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