Инсулинорезистентность ( ИР ) – это патологическое состояние, при котором клетки либо не могут нормально реагировать на гормон инсулин , либо подавляют рецепторы инсулина в ответ на гиперинсулинемию .
Инсулин — это гормон, который облегчает транспорт глюкозы из крови в клетки, тем самым снижая уровень глюкозы в крови (сахар в крови). Инсулин высвобождается поджелудочной железой в ответ на потребляемые с пищей углеводы. При состояниях инсулинорезистентности одно и то же количество инсулина не оказывает одинакового влияния на транспорт глюкозы и уровень сахара в крови. Существует множество причин резистентности к инсулину, и лежащий в ее основе процесс до сих пор полностью не изучен. Факторы риска инсулинорезистентности включают ожирение , малоподвижный образ жизни , семейный анамнез диабета, различные состояния здоровья и прием некоторых лекарств. Инсулинорезистентность считается компонентом метаболического синдрома . Существует несколько способов измерения инсулинорезистентности, например, определение уровня инсулина натощак или тесты на толерантность к глюкозе, но они не часто используются в клинической практике. Инсулинорезистентность можно улучшить или обратить вспять с помощью подходов к образу жизни, таких как физические упражнения и изменения в питании.
Существует ряд факторов риска инсулинорезистентности, в том числе избыточный вес, ожирение или малоподвижный образ жизни . [1] Различные генетические факторы могут увеличить риск, например, семейный анамнез диабета, а также существуют некоторые специфические заболевания, связанные с резистентностью к инсулину, такие как синдром поликистозных яичников . [1]
Национальный институт диабета, болезней органов пищеварения и почек США утверждает, что конкретные риски, которые могут предрасполагать человека к резистентности к инсулину, могут включать:
Кроме того, риск могут повысить некоторые лекарства и другие состояния здоровья. [1]
Диетические факторы, вероятно, способствуют резистентности к инсулину. Однако продукты-возбудители сложно определить, учитывая ограничения исследований в области питания. К продуктам, которые независимо связаны с резистентностью к инсулину, относятся продукты с высоким содержанием сахара и высокими гликемическими индексами , с низким содержанием омега-3 и клетчатки, а также продукты с чрезмерным вкусом, что увеличивает риск переедания. [2] Чрезмерное потребление продуктов и напитков, богатых жирами и сахаром, считается фундаментальным фактором эпидемии метаболического синдрома .
Диета также может изменить соотношение полиненасыщенных и насыщенных фосфолипидов в клеточных мембранах. Процент полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) обратно коррелирует с резистентностью к инсулину. [3] Предполагается, что увеличение текучести клеточных мембран за счет увеличения концентрации ПНЖК может привести к увеличению количества рецепторов инсулина, увеличению сродства инсулина к его рецепторам и снижению резистентности к инсулину. [4]
Дефицит витамина D также связан с резистентностью к инсулину. [5]
Малоподвижный образ жизни увеличивает вероятность развития инсулинорезистентности. [6] Согласно эпидемиологическим исследованиям, более высокий уровень физической активности (более 90 минут в день) снижает риск развития диабета на 28%. [7]
Исследования неизменно показывают, что существует связь между резистентностью к инсулину и циркадным ритмом: чувствительность к инсулину выше утром и ниже вечером. Несоответствие между циркадным ритмом и графиком питания, например, при нарушениях циркадного ритма , может повысить резистентность к инсулину. [8] [9] [10]
Некоторые лекарства связаны с резистентностью к инсулину, включая кортикостероиды , ингибиторы протеазы (тип лекарств от ВИЧ) [11] и атипичные антипсихотики . [12]
Было доказано, что воздействие света во время сна вызывает резистентность к инсулину и увеличивает частоту сердечных сокращений. [13]
Многие гормоны могут вызывать резистентность к инсулину, включая кортизол , [14] гормон роста и плацентарный лактоген человека . [15]
Кортизол противодействует инсулину и может привести к усилению глюконеогенеза в печени , снижению периферической утилизации глюкозы и повышению резистентности к инсулину. [16] Это происходит за счет уменьшения транслокации переносчиков глюкозы (особенно GLUT4 ) на клеточную мембрану. [17] [18]
На основании значительного улучшения чувствительности к инсулину у людей после бариатрической операции и у крыс при хирургическом удалении двенадцатиперстной кишки [19, 20] было высказано предположение, что в слизистой оболочке этого начального отдела тонкой кишки вырабатывается какое-то вещество, сигнализирующее о клетки организма становятся инсулинорезистентными. Если производящая ткань удаляется, сигнал прекращается, и клетки тела возвращаются к нормальной чувствительности к инсулину. Такого вещества пока не обнаружено, и существование такого вещества остается спекулятивным. [ нужна цитата ]
Лептин — это гормон, вырабатываемый геном ob и адипоцитами. [21] Его физиологическая роль заключается в регулировании голода, предупреждая организм о насыщении. [22] Исследования показывают, что недостаток лептина вызывает тяжелое ожирение и тесно связан с резистентностью к инсулину. [23]
Синдром поликистозных яичников [24] и неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) связаны с инсулинорезистентностью. Гепатит С также повышает вероятность развития диабета 2 типа и резистентности к инсулину у людей в три-четыре раза. [25]
Многочисленные исследования с применением различных методологий позволяют предположить, что нарушение функции митохондрий может играть ключевую роль в патогенезе резистентности к инсулину. [26] [27] Митохондриальная дисфункция может быть результатом образования активных форм кислорода , генетических факторов, старения и снижения биогенеза митохондрий. [28] Однако важные вопросы остаются нерешенными до сих пор. [29] Если это будет подтверждено тщательными исследованиями, связь между митохондриальными нарушениями и снижением чувствительности к инсулину может проложить путь к новым терапевтическим подходам. [30]
Острое или хроническое воспаление, например, при инфекциях, может вызвать резистентность к инсулину. TNF-α — это цитокин, который может способствовать резистентности к инсулину, стимулируя липолиз , нарушая передачу сигналов инсулина и снижая экспрессию GLUT4. [31]
Было установлено, что несколько генетических локусов связаны с нечувствительностью к инсулину. Сюда входят вариации локусов рядом с генами NAT2, GCKR и IGFI, связанные с резистентностью к инсулину. Дальнейшие исследования показали, что локусы рядом с генами связаны с резистентностью к инсулину. Однако, по оценкам, на эти локусы приходится только 25–44% генетического компонента инсулинорезистентности. [32]
При нормальном метаболизме повышенный уровень глюкозы в крови дает команду бета-(β)-клеткам островков 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 энергию, а также снижает уровень глюкозы в крови. [33] Бета-клетки снижают выработку инсулина по мере падения уровня глюкозы в крови, позволяя уровню глюкозы в крови стабилизироваться на постоянном уровне примерно 5 ммоль/л (90 мг/дл). У человека с инсулинорезистентностью нормальный уровень инсулина не оказывает такого же эффекта на контроль уровня глюкозы в крови.
Когда организм вырабатывает инсулин в условиях резистентности к инсулину, клетки не могут поглощать или использовать его 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 резистентности к инсулину это нормальное снижение выработки глюкозы печенью может не произойти, что еще больше способствует повышению уровня глюкозы в крови. [34]
Инсулинорезистентность в жировых клетках приводит к снижению поглощения циркулирующих липидов и усилению гидролиза накопленных триглицеридов . Это приводит к повышению содержания свободных жирных кислот в плазме крови и может еще больше ухудшить резистентность к инсулину. [35] [36] [37] Поскольку инсулин является основным гормональным сигналом для накопления энергии в жировых клетках , которые имеют тенденцию сохранять свою чувствительность несмотря на сопротивление печени и скелетных мышц, резистентность к инсулину стимулирует образование новой жировой ткани и ускоряет увеличение веса. [2]
В состояниях резистентности к инсулину бета-клетки поджелудочной железы увеличивают выработку инсулина. Это приводит к тому, что высокий уровень инсулина в крови (гиперинсулинемия) компенсирует высокий уровень глюкозы в крови. Во время этой компенсированной фазы резистентности к инсулину функция бета-клеток активируется, уровень инсулина повышается, а уровень глюкозы в крови все еще сохраняется. Если компенсаторная секреция инсулина неэффективна, то концентрация глюкозы увеличивается либо натощак (нарушение гликемии натощак), либо постпрандиально (нарушение толерантности к глюкозе). В конце концов, диабет 2 типа возникает, когда уровень глюкозы становится выше по мере увеличения резистентности и нарушения компенсаторной секреции инсулина. [38] [39] Неспособность β-клеток вырабатывать достаточное количество инсулина в состоянии гипергликемии характеризует переход от инсулинорезистентности к диабету 2 типа.
Инсулинорезистентность тесно связана со скоростью выработки кишечного апоВ-48 у инсулинорезистентных субъектов и диабетиков 2 типа. [40] Инсулинорезистентность часто обнаруживается у людей с висцеральным ожирением, гипертонией, гипергликемией и дислипидемией , сопровождающейся повышенным уровнем триглицеридов, небольшими плотными частицами липопротеинов низкой плотности (сдЛПНП) и снижением уровня холестерина липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Что касается висцерального ожирения, множество данных указывает на две сильные связи с резистентностью к инсулину. Во-первых, в отличие от подкожной жировой ткани, висцеральные жировые клетки продуцируют значительные количества 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 нормальный уровень инсулина. действие на жировые и мышечные клетки и может быть основным фактором, вызывающим резистентность к инсулину всего организма, наблюдаемую у пациентов с висцеральным ожирением. Большая часть внимания к выработке провоспалительных цитокинов сосредоточена на пути IKK-бета/ NF-каппа-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 усиленного липолиза) и увеличение распада запасов гликогена в печени на глюкозу ( гликогенолиз ), оба из которых приводят к усугублению периферической резистентности к инсулину и увеличению вероятность сахарного диабета 2 типа . [ нужна цитата ]
Чрезмерное расширение жировой ткани, которое имеет тенденцию происходить при устойчиво положительном энергетическом балансе (например, при переедании), было предположено Видалем -Пучом, вызывая липотоксические и воспалительные эффекты, которые могут способствовать возникновению резистентности к инсулину и сопутствующих ей болезненных состояний. [41]
Кроме того, резистентность к инсулину часто связана с состоянием гиперкоагуляции (нарушение фибринолиза ) и повышенным уровнем воспалительных цитокинов. [42]
На молекулярном уровне клетка воспринимает инсулин через инсулиновые рецепторы, при этом сигнал распространяется через сигнальный каскад, известный под общим названием сигнальный путь PI3K/Akt/mTOR . [43] Недавние исследования показали, что этот путь может работать как бистабильный переключатель в физиологических условиях для определенных типов клеток, а инсулиновый ответ вполне может быть пороговым явлением. [44] [43] [45] Чувствительность этого пути к инсулину может быть притуплена многими факторами, такими как липолиз свободных жирных кислот, [46] вызывающий резистентность к инсулину. Однако в более широкой перспективе настройка чувствительности (включая снижение чувствительности) является обычной практикой, позволяющей организму адаптироваться к изменяющейся окружающей среде или метаболическим условиям. [47] Беременность, например, представляет собой заметное изменение метаболических условий, при котором матери приходится снижать чувствительность мышц к инсулину, чтобы сохранить больше глюкозы для мозга (мозга матери и мозга плода). Этого можно достичь за счет повышения порога ответа (т. е. отсрочки возникновения чувствительности) за счет секреции плацентарного фактора роста, который препятствует взаимодействию между субстратом инсулинового рецептора (IRS) и PI3K, что является сутью так называемой гипотезы регулируемого порога . инсулинорезистентности. [44]
Было высказано предположение, что резистентность к инсулину является реакцией на избыточное питание супероксиддисмутазой в митохондриях клеток , которая действует как механизм антиоксидантной защиты. Эта связь, по-видимому, существует при различных причинах резистентности к инсулину. Он также основан на открытии, что резистентность к инсулину можно быстро обратить вспять, подвергая клетки воздействию митохондриальных разобщителей, ингибиторов цепи переноса электронов или миметиков митохондриальной супероксиддисмутазы . [48]
Уровень инсулина в сыворотке натощак выше 29 микроМЕ/мл или 174 пмоль/л указывает на резистентность к инсулину. [49] [ не удалось проверить ] Те же уровни применяются через три часа после последнего приема пищи.
Во время теста на толерантность к глюкозе (ГТТ), который может использоваться для диагностики сахарного диабета, пациент натощак принимает пероральную дозу глюкозы в размере 75 граммов. Затем в течение следующих двух часов измеряют 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 (140–197 мг/дл) считается нарушением толерантности к глюкозе (НТГ). гликемия, превышающая или равная 11,1 ммоль/л (200 мг/дл), считается сахарным диабетом .
Пероральный тест на толерантность к глюкозе (ОГТТ) может быть нормальным или слегка отклоняться от нормы при простой инсулинорезистентности. Часто при ранних измерениях наблюдается повышенный уровень глюкозы, что отражает потерю постпрандиального пика (после еды) выработки инсулина. Продление тестирования (еще на несколько часов) может выявить гипогликемический «провал», который является результатом превышения выработки инсулина после отсутствия физиологического постпрандиального инсулинового ответа. [ нужна цитата ]
Золотым стандартом исследования и количественной оценки инсулинорезистентности является «гиперинсулинемический эугликемический клэмп», названный так потому, что он измеряет количество глюкозы , необходимое для компенсации повышенного уровня инсулина , не вызывая гипогликемии . [50] Это разновидность метода клэмп-теста глюкозы . Тест редко проводится в клинической практике, но используется в медицинских исследованиях, например, для оценки воздействия различных лекарств. Скорость инфузии глюкозы обычно называют в литературе по диабету значением GINF. [51]
Процедура занимает около двух часов. Через периферическую вену вводят инсулин из расчета 10–120 мЕд на м 2 в минуту . Чтобы компенсировать инфузию инсулина , вводят 20% глюкозу для поддержания уровня сахара в крови от 5 до 5,5 ммоль/л. Скорость инфузии глюкозы определяют путем проверки уровня сахара в крови каждые пять-десять минут. [51]
Скорость введения глюкозы в течение последних тридцати минут теста определяет чувствительность к инсулину. Если требуются высокие уровни (7,5 мг/мин или выше), пациент чувствителен к инсулину. Очень низкие уровни (4,0 мг/мин или ниже) указывают на то, что организм устойчив к действию инсулина. Уровни между 4,0 и 7,5 мг/мин не являются окончательными и предполагают «нарушенную толерантность к глюкозе», ранний признак резистентности к инсулину. [51]
Этот базовый метод может быть значительно улучшен за счет использования индикаторов глюкозы. Глюкоза может быть помечена как стабильными, так и радиоактивными атомами. Обычно используемыми индикаторами являются 3-3 H -глюкоза (радиоактивная), 6,6 2 H-глюкоза (стабильная) и 1- 13 C-глюкоза (стабильная). До начала гиперинсулинемического периода 3-часовая инфузия индикатора позволяет определить базальную скорость продукции глюкозы. Во время клэмп-теста концентрации индикаторов в плазме позволяют рассчитать стимулируемый инсулином метаболизм глюкозы во всем организме, а также выработку глюкозы организмом (т. е. выработку эндогенной глюкозы). [51]
Еще одним показателем резистентности к инсулину является модифицированный тест на подавление инсулина, разработанный Джеральдом Ривеном в Стэнфордском университете. Тест хорошо коррелирует с эугликемическим клэмп-тестом с меньшей ошибкой, зависящей от оператора. Этот тест использовался для продвижения большого количества исследований, касающихся метаболического синдрома. [51]
Пациенты сначала получают 25 мкг октреотида (сандостатина) в 5 мл физиологического раствора в течение 3–5 минут посредством внутривенной инфузии (ВВ) в качестве начального болюса, а затем непрерывно вводят внутривенную инфузию соматостатина ( 0,27 мкг/м 2 ) . /мин) для подавления секреции эндогенного инсулина и глюкозы. Далее вводят инсулин и 20% раствор глюкозы со скоростью 32 и 267 мг/м 2 /мин соответственно. Уровень глюкозы в крови проверяют через 0, 30, 60, 90 и 120 минут, а затем каждые 10 минут в течение последних получаса теста. Эти последние четыре значения усредняются для определения равновесного уровня глюкозы в плазме (SSPG). Субъекты с SSPG более 150 мг/дл считаются инсулинорезистентными. [51]
Учитывая сложную природу метода «зажима» (и потенциальную опасность гипогликемии у некоторых пациентов), были найдены альтернативы, упрощающие измерение резистентности к инсулину. Первым была оценка гомеостатической модели (HOMA) [52] , а более поздние методы включают количественный индекс проверки чувствительности к инсулину (QUICKI) [53] и SPINA-GR , показатель чувствительности к инсулину. [54] Все эти рассчитанные маркеры используют уровни инсулина и глюкозы натощак для расчета инсулинорезистентности, и все они разумно коррелируют с результатами клэмп-исследований.
Поддержание здорового веса тела и физическая активность могут помочь снизить риск развития резистентности к инсулину. [1]
Основным лечением инсулинорезистентности являются физические упражнения и снижение веса . [55] 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 при резистентности к инсулину. [56]
Программа профилактики диабета (DPP) показала, что физические упражнения и диета почти в два раза эффективнее метформина в снижении риска развития диабета 2 типа. [57] Тем не менее, участники исследования DPP восстановили около 40% веса, который они потеряли в конце 2,8 года, что привело к одинаковой частоте развития диабета как в группе изменения образа жизни, так и в контрольной группе исследования. [58] Согласно эпидемиологическим исследованиям, более высокий уровень физической активности (более 90 минут в день) снижает риск развития диабета на 28%. [59]
Кроме того, в целом считается, что физические тренировки являются эффективным антагонистом резистентности к инсулину у детей и подростков (в возрасте до 19 лет), страдающих ожирением или избыточным весом. [60] Согласно систематическому обзору и метаанализу 2016 года, проведенному Марсоном и др., аэробные упражнения связаны со снижением уровня инсулина натощак; однако упражнения с отягощениями и комбинированные упражнения - нет. [60] Авторы предостерегают от принижения важности силовых и комбинированных упражнений, поскольку этот тип тренировок, как правило, менее изучен, чем аэробные тренировки. [60] В целом, физические тренировки можно использовать как у подростков, так и у взрослых, чтобы предотвратить прогрессирование резистентности к инсулину и возможные метаболические и сердечно-сосудистые заболевания в будущем.
Было показано, что резистентный крахмал из кукурузы с высоким содержанием амилозы, амиломаиз , снижает резистентность к инсулину у здоровых людей, у людей с резистентностью к инсулину и у людей с диабетом 2 типа. [61]
Некоторые типы полиненасыщенных жирных кислот ( омега-3 ) могут замедлять прогрессирование резистентности к инсулину в диабет 2 типа, [62] [63] [64] однако жирные кислоты омега-3, по-видимому, обладают ограниченной способностью обращать вспять резистентность к инсулину, и они перестают быть эффективными после установления диабета 2 типа. [65]
Концепция о том, что резистентность к инсулину может быть основной причиной сахарного диабета 2 типа, была впервые выдвинута профессором Вильгельмом Фальтой и опубликована в Вене в 1931 году [66] и подтверждена сэром Гарольдом Персивалем Химсвортом из Медицинского центра больницы Университетского колледжа в Лондоне. в 1936 году; [67] однако диабет 2 типа не возникает, если одновременно не наблюдается нарушение компенсаторной секреции инсулина. [68]
Некоторые ученые заходят так далеко, что утверждают, что ни резистентность к инсулину, ни ожирение на самом деле не являются метаболическими нарушениями сами по себе , а просто адаптивными реакциями на устойчивый избыток калорий, призванными защитить органы тела от липотоксичности (небезопасных уровней липидов в кровотоке и тканях): «Поэтому 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, оно Было высказано предположение, что исключение глюкозы из нагруженных липидами клеток является компенсаторной защитой от дальнейшего накопления липогенного субстрата». [69]
Другие преобладающие идеи о том, что резистентность к инсулину может быть эволюционной адаптацией, включают гипотезу бережливого гена . Эта гипотеза поднимает вопрос о том, что если существует генетический компонент резистентности к инсулину и диабета 2 типа, то против этих фенотипов следует отбирать. [70] Тем не менее, наблюдается увеличение средней резистентности к инсулину как среди людей с нормогликемией, так и среди людей с диабетом. [71]
Дж. В. Нил постулирует, что первоначально во времена усиления голода у предков древних людей гены, обеспечивающие механизм увеличения запасов глюкозы, были бы выгодны. Однако в современных условиях это не так. [70]
Данные противоречат Нилу в исследованиях индейцев пима, которые показывают, что люди с более высокой чувствительностью к инсулину, как правило, весят больше всего, и, наоборот, люди с резистентностью к инсулину, как правило, весят в среднем меньше в этой демографической группе. [72]
Современные гипотезы предполагают, что метаболизм инсулина представляет собой социально-экологическую адаптацию, при этом инсулин является средством дифференцирования распределения энергии между различными компонентами тела, а чувствительность к инсулину — адаптацией, позволяющей манипулировать тем, куда направляется энергия. Гипотеза поведенческого переключения утверждает, что резистентность к инсулину приводит к двум методам изменения репродуктивных стратегий и поведенческим методам. Эти две стратегии сформулированы как «от r до K» и от «солдата к дипломату». Стратегия r to K предполагает доставку инсулина к плоду через плаценту. Это продемонстрировало увеличение веса плода, но не матери, что указывает на метод увеличения родительских инвестиций (стратегия К). В «солдате-дипломате» нечувствительность скелетных мышц к инсулину может перенаправить глюкозу в мозг, которому не нужны рецепторы инсулина. Это показало увеличение когнитивного развития в различных исследованиях. [73]