zurück zu Kapitel 1a
- 1. Insulin mit seinen verschiedenen Wirkungen
- 2. Wirkung auf den Glucosestoffwechsel in der Leber
- 3. Wirkungen auf den Glucosestoffwechsel der quergestr. Skeletmuskulatur
- 4. Wirkungen auf den Glucosestoffwechsel von Nervenzellen
- 5. Wirkungen auf den Proteinstoffwechsel
- 6. Wirkungen auf den Fettstoffwechsel
- 7. Diabetes mellitus
- 8. Glucosetoleranztest
- 9. Parakrine Wirkung des Insulins; Glucagon
- 10. Stimulus für die Insulinausschüttung
- 11. Zwischenfragen
1. Insulin mit seinen verschiedenen Wirkungen
Insulin aus den B-Zellen gehört neben Glucagon aus den A-Zellen und Somatostatin aus den D-Zellen zu den Hormonen der Langerhans’schen Inseln des Pankreas, welche h.s. für die Regulation des Blutglucosespiegels verantwortlich sind. Insulin hat eine Halbwertszeit von ca. 20 min und wird in der Leber und in der Niere abgebaut.
Insulin besteht aus zwei Peptidketten, die durch Disulfidbrücken verbunden sind (Insulin 51 AS, Proinsulin 84 AS; Heraustrennung der C-Kette, sodaß die Ketten A und B zurückbleiben). Insulin ist das Speicherhormon schlechthin. Es sorgt nach Nahrungsaufnahme für die Speicherung von Glucose als Glykogen, von AS als Protein und von Fettsäuren als Triglyceride. Eine der wichtigsten Wirkungen ist bekanntlich die Regulierung des Blutglucosespiegels, der normalerweise zwischen 0,8 und 1g pro l liegt.
Postprandial steigt die Konzentration der Blutglucose (BGK) an, wodurch die Insulinausschüttung angeregt wird.
Insulin senkt die BGK, indem es eine verstärkte Aufnahme von Glucose in fast alle Zellen des Körpers fördert.
Insulin kann als Peptidhormon die Zellmembran nicht passieren und wirkt intracellulär vermutlich über einen second messenger. Es handelt sich dabei nicht um c-AMP, sondern es kommen eher kleine Peptide als second messenger in Frage. Durch diese werden die c-AMP abhängigen Proteinkinasen gehemmt, wodurch sich der Antagonismus zum Glucagon erklärt. Sie stimulieren die mitochondrale Pyruvat-Dehydrogenase (Emden-Meyerhof-Abbau für Glucose). Die Wirkung auf den Glucosestoffwechsel ist in den Organen Leber, Muskel und Nervenzellen verschieden.
2. Wirkung auf den Glucosestoffwechsel in der Leber
In die glucosespeichernden Leberzellen kann Glucose frei diffundieren, bei niedriger BGK auch in umgekehrter Rischtung. Unter Insulineinfluß wird in der Leber aus Glucose Glykogen aufgebaut, und damit die BGK gesenkt. Dies ist möglich durch die Aktivierung der Glucokinase, die die Phosphorylierung der Glucose in der Leber bewirkt, sodaß die Glucose nicht mehr ins Blut zurückdiffundieren kann. Auch die Glykogensynthetase und die Fructokinase werden durch Insulin aktiviert.
Weiters werden die Glykogenabbauenden Enzyme (Phosphorylasen) gehemmt. Durch das Insulin sinkt also die BGK wieder auf den Normalwert ab, wodurch die stärkste Reiz für die Insulinausschüttung wegfällt. Dadurch kann in den Stunden zwischen den Mahlzeiten Glykogen wieder in Glucose zurückverwandelt werden, und nach Dephosphorylierung ins Blut diffundieren.
Normalerweise werden ca. 60% der Glucose über diesen raschen Glykogenaufbau und -abbau in der Leber gespeichert, zwischengelagert und wieder zur Verfügung gestellt.
3. Wirkungen auf den Glucosestoffwechsel der quergestreiften Skeletmuskulatur
Bei niedrigem Insulinspiegel deckt die Muskelfaser ihren Energiebedarf normalerweise aus dem Fettstoffwechsel und das Sarkollemm ist für Glucose impermeabel.
Insulin erhöhet die Permeabilität der Muskelzellen bzw. -fasern für Glucose.
Der arbeitende Muskel ist aber auch insulinunabahängig permeabel für Glucose (lokal wirksame Metabolite). Die nichtaktive Muskulatur kann postprandial auch einen kleinen Teil der Glucose in Form von Glykogen speichern. Es spielt für die postprandiale Regulation der BGK aber eine untergeordnete Rolle, da die Glucose nicht ins Blut zurückdiffundieren kann und für Notfälle gespeichert wird. Die meisten übrigen Körperzellen reagieren ähnlich den Muskelzellen (Leber und Neurone sind natürlich Ausnahmen).
4. Wirkungen auf den Glucosestoffwechsel von Nervenzellen
Das ZNS deckt seinen Energiebedarf fast ausschließlich durch Glucose. Dieser Prozeß ist nicht direkt insulinabhängig. Ein Absinken der BGK auf etwa 0,5 bis 0,2g/l führt aber zum hypoglykämischen Schock mit Bewußtseinstrübung oder Koma.
5. Wirkungen auf den Proteinstoffwechsel
Die AS aus den Nahrungsproteinen werden unter Insulineinwirkung zur Neusynthese körpereigener Proteine verwendet. Insulin fördert, wie das Wachstumshormon, den aktiven Transport von AS in die Zellen, wobei bei Insulin aber andere AS betroffen sind.
Insulin und GH fördern postprandial die Proteinsyntehse.
Insulin wirkt sich aber auch auf die mittelfristege Proteinsynthese förderlich aus und hemmt darüber hinaus auch den Proteinkatabolismus. Daher ist Insulin insbesondere für das Wachstum der Kinder neben GH enorm wichtig.
6. Wirkungen auf den Fettstoffwechsel
Sind die Glykogenspeicher der Leber gefüllt, so wird die restliche Glucose in Fett umgewandelt. Diese Fettbildung in der Leber ist eine direkte Wirkung des Insulins. Die gebildeten Fettsäuren werden dann über das Blut – an Lipoproteine gebunden – zu den Adipocyten transportiert. Diese Lipoproteine sind für die Entstehung von Arteriosklerose und den resultierenden Risken (Infarkte, Embolien) bedeutsam.
Auch in den Adipocyten selbst, allerdings in geringerem Ausmaß, wird Glucose in Fett umgewandelt.
Insulin bewirkt in den Fettzellen (Adipocyten) auch eine Bereitstellung von Glycerin, welches für den Aufbau der Speichferform (Triglyceride) notwendig ist. Bei niedrigen Insulinspiegel laufen umgekehrte Reaktionen ab, wobei eine Lipase, die durch Insulin gehemmt wird, eine besondere Rolle spielt.
Bei niedrigem Insulinspiegel ist diese Lipase aktiv und freie Fettsäuren (fFS) werden zur Deckung des Energiebedarfes ins Blut abgegeben. Teilweise können die fFS wieder von der Leber aufgenommen werden. Bei niedriger Insulinkonzentration können daraus (nur in der Leber) erneut Triglyceride aufgebaut werden. Dies ist der Grund dafür, daß Patienten mit Insulinmangel (Diabetes mellitus) zwar abmagern können, aber trotzdem eine Fettleber entwickeln.
7. Diabetes mellitus
Insulinmangel führt zu Diabetes mellitus, wobei die BGK derart ansteigt (> 2g/l), daß sogar im Harn Glucose ausgeschieden wird (daher mellitus von mel = Honig; süß schmeckend). Unter Insulinmangel wird zusätzlich die Lipolyse stimuliert, was zur Ketonkörperbildung führt.
Aus überschüssigem Acetyl-CoA (aktivierte Essigsäure), welches in der Leber aus fFS gebildet wird entsteht die Acet-Essigsäure, die ins Blut abgegeben wird. Bei erhöhtem Insulinspiegel kann diese peripher wieder in Acetyl-CoA umgewandelt werden und als Energiequelle dienen. Ohne Insulin kann die Acet-Essigsäure aber nicht in Acetyl-CoA zurückgewandelt werden, sondern es entsteht daraus b-Hydroxybuttersäure und Aceton. Diese drei Ketonkörper findet man daher bei einer Ketose, bzw. bei diabetischen Koma im Blut – metabolische Acidose. Auch in der Expirationsluft ist der Acetongeruch bemerkbar.
Bei zu hohem Insulinspiegel (Application, Inselzelltumor) sinkt die BGK derart ab, daß das ZNS nicht mehr ausreichend versorgt werden kann. Es kommt zum hypoglykämischen Schock. Sowohl das diabetische Koma, als auch der hypoglykämische Schock können letale Folgen haben, wenn nicht rechtzeitig Glucose bzw. Insulin verabreicht wird.
8. Glucosetoleranztest
Es wird Glucose verabreicht, wodurch die BGK ca. 1 h lang ansteigt (z.B. bis auf 2g/l). Der Insulinspiegel wird daher normalerweise ebenfalls ansteigen, wodurch nach etwa 1 h die BGK wieder zu sinken beginnt. Nach ca. 3 h soll der Normalwert wieder erreicht sein. Bei Insulinmangel ist dies nicht der Fall.
9. Parakrine Wirkung des Insulins; Glucagon
Insulin wirkt sich hemmend auf die A-Zellen der Inselorgane, welche für Glucagonproduktion veranwortlich sind, aus.
Die Glucagonsekretion wird aber h.s. durch hypoglykämische Zustände ausgelöst.
Glucagon sorgt für den Abbau von Glykogen und für Glucosebereitstellung. Zu den insulinantagonistischen Wirkungen des Glucagons siehe auch unter “Kohlenhydratstoffwechsel”.18.10 Somatostatin
Für die D-Zellen, welche Somatostatin bilden, wirkt ein hoher AS-Spiegel sowie ein hoher fFS-Spiegel als Sekretionsreiz. Somatostatin wirkt gegenregulierend auf ev. überschießende Insulinsekretion bei hyperglykämischen Stoffwechsellagen.
Somatostatin hemmt einerseits die Glucagonsekretion und adererseits auch die Insulinsekretion, es stimuliert die Abbau von Leberglykogen und wirkt sich stabilisierend auf die BGK aus, indem es generell die Verdauungsaktivität vermindert.
10. Stimulus für die Insulinausschüttung
Der stärkste Reiz ist, wie erwähnt, eine hohe BGK. B-Zellen werden aber auch, allerdings nicht so stark, durch fFS und AS sowie durch gastrointestinale Peptidhormone und durch parasympathische Innervation stimuliert. Unter Ruhebedingungen kann daher die Nahrung bei vorherrschendem Parasympathicus-Einfluß verdaut werden. In Streßsituationen wird die Insulinausschüttung hingegen über Catecholamine gehemmt und Glucose wird bereitgestellt.
11. Zwischenfragen
- Wodurch wird im Zusammenhang mit Insulin c-AMP gehemmt?
- Wie decken Neurone ihren Energiebedarf?
- Welche Substanzen werden allgemein als Energiequellen benutzt?
- Wie wirkt sich Insulin auf die Lipolyse aus?
- Was bewirkt Insulinmangel?
- Was sind die Folgen einer Hyperglykämie?
- Können sie Insulin und Arteriosklerose in einem Zusammenhang bringen?
- Welche Entstehungsmöglichkeiten für eine Acidose kennen Sie?
- Wie wirkt sich Insulin auf die Zellpermeabilität aus?
- Ist die Lipase hormonsensitiv?
- Welche Wirkung zeigt Insulin im Proteinstoffwechsel?
Weblinks:
Bildquelle: Insulin (Wikipedia)
Kleines Hormon mit großer Wirkung
Insulin
Insulin
Schlank im Schlaf – Insulin Trennkost Diät nach Dr. Pape
