Inzulin

Inzulin (z latinského insula, ostrov) je životně důležitý hormon bílkovinné povahy, který je produkován B-buňkami Langerhansových ostrůvků ve slinivce břišní. Jeho primární funkcí v těle je regulace hladiny glukózy v krvi (glykémie), kterou snižuje. Působí jako klíč, který umožňuje buňkám svalů, tukové tkáně a jater vstřebávat glukózu z krevního oběhu a využívat ji jako zdroj energie nebo ji ukládat na pozdější použití. Inzulin je hlavním anabolickým hormonem v těle, což znamená, že podporuje syntézu složitějších molekul z jednodušších, jako je tvorba glykogenu v játrech a svalech, syntéza tuků a proteinů. Jeho protihráčem (antagonistou) je hormon glukagon, který naopak hladinu krevního cukru zvyšuje.

Nedostatek produkce inzulinu nebo neschopnost těla na něj efektivně reagovat (tzv. inzulinová rezistence) vede k onemocnění známému jako diabetes mellitus (cukrovka). Pro léčbu tohoto onemocnění, zejména diabetes mellitus 1. typu, je podávání inzulinu nezbytné. Vzhledem k jeho bílkovinné povaze se nemůže podávat ústy, protože by byl v trávicím traktu rozložen; aplikuje se proto nejčastěji podkožní injekcí pomocí inzulinových per nebo inzulinových pump.

⏳ Historie objevu

Před objevem inzulinu znamenala diagnóza diabetu 1. typu téměř jistý rozsudek smrti, často během několika měsíců až let. Léčba spočívala v drastických, hladových dietách, které sice mohly život o něco prodloužit, ale vedly k extrémnímu vyhubnutí a utrpení pacientů.

• 1869: Německý student medicíny Paul Langerhans při svém výzkumu struktury slinivky břišní popsal shluky buněk, které byly později na jeho počest pojmenovány Langerhansovy ostrůvky.
• 1889: Oskar Minkowski a Joseph von Mering při pokusech na psech zjistili, že odstranění slinivky břišní vede k rozvoji těžké cukrovky, čímž prokázali spojitost mezi tímto orgánem a regulací krevního cukru.
• 1921: Zásadní průlom nastal v Torontu v Kanadě. Tým ve složení Frederick Banting, Charles Best, John James Rickard Macleod a James Collip úspěšně izoloval z pankreatu psů a dobytka látku, kterou nazvali "isletin". Podařilo se jim prokázat, že extrakt z Langerhansových ostrůvků dokáže účinně snižovat hladinu cukru v krvi u psů s experimentálně vyvolaným diabetem.
• 1922: 11. ledna byl inzulin poprvé úspěšně podán člověku – čtrnáctiletému Leonardu Thompsonovi, který umíral na diabetes mellitus 1. typu. Po počátečních problémech s čistotou extraktu vedla druhá, již purifikovaná dávka od Jamese Collipa k dramatickému zlepšení jeho stavu a záchraně života. Poptávka po inzulinu rychle rostla a masové výroby se ujala farmaceutická společnost Eli Lilly and Company.
• 1923: Za objev inzulinu byla Fredericku Bantingovi a J. J. R. Macleodovi udělena Nobelova cena za fyziologii a lékařství. Banting se o svou část odměny okamžitě rozdělil s Bestem a Macleod s Collipem, protože cítili, že objev byl výsledkem společného úsilí. Téhož roku byl inzulin poprvé použit i v Československu.

Tento objev znamenal revoluci v léčbě diabetu a zachránil životy milionů lidí po celém světě.

🧬 Struktura a syntéza

Chemická struktura

Inzulin je protein (přesněji polypeptid) s molekulovou hmotností přibližně 5808 daltonů. Skládá se ze dvou polypeptidických řetězců, které jsou vzájemně propojeny dvěma disulfidickými můstky.

• Řetězec A: Obsahuje 21 aminokyselin.
• Řetězec B: Obsahuje 30 aminokyselin.

Kromě dvou mezřetězcových disulfidických můstků existuje ještě třetí můstek uvnitř řetězce A. Tato struktura je klíčová pro jeho biologickou aktivitu a schopnost vázat se na inzulinový receptor. Struktura inzulinu je mezi obratlovci velmi podobná; například prasečí inzulin se od lidského liší pouze v jedné aminokyselině a hovězí ve třech.

Biosyntéza v těle

Syntéza inzulinu je vícekrokový proces probíhající v B-buňkách slinivky břišní:

1. Transkripce a translace: Gen pro inzulin na 11. chromozomu je přepsán do mRNA. Ta je následně na ribozomech přeložena do podoby preproinzulinu.
2. Tvorba proinzulinu: Preproinzulin je transportován do endoplazmatického retikula, kde je odštěpena signální sekvence ("pre-"), a vzniká tak proinzulin. Zde se také formují správné disulfidické můstky.
3. Štěpení na inzulin a C-peptid: Proinzulin je dopraven do Golgiho aparátu a následně do sekrečních granulí. Zde enzymy odštěpí spojující řetězec, tzv. C-peptid (connecting peptide). Výsledkem jsou dvě molekuly: aktivní inzulin a C-peptid.
4. Skladování a sekrece: Inzulin a C-peptid jsou skladovány v sekrečních granulích a při stimulaci (např. zvýšenou hladinou glukózy) jsou v ekvimolárním množství (stejném poměru) uvolněny do krevního oběhu. Stanovení hladiny C-peptidu v krvi se proto v medicíně využívá k posouzení, kolik vlastního inzulinu tělo pacienta produkuje.

⚙️ Fyziologické funkce a regulace

Účinky inzulinu

Inzulin je klíčovým regulátorem metabolismu sacharidů, tuků a bílkovin. Jeho hlavním cílem je snížit hladinu glukózy v krvi (glykémii) po jídle a podpořit ukládání živin do zásob.

• Metabolismus sacharidů:
  • Zvyšuje transport glukózy do buněk svalů a tukové tkáně aktivací transportéru GLUT4.
  • V játrech a svalech stimuluje syntézu glykogenu (glykogenezi), což je zásobní forma glukózy.
  • Potlačuje tvorbu nové glukózy v játrech (glukoneogenezi) a štěpení glykogenu (glykogenolýzu).

• Metabolismus tuků (lipidů):
  • Podporuje ukládání tuků v tukové tkáni (lipogenezi).
  • Zabraňuje rozkladu tuků (lipolýze), čímž snižuje hladinu volných mastných kyselin v krvi.

• Metabolismus bílkovin (proteinů):
  • Podporuje vstup aminokyselin do buněk a stimuluje syntézu bílkovin (proteosyntézu), zejména ve svalech.
  • Zabraňuje rozkladu bílkovin (proteolýze).

Díky těmto anabolickým účinkům je inzulin někdy označován jako "hormon hojnosti" nebo "hormon sytosti".

Regulace sekrece

Uvolňování inzulinu z B-buněk je přísně regulováno, aby byla udržena stabilní hladina krevního cukru (glykemická homeostáza). Fyziologická hodnota glykémie nalačno se pohybuje v rozmezí 3,9–5,6 mmol/l.

• Hlavní stimul: Hladina glukózy
  • Po jídle bohatém na sacharidy stoupne hladina glukózy v krvi. Glukóza vstupuje do B-buněk pankreatu (přes transportér GLUT2), kde je metabolizována.
  • Tento metabolismus vede ke zvýšení hladiny ATP v buňce.
  • Zvýšené ATP způsobí uzavření draslíkových kanálů citlivých na ATP. To vede k depolarizaci buněčné membrány.
  • Depolarizace otevře napěťově řízené vápníkové kanály, což umožní masivní vstup vápenatých iontů (Ca²⁺) do buňky.
  • Zvýšená koncentrace vápníku spustí exocytózu – splynutí sekrečních granulí s buněčnou membránou a uvolnění inzulinu a C-peptidu do krve.

• Další faktory ovlivňující sekreci:
  • Stimulující faktory: Některé aminokyseliny (např. arginin, leucin), inkretinové hormony (např. GLP-1, GIP) uvolňované ze střeva po jídle, a stimulace parasympatického nervového systému.
  • Inhibující (potlačující) faktory: Nízká hladina glukózy (hypoglykémie), hormon somatostatin a aktivace sympatického nervového systému (např. při stresu či cvičení) prostřednictvím hormonů jako adrenalin.

💉 Inzulin jako lék

Podávání inzulinu je základem léčby diabetes mellitus 1. typu, kde tělo vlastní inzulin neprodukuje. Používá se také u pokročilého diabetes mellitus 2. typu, kdy B-buňky již nedokážou pokrýt potřeby organismu, nebo u jiných specifických typů diabetu.

Zdroje a výroba

• Zvířecí inzuliny: Historicky první používané inzuliny byly extrahovány ze slinivek vepřů a skotu. Hovězí se dnes již kvůli riziku BSE nepoužívá. Vepřový inzulin je lidskému velmi podobný.
• Humánní (lidský) inzulin: Od 80. let 20. století se inzulin vyrábí moderními biotechnologickými metodami. Pomocí genového inženýrství se lidský gen pro inzulin vloží do bakterií (nejčastěji Escherichia coli) nebo kvasinek, které pak produkují inzulin chemicky naprosto shodný s tím lidským. Tento proces se nazývá technologie rekombinantní DNA.
• Inzulinová analoga: Jsou to geneticky upravené formy lidského inzulinu, u kterých byla změněna sekvence aminokyselin s cílem modifikovat rychlost vstřebávání a délku účinku. To umožňuje lepší napodobení fyziologické sekrece inzulinu.

Typy inzulinu podle doby působení

Moderní diabetologie využívá širokou škálu inzulinových přípravků, které se liší rychlostí nástupu a délkou trvání účinku. To umožňuje sestavit léčebný režim na míru každému pacientovi.

• Ultrarychle a rychle působící (bolusové) inzuliny:
  • Jsou to především inzulinová analoga (např. inzulin lispro, aspart, glulisin).
  • Aplikují se těsně před jídlem nebo s jídlem, aby pokryly vzestup glykémie po něm.
  • Nástup účinku je velmi rychlý (do 15 minut), s vrcholem za 1-2 hodiny a délkou působení 2-5 hodin.

• Krátkodobě působící (humánní regulární) inzuliny:
  • Jedná se o neupravený lidský inzulin.
  • Aplikuje se cca 30 minut před jídlem.
  • Účinek nastupuje pomaleji a trvá déle (cca 4-8 hodin) než u analog, což může zvyšovat riziko hypoglykémie mezi jídly.

• Střednědobě působící (NPH) inzuliny:
  • Jsou to suspenze lidského inzulinu s přidanou látkou (protamin), která zpomaluje jeho vstřebávání.
  • Používají se k pokrytí potřeby inzulinu mezi jídly a přes noc.
  • Mají zakalený vzhled a před aplikací se musí promíchat. Doba působení je 12-20 hodin.

• Dlouhodobě a ultradlouhodobě působící (bazální) inzuliny:
  • Jsou to moderní inzulinová analoga (např. inzulin glargin, detemir, degludek).
  • Poskytují stabilní, bezvrcholovou hladinu inzulinu po dobu 24 hodin i déle.
  • Napodobují základní (bazální) sekreci inzulinu zdravé slinivky a snižují riziko nočních hypoglykémií.

• Směsi (premixované) inzuliny:
  • Obsahují kombinaci rychle nebo krátkodobě působícího a střednědobě působícího inzulinu v pevném poměru.
  • Umožňují snížit počet denních injekcí, ale poskytují menší flexibilitu v dávkování.

📉 Inzulinová rezistence

Inzulinová rezistence je stav, kdy buňky v těle (zejména ve svalech, játrech a tukové tkáni) nereagují na inzulin dostatečně citlivě. Slinivka břišní se snaží tuto sníženou citlivost kompenzovat zvýšenou produkcí inzulinu (hyperinzulinémie), aby udržela normální hladinu cukru v krvi.

Pokud tento stav trvá dlouho, B-buňky se mohou "vyčerpat" a jejich schopnost produkovat inzulin klesá. To vede k postupnému zvyšování hladiny glukózy v krvi a může vyústit v rozvoj prediabetu a následně diabetes mellitus 2. typu.

Příčiny a rizikové faktory

Přesné příčiny nejsou plně objasněny, ale klíčovou roli hrají:

• Nadváha a obezita: Zejména nahromadění viscerálního (útrobního) tuku v oblasti břicha.
• Nedostatek fyzické aktivity: Sedavý způsob života.
• Genetická predispozice: Rodinná historie diabetu 2. typu.
• Nezdravá strava: Vysoký příjem zpracovaných potravin, cukrů a nezdravých tuků.
• Další faktory: Vyšší věk, kouření, stres, nedostatek spánku a některá onemocnění (např. syndrom polycystických ovarií).

Inzulinová rezistence je součástí tzv. metabolického syndromu, který zahrnuje také vysoký krevní tlak, poruchy metabolismu tuků a centrální obezitu.

🔬 Budoucnost a výzkum

Výzkum v oblasti inzulinu a léčby diabetu se neustále vyvíjí. Současné trendy se zaměřují na zlepšení komfortu pacientů, minimalizaci rizik a hledání nových léčebných postupů.

• Chytré inzuliny (Smart Insulins): Ve vývoji jsou inzuliny, které by se aktivovaly pouze při vysoké hladině glukózy v krvi, což by dramaticky snížilo riziko hypoglykémie.
• Neinvazivní podání: Intenzivně se zkoumají alternativní cesty podání, které by nahradily injekce. Mezi ně patří:
  • Inhalační inzulin: Již existuje, ale jeho použití je zatím omezené kvůli vyšší ceně a některým kontraindikacím.
  • Perorální inzulin (tablety): Vývoj tablet je velkou výzvou kvůli rozkladu inzulinu v trávicím traktu, ale výzkum pokračuje. V roce 2025 byly publikovány slibné výsledky s rostlinným inzulinem z geneticky upraveného salátu, který by mohl být podáván ústy a snižovat riziko hypoglykémie.
  • Transdermální podání: Vědci vyvíjejí speciální krémy nebo náplasti, které by umožnily inzulinu proniknout přes kůži.
• Pokročilé inzulinové pumpy a umělá slinivka: Systémy s uzavřenou smyčkou (closed-loop systems) kombinují kontinuální monitoraci glukózy (CGM) s inzulinovou pumpou. Algoritmy automaticky upravují dávkování inzulinu v reálném čase, čímž napodobují funkci zdravé slinivky.
• Transplantace a buněčná terapie: Transplantace celého pankreatu nebo jen Langerhansových ostrůvků je možností pro pacienty s těžkými komplikacemi. Budoucnost může spočívat v pěstování B-buněk z kmenových buněk a jejich následné transplantaci.
• Nové léky: Vývoj nových léků, jako jsou duální agonisté receptorů GLP-1/GIP (např. tirzepatid), ukazuje vysokou účinnost nejen v kontrole glykémie, ale i v redukci hmotnosti, což mění pohled na strategii léčby diabetu 2. typu.

💡 Inzulin pro laiky

Představte si, že vaše tělo je velké město a buňky jsou domy, které potřebují energii (palivo), aby mohly fungovat. Tímto palivem je cukr (glukóza), který cestuje po městě krevním řečištěm, což jsou naše dálnice.

Inzulin je jako klíč.

Když se najíte, hladina cukru na "dálnicích" stoupne. Aby se tento cukr dostal z dálnic do domů (buněk), kde je ho potřeba, musí někdo odemknout dveře. A přesně to dělá inzulin. Je to klíč, který vyrábí speciální továrna ve městě – slinivka břišní.

• Zdravý člověk: Po jídle továrna (slinivka) vyrobí dostatek klíčů (inzulinu). Klíče putují krevními dálnicemi ke všem domům, odemknou dveře a cukr může vstoupit dovnitř. Domy mají energii a na dálnicích je opět plynulý provoz (normální hladina cukru).

• Diabetes 1. typu: Továrna na klíče je rozbitá a nevyrábí žádné klíče. Cukr se hromadí na dálnicích (vysoká hladina cukru v krvi), ale domy hladoví, protože dveře zůstávají zamčené. Proto si lidé s tímto typem diabetu musí klíče (inzulin) dodávat zvenčí pomocí injekcí.

• Diabetes 2. typu (Inzulinová rezistence): Továrna sice klíče vyrábí, ale zámky na dveřích domů jsou "zarezlé" a klíče do nich špatně pasují. Továrna se snaží problém vyřešit a vyrábí stále více a více klíčů, ale moc to nepomáhá. Na dálnicích je stále dopravní zácpa (vysoká hladina cukru) a v krvi koluje obrovské množství nepotřebných klíčů (vysoká hladina inzulinu).

Cílem léčby je tedy buď dodat chybějící klíče, nebo "promazat zámky", aby staré klíče opět fungovaly (např. změnou životního stylu, cvičením a léky).

Zdroje

Inzulin - WikiSkripta Inzulín - Cukrovka.cz 100 let inzulinu - Dialiga Co je dobré vědět o inzulinu - NZIP Inzulinová rezistence - IKEM