Из чего получают инсулин
Инсулин является жизненно важным лекарственным препаратом, он произвел настоящую революцию в жизни многих людей, страдающих сахарным диабетом.
Во всей истории медицины и фармации 20 века можно выделить, пожалуй, только одну группу медикаментов, имеющих такую же важность – это антибиотики. Они, равно как и инсулин, очень быстро вошли в медицину и помогли спасти множество человеческих жизней.
День борьбы против сахарного диабета отмечается по инициативе Всемирной Организации Здравоохранения каждый год, начиная с 1991 г в день рождения канадского физиолога Ф.Бантинга, который открыл гормон инсулин вместе с Дж.Дж.Маклеодом. Давайте рассмотрим, как получают делают этот гормон.
Чем отличаются препараты инсулина друг от друга
- Степень очистки.
- Источник получения – бывает свиной, бычий, человеческий инсулин.
- Дополнительные компоненты, входящие в раствор препарата – консерванты, пролонгаторы действия и другие.
- Концентрация.
- рН раствора.
- Возможность смешивания препаратов короткого и продленного действия.
Инсулин представляет собой гормон, который вырабатывается специальными клетками поджелудочной железы. Он является двухцепочечным белком, в состав которого включена 51 аминокислота.
В мире ежегодно употребляется около 6 миллиардов единиц инсулина (1 единица – это 42 мкг вещества). Производство инсулина является высокотехнологичным и осуществляется только промышленными способами.
Источники получения инсулина
В настоящее время в зависимости от источника получения выделяют свиной инсулин и препараты человеческого инсулина.
Свиной инсулин сейчас имеет очень высокую степень очистки, обладает хорошим сахароснижающим эффектом, на него практически не бывает аллергических реакций.
Препараты инсулина человека полностью соответствуют по химическому строению человеческому гормону. Они производятся обычно путем биосинтеза с применением генно-инженерных технологий.
Крупные фирмы производители используют такие методики производства, которые гарантируют соответствие их продукции всем стандартам качества. Больших различий в действии человеческого и свиного монокомпонентного инсулина (то есть высокоочищенного) не выявлено, в отношении иммунной системы, по данным многих исследований, разница минимальна.
Вспомогательные компоненты, используемые при производстве инсулина
Во флаконе с препаратом содержится раствор, содержащий не только сам гормон инсулин, но также и другие соединения. Каждое из них играет свою определенную роль:
- продление действия препарата;
- дезинфекция раствора;
- наличие буферных свойств раствора и поддержание нейтрального рН (кислотно-щелочной баланс).
Продление действия инсулина
Для создания инсулина продленного действия к раствору обычного инсулина добавляют одно из двух соединений – цинк или протамин. В зависимости от этого все инсулины можно разделить на две группы:
- протамин-инсулины – протафан, инсуман базал, НПХ, хумулин Н;
- цинк-инсулины – инсулин-цинк-суспензии моно-тард, ленте, хумулин-цинк.
Протамин представляет собой белок, но побочные реакции в виде аллергии на него бывают очень редко.
Для создания нейтральной среды раствора к нему добавляют фосфатный буфер. При этом нужно помнить, что инсулин, содержащий фосфаты, категорически запрещено соединять с инсулин-цинк-суспензией (ИЦС), так как фосфат цинка при этом выпадает в осадок, и действие цинк-инсулина укорачивается самым непредсказуемым образом.
Дезинфицирующие компоненты
Обеззараживающим действием обладают некоторые из соединений, которые по фармако-технологическим критериям и так должны быть введены в препарат. К ним относятся крезол и фенол (оба они имеют специфический запах), а еще метилпарабензоат (метилпарабен), у которого запах отсутствует.
Введение какого-либо из данных консервантов и обуславливает специфический запах некоторых препаратов инсулина. Все консерванты в количестве, в котором они находятся в препаратах инсулина, не имеют какого-либо негативного влияния.
В протамин-инсулины обычно включают крезол или фенол. В растворы ИЦС фенол добавлять нельзя, потому что он изменяет физические свойства частиц гормона. В данные препараты включают метилпарабен. Также антимикробным действие обладают ионы цинка, находящиеся в растворе.
Благодаря такой многоступенчатой антибактериальной защите с помощью консервантов предотвращается развитие возможных осложнений, причиной которых могло бы стать бактериальное обсеменение при многократном введении иглы во флакон с раствором.
За счет наличия такого механизма защиты пациент может использовать для подкожных инъекций препарата один и тот же шприц в течение 5 – 7 дней (при условии, что шприц использует только он один). Более того, консерванты дают возможность не использовать спирт для обработки кожи перед инъекцией, но опять же только в том случае, если больной делает инъекцию сам себе шприцем с тонкой иглой (инсулиновым).
Калибровка инсулиновых шприцев
В первых препаратах инсулина в одном мл раствора содержалась только дона единица гормона. Позднее концентрацию увеличили. Большая часть препаратов инсулина во флаконах, применяемых в России, содержит в 1 мл раствора 40 ед. Флаконы при этом обычно маркируются символом U-40 или 40 ед/мл.
Инсулиновые шприцы для широкого использования предназначаются, как раз, для такого инсулина и их калибровка произведена по следующему принципу: при наборе шприцем 0,5 мл раствора человек набирает 20 единиц, 0,35 мл соответствует 10 единицам и так далее.
Каждая отметка на шприце равна определенному объему, и больной уже знает, сколько единиц в этом объеме содержится. Таким образом, калибровка шприцев представляет собой градуировку по объему препарата, рассчитанную на применение инсулина U-40. 4 единицы инсулина содержатся в 0,1 мл, 6 единиц – в 0,15 мл препарата и так далее до 40 единиц, которые соответствуют 1 мл раствора.
В некоторых станах применяется инсулин, 1 мл которого содержит 100 единиц (U-100). Для таких препаратов выпускаются специальные инсулиновые шприцы, которые похожи на те, что были рассмотрены выше, но на них нанесена другая калибровка.
Она учитывает именно данную концентрацию (она в 2,5 раза превышает стандартную). При этом доза инсулина для пациента, естественно, остается прежней, так как она удовлетворяет потребность организма в конкретном количестве инсулина.
То есть если ранее больной использовал препарат U-40 и в сутки вводил 40 единиц гормона, то эти же 40 единиц он должен получать и при инъекциях инсулина U-100, но вводить его в количестве в 2,5 раза меньше. То есть те же самые 40 единиц будут содержаться в 0,4 мл раствора.
К сожалению, не все врачи и тем более больные сахарным диабетом об этом знают. Первые сложности начались, когда некоторые из пациентов перешли на использование инъекторов инсулина (шприц-ручки), в которых применяются пенфиллы (специальные картриджи), содержащие инсулин U-40.
Если в такой шприц набрать раствор с маркировкой U-100, к примеру, до отметки 20 единиц (то есть 0,5 мл), то в данном объеме будет содержаться целых 50 единиц препарата.
Каждый раз, наполняя инсулином U-100 обычные шприцы и смотря при этом на отсечки единиц, человек будет набирать дозу в 2,5 раза большую, чем та, которая показана на уровне данной отметки. Если ни врач, ни пациент своевременно не заметят эту ошибку, то высока вероятность развития тяжелой гипогликемии из-за постоянной передозировки препарата, что на практике нередко и происходит.
С другой стороны, иногда встречаются инсулиновые шприцы, откалиброванные именно для препарата U-100. Если такой шприц ошибочно наполнить привычным многим раствором U-40, то доза инсулина в шприце будет в 2,5 раза меньше, чем та, которая написана около соответствующей отметки на шприце.
В результате этого возможно на первый взгляд необъяснимое повышение глюкозы в крови. На самом деле, конечно, все вполне логично – для каждой концентрации препарата необходимо использовать подходящий шприц.
В некоторых странах, например в Швейцарии, был тщательно продуман план, согласно которому был осуществлен грамотный переход на препараты инсулина с маркировкой U-100. Но это требует тесного контакта всех заинтересованных сторон: врачей многих специальностей, пациентов, медсестер из любых отделений, фармацевтов, производителей, органов власти.
В нашей стране очень сложно осуществить переход всех пациентов только на использование инсулина U-100, потому что, скорее всего, это приведет к увеличению количества ошибок при определении дозы.
Совместное применение инсулинов короткого и продленного действия
В современной медицине лечение сахарного диабета, особенно первого типа, обычно происходит с использованием комбинации двух типов инсулина – короткого и пролонгированного действия.
Для пациентов было бы намного удобнее, если бы препараты с разной продолжительностью действия можно было соединять в одном шприце и вводить одновременно, чтобы избежать двойного прокола кожи.
Многие врачи не знают, чем определяется возможность смешивания различных инсулинов. В основе этого лежит химическая и галеновая (определяемая составом) совместимость инсулинов продленного и короткого действия.
Очень важно, чтобы при смешивании двух типов препаратов быстрое начало действия короткого инсулина не растягивалось и не исчезало.
Доказано, что препарат короткого действия можно комбинировать в одной инъекции с протамин-инсулином, при этом начало работы короткого инсулина не откладывается, потому что не происходит связывания растворимого инсулина с протамином.
При этом производитель препарата не имеет никакого значения. Например, инсулин актрапид можно соединять с хумулином Н или протафаном. Более того, смеси этих препаратов можно хранить.
Относительно препаратов цинк-инсулина давно установлено, что инсулин-цинк-суспензию (кристаллическую) нельзя соединять с коротким инсулином, так он связывается с излишком ионов цинка и трансформируется в продленный инсулин, иногда частично.
Некоторые больные сначала вводят препарат короткого действия, потом, не вынимая иглы из-под кожи, немного изменяют ее направление, и вводят через нее же цинк-инсулин.
По такому способу введения проводилось довольно мало научных исследований, поэтому нельзя исключать тот факт, что в некоторых случаях при таком способе инъекции под кожей может образовываться комплекс цинк-инсулина и препарата короткого действия, что приводит к нарушению всасывания последнего.
Поэтому лучше вводить короткий инсулин совершенно отдельно от цинк-инсулина, делать две раздельные инъекции в участки кожи, находящиеся друг от друга на расстоянии не менее 1 см. это не удобно, чего не сказать о стандартном приеме.
Комбинированные инсулины
Сейчас фармацевтической промышленностью выпускаются комбинированные препараты, содержащие инсулин короткого действия вместе с протамин-инсулином в строго определенном процентном соотношении. К таким препаратам относятся:
Наиболее эффективными являются комбинации, в которых соотношение короткого и продленного инсулина составляет 30:70 или 25:75. Это соотношение всегда указывается в инструкции по применению каждого конкретного препарата.
Такие препараты лучше всего подойдут для людей, соблюдающих постоянный режим питания, имеющих регулярную двигательную активность. Например, их часто используют пожилые больные диабетом второго типа.
Комбинированные инсулины не подходят для осуществления так называемой «гибкой» инсулинотерапии, когда возникает необходимость постоянно менять дозировку инсулина короткого действия.
Например, это нужно делать при изменении количества углеводов в продуктах питания, уменьшении или усилении физической активности и т.д. При этом доза базального инсулина (пролонгированного) практически не изменяется.
Сахарный диабет занимает третье место на планете по распространенности. Он отстает только от сердечно-сосудистых болезней и онкологии. По разным данным количество больных диабетом в мире составляет от 120 до 180 миллионов человек (примерно 3% от всех жителей Земли). По некоторым прогнозам каждые 15 лет число больных будет возрастать в два раза.
Чтобы проводить эффективную инсулинотерапию достаточно иметь всего один препарат, инсулин короткого действия, и один пролонгированный инсулин, их разрешено сочетать друг с другом. Также в некоторых случаях (в основном для больных пожилого возраста) возникает необходимость в препарате комбинированного действия.
Современные рекомендации определяют следующие критерии, по которым нужно выбирать препараты инсулина:
- Высокая степень очистки.
- Возможность смешивания с другими видами инсулина.
- Нейтральный уровень рН.
- Препараты из разряда продленных инсулинов должны иметь продолжительность действия от 12 до 18 часов, чтобы достаточно было их вводить 2 раза в сутки.
С 1921 года, когда Бантингом и Бестом был открыт инсулин, и до настоящего времени единственным серьезным жизнеобеспечивающим средством при сахарном диабете I типа остается инсулинотерапия. За эти годы ученые во всем мире провели (и продолжают вести) глубокие исследования, направленные на максимальное приближение по качеству и по действию чужеродного для организма гормона к его «натуральному эталону», т.е. инсулину, который продуцирует бета-клетка поджелудочной железы самого человека. Так что сегодня мы можем говорить уже о нескольких поколениях этого важнейшего медицинского препарата — как о ступенях прогресса диабетологии.
Первые препараты инсулинов сохраняли жизнь больным, но создавали определенные неудобства, так как их действие было слишком кратковременным. Нередко происходило инфицирование организма из-за плохой очистки и высокой кислотности препарата, а инсулин для инъекции готовили непосредственно у постели больного. Поэтому ученые стремились улучшить растворимость препарата, увеличить длительность его действия. В результате добавления в раствор инсулина белка протамина и гидроокиси цинка были получены препараты пролонгированного действия: протамин-цинк-инсулин и инсулин-цинк-суспензия. Это было продиктовано в первую очередь интересами больных, чтобы обеспечить им более свободный режим жизни. С начала 40-х годов быстрое распространение получило одноразовое введение пролонгированных препаратов инсулина. Но вскоре выяснилось, что такая тактика не позволяет стойко нормализовать уровень глюкозы в крови — т.е. чревата развитием тяжелых гипогликемических состояний.
Растворы первых синтезированных инсулинов имели кислую реакцию, что защищало их от расщепления содержащимися панкреатическими энзимами и замедляло скорость всасывания гормона. Однако это поколение «кислых» инсулинов имело недостаточную стабильность и содержало большое количество примесей. Дальнейшие усилия были направлены на получение инсулинов с нейтральной реакцией (рН 7,0-7,6), чтобы они меньше раздражали ткани и быстрее всасывались из подкожно-жировой клетчатки.
Исходным продуктом для производства инсулинов является поджелудочная железа крупного рогатого скота и свиней. Химическая структура инсулина человека и животных отличается по аминокислотному составу, меньшее отличие — у свиного инсулина, всего лишь по одной аминокислоте. Этим и предопределена его наименьшая антигенная активность в сравнении с другими инсулинами животного происхождения.
С 1982 года в практику лечения больных сахарным диабетом вошло применение так называемого человеческого инсулина. В настоящее время его синтез ведется двумя способами. Первый — путем трансформации свиного в результате замены аминокислоты аланин на треонин. Второй метод — генная инженерия по изменению участка ДНК. При этом ген, ответственный за продукцию инсулина у человека, встраивается в ДНК штамма кишечной палочки или дрожжевых бактерий. Однако полученный таким способом человеческий инсулин недостаточно очищен, он содержит продукты жизнедеятельности бактерий. Новые способы получения человеческого инсулина (полусинтез, биосинтез) включает этапы хроматографической очистки (в частности, от компонентов инсулинопродуцирующих бактерий.
Человеческий инсулин всасывается быстрее, чем препараты свиного инсулина, т.к. он больше растворим в воде. Это физиологично и в целом более положительно для инсулина короткого действия. Однако для инсулинов средней продолжительности действия этот факт имеет отрицательное значение, так как сокращает продолжительность его действия, что может вести к нежелательным последствиям, особенно при введении вечерней дозы инсулина. На современном этапе лечения больных сахарным диабетом используются препараты как животных, так и человеческих инсулинов.
Чистота используемых в клинической практике препаратов инсулина определяется степенью очистки входящих в них ингредиентов (стабилизаторов и пролонгаторов, контаминантов и консервантов, а также проинсулина, глюкагона, панкреатического полипептида и других белков). Присутствующие в стандартном инсулине примеси стимулируют образование антител, связывающих инсулин и подавляющих его гипогликемическую активность. Все это затрудняет компенсацию углеводного обмена, играющую столь значительную роль в сохранении здоровья больных сахарным диабетом.
В последние годы работа по созданию инсулинов нового поколения ведется преимущественно в направлении синтеза дешевых, максимально очищенных, высокоэффективных, термоустойчивых человеческих инсулинов, максимально приближенных к эндогенно продуцированному гормону, а также продолжается очистка от примесей гетерологических препаратов инсулина.
При использовании препаратов инсулина следует руководствоваться данными, указанными на флаконе. В среднем срок хранения их составляет 2—3 года. В ряде случаев он может быть продлен на 1 год, при хранении препарата в защищенном от света месте и при постоянной температуре (4—10° С), а при комнатной температуре, как правило, несколько месяцев.
В конце 70-х годов появились новые термостабильные инсулины с концентрацией 100 и 500 ЕД/мл, которые не требуют хранения в холодильнике. Инсулины выпускаются во флаконах по 5 и 10 мл с концентрацией 40, 80, 100 и 500 ЕД в 1 мл.
Наиболее широко в современной диабетологии используются пролонгированные инсулины, у которых пролонгатором служит белковое вещество протамин. К данной группе препаратов относятся НПХ-Илетин (Лилли), Пропафан (Ново), Хомофан (Пливо) и др. Продленные инсулины, действие которых основано на удлинении действия инсулина с помощью цинка (цинк-инсулины), используются сейчас реже. К инсулинам этой группы относятся Инсулонг (Пливо), Ленте (Ново, Липли), Монотард (Ново), Семиленте (Ново), Ультраленте (Ново) и др. В конце восьмидесятых годов в клиническую практику внедрены новые препараты, содержащие комплекс инсулинов короткого и пролонгированного действия. В эту группу входят Актрафан (Ново), Депот (Хехст), Комб (Хехст), Микстард (Ново) и др. Так, например, Актрафан НМ в своем составе содержит 30% актрапица (инсулина короткого действия) и 70% протафана (базального-продленного).
По содержанию проинсулина препараты инсулинов делятся на:
- ОБЫЧНЫЕ (количество проинсулина составляет более 10 000 частиц на миллион частиц инсулина);
- МОНОПИКОВЫЕ (менее 3000, ее улучшенных монопиковых меньше 50);
- МОНОКОМПОНЕНТНЫЕ (менее 10 частиц на миллион частиц инсулина).
Монопиковые и монокомпонентные инсулины отличаются практически полным отсутствием примесей. При их хроматографическом контроле регистрируется только один пик, свидетельствующий о высокой степени очистки данных препаратов.
В зависимости от длительности действия выделяют три типа инсулинов:
- КОРОТКОГО,
- СРЕДНЕЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ
- ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ.
Инсулин короткого действия оказывает быстрое и относительно непродолжительное сахароснижающее влияние; инсулины средней продолжительности начинают действовать через 1,5-2 часа после их введения и до 12—20 часов, а инсулины длительного действия — через 4 часа и до 36 часов.
Отличия разных видов инсулина
Инсулин – препарат, который помогает жить полноценной жизнью людям, страдающим сахарным диабетом. На сегодняшний день фармацевтический рынок предлагает множество медикаментов для диабетиков. Хотя они оказывают аналогичное действие, все же имеют отличая:
- Кислотно-щелочным балансом раствора
- Концентрацией активного компонента
- Наличием дополнительных составляющих
- Источником (получение инсулина осуществляется с применением человеческого ресурса или же животного сырья)
- Уровнем очистки.
- Механизмом действия (длительного, средней длительности, короткого, ультракороткого действия инсулины).
Стоит учитывать, что возможно сочетание нескольких препаратов. Достаточно проблематично осуществлять комбинированную постановку инъекций короткого действия и длительного действия с соблюдением назначенной терапевтической схемы. Прием этих лекарств друг с другом должен осуществляться под контролем врача.
Подробнее о видах инсулина можно узнать здесь.
Источники для получения гормона
Производство инсулина – сложный процесс, основным компонентом является:
- Сырье животного происхождения. Получение необходимых компонентов осуществляется в результате обработки поджелудочной железы КРС и свиней. В бычьем имеется три «ненужных» аминокислоты, которые по структуре отличаются от человеческой. Именно поэтому могут провоцировать развитие стойкой аллергии. Свиной гормон поджелудочной железы отличается лишь 1 аминокислотой в сравнении со структурой человеческого, поэтому считается более безопасным. Чем лучше будет очищен биологический продукт, тем меньше вызовет негативных реакций.
- Человеческие ресурсы. Лекарство из этой группы изготовляется по очень сложным технологиям. Некоторые фармацевтические концерны нашли способ изготовления инсулина с использованием специфических бактерий. Также довольно распространенными являются способы ферментативной трансформации с целью изготовления полусинтетических гормональных средств. Существует и другая технология, которая подразумевает применение инновационного метода в генной инженерии, его результатом является получения особых ДНК-рекомбинантных составов с инсулином.
Как получали препараты на основе инсулина
Не каждому пациенту известно, как именно получают инсулин, в этом процессе важное значение имеет тип самого сырья и степень его очистки. Средства, которые получены из продуктов животного происхождения, на сегодняшний день считаются устаревшими, так как изготавливаются по старой технологии. Эти медикаменты не отличаются высоким качеством, так как компоненты не проходят глубокую очистку.
Первые инсулиносодержащие лекарства довольно плохо переносились, так как в них содержался проинсулин. Инъекции таким гормональным средством провоцировали различные побочные реакции у больных детей, а также престарелых пациентов. Позднее, благодаря усовершенствованию технологий очистки, удалось удалить проинсулин из раствора. От применения бычьего инсулина пришлось полностью отказаться в связи развитием обширной побочной симптоматики.
На сегодняшний день усовершенствованные препараты не содержат нежелательных примесей. Среди лекарств животного происхождения одним из лучших считается монопиковый продукт, он изготавливается с выработкой так называемого «пика» гормонального вещества.
Роль вспомогательных веществ
Изготовление любого фармацевтического средства не проходит без использования вспомогательных веществ.
Инсулиносодержащие препараты могут включать:
- Компоненты с дезинфицирующими свойствами
- Составляющие, которые обеспечивают пролонгацию воздействия
- Вещества, которые позволяют стабилизировать кислотность раствора.
Благодаря использованию дополнительных компонентов удается улучшить химические характеристики лекарства и достичь высокого уровня очистки.
Препарат, содержащий инсулин, должен не только поддерживать оптимальный показатель сахара в крови пациента, но и не оказывать вред другим органов, а также тканям человеческого тела.
Стоит отметить, что инсулиновая терапия с применением современных препаратов проходит без серьезных осложнений. Выбрать необходимое лекарство и оптимальную схему применения поможет лечащий врач. Возможно, в дальнейшем потребуется перейти на применение другого препарата в связи с проявлением побочных реакций.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
