Patofizjologia Wykład 5
Odnośnie wpływu prądu elektrycznego:
Prąd elektryczny bywa wykorzystywany przy przywracaniu prawidłowej akcji serca.
DEFIBRYLACJA- wykorzystanie prądu elektrycznego, wstrząsu elektrycznego przy przywracaniu prawidłowej czynności serca w przypadku jego migotania. W przypadku migotania serca występują bezładne skurcze poszczególnych włókien mięśnia sercowego. W przypadku impulsu elektrycznego z odpowiedniego urządzenia dochodzi do jednoczesnej depolaryzacji włókien mięśniowych ( bo one w przypadku migotania są w różnej fazie), ma miejsce prawidłowa depolaryzacja i impuls biegnący z węzła zatokowego może wzbudzić prawidłową akcję serca.
Zwierzęta w pewnym stopniu chronione są przed promieniowaniem ultrafioletowym przez okrywe włosową.
U zwierząt częściej niż u ludzi występuje zjawisko zwane fotosensytyzacją.
FOTOSENSYTYZACJA ( FOTOSENSYLIZACJA)- uczulenie na światło słoneczne, uczulenie na działanie promieni ultrafioletowych.
Fotosensylizacja pojawia się gdy, w skórze zwierząt i ludzi dochodzi do nagromadzenia pewnych substancji, które mają zdolność do kumulowania energii zawartej w promieniowaniu ultrafioletowym. Ta skumulowana energia jest przez te związki oddawana w skórze i uwolniona doprowadza do powstania wolnych rodników, przede wszystkim tlenowych. Wolne rodniki mogą doprowadzić do uszkodzeń naczyń włosowatych skóry, doprowadzają też do degranulacji komórek tucznych i do uwolnienia zawartych w ich ziarnistościach histaminy co prowadzi do zapalenia skóry.
Wynikiem uczulenia na światło słoneczne jest zapalenie skóry- DERMATITIS.
[ Jeśli termin kończy się na -itis to dotyczy zapalenia]
Uczulenie na światło słoneczne może mieć charakter pierwotny lub wtórny.
Wtórne uczulenie na światło słoneczne - może mięć związek ze spożywaniem przez zwierzęta niektórych roślin, które zawierają związki uczulające np.:
Gryka tatarka- zawiera związek uczulający na światło słoneczna zwany fagopiryną
Dziurawiec lekarski- hiperacyna
Związki fotouczulające znajdują się też w niektórych koniczynach.
Uczulająco działają również niektóre leki np. tetracykliny. Piperazyna- lek przeciwrobaczy stosowany u zwierząt. U zwierząt nią leczonych jest wydalana także ze łzami, może pojawiać się zapalenie spojówek.
U przeżuwaczy może występować fotosensytyzacja hepatogenna. . Ma ona związek z chlorofilem. Chlorofil znajdujący się w roślinach nie jest wykorzystywany przez zwierzęta. W przewodzie pokarmowym podlega przemianie do FILOERYTRYNY. Filoerytryna jest wchłaniana z jelit i drogą krwi trafia do wątroby i jest wydalana wraz z żółcią. Tak jest w stanie prawidłowym. W przypadku zaburzeń czynności wątroby może dochodzić do nagromadzenia fikoerytryny we krwi. Pojawia się wysokie stężenie filoerytryny. Fikoerytryna jest gromadzona również w skórze. Jako związek fotouczulający, kumulujący energię niesioną przez promieniowanie ultrafioletowe może prowadzić do dermatitis na drodze wcześniej opisanych mechanizmów.
Uczulenie na światło słoneczne o charakterze wrodzonym- zdeterminowane genetycznie. U 2 ras owiec australijskich : SOUTHDOWN i CORRIEDALE zdarza się defekt genetyczny zaburzający przemiany filoerytryny, gromadzi się ona w skórze z wszystkimi tego konsekwencjami. U osobników obdarzonych tym defektem jest to cecha letalna.
Oddziaływanie promieni jonizujących
Na wszystkich w każdym momencie oddziałuje promieniowanie jonizujące docierające z kosmosu, galaktyki, Słońca. Radiacja kosmiczna doprowadza do powstania trytu i węgla C14. Te dwa radioizotopy są włączane we wszystkie żywe organizmy. Organizmy są tez narażone na promieniowanie pochodzące z wnętrza skorupy ziemskiej- zwłaszcza promieniowanie uranu i radu, dwóch radioizotopów znajdujących się w niej w największych ilościach. Promieniowanie kosmiczne i promieniowanie kuli ziemskiej tworzy . radiację tła. Zakłada się ze ta naturalna radiacja tła jest przyczyną pewnej liczby nowotworów. Radiacja na którą jesteśmy narażeni występuje w dwóch postaciach:
w postaci fal elektromagnetycznych - promieni X i promienni gamma
w postaci obdarzonych ładunkiem cząstek- w postaci promieniowania korpuskularnego α, β znanych jako elektrony, protony, pizony czy ciężkie jony, oraz w postaci ciężkich obojętnych cząstek- neutronów.
Wszystkie te postaci promieniowania oddziałują na komórki przez przeniesienie swojej energii na atomy lub cząsteczki znajdujące się w komórkach. Przy dostatecznie silnym promieniowaniu przekazywana jest energia mogąca doprowadzić do odłączenia elektronu od jądra atomowego. Prowadzi to do jonizacji tego atomu. Jeśli promieniowanie przeniesie mniejszą ilość energii to dochodzi jedynie do przesunięcia elektronu na bliższą lub dalszą orbitę powodując jedynie pobudzenie atomu lub cząstki. Wynik działania uszkadzającego na komórki może być dwojaki: 1) energia radiacji działa bezpośrednio na cząsteczki w komórce, zwłaszcza na DNA w jądrze komórkowym. Takie uderzenie w DNA może prowadzić do mutacji będących przyczyną zaburzeń genetycznych, może też prowadzić do nowotworzenia lub zahamowania podziałów komórki lub zabić komórkę.
2)Drugi mechanizm uszkadzającego działania promieni jonizujących na komórkę wynika z doprowadzenia do powstania w komórce wolnych rodników. Energia docierająca do komórki doprowadza do radiolizy wody i powstania wody zjonizowanej. Ta postać dysocjuje z powstaniem rodnika hydroksyloweg, dalej prowadzi do powstania nadtlenku wodoru. Wolne rodniki powstające w następstwie oddziaływania promieni jonizujących reagują tak z błonami komórkowymi, kwasami nukleinowymi i enzymami obecnymi w komórce. Może to prowadzić do zahamowania podziałów komórki lub jej śmierci. Zakłada się że promieniowanie gamma i promieniowanie X działa uszkadzająco przede wszystkim na kwasy nukleinowe.
Efekty działania promieni jonizujących nawet subprogowe, nie wywołujące bezpośrednio wyraźnych efektów podlegają kumulacji. Dopiero po pewnym czasie ujawniają się zmiany czynnościowe czy morfologiczne komórki. Szczególnie grożne skutki promieniowania jonizującego mają związek z jego oddziaływaniem na DNA.
Wrażliwość komórek na promieniowanie jonizujące jest proporcjonalna do ich zdolności do podziałów a odwrotnie proporcjonalna do stopnia ich wyspecjalizowania. Komórki które szybciej, intensywniej się dzielą są bardziej wrażliwe na działanie promieni jonizujących. Komórki mniej wyspecjalizowane, komórki młodociane są bardziej podatne na uszkodzenia wynikające z działania promieniowania. W przypadku narażenia na promieniowanie jonizujące komórki wyspecjalizowane i niedzielące się np.: komórki mięśniowe, komórki nerwowe są mniej podatne na działanie uszkadzające.
Z tej ogólnej zasady podatności na promieniowanie komórek szybko dzielących się i mało wyspecjalizowanych wynika możliwość stosowania promieni jonizujących do leczenia, niszczenia nowotworów. Przy napromienianiu guza zlokalizowanego w obrębie jakiejś tkanki komórki nowotworowe będą bardziej podatne na działanie uszkadzające promieniowania niż komórki organizmu. Bo cechą nowotworów, zwłaszcza złośliwych jest to że, morfologicznie, fenotypowo są one uwstecznione, przypominają komórki młodociane, a ich cechą podstawowa jest zdolność do niekontrolowanych podziałów. Z tego powodu będą bardziej reagowały na uszkadzające działanie promieni jonizujących niż te położone w pobliżu komórek prawidłowych.
Z drugiej strony ta skuteczność promieni jonizujących w niszczeniu komórek nowotworowych ma związek z tym , że o ile komórki prawidłowe są w stanie, do pewnych granic, naprawiać uszkodzenia wynikające z działania promieni jonizujących, o tyle zdolności naprawy w komórka nowotworowych są upośledzone.
Wpływ radiacji na tkanki zależy też od stopnia utlenowania tych tkanek. Im lepsze jest ukrwienie, a co za tym idzie utlenowanie tym energia jonizacji działa silniej. Jednym z mechanizmów uszkadzających promieni jonizujących jest doprowadzenie do powstania wolnych rodników tlenowych. W tkankach niedokrwionych postają mniejsze ilości wolnych rodników, w tkankach dobrze ukrwionych, dobrze utlenowanych ilość tych rodnik ów jest znacznie większa. Najbardziej podatne na uszkodzenia są komórki szpiku i nabłonków, co ma związek z tym, że wykazują największy potencjał podziałowy.
Przyczynami zewnętrznymi może być też nadmiar lub niedobór pożywienia. Zwierzę niedożywione cierpi głód i z tego powodu występują zaburzenia. Zwierzę otrzymujące pokarm, który nie zawiera odpowiedniej ilości witamin i mikroelementów też będzie wykazywało zaburzenia.
Mówimy o skutkach głodu bo mechanizmy uruchamiane w głodzeniu pojawiają się też w innych zaburzeniach.
Charakterystyka ogólnego metabolizmu organizmu.
Zasadnicza strategia metabolizmu sprowadza się do:
wytwarzania ATP
utrzymania potencjału oksydoredukcyjnego
wytwarzania elementów budulcowych niezbędnych do syntez
Metabolizm różnych tkanek i narządów znacznie się różni. Różny jest metabolizm w mózgu, mięśniach tkance tłuszczowej czy wątrobie.
Dla mózgu, który będzie ważnym narządem w stanach głodzenia, w stanie prawidłowym jedynym
substratem energetycznym jest glukoza. W okresie głodzenia dominującym rodzajem substratu energetycznego stają się ciała ketonowe- acetooctan i hydroksymaślan.
Mięśnie wykorzystują dla swoich potrzeb jako substratu energetycznego: 1)glukozę
kwasy tłuszczowe
ciała ketonowe- zwłaszcza w głodzie
Ponad to mięśniach znajdują się rezerwy energetyczne zgromadzone w glikogenie.
Glikogen ten jest rezerwą energetyczna na własne potrzeby mięsni. Powstająca z rozpadu glikogenu glukoza może być wykorzystana jedynie przez te mięsnie.
Tkanka tłuszczowa jest wyspecjalizowana w syntezie, magazynowaniu i modyfikacji triacylogliceroli. Funkcja wątroby polega na wspieraniu aktywnością energetyczną innych narządów, aby sprostać zapotrzebowaniu innych narządów na glukozę wątroba może zmobilizować w krótkim czasie zgromadzony w niej glikogen i doprowadzić do powstania glukozy. Z drugiej strony w wątrobie zachodzi inny proces, prowadzący do powstania glukozy zwany glukoneogenezą. Glukoneogeneza będzie szczególnie ważna w stanach głodzenia. Wątroba pełni też zasadnicza funkcję w metabolizmie lipidów. W warunkach dostatku energetycznego wątroba syntetyzuje, estryfikuje i kieruje do tkanki tłuszczowej kwasy tłuszczowe w postaci lipoprotein o małej gęstości. W okresie głodzenia wątroba przekształca kwasy tłuszczowe w ciała ketonowe.
Aktywność metaboliczną wszystkich narządów integrują hormony. W stanie prawidłowego odżywienia o sytości sygnalizuje insulina, która stymuluje syntezę glikogenu, triacylogliceroli i białek.
Na stężenie glukozy we krwi reaguje glukagon, stymuluje rozkład glikogenu i pobudza glukoneogenezę w wątrobie. Ponad to doprowadza do hydrolizy triacylogliceroli w tkance tłuszczowej, triacyloglicerole będą potrzebne do gluoneogenezy.
Z kolei wpływ adrenaliny i noradrenaliny, uwalnianej z rdzenia nadnerczy, na metabolizm substratów energetycznych jest podobny do działania glukagonu. Hormony te bardziej oddziaływają na mięśnie niż na wątrobe.
Zwiększenie zawartości glukozy we krwi, jakie ma miejsce po przyjęciu pokarmu doprowadza do zwiększenia wydzielania insuliny a zmniejszenia glukagonu. W rezultacie nasila się synteza glikogenu w wątrobie i mięśniach, a ponad to związane z działaniem insuliny zwiększone wnikanie glukozy do komórek tkanki tłuszczowej, dostarcza jej glicerolo-3-fosforanu niezbędnego do syntezy triacylogliceroli.
Po kilku godzinach od przyjęcia pokarmu te efekty ulegają odwróceniu. W skutek zmniejszenia się stężenia glukozy we krwi następuje jej uwalnianie z glikogenu i synteza przez glukoneogenezę. Hydroliza triacylogliceroli prowadzi do uwalniania kwasów tłuszczowych i wówczas wątroba i mięśnie zużywają na swoje potrzeby energetyczne kwasy tłuszczowe zamiast glukozy. Glukoza zotaje zachowana dla mózgi i innych tkanek, dla których jest niezbędnym substratem
Głównym zadaniem metabolizmu w stanie głodowania jest pokrycie zapotrzebowani na glukozę dla mózgu i innych tkanek bezpośrednio zależnych od dostępności glukozy. Większość energii jest nadal zmagazynowana w acylowych resztach triacylogliceroli. U ssaków kwasy tłuszczowe nie mogą ulec przekształceniu w glukozę, ponieważ acetylkoenzymA nie przechodzi w pirogronian. Reszta glicerolowi triacylogliceroli może ulec przekształceniu,ale ilość dostępnego glicerolu jest dość ograniczona. Jedynym potencjalnym źródłem glukozy są substraty do glukoneogenezy, poza glicerolem, białka i aminokwasy. Niektóre aminokwasy, zwłaszcza alanina mogą być substratem do glukoneogenezy.
Zdolność do przeżycia osobnika głodzonego zależy od możliwości poruszania się, a co za tym idzie sprawności mięśni. Istotnym elementem strategii przeżycia organizmu głodzonego jest ograniczenie zużycia mięśni a co za tym idzie białek a zatem aminokwasów glikogennych. Sposobem na ograniczenie zużycia białek mięśni jest wykorzystanie jako substratu energetycznego kwasów tłuszczowych i ciał ketonowych zamiast glukozy.
Powtarzając co było powiedziane, przedstawmy mechanizmy pojawiające się w przebiegu głodówki.
Małe stężenie glukozy we krwi powoduje zmniejszenie wydzielania insuliny i zwiększenie sekrecji glukagonu. Dominującym procesem metabolicznym zachodzącym w tym czasie jest mobilizacja triacylogliceroli z tkanki tłuszczowej oraz glukoneogeneza w wątrobie. Na swoje własne potrzeby, u osobnika głodzonego, wątroba uzyskuje energię z utleniania kwasów tłuszczowych. W rezultacie wzrasta stężenie acetylo-CoA i cytrynianu co powoduje wyłączenie glikolizy. Pobieranie glukozy przez mięśnie ulega z powodu małego stężenia insuliny, znacznemu zmniejszeniu. Natomiast kwasy tłuszczowe mogą swobodnie wnikać do komórek mięśniowych i być wykorzystywane do pozyskiwania energii. Rezultatem jest przestawienie się komórek mięśniowych z glukozy jako substratu energetycznego ,na kwasy tłuszczowe. Beta oksydacja kwasów tłuszczowych zachodząca w mięśniach hamuje przekształcenie się pirogronianu w acetylo-CoA. Komórki mięśniowe mogą wysyłać pirigronian, mleczan i alaninę do wątroby, w której związki te podlegaja przemianie w glukozę. Niektóre z tych trójwęglowych prekursorów powstają w wyniku proteolizy białek w mięśniach. Innym surowcem do syntezy glukozy w wątrobie jest glicerol pochodzący z rozkładu triacylogliceroli. Najważniejszym zaburzeniem pojawiającym się po dłuższym głodowaniu jest tworzenie się w wąrobie dużych ilości acetooctanu i hydroksymaślanu. Ich synteza z acetylo-CoA zwiększa się znacznie ponieważ cykl kwasu cytrynowego Nie nadąża z utlenieniem wszystkich jednostek acetylowych powstałych podczas rozkładu kwasów tłuszczowych. Ponad to one żeby wejść w cykl kwasu cytrynowego potrzebują szczawiooctanu, którego w tej sytuacjj występuje niedobór. Szczawiooctan zużywany jest do glukoneogenezy. W rezultacie wątroba wytwarza duże ilości ciał ketonowych uwalnianych do krwi. Ciała ketonowe, w takiej fazie głodzenia, że glukoza już niw wystarcza dla potrzeb energetycznych mózgu, zaczynają być używane przez tkankę mózgową jako źródło energii. Ciała ketonowe w głodzeniu są też wykorzystywane też przez mięsień sercowy. Po przekroczeniu pewnych granic przy nadmiarze związków ketonowych, ciała ketonowe zaczynają oddziaływać toksycznie na tkankę mózgową doprowadzając do uszkodzeń i powodując, że osobnik głodujący popada w śpiączkę ketonową a w końcu dochodzi do zejścia śmiertelnego.
Taki mechanizm powstawania nadmiaru ciał ketonowych w toku przemian identycznych jak w stanie głodzenia, pojawia się w wielu chorobach, u bydła w ketozie bydła, w toksemii ciążowej u owiec, w przebiegu zaawansowanej, nieleczonej cukrzycy.
Powtórzmy mechanizm ketogenezy. Organizm we wstępnej fazie niedoboru glukozy pobudza glukoneogenezę. Glukoneogeneza, która może zachodzićz glicerolu uwalnianego z kawsów tłuszczowych lub z aminokwasów uwalnianych przede wszystkim z białek mięśniowych ( przede wszystkim mamy na myśli alaninę, która jest aminokwasem glukogennym). Przy okazji glikolizy z tkanki tłuszczowej uwalniane są wolne kwasy tłuszczowe. W sytuacji niedoboru glukozy są one wykorzystywane droga utleniania przez wątrobę i mięśnie szkieletowe. Utlenianie kwasów tłuszczowych wiąże się z możliwością powstawania ciał ketonowych. Jeżeli utlenianie tłuszczów jest odpowiednio zrównoważone wówczas powstające kwasy tłuszczowe i acetylo-CoA są włączane w cykl kwasu cytrynowego. Jeżeli pojawia się nadmiar kwasów tłuszczowych to cykl przemian acetylo-CoA, zamiast pójść drogą przemian kwasu cytrynowego doprowadza do powstania nadmiaru ciał ketonowych. Nieodpowiednie przetwarzanie acetylo-CoA jest powodem ketonemii- pojawienia się związków ketonowych we krwi. Ketonemii towarzyszy ketonuria- występowanie związków ketonowych w moczu.
Jeśli termin kończy się na -emia - dotyczy krwi, -uria - dotyczy moczu