Woher kommt das Insulin ?
Beim Stoffwechselgesunden wird das Hormon Insulin von den Langerhans-Zellen der Bauchspeicheldrüse hergestellt.
Bei der Synthese dieses Hormons werden verschiedene Aminosäuren in einer fest vorgegebenen Reihenfolge zu einer Aminosäurekette aneinandergefügt. Letztendlich entsteht auf diesem Weg ein komplexes Eiweißgebilde, welches aus 51 Aminosäuren, der A-Kette mit 21 und der B-Kette mit 30 Aminosäuren, aufgebaut ist. Kommt es infolge des Diabetes mellitus dazu, dass Insulin durch Injektion ersetzt werden muss, gibt es im Labor gewonnene biosynthetisch hergestellte Insuline, welche das fehlende körpereigene Hormon ersetzen.
In den Anfängen der Insulintherapie wurde Insulin aus den Bauchspeicheldrüsen von Rindern und Schweinen gewonnen. Bei diesen sogenannten tierischen Insulinen unterscheidet sich die Aminosäurekette bei Rinderinsulin an zwei Stellen und bei Schweineinsulin an einer Position von menschlichem Insulin.
Tierische Insuline werden in Deutschland nicht mehr hergestellt.
Insulin ist eine konzentrierte Lösung
Insuline sind in Deutschland in unterschiedlichen Konzentrationen erhältlich.
Die Konzentration der für die Insulinpens hergestellten 3 ml Penpatronen beträgt 100 Insulineinheiten pro ml Lösung (U-100 Insulin). Das bedeutet, dass in einer Penpatrone mit 3 ml Insulinlösung insgesamt 300 Einheiten Insulin enthalten sind. U40-Insulin wird nur noch in wenigen Ländern verwendet. Das Insulin in den Reservoirs der Insulinpumpen ist ebenfalls ein U-100-Insulin.
Zusätzlich werden der Insulinlösung bei der Herstellung noch andere Substanzen beigemengt. Hierbei handelt es sich um verschiedene Konservierungsstoffe und desinfizierende Substanzen, wie z. B. Phenol oder Cresol. Diese sind auch verantwortlich für den typischen Geruch des Insulins. Den sogenannten Verzögerungsinsulinen werden Verzögerungsstoffe zugesetzt, welche die Geschwindigkeit der Insulinwirkung verlangsamen. Alle verwendeten Substanzen sind in der zugesetzten Menge gesundheitlich unbedenklich. Nur in Ausnahmefällen gibt es Patienten, die auf diese Stoffe allergisch reagieren. Das Verzögerungsinsulin Lantus ist ein analoges Insulin und wirkt aufgrund der Veränderung in der Molekülstruktur verzögert.
Normalinsulin contra Turboinsulin?
Die Geschwindigkeit, in welcher das gespritzte Insulin aus dem Unterhautfettgewebe in den Blutkreislauf aufgenommen wird, ist u. a. abhängig von der verwendeten Insulinart. Prinzipiell gibt es nur zwei Insulinpräparationen, kurzwirksame und langwirksame Insuline sowie Mischungen daraus.
Die kurzwirksamen Insuline sind unter verschiedenen Synonymen bekannt und werden eingesetzt, um die schnelle Insulinantwort des Stoffwechselgesunden, z. B. nach Nahrungsaufnahme zu imitieren. Am häufigsten werden sie als "Normalinsulin" bezeichnet, früher wurde oft der Ausdruck "Altinsulin" verwendet. Der Wirkungseintritt dieser Insuline beginnt 10-30 min nach der Injektion, die maximale Wirkung tritt nach 120-150 min ein und die durchschnittliche Wirkungsdauer wird mit fünf bis acht Stunden angegeben. Einen weiteren entscheidenden Einfluss auf das Wirkungsprofil des Insulins hat die gespritzte Insulinmenge. Je höher die gespritzte Dosis ausfällt, desto stärker und länger wirkt das injizierte Insulin.
Nach der Injektion von Normalinsulin ins Unterhautfettgewebe kommt es zu einer Zusammenlagerung von jeweils sechs Insulinbausteinen = Hexamer (griechisch 6), der sogenannten Hexamerisierung. Diese 6er-Bausteine zerfallen dann wieder in Einzelbausteine und werden durch die Poren der Kapillarmembran in die Blutbahn aufgenommen. Aus der Zeit, die für diesen Prozess benötigt wird, ergibt sich der sogenannte Spritz-Ess-Abstand. An diesem Mechanismus setzt das Wirkprinzip einer neuen Generation von Normalinsulinen, den sogenannten Insulinanaloga, an. Bei den Insulinanaloga wurde der Aufbau der Aminosäurekette gentechnologisch insofern verändert, dass es zu keiner Zusammenlagerung bzw. Hexamerisierung der Insulinbausteine mehr kommen kann. Als Folge der Veränderung der Insulinstruktur werden die Analoginsuline deutlich rascher ins Blut aufgenommen. Damit entsprechen die messbaren Wirkprofile nach Injektion eher dem physiologischen Insulinwirkverlauf des Stoffwechselgesunden nach einer Mahlzeit, als dies bei den herkömmlichen Insulinen der Fall ist.
Im direkten Vergleich konnte gezeigt werden, dass diese Insuline sich durch einen schnelleren Wirkungseintritt, ein früheres Wirkmaximum sowie eine kürzere Wirkdauer hervortun. Konkret beginnt der Wirkungseintritt sofort nach der Injektion, die maximale Wirkung tritt nach 0,5 bis 1,5 h ein und die durchschnittliche Wirkdauer wird mit zwei bis fünf Stunden angegeben. Des weiteren ist die Abhängigkeit der Wirkdauer von der Insulindosis wesentlich geringer, als dies bei Normalinsulin der Fall ist. So kann bei hohen Insulindosen das Risiko von überlappenden Insulinwirkungen bei aufeinanderfolgenden Injektionen minimiert werden.
Bei der Verwendung dieser Insuline entfällt die Notwendigkeit eines Spritz-Ess-Abstandes. Aufgrund des kürzeren Wirkprofils können Zwischenmahlzeiten nicht bei der Insulininjektion zur Hauptmahlzeit mit eingeplant werden, sondern müssen immer direkt abgedeckt werden.
Verzögerungsinsulin - so langsam wie möglich
Um die basale Insulinsekretion des Stoffwechselgesunden zu ersetzen wurden Ende der 30er Jahre langwirksame Insuline entwickelt, welche umgangssprachlich als Verzögerungs- oder Basalinsuline bezeichnet werden.
Auch hier gibt es mittlerweile herkömmliche und Analoginsuline. Um eine verzögerte Absorption des gespritzten Insulins aus dem Unterhautfettgewebe zu erreichen, werden den herkömmlichen Insulinpräparationen bestimmte Substanzen bzw. Salze zugesetzt, die zu einer "Ausfällung" des Insulins führen. Bei dieser Ausfällung bilden sich schwer lösliche Komplexe, welche vor ihrer Aufnahme in den Blutkreislauf wieder aufgelöst werden müssen und dadurch eine längere Wirkdauer zur Folge haben.
Die heute am häufigsten verwendeten Verzögerungsinsuline sind NPH-Insuline, denen das Neutrale Protamin Hagedorn (NPH) zugesetzt wird. Bei längerwirkenden Insulinenpräparationen liegt das Insulin, mit Ausnahme der klargelösten Surfeninsuline, als Suspension vor und muss vor Gebrauch gründlich durchmischt werden.
Die Wirkung von NPH-Insulinen setzt bei subkutaner Gabe nach 30-60 min ein. Je nach injizierter Menge liegt das Wirkmaximum zwischen 4 und 8 h und die durchschnittliche Wirkdauer wird von den Herstellern mit 12-18 h angegeben. Die Erfahrung in der klinischen Praxis zeigt jedoch, dass die meisten Verzögerungsinsuline nach 8-12 h ihre Wirkung verlieren, so dass der Blutzuckeranstieg am Nachmittag, bei 2-maliger Basalinjektion, für viele Patienten problematisch ist. Ein weiterer Schwachpunkt herkömmlicher Verzögerungsinsuline ist die stark ausgeprägte Insulinwirkung 4-6 h nach Injektion. Dies kann insbesondere in der Nacht ein Problem darstellen, weil der maximale Wirkungspeak des Verzögerungsinsulins zwischen 2 und 4 Uhr zu einem Zeitpunkt eintritt, wenn die Zellen sehr insulinempfindlich sind. Als Folge des Zusammentreffens dieser Faktoren kann es zu einer erhöhten Unterzuckerungsneigung in der Nacht bei gleichzeitig hohen bzw. schwankenden Morgenwerten kommen.
Besonders schwierig bekommt man dieses Problem bei Patienten mit Morgendämmerungsphänomen (Dawn-Phänomen) in den Griff, die aufgrund ihrer Neigung zu einem starken Anstieg des Blutzuckerspiegels in den frühen Morgenstunden eine hohe Dosis von abendlichem NPH-Insulin benötigen. Von einem idealen Insulinpräparat zur Abdeckung des basalen Insulinbedarf wünscht man sich also ein möglichst flaches und gleichmäßiges Wirkprofil. Dafür sind die sogenannten Analoginsuline entwickelt worden. Diese wirken je nach Präparat zwischen 10 und 24 Stunden.