9. Funkce tělních tekutin Difuze Difuzní vzdálenost Relativně menší povrch těla na jednu buňku s větší velikostí organismu - minimální difuzní vzdálenost - maximální povrchy pro výměnu - maximální gradient chovzvirat.cz bodieko.si Šíma 1997 Typy tělních tekutin - Hydrolymfa (houbovci, žahavci, ploštěnci), tekutina v otevřeném střevě plní i úkoly transportu látek, nejsou v ní bílkoviny s transportní funkcí http://mobiologie.wz.cz/MO12.html - Hemolymfa – otevřené soustavy bezobratlých, pokud není vyvinuta tracheální soustava, objevují se dýchací barviva, srážení, melanizace - vodnatá tekutina obsahující ionty, molekuly a buňky - může být čirá a bezbarvá, ale často je pigmentována a je nažloutlá, zelenavá, modrá nebo hnědá - pH hemolymfy je slabě kyselé - 6,4 až 6,8 - Koncentrace solí dosahuje hodnot 1,5 - 2,1% (obratlovci 0,9%), vysoký je také obsah aminokyselin (20 až 30 krát vyšší než u obratlovců) i peptidů - hemolymfa obsahuje též steroidní látky a hormony - ze sacharidů je nejdůležitější trehalóza - transportní disacharid složený ze dvou molekul glukózy, slouží také jako kryoprotektant - v hemolymfě je také řada dalších cukru - glukóza, sacharóza, fruktóza, galaktóza, ribóza atd. - hmyzí hemolymfa obsahuje mnoho proteinů, obsah v hemolymfě je druhově specifický a závisí především na vývojovém stádiu, koncentrace okolo 6% (podobně jako u obratlovců). Krev - v uzavřených cévních soustavách , tkáňový mok – ultrafiltrát krevní plazmy, míza • červená, neprůhledná ,vazká tekutina • pH = 7,4 • proudí v uzavřeném cévním oběhu • 8% hmotnosti: Ž – 4,5 l, M - 5-6 l • stále se obnovuje • za 1 den 50 ml • za rok 18 litrů virova-hepatitida.cz Funkce krve 1. Od dýchacích orgánů přivádí kyslík do tkání a oxid uhličitý odvádí zpět. 2. Přivádí živiny a ostatní látky resorbované v gastrointestinálním traktu ke tkáním a odvádí z nich odpadní zplodiny látkové přeměny. 3. Transportuje hormony, organické i anorganické látky z místa jejich sekrece nebo resorpce k cílovým orgánům a tkáním. 4. Přenáší teplo a tak se řízeným prokrvením podílí na termoregulaci. 5. Má mechanizmy na udržení stálosti vnitřního prostředí (pufrovací schopnost udržení pH, zásobárna vody na regulaci osmotického tlaku atd.). 6. Plní imunitní funkce odstraňující mrtvé nebo cizorodé elementy z těla. 7. U některých bezobratlých plní hydrostatický tlak krve nebo hemolymfy roli hydrostatického skeletu. Složení krve Krev je suspenze buněčných elementů – erytrocytů (červených krvinek), leukocytů (bílých krvinek) a trombocytů (krevních destiček) v krevní plazmě. Poměr objemu krvinek ke krevní plazmě nazýváme hematokrit. U mužů je tento poměr přibližně 44 : 56 %, u žen, které mají méně erytrocytů, 40 : 60 %. Sedimentace – diagnostická metoda – krev + antikoagulant (šťavelan nebo citronan sodný, heparin) • zabrání srážení krve, naváží na sebe vápenaté ionty • jednotlivé složky se usazují – sedimentují – zjišťuje se na sedimentačním přístroji • u zdravého muže 2 – 5 mm za hodinu • u zdravé ženy 3 – 8 mm za hodinu – vyšší hodnoty = ukazatel zánětu fibrinogen sérum x plasma Bílkoviny a organické látky krevní plasmy Glc, lipidy (cholesterol), močovina, kyselina močová… Sibernagl, Despopoulos, 1993 Sibernagl, Despopoulos, 1993 Hlavní kationty jsou ionty sodíku, které se významně podílejí na udržování osmotického tlaku. Retence (zadržování) natria znamená i retenci vody. Ionty chloru pocházejí z ionizovaného NaCl. Chlor je důležitý i pro tvorbu HCl žaludeční šťávy. Hladina vápenatých iontů je v plazmě poměrně stálá. Jsou nezbytné pro srážení krve, neuromuskulární přenos a kontrakci svalů. Hypokalcémie vede až ke svalovým křečím (tetanii). Spolu s fosforem je vápník také důležitým prvkem při tvorbě kostí a zubů. Draselné ionty jsou sice převážně intracelulárními kationty, ale jejich určitá stálá koncentrace v plazmě je důležitá pro aktivitu řady enzymů. Spolu s Na+ ionty hrají významnou roli při přenosu nervového vzruchu. Také hořečnaté ionty jsou nezbytné pro aktivitu důležitých enzymů. Snižují dráždivost kosterního svalstva a jejich vysoká hladina může mít narkotické účinky. Ionty železa jsou v plazmě ve vazbě na bílkovinu transferin. Jsou nezbytné pro oxidační děje a představují důležitou součást hemoglobinu i cytochromů. Měď je v plazmě vázána na bílkovinu ceruloplazmin a je důležitá pro syntézu mnoha enzymů. U mužů je hladina mědi vyšší než u žen (což platí i pro samčí pohlaví mnoha dalších druhů živočichů). Z anorganických složek krevní plazmy jsou dále přítomny anionty bikarbonátové, fosfátové, sulfátové a přechodně i řada dalších anorganických látek, které jsou krví transportovány zejména z trávícího traktu k cílovým orgánům fyziologický roztok – 0,9% r. chloridu sodného Erytrocyty Erytropoéza během vývoje https://www.youtube.com/watch?v=66xFbUTNqd8 Sibernagl, Despopoulos, 1993 Hemoglobin • Přenos dýchacích plynů • Pufrovací kapacita krve • Hemolýza: – slezina, játra – Globin – rozštěpen na aminokyseliny Hem – Fe3+ - transferin – hemosiderin – feritin, zbytek hemu na biliverdin – bilirubin – žluč 1 erytrocyt – 265mil. Molekul hemoglobinu 14 – 18g/100ml 12 – 16g/100ml Anémie = chudokrevnost Leukocyty 1) granulocyty buňky s jádrem, mají v cytoplazmě barvitelná zrníčka (granula) jejich počet kolísá životnost 7 dní až měsíc jsou schopné fagocytozy eosinofilní granulocyt Rozdělení granulocytů 1.neutrofilní: – nejpočetnější skupina – 60 - 70% – barví se neutrálními barvivy(fialová) – mají schopnost diapedézy i fagocytózy – označují se jako mikrofágy, tvoří první obrannou linii – počet stoupá při infekcích, ve velkém počtu obsaženy ve hnisu 2.eosinofilní: – 3 – 5% – barví se kyselým barvivem (červená) – schopnost pohybu, ale nefagocytují – zmnožují se při alergiích a parazitálních onemocněních 3.basofilní: – 0,5 – 1% – barví se zásaditými barvivy(modrá) – protisrážlivá funkce – obsah heparinu 2) agranulocyty neobsahují barvitelná zrníčka (grana) životnost měsíce – celý život mají celistvé jádro monocyt Typy agranulocytů a) monocyty – makrofágy, schopné fagocytózy b) lymfocyty – nefagocytují, vytvářejí protilátky vznikají v mízní tkáni(mízní uzliny, mandle, brzlík) • lymfocyty B – zodpovídají za humorální imunitu (tvorba protilátek) • lymfocyty T – zodpovídají za buněčnou imunitu (odvržení cizí tkáně transplantátu) Trombocyty • malá zrnitá tělíska bez jádra, z megakaryocytů, 150- 300tis/mm3 • vznikají v kostní dřeni • životnost 8-12 dní • zahajují srážení krve – uzavření poraněné cévy Hemopoéza - krvetvorba Sibernagl, Despopoulos, 1993 Krevní obraz Stanovuje počet a charakter krevních elementů – Josef Arneth (De) 1904, neutrofily, díky metodě barvení krevních buněk (1877, Paul Ehrlich) • Erytrocyty 4,3 - 5,3 x 106/μl, 3,8 - 4,8 x 106/μl • Leukocyty 4 - 9 x 103/ μl • Trombocyty 1-1,5 x 105/μl • Hemoglobin 14 - 18g/100ml, 12 - 16g/100ml • Hematokrit 0,39 - 0,49; 0,35 - 0,43 Krevní roztěr Patologie krevních elementů • Erytrocyty - ↓ anémie (i nižší hladina hemoglobinu) (oligocytémie, erytrocytopénie, hypoerytrocytóza) - ↑polyglobulie, hypererytrocytóza • Leukocyty - ↓ leukopénie - pod 4tis (x leukémie) - ↑ leukocytóza - nad 10tis/mm3) • Hemoglobin – ↓ anémie (při zachování normálního počtu erytrocytů) Leukémie prozeny.cz tyden.cz Transplantace kostní dřeně Acidobazická rovnováha krve Acidobazická rovnováha = kyselost plazmy (pH) pH plasmy 7,4+-0,04 !!!!!! (změny pH v setinách!!) Kolísání pH – acidóza …alkalóza změnami pH krve, (tj.změnami vnitřního prostředí) se mění reaktivita našeho organizmu, odlišně začínají pracovat naše metabolické enzymy v buňkách a vzniká únava, nepohoda, psychické problémy, změny metabolické, trávící apod. …nebo naopak se vše zlepší !! (tj.při změnách vlhkosti vzduchu, změnách počasí, barometrického tlaku…) pH krve je barometrem našeho těla a metabolických reakcí • Soubor enzymatických reakcí • Obnažený kolagen cévy → vazokonstrikce → aktivace trombocytů (adheze a shlukování) → bílý trombus → sekrece serotoninu → aktivace koagulačních faktorů • Koagulační faktory (I –XII) - syntéza závislá na vit. K • Vnější systém – faktory srážení v cévní stěně a tkáních – VII., III. • Aktivace - Vnitřní systém – faktory srážení obsažené v krevní plazmě a trombocytech – XII., XI., X., IX., VIII., V. → Aktivovaný faktor X (dochází k propojení obou systémů) štěpí protrombin na aktivní trombin → změna fibrinogenu na fibrin, síť = červený (definitivní) trombus Srážení krve = hemokoagulace Hemokoagulace https://www.youtube.com/watch?v=cy3a__OOa2M F XIII +/+ F XIII -/- E.coli S.aur. ctrl Human F XIII is essential for entrapment of bacteria Wang et al. PLoS Pathogens, 6(2): 1-9, 2010. Hemofilie • Dědičná X-přenosná choroba • Několik typů – A,B,C podle chybějícího faktoru koagulace • faktor VII – Hem A (90%) • faktor IX – Hem B (1%) • Různá závažnost, pokud je neléčená může vést k vykrvácení Přibližně jeden z 5000 mužů se narodí s hemofilií A. Gen pro hemofilii se nachází na chromozomu X a projeví se klinickými příznaky, pokud je v kombinaci s chromozomem Y (tedy XY, což je kombinace pohlavních chromozomů muže). Dcera hemofilika je tedy vždy přenašečkou onemocnění, 50 % jejích synů může mít hemofilii a 50 % jejích dcer může být přenašečkami nemoci. • Krev se také může vyskytovat v moči a může být také krev ve stolici. V těchto případech je nutné navštívit lékaře. Krev ve stolici může signalizovat rakovinu tlustého střeva a krev v moči může značit rakovinu ledvin nebo rakovinu močového měchýře. Množství krve Normální objem krve se nazývá normovolémie, snížený hypovolémie, zvýšený hypervolémie. Zdravý člověk snáší ztrátu do 10 % objemu krve. Určité zdravotní potíže může vyvolat ztráta kolem 750 ml, tj. asi 15 % objemu krve. I tuto ztrátu dokáže však člověk postupně vyrovnat. Menší ztráty krve se vyrovnávají přesunem z krevních zásobáren (játra, slezina) a převedením tkáňového moku do krve. Poté se urychlí i tvorba krvinek. Denně se takto obnovuje asi 50 ml krve. To znamená, že za rok se objem krve u člověka vymění 3–3,5krát. Transfúze krev/plasma To se už blížíme k imunologii… 10. Imunita Obranný imunitní systém • Imunita • Rozpoznání/ochrana proti – cizorodým makromolekulárním látkám (bílkoviny, polysacharidy) – patogenům (bakterie, viry, houby, prvoci, hlísti, ploštěnci) • Imunitní systém – nespecifická imunita – pohlcování choroboplodných zárodků fagocytujícími buňkami, uvolňování obranných bílkovin – specifická imunita – zprostředkována imunitním systémem - lymfocyty • Schopnost obrany integrity se označuje jako imunita (u rostlin a mikrobů často jako rezistence). Rovnováha mezi infekcí a imunitouRovnováha mezi infekcí a imunitou infekce imunita Šíma 1997 • imunologie vznikla z mikrobiologie • planeta mikroorganismů, téměř 3 mld let bez jiných organismů, uhlíku vázaného v mikroorganismech je 2x více než ve všech ostatních organismech • mikroorganismy jsou všudypřítomné jako patogeny, symbionti, komenzálové… neoddělitelní od vyšších organismů (včetně genomu) • 1-10 bakteriálních buněk na 1 lidskou, 1-1,5 kg hmotnosti člověka, cca 1000 druhů, 1g půdy obsahuje 109 bakterií v 7000 druzích, v mořské vodě jen 160 druhů • během nemocí se snižuje počet druhů střevních bakterií, změna složení druhů může výrazně usnadnit uzdravení – probiotika (bakterie mléčného kvašení, hl. laktobacily, bifidobakterie) + prebiotika (podporují růst prospěšných bakterií, např. sacharidové složky - inulin), synbiotika – obsahují pro- i prebiotika • transplantace fekální mikrobioty pacientům se střevní infekcí • život bez bakterií je složitý – nevyzrálá imunita • rezistence na antibiotika je 30 000 let stará – vzorky z ledu – geny rezistence se v životním prostředí běžně vyskytují, proto nyní tak častá – nová antibiotika selektují preexistující rezistenční determinanty (existují bakterie rezistentní až na 100 antibiotik) • Mikrobiom osídlující kůži, dýchací cesty, urogenitální a gastrointestinální trakt představuje primární regulátor zdraví a nemoci. • I na povrchu kůže velmi čistotného člověka žijí až desítky gramů různých druhů bakterií a jiných mikroorganismů, po umytí sice jejich počet klesá, ale záhy dosáhne původních hodnot. Šíma 2006 https://www.youtube.com/watch?v=WEtJYXsYKxc http://www.tigis.cz/Knihy/imuno/ Orgány imunitního systému Primární lymfoidní orgány • Kostní dřeň – Kmenové buňky • Myeloidní prekursory • Lymfoidní prekursory • Thymus (brzlík) – Dva typy tkání • Kortex • Dřeňová oblast Sekundární lymfoidní orgány - systémové • Slezina – Vychytává mikrobiální podněty z krve • Červená pulpa (větší) - makrofágy • Bílá pulpa – T a B-lymfocyty • Lymfatické uzliny – Zde se buňky IS setkávají s antigenem – Vznik specifické imunitní odpovědi – Tvoří i plaky v okolí střeva Slizniční imunitní systém • MALT (Mucosa Associated Lymfoid Tissue) • GALT • BALT • to znamená že, imunitní buňky jsou v krvi, ale i na kůži, sliznicích, močopohlavních cestách apod. (chrání obrovské plochy) • tvoří rozhraní mezi organismem a vnějším prostředím 1) Morfologické (mikroskopické odlišení) Buňky imunitního systému - charakteristiky Buňky imunitního systému Imunitní mechanismy • Nespecifické-evolučně starší – Součásti: fagocyty, NK, komplementový systém – Nevzniká imunologická paměť • Specifické-evolučně mladší – Součásti: T, B-lymfocyty, protilátky – Vzniká imunologická paměť Sibernagl, Despopoulos, 1993 Obratlovci: - vztah patogen-hostitel: větší variabilita znamená vyšší odolnost (extrémní zvýšení variability ale naopak škodí) - hledání sexuálních partnerů: lepší zbarvení znamená víc potomků - čichem jsou schoni rozpoznat vhodnou kombinaci genů, příbuzní jedinci jsou méně atraktivní MHC geny (od chrupavčitých ryb) Toll-like receptory (od kostnatých ryb) - studie na ptácích – paternity mláďat u stálých párů - studie na hlodavcích Imunitně významné molekuly Molekuly v IS – odlišení „vlastního“ od „cizího“ = MHC • Buňky těla nesou na povrchu proteiny MHC – Major Histocompatibility Complex (také „HLA“ – Human Leukocyte Antigens) – VŠECHNY buňky těla nesou MHC-I – APC buňky nesou navíc MHC-II (tj. mají MHC-I + MHC-II) • Funkce MHC - značka příslušnosti bb. k organismu - zpracování a vystavení Ag - MHC-I  prezentace CD8+ T-buňkám - MHC-II  prezentace CD4+ T-buňkám • Variabilita ve struktuře MHC - genetická „příbuznost“  možnost transplantací orgánů • Buňky I.S. - naučí se rozpoznávat vlastní MHC (T-b., NK-b.) - dokáží rozpoznat MHC s navázaným Ag a reagovat (T-b) - „cízí“ MHC v těle: velmi silná reakce (transplantace …) "Partneři si voní, pokud mají odlišné imunitní systémy…“ Přehled - hlavní molekuly imunitního systému • Glykoproteiny MHC I a II tříd (= HLA u lidí) – viz dříve • Ag-specifické receptory na povrchu T- a B- buněk (TCR/BCR) • Protilátky (Ab) / Imunoglobuliny (Ig) - produkce B-b. • Receptory pro Fc fragmenty Ig - různé buňky • Cytokiny - různé bb, vč. bb IS • Receptory pro cytokiny - různé bb, vč. IS Komplement (C) & receptory pro C (různé bb.) • Adhezivní molekuly • Kostimulační molekuly • Interleukiny Beck & Habicht, 1996 Přirozená / Nespecifická imunita nespecifická imunita: – evolučně starší, vyskytuje se v různých formách v celé živočišné říši od bezobratlých po savce základní charakteristiky: – je vrozená • organismus ji má od narození • nezáleží na tom zda se s onemocněním či patogenem potkal – není specifická • buňky zasahují stejným způsobem proti všem cizorodým částicím – nemá imunologickou paměť • zásah proti antigenu vždy se stejnou silou, i když je opakovaný 56 Nespecifická imunita způsoby realizace: – kůže: • hraniční vrstva oddělující organismus od zevního prostředí, vytváří pro mnoho mikroorganismů nepříznivé prostředí • mechanická ochrana • pot – baktericidní (organické kyseliny, močovina, soli) – sliznice: • enzym lyzozym ve slinách a slzách • HCl v žaludku • kyselý sekret pochvy • hlen na povrchu sliznin dýchacího a trávicího traktu – fagocytóza: • pohlcování cizorodého materiálu specializovanými buňkami – monocyty, makrofágy, eosinofilními a neutrofilními granulocyty 57 Ilja Mečnikov poprvé použit pojem fagocyt Původ z řeckých slov phagein – jíst cytos – buňka Buněčná podstata imunity Beck and Habicht 1996 Šíma 1997 https://www.youtube.com/watch?v=7VQU28itVVw http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__phagocytosis.html http://www.youtube.com/watch?v=fpOxgAU5fFQ Fagocytóza Mikrobicidní mechanismy Nezávislé na kyslíku • kyselé pH va fagolyzosomu • kyselé hydrolázy, neutrální proteinázy • granulární kationické proteiny (např. fagocytin): poškozují buněčné membrány bakterií, inhibují jejich respiraci • lysozym: štěpí -1-4-glykozidickou vazbu polysacharidů buněčné stěny bakterií • laktoferin: zastavuje růst bakterií, podporuje účinek lysozymu • Histony Závislé na kyslíku • na myeloperoxidáze závislé a nezávislé Tetování – fagocytóza inkoustu… Nespecifická imunita způsoby realizace: – přirozená cytotoxicita: • uvolňování perforinů - látky způsobující perforaci membrány cílových buněk • přirození zabíječi = NK buňky = natural killers – nespecifická obrana proti virům a nádorovým buňkám – rozeznávají patologické změny na povrchu buněk • nespecifická reakce tkáně na dráždění nebo infekci = ZÁNĚT • do postiženého místa pronikají fagocytující buňky • zvýšení krevní sedimentace • hnisavý zánět – hnis – bílé krvinky • koncovka –ITIS, ITIDA (bronchitis,encefalitida) • pyrogeny (z leukocytů) – horečka – leukocyty působící na termoregulační centrum v hypotalamu + celková nevolnost  zvýšení účinnosti imunitního systému 66 Zánět (inflammatio)  z kapilárek ve kterých je nyní vyšší krevní tlak prosakuje tekutina do místa poranění, čímž dochází k charakteristickému otoku  zvýšený krevní průtok a rozšíření kapilár umožní fagocytům proniknout do poraněného místa  makrofágy fagocytují patogeny a čistí poškozené buňky tkáně. Hnis jsou mrtvé fagocyty, proteiny a tekutina z krevních kapilár Specifická/adaptivní/získaná imunita • lymfocyt = funkční jednotka imunitního systému • antigen x protilátka • imunoglobuliny • specifická imunitní reakce – B-lymfocyty (Fabriciova burza): látková imunita – T-lymfocyty (thymus): buněčná imunita Buněčná imunita – T-lymfocyty – netvoří se protilátky – antigeny se naváží na receptory T-lymfocytů – přímý kontakt obou buněk zničení cizí buňky – mohou omezovat nádorové bujení - způsobí nepřijetí transplantovaných orgánů (imunosupresivní látky) – regulují činnost B-lymfocytů 69 Látková – humorální imunita 1. B lymfocyty rozpoznají antigen 2. antigeny reagují s vazebnými místy proteinů (receptory - imunoglobuliny) na membránách B lymfocytů 3. dochází k namnožení buněk – proliferace 1. plazmatické buňky – aktivní stadium B lymfocytů, producenti protilátek proti danému antigenu (patogenu)  primární imunitní odpověď 2. paměťové buňky – žijí velmi dlouho, při novém setkání s týmž antigenem podmiňují rychlou imunologickou reakci (protilátky)  sekundární imunitní odpověď 70 protilátky Sibernagl, Despopoulos, 1993 Sekundární imunitní odpověď  Pokud se člověk setká se stejným antigenem později v životě, odpověď organismu je rychlejší (2 - 7 dnů) a prudší a trvá déle krevní skupiny • více systémů – nejznámější: AB0, Rh–faktor • AB0 – struktury na povrchu č. krvinek = aglutinogeny • A a B, chovají se jako antigeny – protilátky v krevní plazmě = aglutininy • anti–A a anti–B, způsobují shlukování č. krvinek – 4 krevní skupiny podle aglutinogenu • A, B, AB, 0 – Jan Janský • shlukování krve a duševní poruchy • sporné prvenství Choroby, onemocnění a poruchy • alergie, alergické reakce: – vyvolané přecitlivělostí na jinak všeobecně neškodné látky, tzv. alergeny – typické lokální projevy: zarudnutí, otok, svědění kůže, kýchání, zvracení, průjmy, kopřivka • autoimunita: – selhání schopnosti rozlišit látky cizorodé od látek tělu vlastních – tvorba protilátek proti vlastním tkáním • roztroušená skleróza (narušování myelinových pochev v CNS), hemolytická anémie (protilátky proti antigenům erytrocytů • AIDS: – agens retrovirus HIV – napadá T-lymfocyty • nádory – imunitní systém kromě cizích patogenů musí rozpoznávat i abnormální buňky vlastní a potom je eliminovat – v případě nádorů tento mechanismus selhává 75 Fylogeneze imunity http://www.ocw.cn/OcwWeb/Biology/7-345Spring-2005/CourseHome/index.htm