Ekologia wykłady
Ekologia definicje:
wg Haeckla - nauka, której przedmiotem jest całokształt oddziaływań człowiek-zwierzę
wg Eltona - nauka o historii naturalnej
wg Oduma - nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody
wg Anderwarthy'ego - nauka o rozmieszczeniu i liczebności organizmów
* brak nawiązania do wzajemnych związków i zależności pomiędzy elementami ukł. ekologicznych
wg Krebsa - nauka o zależnościach decydujacych o liczebności i rozmieszczeniu organizmów
Pokrywa się z częścią fizjologii i etnologii, a z drugiej strony chemii, klimatologii, hydrografi, gleboznawstwa,sozologii.
Zakres badań ekologii:
organizm, populacja, biocenoza, ekosystem, biom, biosfera
Podstawowe pytanie ekologii: o rozmieszczenie i liczebność organizmów
Złożoność co raz to wyższych poziomów oraz brak możliwości badania w laboratorium
Ekologia rozwija się w trzech kierunkach:
Obejmuje badania zespołów ekologicznych i ekosystemów z użyciem technik eksperymentalnych i analizowanie ich jako układów wielogatunkowych przetwarzających materię i energię.
Próba interpretacji rzeczywistości ekologicznej ukształtowanej przez procesy doboru naturalnego z wykorzystaniem najnowszych zdobyczy ekologii i ewolucjonizmu - szczególne znaczenie z zakresu ekologii behawioralnej, dające możliwość interpretacji ekologii pojedynczych osobników
Ekologia ochroniarska - działania związane z kształtowaniem środowiska - dominuje podstawa koncepcji zrównoważonego rozwoju - ekorozwój trwały, stabilny, samopodtrzymujący rozwój - podstawa założeń ery ekologicznej XXI wieku.
Ekorozwój - bez destrukcji zasobów przyrody, obejmuje:
długotrwałe wykorzystanie odnawialnych zasobów naturalnych
efektywną eksploatację nieodnawialnych źródeł energii
utrzymanie stabilności procesów ekologicznych i ekosystemów
ochronę różnorodności ekologicznej
zachowanie i polepszenie stanu zdrowia ludzi, bezpieczeństwa pracy i dobrobytu
Dynamika rozwoju populacji rozpatrywana jest jako funkcja stanu czasu:
ΔN / Δt = B - D
zmienna liczebność populacji w czasie = liczba urodzeń - liczba zgonów
B = b N B-liczba urodzeń na 1 mieszkańca
b-liczba urodzeń
N-przeciętna liczebność urodzeń (rozrodczości)
D = m N D-liczba zgonów na 1 mieszkańca
m-liczba zgonów
N-przeciętna liczebność zgonów (śmiertelności)
ΔN / Δt = b N - m N
Modele wzrostu populacji
Model w
ykładniczy - nieograniczony wzrost - teoretycznie lub w warunkach laboratryjnych - brak biotycznych i abiotycznych czynników - stałe warunki życia (stały dostęp pożywki, stałe usuwanie metabolitów) - populacja o krótkim okresie rozrodu
Δt ~ ΔN
ΔN / Δt = r * No równanie Woltera
r - wskaźnik wzrostu populacji - wyraża średnią szybkość przyrostu populacji dla 1 osobnika i jednostkę czasu
po scałkowaniu - równanie wzrostu nieograniczonego
Nt = No * e r t Nt-liczebność po czasie t, No-liczebność początkowa
log Nt = log No + rΔt log e
r = ( log Nt - log No ) / Δt log e
1 / log e ≈ 2,3
r = 2,3 log( ΔN/Δt )
Model logistyczny
A - D - okres wzrostu
E - okres równowagi
F - okres spadku
A - faza wzrostu utajonego - zasiedlanie nowego terenu, allelokataliza (wzajemne pobudzanie się osobników do rozwoju poprzez składniki metaboliczne, np. feromony)
B - faza wzrostu przyspieszonego - kooperacja (rozwój)
C - faza wzrostu logarytmicznego - wysoki wskaźnik urodzeń, niski wskaźnik zgonów, niski przeciętny wiek osobników, wysoki procent osobników przeżywających, kooperacja (bez rozwoju)
D - faza opóźnionego rozwoju - konkurencja międzygatunkowa
E - faza równowagi - przeciętna liczebność pozostaje na tym samym poziomie, wysoka śmiertelność, wahania liczebności poniżej i powyżej przeciętnej (oscylacje o stałej amplitudzie wahań, fluktuacje - amplituda wahań zmienia się), równowaga między kooperacją a konkurencją
F - faza wzrostu ujemnego - krzywa umierania (ujemna), zmniejszenie wskaźnika urodzeń, wzrost wskaźnika śmiertelności /dwukrotnie/, wysoka średnia wieku populacji, autointoksykacja (samozatrucie produktami przemiany materii hamujące wzrost)
Wzrost ograniczony
ΔN / Δt = r N - r /KN2 równanie logistyczne Nichelsona
r - wskaźnik wzrostu populacji
K - asymptota górna - maksymalna liczebność populacji
ΔN / Δt = r N - ( r / KN2) ± kNNI
NI - liczebność drugiej populacji
k - stały współczynnik dla danej populacji /miara antagonizmu między populacjami/
Model cykliczny
- niezrównoważony
Model ustabilizowany (rzadko występuje)
- stałe warunki środowskowe, stałe czynniki regulujące
- krótki okres wzrostu, długi okres równowagi
Wpływ czynników abiotycznych
obliczanie wskaźnika wzrostu populacji
obliczanie maksymalnej liczebności populacji w zależności od stężenia danego czynnika abiotycznego
CL50
U stawonogów i kręgowców zależność między śmiertelnością a wpływem czynnika ograniczającego ma znaczenie ekologiczne.
Krzywe śmiertelności mogą się zmieniać wskutek odporności pasożyta na lek.
CL50 - stężenie czynnika chemicznego wywołujące śmiertelność 50% osobników
DL50 - dawka czynnika chemicznego wywołująca śmiertelność 50% osobników
CL50 = CL + (1/b)(50 - NI) 1/b = (CII - CI ) / (NII - NI)
Populacja przegęszczona
występuje autointoksykacja
punkt krytyczny
W strefie przegęszczenia występują zaburzenia
etiologiczne (większa agresywność, zanik instynktu rozrodczego, załamanie hierarchii społecznej, walka o nic)
metaboliczne (zaburzenia przemiany materii prowadzące do miażdżycy i zawału)
odpornościowe (stres, obniżenie odporności, wzrost zachorowalności na choroby pasożytnicze
Zagęszczenie populacji - liczba osobników na jednostkę powierzchni lub objętości
Metody obliczania zależą od sposobu w jaki można policzyć osobniki danego gatunku w ich naturalnym środowisku.
Policzenie całej liczby osobników możliwe jest w przypadku roślin i zwierząt dużych.
Dla większości gatunków możliwe jest tylko polczenie liczebności względnej
CMR - catch mark release
całkowita liczebność populacji = liczba osobników złapanych w II etapie / liczba zaznaczonych złapanych osobników w II etapie * liczba zaznaczonych w I etapie
Wiele parametrów populacyjnych wykazuje zmienność wraz z zagęszczeniem dochodzi do kokurencji między osobnikami o zasoby - dochodzi do wzrostu śmiertelności i spadku rozrodczości
Równowaga rozrodczości i śmiertelności zależna od zagęszczenia
ciągła - śmiertelność
przerywana - rozrodczość
liczebność populacji nie zmienia się
pojemność środowiska
Reguła Allego - najszybszy wzrost w umiarkowanych warunkach zagęszczenia populacji
Rodzaje zależności od zagęszczenia
podkompensacja
pełna kompensacja
nadkompensacja
na osi Y - liczebność przeżywających w czasie t
na osi X - liczebność populacji w czasie t
Pełna kompensacja - liczebność osobników przeżywających nie zależy od początkowego zagęszczenia populacji
Nadkompensacja - działanie mechanizmów zależnych od zagęszczenia powoduje, że liczebność osobników przeżywających zmniejsza się wraz ze wzrostem początkowej liczebności populacji
Podkompensacja - liczebność osobników przeżywających wzrasta wraz ze wzrostem początkowej liczebnośći populacji, procesy zależne od zagęszczenia nie są dość sprawne by powstrzymać tempo wzrostu populacji na poziomie odpowiadającym ilości dostępnych zasobów środowiska
Organizm ze względu na wymianę ciepła jest układem otwartym, zachowuje swoją obrębność jako jednostka biologiczna, zachowuje jednocześnie uniwersalność, np. stan płynów ustrojowych, jest wyposażony w odpowiednie mechanizmy zabezpieczające przed nadmiernym i niekontrolowanym wpływem bodźca środowiskowego tylko wtedy gdy zmiany podlegają zakresom zmienności.
podstawą jest homeostaza (stałość środowiska wewnętrznego), która zapewniona jest dzięki mechanizmom sprzężenia zwrotnego ujemnego. Podstawy homeostazy tworzą mechanizmy powstałe w toku ewolucji, są utrwalone genetycznie i przekazywane następnym pokoleniom.
Dzięki udziałowi specyficznych i niespecyficznych mechanizmów obronnych możliwa jest ta stałość
niespecyficzne - właściwości skóry i błon śluzowych - tworzące bariery(np. przeciwbakteryjną dzięki obecności lizozymu w ślinie), zjawisko fagocytozy
specyficzne (swoiste) - odporność komórkowa i humoralna
Duże znaczenie mają mechanizmy, które podtrzymują stałość i kompleksowość organizacji morfologicznej, stanowią podstawę homeostazy strukturalnej - działają na poziomie molekularnym, tkankowym, narządowym.
Uniwersalnym i efektywnym mechanizmem jest regeneracja:
-reparatywna - zrastanie kości po złamaniach
-fizjologiczna - paznokcie, naskórek, włosy
Ważne znaczenie dla homeostazy ma zdolność organizmu do podtrzymywania składu chemicznego i właściwości płynnego pozakomórkowego środowiska wewnętrznego organizmu (krew, limfa, płyn tkankowy)
Mechanizmy regulujące proces są bardzo złożone - np. zdolność utrzymywania stałości pH zależy od procesów metabolicznych w wątrobie, nerkach, mięśniach, a także wymianie gazowej w płucach i obecności układów buforowych (fosforowy, białkowy)
Homeostaza: genetyczna, strukturalna, krwi, wymiany gazowej.
Mechanizmy funkcjonują w ścisłym powiązaniu, całość jest integrowana przez układ nerwowy i hormonalny.
Wszystkie zmiany są odbierane przez receptory, w których zachodzi przetwarzanie danych i przekazywanie ich w sposób analogowy, cyfrowy lub mieszany.
Przekaz analogowy - za pośrednictwem hormonów, których stężenie warunkuje przeniesienie odpowiedniej ilości informacji
bodziec - kwaśna treść pokarmowa w dwunastnicy
komórka wydzielnicza błony śluzowej
sekretyna krążąca we krwi
trzustka - część zewnątrzwydzielnicza
sok trzustkowy
Przekaz cyfrowy - przenoszenie informacji w sposób skokowy, impulsowy - w receptorach
bodziec - ucisk na skórę
receptor - ciała blaszkowate
impulsy nerwowe dośrodkowe
ciało komórki nerwowej
impulsy nerwowe odśrodkowe - efektor
Przekaz analogowo - cyfrowy
bodziec - wzrost ciśnienia osmotycznego osocza
osmodetektor - impulsy nerwowe
neuron neuro-sekrecyjny
impulsy nerwowe - egzocytoza wazopresyny
Teoria informacji jest przydatna do analizowania mechanizmów, dzięki którym procesy życiowe przebiegają prawidłowo.
Jednostka informacji - bit.
System - zbiór elementów połączonych ze sobą określonym wzorem i wykonujące określone czynności.
Prosty system (pojedyncza komórka) nazywamy układem.
Połączenie między elementami systemu lub układu za pośrednictwem kanałów informacji przedstawia sie w postaci kanałów blokowych.
Poszczególne bloki mają swoje wejścia i wyjścia, połączone są kanałami, którymi przepływa informacja.
Układy regulacji stabilnej - oparte na sprzężeniu zwrotnym ujemnym
Układy niestabilne - sprzężenie zwrotne dodatnie
Sprzężenie zwrotne to rodzaj sterowania, który na sygnał wyjściowy układu oddziaływuje zwrotnie za pośrednictwem innych układów.
Termostat
Każdy układ żywy można potraktować jako układ regulacji i podtrzymać wartość regulowaną na określonym poziomie.
układ regulujący (sterujący) ----sygnał-----> układ regulowany
Gdy sygnał jest stały to układ jest stabilny.
Σ - sumator, komparator - porównanie sygnału dochodzącego z sygnałem normy
Sygnał błędu - jeżeli jest różnica między sygnałem dochodzącym (SD) a sygnałem normy (SN)
sprzężęnie zwrotne ujemne So + (- Sr) = SD
sprzężęnie zwrotne dodatnie So + Sr = Sn
Układ regulujący ma zapewnić zminimalizowanie odchylenia (zmniejszenie stężenia glukozy we krwi po obciążeniu)
Silne tłumienie - najszybszy powrót do stanu równowagi ale może doprowadzić do cukrzycy
Gdy oscylacje nasilają się, układ jest niestabilny, sprzężęnie zwrotne dodatnie powoduje maksymalizację wychylenia od stanu równowagi. Przyczyna jest skutkiem powiększenia odchylenia - prowadzi do nasilenia procesów aż do wyczerpania.
Układy żywe to układy regulacji ultrastabilnej, występuje przetwornik pamięci - pamięta jakiczynnik wystąpił, jak zadziałał na układ regulowany, potrafi przestawić komparator na inny poziom normy (jeśli nie - może wystąpić choroba adaptacyjna).
Medycyna obejmuje całokształt wiedzy o zdrowiu i chorobach
Zdrowie - pełny dobrostan fizyczny, psychiczny, społeczny, a nie tylko brak choroby czy niedołęstwo
Stan zdrowia - stan równowagi somatycznej, fizycznej,psychicznej i społecznej, warunkujący przystosowanie do zmian przystosowawczych:
- adaptacje: - kierunkowe zmiany w genetycznych właściwościach populacji zachodzą w związku ze zmianami środowiska
- międzypokoleniowe przekształcenia składu genetycznego populacji, głównie pod wpływem czynników selekcyjnych
Ciemnapigmentacja skóry osób ze stref tropikalnych chroni przed patogennym działaniem promieni UV, jasna pigmentacja o małej ilości melaniny ułatwia przenikanie promieni UV, a tym samym syntezę witaminy D w skórze.
Posiadanie określonej grupy krwi o lepszej lub gorszej przyswajalności pokarmów:
grupa A - lepiej dietę białkowo-tłuszczową
grupa B - lepiej dietę węglowodanową
Adaptabilność - przystosowalność - zmiany trwałe, dotyczą całej ontogenezy
Osobnik nie mogąc realizować w ciągu jednego życia pełnego zakresu możliwości genetycznych - realizuje jeden z wariantów drogi rozwojowej. Jej wybór zostaje wymuszony przez warunki środowiska (osobnik, którego genotyp warunkuje powstawanie dużej liczby komórek tłuszczowych, ich liczba zależy od sposobu karmienia w okresie dzieciństwa, przy obfitszym karmieniu organizm wytwarza większą ich liczbę).
Adiustacja - przystosowanie - zmiany dotyczą ontogenezy, zmiany mają charakter odwracalny.
Aklimatyzacja do warunków biometeorologicznych przy wzroście wilgotności i temperatury powiększa się ilość czynnych gruczołów potowych a wzrost promieniowania UV w lecie zwiększa przejściowo zawartość melaniny w skórze. Zmiany adiustacyjne mogą doprowadzić do przekształceń adaptabilnych. Obserwacje dzieci w rejonach wysokogórskich, jeśli przeprowadzą się na tereny położone niżej - mogą mieć zwiększoną pojemność płuc.
Zdrowie zależy:
w 53% od stylu życia
w 21% od środowiska
w 16% od genetyki
w 10% od służby zdrowia
Choroba to dynamiczna reakcja ustroju na działanie czynnika chorobotwórczego prowadząca do zaburzeń naturalnego współdziałania narządów i tkanek, a następnie do zaburzeń czynnościowych i zmian organicznych w narządach całego ustroju.
Choroba to niewyrównane zaburzenie równowagi somatyczno-psychiczno-społecznej ustroju powodujące jego nieodwracalne przystosowanie do środowiska.
Choroba to przekroczenie możliwości adaptacyjnych, a więc zaburzenie homeostazy.
Choroby krajów rozwiniętych
wynikają z naruszenia reguł ekologicznych
związane z zaburzeniami przemian materii
wynik przeciążenia nerwowego, stosowania używek
zawodowe
pourazowe
jatrogenne (związane z medycyną, np. w wyniku działania antybiotyku rozwija się grzybica)
Choroby krajów rozwijających się:
Zakaźne (infekcyjne) Pasożytnicze (inwazyjne)
gruźlica malaria
trąd schistosomoza
cholera leiszmanioza
żółta febra amebozy
dżuma filariozy
czerwonka glistnica
włosogłówczyca
ankylostomoza
tasiemczyce (teniozy)
Pasożyty:
Protozoa
Plathyhelmintes
Nematoda
Annelida
Anthropoda
Fungi
Pasożytnictwo
Antagonistyczne interakcje międzygatunkowe pasożyt - żywiciel (pokarm, środowisko życia, wyrządza szkody)
Zależność metaboliczno-ekologiczna (bliski, stały związek metaboliczny o charakterze eksploatacyjnym), pasożyt - organizm, który jest pośrednio lub bezpośrednio metabolicznie uzależniony od żywiciela - dotyczy bodźców rozwojowych enzymów trawiennych, regulacji dojrzewania, a nawet mitozy. Stopień uzależnienia jest różny: niższy u zwierząt wolnożyjących i 100%-owy np. u tasiemca. Uzależnienie ujawnia się w momencie inwazji (wniknięcie w skórę cerkari Schistosoma uwarunkowane jest obecnością niektórych kwasów tłuszczowych. Wniknięcie pierwotniaków uzależnione jest od obecności niektórych elementów żółci.
Ponieważ środowisko stworzone przez żywiciela jest uwarunkowane genetycznie, to pasożytnictwo jest interakcją uzależnioną od co najmniej jednego genu żywiciela
Człowiek jest żywicielem ponad 100 gatunków pasożytów. Wg danych WHO większość ludzi jest zakażonych pasożytami, co obok niedoboru żywności jest główną przyczyną zgonów ludzi.
W Afryce, Ameryce Południowej, w Azji Południowo-Wschodniej częstość zakażenia pasożytami jest bardzo wysoka.
Jeden człowiek może być zarażony kilkoma pasożytami.
Jedna samica glisty ludzkiej /Ascaris lumbricoides/ wytwarza dziennie 240 tysięcy jaj (dzięki grubej otoczce są odporne na czynniki środowiska np. w wodzie oceanicznej, 10% formalinie, w glebie pozostają zdolne do zakażenia przez okres 2 lat.
Lamblia jelitowa - w ciągu doby wytwarza 70 mln cyst na gram odchodów.
Plasmodium - 2500 mln (ludzi zarażonych)
Trichomonas vaginalis - 2000 mln
Toxoplasma gondi - 1500 mln
Ascaris lumbricoides - 1400 mln
Ancylostoma duodenale - 900 mln
Trichuris trichiura - 900 mln
Entamoeba - 500 mln
Schistosoma - 250 mln
Giardia intestinalis - 200 mln
Ustawa o chorobach zakaźnych i zakażeniach w Polsce (6.09.2001) dotyczy chrób:
glistnica i inwazje innymi nicieniami
grzybice
lamblioza
owsica
pełzakowica
pneumocytoza
rzęsistkowica
świerzb
tasiemczyce
toksoplazmoza
toksokaroza
włośnica
wszawica
zimnica/malaria
Powinny być zgłaszane koniecznie do sanepidu.
Teniozy (w Polsce) - zapadalność 0,57/100000
Włośnica - 0,1/100000
Zimnica - 0,07/100000
Świerzb - 43,8/100000
Najczęstsze parazytozy u dzieci w Polsce
Enterobiosis
Giardiosis
Trichurosis
Entamoebosis
Ascariosis
Parazytozy jelitowe o największej śmiertelnością
Amoebosis
Giardiosis
Ascariosis
Ancylostomosis
Wzrost zakażeń grzybami pacjentów oddziałów zabiegowych w ciągu 10 lat od 3 do 5 razy.
Najniższy - położnictwo, najwyższy - OIOM
Grzybice układu trawiennego:
jama ustna 10 - 96%
przełyk 48,3 - 60%
żołądek 51,7 - 60%
dwunstnica 5,2 - 26,1%
jelito grube 30 - 44%
odbytnica 38 - 52%
Pasożyt - żywicielem
brak inwazji
inwazja bez zakończenia cyklu rozwojowego (toksokara)
inwazja z zakończeniem cyklu rozwojowego - przebieg bezobjawowy lub objawowy - natężenie objawu zależy od zjadliwości gatunku, od statusu immunologiczności organizmu
Najwięcej grzybów chorobotwórczych znajduje się w (kolejność malejąca) śmietana, ser biały, jogurt, maślanka, kefir.
Grzyb - żywiciel
brak inwazji
grzybica jednoogniskowa
grzybica wieloogniskowa: rozsiana lub głęboka
zaburzenia odporności - urazowe lub nabyte (HIV) związane z zastosowanym leczeniem, np. antybiotykami, steriodami, leki przeciwnowotworowe, radioterapia)
zaburzenia wchłaniania, uzależnienia, osoby po urazach, osoby z wektorami lub cewnikami
Czynniki sprzyjające inwazjom
hodowla i kontakt ze zwierzętami (hodowcy, weterynarze, mieszkańcy wsi), kontakt bezpośredni ze zwierzętami, kontakt z odchodami - epidemie włośnicy
rozwój zasobów wodnych (termy, zbiorniki, systemy nawadniające) - schistosomozy, malarie, cysticerkozy, zrzuty ciepłych wód przemysłowych do zbiorników wodnych, namnażanie chorobotwórczych ameb (negleria), które mogą wywołać objawy uszkodzenia mózgu
przegęszczenie populacji i migracje
behawior człowieka (zależy od wieku, stanu psychicznego, przekonań kulturalnych) - schistsomoza - zanieczyszczenie przez ludzi swoimi odchodami wód - cysticerkoza - kał z jajami tasiemca, hodowla świń w niehigienicznych warunkach, - jaja tasiemca nieuzbrojonego - w toaletach przez niewłaściwe używanie
zwyczaje kulinarne - tendencja do spożywania surowego mięsa, mięso niedosmażone, Anisacis - u ryb
Stadia inwazyjne zanieczyszczające pożywienie
-jaja - Echinococcus granulosus, Ascaris lumbricoides, Trichuris trichiura, Toxoplasma cati
-larwy - Drancuculus
-cysty - Giardia intestinalis, Entamoeba histolitica
-bradyzoity, tachyzoity - Toxoplasma gondi
Stadia inwazyjne występujące w sposób naturalny w pożywieniu
-metacerkarie - Fasciola hepatica, Fasciolopsis, Opistorchis, Clonorchis, Paragonimus
-plerocerkoidy - Diphyllobothrium latum
-cysticerkus - Taenia solium, Taenia saginata
-larwy - Trichinella spiralis, Anisacis
medycyna ludowa (Taenia solium - cysticerkoza, Paragonimus westermani),choroby iatrogenne
medycyna wspłczesna:
-Plasmodium malariae 40%, Plasmodium falciparum 25% (5 lat bezobjawowo), Plasmodium Vivax 20% (3 lata), Plasmodium ovale 15% (7 lat) - w stacjach badawczych krwi
-Trypanosoma cruzi, Trypanosoma brucei - po przetoczeniu krwi
-Toxoplasma gondii - w większości przebieb bezobjawowy
Zakażenia szpitalne - 5-10 /100 przyjęć, przyczyna zgonów 11% pacjentów
-zakażenia moczowe, zakażenia płuc, rany pooperacyjne
Zakażenia szpitalne
egzogenne - drobnoustrój pochodzi od innego pacjenta, pracownika służby zdrowia lub z rezerwuaru szpitalnego
endogenne - wywołane przez własną endoflorę chorego, który był nosicielem przed przyjęciem do szpitala lub stał się nim w trakcie pobytu w szpitalu
Kontakt bezpośredni (baseny, narzędzia medyczne, pościel)
-Staphylococcus aureus |
-gronkowce koagulazo ujemne | bakterie
-pseudonaonas aeruginosa |
-Cryptococcus neoformans (grzyb)
-dermatofity
Choroba klimatyzacyjna
czynniki biotyczne: Fusarium, Cladosporium, Aspergillus, Penicillium, Pullulavia
substancje lotne uwalniane w czasie ogrzewania powietrza
substancje uwalniane z nowych mebli, wykładzin
-toksyczne zapalenie płuc
-nawracająca infekcja dróg oddechowych
-alergiczne zapalenie pęcherzyków płucnych
-astma oskrzelowa
Międzynarodowy program zapobiegania zakażeniom wrodzonym TORCH - T-Toxoplazm, O-Other: Plasmodium, Trypanosoma, R-Rubivirus, C-Cytomegalovirus, H-Herpex Simplex Virus
EORTC - European Organization for Research and Treatment of Cancer
AIDS - patogeny wskaźnikowe
Toxoplasma gondii
Cryptosporidium sp.
Isospora sp.
Leishmania donovani
Zmiany
OUN - Toxoplasma gondii, Cryptococcus neoformans, Aspergillus spp., Candida spp.
Układ oddechowy - Pneumocystis carinii, Toxoplasma gondii, Cryptococcus neoformans, Aspergillus sp., Cryptosporidium sp.
Układ pokarmowy - Candida sp., Cryptosporidium sp., Sarcocystis, Entamoeba histolytica, Giardia lamblia
Układ moczowo-płciowy - Candida spp.
Zakażenia uogólnione - Candida spp., Cryptococcus neoformans, Histoplasma capsulatum, Toxoplasma gondii, Aspergillus spp., Mucor
GENETYKA WYKŁADY
Genetyczne choroby charakterystyczne dla grupy etnicznej:
mieszkańcy Morza Śródziemnego
- talasemia β
- hemoglobinopatia
Meksykanie
- cukrzyca
- rozszczep wargi i podniebienia
Irlandczycy
- bezmózgowie
Apacze
- ciężki niedobór odpornorności
Japończycy
- rozszczep wargi i podniebienia
Rdzenni Amerykanie
- rozszczep wargi i podniebienia
- cukrzyca
Europejczycy: mukowiscydoza, fenyloketonuria
Indianie: Albinizm
Finowie: biegunki chlorkowe, miażdżyca wrodzona
Eskimosi: przerost nadnerczy
Afrykanie: talasemia, hemoglobinopatia
Chińczycy: niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej
Przyczyny: odmienna dieta, różne czynniki społeczne
Jasna karnacja i kolor włosów ludności Europy Północnej wykształciły się wskutek adaptacji do klimatu, w którym niedobór światła słonecznego powoduje zmniejszenie ilości melaniny i wit D.
W pasie okołorównikowym częstość nosicieli może wynosić 25-40 % dla hemoglobiny sierpowatej.
Istnieje niewiele genów dla jednej konkretnej populacji. Przykładem choroby uwarunkowanej genem (unikatowym w populacji) jest dysplazja mózgowo-kostno-nerkowa wyłącznie u bliźniąt w populacji Hutterita, w której występuje kojarzenie spokrewnionych osób.
Analizy DNA
anemia sierpowata - β-globina
cukrzyca typu I - insulina
choroba Taya Sachsa - β-heksozoaminidaza A
dystorfia mięśniowa typu Duchenn'a i Beckera - dystorfina
fenyloketonuria - hydroksylaza fenyloalaninowa
galaktozemia - galaktotransferaza
głuchota - postać autosomalna recesywna - koneksyna Z(lub C)6
hemofilia A i B - czynnik VIII i IX
mukowiscydoza - CFTR
niedokrwistość hemolityczna - dehydrogenaza gluko-6-fosforanowa
talasemia - α i β-globina
zespół Marfana - fibrylina 1
obrzęk naczynioruchowy - inhibitor C
wrodzony zespół złożonego niedoboru odporności - deaminaza adenozynowa
Dziedziczenie autosomalne dominujące
otoskleroza 1:340
hipercholesterolemia rodzinna 1:100 - 1:500
choroba Huntingtona 1:15000 - 1:250000
skrzywienie palca, komptodaktylia 1:1500
nierwiakowłókniakowatość 1:3500
naczyniakowatość twarzy i mózgu 1:5000
achondroplazja 1:15000 - 1:77000
siatkówczak oka 1:20000
wielopalczastość 1: 25000
zespół błękitnych białkówek 1:25000
Dziedziczenie autosomalne dominujące (tylko homozygoty)
P KK x kk
F1 Kk Kk Kk Kk 100% cecha dominująca
F2 KK Kk Kk kk 75% cecha dominująca
Proband - osoba u której jako pierwszej wykryto chorobę (przechodzi na pokolenie)
Stan homozygotyczności dominującej (choroby) występuje bardzo rzadko
Mozaikowatość germinalna - obecność zmutowanych genów tylko w części komórek gonad jednego z rodziców. Efektem może być urodzenie chorych dzieci z małżeństwa klinicznie zdrowych osób.
Dziedziczenie autosomalne recesywne
mukowiscydoza 1:2500 (Murzyni 1:17000, Chińczycy 1:90000)
niedobór α1 antytrypsyny 1:4000
fenyloketonuria 1:2000 - 1:20000
bielactwo całkowite (albinizm) 1:10000
alkaptonuria 1:200000
galaktozemia 1:12000
zespół nadnerczowo-płciowy 1:490 - 1:67000
idiotyzm amaurotyczny 1:6000 - 1:50000
P RR x rr
F1 Rr Rr Rr Rr 0%, nosicielstwo
F2 RR Rr Rr rr 25% martwe urodzenie
Każda zdrowa osoba jest nosicielem co najmniej kilku alleli recesywnych nie ujawniających się fenotypowo, oboje rodzice chorego dziecka są bezobjawowymi klinicznie heterozygotami.
P że każde ze zdrowego rodzeństwa chorego dziecka jest heterozygotą wynosi 2:3.
Ryzyko urodzenia się chorego dziecka wynosi zawsze 25% i jest ono stałe i nie zależy od liczby posiadanych już dzieci.
Liczba różnych gamet 2n
Liczba potomstwa 2n x 2n = 4n
Liczba różnych fenotypów 2n n - liczba genów
Liczba różnych genotypów 3n
Częstość cechy dominującej (D)=3/4
Częstość cechy recesywnej (d)=1/4
Prawo prawdopodobieństw
Prawdopodobieństwo zjawiska złożonego równa się iloczynowi prawdopodobieństw, które występują niezależnie od siebie.
P(M,n,o,P)= P(M) x P(n) x P(o) x P(P)
Dziedziczenie dominujące sprzężone z X
zespół Blocka i Sulzbergera 1:75000
krzywica oporna na działanie witaminy D
zespół Retta 1:15000 - 1:20000
zespół łamliwego chromosomu X 1:1250 - 1:2000
XDXD XDXd XdXd
XdY XDY hemizygoty
Cechy chorób dominujących sprzężonych z X
objawy choroby występują bez względu na płeć
mężczyźni są hemizygotami i choroba ma przebieg ciężki, często letalny, przekazują gen wszystkim córkom, nigdy synom
częstość występowania mutacji genowej u kobiet jest 2 razy większa niż u mężczyzn
Dziedziczenie recesywne sprzężone z X
deficyt dehydrogenazy gluko-6-fosforanowej 1:3 - 1:100
zespół FraX 1:2000
dystorfia mięśni dziecięca postępująca typu Duchenn'a i Beckera 1:3500
hemofilia A 1:10000 - 1:20000
hemofilia B (ch.Christmasów) 1:30000
daltonizm
hyperamonemia typ II
XRXR XRXr XrXr XRY XrY
Nosicielką jest kobieta, która ma co najmniej dwóch chorych synów, chorego syna i siostrzenice lub chorego syna i brata.
Cechy chorób recesywnych sprzężonych z X
- tylko mężczyźni wykazują objawy choroby, często niedożywając wieku reprodukcyjnego
- częstość występowania mutacji genowej u kobiet jest 2 razy większa niż u mężczyzn
Deficyt dehydrogenazy gluko-6-fosforanowej
niedobór chroni przed malarią
całkowity brak enzymu jest śmiertelny
napadowa hemoliza krwinek czerwonych (np. po aspirynie czy sulfonamidach) po zjedzeniu roślin strączkowych np. bobu
dreszcze, bóle brzucha, żółtaczka
Hyperanonemia typ II
17% kobiet posiadających mutację genu ... na jednym z chromosomów X ujawnia lżejsze lub cięższe objawy choroby prowadzące w niektórych przypadkach do ciężkiej śpiączki hyperanonemicznej.
Dziedziczenie sprzężone z Y
cecha występuje tylko u osobników płci męskiej i jest przekazywana synom
Y* niedobry chromosom
Dziedziczenie wieloczynnikowe
Termin wieloczynnikowy jest stosowany do opisu cech będących efektem oddziaływania kombinacji czynników genetycznych i niegenetycznych.
Jeżeli uwzględnia się tylko czynniki genetyczne to określa się to jako dziedziczenie poligenowe lub wieloczynnikowe.
Definicja obejmuje rodzinny charakter oraz zależność od czynników środowiska.
Dziecko wysokich rodziców prawdopodobnie będzie wyższe od dziecka niższych rodziców, ale odżywianie (czynnik środowiskowy) może spowodować zmianę.
Genetyczna predyspozycja jest dziedziczona od obojga rodziców.
Czynniki środowiskowe wpływające na ukształtowanie danej cechy mogą być różne u różnych osób, czarne włosy u jednej osoby mogą być wynikiem dziedziczenia po przodkach pochodzenia azjatyckiego,a u innych pochodzenia afrykańskiego.
Cechy:
ilościowe - także, które mogą być zmierzone, wykazują zmienność ciągłą (mogą być różne i mieszczą się pomiędzy wartościami skrajnymi)
jakościowe - nieciągłe, których fenotypy występują na zasadzie 'wszystko albo nic'
ilościowe jakościow
barwa skóry, oczu schizofrenia
masa ciała cukrzyca
ciśnienie krwi padaczka
liczba erytrocytów wrodzone wady serca
ogólna liczba listewek skórynych rozszczep wargi i podniebienia
inteligencja wady cewy nerwowej
W przypadku fizjologicznych cech ilościowych dzieci mają tendencję do osiągania średniej wartości cech swoich rodziców.
Przeciętna wartość jest nazywana wartością międzyrodzicielską.
Każdy z rodziców przekazuje połowę cech.
Dzieci rodziców, u których występują skrajne wartości cechy mają tendencję do występowania wartości bardziej przeciętnych (określane jako regresja do średniej).
Cechy ilościowe, które u normalnych osób mają zmienność ciągłą mogą również wykazywać różne odchylenia wskutek działania silnych czynników środowiskowych, np. po zadziałaniu promieniowania dziecko może osiągnąć niższy wzrost niż teoretycznie mogłoby mieć.
W niektórych przypadkach predyspozycja do choroby łączy się z czynnikami środowiskowymi.
Model progowy dziedziczenia wieloczynnikowego wyjaśnia w jaki sposób wieloczynnikowe ... (cechy mają) predyspozycje do choroby.
Zgodnie z tym modelem wszystkie czynniki osobnicze, genetyczne, niegenetyczne decydują o podatności danej osoby na chorobę.
Podatność ta polega w populacji rozkładowi wg krzywej Gausa.
Jeżeli podatność danej osoby przekroczy wartość progową, to te osoby będą chore, pozostali są zdrowi.
Modele mieszane zakładają istnienie jednego głównego genu o silnym oddziaływaniu, który działa na tle uwarunkowań wielocznnikowych.
Uwarunkowania mendlowskie o stosunkowo wysokiej penetracji.
Modele oligogenowe zakłądają małe występowanie genów działąjących wspólnie, możliwe jest występowanie heterogenności; niektóre choroby są dziedziczone w sposób mendlowski, inne mają podłoże niegenetyczne lub wieloczynnikowe.
Charakterystyka kliniczna chorób wieloczynnikowych
tendencja do rodzinnego występowania, nie wykazuje jednogenowych sposobów dziedziczenia
często występują u osób jednej płci (sprężenie odźwiernika - częściej u mężyczyzn, toczek - u kobiet)
ryzyko ponownego wystąpienia w rodzinie jest takie samo dla wszystkich krewnych (np. rodzeństwo, potomstwo i rodzice probanda mają przeciętnie połowę wspólnych genów)
ryzyko powtórzenia choroby u wszystkich krewnych I-go stopnia jest identyczne
ryzyko spada w miarę oddalania się pokrewieństwa, np. ryzyko powtórzenia rozszczepu wargi i podniebiena wynosi ok. 4% dla rodzeństwa, a tylko 0,5% dla kuzynów chorego dziecka
ryzyko powtórzenia się choroby u krewnych I-go stopnia jest równe pierwiastkowi kwadratowemu częstości występowania choroby w populacji ogólnej
choroby wieloczynnikowe są częstsze wsród dzieci spokrewnionych rodziców (większa ilość wspólnych genów predysponujących do wystąpienia choroby)
Czynniki, które wpływają na ryzko powtórzenia się chorób wieloczynnikowych:
wyższe jeżeli jeden z bliskich krewnych jest chory, np. ryzyko wystąpienia rozszczepu wargi z lub bez rozszczepu podniebienia u dziecka mającego jedną osobę wśród rodzeństwa chorą - 4%, zaś gdy liczba rodzeństwa chorego to 2 osoby, to ryzyko wzrasta do 10%. Oznacza to, że małżeństwo, które ma więcej niż jedno chore dziecko ma większe predyspozycje niż małżeństwo z jednym chorym dzieckiem. Dziedziczenie to jest całkiem odmienne od jednogenowego, w którym ryzyko powtórzenia się choroby zależy od genotypu rodziców a nie od liczby chorych dzieci.
Ryzyko jest wyższe dla krewnych tych dzieci, których płeć jest rzadziej dotykana chorobą. Aby choroba ujawniła się u osób płci rzadziej dotykanej chorobą muszą one mieć większe predyspozycje, tak więc i krewni mają również większe ryzyko wystąpienia podobnej choroby, np. zwężenie odźwiernika występuje 5% częściej u mężczyzn niż u kobiet, ryzyko powtórzenia choroby u brata chorego wynosi 4% jeśli dziecko jest chłopcem, 9% jeśli to dziewczynka
ryzyko powtórzenia choroby u krewnych jest wyższe w wyniku cięzkiej choroby probandów, np. powtórzenie rozszczepu wargi i podniebienia wynosi 2,5% dla chorych z jednostronnym rozszczepem, a 6% z dwustronnym.
Czynniki środowiskowe mają największą możliwość spowodowania choroby u osób mających predyspozycje genetyczne. Sterowanie czynnikami środowiskowymi może być skuteczne w celu zapobiegania chorobie.
Badania bliźniąt są często stosowane do odróżnienia cech wieloczynnikowych od jednogenowych lub spowodowanych czynnikami niegenetycznymi.
Bliźnięta jednojajowe (monozygotyczne) mają jednakowe geny i powinny wykazywać 100% zgodność (konkordacja) wystąpienia chorób jednogenowych.
Bliźnięta dwujajowe (dizygotyczne) powinny wykazywać 50% zgodność dla chorób jednogenowych i 25% dla recesywnych.
Choroby występujące rodzinnie nie muszą być genetyczne.
Zgodność etiologiczna dla bliźniąt jedno- i dwujajowych powinna być identyczna.
Jeśli jedno z bliźniąt jednojajowych cierpi na chorobę wieloczynnikową, ryzyko powtórzenia choroby u drugiego jest mniejsze niż 100%, a często nawet niż 50%.
Zgodność występowania choroby jest większa u bliźniąt dwujajowych niż u jednojajowych, np. odsetek zgodności występowania astmy oskrzelowej u bliźniąt jednojajowych wynosi 47%, a u dwujajowych 24%, stopa końska 33% i 7%, reumatoidalne zapalenie stawów 34% i 4%, choroba maniakalno-depresyjna 67% i 5%
Poligenia
geny uzupełniające - komplementarne
geny hamujące - epistatyczne
geny sumujące się - polimeryczne - kumulujące się - czynniki wielkokrotne
Geny uzupełniające się
przykładowe cechy - zdolność wydzielania antygenu, np. w ślinie A - gen antygenu A, U - gen uzupełniający
P AAUU x aauu
F1 AaUu
F2 AU - 9 Au - 3 aU - 3 au - 1
wydzielacze : niewydzielacze 9:7
Geny epistatyczne
dziedziczenie barwy upierzenia kury
C - gen barwy ciemnej, H - gen hamujący
P CCHH x cchh
F1 CcHh
F2 CH - 9 Ch - 3 cH - 3 ch - 1
barwa ciemna : barwa jasna 3:13
Geny polimeryczne - sumujące się
P AABBCC x aabbcc
F1 AaBbCc
ABC ABc Abc AbC aBC aBc abC abc
ABC 6 5 4 5 5 4 4 3
ABc 5 4 3 4 4 3 3 2
Abc 4 3 2 3 3 2 2 1
AbC 5 4 3 4 4 3 3 2 suma genów dominujących
aBC 5 4 3 4 4 3 3 2
aBc 4 3 2 3 3 2 2 1
abC 4 3 2 3 3 2 2 1
abc 3 2 1 2 2 1 1 0
Trójkąt Pascala
0 1
1 1 1
2 1 2 1
3 1 3 3 1
4 1 4 6 4 1
5 1 5 10 10 5 1
6 1 6 15 20 15 6 1
wyższy wzrost taki sam wzrost niższy wzrost
najwyższe dziecko P=1:64
Grupy krwi
Poznano sekwencję 250 antygenów, które należą do 23 układów antygenowych krwinek czerwonych.
Białka transportujące lub tworzące kanały w błonie komórkowej (wymiana jonowa), czy tworzące kanaliki wodne, białka adhezyjne uczestniczące w oddziaływaniu międzykomórkowym, inne są receptorami dla bakterii lub wirusów, białka enzymatyczne.
Układy antygenów
AB0 - enzym (5), MNS - receptor (40), P - receptor (1), Rh - transporter (52), Luthean - adhezja (20), Kell - enzym (7), Lewis - adhezja (19), Duffy - receptor (1), Kidd - transporter (18), Diego - transporter (17), Xg - ligand/adhezja (X)
w nawiasach: od AB0 do Luthean - liczba antygenów, od Kell do Xg - lokalizacja w chromosomie
Układ AB0 (1900 - układ klasyczny)
antygeny można wykryć u 6-cio tygodniowego płodu, przeciwciała u 6-cio miesięcznego
Geny: IA IA1 IA2 IA3
IB IB1 IB2 IB3
i - gen amorficzny- nie koduje żadnego enzymu
dominowanie hierarchiczne - IA1 dominuje nad IA2
kodominacja (grupy krwi AB0,Kell,MNS) - IAIB
Enzymy erytrocytarne: kwaśna fosfataza, kinaza adenylowa, białka osocza haptoglobina
Antygeny powierzchowne komórek układ HLA
Fenotyp Genotyp Częstość (%) Przeciwciała
A1 A1A1, A1A2, A1i 34 anty-B
A2 A2A2, A2i 6 anty-B
B BB, Bi 19 anty-A
A1B A1B 7 brak
A2B A2B 2 brak
0 ii 32 anty-A, anty-B
ślina, nasienie, wody płodowe, erytrocyty, łzy, mocz, [zawartość antygenu w ml krwi]
128 - 1024 64 - 86 8 - 32 2 - 8 2 - 4
płyn mózgowo-rdzeniowy, chrząstka, soczewka oka, włosy, zrogowaciały naskórek
miano 0
Układ MNS
Fenotyp Genotyp Częstość (%)
MN MN 48,3
M MM 35,4
N NN 16,3
geny sprzężone autosomowo (2 loci genetyczne)
Układ P
Fenotyp Genotyp Częstość (%)
p1 p1 p1, p1 p2, p1 pk 78,7
p2 p2 p2, p2 pk, p2 p 21,3
pk pk pk, pk p 0,001
p pp 0,01
Układ Rh
geny sprzężone autosomowo
Fenotyp Genotyp Częstość (%)
Rh(-) cde 40
Rh(+) cDE 39,4
Cde 15
CDe 3,2
Cde 2,0
CDe CDe cDe CDe cde cde
cde cde CDe Cde Cde CDe
Układ Kell
allele K, k antygen K - silny immunogen
Fenotyp Genotyp Częstość (%)
Kell+ KK 0,18
Kk 8,08
Kell- kk 91,7 (Kell null)
Układ Kidd
Jk (a+ b-) Jka Jka
Jk (a- b+) Jkb Jkb
Jk (a+ b+) Jka Jkb
Jknull - brak ekspresji genu Jk, występuje gen hamujący
Układ Duffy
receptor dla Plasmodium vivax i prazapalnych cytokin
Fenotyp Genotyp Częstość (%)
Fy (a+ b-) Fya Fya 17
Fy (a- b+) Fyb Fyb 34
Fy (a+ b+) Fya Fyb 49
Fy null - nie chorują na malarię
Układ Luthean
Fenotyp Genotyp
Lu (a+ b+) Lua Lub
Lu (a+ b-) Lua Lua
Lu (a- b+) Lub Lua
Układ Lewis
Fenotyp Genotyp
Le (a+ b+) Lea Leb
Le (a+ b-) Lea Lea
Le (a- b+) Leb Lea
Le null
Ściśle związany z układem AB0, pojawia się kilka dni po pojawieniu się pępowiny.
Układy grupowe białek surowicy (dziedziczą się zgodnie z prawami Mendla)
układ fosfoglukomutazy
-chromosom 1, 4, 6
-geny: PGM11, PGM12, PGM13
genotyp fenotyp
PGM11 PGM11 PGM1 1-1
PGM12 PGM11 PGM1 1-2
układ dehydrogenazy 6-fosfoglukanianowej
-chromosom 1
-geny: PGDA, PGDC, PGDF, PGDH, PGDR, PGDE
-krwinki białe, bakterie roślin ryżu, tkanki zwierzęce
fenotyp genotyp
I PGDA PGDA
II PGDA PGDC
III PGDC PGDC
IV PGDA PGDR
V PGDA PGDH
układ aminotransferazy alaninowej
-tkanki zwierzęce, bakterie
-geny: GPT1, GPT2
genotyp fenotyp częstość (%)
GPT 1-1 GPT1 GPT2 25,2
GPT 2-1 GPT2 GPT1 50,7
GPT 2-2 GPT2 GPT2 24,1
układ grupowy haptoglobin
-mają zdolność do wiązania wolnej hemoglobiny
-geny: Hp1: Hp1F, Hp1S
Hp2: Hp2FF, Hp2SS, Hp2FS
HpB, HpD, HpM, HpL
fenotypy częstość (%)
Hp 1-1 13,9
Hp 2-1 45
Hp 2-2 39,2
układ grupowy transferyn
β-gloulina
-geny: TfB, TfC, TfD ( TfBo-1, TfChi, TfFin )
-fenotypy: Tf B-B, Tf B-C, Tf C-C, Tf B-D
układ grupowyc ceruloplazminy
α-globuliny
-geny: CpA, CpB, CpC, CpNH
-fenotypy: Cp: A, AB, B, AC, BC, A-NH, B-NH
układ kwaśnej fosfatazy
-geny: PA, PB, PC
-fenotypy: P: A, B, C, BA, CA, CB
Genetyka populacji
Prawo Hardyego-Weinberga - w dostatecznie licznej populacji mendlowskiej względna częstość każdego z alleli jest stała, jeżeli nie ma selekcji fenotypów, ani mutacji tych alleli.
Populacja mendlowska (panmigtyczna) - populacja której związki rozrodcze są przypadkowe i nieograniczone.
Izolacja populacji polega na braku migracji osobników i krzyżówek z osobnikami innej populacji, co uniemożliwia dopływ i odpływ genów, które charakteryzują populacje.
W razie spełnienia tych warunków mówimy, że populacja znajduje się w stanie równowagi genetycznej, a względna częstość genotypów jest wyrażona równaniem:
p + q = 1 p - częstość genu D
p2 + 2pq + q2 = 1 q - częstość genu d
DD Dd dd
D d