La scoperta dell'insulina e il suo ruolo nell'organismo

La scoperta dell'insulina e il suo ruolo nell'organismo

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In una notte piovosa del 1921 all'Università di Toronto, Frederick Banting, insieme al suo assistente Charles Best, scoprì l'insulina in un laboratorio fornito loro da John Macleod. In tal modo, hanno raggiunto una delle scoperte mediche più significative di tutti i tempi.

Ok, non sappiamo se stava effettivamente piovendo. E la svolta di certo non è avvenuta in una sola notte. Ma a questi tre scienziati – insieme a James Collip, che in seguito ha contribuito a purificare l'insulina – è effettivamente attribuita la scoperta dell'insulina.

Vitali

  • Fino alla scoperta dell'insulina all'inizio del XX secolo, il diabete di tipo 1 (T1DM) era sempre fatale.
  • Inizialmente, l'insulina utilizzata per il trattamento era derivata da animali, in particolare bovini (insulina bovina) e maiali (insulina suina).
  • Ora, l'insulina umana sintetica è prodotta usando batteri. I tipi differiscono nella velocità con cui agiscono sul corpo e nel metodo di consegna.
  • Il trattamento con insulina viene utilizzato anche dal 31% delle persone con diabete di tipo 2 (T2DM) di solito dopo che il pancreas viene bruciato dalla produzione di insulina extra per compensare la resistenza delle cellule ad esso.


La vera storia di la scoperta dell'insulina abbraccia diversi anni e una legione di ricercatori (Vecchio, 2018). Mentre le descrizioni di una malattia che si presume essere il diabete risalgono al 1500 a.C. nell'antico Egitto, non è stato fino al 1800 che le persone hanno iniziato a rendersi conto che il pancreas potrebbe svolgere un ruolo nella malattia. Nel 1890, i ricercatori notarono che la rimozione completa del pancreas da un cane provocava i sintomi spesso osservati nelle persone con diabete. Da questo, sapevano che il pancreas aveva qualcosa a che fare con la condizione: dovevano solo capire cosa fosse esattamente.

Il pancreas è un organo unico che ha funzioni esocrine ed endocrine. Esocrino significa che un organo secerne sostanze chimiche attraverso i dotti. In questo caso, il pancreas secerne enzimi digestivi attraverso i dotti e nell'intestino. Endocrino significa che un organo secerne sostanze chimiche direttamente nel flusso sanguigno.

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Per saperne di più

I ricercatori hanno notato che il pancreas aveva molteplici funzioni. Quando bloccavano i dotti del pancreas (la sua funzione esocrina), parti del pancreas morivano. Tuttavia, le aree del pancreas note come isole di Langerhans (perché sembravano isole di tessuto nel pancreas) non sono morte e la glicemia non è stata colpita. Ciò indicava che le isole avevano una sorta di funzione endocrina che aveva un ruolo nei livelli di zucchero nel sangue. Nel 1910, Sir Edward Sharpey-Schafer coniò il termine insulina per riferirsi alla sostanza secreta da queste isole che poteva controllare la glicemia, prendendo il termine dal latino l'isola , che significa isola.

Banting e Best hanno lavorato sull'isolamento dell'insulina dal pancreas nel 1921 conducendo ricerche sui cani. Presentarono le loro scoperte, annunciando ufficialmente la scoperta dell'insulina, nel dicembre 1921 e nel 1922, l'insulina fu usata per la prima volta sugli esseri umani. Il primo destinatario di insulina è stato Leonard Thompson, un ragazzo di 14 anni con diabete di tipo 1. Prima di allora, il diabete mellito di tipo 1 era stato una malattia mortale.

Che cos'è l'insulina e perché è così importante?

Come hanno scoperto Banting e altri, l'insulina è un ormone secreto da aree del pancreas chiamate isole di Langerhans. In particolare, l'insulina viene secreta dalle cellule beta nelle isole. Esistono anche cellule alfa che secernono glucagone (un altro ormone coinvolto nella regolazione dei livelli di zucchero nel sangue) cellule delta che secernono somatostatina (un ormone inibitore) e quantità minori di altre cellule che secernono ormoni.

L'insulina e il glucagone sono i principali ormoni che regolano i livelli di zucchero nel sangue nel corpo. Per rimanere in buona salute, è essenziale che i livelli di zucchero nel sangue rimangano strettamente controllati. Avere livelli di zucchero nel sangue troppo bassi (chiamati ipoglicemia) o livelli di zucchero nel sangue troppo alti (iperglicemia) può portare a complicazioni e persino alla morte. L'insulina aiuta a ridurre i livelli di zucchero nel sangue mentre il glucagone aiuta ad aumentarli. I disturbi dell'insulina sono, quindi, disturbi in cui i livelli di zucchero nel sangue sono incontrollati. Ciò si riferisce principalmente a malattie come il diabete mellito di tipo 1 (T1DM) e il diabete mellito di tipo 2 (T2DM). Tuttavia, alcune condizioni non comuni possono avere un impatto anche sui livelli di insulina nel sangue. Ci arriveremo presto, ma prima, diamo un'occhiata più approfondita a ciò che fa l'insulina nel corpo.

L'insulina nel corpo

L'insulina è un tipo di ormone noto come ormone peptidico. Gli ormoni peptidici lavorano nel corpo agendo sulla superficie delle cellule per trasmettere messaggi. L'insulina inizia come una singola catena di aminoacidi nota come preproinsulina prima di essere convertita in proinsulina e infine in insulina. Parte di questo processo crea un sottoprodotto noto come C-peptide. La misurazione del peptide C può essere importante dal punto di vista clinico perché può dare un'indicazione di quanta insulina naturale sta producendo il corpo di una persona.

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L'insulina viene rilasciata dalle cellule beta nel flusso sanguigno in risposta a livelli elevati di zucchero nel sangue (chiamati anche livelli di glucosio nel sangue). Quando mangi cibo che contiene zucchero o carboidrati (che vengono scomposti in zucchero), i livelli di glucosio nel sangue aumentano. Le molecole di glucosio entrano nelle cellule beta del pancreas passando attraverso una proteina sulla superficie cellulare chiamata trasportatore di glucosio 2 (GLUT2). Questo segnala alla cellula beta che è il momento di secernere insulina.

Una volta rilasciata nel corpo, l'insulina si lega ai recettori dell'insulina sulla superficie delle cellule. Nelle cellule adipose (adipose) e nelle cellule muscolari, l'attivazione del recettore dell'insulina sposta una proteina chiamata trasportatore del glucosio 4 (GLUT4) sulla superficie delle cellule. Il glucosio è quindi in grado di entrare nelle cellule adipose e muscolari attraverso GLUT4, abbassando efficacemente la quantità di glucosio nel sangue. Nelle cellule adipose, il glucosio viene immagazzinato sotto forma di trigliceridi (un tipo di grasso). Nelle cellule muscolari, il glucosio viene utilizzato per produrre energia e può anche essere immagazzinato per dopo in lunghe catene chiamate glicogeno.

L'insulina agisce anche sulle cellule del fegato, spingendole a immagazzinare anche il glucosio come glicogeno. Il glucosio può entrare nelle cellule del fegato senza GLUT4. Tuttavia, l'insulina attiva un enzima chiamato esochinasi e altri enzimi coinvolti nella produzione di glicogeno, intrappolando efficacemente il glucosio e mantenendo bassi i livelli di zucchero nel sangue.

È possibile eseguire un esame del sangue per controllare i livelli di insulina nel corpo. Tuttavia, questi valori non vengono controllati di routine. Invece, altri esami del sangue possono essere utilizzati per diagnosticare malattie come prediabete, diabete di tipo 1 e diabete di tipo 2, incluso il test della glicemia a digiuno (FPG), il test di tolleranza al glucosio orale (OGTT) e il test dell'emoglobina A1c (HbA1c).

Disturbi dell'insulina

I disturbi dell'insulina includono stati in cui c'è troppa insulina nel corpo (chiamata iperinsulinemia), stati in cui non c'è abbastanza insulina nel corpo e stati in cui c'è una quantità variabile di insulina, ma le cellule del corpo non sono rispondendovi in ​​modo efficace. Quest'ultima situazione è chiamata insulino-resistenza ed è la causa del prediabete e del diabete di tipo 2.

Il prediabete, il diabete di tipo 1 e il diabete di tipo 2 sono di gran lunga i disturbi più comuni dell'insulina. Secondo il Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie (CDC) , a partire dal 2015, oltre 84 milioni di americani hanno il prediabete, una condizione che può portare al diabete di tipo 2 (CDC, 2017). Inoltre, oltre 30 milioni, ovvero quasi 1 su 10, negli Stati Uniti hanno il diabete. Di questi, il 90-95% delle persone ha il diabete di tipo 2.

Il T1DM è una malattia autoimmune in cui il corpo smette di produrre insulina o ne produce solo pochissima. Una malattia autoimmune è un disturbo in cui il corpo attacca se stesso. Nel diabete di tipo 1, il corpo produce anticorpi che prendono di mira e distruggono le cellule beta del pancreas. Di conseguenza, non sono più in grado di produrre insulina. Il diabete di tipo 1 era indicato come diabete giovanile o diabete ad esordio giovanile, tuttavia, è possibile che venga diagnosticato di recente il diabete di tipo 1 da adulto. La genetica sembra svolgere almeno un ruolo parziale nel mettere qualcuno a rischio di sviluppare il diabete di tipo 1, ma non è l'unico fattore. I ricercatori ritengono che anche le esposizioni, come le esposizioni ai virus, svolgano un ruolo. Poiché le persone con diabete di tipo 1 non producono insulina, dipendono dall'insulina come trattamento.

T2DM e prediabete sono malattie in cui il corpo è resistente all'insulina. Ciò significa che il pancreas è ancora in grado di produrre insulina (almeno all'inizio) ma le cellule del corpo hanno una ridotta sensibilità all'insulina. Ciò porta ad un aumento dei livelli di zucchero nel sangue perché il glucosio non viene trasportato efficacemente nelle cellule adipose e muscolari, né viene efficacemente trattenuto nel fegato come glicogeno. Quando i livelli sono leggermente elevati, si dice che un individuo abbia il prediabete. Una volta che i livelli di zucchero nel sangue superano una certa soglia, a un individuo viene diagnosticato il diabete di tipo 2.

I ricercatori non sono sicuri esattamente di cosa causi l'insulino-resistenza a livello molecolare, ma i fattori di rischio più significativi sono vivere uno stile di vita sedentario ed essere sovrappeso o obesi (in particolare avere un eccesso di grasso intorno alla metà o un girovita aumentato). All'inizio, le cellule beta del pancreas potrebbero essere in grado di stare al passo con le esigenze del corpo, compensando la resistenza all'insulina. Tuttavia, nel tempo, il pancreas viene bruciato e non può produrre tutta l'insulina di cui il corpo ha bisogno. I farmaci per il diabete di tipo 2 sono mirati a ridurre i livelli di zucchero nel sangue e a rendere il corpo più sensibile all'insulina. Poco meno di un terzo (31%) delle persone con diabete di tipo 2 necessita di insulina come trattamento.

Ci sono alcuni disturbi più rari che influiscono sui livelli di insulina nel corpo. Gli insulinomi sono tumori che secernono insulina, con conseguente aumento dei livelli di insulina nel sangue e bassi livelli di zucchero nel sangue. Questi sono estremamente rari, con una stima 4 case per 1.000.000 persone ogni anno (UpToDate, 2019). La nesidioblastosi è un'altra condizione in cui il corpo produce troppa insulina. Tuttavia, invece di avere un tumore che secerne insulina, le persone con nesidioblastosi hanno solo un numero di cellule beta nel pancreas più alto del normale. Infine, ci sono cause genetiche dell'insulina alta nel sangue con cui nascono alcuni individui. Questo è chiamato iperinsulinismo congenito. Finora sono state identificate nove mutazioni genetiche che possono causare questo, ma anche loro sono molto rare: da 1 su 2.500 a 1 su 50.000.

Quali sono i segni e i sintomi dei problemi di insulina?

I sintomi associati ai problemi di insulina sono gli stessi che si presentano quando i livelli di zucchero nel sangue sono troppo alti o troppo bassi.

Quando i livelli di insulina sono troppo alti, può causare ipoglicemia. I sintomi di ipoglicemia possono iniziare lievi ma possono diventare rapidamente pericolosi e persino fatali. Loro includono:

  • Ansia
  • Vertigini
  • Fatica
  • Mal di testa
  • Battito cardiaco irregolare o palpitazioni (battito cardiaco accelerato che sembra un battito d'ali)
  • tremolante
  • Sudorazione
  • Cambiamenti nella visione
  • Confusione
  • Confusione di parole
  • Convulsioni
  • Perdita di conoscenza
  • Morte

Quando i livelli di insulina sono troppo bassi o il corpo è resistente all'insulina, può causare iperglicemia. La glicemia alta può essere asintomatica, può causare complicazioni a lungo termine o può causare condizioni potenzialmente letali note come chetoacidosi diabetica (DKA) e stato iperosmolare iperglicemico (HHS). I sintomi includono:

  • Aumento della sete (polidipsia)
  • Minzione frequente (poliuria)
  • Fame estrema (polifagia)
  • Mancanza di energia
  • Perdita di peso
  • La vista cambia
  • Intorpidimento, formicolio o dolore alle estremità (neuropatia)
  • Difficoltà a guarire
  • Infezioni frequenti
  • Malattie cardiache o problemi ai vasi sanguigni
  • Alito fruttato
  • Sonnolenza
  • Dolore addominale
  • vomito
  • Febbre
  • Confusione
  • Mangiare

L'insulina come farmaco

Fin dalla sua scoperta, l'insulina è stata ulteriormente testata e sviluppata in diversi farmaci che possono essere somministrati alle persone con diabete. Il Associazione americana del diabete (ADA) stima che sei milioni di persone usano l'insulina negli Stati Uniti (ADA, 2015).

A differenza di altri farmaci per il diabete, l'insulina non è una pillola. Con un'eccezione, deve essere somministrato attraverso la pelle, di solito con un ago. Detto questo, ci sono più opzioni per le persone che assumono insulina (Shah, 2016).

  • Flaconcino e siringa: il metodo del flaconcino e della siringa è ciò a cui potresti pensare in genere quando prevedi iniezioni di insulina o colpi di insulina. Coinvolge l'utente che elabora una dose predeterminata di insulina in una siringa, che poi usa per iniettarsi.
  • Penna per insulina: le penne per insulina sono dispositivi che contengono già insulina al loro interno. L'utente può regolare la dose, in genere con un quadrante o un altro meccanismo. Le penne per insulina sono più facili da usare e possono anche avere aghi più piccoli, il che le rende più comode da usare.
  • Microinfusore: i microinfusori sono dispositivi che si attaccano al corpo in grado di erogare piccole quantità di insulina in modo continuo e dosi maggiori durante i pasti. Queste pompe imitano più da vicino ciò che effettivamente fa il pancreas nel corpo. Possono anche fornire dosi più precise di insulina. Le pompe per insulina possono consentire a un individuo una maggiore flessibilità nel proprio stile di vita poiché le persone devono solo indossare il dispositivo e non devono preoccuparsi costantemente delle singole iniezioni.

Se combinati con il monitoraggio continuo del glucosio, i microinfusori per insulina possono fungere da forma a ciclo chiuso di somministrazione di insulina. Ciò significa che i livelli di zucchero nel sangue vengono monitorati continuamente e la pompa risponde in modo appropriato alle letture. Questo sistema viene talvolta definito pancreas artificiale ed è attualmente in fase di test.

  • Iniettore a getto di insulina: gli iniettori a getto funzionano sparando farmaci liquidi ad alta pressione attraverso la pelle. Possono essere un metodo di consegna efficace per coloro che sono a disagio con gli aghi. Uno studio ha persino dimostrato che l'iniettore a getto può essere superiore alla penna per insulina nel controllo dei livelli di zucchero nel sangue delle persone con diabete di tipo 2 (Guo, 2017).
  • Insulina per via inalatoria: attualmente è disponibile una forma di insulina per via inalatoria approvata dalla FDA chiamata Afrezza. Afrezza è una forma di insulina ad azione rapida che riduce il numero di punture di ago giornaliere di cui un individuo potrebbe aver bisogno. Altri tipi di insulina per via inalatoria era disponibile ma non era molto popolare , probabilmente a causa di effetti collaterali respiratori (Oleck, 2016).

Proprio come i metodi di somministrazione dell'insulina variano, anche i tipi di insulina che le persone possono somministrarsi. Inizialmente, l'insulina utilizzata per il trattamento era derivata da animali, in particolare bovini (insulina bovina) e maiali (insulina suina). Ora, l'insulina umana sintetica è prodotta usando batteri. Per far sì che ciò accada, gli scienziati hanno utilizzato la tecnologia del DNA ricombinante. Ciò comporta prendere il gene umano per la produzione di insulina e inserirlo nel codice genetico dei batteri. I batteri leggono il codice come se fosse il loro e producono insulina umana.

Uno degli obiettivi del trattamento con insulina è imitare ciò che accade con l'insulina nel corpo. Ciò include una fornitura costante di insulina a basso livello che dura per tutto il giorno (questa è chiamata insulina basale) unita ad aumenti di insulina durante i pasti per gestire i relativi aumenti di zucchero nel sangue (questi sono chiamati boli). Con questo in mente, sono state sviluppate diverse forme di insulina che differiscono in base al loro tempo di insorgenza (quanto tempo impiega l'insulina per iniziare a lavorare), tempo di picco (quanto tempo dopo l'iniezione l'insulina è più efficace) e durata (come a lungo gli effetti dell'insulina durano). Queste diverse forme sono talvolta chiamate analoghi dell'insulina. Ordinati per quanto velocemente funzionano, i principali tipi di insulina secondo l'ADA sono:

  • Azione rapida: inizia a funzionare in 15 minuti, raggiunge il picco in 1 ora, è efficace per 2-4 ore (ad es., lispro/Humalog, aspart/Novolog)
  • Azione regolare o breve: inizia a funzionare in 30 minuti, raggiunge il picco in 2-3 ore, è efficace per 3-6 ore (ad es. Humulin R, Novolin R)
  • Azione intermedia: inizia a funzionare in 2-4 ore, raggiunge il picco in 4-12 ore, è efficace per 12-18 ore (ad es. NPH/Humulin N, NPH/Novolin N)
  • A lunga durata d'azione: inizia a lavorare dopo diverse ore, è efficace per più di 24 ore (ad es. detemir/Levemir, glargine/Basaglar, glargine/Lantus)
  • Azione ultra lunga: inizia a lavorare dopo diverse ore, è efficace per oltre 42 ore (ad es. degludec/Tresiba) ( C'È )

In alcuni casi, possono essere combinati diversi tipi di insulina.

Se stai assumendo insulina per il trattamento del diabete, è importante che parli con un operatore sanitario del dosaggio. Tenere traccia dei livelli di glucosio nel sangue è un buon modo per identificare se si verificano molti episodi di ipoglicemia o iperglicemia, il che potrebbe indicare che il dosaggio dovrebbe cambiare.

Riferimenti

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