1
Podstata nádorové
transformace buněk aHomeostáza – principy regulace.
Poruchy transportu kyslíku -
hypoxie.
Oxidativní stres. Antioxidační
systém
2
Homeostáza
 Organismus je otevřený systém
 Výměna energie a informací s okolím stále narušují
stálost
 Organismus je mnohobuněčný systém
 Jednotlivé buňky vyžadují ke svému fungování stabilní
prostředí
 HOMEOSTÁZA – stálé vnitřní prostředí
 tzn. stálé složení ICT a ECT
3
Homeostatické principy regulace
 Stability vnitřního prostředí je dosaženo
regulací většiny důležitých parametrů
zpětnou vazbou
– Regulovaný systém
 Čidlo – předání informace efektorovému orgánu –
efekt
 Typy regulací
– Negativní zpětná vazba
– Pozitivní zpětná vazba
– Anticipační regulace
4
Principy regulace
 Negativní zpětná vazba
– Výchylka regulovaného parametru vyvolá reakci, která vrátí hodnotu
do původního stavu (inzulín, ADH, RAS..)
 Pozitivní zpětná vazba
– Malá výchylka vyvolá ještě větší vzdálení od původního stavu (akční
potenciál, koagulace…)
– Bludný kruh (circulus vitiosus)
 Patologická pozitivní zpětná vazba – dále zhoršuje původní stav
 Selhávající srdce
 Anticipační regulace
– Změna nastává ještě před změnou regulovaného
parametru
 Např. termoregulace – na základě signalizace termoreceptory z kůže při
poklesu teploty dojde k vazokonstrikci a svalovému třesu ještě před
poklesem teploty krve
5
6
membránovýpotenciál(mV)
čas (s)
0
-40
-80
prahový potenciál
membránovýpotenciál(mV)
čas (s)
0
-50
-90
absolutní refrakterní fáze
buňka SA uzlu
kontraktilní myocyt
kanály pro
kationty
(zejm. Na+)
kanály pro Ca2+
relativní refrakterní fáze
250ms
klidový potenciál
akční potenciál
kanály pro Na+
kanály
pro Ca2+
kanály pro K+
Na+/K+ ATP-áza
Na+/K+ ATP-áza
7
Efektorové systémy regulací – nervy a
hormony
 Oba systémy spolupracují při regulaci a způsoby
působení se navzájem prolínají = neuroendokrinní
systém
– Některé nervové buňky produkují rovněž látky, které
neúčinkují na synapsích, ale jsou uvolňovány do
cirkulace
 Např. hypotalamicko-releasing hormony, adrenalin, ADH,
oxytocin
– Naopak produkty endokrinních buněk mohou fungovat
jako neurotransmitery
 Gastrin, sekretin, VIP – GIT
– Podobně kooperuje endokrinní a imunitní systém
 Např. glukokortikoidy
8
Regulace sekrece HCl
9
Regulace sekrece pepsinogenu
10
Hormony
 Definice
 Chemismus
 Funkce
 Princip řízení sekrece
 Osa hypotalamus – hypofýza - ?
 Zpětnovazebná kontrola produkce
 Receptory hormonů
11
Povrchové receptory
 proteinové a peptidové hormony, katecholaminy
– vazba hormonu (tj. prvního posla) na receptor vede k
vytvoření druhého posla
 druhý posel zajišťuje přenos signálu uvnitř buňky (signální
transdukci)
 struktura povrchových receptorů
– extracelulární, transmembránová a cytoplazmatická
doména
 typy signalní transdukce
– aktivace G-proteinu
– aktivace proteinkináz
– otevření iontového kanálu
12
Receptory s G proteiny
13
Acetylcholinový receptor
14
Typy druhých poslů
 adenylátcykláza → cyklický AMP
– adrenalin, noradrenalin, glukagon, LH, FSH,
kalcitonin, PTH, ADH
 guanylátcykláza → cyklický GMP
– ANP, NO
 fosfolipáza C → Ca2+ a/nebo fosfoinositoly
– adrenalin, noradrenalin, angiotensin II, ADH,
GRH, TRH
15
Působení cAMP
16
Fosfolipáza C
17
Intracelulární receptory
 komplexy hormon-receptor fungují jako transkripční
faktory
– ovlivňují genovou expresi v cílové buňce
 (1) receptory v cytoplazmě
– steroidy
 tvořeny z cholesterolu (pregnenolonu)
 typy:
 glukokortikoidy (kortizol) - stimulace ACTH
 mineralokortikoidy (aldosteron) - stimulace AT II
 androgeny (testosteron) - stimulace LH
 estrogeny (estron, estradiol, progesteron) - stimulace FSH, LH
 v krvi transportovány ve vazbě na nosiče (TBG, CBG, SHBG, albumin,
transthyretin)
 difundují přes membránu
 (2) receptory v jádře
– (A) 1, 25-dihydroxyvitamin D receptor (VDR)
– (B) thyroid hormone receptor (TR)
18
Kontrolní mechanismus
regulující TK na úrovni RAS.
19
Kyslík v organismu
 organizmus potřebuje kyslík:
– cca 250ml/min → 350l/den v klidu
– při zátěži mnohem více
 v těle neexistují větší zásoby kyslíku
 stačí cca na 5min
– dýchání a dodávka kyslíku tkáním je proto nepřetržitý děj
– jeho úplné přerušení znamená
 ohrožení života (<5min)
 reverzibilní ztráta zraku za cca 7s, bezvědomí za cca 10s
 klinickou smrt (~5-7min), event. smrt mozku
 smrt organizmu (>10min)
 patologické situace spojené s chyběním kyslíku
– hypoxie = nedostatek kyslíku v organizmu nebo jeho části
– anoxie = úplný nedostatek kyslíku
– hypoxemie = snížený obsah kyslíku v arteriální krvi
– asfyxie = nedostatek kyslíku společně s hromaděním oxidu uhličitého – při
dušení
20
Význam kyslíku v organismu
 85-90% aerobní
metabolismus (ATP)
– Iontové gradienty
– Svalová kontrakce
– Syntézy
 Pro zbytek procesů je
nedostatek kyslíku méně
kritický
– Hemoxygenáza
– Hydroxylace steroidů
– Detoxikace cizorodých látek
21
Dýchání, transport
 Parciální tlak
– tlak, který by plyn měl pokud by byl ve směsi sám
– parc. tlak v alveolu je o něco nižší než v atmosféře kvůli
většímu zastoupení CO2 v alveolu (vydechvaný vzduch)
 Vnější dýchání
 Vnitřní dýchání
 Tkáňový metabolismus
 Prostá difuze
 Difundování kyslíku do tkání
22
Struktura hemoglobinu
 sférická molekula skládající se ze 4 peptidových
podjednotek (globiny) = kvartérní struktura
 Hb dospělých jedinců (Hb A) je tetramer
obsahující 2 - a 2 β-globiny → každý globin
obsahuje 1 hemovou skupinu s centrálním
Fe2+ iontem
 Normální koncentrace
 Vazba kyslíku
23
Vazba kyslíku
Obrázek byl převzat z http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/labTutorials/Hemoglobin/MetalComplexinBlood.html
24
Typy hemoglobinu
Hb dospělých jedinců (Hb A) = 2 α- a 2 β-podjednotky
Hb A1 je hlavní forma Hb u dospělých a dětí starších 7 měsíců.
Hb A2 (2 α, 2 δ) je minoritní forma Hb u dospělých. Tvoří pouze
2 – 3% celkového Hb A.
Fetální Hb (Hb F) = 2 α- a 2 γ-podjednotky
- u fétu a novorozenců → Hb F váže O2 při nižších parciálních
tlacích než Hb A → Hb F má vyšší afinitu ke O2
Po narození, Hb F je nahrazován Hb A během několika prvních
měsíců života.
Hb S – v β-globinu, Glu je nahrazen Val
- srpkovitá anémie
25
Parametry rozhodující o
dostatečném zásobení kyslíkem
 funkce plic
– ventilace
– difuze
– perfuze
 funkce srdce a oběhového systému
– srdeční výdej
– průchodnost cév
– mikrovaskulatura (konstrikce/dilatace)
 složení krve
– množství erytrocytů
– koncentrace a typ hemoglobinu
26
Regulace dodávky kyslíku
(1) respirační centrum (prodloužená
mícha) - intenzita dýchání je regulována:
– centrálními chemoreceptory v prodloužené míše
 citlivé na změny pCO2 resp. H+
– periferními chemoreceptory – glomus caroticum a
aortální tělíska – citlivými na hypoxii
pokles O2 uzavírá K+ kanály → depolarizace → ↑ intracelulární Ca++ →
excitace → resp. centrum
(2) dřeň ledviny
– produkce erytropoetinu (EPO) peritubulárními bb. dřeně
ledviny při poklesu pO2 → aktivace hematopoezy
 Problém při postižení ledvin – tvorba i v játrech
27
Hypoxie
= nedostatek O2 v organizmu
 typy:
(1) hypoxická hypoxie - ↓ arteriální PO2
(2) anemická hypoxie - ↓ arteriální PO2
(3) cirkulační hypoxie = normální arteriální PO2
(4) histiotoxická hypoxie – normální arteriální PO2,
↑ venózní PO2
 mitochondrie nemohou využít kyslík
» otrava kyanidy, kobaltem
28
Hypoxická hypoxie
 ↓ arteriální PO2 (<13kPa/100mmHg)
– nízký parc. tlak kyslíku ve vdechovaném vzduchu
 vyšší nadmořská výška
– hypoventilace při poruše dechového centra
 např. intoxikace opiáty, kontuze mozku, obrna resp. svalů, …
– plicní nemoci
 zejm. poruchy krevního zásobení plic, poruchy difuze, ventilačně-perfuzní
nepoměr, zkraty
– srdeční vady s pravo-levým zkratem – míšení krve (FT)
 vede k cyanóze
29
Cyanóza
 při vzestupu konc. deoxyhemoglobinu >50g/l
– promodrání kůže, sliznic, nehtových lůžek, rtů
 příčiny
– pokles saturace Hb (hypoxická hypoxie)
– zvýšená extrakce kyslíku při zpomalení toku (cirkulační
hypoxie)
– zvýšené množství erytrocytů (polycytémie) při stejném
pO2 je více deoxyhemoglobinu
 anemie i při poklesu Hb nevede k cyanóze
– konc. celk. Hb je nízká a těžko se tedy dosáhne konc.
deoxy-Hb >50g/l
30
Anemická hypoxie
 ↓ arteriální PO (<13kPa/100mmHg)
– nedostatek hemoglobinu
 anemie
 hematologické nádory (leukemie)
– hemoglobin s nižší schopností vázat kyslík
 carboxyhemoglobin (COHb) (“třešňové” zabarvení sliznic)
 otrava CO – má vyšší afinitu k Hb, možno odstranit jen vysokým p02 (hyperbarická oxygenoterapie)
 methemoglobinemie (vede k cyanóze)
 Fe2+ → Fe3+ (MetHb) - neváže kyslík!
» normálně přítomno je malé množství (důsledek oxidace volnými kyslíkovými radikály) – redukce
pomocí NADHdependentní methemoglobinreduktázy
 získaná (např. některé léky nebo chmikálie)
 vrozená (dědičná)
» deficit Met-Hb reduktázy
» abnormální hemoglobin HbM
31
Cirkulační hypoxie
 normální arteriální PO2
 příčiny:
– pokles srdečního výdeje
 srdeční selhání, kardiogenní šok (IM, tamponáda, embolie)
– pokles systémového tlaku
 hypovolemický nebo distribuční šok (systémová
vasodilatace)
– lokální ischemie tkáně
 např. myokard, mozek
– porucha mikrocirkulace, edém
 např. zánět, trombóza
 vede k periferní cyanóze
32
Reakce buněk na hypoxii
 “kyslíkový senzor” buněk
– ↑ transkripční faktor HIF-1 (hypoxia-inducible factor)
– exprese genů pro
 enzymy zvyšující intenzitu glykolýzy a produkce ATP anaerobní
cestou
 angiogenní faktory (např. VEGF) – zvýšení vaskularizace tkání
 erytropoetin – zvýšení počtu erytrocytů
 pokud hypoxie trvá a je kritická vede k zániku
buněk
– nekrózou
– apoptózou
33
Hypoxií-indukovaná transkripce genů
34
Toxicita kyslíku
 závisí na parciálním tlaku a délce expozice
 tkáňové a orgánové poškození
– dlouhodobé dýchání kyslíku do 40% jeho objemu ve směsi
je bezpečné
 dlouhodobé dýchání směsí s vys. obsahem kyslíku vede k
poškození plic, endotelu a mozku
 u novorozenců poškození zraku
retrolentální fibroplazie
 volné kyslíkové radikály (ROS – reactive oxygen
species) a oxidační stres
35
ROS a oxidační stres
 normálně se cca 1-2% kyslíku nepřemění na vodu ale dá
vznik superoxidu (O2-)
 superoxid přechází na méně reaktivní peroxid vodíku (H2O2)
– spontánně
– v reakci katalyzované superoxiddismutázou (SOD)
 peroxid je v reakcích katalyzovaných katalázou (KAT) a
glutathionperoxidázou (GPX) “detoxifikován” na vodu a
kyslík
 pokud ne, reaguje s dalšími látkami a poškozuje buněčné
struktury (oxidace, lipoperoxidace)
36
37
ROS a oxidační stres
 za normálních okolností je tvorba a
detoxifikace ROS v rovnováze
– buňky mají antioxidační mechanizmy
enzymy (SOD, KAT, GPX, …)
neenzymatické (vit. E, glutathion, thioredoxin, kys. močová,
bilirubin, …)
 oxidační stres je situace, kdy převažuje
tvorba ROS v důsledku jejich zvýšené tvorby
nebo defektu odstraňování
38
Vitamín E
 Jak působí?
 Antioxidační účinek
– Askorbát
– GSH
– glutathionreduktáza
39
40
Vybrané antioxidační mechanismy
 GSH/GSSG
 MT
41