Upload
malana
View
56
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Účinky jedů na orgánové úrovni II Látky neurotoxické. Základy toxikologie (C306). Nervové buňky. 1. Neurony. Tělo neuronu (soma) obsahuje buněčné organely - nápadné jádro, velký počet mitochondrií. Dendrity krátké výběžky na těle neuronu - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Účinky jedů na orgánové úrovni II
Látky neurotoxické
Základy toxikologie (C306)
1. Neurony
Nervové buňky
• Dendrity – krátké výběžky na těle neuronu– vstup a zpracování signálu ze
sousedních neuronů a smyslových buněk
• Tělo neuronu (soma)– obsahuje buněčné organely -
nápadné jádro, velký počet mitochondrií
• Iniciální segment– spojuje tělo neuronu s axonem,
místo vzniku akčního potenciálu
1. Neurony
Nervové buňky
• Axon– delší výběžek na těle neuronu
specializovaný na vedení akčních potenciálů
– většinou pokryt vrstvou myelinu přerušovanou Ranvierovými zářezy
– neúčastni se zpracování signálu - je to pouze jednosměrně vodivý segment
• Nervová zakončení– konečná výstupní část axonu,
specializovaná na sekreci neurotransmiterů
– synaptický knoflík
4
5
• Astrocyty
– velké buňky přítomné pouze v CNS– spoluvytváří hematoencefalickou bariéru
Nervové buňky
2. Gliové buňky
• 10 - 50 krát větší počet než neuronů• servis pro neurony - přenos cukrů a kyslíku, odpadních
látek ochrana před infekcí• nevznikají zde akční potenciály
– ovlivňují migraci vyvíjejících se neuronů– přenos živin
6
7
Nervové buňky
2. Gliové buňky
• Schwannovy buňky
– vytvářejí myelinovou vrstvu na axonech neuronů periferního nervového systému (PNS)
• Mikrogia– malé pohyblivé fagocytující buňky - makrofágy v CNS
• Schwannovy buňky
– vytvářejí myelinovou vrstvu na axonech neuronů periferního nervového systému (PNS)
– hrají důležitou roli při regeneraci poškozených neuronů
• Oligodendrocyty
– vytvářejí myelinovou vrstvu na axonech neuronů centrálního nervového systému (CNS)
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Klidový membránový potenciál
• mezi vnitřkem buňky a jejím okolím je rozdíl elektrických potenciálů (40 - 90 mV)
Uvnitř buňky - vyšší koncentrace K+ a organických anionů A-
Vně buňky - vyšší koncentrace Na+ a Cl-
• důsledek semipermeability buněčné membrány (nerovnoměrné rozložení iontů)
17
Iontové kanály• bílkovinné struktury prostupující fosfolipidovou dvojvrstvu buněčné membrány -
tzv. integrální proteiny
1. pasivní - prosakovací (leakage) • stále otevřené
• umožňují prostup nabitých částic přes lipofilní membránu
2. napěťově řízené (voltage gated)• změna konformace bílkovinných molekul která otevírá nebo uzavírá kanál
nastává v závislosti na aktuální hodnotě membránového potenciálu
3. ligandově - chemicky řízené (ligand gated)• k otevření či uzavření kanálu dochází po navázání určité chemické látky
(neurotransmiteru) na specifické vazebné místo (receptor) iontového kanálu
18
19
20
21
Akční potenciál
• reversibilní skokový nárůst membránového potenciálu o velikosti kolem 100 mV
• v neuronu vzniká v iniciálním segmentu buňky a šíří se směrem dolů po axonu
• podstata nervového impulzu
• kromě neuronů vzniká též ve svalových buňkách - práce svalů
22
Fáze akčního potenciálu
1) Klidový membránový potenciál
čas
napětí
KMP = - 70 mv
práh = - 50 mv
2) Depolarizační impuls - nárůst KMP v iniciálním segmentu, jako důsledek změn hodnot potenciálů v dendritech
1 2
3) Depolarizační impuls dosáhl prahové hodnoty - rychle se otevírají napěťově řízené kanály pro Na+, ionty Na+ vtékají do buňky
3
4) Depolarizace membrány - v důsledku nárůstu koncentrace Na+ iontů uvnitř buňky dochází k nárůstu membránového potenciálu
4
5) Akční potenciál - maximální hodnota membránového potenciálu
5
Fáze akčního potenciálu
6) Repolarizace membrány - napěťově řízené Na+ kanály uzavřeny, napěťově řízené K+ kanály otevřeny, K+ vytéká ven z buňky, membránový potenciál klesá
6 čas
napětí
KMP = - 70 mv
práh = - 50 mv
1 2 3 4 5
7) Hyperpolarizace membrány - napěťově řízené K+ kanály otevřeny i poté, co membránový potenciál dosáhne hodnoty KMP, pokračující vytékání K+
způsobí pokles membránového potenciálu pod hodnotu KMP
7 8
8) Návrat ke KMP - napěťově řízené K+ kanály uzavřeny, K+ vtéká do buňky stále otevřenými (leak) kanály, potenciál membrány stoupá směrem ke KMP
24
25
• v důsledku hyperpolarizace membrány na konci akčního potenciálu dochází k vedení vzruchu jedním směrem - dolů po axonu
Šíření akčního potenciálu
A) Nemyelizovaným axonem
• Akční potenciál v jednom místě membrány působí jako depolarizační impuls pro své okolí
• v místech, kde dojde k překročení prahové hodnoty depolarizace vznikají další akční potenciály
B) Myelizovaným axonem
• Saltatorní (skokové) vedení vzruchu• myelinová vrstva působí jako izolant - vedení vzruchu probíhá ve skocích po
Ranvierových zářezech• vysoká rychlost vedení vzruchu
26
27
28
29
Chemická synapse
• místo spojení neuronu s jiným neuronem případně s efektorem
• presynaptická a postsynaptická buňka, synaptická štěrbina
• nejčastěji mezi neurony spojení axo-dendritické
30
32
33
36
38
40
41
43
Agonisté a antagonisté NT
Agonista• látka, která po navázání na receptor spouští stejnou kaskádu biochemických
pochodů jako endogenní ligand• agonista neurotransmiteru otevírá příslušné ligandově řízené iontové kanály
na postsynaptické membráně za vzniku EPSP nebo IPSP• agonistou acetylcholinu na nikotinových receptorech nikotin
Antagonista• látka, která po navázání na receptor nespouští stejnou kaskádu biochemických
pochodů jako endogenní ligand• antagonista neurotransmiteru blokuje příslušné ligandově řízené iontové
kanály na postsynaptické membráně, nevznikají příslušné EPSP nebo IPSP• antagonistou acetylcholinu na nikotinových receptorech kurare
Kompetitivní/ nekompetitivní agonista nebo antagonista• soutěž o stejné vazebné místo/ různá vazebná místa
44
Neurotransmitery
Acetylcholin (ACh)• excitační NT na nikotinových receptorech v CNS a nervosvalové ploténce• inhibiční nebo excitační na muskarinových receptorech v CNS i PNS• vzniká reakcí Acetyl-CoA s cholinem - enzym cholinacetyltranferáza (CAT)• zaniká působením enzymu acetylcholinesterázy (AChE)
Glutamát • hlavní exitační NT v nervové soustavě, polovina synapsí v mozku je
glutamanergní • vzniká z glutaminu za katalýzy enzymem glutaminázou• glutamát je zpětně vychytáván v presynaptickém zakončení a gliovými
buňkami, v gliové buňce dochází k přeměně glutamátu na glutamin za katalýzy enzymem glutaminsyntetázou, glutamin je transportován do presynaptického zakončení
45
46
47
Neurotransmitery
Noradrenalin a adrenalin• sekrece v CNS, PNS a v dřeni nadledvin• neurotransmitery v mozku, aktivace sympatiku• noradrenalin - vazokonstrikce
Dopamin• sekrece v CNS a PNS• zejména mozkový neurotransmiter, obvykle excitační účinek• ovlivňuje náladu, spánek, učení a pozornost• nedostatek - Parkinsonova choroba, nadbytek - schizofrenie
Katecholaminy
• dopamin, noradrenalin, adrenalin, prekurzorem je tyrosin
48
Serotonin
Neurotransmitery
Aminokyseliny
• GABA (kyselina -aminomáselná) - hlavní inhibiční neurotransmiter v CNS
• glutamát a aspartát - hlavní excitační neurotransmitery v mozku
• biogenní amin, vzniká z aminokyseliny tryptofanu, sekrece i receptory v mozku• podílí se na vzniku nálady, vasokonstrikce, cirkadiální rytmus
• agonisty serotoninu na receptoru 5 HT2 jsou LSD, psilocybin, meskalin,
• extáze (3,4-methylendioxymethamfetamin) způsobuje zvýšené uvolňování serotoninu a jeho následné vyčerpání
Další neurotransmitery v CNS
• excitační - substance P • inhibiční - met-enkefalin, endorfin, glycin
49
50
51
Senzorické receptory
Receptory Periferní nervový systém
Aferentní oddíl
Efektory
Kosterní svalstvo
Hladké svalstvo
Srdeční sval
Žlázy
Eferentní oddíl
Somatický
systém
Autonomní
systém
(sympatikus a parasympatikus)
Centrální nervový systém
Integrace signálů
Senzorické vzestupné dráhy
Motorické sestupné dráhy
52
Sympatikus
– budivé děje, aktivace při stresu– krátké pregangliové vlákno, cholinergní (acetylcholin ACh) – dlouhé postgangliové vlákno, adrenergní (noradrenalin NE)
Autonomní nervový systém
• pregangliové nervové vlákno ganglium postgangliové vlákno efektorový orgán
Parasympatikus
– hromadění rezerv, aktivace v klidu– dlouhé pregangliové vlákno, cholinergní – krátké postgangliové vlákno, cholinergní
53
54
Smrt neuronů (neuropatie) a gliových buněk - přímé poškození
• velmi často v důsledku anoxie - nedostatečné zásobení nervových buněk kyslíkem, případně porušení mechanismů jeho metabolického využití
– CO a NO2- - poruchy transportu kyslíku (karboxy - a methemoglobin)
– CN- a H2S - blokáda enzymů buněčného dýchání
• jiný mechanismus než anoxie– organokovové sloučeniny Hg - porucha syntézy proteinů – některé halogenované uhlovodíky, Pb
specifické místo účinku– methanol - specifický účinek na oční nerv– trimethylcín - poškozuje neurony v hipoccampu (cerebrum)
Typy neurotoxického poškození
55
Typy neurotoxického poškození
Axonopatie
• v důsledku účinku toxické látky dojde k degeneraci axonu
• organofosfáty, CS2, Et-OH, ethylenglykol, akrylamid, As
Myelinopatie
• v důsledku účinku toxické látky dojde ke ztrátě myelinové vrstvy• organokovové sloučeniny Sn - demyelinizace většiny periferních nervů
• toluen, CS2, benzen - myelinopatie očního nervu
• styren, toluen, xylen a trichlorethylen - myelinopatie sluchového nervu• trichlorethylen - myelinopatie trojklaného nervu• Pb - myelinopatie somatických nervů
56
57
Interference s chemickým přenosem vzruchu synapsí
Typy neurotoxického poškození
Interference s elektrickým přenosem vzruchu axonem • demyelinizace• přerušení propagace akčního potenciálu - interference s Na+ a K+ kanály a
Na+/K+ ATPázou– tetrodotoxin a saxitotoxin - blokují otevření sodíkových kanálů– batrachotoxin a DDT - blokují uzavření sodíkových kanálů
– atropin - blokáda muskarinových receptorů pro ACh v parasympatiku (srdce, trávící trakt) a v mozku
1) Látka blokuje postsynaptický receptor pro NT
– kurare - blokáda nikotinových receptorů pro ACh na nervosvalové ploténce
58
Phyllobates aurotenia
Batrachotoxin
Ryba „Fugu“
Tetrodotoxin
59
60
Typy neurotoxického poškození
– muskarin - stimulace muskarinových receptorů pro ACh v parasympatiku (srdce, trávící trakt) a v mozku
Interference s chemickým přenosem vzruchu synapsí 2) Látka stimuluje postsynaptický receptor pro NT
– nikotin - stimulace nikotinových receptorů pro ACh na nervosvalové ploténce
3) Látka zabraňuje přestupu NT přes presynaptickou membránu
– botulotoxin - zabraňuje přestupu ACh přes presynaptickou membránu
4) Látka stimuluje přestup NT přes presynaptickou membránu
- latrotoxin - stimulace přestupu ACh přes presynaptickou membránu– amfetamin - zvýšené uvolnění dopaminu
61
62
Typy neurotoxického poškození
Interference s chemickým přenosem vzruchu synapsí
5) Látka blokuje enzym katalyzující rozklad NT– organofosfáty - blokují enzym acetylcholinesterázu
6) Látka blokuje zpětné vychytávání NT– kokain a amfetamin - blokují zpětné vychytávání dopaminu a noradrenalinu
63
OdkazyZáklady biologie
• http://www.imaturita.cz/scripts/biology_show.php
Target organ toxicity
• http://aquaticpath.umd.edu/toxnurse/
Neurotoxicity• http://www.thebrain.mcgill.ca/flash/index_d.html
• http://www.agls.uidaho.edu/etoxweb/lectures/etox_sub/lect9/lecture9.htm
Další odkazy
• http://www.maxdorf.cz/maxdorf/ls.html
• http://www.biotox.cz/toxikon/