Biologia medyczna - kolokwium 1

Zanieczyszczenie środowiska

przyczyna zwiększenia ryzyka występowania u ludzi wielu chorób (zarówno w
krajach o wysokim poziomie technologicznym, jak i w krajach rozwijających się).

Monitoring środowiska

system pomiarów, ocen i prognoz stanu środowiska wykorzystywanych w
procesach decyzyjnych, lokalizacyjnych, działaniach prewencyjnych i naprawczych, stanowiący istotny
element kształtowania świadomości ekologicznej społeczeństwa.

System monitorowania

podsystemy dotyczące komponentów środowiska: powietrza, wód, gleby, hałasu
oraz monitoring biologiczny.

Monitoring biologiczny

narzędzie służące do oceny wchłaniania i wczesnych skutków narażenia na czynniki
toksyczne w środowisku pracy i w środowisku życia człowieka.

ocena narażenia środowiskowego lub zawodowego polega na:

- oznaczeniu wybranych biomarkerów w
materiale biologicznym i określeniu rzeczywistej dawki pobranej.
-pozwala na określenie łącznego pobrania związków chemicznych (ksenobiotyków) wszystkimi drogami - z
powietrzem, z żywnością oraz poprzez bezpośredni kontakt ze skórą (w tym leki, kosmetyki, środki czystości).

Ksenobiotyk - (z gr. ksenos - obcy i bioticos.)

- Substancje obce, niebędące naturalnym składnikiem żywego organizmu i nie posiadają żadnych właściwości
odżywczych.
- Są pochodzenia naturalnego i antropogenicznego.
- GŁÓWNE GRUPY SUBSTANCJI OBCYCH DLA CZŁOWIEKA: leki, używki, dodatki do żywności, zanieczyszczenia środowiska naturalnego.

Ksenobiotyki dzielimy na:

- zanieczyszczenia org.
- zanieczyszczenia nieorg.
- trwałe zanieczyszczenia org. POP
- dodatki do żywności

Zanieczyszczenia nieorg:

- jony metali, azotany, fosforany, siarkowodór, chlorowodór
- metale i ich związki (arsen, ołów kadm, miedz, rtęć)

Zanieczyszczenia org:

- węglowodory aromatyczne, polichlorowane bisfenole, dioksyny, cyjanki, nitrozaminy, akrylamid

Trwałe zanieczyszczenia org POP:

- bifenole, naftaleny, dibenzoestry,
PCB (polichlorowane bifenyle),
HCB (heksachlorobenzen),
PCN (polichloronaftalen)

Dodatki do żywności:

- konserwanty, emulgatory, węglowodory aromatyczne, nitrozaminy, akrylamid (wędzenie, pieczenie, peklowanie mięsa, suszenie owoców)

Zanieczyszczenia hydrosfery:

- fenole , cyjanki, aminy, pochodne węglowodorów aromatycznych i alifatycznych, detergenty, także naturalne toksyny czy mykotoksyny

Zanieczyszczenia aerosfery:

pyły, ozon troposferyczny, tlenki siarki, azotu, benzen, tlenek węgla

Najbardziej znaczącą drogą pobierania ksenobiotyków są:

układ oddechowy, skóra i układ pokarmowy.

Działanie ksenobiotyków środowiskowych:

• blokowanie oddychania komórkowego
• unieczynnienie hemoglobiny i transportu tlenu
• immunosupresja
• uszkodzenie błon cytoplazmatycznych

Markery biologiczne (biomarkery)

mierniki, które można obiektywnie zmierzyć oraz które można zastosować jako
wskaźnik w ocenie fizjologicznych procesów biologicznych, procesów patologicznych lub odpowiedzi organizmu na
działania terapeutyczne.

Według WHO biomarkerem jest:

jest każdy pomiar interakcji w systemach biologicznych z potencjalnymi zagrożeniami, mającym w efekcie charakter chemiczny, fizyczny lub biologiczny. Mierzona odpowiedź organizmu wywołana tą interakcją może mieć charakter funkcjonalny, fizjologiczny, biochemiczny na poziomie komórkowym lub molekularny na poziomie subkomórkowym.

Wykorzystanie biomarkerów u ludzi:

- ocena dawki wewnętrznej
- mogą być oznaczane w materiale biologicznym (krew, mocz), jak również w komórkach i tkankach;

Dawka wewnętrzna to:

ilość substancji rzeczywiście pobranej przez organizm, (np. w rezultacie narażenia zawodowego, wpływu warunków ekspozycji na zdrowie oraz indywidualnej wrażliwości;)

Metody oznaczania ilościowego biomarkerów powinny być:

• nieinwazyjne,
• czułe i specyficzne,
• związane z procesami biochemicznymi,
• oraz odzwierciedlać realne dawki pobrane w efekcie ekspozycji (tzw. dawki wewnętrzne).

BIOMARKERY NARAŻENIA (EKSPOZYCJI):

- egzogenne substancje lub ich metabolity, a także produkty interakcji pomiędzy czynnikiem chemicznym,
a docelowymi cząsteczkami lub komórkami;
- produkty wiązania substancji w ustroju (np. z hemoglobiną lub DNA);
- są obecne i mierzalne w organizmie (np. zatrucie rtęcią rtęć w moczu w stężeniu powyżej 50 μg/l )

Biomarkerem narażenia na nikotynę jest:

kotynina

Stężenia kotyniny w surowicy krwi/ślinie u osób palących tytoń:

od kilku do około 100 ng/ml

Stężenie kotyniny w moczu:

- Osoby niepalące: 50 ng/ml
- Bierni palacze: 50,1 - 400 ng/ml
- Czynni palacze: powyżej 400 ng/ml

Nikotyna:

- alkaloid pirydynowy: 85-90 % alkaloidów tytoniu,
-droga wchłaniania: głównie układ oddechowy i
przewód pokarmowy.
- t1/2: około 2,5 godz.
-Po 8 godz. abstynencji nikotynowej osób
palących nie stwierdza się obecności nikotyny w krwi i moczu

Najwyższe stężenie nikotyny we krwi po ok.:

- 2 min (droga inhalacyjna)
- 30 min (błona śluzowa jamy ustnej)

DSB

- najwyższe dopuszczalne stężenie biologiczne związków szkodliwych lub ich metabolitów w płynach
ustrojowych (krwi, moczu) oraz w tkankach.
- Biomarker ekspozycji występuje w stężeniu przekraczającym DSB.

wartość stężenia substancji > DSB

ryzyko wysokie

większa niż 1/2 wartości DSB

ryzyko na poziomie średnim

mniejsza niż 1/2 wartości DSB

ryzyko na poziomie małym

BIOMARKERY SKUTKU (EFEKTU) to:

mierzalne biochemiczne, fizjologiczne, behawioralne zmiany zachodzące w organizmie, które mogą być
powiązane z:
- już obecnymi zaburzeniami zdrowia
- mogącymi się pojawić zaburzeniami zdrowia

Do czego służą BIOMARKERY SKUTKU(EFEKTU):

- rozpoznania źródła zatrucia
- wykrycia zmian przedklinicznych
- zaplanowania postępowania terapeutycznego
- określenia rokowania leczenia

Przykłady BIOMARKERÓW SKUTKU (EFEKTU):

- Hepatotoksyczność - poziom aminotransferaz
- Zatrucia związkami fosforoorganicznymi - niska aktywność acetylocholinoesterazy

BIOMARKERY WRAŻLIWOŚCI to:

- Wrażliwość osobnicza na ksenobiotyki uzależniona jest od: czynników genetycznych, wieku, ogólnego stanu
zdrowia, stanu odżywienia, stylu życia (palenie papierosów, używki)
- Wskaźniki wrodzonej lub nabytej zdolności organizmu do odpowiedzi na określony szkodliwy czynnik
- Najistotniejszy czynnik- różna aktywność enzymów biorących udział w biotransformacji substancji
chemicznych związana z polimorfizmem genów kodujących

BIOMARKERY WRAŻLIWOŚCI przykłady:

- związki rakotwórcze
- benzopiren
-Niedobór α1-antytrypsyny

Benzopiren:

- Benzo(a)piren jest kancerogenem chemicznym z grupy kancerogenów pośrednich (prekancerogenów);
- Aktywnym kancerogenem staje się po przekształceniu w organizmie do aktywnej formy o właściwościach
elektrofilnych, mających zdolność tworzenia wiązań kowalencyjnych z DNA lub RNA. Aktywacja przez
monooksygenazy - enzymy retikulum endoplazmatycznego
- W metabolicznej aktywacji i detoksykacji benzopirenu szczególną rolę odgrywa kilka genów:
-geny cytochromu P-450 - CYP1A1 i CYP1B1
-geny glutationu S-transferazy (GST): GSTM1i GSTT2
- Polimorfizm genetyczny tych genów może determinować wrażliwość osobniczą w odpowiedzi na
środowiskowe narażenie na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

Niedobór α1-antytrypsyny:

• czynniki genetyczne - wrodzony brak α1-antytrypsyny
• defekt wytwarzania w wątrobie α1-antytrypsyny
• czynniki środowiskowe m.in. dym tytoniowy

Niedobór antytrypsyny - dym tytoniowy → rozedma płuc

Preferowane biomarkery:

- łączące się z mechanizmami toksycznymi
- określające ilościowo zależność dawka-odpowiedź

Trudności interpretacyjne biomarkerów:

- duża zmienność wewnątrzosobnicza w odpowiedzi na takie same dawki subst. chem.
- niektóre biomarkery są niespecyficzne lub niedostatecznie specyficzne
- określają więcej niż 1 uszkodzenie narządowe lub proces chorobowy

Biomarkery ekspozycji - jakie pytanie?

Czy organizm jest/był narażony na działanie czynnika szkodliwego ?

Biomarkery efektu - jakie pytanie?

Czy narażenie na ksenobiotyk spowodowało skutki zdrowotne ?

Biomarkery wrażliwości - jakie pytanie?

Czy dana osoba jest wrażliwa na działanie danego ksenobiotyku ?

Klasy toksyczności związków:

- Pomiary geno- i cytotoksyczności.
- LD
- LD50

LD (z ang. lethal dose - „dawka śmiertelna")

służy do ilościowej oceny oraz porównywania toksycznego działanie substancji.

LD50

dawka ksenobiotyku, która wywołuje śmierć połowy populacji zwierząt doświadczalnych, którym podano daną substancję (najczęściej używana wartość).

Klasyfikacja LD50:

im niższa dawka na kg ciała, tym bardziej toksyczna

Podstawowe parametry wyznaczane doświadczalnie (na zwierzętach) wykorzystywane w ocenie toksyczności:

- NOAEL
- LOAEL
- ADI

NOAEL (No Observed Adverse Effect Level)

- najwyższy poziom narażenia, przy którym nie ma biologicznie istotnego wzrostu częstości lub ciężkości niekorzystnych skutków między narażoną populacją a jej odpowiednią kontrolą;
- na tym poziomie mogą wystąpić pewne skutki, ale nie są one uważane za skutki niepożądane.
- Jednostkami NOAEL są mg/kg masy ciała/dzień w przypadku podania skórnego i doustnego.

LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level)

- najniższy poziom narażenia, przy którym występuje biologicznie istotny wzrost częstotliwości lub nasilenia niekorzystnych skutków między narażoną populacją a jej odpowiednią grupą kontrolną.

ADI (Acceptable Daily Intake)

- dopuszczalne dzienne pobranie.
- Oznacza ilość substancji, wyrażoną w mg/kg m.c.,
która pobierana codziennie, przez całe życie człowieka ze wszystkich źródeł (m.in. żywność, woda, leki, kosmetyki) nie będzie szkodliwa dla organizmu.

Substancje nieodżywcze:

- wszystkie substancje występujące w żywności, które ograniczają bądź uniemożliwiają wykorzystanie składników odżywczych lub też wywierają szkodliwy wpływ na organizm ludzki.
- Mogą one interferować z procesem trawienia, wchłaniania i niektórymi innymi etapami metabolizmu substancji odżywczych.

Składniki szkodliwe:

- stwarzają zagrożenie dla zdrowia.
- Przeważnie powstają w wyniku niewłaściwego
przechowywania lub przetwarzania żywności lub są rezultatem jej zanieczyszczenia.

Substancje występujące w sposób naturalny w żywności:

• zanieczyszczenia chemiczne związane z produkcją i obrotem żywności;
• zanieczyszczenia chemiczne związane ze środowiskiem;
• obce i naturalne substancje zawarte w organizmach żywych.

Substancje celowo dodane do żywności:

• substancje słodzące (np. aspartam, acesulfam K, sacharyna, sukraloza);
• konserwujące (np. benzoesan sodu, benzoesan potasu - z kwasem askorbinowym tworzą silny
karcynogen - benzen);
• barwniki (żółcień pomarańczowa E 110, żółcień chinolinowa E 104, azorubina E 122, czerwień
allura E 129, tartrazyna E 102, pąs 4R E 124);
• substancje wzmacniające smak i zapach (glutaminian sodu - ekscytotoksyna);
• przeciwutleniacze, kwasy i regulatory kwasowości, subst. Wypełniające i przeciwzbrylające.

Zanieczyszczenia chemiczne związane z produkcją i obrotem:

• związki stosowane w uprawach roślin (nawozy, pestycydy);
• związki stos. w hodowli zwierząt (antybiotyki, leki hormonalne i uspokajające);
• zanieczyszczenia techniczne pochodzące z opakowań i urządzeń produkcyjnych;
• związki czyszczące, dezynfekujące, zmiękczające, stabilizatory.

Zanieczyszczenia chemiczne związane ze środowiskiem:

• związki pochodzące z emisji przemysłowych, środków transportu i obróbki termicznej:
metale, półmetale, niemetale, WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne), dioksyny,
furany, PCB (chlorowane bifenyle), pierwiastki promieniotwórcze

Obce i naturalne substancje zawarte w organizmach żywych:

• toksyny zawarte w roślinach wyższych:
- związki azotowe i białkowe; wodorowęglany (α-galaktozydazy, β-glukany)
- tłuszcze (cykliczne, utlenione kwasy tłuszczowe, kwas erukowy)
- związki fenolowe - polifenole i taniny, kwas chlorogenowy,
- glikozydy (cyjanogenne, fitoestrogeny, saponiny); alkaloidy; szczawiany;
• olejki eteryczne w roślinach przyprawowych;
• substancje wyst. w grzybach wielkoowocnikowych (alkaloidy indolowe, kopryna, fallolizyna);
• produkty przemiany materii grzybów pleśniowych - skażenie żywności (mykotoksyny);
• substancje wytwarzane przez drobnoustroje (toksyny bakteryjne np. toksyna botulinowa - jad
kiełbasiany, enterotoksyny Bacillus cereus, Staphylococcus aureus);
• drobnoustroje wywołujące choroby zakaźne (Listeria cytomonogenes, Staphylococcus aureus,
Salmonella sp.).

Produkty do których nie wolno stosować dodatków:

✓ żywność nieprzetworzona
✓ miód,
✓ masło,
✓ naturalna woda mineralna,
✓ kawa,
✓ herbata liściasta

Czynniki abiotyczne to:

nieożywione elementy danego środowiska, mające bezpośredni lub pośredni wpływ na funkcjonowanie współwystępujących z nimi organizmów żywych.

Czynniki abiotyczne dzielimy na:

• fizyczne, (np.: temperatura, hałas, pyły przemysłowe, promieniowanie (jonizujące, laserowe, nadfioletowe,
elektromagnetyczne), ultradźwięki, drgania (wibracje))

• chemiczne, (np.: woda, związki chemiczne o działaniu: toksycznym, rakotwórczym, mutagennym, teratogennym)

Czynniki biotyczne to:

czynniki ożywione, wszystkie organizmy żywe danego środowiska, wywierające wpływ na funkcjonowanie, rozwój oraz przystosowanie innych organizmów, a także na elementy fizykochemiczne.

Np.
priony, wirusy, bakterie, pasożyty, grzyby, toksyny, alergeny wytwarzane przez organizmy, wektory patogenów.

Prawo minimum J. Liebiga (1840):

możliwość wzrostu i rozwoju organizmu określa czynnik, którego wartość jest minimalna w stosunku do zapotrzebowania.

Zasada tolerancji V.E.Shelforda (1910):

- możliwość bytowania organizmu w środowisku określają minima i maksima danego czynnika.
- Tolerancja organizmów względem tego samego czynnika może być różna w zależności od płci i
wieku.

„zero biologiczne" to:

- temperatura poniżej której ustaje proces lub funkcjonowanie komórek.
- Dla poszczególnych typów komórek temperatura ta może różnić się.

reguła van't Hoffa:

- opisuje zależność pomiędzy temperaturą a szybkością reakcji chemicznej.
- Zgodnie z nią podwyższenie temperatury o 10 stopni powoduje wzrost szybkości reakcji
od 2 do 4 razy.

Sterylizacja to:

wyjaławianie całkowite

Dezynfekcja to:

wyjaławianie niecałkowite

Metody fizyczne wyjaławiania:

Metody chemiczne wyjaławiania:

Odwodnienie powoduje:

- śmierć (zwierzęta stałocieplne i zmiennocieplne)

- anabioza (organizmy roślinne i zwierzęce: pierwotniaki, wrotki, nicienie, niesporczaki)

Anabioza to:

- przejściowy stan ograniczenia wszelkich funkcji życiowych organizmu w organizmie roślinnym lub zwierzęcym (pierwotniaki, wrotki, nicienie, niesporczaki) wywołany niekorzystnymi warunkami środowiska, mijający, gdy warunki otoczenia zmienią się na korzystne (stan życia utajonego).

LIOFILIZACJA (suszenie desorpcyjne) to:

proces polegający na usuwaniu wody z zamrożonego materiału na drodze sublimacji lodu, tzn. bezpośredniego jego przejścia w stan pary, z pominięciem stanu ciekłego.

Zastosowanie procesu liofilizacji:

• W technologii żywności - wytwarzanie produktów spożywczych.
Podczas procesu liofilizacji usuwane są azotyny, które szkodliwie działają na nasz organizm.
• W przemyśle farmaceutycznym - wytwarzanie materiałów biologicznych (m.in. szczepionek bakteryjnych i
wirusowych, surowic, antybiotyków, hormonów, konserwowania osocza i składników krwi), a także do
otrzymywania postaci ODT leków (oral disintegrating tablet) - tabletki, które rozpadają się w czasie do 30
sekund od podania;
• W medycynie - preparaty tkankowe, służące do transplantacji chirurgicznych;
• W mikrobiologii - przechowywanie szczepów mikrobiologicznych z zachowaniem ich pierwotnych
właściwości (liofilizat powinien zawierać mniej niż 1% wody);
• W przemyśle kosmetycznym - produkcja preparatów kosmetycznych (ochrona przed namnażaniem
drobnoustrojów oraz rozkładem substancji biologicznych, związanym z działaniem mikroorganizmów), np.
liofilizowany kolagen, hydrolizaty białek.

Regeneracja to:

✓ Swoista interakcja pomiędzy komórkami i tkankami w obrębie jednego organizmu.
✓ W świecie zwierząt przykładem doskonałych regeneratorów są bezkręgowce należące do wirków,
stułbiopławów, pierścienic, raków itp.
✓ Ssaki, a wśród nich człowiek, mają nikłe zdolności regeneracyjne.

Typy regeneracji:

➢ fizjologiczna - ciągła wymiana erytrocytów, komórek nabłonkowych; odrosty włosów, paznokci

➢ reparatywna (traumatyczna) - regeneracja tkanki po uszkodzeniu lub odtwarzanie utraconych narządów

Regeneracja reparatywna przebiega w III etapach:

• faza procesów doraźnych
• faza odróżnicowania
• faza różnicowania

Faza procesów doraźnych:

- związana z zasklepieniem się rany.
- U wyższych organizmów - polega na powstaniu skrzepu i podziałach komórek nabłonkowych.

Faza odróźnicowania:

- związana z napływem komórek wędrownych, totipotencjalnych i powstaniem pączka blastemy regeneracyjnej.

Faza róźnicowania:

- odtwarzanie utraconych organów.

Inżynieria tkankowa:

uzyskanie w warunkach laboratoryjnych narządów do przeszczepu

Hodowla komórek macierzystych:

- kluczowa rola w regeneracji tkanek

Medycyna regeneracyjna personalizowana:

- zastosowanie komórek własnych pacjenta do potencjalnej terapii komórkowej lub diagnostyki medycznej

Cechy komórek macierzystych sprzyjające ich wykorzystaniu w terapii:

•Źródłem komórek macierzystych może być pacjent → personalizacja terapii
• Wysoka zdolność proliferacyjna w hodowli → otrzymanie dużej liczby komórek z ograniczonego źródła
• Łatwe do manipulacji genetycznych → wymiana istniejących niefunkcjonalnych genów metodą transferu
genetycznego
• Zdolność do migracji w uszkodzonej tkance
• Zdolność do integracji z tkanką gospodarza i funkcjonalnej interakcji z otaczającymi komórkami.

Działanie MSC:

1. Odbudowa uszkodzonego narządu
2. Aktywowanie endogennej regeneracji narządu
3. Leczenie chorób autoimmunologicznych

Triada Lyncha:

Z komórek macierzystych zębów mogą powstać:

- mioblasty - komórki, z których powstanie tkanka
mięśniowa
- cementoblasty - komórki, z których powstanie cement, tkanka pokrywająca korzenie zębowe
- odontoblasty - komórki, z których powstanie ząb i miazga
- osteoblasty - komórki, z których powstanie tkanka kostna
- adipocyty - komórki tłuszczowe
- hepatocyty - komórki wątroby
- chondrocyty - komórki tkanki chrzęstnej
- melanocyty - komórki barwnikowe
- komórki śródbłonka
- komórki nerwowe

DPSC - komórka macierzysta miazgi zębowej

• Komórki dojrzałe, multipotencjalne
• Mogą przekształcać się w: odontoblasty, osteoblasty, adipocyty, kardiomiocyty, miocyty, chondrocyty, komórki śródbłonka nerwowego lub naczyniowego, neurocyty

SHEDs - komórki macierzyste miazgi ludzkiego zęba mlecznego

• Multipotencjalne, szersze możliwości różnicowania niż DPSCs
• Mogą przekształcać się w: komórki nerwowe, osteoblasty, chondrocyty, adipocyty, miocyty, itp.
• Nie mogą różnicować do komórek krwiotwórczych szpiku kostnego

PDLSC - komórka macierzysta więzadła okołozębowego

• Mogą przekształcać się w: komórki tkanki chrzęstnej, kostnej, tłuszczowej
• Zastosowanie: regeneracja cementu i kości wyrostka zębodołowego

SCAP - komórki macierzyste brodawki wierzchołkowej

• Występują w niedojrzałych zębach stałych
• Prawdopodobnie linia komórek progenitorowych

DFSC - komórka macierzysta pęcherzyka zębowego

• Multipotencjalne
• Mogą różnicować się w: komórki tk. tłuszczowej, nerwowej i kości

ABMSCs - Komórki macierzyste z wyrostka zębodołowego

• Mogą różnicować w: osteoblasty, adipocyty i chondrocyty

TGPCs - Komórki progenitorowe zarodka zęba

• Multipotencjalne (być może pluripotencjalne)
• Mogą różnicować w: adipocyty, osteoblasty/odontoblasty, chondrocyty, neurony, hepatocyty

GMSC - dziąsłowa mezenchymalna komórka macierzysta

• Aktywność osteogenna
• Modulacja układu odpornościowego
• Tworzenie struktur podobnych do tkanki łącznej

JBMSC - mezenchymalna komórka
macierzysta kości szczęki;

Homeostaza to:

zdolność utrzymania równowagi dynamicznej środowiska wewnętrznego, mimo
wielokierunkowych oddziaływań środowiska zewnętrznego.

Procesy zachodzące w organizmie wymagają stałych i znajdujących się w określonym zakresie parametrów:

• temperatura ciała (izotermia)
• pH płynów ustrojowych (izohydria)
• objętość płynów ustrojowych
• ciśnienie osmotyczne
• stężenie związków chemicznych
• krążenie i przepływ płynów ustrojowych
• ciśnienie parcjalne gazów

Zachowanie homeostazy jest możliwe dzięki:

-wydajnym regulatorom, w które zaopatrzony jest
organizm
- system o bardzo wielu wejściach i wyjściach;
-proces sterowania wymaga przepływu
informacji;
-przebieg sygnału następuje w dwóch kierunkach.

Zamknięty ukł. regulacji:

- ukł. regulujący
- ukł. regulowany
- komparator

Komparator to:

porównuje sygnał normy i regulowany