Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Stres i homeostazaDR ROBERT MERONKAZAKŁAD EKOLOGII INSTYTUT ZOOLOGIIWYDZIAŁ BIOLOGII UNIWERSYTET WARSZAWSKI
Podstawy procesów fzjologicznych
● Procesy zachodzące w organizmie wymagają stałych i znajdujących się w określonym zakresie parametrów– pH, siła jonowa, ciśnienie osmotyczne, ciśnienie parcjalne
gazów , temperatura, stężenia związków
● Parametry środowisk zamieszkiwanych przez zwierzęta znacznie często odbiegają od tych optymalnych wartości.
Homeostaza
Claude Bernard
● Claude Bernard (1813 – 1878)
● Francuski lekarz fzjolog
● Sformułował pojęcie środowiska wewnętrznego: „niezmienność środowiska wewnętrznego jest warunkiem wolnego i samodzielnego życia”
● Postulował konieczność uwzględnienia wpływu środowiska zewnętrznego
Środowisko zewnętrzne i wewnętrzne
układ trawienny
układ oddechowy
układ krążenia
komórki
płyn zewnątrzkomórkowy środowisko
wewnętrzne
śro
do
wis
ko z
ewn
ętrz
ne
środ
ow
isko ze w
nętr zn
e
Walter Cannon
● Walter Cannon (1871 – 1945)
● Amerykański fzjolog, neurolog, psycholog
● Opierając się na postulatach Clauda Bernarda stworzył koncepcję homeostazy
Defnicja homeostazy
Zdolność organizmu do utrzymywania stałości środowiska wewnętrznego
utrzymywanie i regulacja – stałości warunków
– równowagi parametrów
– dynamicznej parametrów
brak homeostazy – śmierć organizmu
Podstawowe parametry organizmu
● Temperatura ciała
● pH płynów ustrojowych
● objętość płynów ustrojowych
● ciśnienie osmotyczne
● stężenie związków chemicznych
● krążenie i przepływ płynów ustrojowych
● ciśnienie gazów
Sprzężenia zwrotne
● Punkt nastawienia (ang. set point)– optymalna w danych warunkach wartość regulowanego
parametru
● Ujemne sprzężenie zwrotne(ang. negatve feedback)– pozwala utrzymać wartości regulowanego parametru na
poziomie bliskim optymalnych (punktu nastawienia)
● Dodatnie sprzężenie zwrotne (ang. positve feedbak)– pozwala na szybką zmianę wartości regulowanego
parametru gdy zmieniony został punkt nastawienia
Mechanizmy utrzymywania homeostazyprzykłady
Regulacja wokół punktu nastawienia
skurcz skórnych naczyń krwionośnych
rozluźnienie skórnych naczyń krwionośnych
pocenie się
brązowa tkanka tłuszczowa drżenie
zianie
podwzgórzowe ośrodkitermoregulacyjne
Możliwa jest zmiana punktu nastawienia – na przykład gorączka
Zmiana równowagi układu
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
Hb●CO2
Hb●CO2
Hb●H
Hb●HHb
Hb Hb
H2O
H2O
Hb
HCO3
-+H+
H++HCO3
-
HCO3
- Cl-
Cl-
HCO3
-
H2CO
3
H2CO
3
tkanki
pęcherzyki płucne
AW
AW
AW – anhydraza węglanowa
↑temperatura↓pH↑CO
2
↓temperatura↑pH↓CO
2
Współdziałanie układów i narządów
Streskoncepcja
Wydatkowanie energii
● Wszystkie narządy i układy potrzebują energii do działania
● Nie wszystkie narządy i układy są jednakowo istotne w każdej chwili dla radzenia sobie z wyzwaniami stojącymi przed organizmem
Teoria stresu - historia
Hans Seyle (1907-1982)
Selye H. 1936. A syndrome produced by diverse nocuous agents. Nature 138(3479, July 4):32.
Hans Selye zdefiniował stres w następujący sposób:
„Stres to nieswoista reakcja organizmu na wymagającą sytuację.”
Defnicje stresu
● Stres to reakcja organizmu w postaci mobilizacji energii do pokonywania różnorodnych przeszkód, barier, wymagań.
● Jest to reakcja niespecyfczna, tzn. jej rodzaj nie zależy od rodzaju czynnika, jaki ją wywołuje.
● Jest zjawiskiem fzjologicznym, regulowanym przez ośrodkowy układ nerwowy za pomocą układu hormonalnego.
● Jest to reakcja adaptacyjna, ułatwiająca przywrócenie równowagi oraz wypracowania nowej strategii funkcjonowania
Problemy z rozumieniem pojęcia stresu
Stres, czyli obciążenie● sytuacja w której w celu pokonania
zagrożenia może być konieczne zaangażowanie większych niż zazwyczaj zasobów energii
Czynniki stresowe
czynniki fizjologiczne czynniki środowiskowe
czynniki psychologiczne
● uszkodzenia ciała● utrata krwi● zmęczenie● wysiłek fizyczny
● niska temperatura● wysoka temperatura● hałas● promieniowanie● toksyny
● zagrożenie przez drapieżnika
● współzawodnictwo● konflikt● lęk● niepokój● poczucie zagrożenia● niepewność
u człowieka:● frustracja● gniew● poczucie winy● obawa● niska samoocena
Reakcja stresowa
Regulacja reakcji stresowej
● współczulny układ nerwowy i rdzeń nadnerczy– aminy katecholowe (adrenalina i noradrenalina)
● oś hormonalna podwzgórze-przysadka-nadnercza (HPA – hypothalamo-pituitary-adrenal)– glukokortykoidy
Etapy reakcji stresowejw
ydo
lno
ść o
rgan
izm
u
czas
poziom podstawowy
fazaalarmowa faza odporności faza wyczerpania
układ współczulny i aminy katecholowe(adrenalina, noradrenalina)
oś HPA (podwzgórze-przysadka-nadnercza) i glukokortykoidy
Działanie układu współczulnego i osi HPA
Układ współczulny
aminy katecholowe● pobudzenie wyższych pięter mózgu,
zwiększenie uwagi, koncentracji i czujności
● rozszerzenie źrenic● rozszerzenie oskrzeli● wzrost pojemności minutowej serca● wzrost ciśnienia krwi● zwężenie naczyń krwionośnych skóry,
przewodu pokarmowego i nerek● rozszerzenie naczyń krwionośnych
mięśni i mózgu● wzrost poziomu glukozy we krwi● pobudzenie działania układu
odpornościowego
Oś HPA
glukokortykoidy:● wzrost tempa przemian
lipidów i aminokwasów do glukozy
● wzrost poziomu glukozy we krwi
● zahamowanie działania układu odpornościowego
mineralokortykoidy:● zwiększona retencja sodu
i wody w nerkach● wzrost objętości krwi i
ciśnienia krwi
Zmiany w organizmie
Mózg zwiększone ukrwienie, zwiększona przemiana glukozy
Układ sercowo-naczyniowy
zwiększona częstotliwość pracy serca, zwiększona siła skurczu, obwodowy skurcz naczyń, wzrost ciśnienia krwi
Układ oddechowy rozszerzenie oskrzeli, wzrost wentylacji, wzrost pobierania tlenu
Mięśnie zwiększona glikogenoliza, wzmożona kurczliwość
Wątroba zwiększona glikogenoliza i glukoneogeneza
Tkanka tłuszczowa zwiększona lipoliza, wzrost poziomu kwasów tłuszczowych we krwi
Skóra zmniejszone ukrwienie
Kościec zmniejszony wychwyt glukozy
Przewód pokarmowy zahamowanie funkcji
Zmiany w układzie dokrewnym
noradrenalina
adrenalina
CRH-ACH-glukokortykoidy
gonadotropiny
ukł. oksytocynergiczny
wyd
oln
ość
org
aniz
mu
czas
poziom podstawowy
fazaalarmowa faza odporności faza wyczerpania
testosteron, estrogeny (popęd płciowy, zdolność rozrodcza)
oksytocyna, prolaktyna (więzi socjalne, behawior socjalny, macierzyński, seksualny)
Regulacja reakcji stresowejhormony i receptory
Hormony pobudzające oś HPA
● CRH/CRF – cortcotropine releasing hormone/factor– kortykoliberyna/hormon uwalniający kortykotropinę
– peptyd wydzielany między innymi w podwzgórzu
– pobudza przysadkę do uwalniania ACTH
● ACTH – adrenocortcotropic hormone– hormon adrenokortykotropowy
– peptyd wydzielany przez przysadkę
– pobudza nadnercza do uwalniania glukokortykoidów
Regulacja reakcji hormonalnej w stresie krótko- i długotrwałym
Stres krótkotrwały Stres długotrwały
podwzgórze
CRH
komórkikortykotropowe
ACTH
transport krwią
kora nadnerczy
glukokortykoidymineralokortykoidy
impulsy nerwowe
rdzeńkręgowy
przedzwojowewłókna
współczulne
przedzwojowewłókna
współczulnerdzeńnadnerczy
aminy katecholowe
Warstwy nadnerczy
kora
rdze
ń
nerka
nadnerczekora
rdzeń
otoczkawarstwa
kłębkowata
warstwapasmowata
warstwasiatkowata
rdzeńnadnercza
aldosteron
kortyzolandrogeny
adrenalinanoradrenalina
Rytm dobowy działania osi HPAko
rtyk
oste
ron
we
krw
i
wartość średnia
krótkotrwałefluktuacje
pora doby
Szlak syntezy steroidów
struktura steranu(cyklopentanoperhydrofenantrenu)
Receptory
● Dwa typy receptorów
● MR – silne powinowactwo do kortyzolu, kortykosteronu i aldosteronu
● GR – słabe powinowactwo do kortyzolu i kortykosteronu, bardzo słabe do aldosteronu
● 10-krotna różnica w powinowactwie do glukokortykoidów
● Przy niskim poziomie glukokortykoidów wiążą się one głównie z receptorami MR.
Wiązanie z ligandem i działanie receptorów GR/MR
Regulacja osi stresowejdrogi regulacji
Modulacja aktywności osi HPA
rytm dobowy
stan emocjonalny
stan fizjologiczny
wcześniejsze doświadczenia
Wpływ zegara okołodobowego
jądra nadskrzyżowaniowe (SCN)wewnętrzny zegar synchronizowanyzmianami w środowisku
SCN
Wpływ informacji o stanie organizmu
most i rdzeń przedłużonyinformacje o stanie wewnętrznymorganizmu (poziom glukozy we krwi, ciśnienie i objętość krwi, stantermiczny)
most
rdzeń przedłużony
Wpływ informacji o stanie emocjonalnym
układ limbiczny – ciała migdałowateinformacje o stanie emocjonalnym, szczególnie o występowaniu i nasileniu emocji negatywnych,znaczeniu emocjonalnym stresora, wpływ pamięci emocjonalnej
ciało migdałowate
Wpływ informacji o wcześniejszych doświadczeniach
hipokamppamięć, kontrola wygaszania reakcji stresowej
hipokamp
Wpływ informacji o stanie emocjonalnym
kora przedczołowarozpoznanie czynnika stresowegokontrola przebiegu reakcji stresowej
kora przedczołowa
Regulacja osi HPA
stres
angiotensyna II
hyperkaliemia
aldosteron
kortyzol
steroidy anabolicznei hormony płciowe
adrenalinanoradrenalina
warstwa kłębkowata
warstwa pasmowata
warstwa siatkowata
kora
nad
nerc
zy
rdze
ńnad
nerc
zy
przedni płatprzysadki
układwspółczulny
nadnercze
nerka
kortyzol
transkortyna
adrenalina pobudzawydzielanie ACTH
ujemne sprzężenie zwrotne
ujemne sprzężenie zwrotne
prz
epły
w k
rwi
wew
nąt
rz g
rucz
ołu
podwzgórze
Działanie glukokortykoidów na OUN
kora przedczołowa
ciała migdałowate
hipokamp
Działanie glukokortykoidów na OUN - pamięć
ciała migdałowate
hipokamp
● hipokamp – odpowiada za konsolidację pamięci
● ciała migdałowate – nadają informacjom znaczenie emocjonalne i odpowiadają za pamięć emocjonalną
● glukokortykoidy intensyfikują procesy pamięciowe
● receptory GR w hipokampie prowadzą pośrednio do zahamowania uwalniania CRH
● receptory GR w ciałach migdałowatych powodują blokowanie hamującego działania hipokampu
Działanie glukokortykoidów na OUN - zachowanie
kora przedczołowa
● kora przedczołowa – odpowiada za pamięć roboczą, planowanie działań i ruchów, kontroluje stany emocjonalne pochodzące z układu limbicznego
● glukokortykoidy wpływają na przebieg procesów pamięciowych
● glukokortykoidy wpływają na zachowanie
● receptory GR prowadzą do pośredniego hamowania osi HPA
Reakcja stresowaprzykłady działania i możliwe problemy
Stres wielokrotny
● Wielokrotnie powtarzany stres w tym samym kontekście może prowadzić do habituacji
● Reakcja stresowa jest słabsza, ale nadal występuje
● Wzrost poziomu receptorów MR w hipokampie i korze przedczołowej
● Wystąpienie po sobie dwóch różnych bodźców stresowych powoduje silniejszą reakcję na drugi z bodźców
Jak działa stres – przykład praktyczny
Niespodziewana pilna praca do zrobienia „w ostatniej chwili”
Stres dobry i zły
Krótkotrwałe funkcjonowanie „na wysokich obrotach”versus
Permanentne funkcjonowanie „na wysokich obrotach”
Stres ostry i stres chroniczny
● Stres ostry– nagły, zazwyczaj krótkotrwały epizod zagrożenia
– np. egzamin, wystąpienie publiczne, napaść
– oś HPA pozwala skutecznie poradzić sobie z zagrożeniem
● Stres chroniczny– ciągły, długotrwały stan zagrożenia
– np. zagrożenie konkurenta, nadmierne wymagania w pracy, trwający konfikt
– ciągła aktywacja osi HPA może prowadzić do zmian w regulacji jej aktywności, jak i niekorzystnych zmian w innych układach
Nieprawidłowa regulacja osi HPA
zespół stresu pourazowego
Depresja
poziom kortyzolu niski wysoki
receptory GR więcej mniej
sprzężenie zwrotne silniejsze słabsze
poziom CRH zwiększony zmniejszony
podwzgórze podwzgórze podwzgórze
innesygnały
regulacyjne
innesygnały
regulacyjne
innesygnały
regulacyjne
CRH CRH CRH
ACTHACTHACTHkortyzolkortyzolkortyzol
nadnercza nadnercza nadnercza
norma zespół stresu pourazowego
depresja
Nadmiar i niedobór glukokotrykoidów
● zespół Cushinga
● wysoki poziom kortyzolu
● przyczyny– guz przysadki
– guz nadnerczy
● choroba Addisona
● niedobr kortyzolu
● przyczyny– zapalaenie
autoimmunologiczne nadnerczy
– nowotwór nadnerczy
– powikłania po innych chorobach
Czynniki stresowe w środowisku człowieka
Dziękuję za uwagę