Insulin

Insulin ist ein körpereigenes Hormon, das in der Bauchspeicheldrüse produziert wird. Insulin verursacht, dass Zucker aus dem Blut in die Leber und Muskulatur aufgenommen wird. Hierdurch sinkt der Blutzuckerspiegel.

Insulin, das auch als Insulinum, Insulinhormon oder Inselhormon bekannt ist, kann der Klasse der Proteohormone zugeordnet werden. Alle Angehörigen dieser Hormonklasse zeichnen sich durch eine hohe Fettlöslichkeit aus. In wässrigen Lösungen hingegen bleiben sie nahezu unberührt. Für alle Wirbel- und Säugetiere zähl Insulin zu den lebenswichtigen Hormonen, die bei Vorliegen eines Mangels zwingend substituiert werden müssen.

Insulin stellt eines der wichtigsten Medikamente bei der Zuckerkrankheit dar. Insulin wird in der Regel beim Typ 1 Diabetes und in fortgeschrittenen Stadien des Typ 2 Diabetes, die auf orale Mediakamente nicht mehr reagieren eingesetzt.

Das Gewebshormon Insulin wird in sogenannten ß-Zellen der Langerhans-Inseln in der Bauchspeicheldrüse gebildet.
Die genetische Information bezüglich der Insulin-Synthese ist im kurzen Arm des 11. Chromosoms kodiert. Während der Insulin-Synthese wird in einem ersten Schritt die Hormonvorstufe Präproinsulin gebildet. Mit einer Länge von 110 Aminosäuren ist diese Vorstufe wesentlich größer als das eigentliche, aktive Hormon.
Während einer Prozessierungsphase (Anpassungsphase) wird die Insulin-Vorstufe in zwei Schritten gekürzt und modifiziert. Zuerst kommt es zur Faltung des Proteins durch Ausbildung sogenannter Disulfidbrücken. Im Anschluss folgt die Hormonprozessierung bei der die eigentliche Verkürzung des Präproinsulins stattfindet.
Von der noch zu langen Hormonvorstufe werden zuerst die sogenannten Signalsequenzen abgetrennt (es entsteht die 2. Vorstufe: Proinsulin). Diese umfassen in der Regel etwa 24 Aminosäuren. Die Signalsequenz dient bei der Hormonvorstufe als Signale für die Aufnahme in spezielle Zellkompartimente. Es ist demnach eine Art Erkennungsmerkmal des Hormons. Im Anschluss muss ein weiterer Teil des Gewebehormons, das C-Peptid, abgetrennt werden.
Nach der Hormonmodifikation bleibt reifes, aktives Insulin zurück. Dieses besteht letzten Endes aus zwei Peptidketten (A- und B-Kette) die über zwei Disulfidbrücken miteinander in Verbindung stehen. Eine dritte Disulfidbrücke bildet einen Kontakt zwischen zwei Aminosäuren der A-Kette. Anschließend werden die fertigen Insulinmoleküle in Vesikeln verpackt und durch die Anlagerung von Zink-Ionen stabilisiert.

Die Ausschüttung des Insulins erfolgt durch verschiedene durch den Organismus initiierte Stimuli. Der wohl wichtigste Reiz für die Freisetzung des Gewebshormons ist ein Anstieg des Blutzuckerspiegels.
Ab einem Glukose-Wert von ungefähr 5 mmol/l beginnen die beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse Insulin zu sekretieren. Darüber hinaus induzieren verschiedene Aminosäuren, freie Fettsäuren und einige andere Hormone eine Insulinfreisetzung.
Vor allem die Hormone Gastrin, Sekretin, GIP und GLP-1 wirken stark stimulierend auf die Zellen der Bauchspeicheldrüse. Die eigentliche Abgabe des Hormons in die Blutbahn folgt auch bei hohen Blutzuckerwerten einem bestimmten Zyklus. Etwa alle drei bis sechs Minuten wird Insulin abgegeben. Direkt im Anschluss an die Nahrungsaufnahme folgt die Insulin-Sekretion einem biphasischem (2 Phasen) Muster.
Etwa drei bis fünf Minuten nach Nahrungsaufnahme findet die Absonderung einer ersten Hormonportion statt. Die erste sekretorische Phase dauert etwa 10 Minuten an. Im Anschluss folgt eine Pause, in der der Blutzuckerwert neu detektiert wird. Ist der Glukosegehalt im Blut noch immer zu hoch, so folgt eine zweite Sekretionsphase, die so lange anhält bis die Zuckerkonzentration einen Normalwert angenommen hat.
Während der ersten Phase wird vornehmlich gespeichertes Insulin freigesetzt, während im zweiten Intervall neu gebildete Mengen des Hormons abgegeben werden.
Der eigentliche Freisetzungsmechanismus wird durch das Eindringen eines Zuckermoleküls in die beta-Zellen ausgelöst. Nachdem die Glukose über einen speziellen Transporter (sogenannter GLUT-2-Transporter) in die Zelle gelangt ist, wird sie in ihre Einzelteile gespalten. Bei diesem Stoffwechselvorgang entsteht der wohl wichtigste Energieträger, das ATP.
Durch die Bindung an einen spezifischen ATP-Rezeptor wird anschließend der Ausstrom von Kalium-Ionen gedrosselt. Die Folge ist eine Änderung der Ladung der jeweiligen Zellmembranen (Fachwort: Depolarisation). Dies wiederum führt zu einer Öffnung spannungsabhängiger Calciumkanäle, der Calciumanteil im Inneren der Zelle steigt fulminant an. Diese erhöhte Calciumkonzentration ist das eigentliche Signal für die Freisetzung der mit Insulin gefüllten Vesikel.

Das körpereigene Hormon Insulin ist ein wichtiger Bestandteil des Blutzucker-regulierenden Systems. Die Regulation der im Blut gelösten Glukose (Zucker) erfolgt über zwei Botenstoffe, die in Abhängigkeit von der jeweils aktuell vorliegenden Blutzuckerkonzentration ausgeschüttet werden.
Neben Insulin trägt auch Glukagon, ein weiteres in der Bauchspeicheldrüse gebildetes Hormon, zu dieser Regulation bei. Während Insulin über verschiedene Mechanismen dazu in der Lage ist, den Blutglukosespiegel zu senken, vermag es das Glukagon diesen zu steigern. Glukagon stellt demzufolge den Gegenspieler (Antagonisten) des Insulins dar.

Lesen Sie hier mehr zum Thema: Aufgabe von Insulin

Neben diesen beiden Hauptregulatoren haben unter anderem die Hormone Adrenalin und Kortisol einen Einfluss auf den Blutzucker. 

Die blutzuckersenkende Wirkung des Proteohormons beruht in erster Linie auf einer Steigerung des Glukosedurchtritts aus dem Blutplasma und der Gewebsflüssigkeit in das Innere verschiedener Gewebe (zum Beispiel in Muskelzellen oder die Leber). Innerhalb des Gewebes kann Zucker in Form von sogenanntem Glykogen gespeichert oder aber über einen als Glykolyse bekannten Stoffwechselweg umgehend in Energie umgewandelt werden.
Neben der Regulation des Blutzuckers hat das Hormon Insulin Einfluss auf den Fett- und Aminosäurestoffwechsel und ist an der Aufrechterhaltung des Kaliumhaushaltes beteiligt. Probleme im Bereich der Insulinausschüttung oder dessen Bildung an spezifische Rezeptoren können demnach erhebliche Auswirkungen auf den gesamten Organismus haben. Erkrankungen wie etwa Diabetes mellitus, Hyperinsulinismus, Insulinome, die Insulinresistenz und das sogenannte metabolische Syndrom beruhen allesamt auf einer Fehlregulation des Insulin-Haushaltes.

Bei Diabetikern liegt ein Insulinmangel vor, so dass Glukose (Zucker) nur schwer in die Zellen eingeschleust werden kann. Dieser Transport ist erst dann möglich, wenn der Blutzuckerspiegel erhöht ist. Auf Grund des Glukosemangels in den Fettzellen werden Ketonkörper aufgebaut, welche Stoffwechselentgleisungen bewirken können (ketoazidotisches Koma).

Die Inuslinausschüttung aus der Bauchspeicheldrüse erfolgt einerseits in körperlicher Ruhe zur Aufrechterhaltung des Grundstoffwechsels und ebenso bei Nahrungsaufnahme.

Bei der unter dem Namen Insulinresistenz (Synonym: Prä-Diabetes) bekannten Stoffwechselerkrankung handelt es sich um eine Vorstufe des Typ-2 Diabetes.
Mittlerweile wurde belegt, dass die Ursachen dieser Erkrankung eine starke genetische Komponente aufweisen. Kinder, von denen ein Elternteil an Typ-2 Diabetes erkrankt ist, erleiden Studien zu Folge zu 40% eine Insulinresistenz. Bei gleich zwei betroffenen Elternteilen steigt die Wahrscheinlichkeit bereits auf 80%.
Nicht jeder von einer Insulinresistenz betroffene Patient muss das vollständige Bild eines Typ-2 Diabetes ausbilden. In vielen Fällen bleibt es lediglich bei einer verminderten Ansprechbarkeit der Insulin-spezifischen Rezeptoren auf deren Bindungspartner. Klinisch kann eine Insulinresistenz durch die Bestimmung des sogenannten Nüchtern-Blutzuckerspiegels diagnostiziert werden. Ein Blutglukosespiegel von mehr als 100 bis 125 mg/dl sollte als frühes Warnzeichen interpretiert werden. In solchen Fällen ist die Bestimmung des sogenannten HbA1c Wertes anzustreben.
Während der Blutzuckerspiegel beim Prä-Diabetes in vielen Fällen lediglich leicht erhöht sein kann, lassen sich jedoch bei nahezu allen Betroffenen große Mengen Insulin im Blut nachweisen. Das fatale an der reinen Insulinresistenz ist die Tatsache, dass sie meist vollkommen symptomlos abläuft und aus diesem Grund meist erst nach Schädigung der Bauchspeicheldrüse diagnostiziert wird.

Typ-1 Diabetes beruht auf einen absoluten Insulinmangel (Synonym: primär insulinabhängiger Diabetes). Aufgrund eines Gendefekts und der Bildung spezieller gegen die beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse gerichteter Antikörper kommt es zum Untergang der Insulin-bildenden Zellen.
In Folge dessen ist das Organ nicht mehr dazu in der Lage, ausreichende Mengen des Gewebehormons zu bilden und in die Blutbahn abzugeben. Die durch die Nahrung aufgenommene Glukose kann nicht mehr oder nur unzureichend in Zellen des Fettgewebes, der Muskeln oder der Leber aufgenommen werden.
Der Blutzuckerspiegel befindet sich bei den betroffenen Patienten auf einem meist sehr hohen Wert (Hyperglykämie). Dieser Zustand birgt gleich mehrere Gefahren. Zum einen können die verschiedenen Zellen nicht mit ausreichenden Zuckermengen versorgt werden. Dies bedeutet, dass diese nicht mit genug Energie versorgt werden können und ihre Aufgaben nur noch inadäquat ausüben können. Bei Nicht-Behandlung des Typ-1 Diabetes kommt es auf lange Sicht zu einer Übersäuerung des Blutes und einer schwerwiegenden Beeinträchtigung vieler Stoffwechselvorgänge innerhalb des Organismus. Im schlimmsten Falle kann ein Typ-1 Diabetes sogar zum Tode führen.
Im Volksmund wird diese Form des Insulin-mangels als Jugenddiabetes bezeichnet. Man ging lange davon aus, dass vor allem junge Menschen an Typ-1 Diabetes erkranken. Diese Tatsache ist auch heute nicht vollkommen von der Hand zu weisen, denn der Altersgipfel für das erstmalige Auftreten dieser Form der Zuckerkrankheit liegt im Bereich von 11 bis 14 Jahren. Allerdings gibt es auch Fälle in denen betroffene Patienten erst im Mittleren Lebensalter erste Symptome zeigen. Die Behandlung des Typ-1 Diabetes erfolgt in der Regel über eine externe Insulinzufuhr. Diese kann durch die orale Einnahme oder die Injektion des Hormons erfolgen. Vor allem bei Kindern greift man mittlerweile auf die Anwendung sogenannter Insulinpumpen zurück.

Im Gegensatz zum Typ-1 Diabetes, bei dem von vorne herein ein Insulinmangel vorliegt, beruht diese Form der Zuckerkrankheit im Anfangsstadium auf einer Fehlfunktion der spezifischen Insulinrezeptoren. Vor allem die Insulinrezeptoren der Leber-, Muskel- und Fettzellen verlieren allmählich die Fähigkeit, auf das Gewebshormon zu reagieren.
Dieses Stadium wird in der Medizin als Insulinresistenz bezeichnet. Den Typ-2 Diabetes nennt man in vielen Fachbüchern auch relativen Insulinmangel. Im Anfangsstadium versucht die Bauchspeicheldrüse die bestehende Insulinresistenz durch die vermehrte Bildung und Sekretion des Hormons zu kompensieren. Auf lange Sicht wird die Bauchspeicheldrüse durch diesen Kompensationsmechanismus überfordert.
Bei Fortschreiten der Rezeptorresistenz reichen die mobilisierbaren Insulinmengen nicht länger aus um den Blutzuckerspiegel adäquat zu senken. Der anfänglichen Insulinresistenz folgt demnach ein Insulinmangel.
Vor allem zu diesem Zeitpunkt zeigen die meisten Erkrankten unspezifische Symptome wie etwa Müdigkeit, Schwäche, Hungergefühl und Gewichtszunahme. Darüber hinaus können depressive Verstimmungen ein erster Hinweis auf das Vorliegen eines Typ-2 Diabetes sein. Auf Grund der sehr unspezifischen Anzeichen wird diese Form der Zuckerkrankheit in den meisten Fällen erst zu spät erkannt.

Wann wird nun Insulin zur Therapie eingesetzt?
Menschen mit einem Diabetes des Typs 1 sind auf von außen zugeführtes Insulin angewiesen, da die körpereigene Insulinbildung und –ausschüttung nicht suffizient ist. Bei Typ-2-Diabetikern erfolgt eine Therapie mit Insulin, wenn diätetische Maßnahmen und orale Medikamente (Tabletten) keine Wirkung mehr zeigen und die Blutzuckereinstellung unbefriedigend ist.

Bei einem Schwangerschaftsdiabetes dürfen keine oralen Antidiabetika gegeben werden, weshalb man auf die Verabreichung von Insulin, die über Injektionsnadeln gespritzt werden, zurückgreift.

Es gibt verschiedene Insulinarten, die sich vor allem in ihrer Wirkungszeit unterscheiden und daher ist ein eigenes Verabreichungsschema für jede Insulinart notwendig.

Zu den sogenannten kurz wirkenden Insulinen gehört das

• Normalinsulin und
• die kurzwirkenden Insulinanaloga.

Humaninsulin (Normalinsulin) ist hat seinen Wirkeintritt nach 30-45 Minuten und wird unter die Haut (subcutan) gespritzt. Es ist Bestandteil in der intermittierenden konventionellen Therapie oder der Insulinpumpentherapie und wird auch bei der Erstbehandlung eines neu festgestellten Diabetes eingesetzt. Es ist wichtig, dass der Patient einen Spritz-Ess-Abstand von 15-20 Minuten einhält, so dass eine optimale Wirkung des Normalinsulins erzielt wird.

Kurz wirkende Insulinanaloga, d.h. chemisch verändertes Insulin, werden ebenfalls unter die Haut appliziert, es ist jedoch, wegen der veränderten chemischen Eigenschaften nicht nötig einen Spritz-Ess-Abstand einzuhalten: Der Wirkeintritt erfolgt rasch und zwar nach 15 Minuten.

Eine weitere Art des Insulins in der Diabetes-Therapie sind

• die Verzögerungsinsuline. Diese Präparate bestehen aus Insulin und einem Zusatzstoff (Protamin, Zink, Surfen), wodurch eine längere Wirkdauer des Hormons erreicht wird. Die Verzögerungsinsuline werden subcutan gespritzt und können noch einmal in Intermediärinsuline, deren Wirkung für 9 bis 18 Stunden anhält und in

• Langzeitinsuline mit Wirkdauer von über 24 Stunden, eingeteilt werden. Die Kopplung des Insulins mit einem weiteren Stoff verlangsamt den Abbau des Insulins in seine Grundbausteine, so dass sich die Wirkdauer der gegebenen Hormonmenge verlängert.

Im Bereich der mittleren Wirkdauer liegt das häufig angewendete NPH-Insulin. Am längsten wirksam sind die Analoga Insulin detemir, glargin und degludec.
Die meisten dieser Arzneimittel sind, wenn sie oral eingenommen werden, unwirksam. Dieses Phänomen beruht auf der Tatsache, dass die Eiweißketten der synthetischen Insuline im Magen-Darm-Trakt von körpereigenen Enzymen abgebaut werden bevor das Hormon seine Wirkung entfalten kann.
Im Zuge der Insulin-Therapie werden zwei Einnahmemechanismen unterschieden. In der Regel sind die Patienten dazu gezwungen sich ein bis dreimal täglich eine sogenannte basale Insulin-Dosis zu applizieren. In diesem Zusammenhang eignen sich vor allem die lang wirksamen Insuline. Über diese basale Dosis wird der tägliche Grundbedarf gedeckt.
Vor den Mahlzeiten sollte der aktuelle Blutzuckerspiegel bestimmt werden. Bei hohen Werten oder Zuckerreichen Mahlzeiten kann neben der basalen Insulinmenge ein Bolus injiziert werden. Als Bolus eignen sich dann vor allem jene Insuline, die besonders schnell und kurz wirken.

Lesen Sie auch unser Thema: Actrapid®- Fertigpens mit kurzwirksamem Normalinsulin

Mögliche Bei Überdosierung des Insulins bzw. bei einer zu geringen Menge an aufgenommener Nahrung kommt es zur Unterzuckerung (Hypoglykämie).
An den Injektionsstellen können sich Fettzellen unter der Haut ansammeln und eine Verhärtung bewirken.

Es ist möglich, dass die Zellen gegenüber Insulin unempfindlich werden, weil die Glukoseverwertung in der Zelle gestört ist oder / und weil das Zusammenwirken von Insulin und seinem Rezeptor auf der Oberfläche der Zelle beeinträchtigt ist. Häufige Ursachen hierfür sind Übergewicht und Infektionen.