انسولین
انسولین هورمونی است که در سلول‌های پانکراس (لوزالمعده)، اندامی که در زیر معده قرار گرفته، بدن انسان ساخته می‌شود.
انسولین به جذب قند توسط سلول‌ها و استفاده از انرژی آن کمک می‌کند. بعد از مصرف غذا، سیستم گوارشی بدن با استفاده از آنزیم‌ها، کربوهیدرات‌ها (قندهای پیچیده) به واحدهای سازنده خود، که ساده‌ترین آن‌ها گلوکز است، تبدیل می‌شوند و سپس این مولکول‌ها از طریق دیواره روده کوچک، وارد خون خواهند شد.
مفاهیم و تعاریف
تعاریف برخی از اصطلاحات که در ادامه استفاده خواهند شد، به شرح زیر می‌باشد:
- «گلیکوژنز» (Glycogenesis): فرایند تولید گلیکوژن که فرم ذخیره‌ای گلوکز است و در بافت‌ها ماهیچه و کبد ذخیره می‌شود. تشکیل گلیکوژن، میزان گلوکز آزاد در خون را کم می‌کند.
- «گلیکوژنولیز» (Glycogenolysis): تجزیه ماکرومولکول گلیکوژن به واحدهای سازنده آن، گلیکوژنولیز نام دارد و حاصل آن ورود گلوکز به خون است.
- شاخص گلیسمی (Glycemic Index): معیاری برای اندازه‌گیری ظرفیت غذاهای مختلف در افزایش قند خون است.
فرمول مولکولی
فرمول مولکولی هورمون انسولین C257H383N65O77S6 و وزن مولکولی آن 5808 دالتون است. این پروتئین دو زنجیره پپتیدی دارد:
- زنجیره A
- زنجیره B
این زنجیره‌ها با دو پیوند دی‌سولفیدی به یکدیگر متصل شدهاند. یک پیوند دی‌سولفیدی دیگر نیز بین دو اسیدآمینه در درون خود زنجیره A وجود دارد. در بیشتر گونه‌ها، زنجیره A دارای ۲۱ اسیدآمینه و زنجیره B دارای ۳۰ اسیدآمینه هستند. اگرچه توالی آمینواسیدی در گونه‌های مختلف جانوران تفاوت دارد، برخی از قسمت‌های این هورمون در طول تکامل تغییری نکرده‌اند. قسمت‌های حفاظت شده انسولین عبارتند از:
- محل سه پیوند دی‌سولفیدی
- انتهای هر دو زنجیره A و B
- رزیدوهای آمینواسیدی انتهای کربوکسیلی زنجیره B
به دلیل شباهت توالی آمینواسیدی انسولین در بین گونه‌های مختلف، ساختار سه بعدی ایجاد شده از آن نیز بین تمام جانداران شباهت فراوانی دارد. بنابراین انسولین موجود در بدن یک گونه جانور با احتمال قوی در بدن موجودات دیگر نیز فعال خواهد بود. به همین دلیل است که به طور مثال از انسولین حیوانی، در درمان دیابت انسان‌ها استفاده می‌شود.
وجود پیوندهای هیدروژنی بین انتهای کربوکسیلی زنجیره‌های B، عامل تمایل مولکول های انسولین برای تشکیل دیمر (مولکول دوتایی) در محلول ها است. در حضور یون های زینک (روی) دایمرهای انسولین به هگزامر تبدیل می‌شوند (ترکیب سه دایمر انسولین). این میان‌کنش‌ها اهمیت بالینی فراوانی دارند. مونومرها و دیمرها درون خون منتشر می‌شوند، در حالی‌که هگزامرهای انسولین، انتشار کمی در خون دارند. بنابراین جذب انسولین آماده شده که مقادیر بالایی هگزامر دارد، به کندی انجام می‌شود.
این پدیده در اثر تکاملِ تعدادی از آنالوگ‌های انسولینی نوترکیب به وجود آمده است. اولین نوع تجاری این مولکول‌های نوترکیب، انسولین لیسپرو است. در طراحی این انسولین، آمینو اسیدهای لایزین و پرولین موجود در انتهای کربوکسیلی زنجیره B، حفاظت شده هستند. این تغییر، تأثیری بر اتصال به لیگاند یا گیرنده ندارد اما تمایل مولکول به تشکیل دایمر یا هگزامر را کم کرده است.
ساخت انسولین
انسولین، در سلول‌های بتای جزایر لانگرهانس پانکراس ساخته می‌شود. ابتدا mRNA یا رونوشت ژن انسولین، به یک زنجیره پیش‌ساز به نام «پره‌پروانسولین» (Preproinsulin) ترجمه می‌شود. این زنجیره در انتهای آمینی خود دارای یک توالی سیگنال است که طی تولید در شبکه آندوپلاسمی زبر ساخته می‌شود. حذف این قطعه «پروانسولین» (Proinsulin) را می‌سازد.
در شبکه آندوپلاسمی، آنزیم اندوپپتیداز، یک پپتید اتصالی به نام «C پپتید» (C-peptid) را برش می‌دهد که زنجیره‌های A و B را به هم متصل می‌کرد. این برش، زنجیره را به دو قطعه A و B تبدیل می‌کند که با دو پل دی-سولفیدیِ بین زنجیره‌ای به یکدیگر متصل می‌مانند. این مراحل انسولین بالغ را به وجود می‌آورد. سپس مقادیر یکسانی انسولین و پپتید C در دستگاه گلژی درون وزیکول‌ها بسته‌بندی و در سیتوپلاسم ذخیره می‌شوند.
ترشح انسولین
افزایش غلظت گلوکز در مایع خارج سلولی (ECF)، محرک ترشح هورمون انسولین است. گلوکز با انتشار تسهیل شده از طریق کانال‌های GLUT2 وارد سلول‌های بتا می‌شود و کانال‌های پتاسیمی حساس به ATP را در غشای سلولی، دپلاریزه می‌کند. در نهایت کانال‌های کلسیمی فعال می‌شوند و غلظت این یون در داخل سلول افزایش می‌یابد. ترشح انسولین، با افزایش غلظت داخل سلولی یون کلسیم و از طریق دو مرحله تحریک می‌شود:
- مهاجرت: فرایندی که طی آن وزیکول‌های حاوی انسولین، به سطح سلول می‌روند.
- اگزوسیتوز: اتصال غشای وزیکول حاوی انسولین به غشای پلاسمایی، به رهاسازی این هورمون‌ها در فضای خارج سلول منجر می شود.
ترشح انسولین، فرایندی با دوفاز است:
- ترشح منقطع (ناگهانی): برای کنترل گلوکز خون در مدت زمانی کوتاه که پس از خوردن غذا برای جذب قند اضافی از خون اتفاق می‌افتد.
- ترشح متوالی (طولانی مدت): ترشح بلند مدت انسولین، برای ذخیره گلوکز طی مدت زمانی طولانی است که صرف رشد و تقسیم سلول، تولید پروتئین و رونویسی از DNA می‌شود.
مکانیسم عمل انسولین چیست؟
انسولین، به یک گیرنده (رسپتور) بسیار اختصاصی روی سطح سلول متصل می‌شود. ساختار این رسپتور دیمر و متشکل از دو زیرواحد یکسان و گذرنده از غشا است که با یک پیوند دی-سولفیدی به یکدیگر متصل شدهاند. این دو زیرواحد عبارتند از:
- زنجیره آلفا: در بخش خارجی غشای پلاسمایی قرار دارد.
- زنجیره بتا: یک قطعه درون غشایی است.
وقتی انسولین با بخش خارج غشایی این گیرنده برخورد می‌کند، دو زنجیره آلفا به یکدیگر نزدیک و یک باند تشکیل می‌دهند و انسولین را در بر می‌گیرند. این تغییر ساختار، موجب حرکت زنجیره‌های بتا می‌شود که در کنار یکدیگر بخش تیروزین‌کینازی را ایجاد می‌کنند. فعالیت تیروزین‌کینازی، واکنش‌های فسفریلاسیون متوالی را در سلول به راه می‌اندازد که در نهایت منجر به افزایش بیان ژن GLUT-4 می شوند. پروتئین حاصل از بیان این ژن، کانال ورودی گلوکز به داخل سلول را تولید می‌کند. بنابراین میزان گلوکز داخل سلول زیاد می‌شود.
اثر انسولین در بدن
انسولین را می‌توان یک هورمون آنابولیک در نظر گرفت چون در فرایندهای ساخت و ذخیره و برعکس، آزادسازی ترکیبات لازم جهت متابولیسم قند نقش دارد و همچنین بر روی عملکرد سایر هورمون‌ها نیز اثر می‌گذارد. بدون وجود انسولین، سلول‌ها قادر به استفاده از گلوکر خون نیستند و باید از مولکول دیگری برای تأمین انرژی خود استفاده کنند. از نمونه‌های اثر انسولین در بدن، می‌توان موارد زیر را نام برد:
- افزایش گلیکوژنز و کاهش گلیکوژنولیز در ماهیچه و کبد
- کاهش گلیکوژنز در کبد
- افزایش گلیکولیز در کبد و بافت چربی
- کاهش تخریب اسیدآمینه‌ها در کبد
- افزایش ورود گلوکز به سلول‌ها و سنتز پروتئین در عضلات، کبد و بافت چربی
- کاهش لیپولیز
- افزایش لیپوژنزیز و استری شدن اسیدهای چرب در کبد و بافت چربی
- تنظیم تولید میزان کافی سروتونین
تنظیم تولید انسولین در بدن
تحریک تولید و ترشح انسولین و یا مهار آن، با تأثیر برخی هورمون‌ها بر سلول‌های بتای پانکراس کنترل می‌شوند که در جدول زیر آورده شدهاند.
منابع تولید داروی انسولین
انسولین بر اساس منبعی که از آن به دست می‌آید یا تولید می‌شود شامل انواع زیر است:
- انسولین آنالوگ (Analogue Insulin): نوعی انسولین انسانی است که آن را در آزمایشگاه با تکثیر پروتئین انسولین در باکتری اشرشیا کولی می‌سازند. اثر آن بلافاصله پس از تزریق آغاز خواهد شد.
- انسولین حیوانی: معمولا از خوک یا گاو گرفته می‌شود.
- انسولین انسانی: ساخت این نوع انسولین، در حقیقت در آزمایشگاه و با استفاده از تکنیک‌های نوترکیب است.
مقاومت به انسولین
گاهی انسولین، به میزان کافی در بدن ترشح می‌شود اما سلول‌ها پاسخ مناسبی به آن نشان نمی‌دهند که به این شرایط «مقاومت به انسولین» گفته می‌شود. پانکراس در پاسخ به این اختلال، میزان بیشتری انسولین تولید می‌کند تا قند خون را کاهش دهد که در نهایت به افزایش شدید انسولینِ خون می‌انجامد. به دنبال افزایش تولید انسولین، به مرور زمان مقاومت سلول‌ها نسبت به انسولین، افزایش خواهد یافت و به دلیل فعالیت بیش از اندازه، پانکراس نیز آسیب می‌بیند. مقاومت به انسولین، یکی از علل و علائم اصلی ابتلا به برخی بیماری‌ها مانند دیابت نوع دو است.
علل مقاومت به انسولین
بر اساس مشاهدات و تحقیقات، دلایل مختلفی برای این اختلال وجود دارند که برخی از آن‌ها در ادامه توضیح داده شدهاند.
اسید چرب زیاد در خون
بالا بودن اسیدهای چرب در خون، پاسخ‌دهی سلول‌ها به انسولین را تحت تأثیر قرار می‌دهد. علاوه بر این افزایش چربی خون باعث بزرگ شدن سلول‌های چربی، ترشح هورمون گرسنگی از این سلول‌ها و افزایش توده چربی بدن می‌شود که همگی از عوامل مقاومت به انسولین هستند.
هرچه چربی احشایی (چربی که اطراف اندام‌های داخلش شکم را پوشانده است) بالاتر باشد، میزان بیشتری اسید چرب وارد خون می‌شود. اثر دیگر بالا بودن چربی احشایی، ترشح بیشتر هورمون‌های ضد التهابی است که مقاومت به انسولین را تقویت می‌کنند. البته افراد بدون اضافه وزن یا لاغر هم امکان ابتلا به این اختلال را دارند.
بالا بودن فروکتوز خون
مصرف زیاد فروکتوز با ابتلا به مقاومت به انسولین، در انسان مرتبط است چون فروکتوز می‌تواند طی فرایند گوکونئوژنز، به گلوکز تبدیل شود.
التهاب و بیماری های التهابی
اکسیداتیو استرس و وجود التهاب در بدن که می‌تواند ناشی از اضطراب بالا یا ابتلا به بیماری‌های عفونی و التهابی همچون آرتریت روماتوئید باشد، باعث افزایش تولید هورمون کورتیزول می‌شود که به نوبه خود، میزان ترشح این هورمون را افزایش می‌دهد.
میزان فاکتورهایی همچون پروتئین C-فعال، اوریک اسید، گلبول سفید و فیبرینوژن که به دلیل وجود التهاب افزایش پیدا می‌کنند، در مبتلایان به سندرم متابولیک یا مقاومت به انسولین، بالاتر است. طبق برخی شواهد، بالا بودن فریتین سرم هم با مقاومت به این هورمون در زنان ارتباط دارد اما این نتیجه‌گیری نیازمند تحقیقات وسیع‌تری است.
اختلال در فلور میکروبی روده
فلور میکروبی روده، شامل باکتری‌هایی است که در روده انسان به صورت همزیست زندگی و برخی ویتامین‌ها را تولید و با رقابت تغذیه‌ای، از تکثیر باکتری‌های بیماری‌زا در روده و عفونت جلوگیری می‌کنند. به هم خوردن تعادل این میکروارگانیسم‌ها، فاکتور مهمی در ایجاد التهاب، مقاومت به انسولین و برخی دیگر از بیماری‌های متابولیک است.
مصرف برخی داروها
مصرف دوز بالای استروئیدها در طولانی مدت، باعث مقاومت به انسولین می‌شود.
ریسک فاکتورهای مقاومت به انسولین
این ریسک‌فاکتورها، احتمال اختلال در تنظیم این هورمون و کاهش حساسیت به آن را بیشتر می‌کنند:
- مصرف الکل
- مصرف نیکوتین
- کم‌خوابی یا خواب نامنظم
- مصرف زیاد و منظم کافئین
- استفاده زودهنگام از شیر گاو در کودکان، به دلیل تولید آنتی‌بادی علیه پروتئین گاوی که در ابتلا به دیابت نوع یک نیز نقش دارد.
- مصرف غذاهای حاوی گلوتن در نوزادان زیر سه ماه
بیماری های مرتبط با مقاومت به انسولین
عدم تنظیم قند خون و میزان انسولین، عوارض مختلفی بر جای می‌گذارد. به طور مثال قند خون بالا ناشی از مقاومت به انسولین، باعث افزایش رشد و تکثیر سلول‌های سرطانی می‌شود. از جمله بیماری‌هایی که در اثر مقاومت به انسولین، شانس ابتلای به آن‌ها بیشتر است عبارتند از:
- آلزایمر
- کبد چرب غیر الکلی (NAFLD)
- سندرم تخمدان پلی‌کیستیک (PCOS)
- ایجاد یا پیشرفت سرطان‌های سینه، مثانه، کولن، سرویکس، پانکراس، پروستات و رحم
- بیماری‌های قلبی و عروقی: مقاومت به انسولین، ریسک بیماری‌های قلبی را ۹۳٪ افزایش می‌دهد.
علائم مقاومت به انسولین
علائم رایج مقاومت به انسولین، عبارتند از:
- خستگی مفرط
- عدم تمرکز یا مه مغزی
- افزایش وزن خصوصا در ناحیه شکم
- حس گرسنگی دائمی
- افزایش میل به خوردن شیرینی
- افزایش فشار خون
آزمایش مقاومت به انسولین
در کنار معاینات بالینی، شرح حال و علائم بیمار، انجام آزمایشات خاصی نیز می‌توانند به تشخیص این بیماری کمک کنند:
- انسولین ناشتا: بالا بودن انسولین ناشتا در خون، دلیل محکمی برای ابتلا به این بیماری است.
- آزمایش قند خون: قند خون ناشتا اولین و ساده‌ترین تست برای سنجش اثر انسولین در بدن است. گرچه نشان نمی‌دهد که علت بالا بودن قند مقاومت به انسولین است یا بدن میزان کافی انسولین تولید نمی‌کند.
- آزمایش HOMA-IR: با توجه به نسبت انسولین و قند خون ابتلا به مقاومت به انسولین را نشان می دهد اما زیاد اختصاصی و دقیق نیست.
- بیماری آکانتوزیس نیگریکانس (Acanthosis Nigricans): نوعی بیماری پوستی که باعث لکه‌های تیره روی پوست خصوصا پشت گردن و زیر گلو می‌شود.
- مقدار HDL و تری‌گلیسیرید: کاهش HDL یا به اصطلاح کلسترول خوب و بالا بودن تری‌گلیسیرید در خون دو نشانه این اختلال هستند.
راه های کاهش ترشح انسولین
کاهش ترشح انسولین، از مقاومت به این هورمون جلوگیری می‌کند. از آن‌جایی که میزان انسولین در خون به عوامل متعددی خصوصا نوع تغذیه، بستگی دارد، روش‌های پیشنهای زیر به کاهش میزان انسولین خون کمک می‌کنند
رژیم کم کربوهیدرات
با محتوای پروتئین و چربی بیشتر بدن را مجبور به سوخت و ساز ذخایر قندی می‌کند و همچنین، میزان قند مصرفی در وعده‌های روزانه هم به سرعت متابولیزه می‌شود. هرچه مصرف کربوهیدرات بالاتر باشد، بدن باید انسولینِ بیشتری تولید کند که احتمال ابتلا به بیماری‌هایی همچون مقاومت به انسولین، سندرم متابولیک و دیابت در چنین شرایطی افزایش پیدا می‌کند.
کاهش کالری مصرفی
هرچه میزان مصرف کالری در روز بالاتر باشد، حتی در صورت پایین بودن مقادیر کربوهیدرات، مقداری از چربی موجود به صورت قند ذخیره می‌شود. بنابراین شمارش و کنترل کالری و ماکرومولکول‌ها علاوه بر کربوهیدرات (چربی و پروتئین) فاکتورهای مهمی در کنترل قند خون هستند.
کاهش وزن
بافت چربی در افراد مبتلا به چاقی یا اضافه وزن بالاتر است. سلول‌های چربی با ترشح برخی هورمون‌ها موجب تحریک حس گرسنگی و ولع برای خوردن غذا و شیرینی می‌شوند. بنابراین هرچه توده چربی در بدن کمتر باشد، شانس ابتلا به دیابت و مقاومت به انسولین کمتر می‌شود.
مصرف سرکه سیب بعد از غذا
مصرف سرکه سیب بعد از وعده غذایی راهی برای مصرف زیاد کربوهیدرات نیست. اما اگر تصادفا در یک وعده کربوهیدرات بیشتری استفاده شود، می‌توان از دو قاشق غذاخوری سرکه سیب به عنوان عامل کاهش ترشح انسولین استفاده کرد. محققان معتقدند که این اثر سرکه سفید، به دلیل کند کردن تخلیه معده و جذب آرام قند به خون است.
ورزش و تحرک منظم
انجام ورزش‌های هوازی یا ترکیب آن‌ها با ورزش‌های قدرتی، تاثیر فراوانی بر افزایش حساسیت سلول‌ها به این هورمون و کاهش خطر ابتلا به مقاومت به انسولین، مشکلات متابولیک و دیابت دارند.
پرهیز از مصرف کربوهیدرات تصفیه شده
مصرف این نوع کربوهیدارت‌ها با اضافه وزن و افزایش ترشح انسولین، ارتباط دارد زیرا شاخص گلیسمی بالایی دارند. این غذاها به سرعت هضم و جذب می‌شوند. مقدار ترشح این هورمون را بالا می‌برند.
روزه متناوب
«روزه» (Fast) متناوب، نوعی رژیم غذایی با روش‌های مختلفی همچون ۵:۲ است که فرد باید ۵ روز کالری لازم برای تثبیت وزن و ۲ روز در هفته فقط ۵۰۰ کیلوکالری مصرف کند. در این نوع رژیم ۳۶ ساعت گرسنگی وجود دارد و فقط مصرف مایعات بدون کالری مجاز است.
نوع دیگر این رژیم، کاهش کربوهیدرات خالص به زیر ۳۰ گرم در روز و به صورت یک روز در میان است. اگرچه این روش برای کاهش وزن و کاهش ترشح انسولین، در بسیاری از افراد جواب‌گو است اما به معنای مفید بودن برای همه نیست. بنابراین قبل از انجام هرگونه روش غذایی خاص با متخصص تغذیه مشورت کنید.
افزایش مصرف فیبر
فیبر که در گیاهان، میوه‌ها و برخی دانه‌ها همچون چیا (Chia Seeds) به وفور یافت می‌شود، با جذب آب به شکل ژل در‌می‌آید و حرکات گوارشی را کند می‌کند و به همین دلیل سبب حس سیری می‌شود. خوردن فیبرها از بالا رفتن سریع قند خون پس از خوردن غذا و افزایش ترشح انسولین، جلوگیری می‌کنند.
کاهش چربی شکمی
چربی شکمی یا احشایی، با بسیاری از بیماری‌ها و مشکلات مانند افزایش التهاب و مقاومت به انسولین، مرتبط است. در مبتلایان به مقاومت به انسولین، کاهش این چربی کار آسانی نیست. مصرف چربی در رژیم غذای باید بین ۲۰ تا ۲۵ درصد باشد و با خوردن چربی‌های مفید مانند چربی موجود در دانه‌ها، ماهی، آووکادو و زیتون تأمین شود.
افزایش مصرف پروتئین در رژیم غذایی
طبق تحقیقات ثابت شده است که به طور مثال، میزان ترشح انسولین، پس از خوردن یک صبحانه با پروتئین بالا نسبت به صبحانه‌ای با کربوهیدرات، بیشتر بوده است. علاوه بر این، به نظر می‌رسد برخی انواع پروتئین، تولید این هورمون را تحریک می‌کنند. به طور مثال در افراد سالم، «پروتئین وی» (Whey Protein) و پروتئین کازئین موجود در لبنیات، حتی نسبت به مصرف نان، باعث افزایش قابل توجهی در میزان هورمون انسولین می‌شوند.
مصرف ویتامین ها
اثبات شده است که کمبود برخی ویتامین‌ها باعث افزایش تولید هورمون انسولین می‌شود. ویتامین D، منیزیم، اُمگا-۳، کرومیوم پیکولینات و آلفالیپوئیک اسیدها از جمله ترکیبات مؤثر در تنظیم تولید این هورمون یا افزایش جذب گلوکز توسط سلول‌ها هستند و در نهایت به تنظیم قند خون کمک می‌کنند.