Stres i homeostaza DR ROBERT MERONKA ZAKŁAD EKOLOGII INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII UNIWERSYTET WARSZAWSKI

Transkrypt

1 Stres i homeostaza DR ROBERT MERONKA ZAKŁAD EKOLOGII INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII UNIWERSYTET WARSZAWSKI

2 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.

3 Homeostaza

4 Claude Bernard Claude Bernard ( ) Francuski lekarz fzjolog Sformułował pojęcie środowiska wewnętrznego: niezmienność środowiska wewnętrznego jest warunkiem wolnego i samodzielnego życia Postulował konieczność uwzględnienia wpływu środowiska zewnętrznego

5 układ trawienny środowisko zewnętrzne środowisko zewnętrzne Środowisko zewnętrzne i wewnętrzne układ oddechowy układ krążenia komórki płyn zewnątrzkomórkowy środowisko wewnętrzne

6 Walter Cannon Walter Cannon ( ) Amerykański fzjolog, neurolog, psycholog Opierając się na postulatach Clauda Bernarda stworzył koncepcję homeostazy

7 Defnicja homeostazy Zdolność organizmu do utrzymywania stałości środowiska wewnętrznego utrzymywanie i regulacja stałości warunków równowagi parametrów dynamicznej parametrów brak homeostazy śmierć organizmu

8 Podstawowe parametry organizmu Temperatura ciała ph płynów ustrojowych objętość płynów ustrojowych ciśnienie osmotyczne stężenie związków chemicznych krążenie i przepływ płynów ustrojowych ciśnienie gazów

9 Sprzężenia zwrotne Punkt nastawienia (ang. set point) Ujemne sprzężenie zwrotne(ang. negatve feedback) optymalna w danych warunkach wartość regulowanego parametru 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

10 Mechanizmy utrzymywania homeostazy przykłady

11 Regulacja wokół punktu nastawienia skurcz skórnych naczyń krwionośnych brązowa tkanka tłuszczowa drżenie podwzgórzowe ośrodki termoregulacyjne pocenie się rozluźnienie skórnych naczyń krwionośnych zianie Możliwa jest zmiana punktu nastawienia na przykład gorączka

12 Zmiana równowagi układu pęcherzyki płucne CO2 CO2 Hb CO2 H2 O AW CO2 H2CO3 HbH HbCO2 HCO3 +H - CO2 Hb + HbH HbCO2 Hb Hb H++HCO3HCO3 tkanki - Cl H2CO3 - Cl - HCO3AW anhydraza węglanowa temperatura ph CO2 temperatura ph CO2 AW H2 O CO2

13 Współdziałanie układów i narządów

14 Stres koncepcja

15 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

16 Teoria stresu - historia Hans Seyle ( ) Selye H 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.

17 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

18 Problemy z rozumieniem pojęcia stresu Stres, czyli obciążenie sytuacja w której w celu pokonania zagrożenia może być konieczne zaangażowanie większych niż zazwyczaj zasobów energii

19 Czynniki stresowe czynniki fizjologiczne uszkodzenia ciała utrata krwi zmęczenie wysiłek fizyczny czynniki czynniki środowiskowe psychologiczne niska temperatura zagrożenie przez wysoka temperatura drapieżnika hałas współzawodnictwo promieniowanie konflikt toksyny lęk niepokój poczucie zagrożenia niepewność u człowieka: frustracja gniew poczucie winy obawa niska samoocena

20 Reakcja stresowa

21 Regulacja reakcji stresowej współczulny układ nerwowy i rdzeń nadnerczy aminy katecholowe (adrenalina i noradrenalina) oś hormonalna podwzgórze-przysadka-nadnercza (HPA hypothalamo-pituitary-adrenal) glukokortykoidy

22 Etapy reakcji stresowej układ współczulny i aminy katecholowe (adrenalina, noradrenalina) wydolność organizmu oś HPA (podwzgórze-przysadka-nadnercza) i glukokortykoidy poziom faza podstawowy alarmowa faza odporności czas faza wyczerpania

23 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

24 Zmiany w organizmie Mózg zwiększone ukrwienie, zwiększona przemiana glukozy Układ sercowozwiększona częstotliwość pracy serca, naczyniowy 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

25 wydolność organizmu Zmiany w układzie dokrewnym poziom faza podstawowy alarmowa faza odporności faza wyczerpania czas noradrenalina adrenalina CRH-ACH-glukokortykoidy gonadotropiny ukł. oksytocynergiczny testosteron, estrogeny (popęd płciowy, zdolność rozrodcza) oksytocyna, prolaktyna (więzi socjalne, behawior socjalny, macierzyński, seksualny)

26 Regulacja reakcji stresowej hormony i receptory

27 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

28 Regulacja reakcji hormonalnej w stresie krótko- i długotrwałym Stres krótkotrwały impulsy nerwowe Stres długotrwały podwzgórze CRH rdzeń kręgowy przedzwojowe włókna współczulne komórki kortykotropowe transport krwią rdzeń nadnerczy ACTH aminy katecholowe kora nadnerczy mineralokortykoidy glukokortykoidy

29 Warstwy nadnerczy nadnercze kora rdzeń kora otoczka warstwa kłębkowata aldosteron warstwa pasmowata kortyzol androgeny nerka rdzeń warstwa siatkowata rdzeń nadnercza adrenalina noradrenalina

30 kortykosteron we krwi Rytm dobowy działania osi HPA wartość średnia krótkotrwałe fluktuacje pora doby

31 Szlak syntezy steroidów struktura steranu (cyklopentanoperhydrofenantrenu)

32 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.

33 Wiązanie z ligandem i działanie receptorów GR/MR

34 Regulacja osi stresowej drogi regulacji

35 Modulacja aktywności osi HPA rytm dobowy stan emocjonalny stan fizjologiczny wcześniejsze doświadczenia

36 Wpływ zegara okołodobowego jądra nadskrzyżowaniowe (SCN) wewnętrzny zegar synchronizowany zmianami w środowisku SCN

37 Wpływ informacji o stanie organizmu most i rdzeń przedłużony informacje o stanie wewnętrznym organizmu (poziom glukozy we krwi, ciśnienie i objętość krwi, stan termiczny) most rdzeń przedłużony

38 Wpływ informacji o stanie emocjonalnym układ limbiczny ciała migdałowate informacje o stanie emocjonalnym, szczególnie o występowaniu i nasileniu emocji negatywnych, znaczeniu emocjonalnym stresora, wpływ pamięci emocjonalnej ciało migdałowate

39 Wpływ informacji o wcześniejszych doświadczeniach hipokamp pamięć, kontrola wygaszania reakcji stresowej hipokamp

40 Wpływ informacji o stanie emocjonalnym kora przedczołowa rozpoznanie czynnika stresowego kontrola przebiegu reakcji stresowej kora przedczołowa

41 Regulacja osi HPA podwzgórze ujemne sprzężenie zwrotne stres układ współczulny przedni płat przysadki adrenalina pobudza wydzielanie ACTH ujemne sprzężenie zwrotne nadnercze angiotensyna II hyperkaliemia nerka aldosteron warstwa pasmowata steroidy anaboliczne i hormony płciowe rczy warstwa siatkowata adrenalina noradrenalina kortyzol transkortyna przepływ krwi wewnątrz gruczołu kortyzol ne ńnad rdze kora n cz y adner warstwa kłębkowata

42 Działanie glukokortykoidów na OUN hipokamp ciała migdałowate kora przedczołowa

43 Działanie glukokortykoidów na OUN - pamięć 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 hipokamp ciała migdałowate

44 Działanie glukokortykoidów na OUN - zachowanie 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 kora przedczołowa

45 Reakcja stresowa przykłady działania i możliwe problemy

46 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

47 Jak działa stres przykład praktyczny Niespodziewana pilna praca do zrobienia w ostatniej chwili

48 Stres dobry i zły Krótkotrwałe funkcjonowanie na wysokich obrotach versus Permanentne funkcjonowanie na wysokich obrotach

49 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

50 Nieprawidłowa regulacja osi HPA norma depresja inne sygnały regulacyjne inne sygnały regulacyjne podwzgórze zespół stresu pourazowego podwzgórze podwzgórze CRH CRH CRH ACTH ACTH ACTH nadnercza kortyzol nadnercza kortyzol inne sygnały regulacyjne nadnercza zespół stresu pourazowego Depresja poziom kortyzolu niski wysoki receptory GR więcej mniej sprzężenie zwrotne silniejsze słabsze poziom CRH zwiększony zmniejszony kortyzol

51 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

52 Czynniki stresowe w środowisku człowieka

53 Dziękuję za uwagę