóz kalorii, ale mogą również wywołać także działanie niepożądane np. nudności, wymioty. Jednak przede wszystkim występują w sercu i układzie naczyniowym, dając nadzieję, że będą działać cytoprotekcyjnie i tak rzeczywiście jest – powodują hamowanie procesów zapalnych, które toczą się w naczyniach (hamowanie procesu, który jest w stanie wywołać patologie ściany naczyniowej, między innymi miażdżycę tętnic) Działają również na przewód pokarmowy – przyspieszenie motoryki, zwolnienie opróżniania żołądka, co powoduje przedłużenie wchłaniania pokarmów, czyli u pacjentów szczególnie z cukrzycą jest niezwykle korzystne. Czyli jak Państwo widzicie, wywołują bardzo dużo efektów. Stymulacja wydzielania insuliny zależnego od glukozy, zwolnienie opróżniania żołądka i w związku z tym zmniejszenie ilości spożywanego pokarmu, zwiększenie tzw. insulinowrażliwości (o insulinowrażliwości i insulinooporności za chwilę Państwu mówił, bo jest to niezwykle istotne w kontekście działania tego hormonu), no i efekty długoterminowe działania tych substancji, czyli zwiększenie masy i poprawa funkcji komórek beta trzustkowych, co też jest niezwykle ważne, ponieważ większa ilość komórek beta może wydzielać większą ilość insuliny. U osób, u których występują insulinooporność, czyli oporność na działanie insuliny, potrzebujemy tej insuliny więcej, żeby wywołać ten sam efekt biologiczny, a żeby jej więcej wydzielić potrzebujemy więcej komórek beta wysp trzustkowych. W przypadku chorych na cukrzycę typu pierwszego tych komórek nie mamy, natomiast u osób z cukrzycą typu drugiego tych komórek zaczyna stopniowo ubywać, w związku z tym zwiększenie masy tych komórek generalnie poprawia wyrównanie glikemii u tych osób.

Metabolizm GPL-1 Żeby to wszystko było takie piękne, to niestety czasami występują pewne problemy. Mianowicie te komórki L wydzielają bardzo duże ilości GLP-1, natomiast ten hormon ulega bardzo szybko deaktywacji przy pomocy enzymu, który w skrócie nazywamy DPP-4 (dipeptydylopeptydazy 4). Ten enzym rozkłada wiele różnych cytokin, ale między innymi właśnie GLP-1, powodując powstawanie nieaktywnych produktów. Co ciekawe większość GLP-1 zostaje rozłożone już w śluzówce jelita, co powoduje, że opuszcza samo jelito zaledwie mniej więcej 1/5 syntetyzowanego hormonu. Ponad 80%zsyntezowanego GLP-1 i tak samo GIPu ulega destrukcji już w samej błonie śluzowej jelita. Co znaczy , że mogę pewnie jakieś inne mechanizmy działania np. (….) napędza reakcję niektórych komórek, między innymi tych komórek, które są odpowiedzialne za syntezę inkretyn , ale o tym jeszcze dokładnie nie mówimy. Natomiast wiemy co się dzieje z tymi pozostałymi 20%. No i tak jeżeli byśmy chcieli wykorzystać GLP-1 na leczeniu osób chorych na cukrzycę wiedząc, że jest rozkładany jest przez DPP4 i jego okres półtrwania wynosi mniej więcej 1-2 min. To co musimy zrobić? W jakiś sposób trzeba zablokować ten enzym, albo tak nareplikować GLP-1, żeby stał się on (odporny?) na działanie DPP4. Czyli musimy mieć pełną wiedzę z enzymów, którą już państwo posiedliście. No więc mamy naszą komórkę, która wydzieliła GLP-1, DPP4 bardzo szybko to rozłożyło, no i tylko część GLP-1 trafia do krwi żyły wrotnej. No i co się dalej dzieje? Niewielka część działa bezpośrednio na wątrobę, ale jak ona działa tego jeszcze dokładnie nie wiemy. Natomiast powoduje ona prawdopodobnie zahamowanie glukoneogenezy, rozpadu glikogenu, i raczej zwiększa wychwyt glukozy, ale to są spekulacje nie do końca potwierdzone. Duża część GLP-1 znowu jest rozkładana i idzie na obwód, czyli do innych komórek. Na tym zarabia 10-15% syntezowanego GLP-1, co powoduje, że jego wygaszenie na obwodzie jest bardzo niskie. Bardzo niskie, ale dla nas fizjologicznie niezwykle istotne. Ma on działanie przeciwzapalne na komórki śródbłonka naczyniowego, na cytopłatki no i w efekcie są to działania bardzo pożądane. Jeżeli mamy osobę u której występuje dysfunkcja regulacji układu węglowodanów, to oczywiście chcielibyśmy, żeby w tym momencie GLP-1 nie było rozkładane, tylko większa część trafiała na obwód i w ten sposób odtworzyła zaburzonych inkretynowych pacjentów, który państwu pokazywałem na pierwszym slajdzie(?). Co trzeba zaproponować tym pacjentom? Trzeba zaproponować związek , który nam te hormony rozkłada. I tutaj właśnie tak jak mówiłem w wyniku działania DPP4 dochodzi do rozkładu GLP-1, powstaje nieaktywna forma tego hormonu, która generalnie skoro jest nieaktywna, nie wpływa na wzrost wydzielania insuliny(?). W związku z tym inhibitory tego enzymu mają bardzo powszechne zastosowanie kliniczne, działają one właśnie tak samo zastosowanie(…), można je stosować jako leki pierwszego rzutu, czyli jak ktoś ma mieć cukrzycę, możemy rozpocząć terapię inhibitorem DPP4. Przy czym w Polsce ze względu na cenę tych leków nie jest to terapia powszechna. Natomiast, ponieważ mają one wiele pozytywnych efektów działania(…). Wielka możliwość to spróbować by ten hormon był oporny na działanie DPP4.

Glp-1 wpływa na wiele różnych czynników m.in. na masę komórek beta trzustkowych , ważne dla pacjentów z cukrzycą typu 2. U osób otyłych liczba komórek beta jest większa niż u osób rutynowych. Nasze osoby otyłe mają bardzo dużo tłuszczu i teraz żeby zatrzymać lipolizę w tkance tłuszczowej, potrzebujemy więcej insuliny, ponieważ insulina jest właśnie czynnikiem, który tą lipolizę zahamuje. W związku z tym skoro mamy więcej masy tłuszczu, więcej adipocytów to musimy syntezować więcej insuliny i dlatego osoby otyłe mają większą masę komórek beta trzustkowych. Wydawałoby się to korzystne, ale tak naprawdę nie do końca tak jest, bo jak Państwo zobaczycie i będziemy mówić o tym dzisiaj z niektórymi osobami na ćwiczeniach czyli glikemia na czczo i cukrzyca typu 2 (?) wiąże się z redukcją masy komórek beta wysp trzustkowych. Za chwilę Państwu powiem skąd ta redukcja się bierze, ale do końca jeszcze tego co prawda nie wiemy , dochodzi tam do nasilonej apoptozy tych komórek. Natomiast do czego ta redukcja będzie prowadzić? Stąd w przypadku osoby otyłej potrzebujemy mieć dużą masę komórek beta wysp trzustkowych, żeby mieć odpowiednią ilość insuliny, która zapobiegnie lipolizie. To w tym momencie każde zmniejszenie masy komórek beta wysp trzustkowych spowoduje niedobór insuliny. I w efekcie u osób z cukrzycą typu II mamy hiperinsulinemię, ale ta insulinemia jest niewystarczająca w stosunku do potrzeb metabolicznych organizmu, czyli mamy względny niedobór insuliny i względny niedobór jej działania. Te osoby otyłe są na ten mechanizm szczególnie wrażliwe, dlatego że tej insuliny potrzebują szczególnie dużo w stosunku do osób szczupłych, u których też obserwujemy zmniejszenie masy komórek beta trzustki, ale przede wszystkim u osób otyłych ma to fundamentalne znaczenie. Jeśli ktoś ma dużą masę ciała, może nie tyle dużą masę ciała, co ma nadwagę, dużą ilość tkanki tłuszczowej, jest nieaktywny fizycznie, to w tym momencie ilość insuliny wydzielana z komórek β trzustki jest niewystarczająca i dochodzi do zaburzeń wydzielania tego hormonu i co za tym idzie dochodzi do zaburzeń regulacji glikemii. Prowadzi to do powstawania nieprawidłowej glikemii na czczo, jak i glikemii po posiłkowej, a po jakimś czasie do cukrzycy typu 2. Jest to jeden z mechanizmów, który wyjaśnia nam, dlaczego u osób otyłych cukrzyca typu 2 zdarza się wielokrotnie częściej niż u osób szczupłych.

Masa komórek β wysp trzustkowych. Jak Państwo być może jeszcze pamiętacie z histologii komórki beta i w ogóle wyspy trzustkowe to nie jest coś z czym się rodzimy i mamy na zawsze, tylko to jest pewna struktura, która powstaje dynamicznie, jest ona dynamicznie rozdarta pomiędzy neogenezą i apoptozą, czyli niszczeniem komórek β i niszczeniem komórek wysp trzustkowych. Tutaj takimi komórkami, które są prekursorami zarówno dla komórek przewodowych części egzokrynnej trzustki jak i dla części endokrynnej, są komórki macierzyste, które znajdują się na początkach tych właśnie przewodów i tam na te komórki macierzyste mogą na nie działać hormony, o których wcześniej wspominałem m.in. GLP-1. Powoduje on proliferację tych komórek, a następnie różnicowanie się ich w kierunku komórek wyspowych, w tym przede wszystkim w kierunku komórek beta wysp trzustkowych, czyli tych komórek, które wydzielają insulinę. To tłumaczy mechanizm, dlaczego po stosowaniu tych leków albo inhibitorów DPP-4 dochodzi do wzrostu masy wysp trzustkowych. Żeby nie było tak pięknie te mechanizmy są dokładnie u szczurów i innych zwierząt, u człowieka przyjmuje się, że te mechanizmy są bardzo podobne, ale nie ma na to naukowych dowodów. Jak widzicie Państwo ten okres odnowy może trwać około miesiąca. Czyli teraz ilość tych komórek beta będzie zależała od dwóch procesów: od ich syntezy de novo, czyli różnicowania komórek macierzystych w kierunku beta wysp trzustkowych oraz od nasilenia procesów apoptozy, a ten proces apoptozy będzie nasilony w miarę wzrostu procesu insulinooporności ze względu na wydzielanie przez te komórki pewnych innych hormonów o właściwościach hipoglikemizujących, o których też za chwilę Państwu powiem.

I jak widzicie Państwo takie eksperymenty przeprowadzono między innymi na szczurach i jak Państwu powiedziałem ten mechanizm jest na zwierzętach bardzo dobrze udowodniony. Jeżeli podamy inhibitor DPP-4, czyli będziemy mieli u takiego zwierzaka większe stężenie inkretyny, w tym wypadku GLP-1, no to macie Państwo to co tutaj obserwujecie, czyli ilość komórek w pozytywnym w stosunku do inuliny, ilość komórek beta wysp trzustkowych gwałtownie wzrasta, czyli masa wysp trzustkowych rośnie na skutek zwiększenia poliferacji tych komórek i zahamowania apoptozy, ale jeżeli macie Państwo coś co działa poprzez nasilenie proliferacji komórek, to zawsze obawiamy się udziału w procesach nowotworzenia. I rzeczywiście tak w pewne wątpliwości są poddawane, na dzień dzisiejszy nie wiemy, natomiast na pewno dochodzi do zwiększonego odsetka zapaleń trzustki u osób, które stosują ten hormon, dlatego, że GLP-1 oprócz tego nasila proliferację wysp trzustkowych, ale wpływa także pozytywnie na wydzielanie hormonów części egzokrynnej trzustki, a skoro jest ich więcej to jest większa szansa, że one się aktywują w tych przewodach i dojdzie do samostrawienia trzustki i w związku z tym odsetek ostrego zapalenia trzustki po stosowaniu tego enzymu generalnie nam rośnie.

Inhibitory DPP-4 – wpływ na masę wysp. Skupmy się na razie na wyspach trzustkowych. Dużo osób, u których dochodzi do dysfunkcji wysp trzustkowych, prowadząc do względnego niedoboru insuliny, zmniejszenie jej wydzielania, które w efekcie prowadzi do hiperglikemii, a jednocześnie dochodzi do przewagi glukagonu. Skoro zaczyna brakować insuliny, no to w tym momencie drugi hormon, który jest zaangażowany w metabolizm węglowodanów – glukagon zaczyna uzyskiwać przewagę i w efekcie mamy do czynienia z hiperglikemią. Z kolei kiedy podamy nasz GLP-1 albo zahamujemy jego metabolizm przez inhibitor DPP-4, dochodzi do zwiększenia ilości komórek wysp trzustkowych, zwiększenia insuliny, zwiększenia stosunku insuliny do glukagonu i w efekcie dochodzi do normalizacji glikemii, przynajmniej do poprawy glikemii.

GLP-1 leki No i to zjawisko prowadzi do powstania 2 głównych grup leków: pierwsza grupa o której będą się Państwo uczyć na farmakologii to właśnie analogi GLP-1- syntetyczne hormony, tak jak już w przypadku insuliny, możemy sobie syntetyzować rekombinowaną insulinę, tak samo tutaj mamy syntetyczny GLP-1, który różni się tym, że jest oporne na działanie DPP-4. Tak jak Państwu powiedziałem ma okres półtrwania 1-2 minuty, więc dzięki temu nie musimy pacjentowi tego w stałym dożylnym wlewie podawać, co jest nierealne i nie praktyczne. Dlatego możemy dołączyć resztę acylową czyli resztę kwasu tłuszczowego, który zmienia powinowactwo do enzymu i powoduje ze ta cząsteczka jest oporna na działanie enzymu. Inna cząsteczka też jest ciekawa jest to exanatyd (exenatide-nazwa międzynarodowa, handlowa Byetta), to jest taka substancja którą wyizolowano ze śliny jaszczurki, która żyje w Arizonie i jest to jedna toksyn tej jaszczurki, która dla nas nie jest szczególnie toksyczna, natomiast dla innych tych co się nimi odżywia jset, to właśnie jest exenatyd. Ma dużą homologię dla GLP-1, wiąże się z receptorem i jest oporny na działanie DPP4 i w związku z tym jest to dla nas dość fajne w terapii. I druga możliwość to jest zablokowanie metabolizmu tych związków poprzez zastosowanie inhibitorów DPP4 np. gliptyny są już powszechnie stosowane także w Polsce są dostępne. To powoduje że ten naturalnie wydzielany GlP-1 w układzie pokarmowym jak Państwu powiedziałem 80% jest inaktywowane w samym jelicie (cos mówi jakąś rymowankę) czyli mamy zwiększone stężenie tego hormonu i nasilenie jego działania i odtworzony efekt inkretynowy, który jest zaburzony u pacjentów z cukrzycą.

Efekt inkretynowy – podsumowanie. Także podsumowując działanie inkrety widzicie państwo, że są to hormony syntezowane w odpowiedzi na pokarm, powodują one zwiększone wydzielanie insuliny i polepszenie odpowiedzi na glukozę powodują hamowanie glukagonu czyli hormonu działającego antagonistycznie do insuliny przez co zmniejszają glukoneogenezę w wątrobie polepszają utylizacje glukozy np. przez mięśnie poprzecznie prążkowane, czyli poprawiają insulino wrażliwość no i to co jest bardzo ważne to to że ten efekt inkrety nowy jest zmniejszony u osób z cukrzycą. Przywrócenie efektu inkretynowego jest właśnie jednym biochemicznych podstaw terapii cukrzycy w przyszłości.

Hormony trzustkowe

No, ale oczywiście trzustka wydziela wiele innych, hormonów inkretyny są hormonami jelitowymi, natomiast wspominałem już o insulinie ale oprócz insuliny działa parę innych hormonów. Między innymi wydziela amylinę, która również ma działanie hipoglikemizujące, tez ma znaczenie bo są preparaty syntetyczne, które no działanie amyliny naśladują i które są stosowane w leczeniu pacjentów z cukrzycą, ale akurat nie w Polsce między innymi za oceanem, są inne możliwości terapii. O amylinach troszkę więcej Państwu powiem, ponieważ jak sama nazwa wskazuje jest to peptyd podobny do innego białka, które Państwu już się o uszy obiło, mianowicie amyloidu, który jest zaangażowany z kolei w niektóre choroby, np. choroby neurodegeneracyjne, a w tym wypadku może powodować dysfunkcje komórek beta wysp trzustkowych. I właśnie jest przyczyną ich apoptozy, tak czyli dwa zjawiska które występują u osób z cukrzycą typu 2. Somatostatyna która powoduje generalnie zahamowanie wydzielania innych hormonów m. in. glukagonu, czyli może pośrednio działać hipoglikemizująco.

No i mamy antagonistę tych hormonów, czyli glukagon, produkowany przez komórki alfa wysp trzustkowych, no i do tego można dołączyć hormony poza trzustkowe. Które głównie mają działanie hiperglikemizujące, z nielicznymi wyjątkami które hormonów które mogą przejściowo działać hipoglikemizująco a przejściowo hiperglikemizujaco, o tym to za chwilę państwu powiem.

Insulina

No to zaczniemy od głównego hormonu , o którym pewnie dużo już wiecie w związku z tym dosyć szybko go przelecę, mianowicie insuliny, jak wiecie państwo jego działanie jest hipoglikemizujące, w związku z tym jego działanie znalazło zastosowanie w leczeniu pacjentów przede wszystkim z cukrzycą typu 1, w którym dochodzi do niedoboru tego hormonu, na skutek dysfunkcji komórek beta wysp trzustkowych. Dla osób z cukrzycą typu pierwszego jest to hormon ratujący życie, natomiast w DM2 stosuje się go w stadiach gdy dochodzi do dysfunkcji komórki beta wyspy trzustkowej czyli niedoboru insuliny i w związku z tym zaburzenia regulacji glikemii. Jak państwo wiecie ze szkoły jest to peptyd zbudowany, połączony dwoma mostkami dwusiarczkowymi, natomiast w łańcuchu alfa występuje również wewnętrzny łańcuch di siarczkowy. Ważne jest ot z punktu widzenia regulacji tego hormonu, o czym też za chwile Państwu powiem. Działanie insuliny oczywiście poprzez wiązanie się ze swoim receptorem, który występuje praktycznie na wszystkich komórkach naszego organizmu. Jest on zaangażowany w procesy regulacji glikemii po to żeby obniżyć poziom glukozy we krwi(kaszel-bardzo zniekształcone) komórki mogły pobierać aminokwasy, a także jest czynnikiem wzrostowym, czyli wzmaga proliferacje komórek. To jest dla nas niezwykle istotne bo u dorosłego nasilenie proliferacji komórek może mieć znaczenie patogenne, może przyczyniać się do rozwoju miażdżycy tętnic, u osób z nowotworami hiperinsulinomia będzie powodować wzrost szybkości wzrostu nowotworu, z związku z czym obserwujemy, że osoby z DM2 mają znacznie gorsze rokowania jeśli chodzi o choroby nowotworowe, poza tym choroby nowotworowe występują u tych osób kilkakrotnie częściej niż u osób, które nie są chore na cukrzyce. Co więcej noworodki matek, które maja cukrzyce również maja większą masę urodzeniową, a wynika to właśnie między innymi z hiperinsulinizmu, który pojawia się u płodu. Tam co prawda nie ma insulinooporności, ale u matki jest insulinooporność w wyniku czego zbyt duże ilości glukozy przenikają do płodu i ten płód musi syntetyzować bardzo duże ilości insuliny, żeby wyrównać sobie glikemię. Powstaje więc hiperinsulinemia (przerost kom. Beta wysp trzustkowych), która prowadzi do pobudzenia czynników wzrostowych – stąd duża masa urodzeniowa. Stąd też ta masa urodzeniowa płodu jest wykorzystywana jako praktyczny marker wystąpienia cukrzycy u matki. Nawet jeśli matka miała przejściowe zaburzenia regulacji glikemii to duża masa urodzeniowa jest takim niezależnym, bardzo silnym predyktorem tego, że cukrzyca u matki w przeciągu kilku lat wystąpi. No i insulina, jak państwo widzicie, zbudowana jest tak, że ma dwa łańcuchy alfa i beta, mamy tu mostki disiarczkowe - jak państwu powiedziałem one mają później duże znaczenie ze względu na katabolizm tego hormonu.

Insulina – biosynteza. Natomiast jeśli chodzi o biosyntezę tego hormonu to jest ona dość prosta. Powstaje najpierw preproinsulina, która zawiera łańcuch alfa, peptyd łączący C, łańcuch beta i peptyd sygnałowy. Wędruje ona do aparatu Golgiego, gdzie ten peptyd sygnałowy jest odłączany i w końcu dochodzi do takiego „zawijania” się i tworzenia tych mostków disiarczkowych ( powstaje proinsulina), w tym procesie jest niezbędny peptyd C, który na dalszym etapie jest po prostu odszczepiany na drodze ograniczonej proteolizy. Jak się okazało ma on dla nas istotne znaczenie. Peptyd sygnałowy jest degradowany, natomiast peptyd C jest odszczepiany w tych ziarnistościach, które zawierają insulinę (w trakcie dojrzewania hormonu) i dalej nie jest degradowany. To znaczy, że w ziarnistościach zawierających insulinę występują ekwimolarne ilości insuliny i tego peptydu C. Obydwa związki są jednocześnie wydzielane po stymulacji komórki beta.

Peptyd C

Przez wiele lat myślano, że ten peptyd jest takim produktem ubocznym biosyntezy insuliny, bez żadnego znaczenia klinicznego. Na dzień dzisiejszy to się trochę zmieniło z dwóch powodów. Pierwszy to jest taki, że jak się okazuje ma on bardzo ważne działania biologiczne – nie jest to tylko taki produkt odpadowy, a po drugie jego znaczenie w diagnostyce jest dosyć istotne. Dlaczego jest taki istotny w diagnostyce? Mianowicie insulina (podobnie jak wspomniane wcześniej inkretyny) ma bardzo krótki okres półtrwania sięgający jedynie kilku minut. W związku z tym, jeśli mamy pacjenta i chcemy zbadać jak wygląda funkcja jego kom. Beta wysp trzustkowych i takim markerem ma być insulina, to napotykamy na problem związany z jej krótkim okresem półtrwania. Przez to wahania stężenia w próbkach krwi mogą być bardzo wysokie, w zależności od glikemii lub stężeń innych hormonów. Natomiast peptyd C ma okres półtrwania zdecydowanie dłuższy. Co za tym idzie, jego stężenie we krwi jest znacznie bardziej stabilne i umożliwia nam bardzo dokładne oszacowanie wydzielania insuliny przy okazji, która jest wydzielana w stosunkach ekwimolarnych przez kom. Beta wysp trzustkowych. Co za tym idzie służy on do oceny dysfunkcji tych komórek. Czyli mówiąc fachowo jest on markerem wydzielania endogennej insuliny. To ma znaczenie właśnie w diagnostyce pacjentów z cukrzycą typu pierwszego, gdzie poziom tego peptydu jest niski albo niestwierdzenie obecności peptydu C jest równoznaczne z rozpoznaniem tej choroby. Ma on także znaczenie u pacjentów z cukrzycą typu II, gdy na przykład podejmujemy decyzję o włączeniu insuliny. Tutaj peptyd C może być takim dodatkowym czynnikiem – on mówi czy inne leki, które nasilają wydzielanie insuliny mają szansę u tego pacjenta zadziałać. Jeżeli stężenie peptydu C jest niewielkie, to znaczy, że u pacjenta mamy dysfunkcję komórek beta. W tym momencie ich stymulacja nie ma sensu, musimy zastosować insulinę egzogenną. Insulina egzogenna, którą pacjenci sobie sami wstrzykują nie zawiera tego peptydu C. Teraz powiem cos, co można traktować raczej jako humor niż coś co rzeczywiście jest praktyczne. Jeżeli wstrzykniemy komuś duże stężenie insuliny celem przeniesienia go do innego świata, to wtym momencie jesteśmy w stanie wykazać (mierząc stosunek insuliny do peptydu C), że insulina zbadana jest insuliną egzogenną. Oczywiście jest to hipotetyczna sytuacja, ale peptyd C mógłby mieć tutaj zastosowanie.

Spożywanie pokarmu bogatego w peptyd C ma niewielki wpływ, w przeciwieństwie wpływu na insulinę. Dlaczego? Dlatego, że peptyd C ma długi okres półtrwania – ponad pół godziny, ilość peptydu C uśrednia nam się we krwi po dłuższym czasie. Krótkoterminowe wahania wydzielania insuliny nie mają na niego większego wpływu. Jak Państwu powiedziałem, przed wielu laty peptyd C był uważany jako nieaktywny produkt, który był wydzielany przy okazji wydzielania insuliny. Obecnie to się trochę zmieniło. Mianowicie, tak jak powiedziałem – zyskał on znaczenie diagnostyczne przy cukrzycy typu 2. Początkowej fazie cukrzycy typu 2 towarzyszy hiperinsulinemia, nasila się wydzielanie insuliny przez komórki B wysp trzustkowych, przejściowo dochodzi do podwyższenia stężenia tego peptydu. Później w miarę degeneracji tych komórek jego stężenie ulega obniżeniu, ale oczywiście zawsze jest wyższe niżu pacjentów z cukrzycą typu 1 u których nie ma komórek B trzustki, więc tego peptydu też być nie powinno. Ma zastosowanie jako marker endogennej biosyntezy insuliny. Powstaje ten peptyd C w wyniku działania karboksypeptydazy i konwertazy z prohormonu, długi okres półtrwania – 30 minut. Insuliny jest znacznie krótszy, więc oznaczanie tego peptydu jest znacznie bardziej wiarygodne. Jeśli chodzi o katabolizm insuliny, o tym zaraz będzie mowa. Jest ona przede wszystkim katabolizowana w wątrobie. Największa część insuliny właśnie po przejściu przez wątrobę jest degradowana. W efekcie, duże stężenie insuliny działa na komórki hepatocytów, natomiast obwodowo, stężenie insuliny powinno być niskie. A dlatego, że obwodowo istnieje niewiele komórek, które glukozę mogą pobierać, a duży udział w tych przemianach mają przede wszystkim hepatocyty, ale przede wszystkim właśnie ze względu na działanie proliferacyjne insuliny. Jeżeli byśmy mieli na obwodzie bardzo duże stężenie insuliny, w tym momencie komórki byłyby pod silnym wpływem czynnika wzrostowego, co nie byłoby specjalnie korzystne. Natomiast peptyd C głównie ulega destrukcji w nerkach, ulega ultrafiltracji, a następnie w ponad 99% wchłaniany jest zwrotnie z moczu pierwotnego i w komórkach cewek nerkowych ulega hydrolizie.

Działanie. Dla peptydu C występuje receptor na wielu komórkach, ale do końca nie znamy jeszcze efektu działania tego peptydu. Cały peptyd jest sprzężony z białkiem, natomiast jego aktywacja prowadzi do wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia jonów Ca²⁺, co w efekcie prowadzi do aktywacji różnych kinaz, kinaz białkowych, oraz kinaz aktwowanych mitogenem, czyli MAPK. No i jak by tak podsumować te pewne działania peptydu C, przede wszystkim jest to pobudzianie syntezy eNOS, występującej w komórkach śródbłonka naczyniowego, co jest dla nas korzystne, bo jak Państwo pamiętacie, eNOS wykazuje działanie wazodilatacyjne, obniża ciśnienie krwi – same korzystne działania. Insulina również działa tutaj podobnie. Następuje aktywacja syntazy eNOS również poprzez aktywację syntezy kinazy AKT i również ma działanie wazodilatacyjne. U osób z cukrzycą typu 2 lub u osób o których występuje insulinooporność, to działanie zaczyna zanikać. To też powoduje, że u osób u których dochodzi do zaburzenia metabolizmu węglowodanów, dochodzi najczęściej do zwiększenia ciśnienia tętniczego krwi. Jest to efekt pozbawienia naszego śródbłonka tego stymulacyjnego efektu działania insuliny i peptydu C. Drugi pozytywny wpływ na pompy Na/K. W różnych komórkach, przede wszystkim w komórkach nerwowych, działanie to jest istotne dla homeostazy tych komórek. Również poprawia on kondycję komórek nerwowych, poprzez NGF, IGF-1, NT3 (czynniki wzrostu neuronów). Zaburzenia tego działania u cukrzyków, występuje polineuropatia obwodowa, zaburzenia czucia, które są przyczyną wielu problemów. Zmiany w budowie naczyń są przyczyną powstawania zjawiska nazwanego „stopą cukrzycową”.

Zastosowanie. O tych zastosowaniach peptydu C już Państwu kilka słów powiedziałem, czyli przede wszystkim jest to surogat wydzielania endogennej insuliny. Więc jeśli chcemy się przekonać jak działają komórki B, to zamiast oznaczać insulinę o krótkim okresie półtrwania, pobierać kilka próbek i wykreślać krzywą insulinemii wystarczy oznaczyć peptyd C. W związku z tym ADA sugeruje stosowanie peptydu C w wielu badaniach oceniających zdolność do zachowania funkcji komórek B wysp trzustkowych. Prościej jest oznaczyć po prostu stężenie peptydu C i w związku z tym, np. Amerykańskie Towarzystwo Diabetologiczne (ADA) sugeruje właśnie zamiast używania insuliny stężenia peptydu C w różnych badaniach, które oceniają właśnie zdolność do zachowania funkcji komórek beta wysp trzustkowych. Ma to też zastosowanie w diagnostyce innych, rzadszych chorób, np. insulinoma, czyli wyspiak, nowotwór wywodzący się z komórek wysp trzustkowych, szczególnie komórek typu beta, ponieważ produkuje on insulinę, która szybko jest rozkładana, ale również produkują duże ilości peptydu C, który jest rozkładany wolniej, w związku z tym stężenia tego peptydu będę u tych osób bardzo wysokie, co jest jednym z czynników umożliwiających diagnostykę tego nowotworu. Bardzo istotna rzecz, diagnostyka typu glikemii, która jak powiedzieliśmy ze wzglądu na wrodzone zaburzenia wydzielania insuliny, o których też za chwilkę powiem przy okazji mechanizmu wydzielania insuliny, dochodzi, np. do omdleń, mamy stałą hipoglikemię i nie wiemy co jest grane. Ta hipoglikemia może być spowodowana wieloma czynnikami. Jednym z takich czynników jest nadmiar właśnie insuliny, ponieważ insulina jest szybko rozkładana, pomiar stężenia tego hormonu nam niewiele daje, natomiast stężenia peptydu C, który tak jak widzicie będzie podwyższony, jednoznacznie sugeruje co jest przyczyną. Np. wrodzone zaburzenie wydzielania insuliny, czyli tak zwana przetrwała insulinemia dziecięca, w tym momencie sposobem leczenia będzie usunięcie części trzustki, co w efekcie da zmniejszenie wydzielania insuliny. No i różnicowanie typów cukrzycy, tak jak np. cukrzycy typu I, jeśli wystymulujemy wydzielanie insuliny to, jeżeli pacjent jest chory na cukrzycę typu I, ponieważ on nie wydziela insuliny praktycznie, w związku z tym stężenie peptydu C będzie niskie i nie będzie będzie wzrastało w przeciwieństwie do osób z cukrzycą typu II i innymi tego typu zespołami.

Insulina – regulacja wydzielania: Co wywoła sekrecję insuliny. No tutaj mamy różne czynniki, zacznijmy od takich czynników hormonalnych, ogólnych. Jak Państwo widzicie wiele hormonów zwiększa wydzielanie insuliny. Hormony te poprzez to zwiększenie insuliny spowodują oczywiście efekt hipoglikemizujący, czyli obniżenie stężenia glukozy i to się wydaje pozornie w sprzeczności z tym co Państwo o tych hormonach wiecie, bo wiecie, że hormon wzrostu, ale także glikokortykoidy, prolaktyna, steroidy, one wszystkie wywołują hiperglikemię, to w jaki sposób mają wywołać hiperglikemię, skoro właśnie stymulują wydzielanie insuliny. Tu musimy wziąć pod uwage dynamikę tego procesu, mianowicie te wszystkie hormony stymulują wydzielanie insuliny tylko w jednym przypadku, wtedy kiedy mamy hiperglikemię. Czyli pod wpływem wydzielania tych hormonów dochodzi do nasilonej biosyntezy glukozy, w efekcie, kiedy stężenie tej glukozy wzrasta to w tym momencie sama glukoza jest fizjologicznym czynnikiem, który wpływa na wydzielanie insuliny, nie ten hormon bezpośrednio, tylko działa on poprzez wzrost stężenia glukozy, Co za tym idzie u osoby która ma nawet bardzo wysokie stężenie tego hormonu, ale ma hipoglikemię, nie dochodzi do stymulacji wydzielania insuliny co tłumaczy ten paradoksalny efekt. Te hormony są dla nas bardzo istotne, warto pamiętać że normalnie one prowadzą do wzrostu stężenia glukozy we krwi, dlatego, że jest to jeden z czynników diagnostycznych w różnych endokrynopatiach, które przebiegają ze wzrostem wydzielania właśnie tego typu hormonów. Jednym z takich czołowych czynników, który występuję praktycznie u każdego pacjenta jest hiperglikemia i to umożliwia nam później wraz z innymi objawami klinicznymi poszukiwania tej pierwotnej przyczyny, czyli np. nadmiaru jednego z tych hormonów.
Efekty metaboliczne insuliny. Jakie są efekty metaboliczne insuliny? Tu jak państwo widzicie one są właściwie bardzo różne, właściwie wszystko co wam przyjdzie do głowy można by tutaj napisać, to wynika z tego, że tak jak powiedziałem każda komórka naszego organizmu ma receptor dla insuliny, w związku z tym każda na tą insulinę w jakiś sposób reaguje.

• Stąd też insulina powoduje magazynowanie substancji odżywczych

• bierze też udział w patogenezie otyłości, ponieważ możemy się spotykać u osób otyłych, z hiperinsulinomią, stanami przedcukrzycowymi i cukrzycą

• ma działanie parakrynne, ale o tym później

• powoduje hamowanie sekrecji niektórych innych hormonów, przede wszystkim glukagonu, który ma działanie antagonistyczne, przy czym jeśli w wyniku działania insuliny dochodzi do znacznego obniżenia glikemii w surowicy, to ta obniżona glikemia powinna nasilać sekrecję glukagonu i w tym momencie będziemy mieć działanie diametralnie odwrotne. Te działania podobnie jak w przypadku hormonów, o których już wcześniej mówiłem będą zależeć tak naprawdę od stężenia glukozy we krwi

• wpływa na metabolizmy wszystkich głównych związków, węglowodanów, lipidów, ale w związku z tym insulina będzie się tutaj w tym wszystkim przewijać. Na razie zacznijmy od tych dwóch pierwszych związków, czyli węglowodany i lipidy

• no i tutaj działa nam jako czynnik wzrostu albo stymuluje syntezę innych czynników wzrostu, w związku z tym ma tez tego typu działanie.

Metabolizm węglowodanów. Jeśli chodzi o wpływ na metabolizmy węglowodanów to przede wszystkim zwiększa ona wychwyt glukozy w tych tkankach, które ten wychwyt mogą zwiększyć i to są głównie tkanki takie jak wątroba i mięśnie poprzecznie prążkowane. Pokazałem państwu w zeszłym tygodniu przy okazji tego glukotransportera typu 4, że w przypadku zadziałania insuliny dochodzi do translokacji błonowej i w efekcie pojawiają się dziury dla glukoz przez które miocyty czy tez kardiomiocyty mogą sobie pobierać glukoze i w ten sposób wykorzystywać ją na własne potrzeby metaboliczne.

Zwiększa syntezę glikogenu znowu głównie w tych dwóch tkankach, przy czym to działanie jest ograniczane ponieważ nie możemy glikogenu magazynować w nieskończoność. Powoduje aktywację glukokinazy, czyli zwiększa fosforylację glukozy, w efekcie jest ona albo wykorzystywana w procesach oksydacyjnych, a jeżeli mamy jej nadmiar, to następuje wzmożona synteza acetylo-CoA, który jest substratem do syntezy kwasów tłuszczowych. Hamuje zarówno glikogenolizę jak i glukoneogenezę, hamuje lipolizę w tkance tłuszczowej, ale jednocześnie stymuluje nasiloną syntezę wolnych kwasów tłuszczowych. Ale skąd to się bierze?

Metabolizm lipidów. Mamy nadmiar glukozy, mamy nadmiar glikogenu, z którym już nic nie możemy zrobić, nasililiśmy metabolizm glukozy poprzez nasilenie fosforylacji, czyli aktywacji tego węglowodanu. I co się z nim dzieje? Nie da się go spalić w łańcuchu oddechowym, tj. cyklu Krebsa ( błąd F). W efekcie powstaje nadmiar acetylo-CoA i syntezowane są z niego w wątrobie wolne kwasy tłuszczowe. One następnie są używane do estryfikacji glicerolu i z tego powstają nam trójglicerydy, które aby opuścić wątrobę musza być w coś upakowane. Tym opakowaniem dla trójglicerydów powstałych pod wpływem insuliny są cząsteczki VLDL, a one są silnie aterogenne i jest to dla nas proces silnie niekorzystny. W wyniku działania insuliny glukoza w krwi zamienia się w trójglicerydy, czyli tłuszcz i powoduje hipertrójglicerydemię. Część TG nie może wątroby opuścić i w efekcie powoduje stłuszczenie wątroby. To można zaobserwować u osób z cukrzyca, pijących dużo soków, alkoholi. Następnie TG z krwi są wychwytywane przez tkankę tłuszczową i tam magazynowane. Co dla nas bardzo istotne, hamuje ona HSL ( lipazę wrażliwą na hormony) w adipocytach. Co ważne, przy niedoborze insuliny, następuje aktywacja HSL i wzrost stężenia wolnych kwasów tłuszczowych we krwi. Te wolne kwasy tłuszczowe są dla nas toksyczne, szczególnie dla śródbłonka. Przyczyniają się do powstawania chorób cywilizacyjnych ,a ponadto są wychwytywane przez mięśnie poprzecznie prążkowane i one zamiast metabolizować węglowodany zaczynają metabolizować wolne kwasy tłuszczowe. To powoduje nasilenie insulinoopornosci. W efekcie u tych osób w przyszłości rozwiną się różnorakie patologie, w efekcie ryzyko śmierci u tych osób z powodu chorób układu sercowo-naczyniowego jest 2-krotnie wyższe.

Metabolizm białek.Insulina nasila transport aminokwasów do wnętrza komórki. W niedoborze insuliny komórki nie pobierają aminokwasów, co powoduje zahamowanie ich wzrostu i różne dysfunkcje. Insulina nasila tez ekspresję niektórych genów, np. odpowiedzialne za procesy anaboliczne i hamuje katabolizm białek. W tym zakresie działa synergistycznie do hormonu wzrostu.

Niedobór insuliny. Stężenia insuliny we krwi zależą przede wszystkim od stężenia glukozy we krwi i to stężenie insulinę we krwi zmienia się w cyklach zależnych od pobierania pokarmu. W okresie poposiłkowym stężenie insuliny we krwi narasta. Najpierw na skutek działania inkretyn, potem na skutek bezpośredniego wzrostu glikemii. W okresie miedzy posiłkowym niski poziom glukozy powoduje zahamowanie wydzielania insuliny i ten sam efekt spotykamy u osób z cukrzycą typu I i w zaawansowanych stadiach cukrzycy typu II, kiedy to mamy wtórny niedobór insuliny. Insulina powoduje hamowanie lipazy wrażliwej na hormony, czyli w wyniki jej niedoboru dochodzi do aktywacji tego enzymu co powoduje w adipocytach hydrolizę trójglicerydu i uwalnianie wolnych kwasów tłuszczowych oraz glicerolu. I te wolne kwasy tłuszczowe następnie są pobierane przez inne komórki , a szczególnie adipocyty i są wykorzystywane do biosyntezy energii. I dzięki temu właśnie w takich w okresach między posiłkami kiedy nie ma dowozu glukozy z przewodu pokarmowego … i nie mogą normalnie funkcjonować . Powoduje to także nasilenie glukoneogenezy w wątrobie i też nasilenie konwersji wolnych kwasów tłuszczowych w wątrobie co w efekcie prowadzi do dłużej trwających braków węglowodanów i powstawania ketozy i kwasicy, ona może być bardzo ciężka, co jest szczególnie spotykane u pacjentów z cukrzycą typu pierwszego, ale u każdego z nas jeżeli będziemy się głodzić … przez pewien czas to dochodzi właśnie do powstawania ketozy . I to zjawisko ratuje tak naprawdę nam życie, ponieważ ciała ketonowe są wykorzystywane przez inne komórki jako surowce energetyczne a przede wszystkim są wykorzystywane przez układ nerwowy i to jest też surowiec który daje bardzo duża ilość energii. I to powoduje, że niektóre diety na przykład taka bardzo popularna dieta Kwaśniewskiego, która polega na tym, żeby nie jeść węglowodanów natomiast zezwala jeść dużą ilość tłuszczu. Ta dieta powoduje że w przypadku niedoboru węglowodanów tłuszcze się spalają i właśnie tworzą się z nich ciała ketonowe. Ciała ketonowe zachowują się bardzo podobnie do glukozy, przenikają przez barierę krew-mózg, stają się substratem energetycznym dla naszego mózgu, który daje bardzo dużo energii w związku z tym u osób z ketozą i kwasica dochodzi do powstawania stanów euforycznych. I oni się czują generalnie bardzo dobrze i to powoduje, że osoby chętniej na tą dietę przystają, pomimo tej właśnie obrzydliwości związanej z bardzo dużą ilością tłuszczu ta dieta powoduje u nich właśnie poprawę samopoczucia wzrost nastroju i tak dalej. Oczywiście ta dieta nie jest też za bardzo zdrowa, dlatego że te tłuszcze odkładają się w różnych miejscach, generalnie po jakimś czasie przyspieszają rozwój miażdżycy tętnic .

Działanie. Tutaj widzicie państwo generalnie te główne tkanki na które może działać: na mięśnie, wychwyt aminokwasów, nasilanie wychwytu glukozy, to jest niezwykle ważne, jak państwo popatrzycie na masę mięśniową to się okazuje, że jest to generalnie najcięższa tkanka w naszym organizmie. W związku tym może ona zutylizować największą ilość glukozy. W związku z tym, że mięśnie nie utylizują glukozy na przykład dlatego że mamy niską aktywność fizyczną no to w tym momencie jak ta insulina nam zacznie działać to one nie mają co wychwycić bo tak jak państwu powiedziałem ten GLUT to jest dziura w błonie, przez którą wychodzą i jakoś sobie przenikają. Jeżeli wewnątrz komórki nic jej nie spożytkowuje, to ona już do tej komórki nie przenika, w efekcie wytwarza się insulinooporność i zamiast pod wpływem insuliny glukoza ma ulegać obniżeniu we krwi właściwie nic się nie dzieje. I to jest przyczyna, dla której mamy u pacjentów z brakiem aktywności fizycznej właśnie insulinooporność i później problemy z metabolizmem węglowodanów. Podobnie działa na hepatocyty. Również powoduje nasilenie wychwytu glukozy, syntezę glikogenu i biosyntezę kwasów tłuszczowych i trójglicerydów. No i wpływa na szereg różnych enzymów, których generalnie celem będzie hamowanie procesów powstawanie glukozy. Natomiast aktywowanie procesów prowadzących do utylizacji glukozy.

Insuliny – typy. No i ze względu na szerokie działania insuliny znalazły szerokie zastosowanie w terapii. No i tutaj możemy sobie to podzielić. Tutaj mamy zwykłe insuliny, no sama insulina w terapii cukrzycy typu pierwszego to jest historia stuletnia, gdzie na początku zaobserwowano, że właśnie u tych pacjentów insulina izolowana z trzustek psów, wołów itd. Powodowała normalizację glukozy i umożliwiała im przeżycie. Później zastosowanie insuliny zostało rozszerzone, zamiast insulin np. wołowych, wieprzowych, które mają działanie immunogenne, zaczęto od 20-30 lat stosować insulinę ludzką, to są tzw. Insuliny normalne. Ale no przestało to starczać więc zastosowano tzw. analogi insuliny. Generalnie analogii insulin działają w ten sposób , że one po prostu mają szybsze działanie, co jest związane z ich kinetyką. W związku z tym one… po raz pierwszy … u pacjenta z cukrzycą typu II i I… stosowanie tej insuliny wtedy, kiedy takie osoby jej potrzebują. …. Na diecie, tak w tej chwili może sobie sprawdzić ile ten pączek to jest kalorii, wstrzyknąć odpowiednią ilość analogu insuliny i w efekcie tego pączka zjeść unikając w efekcie hiperglikemii poposiłkowej. No i występują tzw. Mieszanki insulinowe. Pomimo zastosowania insuliny w terapii warto wspomnieć jeszcze o jednej rzeczy, mianowicie wiele peptydów w tym insulina może krystalizować. I ten proces krystalizacji peptydu będzie prowadził do tego, że jego uwalnianie będzie spowolnione. Ponieważ krystaliczna insulina nie może się wiązać ze swoim receptorem, musi się powoli rozpuszczać, dopiero to rozpuszczona porcja insuliny przechodzi do układu krwionośnego i może wiązać się ze swoistym dla siebie receptorem. Wiele białek krystalizuje bardzo chętnie w obecności przede wszystkim jonów cynku. W związku z tym, wiele tych mieszanek insulinowych zawiera w swoim składzie właśnie jony cynku, które umożliwiają krystalizację, stabilizują strukturę insuliny i w ten sposób przedłużają jej okres uwalniania. To jest bardzo istotne ( kaszel ) okres półtrwania insuliny (?) w związku z tym, że podajemy czasami pacjentowi insulinę za pomocą pompy infuzyjnej, musimy ją jakoś stabilizować. Ta stabilizacja następuje właśnie pod wpływem wiązania z jonami cynku i wytworzenia krystalicznych struktur insuliny. No i trzeba dodać, że u niektórych pacjentów stosuje się tzw. pompy insulinowe, to są takie niewielkie urządzenia, które sobie można włożyć do kieszeni, one przez igłę mierzą stężenie glukozy i adekwatnie do tego stężenia glukozy podają dawkę insuliny, przede wszystkim stosuje się je u dzieci przy cukrzycy typu 1.

Oprócz tego, mamy insuliny, którym przedłużono okres półtrwania, która następuje po modyfikacji samej struktury cząsteczki insuliny. I tutaj, jak Państwu pokazywałem przy okazji innego (?) czyli analogu (?) wprowadzania reszty kwasu tłuszczowego powodowało oporność tego peptydu na działanie (?) i mamy podobną strategię, mianowicie możemy acylować insulinę kwasami tłuszczowymi i to powoduje zwiększenie okresu półtrwania tego hormonu we krwi, min. Dlatego, że te reszty acylowe mogą wiązać się z albuminą, bo jak Państwo pamiętacie, albuminy są właśnie przenośnikiem kwasów tłuszczowych we krwi, w związku z tym jeżeli mamy mamy reszty acylowe, mogą się one z taką albuminą powiązać, albumina ma wysoki okres półtrwania, chroni tą substancję przenoszoną przed działaniem enzymów proteolitycznych i w ten sposób może właśnie przedłużać okres półtrwania insuliny. No i mamy jeszcze insuliny modyfikowane, no a takim dobrym przykładem jest pierwsza wprowadzona insulina, tzw. (?), jak Państwo popatrzycie na sekwencję ( tu wymienia różnice sekwencji aminokwasów na slajdzie ), to powoduje, że ta insulina działa o wiele szybciej i może być stosowana jako tzw analog insuliny.

Insulina – wydzielanie. Przejdźmy teraz do sposobu, w jakim insulina jest wydzielana. Co jest bardzo istotne ( tak to wygląda u osoby z (?) ), insulina w odpowiedzi na pokarm jest wydzielana dwu fazowo, czyli w postaci tzw. dwóch pików. Czyli spożyliśmy sobie pokarm, po pewnym czasie następuje np. na wskutek właśnie pobudzenia systemu (?) do wydzielania (?), to powoduje uwrażliwienie komórki beta na glukozę, w związku z tym niewielki wzrost stężenie glukozy powoduje gwałtowną depolaryzację komórki i gwałtowne wydzielania insuliny, która występuje w trakcie preformowanej w postaci pęcherzyków tą insulinę zawierającą. W efekcie następuje gwałtowny wyrzut insuliny, którego zadaniem jest przestawienie metaboliczne organizmu i przygotowanie go do na metabolizm dużej ilości glukozy, która za chwilę wpłynie do układu krążenia z przewodu pokarmowego. Następnie ten nasz organizm na to przygotowany, zaczyna tą duża ilość glukozy, która wypływa asymilować, nie mniej w pewnym momencie jest to niewystarczające i glikemia rośnie. Ten wzrost glikemii powoduje stopniowe uwalnianie nowo zsyntetyzowanej insuliny. Ten pik jest już zazwyczaj znacznie dłuższy , czyli duża ilość insuliny w tym drugim piku jest wydzielana i to powoduje przewlekłe działanie insuliny na komórki obwodowe, przewlekłe hamowanie syntezy glukozy de novo i inne korzystne efekty. Tak to się odbywa u człowieka zdrowego. Natomiast wygląd to u osoby chorej np. na cukrzycę? U takiej osoby występuje stale hiperglikemia. Czyli mamy u takiej osoby stały bodziec, który stymuluje komórki beta wysp trzustkowych do wydzielania insuliny, w efekcie nie gromadzą one tak wysokiej ilości insuliny i dochodzi do zmniejszenia tego pierwszego piku wydzielania insuliny, który ma za zadanie przestawić metabolicznie nasz organizm. I to powoduje, że jeśli taka osoba spożyje dużą ilość węglowodanów albo innego posiłku , no to w tym momencie jej organizm nie jest przygotowany na asymilację tej wpływającej w dużej ilości glukozy, w efekcie on ciągle gwałtownie syntetyzuje glukozę de novo, ciągle jego mięśnie (?) pod wpływem glukozy, ciągle jego tkanka tłuszczowa uwalnia wolne kwasy tłuszczowe, które zastępuje w jego metabolizmie glukozę, no i w efekcie tej dużej ilości glukozy nie jest w stanie zasymilować i to powoduje, że u osoby z cukrzycą typu 2, dochodzi do dalszego wzrostu glikemii i znacznej hiperglikemii poposiłkowej, która nawet dwukrotnie przekracza wartości fizjologicznej. Czyli pamiętajcie Państwo, że tak to wyglądało u osoby zdrowej. U osoby z cukrzycą, czy insulinoopornością, przede wszystkim dochodzi do zniesienia pierwszej fazy wydzielania insuliny. Teraz musimy sobie jeszcze odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób w ogóle insulina jest wydzielana, tutaj macie to Państwo schematycznie zaznaczone. Czyli to jest nasza komórka beta wysp trzustkowych. W niej właśnie występuje insulina w postaci ziarnistości, czyli preformowana. Ta komórka jest na … na bodziec, który powoduje wydzielenie i fuzje pęcherzyków i wydzielanie insuliny.

Insulina – regulacja wydzielanie. Co jest tym bodźcem? Przede wszystkim ta komórka beta musi mieć sensor dla glikemii. Tak? Czyli musi w jakiś sposób wyczuwać jakie jest stężenie glukozy we krwi, która ją opływa i w tym celu wykorzystuje glukotransporter, który Państwo znacie, konstytucyjny, który nie podlega regulacji GLUT2. Ten GLUT2 jako dziura w błonie powoduje przenikanie glukozy do wnętrza komórki. I ta glukoza we wnętrzu komórki, ulega następnie aktywacji przy udziale enzymu glukokinazy i wchodzi w normalny metabolizm. Tak? Efektem aktywacji tej glukozy i napływem dużej ilości glukozy do wnętrza komórki jest wzrost stężenia ATP/ADP, wzrost tego stosunku tych dwóch substancji, dlatego że w łańcuchu oddechowym, cyklu Krebsa, w procesie glikolizy dochodzi do biosyntezy bardzo dużej ilości ATP. To w efekcie powoduje, że w komórce mamy bardzo duże ilości ATP, które z kolei oddziałuje na tzw. kanały potasowe zależne od ATP powodując ich zablokowanie. Tak? Czyli ATP jest inhibitorem tych kanałów potasowych. Jeżeli zablokujemy kanał potasowy to co się stanie z komórką? Ulegnie depolaryzacji, tak? No właśnie. Ten potas nie może opuścić tej komórki w związku z tym nie powoduje powstawanie ujemnego potencjału wewnątrz komórki. No i o tym też mówiłem w poprzednim semestrze przy okazji hormonów i kanałów wapniowych. Mamy kanały wapniowe zależne od potencjału. Ten kanał się tutaj znajduje. Jeżeli dochodzi do depolaryzacji komórki ten kanał zaczyna się otwierać i jonu wapnia napływają do wnętrza komórki i zaczynają łączyć się z białkami kurczliwymi, które powodują migrację i fuzję tych pęcherzyków z insuliną do błony komórkowej i wydzielanie insuliny. I w ten sposób mechanizm ten działa u zdrowego człowieka, ale nie myślcie Państwo, że to jest takie proste, ponieważ musimy to skomplikować oczywiście, a ta komplikacja wynika właśnie z tego, że ten mechanizm wydzielania fizjologiczne insuliny jest podstawą uchwytu terapii wielu leków hipoglikemizujących, których Państwo w przyszłości będziecie się uczyć, dlatego warto go poznać. Tak?

Mechanizm wydzielania – na czczo. Czyli tak jak Państwu powiedziałem, na czczo nisko wewnątrzkomórkowe stężenie glukozy, niska ilość ATP, niski stosunek ATP/ADP w efekcie otwarcie kanałów potasowych, potas ucieka z komórki i w środku mamy ujemny potencjał spoczynkowy, co uniemożliwia depolaryzację komórki, ona jest hiperpolaryzowana. Napływa glukoza przy udziale GLUT2, syntetyzowana jest z tego duża ilość ATP, zamknięcie kanałów potasowych, napływ jonów wapnia do komórki, wydzielenie insuliny.

Znaczenie jonów wapnia. Prosta sprawa, tak? Dlaczego te jony wapnia są potrzebne? Dlatego, że pęcherzyki te zawierają białka, które być może już z fizjologii Państwo kojarzycie, np. synaptobrewina , czy syntaksyna. Są to białka zależne od jonów wapnia. Pod wpływem jonów wapnia ulegają one polimeryzacji. I to powoduje przybliżenie właśnie tego pęcherzyka do błony komórkowej i następnie fuzję. I teraz proces, który Państwu pokażę, pokazałem nie jest tylko procesem ograniczonym do komórek beta wysp trzustkowych. Komórka beta odgrywa właśnie rolę przy wydzielaniu insuliny, ale wszystkie hormony, czyli np. neuroprzekaźniki i tak dalej, wydzielają dokładnie w ten sam sposób, czyli mamy napływ jonów wapnia do komórki i działają nam dokładnie te same białka kurczliwe, fuzje pęcherzyków z błony i wydzielanie np. acetylocholiny, czy wydzielanie np. adrenaliny, neurotransmisja, wydzielanie szeregu różnych innych hormonów. Czyli jak widzicie, ten proces generalnie występuje w szeregu tkankach i wygląda dokładnie tak samo, inny jest tylko bodziec go wywołujący. W komórce beta jest to glukoza, a na przykład w komórkach pobudliwych może być to zmiana potencjału błonowego.

Kanały potasowe. No to przejdźmy na chwile do kanałów potasowych, ponieważ one mają bardzo duże znaczenie praktyczne, właśnie z tego powodu, że jest szereg leków które na nie oddziałuje i wykazują z tym pewne mechanizmy. Te kanały możemy podzielić na kilka różnych typów: mamy tzw. klasyczne kanały potasowe tzw. klasyczne kanały ",wewnątrzprostownicze", to jest akurat głupie tłumaczenie angielskiej nazwy, ale w Polsce, w polskim języku ono obowiązuje. Mamy kanały aktywowane białkami G np. w ten sposób mamy właśnie wydzielaną w nich acetylocholinę, adenozynę i tak dalej. Mamy kanały, te o których w tej chwili mówimy modulowane przez ATP i te kanały, ponieważ tak jak Państwu powiedziałem, jest to istotny mechanizm wydzielania insuliny oraz punktów uchwytu terapii, w związku z tym zsyntetyzowano leki, które mogłyby ją aktywność kanałów. Takimi lekami są właśnie pochodne sulfonylomocznika, których przedstawicielem jest właśnie glibenklamid na przykład, ale państwo pamiętajcie, że to się nazywa po prostu pochodne sulfonylomocznika. O

O tych pochodnych sulfonylomocznika już kilka razy mówiliśmy. Są to pochodne kwasu benzoesowego, mogą też tworzyć w pewnej sytuacji witaminy, bądź antywitaminy itd. Jest to grupa związków chemicznych o szerokim zastosowaniu. Te pochodne sulfonylonylomocznika są substancjami, które blokują działanie kanałów potasowych zależnych od ATP- czyli jak blokują ich działanie to powodują depolaryzację kom. β i nasilają wydzielanie insuliny -> tak stymulują kom. β do wydzielania insuliny. Są stosowane u pacjentów z cukrzycą, gdzie to wydzielanie insuliny jest nieadekwatne. Mamy też 2. grupę leków, które zamiast zamykać te kanały potasowe, otwierają je – np. pinacidil, cromakalim, nicorandil - to też są substancje, które sa powszechnie stosowane (no może nie powszechnie w Polsce). Te kanały potasowe występują m.in w mięśniach gładkich ściany naczynia. Jeżeli w mięśniu gładkim ściany naczynia otworzymy kanał potasowy, dojdzie do hiperpolaryzacji tej komórki, czyli nie będzie odpowiadać na bodźce kurczliwe i w efekcie dochodzi do rozkurczu naczyń -> spada ciśnienie tętnicze krwi – są to substancje stosowane w leczeniu nadciśnienia i są stosowane u tych pacjentów, u których występuje na skutek mutacji, np. tych kanałów, patologiczny skurcz naczynia, np. angina Printzmetala. My przede wszystkim będziemy się zajmować pochodnymi sulfonylomocznika, które zamykają kanały potasowe. Te kanały potasowe mają kilka różnych typów. I tutaj macie np. taki kanał, który składa się z 6 regionów transbłonowych. Na farmakologii to będzie niezbędne, bo wiele leków stosowanych w kardiologii działa na pewne typy tych kanałów. Nas jednak interesują kanały, które mają 2 rejony transbłonowe i oprócz samego kanału potasowego mają zawsze podjednostkę regulacyjną, np. tu jest podjednostka KCR1, a tu podjednostka SUR (nazwa stąd, że jest to receptor dla pochodnej sulfonylomocznika, czyli sulfonylurea receptor). Pochodne sulfonylomocznika działają na tą podjednostkę regulatorową powodując zablokowanie tego kanału potasowego KIR, który z nią jest związany (nazwa stąd, że jest to kanał wewnątrzprostowczniczy dla potasu, ang. Inward Rectifier K-channel). Czyli mamy 2 podjednostki, właściwy kanał potasowy i podjednostkę SUR wiążąca się z pochodnymi sulfonylomocznika.

Ten kanał potasowy można skomplikować dalej – ale istotne sa dla nas tylko 2 podtypy: Kir6.1, Kir6.2. Dlaczego są dla nas takie istotne? Bo te podjednostki kanałów potasowych Kir6.1, Kir6.2 występują w istotnych dla nas kom. β (Kir6.2) oraz w komórkach naczyń krwionośnych i w sercu. Natomiast podjednostki regulatorowe można też podzielić na 3 typy: SUR1, SUR2 (SUR2 dzieli się jeszcze na podtypy: SUR2A i SUR2B, stąd 3typy podjedn. regulatorowych). SUR1 w kom. β, SUR2 w mięśniach gładkich i w mięśniu sercowym. Kir6.1+SUR2B – naczyniowe kanały o niskim przewodnictwie dla potasu -> odpowiedzialne za regulację skurczu naczynia, co za tym idzie regulację ciśnienia tętniczego krwi. Kir6.2+SUR1 – kanały trzustkowe, które są regulatorami wydzielania insuliny (stosowane w terapii pacjentów z cukrzycą). Kir6.2+ SUR2B, SUR2A – występują tez w naczyniach i w mięśniu sercowym. Jakie to ma znaczenie? Jeżeli zablokujemy poprzez pochodną sulfonylomocznika podjednostkę regulatorową, a co za tym idzie kanał potasowy, spowodujemy depolaryzację komórki. W przypadku komórek β wysp trzustki depolaryzacja spowoduje nasilenie wyrzutu insuliny dla nas jak najbardziej korzystne. Ale co się dzieje, jeśli spowodujemy depolaryzację kardiomiocytów? Mogłyby się skurczyć, a żeby się skurczyć potrzebują Ca²⁺, a ten napływ wapnia do wnętrza komórki spowoduje wzrost zapotrzebowania na energię. Żeby się skurczyć musimy zsyntetyzować energię, a energię efektywnie syntetyzujemy przenosząc równoważniki redukcyjne na tlen, a więc potrzebujemy tlenu. W związku z tym, w zdrowym mięśniu sercowym zablokowanie tych podjenostek nie prowadzi do niczego, ale gdy mamy osobę z chorobą niedokrwienną serca, więc ma niedobór tlenu w pewnym fragmencie serca, np. ma zawał mięśnia sercowego i zablokujemy jej kanały potasowe prowadząc do depolaryzacji komórki, napływu Ca²⁺ i zmuszając już te prawie obumarłe komórki do dalszego skurczu, zwiększamy ich zapotrzebowanie na tlen, którego nie ma i w efekcie umierają. W związku z tym ta blokada jest dla nas niekorzystna – musimy stworzyć takie pochodne sulfonylomocznika, które działają na jeden receptor (kom.β trzustki), a staramy się, żeby nie działały na drugi receptor (kardiomiocyty). Te kanały potasowe występują w szeregu różnych komórek i biorą udział w szeregu różnych patologii.

Patologie kanałów potasowych. Znana jest patologia zespół Barttera, która jest m.in. spowodowana mutacją KIR 1.1. Powoduje zaburzenie wydzielania potasu w efekcie potas opuszcza komórki i dostaje się do moczu pierwotnego. Kolejny zespół Andersena jest to zespół kardiologiczny, dochodzi do zaburzeń depolaryzacji mięśnia sercowego. Pacjenci często umierają na skutek arytmii. Zaburzenie, mutacja, kanału potasowego który występuje w miocytach gładkich który powoduje ze w przypadku np. przestraszenia się dochodzi do zawalu mięśnia sercowego (u jakiś zwierząt), a u nas do wystąpienia blaszki miażdżycowej na skutek gwałtownego zwężenia światła naczynia.

W przypadku węglowodanów interesuje nas mutacja podjednostki kir 6.2 która prowadzi do rodzinnej hipoglikemii u noworodków. U pacjentów dochodzi do zamykania kanału i depolaryzacji kom B wysp trzustkowych.

Rodzina przetrwała hipoglikemia hiperinsulinemia noworodkowa. Polega to na tym, że u tych małych pacjentów, na skutek mutacji kanałów dochodzi do depolaryzacji wysp B trzustki w wyniku czego noworodki wydzielają stale znaczne ilości insuliny, co prowadzi do hipoglikemii. Jest to częsta przyczyna śmierci noworodków na skutek gwałtownej hipoglikemii. Ważna jest szybka diagnostyka, gdyż możemy tę chorobę leczyć za pomocą pankreatomii- czyli usunięcia części trzustki, dzięki czemu nie ma możliwości wydzielania nadmiaru insuliny.

Inhibicja SUR. Tutaj jest pokazane co się dzieje w mięśniu sercowym pod wpływem inhibitora podjednostki SUR. Znowu mamy serce żaby, tam gdzie zamknęliśmy naczynie wieńcowe wywołaliśmy zawał mięśnia sercowego. U biednego stworzonka zastosowaliśmy inhibitory cząstki SUR które zablokowały podjednostkę w mięśniu sercowym, widać duże obszary nekrotyczne.

Receptor insulinowy. O receptorze insulinowym już państwu kilka słów powiedziałem . Jest to receptor powiązany z kinazą tyrozynową, składa się z dwóch podjednostek i dopiero po połączeniu z insuliną te jednostki ulegają dimeryzacji , co powoduje dalsze przemiany, mianowicie cz. Wewnątrzkomórkowa ulega autofosforylacji, czyli fosforylacji ulega część wewnątrz cytoplazmatyczna receptora, ale także tego drugiego dimeru receptora, to z kolei powoduje fosforylacje innych białek, m.in. tych białek substratów IRS-1 IRS-2 i 3, jak i substratów receptora insulinowego, a to później wnika w przekaźnika sygnału i prowadzi do zjawisk które państwo znacie czyli do nasilonej ekspresji receptora GLUT-4. Czyli tak to wygląda: insulina, dimeryzacja, tutaj domena aktywności kinazy tyrozynowej, które powodują autofosforylacje, albo transfosforylacje poszczególnych domen tego receptora to z kolei później powoduje uaktywnienie się innych aktywności kinazowych, fosforylacji białek, substratów i w efekcie aktywacja szlaku przekazywania sygnału. Jak już wcześniej państwu sygnalizowałem kaskada przekazywania sygnały z receptora insulinowego może być podzielona na tzw. ….(?)…. Pierwszy to jest tzw. szlak związany z PKB i on jest niezależny od białek RAS, które państwo już z hormonów znacie. Jest to tzw. szlak odpowiedzialny na natychmiastowe działania i efekty pozagenomowe insuliny. Natomiast oprócz tego szlaku, który działa bardzo szybko, który jest odpowiedzialny za te efekty pozagenomowe, w pewnych sytuacjach bardzo istotny jest ten drugi szlak, tzw. szlak MATKA, jest to szlak zależny od białek RAS i ten szlak prowadzi do aktywacji różnych elementów, których efektem końcowym jest zmiana aktywności transkrypcyjnej genomu, i to może być zmiana poprzez indukcje pewnych czynników transkrypcyjnych, czyli selektywnie na pewne geny, ale mogą to być też zmiany o charakterze epigenetycznym , czyli generalnie dochodzi do aktywacji np. pewnych całych regionów DNA i w sumie derepresji, ekspresji – szereg różnych genów. Tu są właśnie te efekty genomowe, które prowadzą do wzrostu ekspresji genów kodujących enzymy odpowiedzialne za metabolizm węglowodanów, biosyntezę glikogenu, za syntezę lipidów, anabolizm białek, czyli są odpowiedzialne za wzrost komórek. Tutaj mamy szereg działań insuliny, o których już Państwo wiecie, o tym nie będę mówił.

Degradacja insuliny Jeśli chodzi o degradację kilka słów, okres półtrwania jak Państwo wiecie, jest dosyć krótki. Duża część insuliny, prawie połowa, ulega tzw. efektowi pierwszego przejścia przez wątrobę- krew z żyły wrotnej bogata w insulinę, ponieważ tam została wydzielona przez komórki B wysp trzustkowych, przepływa przez hepatocyty i połowa insuliny jest przez te hepatocyty wychwycona i degradowana, w efekcie tylko niewielka część insuliny (?) połowa zaczyna działać pozawątrobowo. Czyli widzicie Państwo z tego, że fizjologicznie głównym punktem uchwytu działania insuliny jest przede wszystkim wątroba, oczywiście ona ma działać, tak się dzieje u osoby zdrowej, u osoby chorej dochodzi do działań obwodowych insuliny, natomiast druga część insuliny jest wychwytywana i usuwana przez nerki na zasadzie podobnej jak to wspomniany przeze mnie peptyd C, natomiast przede wszystkim nerki są zaangażowane w usuwanie tego peptydu C i tutaj są odpowiedzialne za katabolizm ponad 70% peptydu. Obydwa hormony ze względu na niską masę cząsteczkową ulegają ultrafiltracji, są szybko wyłapywane i reabsorbowane w cewce bliższej i następnie trafiają do lizosomów, które są zakwaszane, zachodzi aktywacja enzymów odpowiedzialnych za proteolizę białek no i w efekcie dochodzi do hydrolizy tych hormonów i w ten sposób się ich pozbywamy. Jakie to ma znaczenie? Znowu, u osób z niewydolnością nerek dochodzi do zaburzenia tego mechanizmu i zaburzenia degradacji peptydu C i insuliny, czyli jakie to będzie miało konsekwencje? Jeżeli mamy osobę z niewydolnością nerek cukrzycową, co jest dosyć częste, ponieważ cukrzyca długotrwała często prowadzi do niewydolności nerek, to w efekcie tego zaburzenia degradacji insuliny dochodzi do wzrostu jej stężenia w surowicy krwi, co może prowadzić do hipoglikemii. W związku z tym, wyrównanie glikemii u pacjentów z niewydolnością nerek jest o wiele trudniejsze niż u pacjentów z prawidłową funkcją nerek. Tu właśnie mamy ten czynnik, który w sposób bliżej nieokreślony, nieprzewidywalny prowadzi do degradacji tego hormonu, o tym należy pamiętać. Drugim głównym miejscem degradacji insuliny jest wątroba, na czym ta degradacja tutaj polega? Jest to wychwyt receptorowy, czyli insulina wiąże się ze swoistym dla siebie receptorem, tym samym który występuje na innych komórkach i teraz kompleks insulina-receptor zamiast aktywować jakiś szlak metaboliczny, ulega endocytozie do wnętrza cytoplazmy i w tej cytoplazmie może sobie siedzieć jakiś czas, a następnie jest ponownie wydzielany na zewnątrz, ale najczęściej ulega fuzji z lizosomem, ulega to zakwaszeniu i ulega całkowitej proteolizie. Tutaj takim enzymem degradującym insulinę i bardzo istotnym jest IDE, czyli enzym degradujący insulinę, który powoduje hydrolizę łańcucha beta, ale też powoduje hydrolizę innych cytokin i peptydów. Pośrednio od tego enzymu zależy to, ile insuliny ulega w wątrobie degradacji. I teraz kiedy może dojść do zaburzenia usuwania insuliny? Może dojść np. wtedy, kiedy następuje zwiększona internalizacja receptora - z tym się spotykamy w hiperinsulinemii. Państwo pamiętacie z hormonów, wiele komórek broniąc się przed nadmiarem hormonu zwija swoje receptory, dochodzi do internalizacji, skoro nie ma receptora to nie ma degradacji insuliny, dochodzi do hiperinsulinemii obwodowej, co nie do końca jest dla nas korzystne. I tak samo może występować w przypadku hiperglikemii poposiłkowej i tak samo to zaburzenie degradacji może występować pod wpływem innych hormonów, np. hormonu wzrostu i katecholamin. To jest akurat dla nas korzystne, bo mamy hiperglikemię i chcielibyśmy, żeby ta resztka insuliny działała, w tym momencie jeśli zwiniemy jej receptor, to działać nie będzie. To jest właśnie mechanizm tej degradacji, czyli receptor występuje najpierw w błonie komórkowej, związany z insuliną ulega endocytozie, tworzy się taki pęcherzyk, receptor związany z insuliną, widzicie Państwo ten receptor, fuzja z lizosomem, w efekcie ten pęcherzyk jest wzbogacany o pompę protonowa, która zakwasza pęcherzyk, z błoną pęcherzyka związany jest enzym degradujący insulinę, który tą insulinę degraduje, następnie sam receptor może wrócić do błony komórkowej. To był mechanizm bardzo podobny, jak Państwo jeszcze pamiętacie, do mechanizmu wchłaniania żelaza- mieliśmy receptor dla transferyny, transferynę, endocytozę i fuzję z pompą protonową, zakwaszenie, odszczepienie żelaza, tutaj to wygląda dokładnie tak samo, tylko mamy jeszcze enzym proteolityczny. Dobrze, tyle jeśli chodzi o insulinę. W przyszłym tygodniu zajmiemy się tą resztą hormonów i innymi rzeczami związanymi z metabolizmem węglowodanów.