Dr. Juan Ignacio Quinteros Barrientos
Dr. Antonio Arteaga Ll.
Octubre de 2001
 
INTRODUCCION

En 1921, Los fisiólogos canadienses Frederick G. Banting y Charles H. Best extrajeron por primera vez la insulina del tejido pancreático de los perros. En 1922, administraron 15 mL de insulina exógena a un paciente diabético 4 años (Leonard Thompson) y su glicemia disminuyó de 440 a 320 mg/dL.

Para 1923, el proceso de extracción ya había sido mejorado, y la insulina estaba comercialmente disponible en USA. Ese mismo año Banting y asociados de la Universidad de Toronto recibieron el Premio Nobel en Medicina o Fisiología.

Sin embargo, la insulina disponible tenía una duración de acción corta y requería frecuentemente otra administración a media noche. Esta necesidad llevó al desarrollo de preparaciones de insulina de acción prolongada. Así, la Insulina Protamina Zinc (PZI), se introdujo en los años treinta, la Protamina Neutra Hagedorn (NPH) se introdujo en los años cuarenta y la serie de insulinas lente en los años cincuenta.

En los años sesenta y setenta, la cromatografía llevó a la producción de insulinas purificadas. En los ochenta, la tecnología de ADN recombinante produjo comercialmente insulina humana, esta innovación ha llevado a la disponibilidad de insulinas mutantes (análogos de insulina), los cuales tienen mejoras en la farmacocinética de la insulina. Lo que permitiría tener un mejor control metabólico, con dietas menos estrictas y con menor riesgo de hipoglicemias con relación a las insulinas tradicionales. En julio 1996 la FDA aprobó el primer análogo de insulina la Lispro (Humalog)(1)(2)


SINTESIS Y SECRESION DE INSULINA

La insulina es una hormona peptídica que consiste en 51 aminoácidos que son sintetizados, modificados y secretados en las células pancreáticas beta. 

Se sintetiza como preproinsulina en los ribosomas del retículo endoplásmico rugoso. La preproinsulina entonces es clivada a pro insulina que se transporta al aparato de Golgi donde se empaqueta en gránulos secretores localizados cerca de la membrana de la célula. La mayoría de la pro insulina es clivada en cantidades equimolares de insulina y “péptido C" (péptido conector) en los gránulos secretorios (figura 1). Convirtiéndose así en dos cadenas polipeptídicas, una de 21 aminoácidos y otra de 30, unidas por dos puentes disulfuro. El proceso de secreción de insulina involucra la fusión de los gránulos secretores con la membrana de la célula y la exocitosis de insulina, péptido C y  trazas de pro insulina.  

La secreción de insulina basal (no estimulada) es pulsátil, con una periodicidad de 9 a 14 minutos. La pérdida de secreción del pulsátil es una de las primeras señales de trastorno de células beta  en pacientes con DM 1(3)(4).

Figura 1: Procesamiento de la insulina en la célula beta pancreática (Ref. 3)
 
 FARMACOCINETICA DE LA INSULINA
 
La secresión de insulina puede ser dividida en dos componentes. El nivel basal de insulina se secreta entre comidas, durante la noche o el ayuno a 0,5-1 U/h.  Este bajo nivel de insulina limita pero no elimina la producción hepática de glucosa, que es necesaria para el metabolismo cerebral (concentraciones de 5-15 microunidades/mililitro).  El segundo componente don los biveles mucho mayores de insulina postprandiales que alcanzan concentraciones de 60-80 microunidades/mililitro a los 30 minutos de la ingesta. Bajo condiciones normales, estos niveles se normalizan en 2-4 horas (fig 2) 


Figura 2: Perfiles de insulina y glucosa normales en 24 horas. (Ref. 5)
 

TERAPIAS CON INSULINA
 
En el mundo, el uso de insulinas se divide en 26% insulina soluble (cristalina), 35% basal (lenta) y 39% pre mezclada. Pero grandes variaciones se ven entre los países, probablemente por muchos factores, como costumbres de prescripción, disponibilidad, estilos de vida, etc.
 
Sin embargo, no se ha logrado el reemplazo de insulina en forma fisiológica ni niveles de glicemia cercanas a los normales. La administración de insulina cristalina con un bolo subcutáneo produce un perfil de insulina plasmático que es muy diferente a la respuesta prandial normal. Después de la inyección de insulina soluble, un retraso inicial es seguido por un aumento en la concentración de insulinemia con peaks a las 1–2 h y vuelta a las concentraciones básales dentro de 6–8 h. Esta tendencia contrasta con la rápido y corta secreción de insulina prandial en sujetos sin diabetes (figura 2). Mayores diferencias ocurren debido a las variaciones en la absorción subcutánea de insulina soluble entre individuos, y en el mismo individuo en distintas situaciones. Los factores contribuyentes incluyen la dosis y concentración de la insulina, sitio y profundidad de inyección, y flujo sanguíneo.
 
Ya que la absorción subcutánea puede ser aumentada al reducir la tendencia de las moléculas de insulina a asociarse entre sí, el uso de análogos de insulina con menor auto-asociación podría reproducir mejor la respuesta prandial rápida y de corta duración vista normalmente. Proteínas recombinantes se han usado para producir análogos de insulina que incorporan modificaciones aminoacídicas que fueron diseñadas para retardar la auto-asociación mediante repulsión de cargas, reemplazo de sitios que se unen a metal y la manipulación estérica en el término de la cadena para disminuir contactos e interacciones entre los monómeros de insulina5
 
Medidas que se hacen necesarias, toda vez que a pesar de los múltiples avances, aún no se logra un buen control glicémico en la mayoría de los pacientes con diabetes, y se ha demostrado en múltiples trabajos, como la euglicemia previene o retrasa la microangiopatía que afecta a estos pacientes(6)(7)
 
De esta manera, conceptualmente existen al menos tres formas distintas de alcanzar la euglicemia:

La primera técnica aún pertenece al ámbito del futuro y de la ciencia-ficción, aunque existen grupos trabajando en ellos... Del segundo diremos que actualmente existen dos regímenes de administración, el convencional que implica hasta 2 inyecciones diarias y el intensivo que puede constar de más de 2 inyecciones diarias o infusión continua mediante una bomba de infusión4. Si bien se acepta que el régimen intensivo logra niveles de Hba1c menores, en el estudio DCCT, sólo <5% de los pacientes lograron niveles normales, teniendo este grupo 3 veces mayor incidencia de hipoglicemias severas7 (Figura 3). Esto último se explica, al menos en parte por la farmacocinética de la insulina regular como ya lo hemos explicado, ya que los análogos con menor afinidad para asociarse entre sí serían más parecidos a liberación fisiológica de insulina con un inicio de acción precoz y menor duración del efecto (Figura 4)(8) La Figura 5 muestra, a modo de ejemplo, los tiempos de inicio y duración de distintas formas de insulina.


Figura 3: Valores de Hemoglobina Glicosilada y de Glicemia en Pacientes con DMIR Recibiendo Terapia Intensiva o Convencional. Esquema A: medianas de valores de hemoglobina glicosilada. Las diferencias entre los tratamientos eran estadísticamente significativas (P <0.001) desde tres meses hasta el final del estudio. Esquema B: muestra las medianas de los valores trimestrales de glicemias capilares en periodo de  24 h en cada paciente, con los percentiles 25 indicados por las líneas verticales. Las diferencias entre los tratamientos eran estadísticamente significativas (P <0.001) para cada una de las mediciones. (Ref.  7)



Figura 4: Difusión de la insulina según asociación. A menor capacidad afinidad para asociarse entre sí, mayor di fusibilidad y por lo tanto inicio de acción precoz y menor duración del efecto. (ref.  6)
 
 Figura 5: Comienzo y Duración de Acción de varios tipos de Insulina. Insulin isophane= NPH; HOE 901= Insulina Glargina. (Ref 6)


 ANALOGOS DE LA INSULINA
 
Sin embargo, los factores de seguridad tienen gran importancia, ya que por ejemplo, el análogo de acción rápida AspB10 tiene efecto carcinogénico mediante afinidad al receptor del factor de crecimiento insulinosimil I. Produciendo adenocarcinomas mamarios en ratas Sprague-Dawley en forma dosis dependiente. Los estudios clínicos con este compuesto se interrumpieron5,4.
 
Insulina Lispro
 
El primero de estos análogo disponible fue la insulina lispro que fue aceptada para el uso clínico en Europa en abril de 1996 y en los Estados Unidos en junio de 1996. En la insulina lispro la secuencia natural de prolina en posición B28 y lisina en posición B29 se invierte (Fig. 6). Esta inversión lleva a un cambio conformacional en el extremo del C-terminal de la cadena B que estéricamente impide a los monómeros de insulina formar dímeros. De esta forma, la constante de asociación está reducida por un factor de 300 comparada con la insulina regular.

Figura 6: La secuencia aminoacídica de la Insulina Lispro comparada a la Insulina Humana.
 
La inversión en la secuencia de prolina y lisina no afecta el dominio que se une al receptor de insulina. La afinidad de la insulina lispro para el receptor de insulina es similar al de la insulina regular y su afinidad para el receptor del factor de crecimiento insulinosímil es aproximadamente 1 1/2 veces el de la insulina regular, pero sólo el 0.1 % de la afinidad del propio factor de crecimiento. De acuerdo con, en Vitro, se estimula crecimiento de la célula a la misma magnitud por insulina regular y lispro de insulina. Los estudios en cerdos indicaron que inyectada en forma subcutánea se absorbía más rápidamente en la circulación que la insulina regular (90 % de absorción en 100 minutos, comparado a 150 minutos para insulina regular). En un estudio de clampeado euglucémico en sujetos normales, el peak sérico en la concentración de insulina fue significativamente más alta (116 vs. 51 mU/ml) y más precoz (42 vs. 101 minutos) después de la administración subcutánea de insulina lispro que de insulina regular (Fig. 7)  La potencia hipoglicemiante total es equivalente al de la insulina regular, al igual que el clearance sistémico. La duración de acción de insulina lispro (aproximadamente tres horas) es más corto que el de insulina regular (aproximadamente cinco horas). Por otra parte, al igual que para la insulina regular, muchos factores influyen en la absorción, sin embargo, estos son menos pronunciados. Además, el tiempo requerido para alcanzar el peak de concentración es independiente de la dosis, cosa que no ocurre con la insulina regular.

Como resultado de su inicio de acción más rápido, la insulina lispro debe inyectarse inmediatamente antes de una comida, mientras que la insulina regular debe inyectarse por lo menos media hora antes de una comida. Los resultados de estudios randomizados que comparan insulina lispro con insulina regular se muestran en la Tabla 1. En estos estudios las alzas de glicemia relacionadas a comida fueron de 20 a 72 mg/dl menores en los pacientes   usuarios de insulina lispro. Sin embargo, las glicemias de ayuno y pre-prandiales tendían a ser más altas durante el tratamiento con insulina lispro. Esto puede ser explicado por las bajas  concentraciones de insulina como resultado de la duración de acción demasiado corta  de las insulinas basales (Ej. NPH). Limitación que fue enmascarada por la larga  duración de la insulina regular. Por esta misma razón, los valores de hemoglobina glicosilada no disminuyeron durante la terapia con insulina lispro. De esta forma, mezclar insulina lispro con cantidades pequeñas de insulina NPH mejora el perfil glicémico global. El aumento de peso durante la intensificación de tratamiento no es mayor para la insulina lispro que para la insulina regular. En pacientes con DMID, la frecuencia de hipoglicemia  es menor durante el tratamiento con  insulina lispro que durante el tratamiento con insulina regular  (Tabla 1). En el mayor estudio hubo una disminución del 12% en el número total de episodios de hipoglicemia. 



Tabla 1: Estudios que comparan Insulina Lispro con Insulina Regular.
Pocos estudios han evaluado a la insulina lispro con otros  regímenes de insulina. Los resultados iniciales en pacientes tratados con infusión subcutánea continua son alentadores. En un estudio con 30 pacientes con DMID, la hemoglobina glicosilada fue menor (7.7% vs. 8.0%, P=0.004)  para insulina lispro y la frecuencia de hipoglicemia fue similar para los dos tratamientos. Asimismo las glicemias de ayuno eran más bajas con insulina lispro, subrayado la importancia de mantener la insulina basal del suero normal.

A pesar de todo lo expuesto, no podemos olvidar que un control metabólico adecuado es consecuencia de múltiples factores, como la educación, motivación, etc. Entonces, sólo los análogos de insulina difícilmente tendrán un rol principal en mantener la euglicemia. Por ejemplo, pacientes con Hba1c elevada no se beneficiarían ya que rara vez hacen hipoglicemia y como hemos visto la insulina lispro no baja a la Hba1c. De esta forma, el mayor beneficio lo obtendrían por ejemplo DM 1, con Hba1c  baja y alto riesgo de hipoglicemia.


SUPLEMENTACION BASAL DE INSULINA
Insulina Glargina

Porque las primeras  insulinas disponibles requerían múltiples inyecciones diarias, los investigadores intentaron extender su acción retardando la absorción en el tejido subcutáneo. Sin embargo, las Insulinas NPH y Ultralenta humanas no logran dar una basal útil de 24 hrs (por lo menos un 20% de los pacientes con DMID requieren doble dosis). Además, el uso de análogos de acción rápida resultan en mayores glicemias nocturnas y preprandiales como ya se ha explicado. Pero al dar insulina continua subcutánea, la Hba1c  bajó. Todo esto apoya la necesidad de insulinas basales efectivas.

De esta forma se descubrió que aumentar el punto isoeléctrico de la insulina de 5,4 hacia la neutralidad causando así precipitación en el sitio de inyección, retrasa la absorción y prolonga el efecto. Basado en este concepto, se creó un análogo di-arginil, la insulina glargina, que tiene una absorción mucho más lenta y reproducible que la insulina NPH. Lo que resulta en un inicio de acción dilatado y efecto prolongado (Figura 7).
 
 Figura 7: Características de acción en el tiempo de diversos tipos de insulina

Al comparar insulina glargina con NPH en estudios con clampeo isoglicémico se demostró que un bolo subcutáneo de NPH (0,3 U/Kg) produce un peak claro a las 3-6 h, para volver a niveles basales a las16 h. Mientras que la insulina glargina tiene un plateau a concentraciones 2-3 veces menores en 6-8 h y permanece constatnte por 24 h. Otro estudio demostró que una inyección diaria es comparable a 4 con NPH. Nuevamente, en 4 estudios multicéntricos se comparó insulina glargina con NPH, y todos demostraron menores glicemias de ayuno, menor variabilidad en glicemias, menor incidencia de hipoglicemias (especialmente nocturnas) y menores valores de  HbA1c(5).

¿Insulinas para DM 2?

El estudio DCCT (The Diabetes Control And Complications Trial ), fue un gran estudio con 1.441 pacientes con DM 1 seguidos por un promedio de 6,5 años  (>9300 pacientes / año)7. Demostró que la terapia intensiva retrasa la aparición y desarrollo de retinopatía, nefropatía y neuropatía en DM 1 (figura 8). Porque es probable que la hipótesis del daño de la hiperglicemia se aplique a pacientes con DM 1 y DM 2 es razonable extrapolar estos hallazgos a la población con DM 2. Además, varios trabajos de menor calidad apoyan fuertemente estas conclusiones. Más aún, el estudio DCCT demostró una tendencia favorable para eventos macrovasculares.

Sin embargo, existen muchas razones para ser cuidadosos, ya que la DM 2 es un trastorno muy heterogéneo y la normoglicemia puede ser alcanzada con dieta, ejercicio e hipoglicemiantes orales sin necesidad de terapia insulínica intensiva, que produce un aumento del doble o triple en hipoglicemias severas y aumenta en 33% riesgo de obesidad.

Además existe preocupación por los efectos que el hiperinsulinismo, y el aumento de peso pueden tener en estos pacientes. Además para estos pacientes los eventos macrovasculares son mucho más prevalentes que los microvasculares, de manera que una terapia que sólo retrase los efectos en la microvasculatura puede ser insuficiente. Y se debe hacer énfasis en reducir a los factores de riesgo cardiovasculares en general(9)



Figura 8: Disminución de riesgos relativos en complicaciones microangiopáticas como consecuencia del control glicémico intensivo, según el estudio DCCT (Ref. 7)
 

BIBLIOGRAFIA

1. WHITE JR, CAMPBELL RKE, HIRSCH I.  Insulin analogues: New agents for improving glycemic control. Postgrad Med 1977; 101: 58-74. (85-102)

2. SKYLER J, HIRSCH I. Diabetes Mellitus. En Noble: Textbook of Primary Care Medicine. Ed por Noble J, Greene H, Levinson W, 2001:821-1272.

3. MCCULLOCH D. Insulin secretion and pancreatic beta cell function. En: UpToDate, Ed por Rose, BD, UpToDate, Wellesley, MA, 2000.

3. LEE WL, ZINMAN B. From insulin to insulin analogs: progress in the treatment of type 1 diabetes. Diab Rev 1998; 6: 73-88.
4. OWENS D, ZINMAN B, BOLLI G. Insulins today and beyond. Lancet 2001; 358: 739-46.

5. HOLLEMAN F, HOEKSTRA J. Insulin Lispro. N Engl J Med 1997; 337: 176-83.

6. THE DIABETES CONTROL AND COMPLICATIONS TRIAL RESEARCH GROUP. The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications in insulin dependent diabetes mellitus. N Engl J Med 1993; 329: 977-86.

7. UK PROSPECTIVE DIABETES STUDY (UKPDS) GROUP. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet 1998; 352: 837-853.

8. COOPER D, DEANGELIS C. Diabetes Mellitus- A Call for Papers. JAMA 2001; 286: 968-67.

9. COLWELL J. DCCT Findings: Applicability and implications for NIDDM. Diab Rev 1994; 2: 277-291.