Инсулинорезистентность ( ИР ) — патологическое состояние, при котором клетки в инсулиночувствительных тканях организма не могут нормально реагировать на гормон инсулин или подавляют регуляцию инсулиновых рецепторов в ответ на гиперинсулинемию .
Инсулин — это гормон , который облегчает транспорт глюкозы из крови в клетки, тем самым снижая уровень глюкозы в крови (сахара в крови). Инсулин выделяется поджелудочной железой в ответ на углеводы, потребляемые с пищей. В состояниях резистентности к инсулину одно и то же количество инсулина не оказывает одинакового влияния на транспорт глюкозы и уровень сахара в крови. Существует много причин резистентности к инсулину, и лежащий в основе процесс до сих пор не полностью изучен. Факторы риска резистентности к инсулину включают ожирение , малоподвижный образ жизни , семейный анамнез диабета , различные состояния здоровья и некоторые лекарства. резистентность к инсулину считается компонентом метаболического синдрома . Существует множество способов измерения резистентности к инсулину, таких как уровень инсулина натощак или тесты на толерантность к глюкозе, но они нечасто используются в клинической практике. резистентность к инсулину можно улучшить или обратить вспять с помощью подходов к образу жизни, таких как снижение веса, физические упражнения и изменение диеты.
Существует ряд факторов риска развития инсулинорезистентности, включая избыточный вес или ожирение, а также малоподвижный образ жизни . [1] Различные генетические факторы могут повышать риск, например, семейный анамнез диабета, а также существуют некоторые специфические заболевания, связанные с инсулинорезистентностью, например, синдром поликистозных яичников . [1]
Национальный институт диабета, заболеваний органов пищеварения и почек США утверждает, что к конкретным рискам, которые могут предрасполагать человека к резистентности к инсулину, относятся:
Кроме того, некоторые лекарства и другие состояния здоровья могут повысить риск. [1]
Пищевые факторы, вероятно, способствуют резистентности к инсулину. Однако, причинные продукты трудно определить, учитывая ограничения исследований в области питания. Продукты, которые независимо были связаны с резистентностью к инсулину, включают продукты с высоким содержанием сахара с высоким гликемическим индексом , с низким содержанием омега-3 и клетчатки, а также те, которые являются гипервкусными , что увеличивает риск переедания. [2] Чрезмерное потребление жирной и сахаристой пищи и напитков было предложено в качестве основополагающего фактора эпидемии метаболического синдрома .
Диета также может изменять соотношение полиненасыщенных и насыщенных фосфолипидов в клеточных мембранах. Процент полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) обратно коррелирует с резистентностью к инсулину. [3] Предполагается, что увеличение текучести клеточной мембраны за счет увеличения концентрации ПНЖК может привести к увеличению числа инсулиновых рецепторов, повышению сродства инсулина к его рецепторам и снижению инсулиновой резистентности. [4]
Дефицит витамина D также связан с резистентностью к инсулину. [5]
Малоподвижный образ жизни увеличивает вероятность развития резистентности к инсулину. [6] В эпидемиологических исследованиях более высокие уровни физической активности (более 90 минут в день) снижают риск развития диабета на 28%. [7]
Исследования последовательно показали, что существует связь между резистентностью к инсулину и циркадным ритмом , при этом чувствительность к инсулину выше утром и ниже вечером. Несоответствие между циркадным ритмом и графиком приема пищи, например, при расстройствах циркадного ритма , может повысить резистентность к инсулину. [8] [9] [10]
Было показано, что недостаток сна вызывает резистентность к инсулину, а также увеличивает риск развития метаболических заболеваний, таких как диабет 2 типа и ожирение. [11] [12] [13]
Некоторые лекарства связаны с резистентностью к инсулину, включая кортикостероиды , ингибиторы протеазы (тип лекарств от ВИЧ) [14] и атипичные антипсихотики [15] .
Было показано, что воздействие света во время сна вызывает резистентность к инсулину и увеличивает частоту сердечных сокращений. [16]
Многие гормоны могут вызывать резистентность к инсулину, включая кортизол , [17] гормон роста и человеческий плацентарный лактоген . [18]
Кортизол противодействует инсулину и может привести к увеличению глюконеогенеза в печени , снижению периферического использования глюкозы и повышению резистентности к инсулину. [19] Это происходит за счет снижения транслокации переносчиков глюкозы (особенно GLUT4 ) к клеточной мембране. [20] [21]
На основании значительного улучшения чувствительности к инсулину у людей после бариатрической операции и у крыс с хирургическим удалением двенадцатиперстной кишки [22] [23] было высказано предположение, что в слизистой оболочке этой начальной части тонкого кишечника вырабатывается некое вещество , которое подает сигнал клеткам организма стать резистентными к инсулину. Если удалить производящую ткань, сигнал прекращается, и клетки организма возвращаются к нормальной чувствительности к инсулину. Пока что такое вещество не обнаружено, и существование такого вещества остается спекулятивным. [ необходима цитата ]
Лептин — это гормон, вырабатываемый геном ob и адипоцитами. [24] Его физиологическая роль заключается в регулировании чувства голода путем оповещения организма о насыщении. [25] Исследования показывают, что недостаток лептина вызывает тяжелое ожирение и тесно связан с резистентностью к инсулину. [26]
Синдром поликистозных яичников [27] и неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) связаны с резистентностью к инсулину. Гепатит С также повышает вероятность развития диабета 2 типа и резистентности к инсулину в три-четыре раза. [28]
Многочисленные исследования с использованием различных методологий предполагают, что нарушение функции митохондрий может играть ключевую роль в патогенезе резистентности к инсулину. [29] [30] Дисфункция митохондрий может быть результатом образования активных форм кислорода , генетических факторов, старения и снижения митохондриального биогенеза. [31] Однако важные вопросы остаются нерешенными до сих пор. [32] Если это подтвердится тщательными исследованиями, связь между митохондриальными нарушениями и снижением чувствительности к инсулину может проложить путь к новым терапевтическим подходам. [33]
Острое или хроническое воспаление, например, при инфекциях, может вызывать резистентность к инсулину. TNF-α — это цитокин, который может способствовать резистентности к инсулину, способствуя липолизу , нарушая сигнализацию инсулина и снижая экспрессию GLUT4. [34]
Было выявлено несколько генетических локусов, связанных с нечувствительностью к инсулину. К ним относятся вариации в локусах вблизи генов NAT2, GCKR и IGFI, которые связаны с резистентностью к инсулину. Дальнейшие исследования показали, что локусы вблизи этих генов коррелируют с резистентностью к инсулину. Однако предполагается, что эти локусы составляют только 25–44% генетического компонента резистентности к инсулину. [35]
При нормальном метаболизме повышенный уровень глюкозы в крови инструктирует бета (β) клетки в островках Лангерганса , расположенных в поджелудочной железе , высвобождать инсулин в кровь. Инсулин заставляет чувствительные к инсулину ткани организма (в первую очередь клетки скелетных мышц , жировую ткань и печень ) поглощать глюкозу , которая обеспечивает энергией, а также снижает уровень глюкозы в крови. [36] Бета-клетки снижают выработку инсулина по мере падения уровня глюкозы в крови, позволяя глюкозе в крови стабилизироваться на постоянном уровне около 5 ммоль/л (90 мг/дл). У человека с резистентностью к инсулину нормальный уровень инсулина не оказывает такого же эффекта на контроль уровня глюкозы в крови.
Когда организм вырабатывает инсулин в условиях инсулинорезистентности, клетки не способны поглощать или использовать его так же эффективно, и он остается в кровотоке. Определенным типам клеток, таким как жировые и мышечные клетки, требуется инсулин для поглощения глюкозы, и когда эти клетки не могут адекватно реагировать на циркулирующий инсулин, уровень глюкозы в крови повышается. Печень обычно помогает регулировать уровень глюкозы, уменьшая секрецию глюкозы в присутствии инсулина. Однако при инсулинорезистентности это нормальное снижение выработки глюкозы печенью может не происходить, что еще больше способствует повышению уровня глюкозы в крови. [37]
Инсулинорезистентность в жировых клетках приводит к снижению поглощения циркулирующих липидов и повышению гидролиза хранящихся триглицеридов . Это приводит к повышению уровня свободных жирных кислот в плазме крови и может еще больше ухудшить инсулинорезистентность. [38] [39] [40] Поскольку инсулин является основным гормональным сигналом для хранения энергии в жировых клетках , которые, как правило, сохраняют свою чувствительность перед лицом печеночного и скелетного мышечного сопротивления, инсулинорезистентность стимулирует образование новой жировой ткани и ускоряет набор веса. [2]
В состояниях резистентности к инсулину бета-клетки поджелудочной железы увеличивают выработку инсулина. Это вызывает высокий уровень инсулина в крови (гиперинсулинемию) для компенсации высокого уровня глюкозы в крови. Во время этой компенсированной фазы резистентности к инсулину функция бета-клеток повышается, уровень инсулина выше, а уровень глюкозы в крови по-прежнему сохраняется. Если компенсаторная секреция инсулина не срабатывает, то увеличиваются либо концентрации глюкозы натощак (нарушение уровня глюкозы натощак), либо постпрандиальные (нарушение толерантности к глюкозе). В конечном итоге, возникает диабет 2 типа, когда уровни глюкозы становятся выше по мере того, как резистентность увеличивается, а компенсаторная секреция инсулина не срабатывает. [41] [42] Неспособность β-клеток вырабатывать достаточное количество инсулина в состоянии гипергликемии характеризует переход от резистентности к диабету 2 типа.
Инсулинорезистентность тесно связана со скоростью продукции апоВ-48 кишечного происхождения у инсулинорезистентных субъектов и диабетиков 2 типа. [43] Инсулинорезистентность часто встречается у людей с висцеральным ожирением, гипертонией, гипергликемией и дислипидемией , включающей повышенный уровень триглицеридов, мелких плотных частиц липопротеинов низкой плотности (sdLDL) и сниженный уровень холестерина липопротеинов высокой плотности (HDL). Что касается висцерального ожирения, множество доказательств указывает на две сильные связи с инсулинорезистентностью. Во-первых, в отличие от подкожной жировой ткани, висцеральные жировые клетки продуцируют значительное количество провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли-альфа ( TNF-a ), интерлейкины -1 и -6 и т. д. В многочисленных экспериментальных моделях эти провоспалительные цитокины нарушают нормальное действие инсулина в жировых и мышечных клетках и могут быть основным фактором, вызывающим инсулинорезистентность во всем организме, наблюдаемую у пациентов с висцеральным ожирением. Большая часть внимания, уделяемого продукции провоспалительных цитокинов, была сосредоточена на пути IKK-beta/ NF-kappa-B , белковой сети, которая усиливает транскрипцию воспалительных маркеров и медиаторов, которые могут вызывать резистентность к инсулину. Во-вторых, висцеральное ожирение связано с накоплением жира в печени, состоянием, известным как неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП). Результатом НАЖБП является избыточное высвобождение свободных жирных кислот в кровоток (из-за повышенного липолиза) и увеличение распада гликогена в печени на глюкозу ( гликогенолиз ), оба из которых имеют эффект обострения периферической инсулинорезистентности и повышения вероятности сахарного диабета 2 типа . [ необходима цитата ]
Видаль-Пуч предположил, что чрезмерное разрастание жировой ткани, которое имеет тенденцию происходить при устойчиво положительном энергетическом балансе (например, при переедании), вызывает липотоксические и воспалительные эффекты, которые могут способствовать возникновению резистентности к инсулину и сопутствующих ей болезненных состояний. [44]
Кроме того, резистентность к инсулину часто связана с гиперкоагуляцией ( нарушением фибринолиза ) и повышенным уровнем воспалительных цитокинов. [45]
На молекулярном уровне клетка ощущает инсулин через инсулиновые рецепторы, при этом сигнал распространяется через каскад сигналов, в совокупности известный как сигнальный путь PI3K/Akt/mTOR . [46] Недавние исследования показали, что этот путь может функционировать как бистабильный переключатель в физиологических условиях для определенных типов клеток, и реакция на инсулин вполне может быть пороговым явлением. [47] [46] [48] Чувствительность пути к инсулину может быть притуплена многими факторами, такими как липолиз свободных жирных кислот, [49] вызывая резистентность к инсулину. Однако с более широкой точки зрения настройка чувствительности (включая снижение чувствительности) является обычной практикой для организма, чтобы адаптироваться к изменяющейся среде или метаболическим условиям. [50] Беременность, например, влечет за собой значительные метаболические изменения, во время которых мать должна снизить чувствительность своих мышц к инсулину, чтобы сохранить больше глюкозы как для мозга матери, так и для мозга плода. Эта адаптация может происходить за счет повышения порога реакции, тем самым задерживая наступление чувствительности. Это достигается посредством секреции плацентарного фактора роста , который препятствует взаимодействию между субстратом инсулинового рецептора (IRS) и PI3K. Эта концепция лежит в основе гипотезы регулируемого порога инсулинорезистентности. [47]
Инсулинорезистентность была предложена как реакция на избыточное питание супероксиддисмутазой в митохондриях клеток , которая действует как механизм антиоксидантной защиты. Эта связь, по-видимому, существует при различных причинах инсулинорезистентности. Она также основана на открытии того, что инсулинорезистентность может быть быстро обращена вспять путем воздействия на клетки митохондриальных разобщителей, ингибиторов цепи переноса электронов или миметиков митохондриальной супероксиддисмутазы . [51]
Уровень инсулина в сыворотке натощак, превышающий 29 мкМЕ/мл или 174 пмоль/л, указывает на резистентность к инсулину. [52] [ неудачная проверка ] Те же уровни применяются через три часа после последнего приема пищи.
Во время теста на толерантность к глюкозе (ТТГ), который может использоваться для диагностики сахарного диабета, пациент натощак принимает 75 г глюкозы перорально. Затем в течение следующих двух часов измеряется уровень глюкозы в крови.
Интерпретация основана на рекомендациях ВОЗ . Через два часа гликемия менее 7,8 ммоль/л (140 мг/дл) считается нормальной, гликемия от 7,8 до 11,0 ммоль/л (от 140 до 197 мг/дл) считается нарушением толерантности к глюкозе (НТГ), а гликемия больше или равная 11,1 ммоль/л (200 мг/дл) считается сахарным диабетом .
Пероральный тест на толерантность к глюкозе (OGTT) может быть нормальным или слегка ненормальным при простой инсулинорезистентности. Часто в ранних измерениях наблюдается повышенный уровень глюкозы, что отражает потерю постпрандиального пика (после еды) в выработке инсулина. Продление тестирования (еще на несколько часов) может выявить гипогликемический «провал», который является результатом перепроизводства инсулина после сбоя физиологической постпрандиальной реакции инсулина. [ необходима цитата ]
Золотым стандартом для исследования и количественной оценки резистентности к инсулину является «гиперинсулинемический эугликемический зажим», так называемый потому, что он измеряет количество глюкозы, необходимое для компенсации повышенного уровня инсулина, не вызывая гипогликемии . [53] Это тип метода зажима глюкозы . Тест редко проводится в клинической практике, но используется в медицинских исследованиях, например, для оценки эффектов различных лекарств. Скорость инфузии глюкозы обычно упоминается в литературе по диабету как значение GINF. [54]
Процедура занимает около двух часов. Через периферическую вену инсулин вводится со скоростью 10–120 мЕд на м2 в минуту . Для компенсации инфузии инсулина вводится 20 % глюкоза для поддержания уровня сахара в крови от 5 до 5,5 ммоль/л. Скорость инфузии глюкозы определяется путем проверки уровня сахара в крови каждые пять-десять минут. [54]
Чувствительность к инсулину определяется скоростью инфузии глюкозы в течение последних тридцати минут теста. Если необходимы высокие уровни (7,5 мг/мин или выше), пациент считается инсулиночувствительным. Наоборот, очень низкие уровни (4,0 мг/мин или ниже) указывают на резистентность к инсулину. Уровни, падающие между 4,0 и 7,5 мг/мин, не являются окончательными и предполагают «нарушенную толерантность к глюкозе», что является ранним признаком резистентности к инсулину. [54]
Этот фундаментальный метод может быть значительно улучшен за счет использования трассеров глюкозы. Глюкоза может быть помечена как стабильными, так и радиоактивными атомами. Обычно используемые трассеры включают 3-3H глюкозу (радиоактивную), 6,6 2H-глюкозу (стабильную) и 1-13C глюкозу (стабильную). Перед началом гиперинсулинемической фазы 3-часовая инфузия трассера позволяет определить базальную скорость выработки глюкозы. На протяжении всего зажима концентрации трассеров в плазме облегчают вычисление метаболизма глюкозы, стимулированного инсулином во всем организме, а также выработки глюкозы организмом. (т. е. эндогенной выработки глюкозы). [54]
Другим методом измерения резистентности к инсулину является модифицированный тест подавления инсулина, разработанный Джеральдом Ривеном в Стэнфордском университете. Тест хорошо коррелирует с эугликемическим зажимом, с меньшей ошибкой, зависящей от оператора. Этот тест использовался для продвижения большого объема исследований, связанных с метаболическим синдромом. [54]
Пациенты первоначально получают 25 мкг октреотида (сандостатина) в 5 мл физиологического раствора в течение 3–5 минут посредством внутривенной инфузии (IV) в качестве начального болюса, а затем непрерывно вводят внутривенную инфузию соматостатина (0,27 мкг/м 2 /мин) для подавления эндогенной секреции инсулина и глюкозы. Затем вводят инсулин и 20% глюкозу со скоростью 32 и 267 мг/м 2 /мин соответственно. Уровень глюкозы в крови проверяют на нуле, 30, 60, 90 и 120 минутах, а затем каждые 10 минут в течение последнего получаса теста. Эти последние четыре значения усредняются для определения устойчивого уровня глюкозы в плазме (SSPG). Субъекты с SSPG более 150 мг/дл считаются инсулинорезистентными. [54]
Учитывая сложную природу техники «зажима» (и потенциальную опасность гипогликемии у некоторых пациентов), были предприняты попытки упростить измерение резистентности к инсулину. Первой была оценка гомеостатической модели (HOMA), [55] а более поздние методы включают количественный индекс проверки чувствительности к инсулину (QUICKI) [56] и SPINA-GR , меру чувствительности к инсулину. [57] Все эти расчетные маркеры используют уровни инсулина натощак и глюкозы для расчета резистентности к инсулину, и все они разумно коррелируют с результатами исследований зажима.
Поддержание здорового веса и регулярная физическая активность могут помочь снизить риск развития резистентности к инсулину. [1]
Основным лечением резистентности к инсулину являются физические упражнения и потеря веса . [58] И метформин , и тиазолидиндионы улучшают чувствительность к инсулину. Метформин одобрен для лечения преддиабета и диабета 2 типа и стал одним из наиболее часто назначаемых лекарств для лечения резистентности к инсулину. [59]
Программа профилактики диабета (DPP) показала, что физические упражнения и диета были почти в два раза эффективнее метформина в снижении риска прогрессирования диабета 2 типа. [60] Однако участники исследования DPP восстановили около 40% от потерянного веса к концу 2,8 года, что привело к аналогичной частоте развития диабета как в группе вмешательства в образ жизни, так и в контрольной группе исследования. [61] В эпидемиологических исследованиях более высокие уровни физической активности (более 90 минут в день) снижают риск диабета на 28%. [62]
Кроме того, физические тренировки также, как правило, рассматриваются как эффективный антагонист резистентности к инсулину у детей и подростков с ожирением или избыточным весом (в возрасте до 19 лет). [63] Согласно систематическому обзору и метаанализу 2016 года, проведенным Марсоном и соавторами, аэробные упражнения связаны со снижением уровня инсулина натощак; однако, упражнения с сопротивлением и комбинированные упражнения не связаны с этим. [63] Авторы предостерегают от принижения важности упражнений с сопротивлением и комбинированных упражнений, поскольку этот тип тренировок, как правило, менее изучен, чем аэробные тренировки. [63] В целом, физические тренировки могут использоваться как у подростков, так и у взрослых для предотвращения прогрессирования резистентности к инсулину и будущих возможных метаболических и сердечно-сосудистых заболеваний.
Было показано, что резистентный крахмал из кукурузы с высоким содержанием амилозы, амиломайз , снижает резистентность к инсулину у здоровых людей, у людей с резистентностью к инсулину и у людей с диабетом 2 типа. [64]
Некоторые типы полиненасыщенных жирных кислот ( омега-3 ) могут сдерживать прогрессирование резистентности к инсулину в диабет 2 типа, [65] [66] [67] однако, омега-3 жирные кислоты, по-видимому, имеют ограниченную способность обращать вспять резистентность к инсулину, и они перестают быть эффективными, как только развивается диабет 2 типа. [68]
Концепция о том, что резистентность к инсулину может быть основной причиной сахарного диабета 2-го типа, была впервые выдвинута профессором Вильгельмом Фальтой и опубликована в Вене в 1931 году [69] и подтверждена в качестве вклада сэром Гарольдом Персивалем Химсвортом из Медицинского центра университетского колледжа в Лондоне в 1936 году; [70] однако диабет 2-го типа не возникает, если нет одновременного нарушения компенсаторной секреции инсулина. [71]
Некоторые ученые заходят так далеко, что утверждают, что ни резистентность к инсулину, ни ожирение на самом деле не являются метаболическими нарушениями как таковыми , а просто адаптивными реакциями на устойчивый избыток калорий, призванными защитить органы тела от липотоксичности (небезопасных уровней липидов в кровотоке и тканях): «Таким образом, ожирение следует рассматривать не как патологию или заболевание, а скорее как нормальную физиологическую реакцию на устойчивый избыток калорий... Вследствие высокого уровня накопления липидов в тканях-мишенях инсулина, включая скелетные мышцы и печень, было высказано предположение, что исключение глюкозы из клеток, нагруженных липидами, является компенсаторной защитой от дальнейшего накопления липогенного субстрата». [72]
Другие распространенные мысли о том, что резистентность к инсулину может быть эволюционной адаптацией, включают гипотезу бережливого гена . Эта гипотеза поднимает вопрос о том, что если есть генетический компонент резистентности к инсулину и диабета 2 типа, эти фенотипы должны быть отобраны против. [73] Тем не менее, наблюдалось увеличение средней резистентности к инсулину как в нормогликемической популяции, так и в популяции диабетиков. [74]
JV Neel утверждает, что у древних предков человека в периоды усиленного голода гены, способствующие увеличению запаса глюкозы, давали преимущество. Однако в сегодняшних современных условиях это уже не так. [73]
Данные противоречат гипотезе Нила в исследованиях индейцев племени пима, которые предполагают, что люди с более высокой чувствительностью к инсулину, как правило, имеют больший вес, тогда как люди с резистентностью к инсулину, как правило, весят меньше в среднем в пределах этой демографической группы. [75]
Современные гипотезы предполагают, что метаболизм инсулина служит социально-экологической адаптацией, при этом инсулин служит механизмом распределения энергии по различным компонентам тела, а чувствительность к инсулину является адаптацией для регулирования этого распределения энергии. Гипотеза поведенческого переключения предполагает, что резистентность к инсулину приводит к двум методам изменения репродуктивных и поведенческих стратегий. Эти стратегии называются «r в K» и «солдат в дипломат». Стратегия «r в K» подразумевает направление инсулина через плаценту к плоду, что приводит к увеличению веса у плода, но не у матери, что указывает на увеличение родительских инвестиций (стратегия K). В стратегии «солдат в дипломат» нечувствительность скелетных мышц к инсулину может перенаправлять глюкозу в мозг, который не требует рецепторов инсулина. Было показано, что это улучшает когнитивное развитие в различных исследованиях. [76]