9 października 2001 Prelekcja I

CZYNNIKI ABIOTYCZNE DZIAŁAJĄCE NA ŻYWE ORGANIZ-MY

Czynności organizmu przebiegają prawidłowo tylko w pewnej strefie natężeń różnych czynników zewnętrznych — zgodnie z zasadą tolerancji Shelforda:

Zarówno niedobór, jak i nadmiar różnych czynników działa limitująco na czynności życiowe organizmu;

w oparciu o prawo minimum Liebiega:

Każdy czynnik występujący w minimalnej ilości ogranicza czynności życiowe organizmu (każdy układ jest tak silny, jak jego najsłabsze ogniwo).

Należy przy tym pamiętać, że tolerancja ekologiczna jest absolutnie odmienna nie tylko dla różnych gatunków. Dwa osobniki tego samego gatunku zależnie od swojej płci, wieku itp. mogą mieć różny zakres tolerancji na te same czynniki. Co więcej, nawet u jednego i tego samego osobnika nie jest on stały — przy zmianie natężenia kilku czynników środowiska nieraz zmienia się zakres tolerancji na wszystkie inne, nawet te, których wartość pozostała ta sama.

Czynniki abiotyczne działające na żywy organizm dzielimy na dwie grupy: chemiczne

i fizyczne. Do pierwszych należą związki chemiczne organiczne i nieorganiczne, do drugich — np. grawitacja, magnetyzm, promieniowanie kosmiczne, temperatura, ciśnienie, wilgotność itp.

CZYNNIKI CHEMICZNE:

1. Pestycydy, inaczej syntetyki (stosowane w rolnictwie do walki ze szkodnikami; zawierają syntetyczne związki organiczne i nieorganiczne):

• zoocydy (do zwalczania szkodników zwierzęcych)

• insektycydy ( — // — owadów)

• bakteriocydy ( — // — bakterii)

• herbicydy ( — // — chwastów)

• fungicydy ( — // — grzybów pasożytniczych).

2. Nawozy mineralne.

Przykładem szkodliwych związków zawartych w nawozach mogą być azotany.

W przewodzie pokarmowym azotany ulegają przemianie w azotyny (powodujące niedotlenienie krwi) lub nitrozoaminy (mające działanie rakotwórcze).

Azotany i azotyny człowiek pobiera głównie w żywności i wodzie. Aż 80% tych związków zawartych jest w owocach i warzywach. Najwięcej zawierają ich: sałata, rzodkiewka, szpinak, buraki, marchew, seler, banany. Stosunkowo najmniej: ogórki, papryka, fasola i cebula.

Azotany i azotyny są związkami silnie kancerogennymi (powodującymi powstawanie nowotworów).

3. Metale ciężkie (najczęściej dostają się do organizmu człowieka z wodą i pożywieniem lub z lekami, ale czasami również przez układ oddechowy lub skórę). Jako przykład może służyć ołów (Pb), przyczyna nowotworów nerek, żołądka
   i jelit, a także uszkodzeń mózgu, całego układu nerwowego i układu rozrodczego.

4. Pierwiastki radiogenne — np. cez (Cs¹³⁴ i Cs¹³⁷) — wchłaniane głównie na drodze pokarmowej. Szczególnie niebezpieczne dla dzieci, które wchłaniają do 40-50% szkodliwych substancji (dorośli nieco mniej, 10-20%).

Dla wszelkich związków zawartych w produktach żywnościowych WHO i FAO ustaliły tzw. normy dopuszczalnego dziennego pobrania (ADI — Accettable Daily Intake).

Norma dopuszczalnego dziennego pobrania jest to maksymalna ilość badanej substancji, wyrażona w miligramach na 1 kg masy ciała człowieka, która pobierana codzienne w ciągu całego życia nie okaże się szkodliwa dla zdrowia.

CZYNNIKI FIZYCZNE

1. Temperatura.

Temperatura, zarówno zbyt wysoka, jak i zbyt niska, może mieć wielkie znaczenie dla żywych organizmów i zachodzących w nich procesów.

Temperatura krytyczna dla rozwielitki (Daphnia sp.):

minimalna -4˚C

maksymalna +33,5˚C.

Poniżej lub powyżej tych wartości następuje śmierć.

Zostało dowiedzione, że w niskiej temperaturze procesy życiowe komórki ulegają zahamowaniu.

ZERO BIOLOGICZNE — jest to temperatura, w której dany proces przestaje zachodzić. Jest ona różna dla różnych narządów i tkanek, np. czynność leukocytów człowieka ustaje przy ok. +6˚C, a komórek nerwowych — przy 5-12˚C.

Ponadto u zwierząt zmiennocieplnych wraz ze wzrostem temperatury wzrasta tempo metabolizmu. Mówi o tym zasada van't Hoffa:

Przy wzroście temperatury o 10˚C tempo metabolizmu wzrasta 2-3-krotnie.

Wysoka temperatura może służyć do wyjaławiania. Istnieją na to trzy sposoby:

• sterylizacja (ogrzewanie do temp. ok. 100˚C, podczas którego giną zarówno formy wegetatywne drobnoustrojów, jak i ich przetrwalniki);

• pasteryzacja (ogrzewanie do temp. ok. 80˚C, w wyniku którego giną jedynie formy wegetatywne drobnoustrojów);

• tyndalizacja (proces potrójnej pasteryzacji w 24-godzinnych odstępach, wystarczający, aby zlikwidować również przetrwalniki drobnoustrojów).

Metodą prostego wyjałowienia sprzętu laboratoryjnego może być zanurzenie żądanego przedmiotu w alkoholu (96% roztwór spirytusu) i opalenie nad płomieniem. Wyjaławianie odbywa się także w autoklawach — w środowisku pary wodnej, w warunkach wysokiego ciśnienia (1,5 atm.) i temperatury (ok. 100˚C).

Istnieją również formy wyjaławiania bez użycia wysokiej temperatury; są nimi:

• wyjaławianie za pomocą promieniowania UV (długość fali 200 μm), które jest silnie absorbowane przez kwasy nukleinowe bakterii, powodując tworzenie wiązań między tyminami tej samej nici DNA. Prowadzi to do zahamowania procesu powielania nici i w rezultacie do śmierci mikroorganizmu.

• wyjaławianie przy użyciu promieniowania jonizującego (gamma, RTG, promieniowanie katodowe) — stosowane do sprzętu jednorazowego.

2. Woda.

Różne organizmy różnie reagują na zmiany zawartości wody w środowisku otaczającym, podobnie jak na ubytek wody z wnętrza organizmu. Dla człowieka śmiertelny jest ubytek wody rzędu 20%, dla niesporczaka — aż 95%.

Duża odporność na utratę wody jest wykorzystywana w procesie liofilizacji. Jest to szybkie zamrożenie białek do temp. -30 do -70˚C, a następnie sublimacja w próżni powstałych kryształów lodu (z ominięciem stanu ciekłego). Powstały w ten sposób proszek może być długo przechowywany bez zmiany swojej wartości biologicznej. Po dodaniu wody białka odzyskują swoją pierwotną strukturę. Przykładem może być preparat Lakcid — liofilizowane bakterie Lactobacillus acidophilus (pałeczka kwasu mlekowego) — podawany pacjentom po kuracji antybiotykami.

CZYNNIKI TERATOGENNE

Czynniki teratogenne (powodujące powstawanie wad rozwojowych) dla organizmu ludzkiego dzielimy na dwie grupy: genetyczne i środowiskowe. Niezależnie od grupy, przyjmujemy jednak dwa uogólnienia:

1. Stadium rozwoju zarodka lub płodu ma decydujące znaczenie dla wyniku działania czynników teratogennych;

2. Najwrażliwszy na działanie czynników teratogennych jest DRUGI OKRES różnicowania się listków zarodkowych i powstawania narządów.

Najbardziej znanym dowodem istnienia wad rozwojowych nieuwarunkowanych genetycznie jest teratogenne działanie kortyzonu na zarodki myszy, u których wywołuje on rozszczep podniebienia. Podobnie inhibitory proteolizy, wyizolowane z Ascaris (glista) okazały się powodować u tych zarodków rozszczep podniebienia twardego, przepuklinę oponowo-mózgową, fuzję żeber. U poddanych ich działaniu zarodków kurzych obserwujemy skrzyżowany dziób i jednooczność, rozszczep powłok brzusznych, niewciągnięty pęcherzyk żółtkowy.

Czynnikami teratogennymi mogą być również niektóre leki. Przykładem jest Thalidomid, lek stosowany niegdyś przez kobiety w ciąży jako środek uspokajający i przeciwdziałający wymiotom. Spowodował on w latach 60. w RFN falę urodzeń niemowląt z niedorozwojem kończyn górnych (skrócone kości długie).

Przykładem biotycznych czynników teratogennych są wirusy wywołujące wady wrodzone na skutek zakażenia rozwijającego się zarodka lub płodu.

Należą do nich:

• wirus różyczki (najgroźniejszy dla dziecka — powoduje wrodzoną zaćmę soczewki oka, niedorozwój gałek ocznych, głuchotę); ryzyko zakażenie zmniejsza się stosując testy ciążowe i szczepionki;

• Cytomegalovirus;

• wirus opryszczki.

16 października 2001 Prelekcja II

CZYNNIKI BIOTYCZNE DZIAŁAJĄCE NA ŻYWE ORGANIZ-MY — CZ. I

ANTAGONISTYCZNE REAKCJE BIOCENOTYCZNE

1. Antybiotyki.

Są to związki chemiczne pochodzenia naturalnego, wytwarzane głównie przez drobnoustroje z rodzajów Streptomyces, Nocardia, Penicillium, Aspergillus, Cephalosporium, Bacillius. Można je otrzymać również na drodze syntezy chemicznej (antybiotyki syntetyczne) lub chemicznej modyfikacji związków naturalnych (antybiotyki półsyntetyczne).

Termin „antybioza” pierwszy raz został użyty przez Villemina dla opisania antagonizmu między bakteriami.

Pierwszym poznanym antybiotykiem była penicylina. Odkrył ją w 1929 r. Aleksander Fleming dzięki przypadkowemu zarażeniu kolonii gronkowca złocistego nieznanym grzybem, nazwanym później Penicillium notatum.

Antybiotyki wykazują dużą aktywność wobec drobnoustrojów chorobotwórczych, są natomiast mało toksyczne dla ludzi i zwierząt. Przed rozpoczęciem leczenia antybiotykiem trzeba zbadać wrażliwość danego szczepu drobnoustroju na określony antybiotyk; dokonujemy tego, robiąc antybiogram.

Ostatnio obserwuje się jednak mnożenie gatunków drobnoustrojów odpornych na stosowane aktualnie antybiotyki. Odporność taką możemy sklasyfikować jako:

• naturalną: gdy w komórce bakterii nie zachodzi proces metaboliczny, który jest zaburzany przez dany lek; gdy budowa drobnoustroju jest nietypowa; gdy drobnoustrój wytwarza enzym niszczący ten lek.

• nabytą: gdy odporność wytwarzana jest na drodze mutacji; gdy drobnoustroje adaptują się do leku; gdy materiał genetyczny szczepu odpornego zostanie przekazany drugiemu szczepowi, uprzednio wrażliwemu, na drodze transformacji, transdukcji bądź koniugacji.

2. Mikotoksyny.

Są to trujące metabolity drugorzędowe grzybów mikroskopowych (tzn. takie produkty przemiany materii, które nie są niezbędne do życia wytwarzających je grzybów). Mogą one działać toksycznie na człowieka, zwierzęta, rośliny, drobnoustroje.

Mikotoksyny wytwarzane są przez wyższe grzyby pleśniowe (gromada Ascomycetes), grzyby czarne (Dematiaceous hyphomycetes) i grzyby niedoskonałe.

Najbardziej znanymi między nimi są:

• aflatoksyny: B₁ (silny czynnik kancerogenny), B₂, G₁ i G₂. Działają one szkodliwie na nerki i wątrobę. Stanowią zanieczyszczenie produktów zawierających białko.

• ochratoksyna A: najczęściej występuje w zbożach. Jej szkodliwe działanie dotyczy przede wszystkim nerek.

Aflatokstyny i ochratoksynę A wytwarzają głównie grzyby z rodzajów Aspergillus (A. paraziticus i A. flavus) oraz Penicillium.

• trichotecyny: wykazują działanie kancerogenne, zwłaszcza na wątrobę. Objawy zatrucia są różnorodne: biegunki, anoreksja, zapalenie żołądkowo-jelitowe, leukopenia.

• cearalenon i jego metabolity: działają toksycznie na wątrobę.

• fumonisyny: wytwarzane przez grzyby Fusarium moniliforma i Fusarium proliferatum, po raz pierwszy wyizolowane z kukurydzy w 1988 r. w Afryce Południowej.

Spiecewcewa podała sposób określania toksyczności wyizolowanych z tych grzybów mikotoksyn na pierwotniaki:

Jeżeli śmierć pierwotniaka (za kryterium śmierci przyjmiemy brak ruchu) nastąpiła w ciągu:

• 3 minut — wyciąg z grzybni był silnie toksyczny;

• od 1 do 3 godzin — wyciąg z grzybni był średnio toksyczny;

• od 16 do 24 godzin — wyciąg wykazywał jedynie ślady toksyczności.

Mikotoksyny wytwarza np. Phytophtora infestans (zaraza ziemniaczana). Jest to pasożyt ziemniaka (Solanum tuberosum); poraża bulwy i powoduje gnicie pędów rośliny. Wilgoć sprzyja jego rozwojowi, toteż w tzw. „latach mokrych” (XIX w.) w Irlandii (kraju o wilgotnym, deszczowym klimacie) na skutek spożywania zarażonych ziemniaków nastąpiła fala urodzeń dzieci z wrodzonymi wadami OUN, charakteryzującymi się rozszczepem kręgosłupa.

Odnośnie ziemniaków, warto dodać, że w ich zielonych częściach występuje glikoalkaloid solanina, związek mogący powodować u ludzi ciężkie, a nawet śmiertelne zatrucia. Objawami zatrucia są: ból głowy, ociężałość, nudności, wymioty, biegunka, krwiomocz. Zatrucia solaniną często występowały tam, gdzie ziemniaki obierało się w sposób mechaniczny.

3. Fitoncydy.

Są to lotne związki o charakterze olejków eterycznych, pochodzenia roślinnego, mające działanie bakteriostatyczne, bakteriobójcze i grzybobójcze. Pod względem chemicznym są mieszaninami różnych związków.

Wysoka prężność par olejków eterycznych powoduje, że fitoncydy doskonale nadają się do leczenia dróg oddechowych. Podaje się je drogą wziewną (inhalacyjną) lub doustnie. Szczególnie silne działanie mają olejki rumiankowy, tymiankowy, miętowy, goździkowy, eukaliptusowy i sosnowy.

W lecznictwie stosuje się często:

• olejek tymiankowy — zawierający tymol, składnik działający na prątki gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis), a także na niektóre szczepy gronkowców.

• olejki kminkowy i koprowy — stosowane w leczeniu biegunki

• olejki kosodrzewinowy, sosnowy, jodłowy, cyprysowy itp. (z drzew iglastych) — stosowane w leczeniu górnych dróg oddechowych.

Fitoncydy występują również w takich roślinach jak: czosnek (Allium sativum L.), cebula (Allium cepa L.) i chrzan (Armoracia lapathifolia). Związki zawarte w czosnku mają największe znaczenie i najsilniej działają: są zabójcze dla drobnoustrojów gram-dodatnich i gram-ujemnych, a także dla antybiotykoodpornych drobnoustrojów występujących w jelitach podczas biegunki u dzieci.

4. Entomophtora muscae — jest to grzyb wywołujący epizoocję u much. Na ciele muchy pojawia się strzępka grzyba, która wnika do jego wnętrza i rozrasta się w grzybnię, powodując śmierć muchy.

PROTEKCJONISTYCZNE INTERAKCJE BIOCENOTYCZNE

1. Mutualizm.

Przykładem mutualizmu są porosty: organizmy złożone z glonu i grzyba (fiko- i mikobiontu) i opierające się na ich współżyciu. Glon wykorzystuje wodę z solami mineralnymi pobieraną przez grzyb, grzyb natomiast korzysta z produktów fotosyntezy glonu).

Takim porostem może być płucnica islandzka (Cetraria islandica, inaczej Lichen pulmonarius, z typu Phallophyta i gromady Lichenes). Wywar z tego porostu stosowany był w medycynie ludowej w gruźlicy, chorobie wrzodowej żołądka i dwunastnicy, a także w nieżytach żołądka. Składnikiem czynnym był tu kwas cetrarowy: o właściwościach bakteriostatycznych, zmniejszający czynność wydzielniczą gruczołów potowych i żołądkowych, pobudzający perystaltykę jelit.

Innym przykładem symbiozy jest współżycie bakterii Rhizobium sp. z łubinem (Lupinus sp). Te proste, niezakaźne bakterie wiążą się z roślinami motylkowymi, wnikając do wnętrza ich korzeni, co objawia się utworzeniem na nich charakterystycznych brodawek. Bakterie korzystają z materii organicznej wytwarzanej przez roślinę, ona zaś, rozkładając je i wchłaniając, dostarcza sobie azotu.

2. Epioikia.

Przykładem tego rodzaju współżycia jest występowanie racicznicy (Dreissena sp.) na muszli skójki (Unio sp.). Obydwie są niewielkimi małżami, należą więc do mięczaków (typ Mollusca, gromada Bivalvia).

INTERAKCJE NA POZIOMIE KOMÓRKOWYM I TKANKOWYM

Regeneracja. Jest to zdolność odtwarzania utraconych części organizmu. Można traktować ją jako proces rozwojowy, wykazujący wiele cech wspólnych z procesem ontogenezy. Zdolność regeneracji jest cechą swoistą dla żywych organizmów i stanowi jedną z właściwości życia. Brak zdolności regeneracji występuje wyłącznie u pasożytów. Ponadto jest regułą, że im wyżej uorganizowany jest organizm, tym mniejsze są jego zdolności regeneracyjne. U ssaków mogą one (oczywiście częściowo) dotyczyć komórek wątroby, śledziony, nerek, płuc, kości.

W organizmach żywych obserwujemy dwa typy regeneracji:

• fizjologiczną — dotyczącą np. ciągłości wymierania erytrocytów, ciągłej wymiany limfocytów, odbudowy komórek nabłonka, odrastania włosów i paznokci;

• reparatywną (traumatyczną) — występującą po urazach mechanicznych, a dotyczącą odtwarzania zniszczonych lub odciętych narządów czy części ciała.

W zależności od tego, czy liczba odtwarzanych elementów jest mniejsza, czy większa od liczby pozostałych, możemy odróżnić hipo- i hiperregenerację.

Proces regeneracji dzielimy na trzy fazy:

1. faza procesów doraźnych — związana z zasklepianiem (zabliźnianiem) się rany. U organizmów jednokomórkowych bywa to obkurczanie się błony komórkowej, u organizmów wyższych mamy do czynienia ze złożonym procesem (krzepnięcie krwi, podział komórek nabłonka);

2. faza odróżnicowania — napływ komórek wędrownych (interstycjalnych, totipotencjalnych) i powstawanie pączka blastemy regeneracyjnej;

3. faza różnicowania — jest to odtwarzanie zniszczonej tkanki lub narządu.

23 października 2001 Prelekcja III

CZYNNIKI BIOTYCZNE DZIAŁAJĄCE NA ŻYWE ORGANIZ-MY — CZ. II

CZYNNIKI BIOTYCZNE WYTWARZANE PRZEZ ZWIERZĘTA

Ciałami czynnymi wytwarzanymi przez zwierzęta są jady. Możemy podać następujące przykłady zwierząt jadowitych:

• Chełbia modra (Aurelia aurita).

Posiada ona komórki parzydełkowe, produkujące m.in. toksyczne białka. Po ukłuciu w skórę u osób nadwrażliwych mogą wystąpić reakcje alergiczne.

• Owady żądłówki:

1. Pszczoła miododajna (Apis melifera);

2. Szerszeń (Vespa crabro);

3. Osa zwyczajna (Vespa vulgaris);

4. Osa dachowa (Vespa gramanica).

Śmiertelną dawką jadu pszczoły dla dorosłego człowieka (masa ciała ok. 70 kg) jest 245 mg, co odpowiada około 500 użądleniom. Dla niemowlęcia (masa ciała ok. 5 kg) dawkę śmiertelną stanowi 20 mg, czyli około 40 użądleń.

Użądlenia owadów są bolesne, często powodują zaczerwienienie skóry i miejscowy obrzęk. U osób nadwrażliwych mogą wystąpić objawy alergiczne, a czasem nawet wstrząs anafilaktyczny, prowadzący do śmierci. Szczególnie niebezpieczne są użądlenia w okolicach szyi, głowy, gardła i krtani, ponieważ: po pierwsze — działanie jadu obejmuje okolice OUN, po drugie — obrzęk dróg oddechowych może spowodować śmierć przez uduszenie.

Między żądłami osy a pszczoły jest pewna różnica — żądło osy jest gładkie, na żądle pszczoły znajdują się mikroskopijne haczyki — zadziorki.

• Ropucha szara (Bufo bufo).

W brodawkach skórnych ropuchy znajdują się gruczoły jadowe, produkujące głównie bufoteminy i bufogeminy (np. bufotalina). Są to substancje trujące, o składzie chemicznym podobnym do glikozydów nasercowych. Toksyczna jest także krew ropuchy.

• Żmija zygzakowata (Vipera berus).

Żmija zygzakowata jest jedynym żyjącym w Polsce wężem jadowitym. Jej jad zawiera toksyczne białka, toksoalbuminy. W przewodzie pokarmowym substancje te są rozkładane, toteż zatrucie może zastąpić tylko drogą pozajelitową w wyniku ukąszenia.

Wśród nich możemy wyróżnić:

• hemoraginę (powodującą uszkodzenie ścian naczyń krwionośnych — skutkami zewnętrznymi są krwawienie z nosa i krwiomocz);

• neurotoksyny (porażające układ nerwowy — objawami zatrucia są zawroty głowy, nudności i wymioty);

• hemolizynę (powodującą rozpad erytrocytów);

• hialuromidazę (enzym powodujący rozprzestrzenianie się jadu po organizmie).

Dawką śmiertelną jadu żmii dla dorosłego człowieka (masa ciała 70 kg) jest ok. 100-175 mg.

CZYNNIKI BIOTYCZNE WYTWARZANE PRZEZ ROŚLINY

Przykładami roślin wytwarzających trujące ciała czynne (alkaloidy, glikozydy) są:

• Pokrzyk wilcza jagoda (Atropa belladonna).

Roślina ta wytwarza liczne alkaloidy:

• L-hioscyjaminę (mającą najsilniejsze działanie);

• atropinę;

• beladoninę;

• skopolaminę.

Substancje te przyspieszają akcję serca i działają pobudzająco na OUN. Objawami zatrucia są pobudzenie psychomotoryczne, rozszerzenie źrenic, suchość w ustach, przyspieszone tętno, zaburzenia świadomości, drgawki. Dawkę śmiertelną dla osób do lat 12 stanowi od 5 do 15 owoców.

Pochodną atropiny, homatropinę, wykorzystuje się w okulistyce przy badaniu dna oka (powoduje rozszerzenie źrenicy).

• Bieluń dziędzierzawa (Datura stramonium).

Roślina ta wytwarza podobne alkaloidy, jak pokrzyk wilcza jagoda, z tym że większy jest wśród nich udział skopolaminy, porażającej OUN i obwodowe nerwy przywspółczulne.

• Naparstnica purpurowa (Digitalis purpurea)

Substancjami czynnymi u naparstnicy są glikozydy, konkretnie zespół glikozydów nasercowych (kardenolidów). Przykładem są purpureaglikozydy A i B.

Glikozydy naparstnicy zwiększają siłę skurczu i pobudliwość serca, dlatego używa się ich w medycynie. W ziołolecznictwie częściej niż naparstnicę purpurową stosuje się jednak naparstnicę wełnistą (Digitalis lanata), zwierającą lanatozydy A, B, C, D i E. Wykazują one silniejsze działanie lecznicze, a zarazem nie kumulują się w organizmie tak jak purpureaglikozydy.

Glikozydy uzyskujemy także z innych roślin, takich jak: miłek wiosenny (adonitoksyna) czy konwalia majowa (konwalatoksyna).

• Sporysz (ergot, Secale cornutum).

Jest on formą przetrwalną buławinki czerwonej (Claviceps purpurea), pasożytującej na kłosach żyta i innych traw. Pojawia się na nich w postaci brunatnofioletowych rożków.

Sporysz zawiera szereg alkaloidów, pochodnych kwasu lizergowego. Dzielą się one na peptydowe (ergotamina, ergotoksyna) i amidowe (ergometyna). W wyniku zatrucia tymi związkami pojawiają się takie objawy jak: wymioty, bóle brzucha, zaburzenia widzenia i czucia, drgawki, duszność.

CZYNNIKI BIOTYCZNE WYTWARZANE PRZEZ GRZYBY

Przykładami grzybów wytwarzających substancje trujące są:

• muchomor sromotnikowy;

• muchomor jadowity;

• muchomor wiosenny;

• piestrzenica kasztanowata

• zasłonak rudy;

• strzępiak ceglasty

• chełmówki.

W zależności od rodzaju działających toksyn grzyby trujące dzielimy na grupy o działaniu:

• cytotoksycznym (czynnikami toksycznymi są amanityna, orelanina i gyromitryna, uszkadzające głównie wątrobę i nerki). Do tej grupy należą muchomor sromotnikowy, chełmówki, zasłonak rudy, piestrzenica kasztanowata;

• blokującym metabolizm alkoholu etylowego (czynnikiem toksycznym jest kopryna). Do tej grupy należą gatunki z rodzaju czernidłaków. Młode owocniki tych grzybów są jadalne, ale wypicie alkoholu etylowego po 3, 48, a nieraz nawet 72 godzinach po ich spożyciu powoduje objawy zatrucia, mogącego prowadzić nawet do zgonu.

• obwodowym cholinergicznym muskarynowym (czynnikiem toksycznym jest muskaryna). Do tej grupy należą strzępiaki, lejkówki, borowiki ponury i szatański.

• ośrodkowym atropinopodobnym (czynnikiem toksycznym jest muscymol). Do tej grupy należą muchomory czerwony i plamisty.

• halucynogennym (czynnikami toksycznymi są psylocybina i psylocyna). Do tej grupy należą kołpaczek i pierścieniak.

• gastroenterotoksycznym (różne, przemieszane czynniki toksyczne). Do tej grupy należą krowiak podwinięty, wieruszka zatokowa, tęgoskór pospolity, pieczarka żółtawa, muchomor cytrynowy, gołąbek wymiotny, gąska tygrysowata.

Najbardziej znanymi toksycznymi grzybami są:

1. Muchomor sromotnikowy (Amanita phalloides).

Muchomor ten rośnie w lasach liściastych. Często bywa mylony z pieczarką polną — odróżnić owocniki tych grzybów można po trzonku, który u pieczarki jest gładki, a u muchomora buławkowaty, opatrzony pierścieniem poniżej kapelusza). Zarodniki muchomora sromotnikowego całkowicie przezroczyste i opatrzone apikulem.

Czynnikiem toksycznym u tego grzyba są: amatoksyny (amanityna, działająca na błonę śluzową przewodu pokarmowego, powodująca też martwicę komórek wątrobowych, i amanina) oraz fallotoksyny (falloina, falloidyna, fallizyna). Dawką śmiertelną dla człowieka jest 50 g grzyba, co odpowiada ok. 0,1 mg toksyn na kilogram masy ciała.

Warto dodać, że amanityna i amanina są termostabilne — rozkładają się w bardzo wysokiej temperaturze (240˚C), dlatego też nie da się ich zniszczyć przez gotowanie grzyba. Fallotoksyny są termobilne.

Objawami, pojawiającymi się po 8 do 40 godzin, są: nudności, wymioty, bóle brzucha, biegunka, wstrząs sercowy, spadek ciśnienia tętniczego. Już w 3-4 dniu po zatruciu obserwuje się objawy uszkodzenia narządów wewnętrznych: uszkodzenia wątroby, objawiające się żółtaczką i skazą krwotoczną, i niewydolność nerek (objawem jest kwasica metaboliczna).

2. Krowiak podwinięty (olszówka) — grzyb często powodujący zatrucia, ponieważ powszechnie błędnie uważa się, że ugotowanie i odlanie wody powoduje likwidację jego toksyn. Zarodniki tego grzyba są duże, eliptyczne, żółtawe, o gładkiej powierzchni, zawierające we wnętrzu liczne ziarnistości.

3. Gołąbek wymiotny — trujący grzyb o ostrym, piekącym smaku. Jego zarodniki są owalne i opatrzone apikulem.

4. Maślanka wiązkowa (Hypholomea fasciculare) — często mylona z opieńką miodową.

5. Tęgoskór pospolity — mylony z purchawką gruszkowatą.

6 listopada 2001 Prelekcja IV

HYDROSFERA

Biosferę Ziemi dzielimy na trzy główne części: litosferę, hydrosferę i aerosferę. Hydrosfera Ziemi zajmuje łączną objętość ok. 1,5 mld km³. W jej skład wchodzą wody słodkie i słone.

Do wód słodkich należą: lodowce, wody powierzchniowe, wody śródlądowe, wody podziemne i wody atmosferyczne. Z tych zasobów dla człowieka bezpośrednio dostępne jest ok. 300 tys. km³. Woda ta wykorzystywana jest w celach przemysłowych, rolniczych, komunalnych i gospodarczych. Wodę zużytą odprowadza się z powrotem do wód powierzchniowych.

Źródła zanieczyszczeń wody:

• naturalne (obumieranie roślin i drobnych zwierząt, opadanie liści do zbiorników wodnych);

• sztuczne (dopływ ścieków).

ŚCIEKAMI nazywamy wody zużyte w gospodarce miejskiej, rolniczej lub przemysłowej. Dzielimy je na:

1. Ścieki przemysłowe (powstające w wyniku zużywania wody w procesach przemysłowych). Zawierają one rozmaite zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne, m.in. niebezpieczne sole metali ciężkich (ołów, rtęć, kadm, nikiel), cyjanki, fenole i węglowodory aromatyczne — o działaniu kancerogennym, teratogennym i mutagennym. Ponadto w ściekach przemysłowych mogą znajdować się substancje czynne, czyli detergenty (anionowe, kationowe i niejonowe), a także pył węglowy i miazga drzewna.

2. Ścieki bytowo-gospodarcze (powstające w wyniku zużywania wody w gospodarstwie domowym). Zawierają one głównie zanieczyszczenia organiczne: wirusy, bakterie i grzyby chorobotwórcze.

Do pierwszych zaliczamy wirusy: polio, Coxackie A i B, Hepatitis A, Reovirus, Rotavirus.

Do bakterii należą: Shigella, Salmonella, Yersynia i Vibrio, a ponadto gatunki z rodzajów: Klebsiella, Enterobacter, Proteus, Aeromonas i Legionella. Obecność bakterii Escherichia coli służy jako wskaźnik przydatności wody do celów konsumpcyjnych.

Grzyby chorobotwórcze obecne w ściekach to: Mucor, Rhizopus, Aspergillus, Candida, Geotrichium, Epidermophyton.

3. Wody opadowe. Możemy zaliczać je do ścieków, jeżeli zawierają zanieczyszczenia spłukiwane z pól uprawnych, łąk i lasów (pestycydy i nawozy sztuczne).

Zanieczyszczenia dostające się do wody mogą być neutralizowane na drodze samooczyszczania, czyli wskutek procesów takich jak utlenianie, redukcja, zobojętnianie, rozkład, sedymentacja.

Oczyszczanie ścieków odbywa się na trójstopniowej drodze:

• oczyszczanie mechaniczne — polega na usuwaniu zanieczyszczeń nierozpuszczalnych w wodzie.

• oczyszczanie biologiczne — wykorzystuje zachodzące w naturze procesy samooczyszczania i polega na stworzeniu dobrych warunków rozwoju reducentów (bakterii i grzybów), które rozkładają materię organiczną obecną w ścieku.

• oczyszczanie chemiczne — odbywa się na drodze licznych reakcji chemicznych.

Pod względem stopnia zanieczyszczenia wyróżniamy obecnie trzy klasy czystości wód powierzchniowych:

I kl. czystości — wody nadające się do konsumpcji, użytku w gospodarstwie domowym i przemysłu spożywczego;

II kl. czystości — wody nadające się do hodowli ryb, upraw rolnych, podlewania warzyw oraz do urządzania kąpielisk;

III kl. czystości — wody przeznaczone dla przemysłu i rolnictwa.

WODY CZYSTE (KATAROBOWE)

Woda czysta w chemicznym ujęciu tego słowa w środowisku naturalnym nie występuje i może być otrzymana wyłącznie w warunkach laboratoryjnych. Wodę czystą w ujęciu biologicznym możemy znaleźć w niektórych jeziorach i potokach wysokogórskich; wliczamy tu także wodę źródlaną, wodociągową i wydobywaną z czystych studni.

Wody takie są bardzo czyste i silnie natlenione. Nadają się do picia. Charakteryzują się małą biomasą organizmów, ponieważ warunki troficzne są w nich złe (wody oligotroficzne). Do tych nielicznych organizmów, które można znaleźć w wodach katarobowych, zaliczamy okrzemki i złotowiciowce. Bakterii nie ma wcale lub jest ich bardzo niewiele.

WODY ZANIECZYSZCZONE

Do wód zanieczyszczonych (w większym lub mniejszym stopniu) występujących w przyrodzie zaliczamy wody poli-, oligo- i mezosaprobowe, a także wody hiper- i transsaprobowe.

1. Wody polisaprobowe.

W wodach polisaprobowych panują warunki anaerobowe (beztlenowe). Udział producentów jest w nich niewielki lub żaden, występuje natomiast znacząca przewaga reducentów (głównie bakterii i grzybów).

Wskaźnik Bi dla takich wód wynosi od 0 do 0,8, natomiast wskaźnik BZT₅ (5-dobowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu) jest wysoki i wynosi 10-100 mg O₂ na dm³.

Jeżeli chodzi o organizmy wskaźnikowe, występują w nich głównie grzyby Mucor i Rhizopus. Są to grzyby chorobotwórcze, powodujące grzybice układów pokarmowego i oddechowego, jamy ustnej i spojówek. Innymi organizmami są orzęski, skąposzczety takie jak rurecznik (Tubifex) i owady: larwy muchy ściekowej (Eristatis) i ochotki (Chironomus).

Wody polisaprobowe są wodami pozaklasowymi, nie nadającymi się do użytku.

2. Wody mezosaprobowe.

W wodach tych panują warunki aerobowe (tlenowe). Przewaga reducentów i konsumentów nad producentami jest niewielka.

Wskaźnik Bi wynosi od 0,81 do 4,5, a BZT₅ 3-10 mg O₂ na dm³.

Organizmem wskaźnikowym tego rodzaju wód jest np. pijawka lekarska (Hirudo medicinalis) — niegdyś używana do puszczania krwi; dziś zostało to zarzucone ze względu na możliwość przenoszenia chorób wirusowych. Innymi takimi organizmami są np. skorupiak ośliczka (Asellus) i mięczak błotniarka stawowa (Lymnea).

Wody mezosaprobowe należą do II lub III klasy czystości.

3. Wody oligosaprobowe.

Wody te zawierają bardzo niewiele zanieczyszczeń. Panują w nich warunki aerobowe, a między producentami, konsumentami i reducentami istnieje równowaga.

Wskaźnik Bi osiąga wartość powyżej 4,5, a BZT₅ waha się między 0 a 3 mg O₂ ma dm³.

Wody takie charakteryzuje niewielka biomasa, a duża różnorodność gatunkowa organizmów. Organizmami wskaźnikowymi są gąbki (Spongilla), skorupiaki takie jak kiełź (Gammarus), owady: widelnica (Isoperla), larwy chruścików (Hydropsyche), jętki (Cleon), mięczaki takie jak racicznica (Dreissena).

Wody oligosaprobowe należą do I klasy czystości.

4. Wody hiper- i transsaprobowe.

Wody te przewyższają stopniem zanieczyszczenia wody polisaprobowe.

W wodach hipertranssaprobowych panują warunki beztlenowe, a ilość występujących reducentów jest ogromna.

Do wód transsaprobowych należą toksyczne ścieki, nie zawierające żywych organizmów.

Wodę charakteryzuje się, opisując jej właściwości:

• fizyczne — temperatura, zapach, barwa, mętność, przezroczystość;

• chemiczne — odczyn (pH — dla wody czystej równe 7), stopień twardości, sucha pozostałość, zawartość tlenu, dwutlenku węgla i związków azotu, wskaźniki ChZt i BZT₅, zasolenie;

• (mikro)biologiczne — zawartość żywych (mikro)organizmów.

MIANO I WSKAŹNIK COLI

Określanie zawartości pałeczek z grupy Coli (Escherichia, Citrobacter, Enterobacter) w różnych próbkach wody jest istotne z punktu widzenia kontroli sanitarno-epidemiologicznej.

Mianem Coli nazywamy najmniejszą objętość wody, w której można jeszcze stwierdzić obecność pałeczek z grupy Coli. Miano to dla wody pitnej musi wynosić co najmniej 50.

Wskaźnik Coli określa liczbę pałeczek z grupy Coli w 100 ml badanej wody.

Miano i wskaźnik Coli określa się w oparciu o NPL (najbardziej prawdopodobna liczba bakterii, uzyskana z poszczególnych rozcieńczeń po 3-5-krotnym powtórzeniu pomiarów.

WSKAŹNIKI ChZT, BZT₅ i Bi

Wskaźnik ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen ) jest to umowna ilość tlenu, wyrażona w mg na dm³ próbki wody. Oblicza się ją na podstawie szeregu reakcji tej próbki z udziałem chemicznych utleniaczy, np. nadmanganianu lub chromianu. Równolegle wykonuje się te same czynności dla wody destylowanej i z różnicy wylicza ChZT.

Wskaźnik BZT₅ oznacza różnicę między ilością tlenu w próbce wody bezpośrednio po pobraniu i w próbce o tej samej objętości po 5 dobach przechowywania w temperaturze 20˚C.

Wskaźnik Bi, zwany indeksem biologicznym, służy do oceny stopnia zanieczyszczenia zbiornika wodnego na podstawie występujących w nim organizmów (metoda hydrobiologiczna). Wskaźnik ten określa stosunek podwojonej liczby producentów do reducentów i konsumentów razem wziętych:

W wodach czystych indeks biologiczny jest wysoki, natomiast w wodach zanieczyszczonych — niski.

13 listopada 2001 Prelekcja V

LITOSFERA

Warstwa litosfery Ziemi sięga do około 80-150 km w głąb skorupy ziemskiej. Powierzchniową warstwą litosfery (do 1 km w głąb) jest grunt. Powierzchniową warstwę gruntu nazywamy z kolei glebą.

Gleba powstaje pod wpływem czynników klimatycznych, geologicznych, biologicznych i rolniczych, a w jej skład wchodzą głównie sole mineralne (ok. 45%), następnie woda (ok. 30%), powietrze (ok. 20%) i substancje organiczne (ok. 5%). Wewnątrz gleby zachodzą liczne procesy dynamiczne, m.in. krążenie rozmaitych pierwiastków.

Szczególnym rodzajem gleby jest próchnica, powstająca w wyniku fizykochemicznych i mikrobiologicznych procesów przeobrażenia związków organicznych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego (humifikacja). W skład próchnicy najczęściej wchodzą kwasy organiczne: huminowy (powstający bez dostępu powietrza), ulminowy (powstający przy dostępie powietrza) i krenowy (występujący w glebach kwaśnych).

Parametry charakteryzujące glebę to: struktura, temperatura, zdolność sorpcyjna (pochłanianie i zatrzymywanie przez glebę różnych substancji i związków chemicznych oraz zawiesin drobnoustrojów i bakterii chorobotwórczych).

Wskaźniki stanu sanitarnego gleby charakteryzują rozkład substancji organicznych w glebie lub świadczą o pH gleby (prawidłowe pH powinno zawierać się pomiędzy 6,6 a 7,2).

W glebie zachodzą procesy samooczyszczania, które dzielimy na:

• tlenowe (utlenianie, mineralizacja, nitryfikacja), w wyniku których powstają związki takie jak fosforany, azotany i siarczany;

• beztlenowe (fermentacja i gnicie) — w ich wyniku powstają m.in. amoniak, indol, skantol, siarkowodór i fosforowodór.

ORGANIZMY WYSTĘPUJĄCE W GLEBIE

W glebie żyją liczne żywe organizmy: bakterie, promieniowce (Streptomyces), grzyby, pierwotniaki, glony, wrotki, skąposzczety, owady i ich larwy. Stanowią one tzw. edafon (zbiór wszystkich organizmów roślinnych i zwierzęcych zamieszkujących glebę), a łączna masa, jaką osiągają, sięga 1 tony na 1 ha powierzchni gleby.

Z mikroorganizmów w glebie najliczniej występują saprofity, które rozkładają substancje organiczne (przykład grzyba saprofitycznego stanowi Fusarium), poza nimi jednak znajdujemy także mikroorganizmy chorobotwórcze, do których zaliczamy:

• bakterie beztlenowe: laseczki tężca (Clostridium tetani), jadu kiełbasianego (Clostridium potulinum) i zgorzeli gazowej (Clostridium perfringens);

• bakterie tlenowe: laseczki wąglika (Bacillus antracis), pałeczki jelitowe z rodzaju Salmonella (żyjące w glebie do 3 miesięcy) lub Shigella (żyjące do kilkunastu dni);

• grzyby chorobotwórcze: (Trichophyton i Microsporum).

• cysty pierwotniaków chorobotwórczych i jaj pasożytów jelitowych (tasiemiec, owsik, glista, włosogłówka).

Jeżeli chodzi o grzyby chorobotwórcze występujące w glebie, można do nich zaliczyć przede wszystkim rodzaj Trichophyton. Grzyby z tego rodzaju są dermatofitami — powodują grzybice skóry, paznokci i włosów, ponieważ mają zdolność rozkładania keratyny). Grzyby o takich właściwościach (keratynofilnych) możemy wykryć w glebie dzięki testowi przynęty włosowej. Przeprowadzamy go, umieszczając jałowe włosy w glebie na 2-3 tygodnie. W tym czasie grzyby wnikają do ich wnętrza za pomocą specjalnych organów perforacyjnych, a następnie rozwijają się w postaci puszystych białych kolonii, wytwarzając liczne makro- i mikrokonidia.

Promieniowce są organizmami podobnymi do grzybów, ale nie posiadającymi jądra komórkowego. Wyróżniamy dwa rodzaje tworzonej przez nie plechy — wegetatywną (o konstrukcji zbitej i skórzastej) i powietrzną, w której tworzą się zarodniki zdolne do rozmnażania. Jedynie nieliczne gatunki promieniowców są chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt, szereg spośród nich wytwarza natomiast antybiotyki, witaminy i barwniki. Do antybiotyków pozyskiwanych dzięki tym organizmom na szerszą skalę należą: streptomycyna (S. grisseus), chloromycetyna (S. venezuelae) i aureomycyna (S. aureofaciens).

Badanie helmintologiczne gleby pozwala stwierdzić obecność w glebie jaj robaków takich jak glista ludzka (Ascaris lumbricoides) i włosogłówka (Trichiuris trichiura). Badanie to wykonywać możemy na dwa sposoby — metodą flotacyjną (Fülleborna) lub sedymentacyjną (opartą na różnicy ciężarów właściwych jaj pasożytów i cieczy użytej do wykonania badania).

SUBSTANCJE MINERALNE I METALE CIĘŻKIE

Prawo równowagi substancji mineralnych Loeba zakłada, że:

Dla istnienia wzajemnej równowagi jony w roztworze glebowym powinny być w ściśle określonych proporcjach. Każde zachwianie tej równowagi powoduje określone zaburzenia u organizmów wyższych.

• nadmiar Ca²⁺ utrudnia przyswajanie F^-;

• nadmiar Al³⁺ utrudnia zachodzenie procesów z udziałem Mg²⁺, Ca²⁺ i Fe³⁺;

• nadmiar Mo zaburza metabolizm Ca²⁺ i F^-;

• nadmierne nawożenie gleby związkami azotu powoduje rozwijanie się roślin o opóźnionym procesie dojrzewania, ale o dużych, gąbczastych, ciemnozielonych liściach;

• Zn²⁺, Co³⁺, Ni³⁺ i Pb⁴⁺ powodują uszkodzenia wątroby;

• Hg²⁺ i Pb²⁺ działają destrukcyjnie na korę mózgową;

• Cu⁺, Zn²⁺, Pb⁴⁺, Cd²⁺ i Hg²⁺ są najbardziej szkodliwe dla serca.

Ogólnie do najbardziej toksycznych metali zalicza się ołów, kadm i rtęć.

20 listopada 2001 Prelekcja VI

AEROSFERA

Atmosferą nazywamy powłokę gazową otaczającą kulę ziemską. Składa się ona z kilku warstw. Aerosfera obejmuje sobą najniższą warstwę atmosfery — troposferę — i niewielką część stratosfery, do wysokości ok. 22 km. W aerosferze Ziemi mogą znajdować się rozmaite zanieczyszczenia — mogą one być gazowe, pyłowe i biologiczne.

Do zanieczyszczeń gazowych należą tlenek i dwutlenek węgla, tlenki azotu, siarkowodór, freony i węglowodory.

ZANIECZYSZCZENIA PYŁOWE

Spośród pyłów znajdujących się w powietrzu do pęcherzyków płucnych mogą dostawać się takie, których średnica nie przekracza 5 μm. Pyły takie powodują pylice, czyli przewlekłe choroby układu oddechowego wywołane wdychaniem pyłów nieorganicznych.

Pylice dzielimy na:

• kolagenowe — powodujące trwałe uszkodzenie lub zniszczenie struktur pęcherzyków płucnych (pylica krzemowa, azbestowa, talkowa, aluminiowa).

• niekolagenowe — charakteryzujące się nieznacznym rozwojem w tkance płucnej, ale nie powodujące zmian struktury pęcherzyków płucnych (pylice spowodowane: siarczanem baru — barytoza, tlenkiem cyny — stannoza i tlenkiem żelaza — syderoza).

Pylice wywołane włóknami azbestu powodować mogą niebezpieczne nowotwory złośliwe płuc i oskrzeli, opłucnej i otrzewnej (tzw. międzybłoniaki), a ponadto zmiany skórne. Średni czas rozwoju choroby wynosi ok. 15 lat. Nowotwory ujawniają się po ok. 20 latach.

Wdychany pył może nie gromadzić się w płucach, a mimo to powodować odczyny zapalne (ziarniniaki) ze strony tkanki płucnej, objawy skurczu oskrzeli (np. beryloza), a czasem i inne choroby płuc.

Toksyczność pyłu zależy od obecności metali ciężkich — ołowiu, kadmu, niklu i cynku — a także izotopów promieniotwórczych.

Pyłowe zanieczyszczenia atmosfery ulegają zazwyczaj różnym fizykochemicznym przemianom, prowadzącym do utworzenia tzw. wtórnych zanieczyszczeń powietrza, na ogół związków bardzo toksycznych i rakotwórczych.

ZANIECZYSZCZENIA BIOLOGICZNE

Do zanieczyszczeń biologicznych atmosfery należą wirusy, bakterie, grzyby saprofityczne i chorobotwórcze oraz ich zarodniki, a ponadto pyłki kwiatów i drzew. Istotnym rodzajem zanieczyszczenia jest także dym tytoniowy.

Florę bakteryjną stale występującą w powietrzu stanowią Micrococcus, Sarcina i Bacillus. Okresowo mogą w nim występować bakterie znajdujące się w kropelkach wydzieliny rozpylanej podczas kaszlu. Należą do nich: gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus), Streptococcus pyogenes i Streptococcus viridans. Poprzez takie unoszenie się drobnoustrojów (nie tylko bakterii) w powietrzu rozprzestrzeniają się choroby takie jak różyczka, grypa, angina, gruźlica, zapalenie opon mózgowych. Tę drogę przenoszenia chorób nazywa się drogą kropelkową.

Grzyby, których zarodniki znajdujemy w powietrzu, należą do rodzajów: Aspergillus, Penicillium, Mucor, Candida, Cryptococcus, Histoplasma, Cladosporium, Alternaria.

Rodzaje Aspergillus i Penicillium należą do gromady Ascomycetes. Gatunki chorobotwórcze należące do tej gromady mogą powodować liczne grzybice — m.in. układów oddechowego i nerwowego, gałki ocznej, paznokcia, przewodu słuchowego zewnętrznego, narządów płciowych i wsierdzia.

Niektóre gatunki grzybów z tej gromady mogą być jednak użyteczne dla człowieka. Pewne grzyby z rodzaju Aspergillus wykorzystuje się w przemyśle do wytwarzania kwasu cytrynowego i preparatów enzymatycznych, a z rodzaju Penicillium — do produkcji antybiotyków penicyliny i gryzeofulwiny.

Przykłady chorób układu oddechowego spowodowanych pyłami organicznym to:

• Byssinoza (bawełnica) — występuje u osób narażonych na kontakt z pyłem bawełny, lnu i konopi. Endotoksyny gram-ujemnych pałeczek obecnych w pyle powodują aktywację makrofagów płucnych, czego konsekwencją jest wydzielanie licznych substancji o silnym działaniu biologicznym. Wywołują one skurcz oskrzeli, duszność i kaszel. Chorobę tę nazywa się inaczej gorączką poniedziałkową lub kaszlem tkaczki.

• Suberoza (korkowica) — występuje u osób narażonych na pył kory drzewa korkowego;

• „Płuco farmera” — występuje u osób narażonych na pył pochodzący ze spleśniałych surowców roślinnych

• Katar sienny (pyłkowica) — spowodowany jest wdychaniem pyłów traw łąkowych, zbóż i innych roślin.

W celu określenia jakości i ilości zanieczyszczeń w środowisku oraz podejmowania środków zaradczych stworzono system informacyjno-decyzyjny, tzw. monitoring. Rozmaite metody stosuje się także w celu oznaczenia stopnia zapylenia powietrza. Dwoma najważniejszymi są:

• Metoda naczyń osadowych (sedymentacyjna). Polega ona na zebraniu pyłu opadłego z powietrza na określoną powierzchnię w określonym czasie. Ogólną ilość pyłu przelicza się na jednostkę powierzchni i podaje w mg/m³ w wybranej jednostce czasu.

• Metoda aspiracyjna. Polega ona na przepuszczeniu próbki powietrza o znanej objętości przez wysuszony, zważony i niehigroskopijny filtr. Następnie, po wysuszeniu i zważeniu filtra z pyłem oblicza się zawartość pyłu i podaje ją w jednostkach masy na jednostkę objętości powietrza.

Jeżeli chodzi o mikrobiologiczną analizę powietrza, stosuje się prostą metodę sedymentacyjną Kocha. Polega ona na wystawieniu w badanym pomieszczeniu odkrytych płytek z pożywką agarową i pozostawieniu ich tam na ½ h. Następnie płytki inkubuje się przez 24 h w temp. 37˚C, po czym oblicza liczbę wyrosłych na płytce kolonii. Wskaźnik biologicznego zanieczyszczenia powietrza A (wyrażany liczbą drobnoustrojów w metrze sześciennym powietrza) obliczamy ze wzoru Omeliańskiego:

gdzie a jest liczbą kolonii na płytce, a r — promieniem płytki wyrażonym w centymetrach.

Wskaźnik A nie może w rozmaitych pomieszczeniach przekraczać pewnych ściśle określonych wartości. Wg danych angielskich są to: 350 w sali operacyjnej, 700 w salach zabiegowych, 2470 w sklepach i 2825 w szkołach.

27 listopada 2001 Prelekcja VII

ORGANIZM ŻYWY JAKO UKŁAD REGULACJI

Żywy organizm jest układem otwartym, charakteryzującym się m.in. zdolnością samoregulacji, niezbędną do przystosowania się do zmiennych warunków środowiska, a nazywaną zdolnością do HOMEOSTAZY.

Homeostaza jest to zdolność organizmu do zachowania względnie stałego stanu równowagi procesów życiowych zachodzących wewnątrz ustroju mimo zmieniających się warunków środowiska.

Regulacja procesów wewnątrzustrojowych sprawowana jest przez mechanizmy koordynujące, działające przeważnie na zasadzie sprzężeń zwrotnych. Polega ona na zachowaniu poszczególnych parametrów w mniej więcej stałych granicach. I tak — utrzymywanie na stałym poziomie temperatury ciała nazywamy izotermią, zawartości wody w organizmie — izohydrią, poziomu cukru w płynach ustrojowych — izoglikemią itp.

Aby ocenić sprawność układu regulacji, należy zbadać:

• szybkość działania tego układu;

• największe odchylenie wartości regulowanej od poziomu równowagi;

• czas powrotu wielkości regulowanej do normy po wytrąceniu układu ze stanu równowagi.

REGULACJA ODCZYNU PŁYNÓW USTROJOWYCH U CZŁOWIEKA

Regulacja odczynu płynów ustrojowych polega na utrzymywaniu ich pH na stałym poziomie — między 7,36 a 7,45. Dopuszczalne wahania pH nie mogą przewyższać 0,05.

Prawidłowe pH osocza krwi tętniczej wynosi 7,4; dla osocza krwi żylnej jest nieco niższe ze względu na obecność jonów HCO₃^-. Gdy pH krwi tętniczej obniży się poniżej 7,4, występuje acydoza. Gdy pH wzrośnie powyżej tej wartości, mamy do czynienia z alkalozą.

Acydoza związania jest z nadprodukcją jonów wodorowych lub upośledzeniem wydalania tych jonów. Powstawanie jonów H⁺ wiąże się z tworzeniem CO₂ (tlenek kwasowy) w wyniku metabolizmu tkankowego, a także z metabolizmem aminokwasów (powstawanie kwasów ortofosforowego i siarkowego). Źródłem dodatkowej ilości kwasów w organizmie jest wytężony wysiłek fizyczny (synteza kwasu mlekowego w tkance mięśniowej). O skrajnej acydozie mówimy, gdy pH spada poniżej 7,0.

Alkaloza związana jest z powstawaniem nadmiaru jonów amonowych pochodzących z oksydacyjnej dezaminacji aminokwasów w wyniku upośledzenia wątrobowego cyklu mocznikowego. Skrajna alkaloza występuje, gdy pH przekracza 7,7.

pH niektórych płynów pozakomórkowych może jednak różnić się od pH krwi tętniczej, np.:

• sok żołądkowy: od 0,8 do 1,5;

• treść dwunastnicy: ok.8,0;

• mocz: ok. 4,5;

• ślina: ok. 7.

W utrzymywaniu stałego pH krwi biorą udział rozmaite układy buforowe:

1. Dysocjacja wolnych grup karboksylowych i aminowych białek osocza krwi w zależności od potrzeby.

2. Dysocjacja w hemoglobinie grup imidazolowych reszt histydyny;

3. Przemiany kwasu węglowego. Kwas węglowy transportowany w osoczu krwi pod postacią jonów wodorowęglanowych jest stale przekształcany w wodę i CO₂ (który następnie wydalany jest drogą wymiany gazowej zachodzącej w płucach).

REGULACJA POZIOMU GLUKOZY WE KRWI

Prawidłowy poziom glukozy we krwi człowieka w zależności od wieku badanego wynosi 65-95 mg/ml w głównych naczyniach krwionośnych. W krążeniu włośniczkowym stężenie to jest wyższe o 10-15 %.

Wzrost tego poziomu powyżej 120 mg/ml (na czczo) jest stanem patologicznym.

Jeżeli poziom glukozy we krwi mieści się między normą a stanem patologicznym, należy wykonać próbę obciążeniową w celu wykluczenia lub potwierdzenia zaburzeń metabolizmu glukozy (cukrzyca).

Wg WHO dzieciom podaje się 75 g glukozy, a dorosłym — 1,75 g glukozy na kilogram masy ciała. Po upływie dwóch godzin badamy poziom glukozy we krwi i porównujemy go z poziomem zmierzonym przed wykonaniem próby:

• jeżeli stężenie glukozy wróciło do przedziału 90-110 mg/ml, możemy wykluczyć cukrzycę;

• jeżeli spadło poniżej wartości zmierzonej przed próbą, mamy do czynienia z HIPOGLIKEMIĄ. Może ona wystąpić np. po dłuższym (8-12-godzinnym) niejedzeniu, a następnie spożyciu niewielkiej nawet ilości etanolu (tzw. hipoglikemia etanolowa).

• jeżeli stężenie glukozy nie obniżyło się lub obniżyło nieznacznie, mamy do czynienia z HIPERGLIKEMIĄ. Występuje ona w następujących schorzeniach: cukrzycy, hemochromatozie (uszkodzenie komórek β trzustki), akromegalii, zespole Cushinga (cukrzyca steroidowa), hiperkortykozolemii, zespole Conna (pierwotny hiperaldosteronizm) oraz przy występowaniu nowotworów (guzów chromochłonnych) nadnercza.

REGULACJA STABILNA

Przykładem regulacji stabilnej może być przyspieszenie rytmu serca oraz tętna i częstości oddechu w czasie testów wysiłkowych.

Próby czynnościowe (testy wysiłkowe) dzielimy na:

1. testy o charakterze statycznym;

2. testy o charakterze dynamicznym bez możliwości oznaczenia maksymalnego zużycia tlenu (próby Rufiera i Mastera);

3. testy o charakterze dynamicznym z zastosowaniem bezpośrednich i pośrednich metod oznaczenia maksymalnego zużycia tlenu.

UKŁADY NIESTABILNE

Układy ze sprzężeniem zwrotnym dodatnim mogą być stabilne tylko w pewnych granicach. Przekroczenie tych granic powoduje wzrost entropii, a w konsekwencji — uszkodzenie i rozproszenie układu.

Przykładem układu niestabilnego jest komórka Traubego.

Komórka Traubego jest to struktura o charakterze błony półprzepuszczalnej, utworzona w reakcji jonów Cu²⁺ i kompleksów żelazocyjanku. Pobierając na zasadzie osmozy wodę ze środowiska hipotonicznego (CuSO₄) struktura ta „wzrasta” podobnie jak organizm żywy. Z powodu braku możliwości regulacji poziom wody wewnątrz komórki Traubego wkrótce przekracza „normę” — komórka rozpada się wówczas po lekkim puknięciu.

8 stycznia 2002 Prelekcja VIII

GENETYKA MEDYCZNA CZ. I

Rodowodem nazywamy graficzne przedstawienie układu pokoleń danej rodziny. Podstawą jego konstrukcji jest dokładny wywiad dotyczący wszystkich jej członków. Analiza rodowodu określa sposób dziedziczenia i ryzyko wystąpienia czy powtórzenia się wybranych genetycznie uwarunkowanych chorób.

Analizę ta może być utrudniona na skutek:

• heterogenności gamet (choroby o podobnych objawach mogą być powodowane przez mutacje różnych loci lub powstawać z udziałem różnych alleli oraz dziedziczyć się w odmienny sposób);

• występowania fenokopii naśladującej choroby uwarunkowane genetycznie, a spowodo-wanej czynnikami środowiskowymi, np. małogłowie;

• pojawiania się rzadkich przypadków w mało licznych rodzinach;

• niepewności ojcostwa.

GENETYCZNIE UWARUNKOWANE CHOROBY UKŁADU KRĄŻENIA

1. Mikrosferocytoza (dziedziczna sferocytoza, wrodzona niedokrwistość hemolityczna).

Choroba ta dziedziczy się dominująco, a powodująca ją mutacja zachodzi w ramieniu krótkim chromosomu 8 (loc 8p). Częstość jej występowania to 1:5 tys. urodzeń.

Przyczyną choroby są mutacje w DNA, powodujące niedobór ilościowy lub nieprawidłowości w budowie spektryny — szkieletowego białka, nadającego krwince sztywność.

U chorych w rozmazie krwi obwodowej obok prawidłowych krwinek czerwonych (normocytów), pojawiają się tzw. czerwone sferocyty, niewielkie komórki o zwiększonej zawartości hemoglobiny i obniżonej zawartości ATP. Sferocyty rozpadają się łatwo w warunkach obniżonego ciśnienia parcjalnego lub osmotycznego. Powoduje to nasilenie hemolizy w warunkach przyspieszonego metabolizmu (przy wysiłku fizycznym, na skutek urazów psychicznych, podczas ciąży lub menstruacji). Ponadto na skutek niższego poziomu ATP zaburzeniu ulega gospodarka elektrolityczna komórki (np. regulacja poziomu K⁺ w jej wnętrzu).

Ponieważ zwiększony rozpad krwinek następuje w śledzionie, choroba zwykle objawia się jej powiększeniem i wzrostem poziomu bilirubiny we krwi (żółtaczka).

Najczęściej stosowanym przy mikrosferocytozie zabiegiem jest usunięcie śledziony.

2. Wrodzone defekty hemoglobiny, które dzielimy na dwie główne grupy:

• hemoglobinopatie (wynikające z niewłaściwości w budowie łańcuchów polipeptydowych globin), czyli zaburzenia jakościowe;

• talasemie (wynikające ze zmniejszenia ilości lub zupełnego braku określonych łańcuchów globin) — zaburzenia ilościowe.

Do wrodzonych defektów hemoglobiny zaliczyć możemy niedokrwistość (anemię) sierpowatą. Przyczyną tej choroby są mutacje punktowe (zmiany sensu) w obydwu genach kodujących β-globinę (jeden z łańcuchów polipeptydowych hemoglobiny), zlokalizowanych w ramionach krótkich chromosomu 11 (loc 11p^1,2). Zmiana sensu powoduje wstawienie do łańcucha aminokwasu waliny zamiast kwasu glutaminowego. Zmienia to elektryczny ładunek polipepetydu, a w konsekwencji — wiele spośród jego właściwości.

Produktem zmutowanego genu jest globina oznaczana jako β^S. Podczas gdy u osób zdrowych cząsteczka hemoglobiny (Hb^A) ma budowę α₂β₂, u osób z mutacją przybiera ona kształt α₂β^S₂. Taka cząsteczka nazywa się hemoglobiną S (Hb^S). Ma ona mniejsze powinowactwo do tlenu i mniejszą rozpuszczalność. Pod wpływem obniżonego ciśnienia parcjalnego wytrąca się w postaci złogów, co powoduje, że zawierające ją erytrocyty zapadają się, przybierając kształt sierpowaty. Erytrocyty takie mają zmniejszoną oporność na urazy mechaniczne, osmotyczne i termiczne, łatwiej też ulegają rozpadowi.

Anemia sierpowata dziedziczy się w sposób pośredni, tzn. allele prawidłowe i zmutowane są kodominujące. Osoby, u których wystąpiła mutacja, dzielimy zatem na heterozygoty i homozygoty mające dwa zmutowane allele.

U homozygot (chorzy z anemią sierpowatą) cała hemoglobina jest nieprawidłowa. Powoduje to liczne groźne konsekwencje, które zostały opisane wyżej, i sprawia, że chorzy rzadko dożywają 20 roku życia.

Heterozygoty (osoby obciążone cechą sierpowatości) w warunkach normalnego ciśnienia parcjalnego tlenu są całkowicie sprawne. U osób takich hemoglobinę możemy podzielić na dwie frakcje — Hb^A, występującą u osób zdrowych, i Hb^S, występującą u chorych na anemię sierpowatą. Obydwie frakcje stanowią po około 50%.

Częstość nosicielstwa genu Hb^S (heterozygoty Hb^S Hb^A ) wśród Murzynów afrykańskich wynosi niemal 40%, podczas gdy w USA nie sięga 10%. Spowodowane jest to zwiększoną odpornością osobników z takim genotypem na pospolitą w Afryce malarię (pierwotniak Plasmodium falciparum).

Prostym testem wykrywającym sierpowatość krwinek jest test Emmela. Kroplę krwi mieszamy z 0,8% roztworem NaCl i umieszczamy je między dwoma szkiełkami, których brzegi zabezpieczamy parafiną. Po upływie 48 godzin na skutek obniżonego ciśnienia parcjalnego tlenu (metabolizm krwinek) erytrocyty zawierające przewagę Hb^S zmieniają kształt na sierpowaty.

Czasami w celu stwierdzenia sierpowatości stosuje się metody elektroforetyczne lub chromatograficzne, polegające na rozdzieleniu obydwu rodzajów hemoglobin z erytrocytów, lub metodę hybrydyzacji DNA.

GENETYCZNIE UWARUNKOWANE DEFEKTY METABOLICZNE

Najczęściej spotykane defekty metabolizmu przekazywane drogą genetyczną dotyczą zaburzeń prawidłowej przemiany aminokwasów aromatycznych (fenyloalaniny i tyrozyny). Są one spowodowane niedoborem pewnych enzymów, których synteza warunkowana jest przez odpowiednie odcinki DNA komórki.

Mutacja zachodząca w takim odcinku powoduje zmianę sensu kodu genetycznego, co powoduje wstawienie do łańcucha polipeptydowego niewłaściwego aminokwasu. Otrzymany peptyd pod względem biologicznym jest nieaktywny, nie może więc uczestniczyć w procesie przemiany aminokwasu aromatycznego.

Prawidłowa forma genu jest prawie zawsze dominująca. Choroba występuje u osób, które odziedziczyły dwa recesywne (zmutowane) allele.

1. Fenyloketonuria.

Fenyloketonuria klasyczna (PKU) jest dziedziczną wadą metaboliczną związaną z nieprawidłową przemianą aminokwasu fenyloalaniny. Na skutek braku hydroksylazy fenyloalaninowej — enzymu warunkującego przekształcenie fenyloalaniny w tyrozynę — następuje nagromadzenie się jej w organizmie, czyli hiperfenyloalaninemia. Nadmiernie wysoki poziom fenyloalaniny może powodować uszkodzenia centralnego układu nerwowego, a co za tym idzie — upośledzenie umysłowe u dzieci.

Jedyną możliwą drogą postępowania jest odpowiednio wczesne rozpoznanie bloku metabolicznego i wdrożenie leczenia dietetycznego.

Rozpoznania bloku metabolicznego dokonuje się tuż po urodzeniu. Badaniu podlegają obowiązkowo wszystkie noworodki. Wykonuje się u nich badanie przesiewowe, polegające na oznaczeniu ilości fenyloalaniny w suchej kropli krwi. Krew pobiera się na bibułę z pięty noworodka, po czym wysuszone krążki bada się metodą mikrobiologicznego testu zahamowania Guthriego, pozwalającego na półilościowe oznaczenie stężenia fenyloalaniny we krwi. Wyniki badania przedstawiają się następująco:

• stężenie fenyloalaniny poniżej 2,8 mg na 100 ml krwi jest normą;

• jeżeli stężenie zawiera się pomiędzy 2,8 a 8 mg na 100 ml krwi, badanie należy powtórzyć. Następnie porównuje się obydwa wyniki. Jeżeli jeden z nich przekracza 4 mg na 100 ml, do rodziców dziecka wysyła się drugą bibułę celem ponownego pobrania krwi. W wypadku powtórzenia się sytuacji dziecko musi zostać poddane szczegółowym badaniom;

• jeśli stężenie przekracza 8 mg na 100 ml krwi, konieczna jest bezzwłoczna wizyta w poradni metabolicznej.

Ponieważ poziom fenyloalaniny we krwi noworodka znacząco wzrasta między 6. a 12. godziną po urodzeniu, krew może zostać pobrana najwcześniej po 24 godzinach. W Polsce dokonujemy tego najczęściej w trzeciej lub czwartej dobie życia dziecka. Bibuły z krwią przechowywać można do 6 miesięcy w temperaturze 2-8˚C.

Badania diagnostyczne fenyloketonurii opierają się na wykrywaniu w surowicy krwi lub w osoczu wysokich ilości fenyloalaniny, a głównie kwasu fenylopirogronowego, który daje barwne reakcje z FeCl₃. Podobne efekty daje badanie moczu. Jego analiza polega ona na dodaniu do moczu 4-5-tygodniowego dziecka kilku kropli FeCl₃, co powoduje pojawienie się intensywnego zabarwienia, od ciemnoniebieskiego do zielonooliwkowego.

Rozpoznanie choroby w czwartej dobie życia jest rozpoznaniem wstępnym i musi być poparte szczegółowymi badaniami weryfikacyjnymi w poradni metabolicznej. Dopiero po potwierdzeniu obecności defektu enzymatycznego można podjąć decyzję o rozpoczęciu odpowiedniego, wieloletniego leczenia.

Reżim dietetyczny, jakiemu podlegają chorzy, opiera się na znacznym ograniczeniu spożycia fenyloalaniny. Nie można jednak całkowicie wykluczyć jej z diety, ponieważ jest aminokwasem egzogennym (nie produkowanym w organizmie). W tym celu należy stosować odpowiednie preparaty, zawierające odpowiednią do wieku ilość fenyloalaniny. Należą do nich: Nofelan, Nofemix, Albumoid XP, Milupa PKU₁ i PKU₂.

Iloraz inteligencji osób z fenyloketonurią zależy od czasu wdrożenia diety. Przeciętnie wynosi on około 100; rezultat ten uzyskuje się, stosując taką dietę już od pierwszych tygodni życia. Mężczyźni muszą przestrzegać jej do ok. 18 roku życia (czyli do momentu, gdy układ nerwowy osiągnie pełen stopień rozwoju). Kobiety pozostają na diecie do końca okresu prokreacji. Jest to związane z występowaniem tzw. fenyloketonurii matczynej. Heterozygotyczne dziecko chorej kobiety może urodzić się z upośledzeniem umysłowym w przypadku, gdy matka podczas ciąży nie stosuje diety. Jest to związane z ekspozycją płodu na zwiększony poziom fenyloalaniny, która w okresie rozwoju przenika do jego organizmu z ustroju matki.

Heterozygotyczność w stosunku do genu fenyloketonurii wykrywa się, analizując zmiany poziomu tyrozyny i fenyloalaniny we krwi badanej osoby po doustnym podaniu tej ostatniej w ilości 0,1 g na każdy kilogram masy ciała. Okazuje się, że:

• u homozygot dominujących (FF, czyli osób zdrowych) stężenie fenyloalaniny wynosi ok. 1,5 mg na 100 ml krwi. Po podaniu fenyloalaniny, stężenie aminokwasu wzrasta do 8 mg na 100 ml. W ciągu następnej godziny spada ono do 6 mg na 100 ml, a w ciągu kolejnych 24 godzin wraca do normy. Stężenie tyrozyny z kolei w ciągu godziny po podaniu fenyloalaniny zwiększa się niemal trzykrotnie, aby wrócić do normy również w ciągu 24 godzin;

• u heterozygot (Ff, czyli nosicieli genu fenyloketonurii) po podaniu fenyloalaniny jej stężenie we krwi podnosi się do 9 mg na 100 ml w ciągu 2 godzin, po czym obniża się znacznie wolniej niż u homozygot dominujących. Stężenie tyrozyny we krwi wzrasta bardzo nieznacznie.

2. Tyrozynemia noworodków.

Choroba jest cechą recesywną autosomalną, której częstość występowania wynosi od 1:200 tys. do 1:100 tys. urodzeń. Wynika ona z niedoboru oksydazy parahydroksyfenylopirogronowej, enzymu utleniającego kwas parahydroksyfenylopirogronianowy (keto-pochodna tyrozyny) do kwasu homogentyzynowego. W efekcie powoduje to wzrost poziomu fenyloalaniny, tyrozyny i jej metabolitów w ustroju chorego.

Dolegliwości towarzyszące tyrozynemii to przede wszystkim uszkodzenia nerek na skutek nagromadzenia się metabolitów tyrozyny, a w dalszym etapie — ciężkie postacie krzywicy, zaburzenia wodno-elektrolityczne, zaburzenia neurologiczne oraz upośledzenie rozwoju umysłowego. Klinicznie wyróżniamy dwie postaci choroby — ostrą, prowadzącą do zgonu już w drugim półroczu życia, oraz przewlekłą.

Wykrywanie choroby polega głównie na oznaczaniu stężenia tyrozyny we krwi metodami biologicznymi bądź mikrobiologicznym testem Guthriego. Nieraz stosuje się również testy moczowe, pozwalające wykryć w moczu kwasy p-hydroksyfenolowe.

Leczenie tyrozynemii, podobnie jak przy fenyloketonurii, opiera się przede wszystkim na zachowywaniu odpowiedniej diety (o niskiej zawartości fenyloalaniny i tyrozyny). Uważa się, że pomocne mogą być wysokie dawki witaminy D.

3. Alkaptonuria.

Choroba jest cechą recesywną autosomalną, występującą z częstością 1:200 tys. urodzeń. Związana jest z brakiem oksydazy homogentyzynianowej — enzymu rozkładającego kwas homogentyzynowy do kwasu fumaryloacetooctowego.

Kwas homogentyzynowy powstaje z rozkładu fenyloalaniny i tyrozyny, a nierozłożony kumuluje się w organizmie, wywołując objawy chorobowe. U chorego występuje odkładanie się barwnika w obrębie chrząstek przylegających do kości i kręgosłupa, ciemne, siatkowate przebarwienia skóry w okolicy czoła i policzków oraz plamy barwnikowe na twardówce (czasem siatkówce) oka. W dalszym etapie pojawiają się stany zapalne i zmiany zwyrodnieniowe stawów. U małych dzieci choroba nie daje objawów. Uogólniona pigmentacja tkanki łącznej oraz uszkodzenia stawów (ochronoza) pojawiają się dopiero w 2-3 dekadzie życia.

Zwiększone ilości kwasu homogentyzynowego są również wydalane z moczem, i pod wpływem powietrza ulegając utlenianiu. Skutkiem utleniania jest ciemnienie moczu, który przybiera brązową barwę. Objaw ten może być pomocny przy rozpoznaniu choroby.

W częściowym ochronieniu oksygenazy w ustroju może dopomóc podawanie zwiększonych ilości witaminy C.

4. Albinizm.

Choroba dziedziczy się autosomalnie recesywnie z częstością ok. 1:10 tys. Wyróżniamy odmianę oczno-skórną (tyrozynododatnią i tyrozynoujemną), oraz oczną, która może być sprzężona z chromosomem X.

Albinizm jest defektem metabolicznym związanym z brakiem enzymu tyrozynazy, przekształcającego tyrozynę w jeden z prekursorów melaniny. Brak enzymu jest odpowiedzialny za zahamowanie syntezy melanin w melanocytach (komórkach barwnikowych) naskórka, cebulek włosowych oraz w tęczówce i siatkówce.

Skóra albinosów jest różowo-czerwona i łatwo ulega oparzeniu pod wpływem promieniowania UV, włosy są białe i jedwabiste, tęczówki niebieskie lub różowe z wyraźnym czerwonym połyskiem. Objawem towarzyszącym chorobie jest zmniejszona ostrość wzroku.

15 stycznia 2002 Prelekcja IX

GENETYKA MEDYCZNA CZ. II

GRUPY KRWI

Pojęcie grup krwi opisuje zróżnicowanie krwi ludzi związane z obecnością u każdego człowieka charakterystycznych białek, zwanych antygenami, którym mogą odpowiadać swoiste przeciwciała. Antygeny znajdują się na powierzchni krwinek czerwonych człowieka, przeciwciała natomiast może zawierać surowica krwi, a w większości przypadków także wydzieliny i płyny ustrojowe. Kontakt antygenu z odpowiadającym mu przeciwciałem wywołuje aglutynację — zlepianie się krwinek zawierających antygen, stąd też antygeny nazywa się czasem aglutynogenami, zaś przeciwciała — aglutyninami.

Podstawowym układem grupowym krwi człowieka jest układ AB0, związany z występowaniem lub brakiem na powierzchni erytrocytów antygenów grupowych A i B, którym odpowiadają obecne w surowicy przeciwciała α (anty-A) i β (anty-B).

Na błonie erytrocytu znajduje się przeciętnie ok. 1 mln antygenów układu AB0, łatwo dostępnych dla przeciwciał ze względu na swoje zewnątrzkomórkowe położenie. Towarzyszą im z reguły antygeny układu Rh, umieszczone śródbłonowo, a co za tym idzie — dla przeciwciał nieco trudniej dostępne.

PRZECIWCIAŁA NATURALNE I ODPORNOŚCIOWE. AGLUTYNACJA

Układ AB0 został wykryty przez Landsteinera w 1901 r. Ten sam uczony stwierdził, że przeciwciała naturalne z klasy IgM (izoprzeciwciała) w przeciwieństwie do przeciwciał IgG (odpornościowych) powstają bez uprzedniego kontaktu z antygenem. Okazuje się, że jest tak w istocie. Przeciwciała naturalne wytwarzane są w ustroju ludzkim już po urodzeniu. W początkowym okresie życia (3-6 miesiąc) jest ich jeszcze za mało, aby mogły aglutynować obce erytrocyty, jednak ich stężenie szybko wzrasta i między 5. a 10. rokiem życia osiąga swój maksymalny poziom. W późniejszym wieku zaczyna powoli się zmniejszać i u ludzi starszych ponownie spada na tyle, że aglutynacja jest znacznie ograniczona.

Różnice między przeciwciałami naturalnymi i odpornościowymi wynikają z ich odmiennej budowy. Wykryto, że na błonie erytrocytu występują reszty kwasu sjalowego, nadające mu pewien elektryczny ładunek ujemny. W środowisku elektrolitu (np. 0,9 % NaCl) erytrocyt przyciąga zatem kationy, wytwarzając wokół siebie otoczkę o dodatnim potencjale. Obecność takich otoczek o jednoimiennym ładunku elektrycznym powoduje, że erytrocyty są od siebie oddalone o około 25 nm.

Miejsca wiążące antygen przeciwciał naturalnych z klasy IgM są od siebie oddalone o ok. 30 nm, co sprawia, że po ich zetknięciu z odpowiednim antygenem reakcja aglutynacji następuje bardzo łatwo. Przeciwciała naturalne nazywa się więc często aglutyninami kompletnymi.

Zasięg ramion przeciwciał odpornościowych z klasy IgG wynosi z kolei ok. 14 nm, co powoduje, że w standardowych warunkach reakcja aglutynacji zachodzi znacznie trudniej. Przeciwciałom tym nadano nazwę aglutynin niekompletnych. Do grupy tej należą przeciwciała
anty-D (anty-Rh).

Okazuje się, że zasięg miejsc wiążących antygen tych przeciwciał można zwiększyć, działając na nie środkami redukującymi (powoduje to rozbicie mostków dwusiarczkowych między łańcuchami ciężkimi cząsteczki IgG). Zmienione w ten sposób przeciwciała są stosowane do identyfikacji antygenu D i D_u układu Rh.

Aglutynację zachodzącą z udziałem przeciwciał niekompletnych może przyspieszyć również obniżenie ujemnego ładunku na ich powierzchni erytrocytów. Możemy tego dokonać na drodze trawienia erytrocytów enzymami takimi jak papaina, ficyna czy bromelaina, usuwającymi reszty kwasu sjalowego.

IDENTYFIKACJA ANTYGENÓW

Określenie grupy krwi wymaga stwierdzenia ilości i rodzaju antygenów występujących na powierzchni erytrocytów.

W celu wykrycia we krwi antygenów o budowie wielocukrowej używa się często białek roślinnych lub białek bezkręgowców, mających zdolność wiązania określonych cukrów. Przykładem takiego białka jest lektyna, fitoaglutynina otrzymywana z rośliny Dolichos biflorus. Działanie wodnym wyciągiem z nasion tej rośliny (tzw. Dolichotest) pozwala odróżnić antygen A₁ od A₂. Różnicę można zaobserwować gołym okiem — erytrocyty zawierające antygen A₁ są aglutynowane ok. 500 razy silniej niż te z antygenem A₂. Lektyny wiążą α-N-acetylo-D-galaktozaminę A.

Fitoaglutyniny obecne w wodnym wyciągu z rośliny Bandeiraea simplicifolia dzięki swojej zdolności wiązania α-D-galaktozy pozwalają wykryć antygen B. Z kolei wyciąg z rośliny Lotus teragonolobus, której fitoaglutyniny wiążą L-fukozę, umożliwia wykrycie antygenu H (identyfikacja grupy krwi 0).

Cząsteczki krzyżowo reagujące z antygenami układu AB0 znaleziono również w komórkach bakterii, w płytkach roślin i komórkach zwierzęcych — przykładem mogą być heteroaglutyniny obecne w surowicy końskiej.

We współczesnych technikach laboratoryjnych często stosuje się tzw. przeciwciała monoklonalne. Są one wytwarzane in vitro przez klonowanie hybryd pochodzących z fuzji limfocytów B i komórek szpiczaka (nowotworu szpiku kostnego, którego komórki również pochodzą z szeregu rozwojowego limfocytów B). Powstałe hybrydy są zdolne do syntezy białek, a zarazem mają charakter nowotworowy, co zapewnia im nieśmiertelność i umożliwia długą ich hodowlę.

Przeciwciała monoklonalne przez dłuższy czas pozyskiwano z komórek mysich; dzisiaj można je otrzymać również z komórek człowieka. Stało się to możliwe dzięki wyhodowaniu myszy chimerycznych i transgenicznych. U myszy chimerycznych układ immunologiczny w całości zostaje zastąpiony ludzkim. Wyhodowanie myszy transgenicznej polega na wprowadzeniu do mysich limfocytów B genów układu immunologicznego człowieka. Po raz pierwszy dokonali tego w 1984 r. Milstein i Kochler.

Przeciwciał monoklonalnych używa się do wykrywania i określania stężenia leków, enzymów, hormonów, a także w diagnostyce, lokalizacji i leczeniu nowotworów. Przydatne są również w immunosupresji, np. po przeszczepach, lub jako odczynniki monoklonalne IgM do oznaczania układu grupowego AB0. Ponadto pozwalają na identyfikację rozmaitych innych układów grupowych, np. układu Rh (antygeny D, C_w, C, c, E, e) czy układów Lewis, Kidd, P, MNSs i Kell.

12 lutego 2002 Prelekcja X

GENETYKA MEDYCZNA CZ. III

DETERMINACJA PŁCI

U zwierząt wyróżnia się następujące rodzaje genetycznej determinacji płci:

♀ ♂

1. Lygeus XX XY (ssaki)

2. Protenor XX X (pluskwiaki, nicienie)

3. Abraxas ZW ZZ (ryby, płazy, gady, ptaki)

4. Fumea X XX (motyle z rodzaju Fumea)

Determinacja płci u ssaków jest modelem tzw. przełączenia rozwojowego, tzn. przejścia z jednego szlaku rozwojowego na inny. Zygota ssaków jest biseksualna — oznacza to, że podczas rozwoju embrionalnego niezróżnicowana gonada może rozwinąć się w jądro lub jajnik. Czynnikiem powodującym jej rozwój w kierunku gonady męskiej jest czynnik TDF, mieszczący się w ramieniu krótkim chromosomu Y, w obrębie specyficznego regionu zwanego SDR (z ang. Sex Determiny Region).

• Jeżeli ww. czynnika brakuje, niezróżnicowana gonada staje się jajnikiem, a różnicowanie płciowe przebiega w kierunku osobnika żeńskiego.

• Jeżeli czynnik TDF jest obecny, gonady rozwijają się w jądra, które rozpoczynają produkcję dwóch hormonów działających miejscowo. Komórki kanalików nasiennych Sertoliego wydzielają inhibitor przewodu Millera, powodując zanik pierwotnej macicy i jajowodów. Z kolei komórki śródmiąższowe jąder produkują testosteron, który stymuluje różnicowanie się przewodów Wolffa w najądrza, nasieniowód i pęcherzyki nasienne oraz odpowiada za męskie cechy zewnętrznych narządów płciowych.

Czynnik TDF utożsamiany jest obecnie z genem SRY, obejmującym otwartą ramkę odczytu, która koduje białko zawierające domenę złożoną z 80 aminokwasów. Domena ta posiada zdolność wiązania się ze specyficzną sekwencją DNA. Gen SRY jest zatem genem regulatorowym, którego białkowy produkt kontroluje aktywność innych genów biorących udział w determinacji płci.

Innym znanym czynnikiem biorącym udział w determinacji płci w kierunku osobnika męskiego jest gen HY, znany inaczej jako SMCY. Jest on zlokalizowany w części krótkich ramion chromosomu Y. Gen ten koduje u ludzi antygen HY, który wydzielany przez komórki podporowe Sertoliego pierwotnej gonady powoduje przekształcenie jej w jądra. Antygen ten przejawia słabe działanie immunologiczne i w wyjątkowych wypadkach może powodować odrzucanie przeszczepu tkanek samca przez samicę (jego wykrycia u myszy dokonano właśnie dzięki nie przyjmowaniu się takiego przeszczepu). Gen homologiczny do genu HY zlokalizowany jest w chromosomie X i koduje produkt białkowy różniący się dwoma aminokwasami od antygenu HY.

Czasami zdarza się, że nieprawidłowości genetyczne powodują znaczące zaburzenia prawidłowego kształtowania się płci. Przykładem może być upośledzenie rozwojowe spowodowane mutacją sprzężoną z chromosomem X i określane jako TFM, czyli zespół feminizujących jąder (pseudohermafrodytyzm męski, zespół niewrażliwości na androgeny). Osobnicy z tą mutacją na skutek defektu w budowie białkowego cytoplazmatycznego receptora androgenów prezentują fenotyp żeński mimo kariotypu 46, XY oraz obecności i prawidłowej czynności wydzielniczej jąder.

DETERMINACJA PŁCI U MUCHY OWOCOWEJ

Determinację płci u muchy owocowej Drosophila melanogaster po raz pierwszy opisał Bridges. Okazuje się, że za płeć u tego gatunku nie jest odpowiedzialna obecność lub brak odpowiednich heterochromosomów, lecz stosunek liczby chromosomów X do liczby garniturów autosomów (przyjmuje się, że jeden garnitur stanowią trzy autosomy) — tzw. wskaźnik Bridgesa.

Wartość tego wskaźnika,
, pozwala nam określić płeć muchy o dowolnym kariotypie:

9, XXX
„nadsamica”

12, XXX
samica

11, XX
interseks

7, X
samiec

10, X
„nadsamiec”

Jeżeli wartość wskaźnika Bridgesa przekracza 1,5 lub jest mniejsza od 0,33 — dany osobnik jest letalny.

Osobniki różnych płci Drosophila melanogaster można odróżnić również po fenotypie. Samice mają wydłużony tułów i pięć poprzecznych pasków na grzbiecie, samce natomiast charakteryzuje tułów skrócony i tylko trzy poprzeczne paski.

CHROMATYNA PŁCIOWA U CZŁOWIEKA

Chromatynę płciową u człowieka reprezentują przede wszystkim tzw. ciałka Barra. występujące w komórkach mających więcej niż jeden chromosom X. Znajdujemy je niemal we wszystkich komórkach ustroju. Ciałko Barra jest unieczynnionym chromosomem X, mającym postać grudki zbitej chromatyny, która swoją płaską powierzchnią przylega bezpośrednio do otoczki jądra.

Według hipotezy Lyon grudek takich w komórce jest zawsze o jedną mniej niż chromosomów X w kariotypie. Pojedyncze ciałka Barra spotykamy u wszystkich normalnych kobiet (46, XX), ale również u mężczyzn z zespołem Klinefeltera (47, XXY). W przypadku zespołu „nadkobiety” (47, XXX) ciałek Barra jest po dwa w każdej komórce.

Inną nieraz spotykaną formą chromatyny X jest tzw. „pałeczka dobosza”, występująca w jądrach granulocytów obojętnochłonnych.

Chromatynę płciową męską możemy zaobserwować w 30-80% komórek mężczyzn w postaci ciałka Y. Jest to chromosom Y, widoczny w jądrze komórkowym w postaci małej grudki wykazującej silną fluorescencję. Badanie ciałka Y jest jedną z metod określenia płci kariotypowej. Liczba ciałek Y w jądrze komórkowym równa jest liczbie chromosomów Y w kariotypie.

Ciałko Y może być niewidoczne u mężczyzn, u których wystąpiła delecja części ramion długich chromosomu Y, gdyż to ich dystalne części najsilniej świecą w obrazie fluorescencyjnym.

19 lutego 2002 Prelekcja XI

GENETYKA MEDYCZNA CZ. IV

CHROMOSOMY POLITENICZNE

Chromosomy politeniczne (olbrzymie) są to wielkie chromosomy o rozmiarach nawet ponad sto razy przekraczających przeciętną. Powstają one w wyniku wielokrotnych endomitoz i złożone są z wielu chromatyd (512, 1024, 4096), które łączą się ze sobą na całej długości. W jednym chromosomie występuje do kilku tysięcy poprzecznych pasm o charakterystycznym układzie. Powstawanie tych pasm wiąże się ze ścisłym połączeniem chromatyd tworzących chromosom i wynika z sąsiadowania ze sobą takich samych fragmentów poszczególnych spośród nich.

Na chromosomach politenicznych powstają ponadto charakterystyczne zgrubienia, tzw. pufy albo pierścienie Balbianiego. Stanowią one strukturalne modyfikacje pewnych części chromosomu — uważa się, że są efektem jego lokalnego rozszczepienia na pojedyncze chromatydy. Pufy są miejscami szczególnie aktywnej syntezy RNA; po utworzeniu pufu następuje wydatny wzrost syntezy tego kwasu.

Chromosomy politeniczne obecne są głównie w komórkach tkanek sekrecyjnych, m.in. w gruczołach ślinowych larw owadów (przede wszystkim muchówek), a także w cewkach Malpighiego, komórkach nabłonka rectum, ciałach tłuszczowych.

MUTACJE GENOMOWE ZWIĄZANE Z HETEROCHROMOSOMAMI

Do mutacji genomowych związanych z chromosomami płciowymi zalicza się przede wszystkim aneuploidie tych chromosomów.

1. Zespół Turnera.

Mianem zespołu Turnera, występującego z częstością 1:5 tys. urodzonych dziewczynek, określa się monosomię X.

Do możliwych kariotypów należą:

• 45, X klasyczna monosomia 57%

• 46, Xi (Xq) izochromosom ramienia długiego chromosomu X 17%

• 46, XX / 45, X mozaika 16%

• 46, XX; del (Xp) ubytek krótkiego ramienia chromosomu X 10%

Około 99% płodów z tym zespołem ulega samoistnemu poronieniu. Jak dotąd wśród rodziców cierpiących nań dzieci nie stwierdzono osób w starszym wieku, zdarzał się on natomiast u dzieci urodzonych przed 21. rokiem życia matki.

Zespół Turnera należy do grupy dysgenezji gonad. Oznacza to, że u chorej kobiety zamiast jajników wytwarzają się łącznotkankowe pasma, w których nigdy nie stwierdza się prawidłowych komórek płciowych.

Kobiety z zespołem Turnera są oczywiście niepłodne i oprócz dysgenetycznych gonad wyróżniają się cechami takimi jak: niski wzrost, zmiany w układzie kostnym, z cech wtórnych niedorozwój drugo- i trzeciorzędowych cech płciowych. U chorych kobiet znacznie częściej zdarzają się choroba Hashimota, osteoporoza, nadciśnienie tętnicze oraz nowotwory nie wywodzące się z gonad.

2. Zespół Klinefeltera.

Mianem zespołu Klinefeltera określa się występowanie jednego lub większej liczby dodatkowych chromosomów X w kariotypie mężczyzny. Częstość tego zespołu wynosi ok. 1:1000 urodzonych chłopców. Dowiedziono, że rośnie ona wraz z wiekiem matki.

Do możliwych kariotypów należą:

• 47, XXY trisomia 75%

• 46, XY / 47, XXY mozaika 15%

• 48, XXXY tetrasomia 49, XXXXY pentasomia 10%

Zespół Klinefeltera powstaje na skutek nondysjunkcji heterochromosomów podczas I lub II podziału mejotycznego u matki, a u ojca, kiedy w I podziale mejotycznym powstaną plemniki XY). W trisomii X dodatkowy chromosom w 60% przypadków pochodzi od matki, a w pozostałych 40% — od ojca.

Niepłodność mężczyzn z zespołem Klinefeltera związana jest ze zwyrodnienie kanalików nasiennych (dysgenezja kanalików nasiennych) i zanikiem komórek płciowych, prowadzącym do azoospermii.

Charakterystyczna dla chorych jest eunuchoidalna (kobieca) budowa ciała. Prawidłowy fenotyp męski występuje rzadko. Zespołowi towarzyszy zazwyczaj upośledzenie umysłowe, tym większe, im więcej nadliczbowych chromosomów X.

3. Zespół „nadkobiety”.

Zespół ten charakteryzuje się kariotypem 47, XXX. Występuje on z częstością 1:1000 noworodków płci żeńskiej, a częstość występowania wzrasta z wiekiem matki. Aneuploidia heterochromosomów powstaje na skutek nondysjunkcji w I lub II podziale mejotycznym u matki lub w II podziale mejotycznym u ojca.

Kobiety z tym zespołem są klinicznie prawidłowe i większości płodne.

4. Kariotyp XYY.

Kariotyp 47, XYY zdarza się z częstością 1:1000 noworodków płci męskiej, bez widocznego wpływu wieku rodziców. Taki układ chromosomów powstaje w wyniku utworzenia spermatydy YY w II podziale mejotycznym lub w wyniku nondysjunkcji chromosomu Y po zapłodnieniu.

Mężczyźni z tym kariotypem są w większości płodni. Przy wysokim wzroście zachowują prawidłowe proporcje ciała, charakteryzuje ich jednak z reguły niższy iloraz inteligencji oraz zaburzenia zachowania z agresywnością włącznie.

MORFOGRAM

Aby ocenić prawidłowość budowy ciała, wykonuje się tzw. morfogram. Badanie to polega na ocenie pięciu określonych wymiarów antropometrycznych i porównaniu ich z wymiarami w przybliżeniu wzorcowymi.

Przy wykonaniu morfogramu mierzy się:

1. Obwód klatki piersiowej.

Obwód ten mierzy się na bezdechu, zaś taśma miernicza powinna przebiegać przez punkt XIPHION(ALE). Punkt ten w stanie spoczynku znajduje się w linii pośrodkowej ciała na powierzchni mostka, w miejscu połączenia trzonu mostka z wyrostkiem mieczykowatym.

2. Długość kończyny dolnej.

Długość tę mierzymy taśmą od punktu TROCHANTERION (najwyższy punkt krętarza większego kości udowej) do płaszczyzny poziomej (basis), na której stoi badany.

3. Wysokość ciała.

Mierzymy ją w pozycji stojącej od płaszczyzny poziomej do punktu VERTEX (najwyższy punkt czaszki). Głowa podczas badania powinna być ustawiona w tzw. poziomej frankfurckiej (tzn. przechylona tak, aby linia łącząca górny brzeg otworu słuchowego zewnętrznego z dolnym brzegiem oczodołu przebiegała równolegle do podłoża).

4. Szerokość barków.

Mierzymy ją od przodu cyrklem kabłąkowym, którego ramiona powinny dotykać obydwu punktów ACROMION (najbardziej bocznie i ku górze położony punkt na zewnętrznej krawędzi wyrostka barkowego łopatki).

5. Szerokość międzykrętarzowa.

Pomiaru dokonujemy od tyłu cyrklem kabłąkowym, którego ramiona dotykają obydwu punktów TROCHANTERION.

26 lutego 2002 Prelekcja XII

GENETYKA MEDYCZNA CZ. V

ZESPOŁY CHOROBOWE ZWIĄZANE Z ANEUPLOIDIĄ AUTOSOMÓW

1. Zespół Downa.

Zespół Downa pojawia się z przeciętną częstością 1:700 urodzeń. Ryzyko wystąpienia zespołu wyraźnie wzrasta z wiekiem matki — wśród kobiet 40-letnich ma się już jak 1:100, a wśród 45-letnich — jak 1:50 lub jeszcze więcej. Około 60% płodów z tą aberracją ulega samoistnemu poronieniu.

Przyczyną zespołu Downa jest pojawienie się w komórce dodatkowej trzeciej porcji materiału genetycznego zawartego w końcowym odcinku długich ramion chromosomu 21.

1. W 95% przypadków zespół Downa spowodowany jest regularną (prostą) trisomią chromosomu 21. W kariotypie pojawia się wówczas dodatkowy chromosom, co przedstawia się: 47, XX, + 21 lub 47, XY, + 21.

2. W 3% przypadków mamy do czynienia z trisomią powstałą w wyniku translokacji. U osobników z translokacyjnym zespołem Downa stwierdza się wprawdzie prawidłową liczbę 46 chromosomów, jednak występuje u nich nadmiar materiału genetycznego w postaci translokacji dodatkowego chromosomu 21. do innego akrocentrycznego chromosomu z grupy D (13, 14, 15) lub G (21, 22).

Mówimy wówczas o translokacji niezrównoważonej, przedstawianej przez kariotypy:

46, XX (XY), - 14, + t(14q; 21q)

46 XX (XY), - 21, + t(21q; 21q).

W wyniku takiej translokacji w komórce trzykrotnie pojawia się informacja zawarta w ramionach długich chromosomu 21., co fenotypowo odpowiada regularnej trisomii.

3. 1-2% przypadków odpowiada mozaikowatość, w której połowa linii genetycznej jest prawidłowa, połowa zaś wykazuje trisomię 21.

4. Osobną grupę stanowią nosiciele zespołu Downa, czyli osoby z translokacją zrównoważoną. W translokacji tego typu w kariotypie pojawia się tylko 45 chromosomów, ale ubytki dotyczą mniej znaczącego materiału genetycznego zawartego w ramionach krótkich chromosomów D i G. Kariotypy przedstawiają się następująco:

45, XX (XY), - 14, - 21, + t(14q; 21q)

45 XX (XY), - 21, - 21, + t(21q; 21q)

Nosiciele (albo inaczej osoby z utajonym zespołem Downa) na pierwszy rzut oka nie wykazują objawów choroby, ponieważ ramiona długie chromosomu 21. pozostają w ich kariotypie w liczbie dwóch. Znacznie częściej przekazują jednak zespół Downa swojemu potomstwu; stąd wśród nosicielek obserwuje się wyższy procent poronień, wynikający z samoistnego usuwania zygot i płodów z aberracją. Ponadto mężczyźni-nosiciele są niepłodni na skutek zaburzeń spermatogenezy.

Cechy wyróżniające chorych z zespołem Downa to charakterystyczne zmiany budowy ciała i niedorozwój umysłowy. Ponadto występuje wśród nich wysoka śmiertelność i zaburzenia płodności (kobiety na ogół są zdolne do zajścia w ciążę, mężczyźni jednak są niepłodni).

2. Zespół Edwardsa.

Zespół pojawia się z częstością 1:3 tys. żywo urodzonych dzieci, przy czym ryzyko wystąpienia aberracji rośnie wraz z wiekiem matki. W rozwoju prenatalnym blisko 80% płodów z tą wadą ulega samoistnemu poronieniu. Płody płci męskiej ulegają poronieniu częściej niż żeńskiej, stąd wśród noworodków z zespołem Edwardsa więcej jest dziewczynek.

Przyczyną zespołu Edwardsa jest trisomia chromosomu 18. Aberracja powstaje w wyniku nondysjunkcji podczas I lub II podziału mejotycznego u jednego z rodziców. Kariotyp osobnika obciążonego tym zespołem przedstawia się: 47, XX, + 18 lub 47, XY, + 18. Czasami mamy do czynienia z mozaikowatością 46, XX (XY) / 47, XX (XY), + 18. Dodatkowy chromosom 18. jest zazwyczaj przeniesiony na jeden z chromosomów grupy D lub C.

Chorych cierpiących na zespół Edwardsa charakteryzuje głębokie upośledzenie umysłowe Ponadto znacznie częściej występują wśród nich wady serca, nerek i innych narządów. Około 30% spośród nich umiera już w pierwszym miesiącu życia, zaledwie 10% przeżywa pierwszy rok.

3. Zespół Patau.

Przyczyną tego zespołu jest trisomia chromosomu 13. Kariotyp osobnika obciążonego tą aberracją przedstawia się: 47, XX, + 13 lub 47, XY, + 13. W niektórych przypadkach zespołu Patau występuje translokacja (niezrównoważona) nadliczbowego chromosomu 13. na inny autosom, najczęściej z grupy C lub E. W około 5% przypadków mamy do czynienia z mozaikowatością 46, XX (XY) / 47, XX (XY), + 13.

Trisomia chromosomów 13. spowodowana jest nondysjunkcją I lub II podziału mejotycznego u któregoś z rodziców. Dosyć często, bo w ok. 20% przypadków jedno z rodziców jest nosicielem translokacji zrównoważonej.

Częstość zespołu wynosi od 1:5 tys. do 1:15 tys. żywych urodzeń, przy czym stwierdzono zależność między jego występowaniem a wiekiem matki. Śmiertelność wśród dzieci nim obciążonych jest bardzo wysoka — ok. 70% noworodków umiera w pierwszym półroczu życia.

4. Zespół „cri du chat” („kociego krzyku”).

Przyczyną tego zespołu, w przeciwieństwie do poprzednich, nie jest zwielokrotnienie liczby chromosomów, lecz delecja ramion krótkich chromosomu 5. Kariotyp osobnika obciążonego zespołem przedstawia się: 46, XX, del (5p) lub 46, XY, del (5p).

Częstość zespołu wynosi ok. 1:50 tys. urodzeń. Opisano przypadki urodzenia chorych dzieci przez kobiety fenotypowo zdrowe, lecz będące nosicielkami translokacji zrównoważonej, polegającej na przeniesieniu krótkich ramion chromosomu 5. na któryś z autosomów z grupy D lub G.

HETEROPLOIDIA AUTOSOMÓW

W wyniku asymetrycznych podziałów mitotycznych komórek nowotworowych w komórkach potomnych powstają nowe warianty komórkowe ze zmienioną liczbą chromosomów. Zjawisko takie określamy mianem heteroploidii.

Obserwujemy je np. w komórkach określanych jako He-La — najstarszej sztucznie utrzymywanej hodowli ludzkich komórek nowotworowych na świecie. Pobrano je od pacjentki (od której imion pochodzi nazwa komórek), u której stwierdzono raka płaskonabłonkowego (gruczolakoraka) szyjki macicy. Komórki te posiadają pewne stałe cechy kariotypowe i metaboliczne — np. zmutowany gen kodujący produkcję enzymu dehydrogenazy gluko-6-fosforanowej (G-6PD). Stały się one istotnym obiektem badań klinicznych nad nowotworami, syntezą białka, mutacjami.

Asymetryczne podziały mitotyczne podczas kariokinezy stwierdzono także w komórkach nowotworowych myszy, określanych jako NK/Ly (Nemeth-Keller Lymphoma).

MUTACJE

Mutacja genowa jest to dziedziczna zmiana w obrębie JEDNEGO GENU, powstająca nagle, skokowo i prowadząca do przekształcenia tego genu w jego nowy allel. Mutacje genowe dotyczące tylko jednej zasady nukleinowej noszą nazwę mutacji punktowych. Polegają one na zmianie chemicznej struktury genu, tj. zamianie, wstawieniu, wypadnięciu lub utracie pary nukleotydów.

W odróżnieniu od mutacji genowej, mutacja genomowa dotyczy garnituru chromosomów jako całości i z reguły wiąże się ze zmianą liczby chromosomów.

Średnia częstość mutacji jest porównywalna u wielu gatunków i wynosi od 10^-4 do 10^-6 mutacji na jedno locus w jednym pokoleniu (u ludzi mniej więcej 10^-5). Ponieważ jednak liczba loci wynosi między 10⁵ a 10⁶, w ciągu jednego pokolenia w danym zestawie genów zachodzi średnio od 1 do 10 mutacji.

Mutacje mogą zachodzić spontanicznie bądź też być indukowane przez działanie rozmaitymi czynnikami (promieniowanie ultrafioletowe i jonizujące, określone związki chemiczne). Między mutacjami spontanicznymi a indukowanymi nie stwierdza się przy tym żadnych różnic.

DOŚWIADCZENIE LEDERBERGÓW

Spontaniczne występowanie mutacji udowodniło ostatecznie doświadczenie Lederbergów. Przeprowadzając je w 1952 r. bracia Lederbergowie wykazali możliwość powstawania szczepów bakterii opornych na dany czynnik selekcyjny bez udziału tego czynnika. Doświadczenie to polega na wyhodowaniu na płytce matrycowej kolonii nieodpornych bakterii, a następnie na przeniesieniu bakterii z tej płytki na inną, która zawierać będzie czynnik selekcyjny (np. streptomycynę).

Dokonuje się tego tzw. metodą stemplową, używając bloczka obciągniętego jałowym aksamitem, którego włoski pełnią rolę wielokrotnej ezy (równomiernie przenoszą bakterie). Na bloczek nakłada się na początku płytkę matrycową, a następnie kilka kolejnych płytek ze streptomycyną. Na każdej z płytek zaznaczamy, w jaki sposób nałożona została na bloczek, po czym po kilkugodzinnej inkubacji porównujemy rozkład miejsc, w jakich wyrosły oporne kolonie. Okazuje się, że jest on podobny na wszystkich płytkach, z czego wnioskujemy, że mutacja powodująca odporność na streptomycynę zaszła już na płytce matrycowej, mimo że nie zetknęła się ona w żadnym momencie z czynnikiem selekcyjnym.

Chcąc uzyskać czyste mutanty odporne na streptomycynę, powtarzamy doświadczenie kilka razy, za każdym razem pobierając bakterie do nowej hodowli z miejsca, w którym wyrosła oporna kolonia.

Oporność bakterii na streptomycynę powstaje w wyniku mutacji jednego z genów komórki bakteryjnej i zachodzi z częstością raz na 10^-9 komórek w jednej generacji. Mutacja taka powoduje skokowe powstanie oporności na najwyższe praktyczne stężenie tego antybiotyku, w przeciwieństwie do oporności np. na penicylinę, wiążącej się z wielokrotną mutacją w kierunku zwiększającej się odporności na ten antybiotyk.

RÓŻNICE GENETYCZNE A ZMIENNOŚĆ FENOTYPOWA MUCHY DOMOWEJ

Na podstawie map genetycznych chromosomów politenicznych możemy badać mutacje genów odpowiedzialnych za określone fenotypy muchy domowej. Jak dotąd udało się określić kilka genów odpowiedzialnych za następujące zmiany fenotypowe:

• mutacja white — polega na zmianie barwy oczu z czerwonej na białą; zmiana taka uwarunkowana jest powstaniem recesywnej formy allela znajdującego się w chromosomie X;

• mutacja nub² — objawia się skróceniem skrzydeł i zachodzi w autosomie 3.;

• mutacje ebony i yellow — wiążą się ze zmianą barwy ciała, odpowiednio na ciemną lub żółtą;

• mutacja bar — objawia się wstęgowatymi oczami o zredukowanej liczbie fasetek; cecha ta wiąże się z duplikacją odpowiedniego genu znajdującego się w chromosomie X. Triplikacja tego genu powoduje mutację ultra bar.

5 marca 2002 Prelekcja XIII

GENETYKA MEDYCZNA CZ. VI

DZIEDZICZENIE CECH POLIGENOWYCH

Cechy poligenowe, czyli takie, o dziedziczeniu których decyduje więcej niż jeden gen, stanowią znaczącą większość wszystkich dziedziczonych cech. Możemy podzielić je na:

• jakościowe — są nimi głównie wady wrodzone (takie jak rozszczep podniebienia, zwężenie odźwiernika, zwichnięcie stawu biodrowego) oraz częste choroby wieku dojrzałego (schizofrenia, choroba wrzodowa, choroby alergiczne);

• ilościowe — należą do nich np. masa ciała, wzrost, barwa skóry, ciśnienie tętnicze krwi, iloraz inteligencji, liczba erytrocytów itp. Dobrym przykładem cechy ilościowej, zależnej bezpośrednio od wzrostu i masy ciała, jest powierzchnia ciała PC, opisywana wzorem Isakssona:

gdzie P oznacza masę ciała w kilogramach,

zaś dH — różnicę wzrostu ciała w stosunku do 160 cm.

Rozkład cechy ilościowej jest wynikiem zarówno genotypu, jak i oddziaływania czynników środowiska. Częstość jej występowania podlega prawu normalnego rozkładu i może być zilustrowana krzywą Gaussa.

Rozkład cech ilościowych (poszczególnych fenotypów) w pokoleniu F₂ możemy badać również za pomocą trójkąta Pascala.

1

1 1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

1 6 15 20 15 6 1

1 7 21 35 35 21 7 1

1 8 28 56 70 56 28 8 1

1 9 36 84 126 126 84 36 9 1

1 10 45 120 210 252 210 120 45 10 1

Dalsze rzędy trójkąta konstruuje się, na skraju rzędów dodając „1”, a poniżej każdej pary liczb wstawiając kolejną liczbę będącą ich sumą.

Badany przez nas rząd trójkąta zależy od ilości genów polimerycznych (zwanych także kumulatywnymi), warunkujących daną cechę. Jeżeli cechę tę warunkuje np. 6 alleli (czyli 3 pary), rozkład fenotypów przedstawia rząd 6. Jeżeli cecha warunkowana jest przez 5 par alleli, analizujemy rząd 10. itd. Rzędy oznacza się kolejnymi liczbami naturalnymi, przy czym najwyższemu rzędowi w trójkącie („1”) daje się numer 0.

WYMIARY CZASZKI JAKO CECHA ILOŚCIOWA

Jako dobry przykład cechy ilościowej mogą służyć wymiary ludzkiej czaszki, do których badania używamy antropomierza.

1. Długość czaszki D.

Mierzymy ją między punktem GLABELLA (gładzizna kości czołowej) a punktem OPISTHOCRANION (najbardziej oddalony od gładzizny punkt na kości potylicznej).

2. Szerokość czaszki S.

Mierzymy ją między dwoma punktami EURYON (punkt na kości ciemieniowej lub skroniowej najbardziej oddalony od płaszczyzny pośrodkowej ciała).

3. Wysokość czaszki W.

Wysokość czaszki inaczej mierzy się na czaszce martwej, a inaczej u żywego człowieka.

Na czaszce martwej oznacza się odległość między punktami BASION (punkt przecięcia płaszczyzny pośrodkowej ciała z przednią krawędzią otworu wielkiego) i BREGMA (miejsce zetknięcia się szwów strzałkowego z wieńcowym).

U żywego człowieka mierzy się odległość między punktami VERTEX i TRAGION (punkt na górnym brzegu skrawka małżowiny usznej). Wysokość czaszki otrzymujemy, odejmując tę odległość od wyrażonego w centymetrach wzrostu badanego.

Znajomość tych trzech wymiarów, wyrażonych w centymetrach, pozwala obliczyć wskaźnik szerokościowo-długościowy oraz pojemność czaszki.

Wskaźnik szerokościowo-długościowy oznaczany jest jako W_SD i przedstawia się wzorem:

Pojemność czaszki V można mierzyć dwiema metodami:

1. Metoda Broca.

Polega na wypełnieniu uszczelnionej czaszki kaszą jaglaną, a następnie przesypaniu kaszy do cylindra miarowego i odczytania wyniku ze skali. Metoda ta stosowana jest wyłącznie do pomiaru pojemności czaszek martwych.

2. Metoda Pearson-Lee.

Metodę tę stosuje się do badania czaszek uszkodzonych lub przy pomiarach dokonywanych in vivo. Polega na zmierzeniu w wyżej opisany sposób długości, szerokości i wysokości czaszki a następnie obliczeniu pojemności, zależnie od płci, z odpowiedniego wzoru:

♂ V = 524,6 + 0,266 · D · S · W

♀ V = 812,0 + 0,156 · D · S · W

Otrzymujemy w ten sposób pojemność czaszki w cm³.

EWOLUCYJNE ZMIANY BUDOWY CZASZKI U NACZELNYCH

W toku ewolucji człowieka występowała tendencja do zwiększania się objętości czaszki — z ok. 650 cm³ u małp do ok. 1500 cm³ u ludzi. Człowieka od innych naczelnych odróżnia jednak nie tylko pojemność czaszki, ale i szereg innych cech jej budowy. Dla porównania możemy zestawić wybrane cechy czaszki człowieka (Homo sapiens) i goryla (Gorilla sp.):

Gorilla sp. Homo sapiens

1. trzewioczaszka większa od mózgoczaszki mózgoczaszka większa od trzewioczaszki

2. otwór potyliczny położony w tylnej części otwór potyliczny przesunięty do środka

podstawy czaszki podstawy czaszki

3. grzebień potyliczny kresy karkowe na kości potylicznej

4. kąt nachylenia kości czołowej (spłaszczenie kąt nachylenia kości czołowej: 54-74˚,

czaszki): 17-22˚ średnio 63˚

5. wały nadoczodołowe łuki brwiowe

6. wcięcie pozaoczodołowe —

7. prognatyzm kośćca twarzy (wysunięcie ortognatyzm kośćca twarzy (cofnięcie pod

do przodu) puszkę mózgową)

8. — wydatność kośćca nosa

9. szczęka długa i wąska szczęka krótka i szeroka

10. żuchwa wydłużona żuchwa skrócona

11. — „bródka” na przedniej ścianie żuchwy

12. część zębodołowa żuchwy wysunięta „bródka” wysunięta

13. łuk zębodołowy w kształcie litery V łuk zębodołowy w kształcie litery U

14. duże kły wysunięte poza linię zębów małe kły nie wysunięte poza linię zębów

15. pojemność czaszki: 325-650 cm³ pojemność czaszki: 1200-1500 cm³

16. masa mózgu w stosunku do 100 kg masy masa mózgu w stosunku do 100 kg masy

ciała: 340 g. ciała: 2380 g.

Swoisty „etap przejściowy” między jednymi a drugimi stanowić może wymarły obecnie rodzaj Plesianthropus z rodziny Hominidae. Rodzaj ten charakteryzowała dobrze wysklepiona czaszka z częścią twarzową wysuniętą ku przodowi. Kość czołowa przypominała budową kość ludzką, lecz występowały na niej wyraźne wały nadoczodołowe, zaś ta szczycie czaszki — grzebień kostny. Żuchwa i zęby zbudowane były zasadniczo tak, jak u współcześnie żyjących ludzi.

EWOLUCYJNE ZMIANY UZĘBIENIA

W toku ewolucji nastąpiło zmniejszenie się ogólnej liczby zębów. Dokonał się również zanik przerwy (diastemy) i uformowanie się zębów w łuk paraboliczny.

U ssaków mamy do czynienia z uzębieniem heterodontycznym, czyli takim, w którym obok siebie występują różne rodzaje zębów (siekacze, kły, przedtrzonowce i trzonowce). Ogólna liczba zębów jest stała dla danego gatunku. Stosukowo największym wśród zębów jest drugi trzonowiec, drugi przedtrzonowiec natomiast ulega zmniejszeniu. Uzębienie homodontyczne cechuje niższe kręgowce — ryby, płazy i gady.

Ssaki dzielimy na krótko- i długozębne. U pierwszych korzenie zębów kształtują się wcześnie i mają niewielkie otwory wierzchołkowe, natomiast korony cechuje ograniczony wzrost. U ssaków długozębnych korzenie kształtują się późno i charakteryzują się szeroko otwartym kanałem i dużym otworem wierzchołkowym, zaś korony zębów są długie i rosną przez całe życie.

Charakterystyczną cechą współczesnych ssaków są trzonowce o pofałdowanych koronach. Pierwotne ssaki owadożerne miały zęby 4-, 5- i 6-guzkowe. U ludzi zęby trzonowe z nielicznymi wyjątkami mają po 4 guzki, rozdzielone bruzdami ułożonymi na kształt krzyża.

Znaczącą różnicę między człowiekiem a innymi naczelnymi stanowi zanik zwarcia obcęgowatego (labidoncja). U rasy białej występuje przede wszystkim zwarcie nożycowate (psalidoncja), u rasy żółtej, nieco rzadziej niż w ½ przypadków — zwarcie dachówkowate (stegodoncja).

Pewne cechy ludzkiego uzębienia mogą być przekazywane genetycznie. Przykładem jest dziedziczne bezzębie u mężczyzn — cecha recesywna, gonosomalnie sprzężona z płcią. Innym przykładem może być brak szkliwa — cecha również sprzężona z płcią, lecz dominująca.

WZORY ZĘBOWE

Do opisu uzębienia stosujemy tzw. wzory zębowe, ilustrujące ilość zębów w odpowiadających sobie połowach szczęki i żuchwy:

Zęby mleczne człowieka ilustruje wzór
.

Do zębów stałych używamy wzoru
.

Wzory zębowe innych ssaków przedstawiają się następująco:

Gryzonie (np. królik):
.

Drapieżne (np. lis):
.

Wszystkożerne (np. świnia):

Przeżuwające (np. owca):

12 marca 2002 Prelekcja XIV

GENETYKA MEDYCZNA CZ. VII

INTELIGENCJA

Inteligencją (z łac. intelligentia = pojętność) nazywamy najogólniej zdolność subiektywnego rozumienia czynników środowiska i zdarzeń w nim zachodzących oraz znajdowania na nie właściwych, celowych reakcji.

Istnieje kilka definicji inteligencji, sformułowanych przez różnych badaczy tego zagadnienia.

Wg Cattela:

Wyróżniamy dwa „rodzaje” inteligencji:

1. płynną — zależną od struktur i funkcji mózgu i warunkującą szybkość kojarzenia, koncentrację uwagi i tempo pracy umysłowej. Ten rodzaj inteligencji ujawnia się podczas rozwiązywania testów bezsłownych i największą wartość osiąga między 18. a 21. rokiem życia;

2. skrystalizowaną — rozwijającą się na bazie inteligencji płynnej w wyniku uczenia się i nabywania doświadczeń.

Wg Piageta:

Inteligencja to rozwinięta forma adaptacji biologicznej. Rozwój umysłowy polega na coraz lepszym przystosowaniu, któremu towarzyszy wzrost złożoności i efektywności struktur poznawczych.

Wg Sternberga (TRIACHICZNA teoria inteligencji):

Inteligencja to zjawisko indywidualne, należące do świata wewnętrznego jednostki jako zjawisko zdeterminowane przez świat zewnętrzny i odzwierciedlające się w doświadczeniach jednostki. Jest ono wynikiem interakcji świata zewnętrznego i wewnętrznego.

Miarą inteligencji jest iloraz inteligencji. Jego wysokość określa się najczęściej według skali Wechslera. Badanie obejmuje 6 testów słownych (wiadomości, rozumienie, arytmetyka, powtarzanie liczb, podobieństwa, słownik) oraz 5 bezsłownych (np. porządkowanie obrazków, błędy i braki w obrazkach, klocki).

UKŁAD LINII PAPILARNYCH

Linie papilarne, czyli dermatoglify, występują na powierzchni rąk i stóp u człowieka i innych naczelnych. Tworzą je cienkie listewki skórne, pełniące funkcje czuciowe i mechaniczne, pomiędzy którymi znajdują się bruzdy.

Listewki skórne zaczynają tworzyć się w 3-4 miesiącu życia płodowego, aby pełne ukształtowanie osiągnąć pod koniec 6. miesiąca. W dalszym życiu w trakcie wzrastania i dojrzewania następuje ich rozbudowa, jednakże bez naruszenia wzajemnych proporcji. Ostateczne wymiary listewek wynoszą: 0,1-0,4 mm wysokości i 0,2-0,7 mm szerokości. Ponadto na dłoniach i stopach człowieka i naczelnych występują bruzdy zgięciowe, również kształtujące się w życiu płodowym i nie zmieniające swego układu do końca życia.

Układ linii papilarnych warunkują trzy pary genów współdziałających. Jest to cecha jakościowa, modyfikowana przez czynniki środowiska wewnętrznego organizmu — fakt ten tłumaczy różnice w układzie linii między prawą a lewą ręką. Ogólna liczba listewek skórnych jest cechą ilościową.

Odzwierciedleniem układu linii papilarnych jest tzw. daktylogram, który może być wykorzystywany przy identyfikacji osobnika. Układ dermatoglifów jest charakterystyczny, niepowtarzalny (wg Galtona prawdopodobieństwo wystąpienia dwóch identycznych wzorów linii papilarnych ma się jak 1:64 mld) i niezniszczalny.

Układ linii papilarnych opuszek palców charakteryzuje się pewnymi powtarzającymi się rysunkami. Jednym z najważniejszych spośród nich jest tzw. delta (trójramiennik, trójpromień). Powstaje ona na skutek rozchylenia się dwóch listewek biegnących koło siebie (delta typowa) lub rozdwojenia listewki pojedynczej (delta rozwidlona).

Łącząc środek delty ze środkiem wzoru papilarnego określonego palca otrzymujemy tzw. linię Galtona. Liczba linii papilarnych przecinających tę linię stanowi indeks RC. Suma indeksów RC dla wszystkich dziesięciu palców zwana jest indeksem TRC. Wartość tego indeksu jest cechą poligenową, dziedziczącą się ilościowo, i przeciętnie wynosi ok. 129 dla kobiet i ok. 146 dla mężczyzn.

W zależności od ilości delt na opuszce palca wyróżniamy trzy zasadnicze typy wzorów:

1. łukowy (bezdeltowy);

2. pętlicowy (jednodeltowy);

3. wirowy (dwudeltowy).

(Ze względu na obecność dwóch delt, we wzorze wirowym dla danego palca otrzymuje się dwa indeksy RC. Podczas obliczania indeksu TRC do sumy włącza się tylko indeks RC o większej wartości).

Ponadto w zależności od ułożenia wzory dzieli się również na:

• ulnarny (łokciowy);

• symetryczny;

• radialny (promieniowy).

W praktyce kryminalistycznej i badaniach genetycznych wykorzystuje się minucje, czyli najdrobniejsze różnice w układzie bruzd i linii papilarnych.

UKŁADY DERMATOGLIFÓW A WYBRANE SCHORZENIA GENETYCZNE

Pewne schorzenia genetyczne charakteryzują się szczególnym układem linii papilarnych:

1. W brachydaktylii rzadko występują wzory wirowe, bardzo często natomiast pętlicowe i łukowe.

2. W zespole Turnera następuje przewaga wzorów wirowych, a ponadto zwiększenie wartości TRC (przeciętnie ok. 165) i podwyższone (dystalne lub pośrednie) położenie trójpromienia osiowego.

3. W zespole Klinefeltera następuje przewaga wzorów łukowych, a wartość TRC ulega zmniejszeniu w stosunku do normy.

4. W zespole Downa zmniejsza się częstość występowania wzorów wirowych, natomiast w 80% przypadków mamy do czynienia z pętlicami łokciowymi (norma 62%). Trójpromień osiowy ułożony jest dystalnie (64-86% przypadków). Ogólna liczba bruzd zgięciowych na dłoniach i stopach jest zwiększona. Ponadto wybitnie charakterystyczną cechą tego zespołu (50-70% chorych) jest występowanie na dłoni czteropalcowej bruzdy zgięciowej (bruzda poprzeczna, „małpia bruzda”).

5. W zespole Edwardsa następuje przewaga wzorów łukowych i dystalne ułożenie trójpromienia osiowego. Czteropalcowa bruzda zgięciowa występuje u 30% chorych.

6. W zespole Patau mamy do czynienia z przewagą wzorów łukowych i pętlic radialnych. Trójpromień osiowy ułożony jest dystalnie, czteropalcowa bruzda zgięciowa występuje w 60% przypadków.

GENETYCZNE PODSTAWY TRANSPLANTACJI

Aby dany organ lub tkanka mogły być przeszczepione z powodzeniem, konieczny jest przede wszystkim brak niezgodności antygenów głównego układu zgodności tkankowej MHC między dawcą a biorcą. Antygeny te są kodowane przez większą liczbę genów, cechujących się polimorfizmem (liczne allele wielokrotne).

Poza układem MHC na różnych parach autosomów zlokalizowane są sekwencje DNA kodujące inne antygeny, zwane słabymi antygenami zgodności tkankowej. Jak się okazuje, w procesach transplantacji one również mają bardzo duże znaczenie i na skutek silnego odpychania transplantacyjnego mogą spowodować odrzucenie przeszczepu nawet przy pełnej zgodności układu MHC.

Przy dokonywaniu przeszczepu konieczna jest również pełna zgodność układu AB0 oraz (zazwyczaj w mniejszym stopniu) innych układów grupowych krwi.

Obecnie najczęściej wykonywanymi są allogeniczny przeszczep nerki i autogeniczny — skóry.

ODRZUCANIE PRZESZCZEPU. PRZESZCZEP PRZECIW GOSPODARZOWI

Ponieważ w praktyce uzyskanie pełnej zgodności wszystkich antygenów jest bardzo trudne, w transplantologii stosuje się rozmaite zabiegi zapobiegające odrzuceniu przeszczepu. Najczęściej polegają one na aplikowaniu pacjentowi określonych substancji, jak cyklosporyna A, globulina antytymocytarna lub duże ilości glikokortykosterydów. Niekiedy w celu osłabienia odpowiedzi immunologicznej napromieniowuje się również tkankę limfatyczną biorcy.

Wyróżniamy kilka mechanizmów odrzutu przeszczepu:

1. nadostry (odrzucenie przeszczepu dokonuje się w ciągu kilku minut — powstające mikrozakrzepy prowadzą do niedokrwienia i niemal natychmiastowej martwicy tkanki lub narządu);

2. ostry (odrzucenie przeszczepu następuje w ciągu dni lub miesiący);

3. przewlekły (procesy odrzucenia przeszczepu rozciągają się na lata).

Odrzucenie przeszczepu jest naturalną konsekwencją niezgodności antygenowej między przeszczepionym narządem a organizmem biorcy. Czasami dzieje się jednak inaczej. W przypadku, gdy w przeszczepianej tkance (najczęściej w szpiku kostnym) znajduje się duża liczba komórek immunologicznie czynnych, komórki te mogą wejść w oddziaływanie z niezgodnymi antygenowo komórkami biorcy.

Zjawisko to nazywamy reakcją przeszczepu przeciw gospodarzowi. Występuje ona nader często po przeszczepieniu szpiku kostnego w celach leczniczych chorym, których układ immunologiczny uległ osłabieniu na skutek rozmaitych chorób lub urazów — pacjentom z białaczkami, anemią aplastyczną, ostrą chorobą popromienną czy poddanym uprzednio radio- lub chemioterapii. Ze względu na upośledzenie odporności immunologicznej biorca allogenicznych limfocytów nie jest w stanie ich zniszczyć, one zaś, rozpoznając jego antygeny jako „obce”, powodują masowe niszczenie komórek jego organizmu.

Aby uniknąć opisanych wyżej zjawisk, w obecnych technikach transplantacyjnych przed dokonaniem przeszczepu podaje się dawcy leki immunosupresyjne lub przed dokonaniem przeszczepu eliminuje z pobranego szpiku dojrzałe limfocyty T.

19 marca 2002 Prelekcja XV

GENETYKA MEDYCZNA CZ. VIII

PRAWO HARDY'EGO-WEINBERGA

Prawo Hardy'ego-Weinberga przedstawia zależność między częstością genów a częstością genotypów w populacji mendlowskiej, opisując stan dynamicznej równowagi genetycznej w tej populacji.

Prawo powyższe mówi, że jeżeli w populacji:

p — częstość genu dominującego

q — częstość genu recesywnego

to częstość poszczególnych genotypów w tej populacji opisuje równanie:

p² + 2pq + q² = 1

gdzie p² oznacza częstość homozygot dominujących,

2pq — częstość heterozygot,

a q² — częstość homozygot recesywnych.

Ze względu na statystyczny charakter tego prawa, doświadczalne wyniki jego badania zgadzają się z założeniami teoretycznymi tylko w przypadku populacji o dużej liczebności. Tworzenie zygoty możemy przyrównać do losowania dwóch ze zbioru gamet danej populacji tylko przy założeniu, że kojarzenia są przypadkowe, nie działa dobór naturalny i wykluczamy migracje i mutacje. Zazwyczaj jednak warunki te nie są spełnione, gdyż na populację wpływa bardzo wiele czynników chwiejących równowagą w częstości występowania alleli.

SELEKCJA I DRYF

Selekcja jest procesem eliminacji niekorzystnych genotypów związanych ze zróżnicowaną rozrodczością różnych osobników. O selekcji danego osobnika mówimy, gdy jest on bezpłodny lub nie dożywa czasu reprodukcji.

Wpływ selekcji na częstość występowania cechy zależy od tego, czy jest ona dominująca, czy recesywna. Szkodliwe allele dominujące zostają wyeliminowane z populacji na ogół bardzo szybko. Allele recesywne mogą pozostawać w puli genowej przez wiele pokoleń, gdyż będą podlegały selekcji tylko w homozygotach.

Dryfem genetycznym nazywamy bezkierunkowe zmiany częstości genów, wynikające ze zjawisk losowych i ujawniające się zwłaszcza w populacjach niewielkich lub przy przypadkowym pobieraniu niewielkich próbek z dużych populacji. Zjawisko dryfu może wówczas prowadzić do istotnych odchyleń od pierwotnej częstości genów.

WYBRANE CECHY DOMINUJĄCE I ICH ROZKŁAD W POPULACJI CZŁOWIEKA

Do najistotniejszych cech allelomorficznych dziedziczących się dominująco należą:

1. ząbek włosów na czole;

2. włosy nierude (ciemne lub blond);

3. wzgórek Darwina (niewielka kosteczka na krawędzi małżowiny usznej);

4. wolny płatek ucha;

5. dołki w policzkach;

6. zdolność zwijania języka w literę U;

7. zdolność unoszenia końca języka ku górze;

8. zdolność odczuwania smaku fenylotiomocznika;

W populacji ludzi i małp człekokształtnych wyróżnia się dwie klasy: odczuwający i nieodczuwający gorzkiego smaku fenylotiomocznika (PTC) u nasady języka. Jest to cecha allelomorficzna, warunkowana przez allel dominujący oznaczany symbolem T. Występuje ona z różną częstością u różnych ras ludzkich:

• wśród Chińczyków — 93%

• wśród Indian północnoamerykańskich — 97%

• wśród Europejczyków — 75%.

Fenotypowa wrażliwość na smak fenylotiomocznika wykazuje rozkład dwumodalny. Oznacza to, że reakcje homozygot dominujących TT i heterozygot Tt różnią się między sobą. Okazuje się, że homozygoty TT odbierają gorycz fenylotiomocznika jako bardzo intensywną, zaś dla heterozygot Tt jest ona jedynie wyczuwalna.

9. orli nos (kształt nosa warunkowany jest przez 4 pary genów allelomorficznych)

10. piegowatość;

11. tendencja do używania prawej ręki;

Leworęczność i praworęczność są przejawem funkcjonalnej asymetrii ciała człowieka, związanej z dominacją jednej z dwóch półkul mózgowych (lateralizacja). Dominacja ta często bywa jednorodna (praworęczności towarzyszy prawooczność itd.). Szacuje się, że tendencję do posługiwania się prawą ręką przejawia ok. 96% ludzi. Leworęczność wykazuje zaledwie 4%. Czasami mamy także do czynienia z oburęcznością (ambidekstrią), która może mieć charakter pierwotny lub wtórny.

12. składanie kciuka prawego na lewy;

13. włosy na środkowej powierzchni paliczków dłoni;

14. grupy krwi A i B:

Obok kodominujących alleli I^A i I^B występuje recesywny allel i. Homozygoty pod względem tego allela mają grupę krwi 0. Grupa ta szczególnie często występuje wśród Indian w Chile.

15. prawidłowe widzenie barw:

Okazuje się, że mniej więcej 6,6-9% mężczyzn w Europie dotkniętych jest daltonizmem. Najczęściej, bo aż w 4,5% przypadków, mamy do czynienia z deuteranomalią, najrzadziej — z protanopią.

Poza Europą ślepota barw należy do rzadkości:

• wśród Australijczyków — 1,9%

• wśród Indian — 2,3%

• wśród Murzynów afrykańskich — 2,4%.

33

---