Index of /rozprawy2/10561

Pełen tekst

(1)Wydziaª Fizyki i Informatyki Stosowanej. Praca doktorska mgr Magdalena Kaczmarska. Badanie zyko-chemicznych wªasno±ci zdrowych i zmienionych chorobowo erytrocytów Promotor:. dr hab. Kv¥toslava Burda, prof. AGH. Kraków, 2012.

(2) O±wiadczenie autora rozprawy: O±wiadczam, ±wiadomy(-a) odpowiedzialno±ci karnej za po±wiadczenie nieprawdy, »e niniejsz¡ prac¦ doktorsk¡ wykonaªem(-am) osobi±cie i samodzielnie i »e nie korzystaªem(-am) ze ¹ródeª innych ni» wymienione w pracy.. data, podpis autora. O±wiadczenie promotora rozprawy: Niniejsza rozprawa jest gotowa do oceny przez recenzentów.. data, podpis promotora rozprawy.

(3) Badania prowadzone byªy na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie przy ±cisªej wspóªpracy z grup¡ prof. dr hab. n. med. T. Grodzickiego, w szczególno±ci z dr n. med. M. Fornal z Katedry Chorób Wewn¦trznych i Gerontologii, Collegium Medicum, Uniwersytetu Jagiello«skiego. Badania byªy prowadzone za zgod¡ Komisji Bioetycznej UJ (opinie: nr KBET/52/B/2006, nr KBET/11/B/2009, nr 124/KBL/OIL/2011). Badania byªy nansowane ze ¹ródeª: - wydziaªowych: 1. Dotacje na dziaªalno±¢ statutow¡; 2. Grant wydziaªowy na doko«czenie doktoratu na rok 2011; 3. Grant wydziaªowy na doko«czenie doktoratu na rok 2012; - pozawydziaªowych: 1. Maªopolskie Stypendium Doktoranckie nr IXC/461/GSI/09, tytuª projektu: Badania in vitro wpªywu promieniowania jonizuj¡cego na erytrocyty prawidªowe i chorobowo zmienione - stypendysta mgr M. Kaczmarska; 2. Grant MNiSW (2009-2012) nr N N402471337, koordynowany przez Akademi¦ Medyczn¡ UJ w Krakowie, tytuª projektu: Wpªyw zaburze« wªa±ciwo±ci reologicznych erytrocytów na rozwój niekorzystnych zmian narz¡dowych i naczyniowych u pacjentów z czynnikiem ryzyka chorób ukªadu sercowo-naczyniowego - kierownik dr n. med. M. Fornal; 3. Grant NCN (2011-2013) nr 2011/01/N/NZ5/00919, tytuª projektu: Badanie korelacji mi¦dzy struktur¡ szkieletu bªonowego a przepuszczalno±ci¡ O2 i Na+ /K+ czerwonych ciaªek krwi pacjentów z nadci±nieniem - kierownik mgr M. Kaczmarska;. 3.

(4)

(5) Zanim wysuniesz z tego wypadku prawidªo ogólne do±wiadcz go dwa lub trzy razy bacz¡c, czy do±wiadczenie wywoªuje te same skutki. Leonardo Da Vinci (1452-1519).

(6)

(7) Spis tre±ci Podzi¦kowania. 9. Cel pracy. 11. I Cz¦±¢ teoretyczna. 13. Spis u»ytych w tek±cie skrótów. 15. 1 Wst¦p. 17. 1.1. Krew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2 Erytrocyty 2.1 2.2. Erytropoeza . . . . . . . . . . . . Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów 2.2.1 Bªona komórkowa . . . . . 2.2.2 Hemoglobina . . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. 3 Choroby i ich wpªyw na wªa±ciwo±ci erytrocytów 3.1. 3.2. Cukrzyca . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Cukrzyca typu 1 . . . . . . . . . 3.1.2 Cukrzyca typu 2 . . . . . . . . . 3.1.3 Inne specyczne typy cukrzycy . 3.1.4 Cukrzyca ci¦»arnych . . . . . . . 3.1.5 Przewlekªe powikªania cukrzycy . 3.1.6 Wpªyw cukrzycy na erytrocyty . Nadci±nienie t¦tniczne . . . . . . . . . . 3.2.1 Nadci±nienie pierwotne . . . . . . 3.2.2 Nadci±nienie wtórne . . . . . . . 3.2.3 Powikªania nadci±nienia . . . . . 3.2.4 Wpªyw nadci±nienia na erytrocyty. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. 4 Promieniowanie jonizuj¡ce i jego wpªyw na ukªady biologiczne 4.1. 4.2 4.3. Promieniowanie jonizuj¡ce bezpo±rednio . . 4.1.1 Promieniowanie α . . . . . . . . . . . Promieniowanie jonizuj¡ce po±rednio . . . . 4.2.1 Promieniowanie γ . . . . . . . . . . . 4.2.2 Promieniowanie neutronowe . . . . . Wpªyw promieniowania jonizuj¡cego na »ywe 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . organizmy .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17. 19. 20 21 21 26. 31. 31 32 33 34 35 35 36 37 38 40 41 42. 43. 43 43 47 47 51 53.

(8) 8. Spis tre±ci. II Cz¦±¢ do±wiadczalna 5 Metody 5.1. 5.2. 5.3. Spektroskopia absorpcyjna . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Promieniowanie elektromagnetyczne . . . . . . . . . 5.1.2 Absorpcja promieniowania elektromagnetycznego . 5.1.3 Prawa absorpcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Spektrofotometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.5 Przykªadowe widma absorpcyjne hemoglobiny . . . Spektroskopia mössbauerowska . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Emisja i absorpcja promieniowania γ . . . . . . . . 5.2.2 Odrzut j¡dra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Efekt Dopplera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.4 Rozszczepienia i przesuni¦cia energetyczne linii γ . 5.2.5 Technika spektroskopii mössbauerowskiej . . . . . . 5.2.6 Przykªadowe widma mössbauerowskie hemoglobiny Mikroskopia Siª Atomowych . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Zasada dziaªania mikroskopu siª atomowych . . . . 5.3.2 Przykªady z pomiarów erytrocytów . . . . . . . . .. 6 Materiaª badawczy i przebieg pomiarów 6.1 6.2 6.3. 6.4 6.5 6.6. 7.2. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. Izolacja erytrocytów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Badanie wpªywu kationów metali na stabilno±¢ erytrocytów . . . . . . . . Badanie wpªywu promieniowania jonizuj¡cego na stabilno±¢ erytrocytów 6.3.1 Na±wietlanie cz¡stkami α . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Na±wietlanie promieniami γ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Na±wietlanie neutronami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Okre±lanie hemolizy erytrocytów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Monitorowanie utlenienia hemoglobiny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Obrazowanie struktury bªony erytrocytów . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7 Wyniki i ich dyskusja 7.1. 59 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Wpªyw chorób na wªa±ciwo±ci erytrocytów . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1 Badanie przepuszczalno±ci jonów Na+ i K+ przez bªon¦ erytrocytów 7.1.2 Badania struktury hemoglobiny i jej wysycenia tlenem . . . . . . . 7.1.3 Badania topograi i elastyczno±ci bªony erytrocytów . . . . . . . . Wpªyw promieniowania jonizuj¡cego na stabilno±¢ erytrocytów . . . . . . . 7.2.1 Badania hemolityczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 Badania stanu hemoglobiny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 Badania topograi erytrocytów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 61 61 62 62 63 65 66 66 66 67 68 70 71 73 73 81. 83. 83 84 85 85 86 87 87 88 88. 91. 92 92 95 99 105 105 113 120. 8 Podsumowanie. 127. Bibliograa. 131. Spis tre±ci.

(9) Podzi¦kowania Nie wymieniaj¡c z imienia i nazwiska skªadam serdeczne podzi¦kowania wszystkim osobom, z którymi miaªam przyjemno±¢ wspóªpracowa¢ podczas prowadzonych bada« na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, Instytucie Fizyki UJ oraz Instytucie Fizyki J¡drowej PAN. Szczególne podzi¦kowania skªadam dla:. - promotorki oraz opiekunki pracy, Pani dr hab. Kv¥toslavy Burdy, prof. AGH, za wprowadzenie do ±wiata nauki, wyrozumiaªo±¢, cierpliwo±¢, motywacj¦, okazywane ciepªo przez wszystkie lata wspólnej pracy oraz za drogocenne wskazówki, a tak»e uwagi do powstaªej pracy. - Pani dr n. med. Marii Fornal oraz Pana prof. dr hab. n. med. Tomasza Grodzickiego z Katedry Chorób Wewn¦trznych i Gerontologii, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiello«skiego, za wieloletni¡ wspóªprac¦, udost¦pnienie materiaªu badawczego, cenne dyskusje na tematy naukowe oraz pomoc podczas przygotowywania publikacji. - mgr in». Katarzyny Niemiec, mgr in». Justyny Potoczny, mgr in». Dominiki ydek-Charkiewicz, mgr in». ukasza Gocala, mgr in». Zoi Kopy±ci«skiej, za wspóªprac¦ przy prowadzeniu bada« nad wpªywem promieniowania jonizuj¡cego na stabilno±¢ erytrocytów. - caªej grupy Zespoªu Biozyki i Bioenergetyki tj. dr Joanny Fiedor, dr Aleksandy Orzechowskiej, mgr in». Agnieszki Jamrozik, mgr in». Dominiki Augusty«skiej, mgr Michaªa Sarny, mgr in». Iwony Habiny, mgr in». Agnieszki Haªas, za ciepª¡ atmosfer¦ podczas naszych wspólnych spotka« i prac. - dr in». Aleksandry Jung za udost¦pnienie ¹ródªa promieniowania γ , a tak»e cenne rady i ciepª¡ atmosfer¦, któr¡ stworzyªa wraz z dr in». Katarzyn¡ Matusiak, dr in». Joann¡ Dudaª¡ oraz dr in». Jakubem Cie±lakiem podczas wspólnie sp¦dzonych chwil w pracy. - Pana dr in». Krzysztofa Kozaka, mgr in». El»biety Kochowskiej, mgr in». Dominika Grz¡dziela, za udost¦pnienie stanowiska do na±wietlania cz¡stkami α oraz za wszelk¡ pomoc. - Pana mgr in». Wªadysªawa Pohoreckiego za udost¦pnienie i pomoc w ustawieniu stanowiska do na±wietlania neutronami. - Pana prof. dr hab. Józefa Koreckiego za udost¦pnienie Pracownii Mössbauerowskiej oraz dla mgr in». Krzysztofa Matlaka za skonstruowanie kriostatu do pomiarów mössbauerowskich próbek biologicznych oraz wszelk¡ pomoc w czasie wykonywania pomiarów. Pragn¦ tak»e gor¡co podzi¦kowa¢:. - moim rodzicom Janowi i Kazimierze oraz rodze«stwu Andrzejowi, Agacie i Annie, za zrozumienie, wsparcie ka»dego dnia, pomoc w ci¦»kich chwilach, wyj¡tkow¡ i niezapomnian¡ atmosfer¦ podczas odwiedzin w domu oraz wiar¦. - mgr Marcie Janik, dr Izabeli Ciepaª, mgr Annie Kowalewskiej, dr Maªgorzacie Hodanie, mgr Justynie Figarskiej, za wsparcie, pomoc w momentach kryzysowych, wiar¦ w mo»liwo±ci, motywacj¦ w chwilach sªabo±ci i nieustaj¡ce kibicowanie. - dr Jarosªawowi Zdebikowi, za cierpliwo±¢, wyrozumiaªo±¢, pomoc, motywacj¦ na ka»dym kroku i ka»d¡ wspólnie sp¦dzon¡ chwil¦. 9.

(10)

(11) Cel pracy W niniejszej pracy skupiono si¦ na badaniu zmian wªasno±ci zyko-chemicznych erytrocytów zdrowych oraz chorobowo zmienionych. Ze wzgl¦du na swoj¡ funkcj¦, budow¦ i ªatwo±¢ pozyskiwania czerwone ciaªka krwi s¡ bardzo dobrymi ukªadami modelowymi do badania transportu bªonowego oraz innych wªasno±ci bªony komórkowej. Badania dotycz¡ schorze« cukrzycy i nadci±nienia, powszechnie wyst¦puj¡cych w spoªecze«stwie. Mi¦dzy innymi zajmowano si¦ pierwotnym nadci±nieniem t¦tniczym, uznanym za chorob¦ cywilizacyjn¡, którego przyczyny nie s¡ znane. Jak dot¡d, brakuje metody wczesnego wykrywania pierwotnego nadci±nienia t¦tniczego. W celu porównania wªasno±ci bªon poszczególnych erytrocytów, maj¡cych wpªyw na ich prawidªowe funkcjonowanie badano: stopie« hemolizy erytrocytów poddanych dziaªaniu ró»nych st¦»e« jonów sodowych i potasowych oraz dziaªaniu bardzo niskich dawek promieniowania jonizuj¡cego tzw. efekt Petkau, topogra¦ i mechaniczne wªasno±ci bªony czerwonych ciaªek krwi oraz przepuszczalno±¢ bªony erytrocytów dla gazów, a tak»e stabilno±¢ stanów hemoglobiny we wn¦trzu krwinek.. 11.

(12)

(13) Cz¦±¢ I Cz¦±¢ teoretyczna. 13.

(14) 14.

(15) Spis u»ytych w tek±cie skrótów ADA (z ang. American Diabetes Association) Fe - »elazo; - Ameryka«skie Towarzystwo Diabetologiczne; Fib - brynogen; AFM (z ang. Atomic Force Microscopy) - GEC - enzymatyczny kompleks glikolityczny; mikroskopia siª atomowych; Gl - glukoza; AQ - akwaporyna; kanaª wodny; GLUT1 - transmembranowy no±nik glukozy; ATP - adenozyno-5'-trifosforan; GPA - glikoforyna A; BPA - biaªko przenosz¡ce aniony; GPB - glikoforyna B; 2+ Ca ATPaza - pompa wapniowa; GPC - glikoforyna C; C AFM (z ang. Contact Atomic Force GPD - glikoforyna D; Microscopy) - tryb kontaktowy pracy GSH - glutation w postaci zredukowanej; mikroskopu siª atomowych; tryb statyczny GSSG - glutation w postaci utlenionej; mikroskopii oddziaªywa« odpychaj¡cych; Hb - hemoglobina; zawarto±¢ hemoglobiny; CarboxyHb karboksyhemoglobina; HbA1 - hemoglobina zªo»ona z dwóch. hemoglobina z »elazem Fe2+ poª¡czona z tlenkiem w¦gla; CD47 - biaªko towarzysz¡ce integrynom; CFU-E (z ang. Colony - Forming Unit - Erythrocyte) - komórka macierzysta erytrocytów; CLIC (z ang. chloride intracellular channels) - rodzina wewn¡trzkomórkowych kanaªów chlorkowych; Cr - kreatyna; CRP (z ang. C Reactive Protein) - reaktywne biaªko C; DeoxyHb - deoksyhemoglobina; hemoglobina odtlenowana z »elazem Fe2+ ; DeoxyHbOH - hemoglobina, której szóstym ligandem zamiast O2 jest OH, a »elazo jest w mieszanym stanie walencyjnym Fe2+ /Fe3+ ; DNA - kwas deoksyrybonukleinowy; DPG - 2,3 - difosfoglicerynian; EM - elektromagnetyczne; ENT - transporter nukleozydowy; ESC (z ang. European Society of Cardiology) - Europejskie Towarzystwo Kardiologiczne; ESH (z ang. European Society of Hypertension) - Europejskie Towarzystwo Nadci±nienia T¦tniczego;. ªa«cuchów α i dwóch ªa«cuchów β ; HbA1c - hemoglobina glikonowana; HbA2 - hemoglobina zªo»ona z dwóch ªa«cuchów α i dwóch ªa«cuchów δ ; HbF - hemoglobina pªodowa zbudowana z dwóch ªa«cuchów α i dwóch ªa«cuchów γ ; Hb Gower 1 - hemoglobina embrionalna zªo»ona z dwóch ªa«cuchów ζ oraz z dwóch ªa«cuchów ε; Hb Gower 2 - hemoglobina embrionalna zªo»ona z dwóch ªa«cuchów α oraz z dwóch ªa«cuchów ε; Hb Portland - hemoglobina embrionalna zªo»ona z dwóch ªa«cuchów ζ oraz z dwóch ªa«cuchów γ ; HCT - hematokryt; HDL (z ang. High Density Lipoproteins) - lipoproteiny o du»ej g¦sto±ci; dobry cholesterol; IDDM (z ang. Insulin Dependent Diabetes Mellitus) - cukrzyca insulinozale»na; cukrzyca typu 1; KERMA (z ang. Kinetic Energy Released per Unit Mass) - energia zdeponowana przez naªadowane cz¡stki uwolnione poprzez promieniowanie powoduj¡ce jonizacj¦. 15.

(16) 16 po±redni¡; PGE2 - prostaglandyna typu E; LDL (z ang. Low Density Lipoproteins) - PGF2α - prostaglandyna typu F ; lipoproteiny o maªej g¦sto±ci; zªy cholesterol; PGI2 - prostacyklina, inaczej prostaglandyna LET (z ang. Linear Energy Transfer) - liniowy typu I; transfer energii; RBC (z ang. Red Blood Cells) - erytrocyty; LNT (z ang. Linear Non-Threshold Model) - liczba erytrocytów; liniowy model bezprogowy; RBE (z ang. Relative Biological Eectiveness) MCHC (z ang. Mean Corpuscular - wzgl¦dna skuteczno±¢ biologiczna; Hemoglobin Concentration) ±rednie RDW (z ang. Red (Cell) Distribution of komórkowe st¦»enie hemoglobiny; Width) - ró»nica w wielko±ci poszczególnych MCV (z ang. Mean Corpuscular Volume) - erytrocytów obecnych we krwi obwodowej; ±rednia obj¦to±¢ erytrocytów; RhAG - antygen grupy Rh zwi¡zany MDA - aldehyd dimalonowy; z glikoforyn¡ A; MetHb - methemoglobina; hemoglobina RhCE - grupa Rh z antygenami C i E; z »elazem Fe3+ poª¡czona z wod¡; RhD - grupa Rh z antygenem D; MODY (z ang. Maturity Onset Diabetes RNA - kwas rybonukleinowy; of the Young) - genetycznie uwarunkowane ROS (z ang. Reactive Oxygen Species) zaburzenia funkcji komórek β trzustki; reaktywne formy tlenu; NADP - dinukleotyd nikotynamidoadeniny; SH - grupy tiolowe; Na+ -K+ ATPaza - pompa sodowo-potasowa; TCh (z ang. Total Cholesterol) - cholesterol NATPOL PLUS - badanie populacyjne caªkowity; o nazwie Nadci±nienie T¦tnicze w Polsce Plus TG - trójglicerydy; Zaburzenia Lipidowe i Cukrzyca; TM AFM (z ang. Tapping Mode Atomic NC AFM (z ang. Non Contact Atomic Force Microscopy) - tryb przerywanego Force Microscopy) - tryb bezkontaktowy pracy kontaktu pracy mikroskopu siª atomowych; mikroskopu siª atomowych; tryb rezonansowy rezonansowa mikroskopia oddziaªywa« lub dynamiczny mikroskopii oddziaªywa« odpychaj¡cych; przyci¡gaj¡cych; TSH - hormon tyreotropowy; NIDDM (z ang. Non-Insulin Dependent UV (z ang. Ultraviolet) - nadolet; Diabetes Mellitus) - cukrzyca insulinoniezale»na; VIS (z ang. Visible) - ±wiatªo widzialne; cukrzyca typu 2; WOBASZ - badanie populacyjne o nazwie OER (z ang. Oxygen Enhancement Ratio) - Wieloo±rodkowe Ogólnopolskie Badanie Stanu wspóªczynnik wzmocnienia tlenowego; Zdrowia Ludno±ci; OxyHb - oksyhemoglobina; hemoglobina ZP - zeta potencjaª; utlenowana z »elazem Fe2+ ; p55 - fosfoproteina;.

(17) Rozdziaª 1 Wst¦p 1.1. Krew. Krew jest nieprzezroczyst¡ o zabarwieniu czerwonym pªynn¡ tkank¡ ustroju, która kr¡»¡c w zamkni¦tym systemie naczy« krwiono±nych, przenosi »yciodajne substancje i tlen do wszystkich komórek organizmu »ywego. Dodatkowo wytworzony w procesie oddychania komórkowego dwutlenek w¦gla uwalnia w pªucach, a odebrane z tkanek produkty przemiany materii cz¦±ciowo pozostawia w nerkach do wydalenia. Skªada si¦ z osocza i struktur komórkowych, z którymi to zwi¡zane s¡ jej wa»ne »yciowe funkcje [1]: 1. OSOCZE - utrzymuje staªo±¢ ±rodowiska wewn¦trznego oraz po±redniczy w wymianie skªadników tkankowych; 2. KOMÓRKI KRWI (Rysunek 1.1):. Rysunek 1.1: Upostaciowione skªadniki krwi. a.. b.. krwinki pªytkowe (pªytki krwi, trombocyty) - bior¡ udziaª w procesie krwawienia.. Poprzez wytworzon¡ przez nich serotonin¦ powoduj¡ skurcz naczynia krwiono±nego i w rezultacie tworz¡ czop w miejscu zranienia;. krwinki biaªe (leukocyty) - zapewniaj¡ obron¦ immunologiczn¡. Dziel¡ si¦ na: 17.

(18) 18. Rozdziaª 1. Wst¦p. • granulocyty: -. -. neutrole (granulocyty oboj¦tnochªonne, zwane mikrofagami ) - peªni¡ wyj¡tkow¡. funkcj¦ w procesie obronnym ustroju poprzez fagocytowanie drobnoustrojów, komórek i fragmentów komórkowych;. eozynole (granulocyty kwasochªonne ) - bior¡ udziaª w zwalczaniu paso»ytów jelitowych. oraz w regulacji reakcji alergicznej;. bazole (granulocyty zasadochªonne ) - zawieraj¡ i wydzielaj¡ substancj¦ przeciwkrzepliw¡ tzw. heparyn¦.. • agranulocyty: -. monocyty (makrofagi ) - odgrywaj¡ ogromn¡ rol¦ w usuwaniu obcych ciaª, drobnoustrojów i martwych tkanek. Wytwarzany przez nie interferon hamuje namna»anie wirusów;. -. limfocyty B (szpikozale»ne ) - odpowiadaj¡ za produkcj¦ przeciwciaª niszcz¡cych antygeny;. c.. limfocyty T (grasiczozale»ne ) - odpowiadaj¡ za niszczenie nieprzyjaznych dla organizmu. komórek.. krwinki czerwone (erytrocyty). - odpowiedzialne s¡ za przenoszenie tlenu z pªuc do tkanek oraz dwutlenku w¦gla z tkanek do pªuc oraz bior¡ udziaª w regulacji pH krwi wahaj¡cego si¦ w przedziale 7,36 - 7,43.. 1.1. Krew.

(19) Rozdziaª 2 Erytrocyty Erytrocyty - czerwone ciaªka krwi stanowi¡ najwi¦kszy procent wszystkich skªadników morfologicznych krwi. S¡ to komórki wtórnie bezj¡drzaste przyjmuj¡ce ksztaªt dwuwkl¡sªego dysku.. Rysunek 2.1: Krwinka czerwona jako dwuwkl¦sªy dysk. Wielko±¢ erytrocytów zale»y od gatunku. U czªowieka ±rednica erytrocytów waha si¦ w przedziale 6,9 - 9 µm i wynosi zazwyczaj 7,5 µm. Ich grubo±¢ na obwodzie stanowi ok. 2,0 µm, natomiast w ±rodku, w cz¦±ci przew¦»enia wynosi ok 1,0 µm (Rysunek 2.1). Powierzchnia krwinki wynosi ±rednio 120 µm2 . Hemoglobina, która nadaje erytrocytom czerwony kolor oraz posiada zdolno±¢ do transportu O2 i CO2 , stanowi 34% obj¦to±ci komórki. Woda wypeªnia 57% powierzchni krwinki. Pozostaªe 9% stanowi zr¡b komórkowy, zbudowany z biaªek i lipidów, bªona i skªadniki mineralne.. Rysunek 2.2: Pªynna mozaika - model bªony biologicznej [2]. 19.

(20) 20. Rozdziaª 2. Erytrocyty. Otoczka komórki czerwonej (Rysunek 2.2) jest bªon¡ komórkow¡ o strukturze pªynnej mozaiki. Jest ona utworzona z podwójnej warstwy fosfolipidowej, z grupami polarnymi skierowanymi na zewn¡trz bªony i apolarnymi, skierowanymi do jej wn¦trza, oraz z molekuª biaªkowych (biaªek integralnych - zanurzonych w bªonie i biaªek peryferyjnych - przylegaj¡cych do bªony). Zawiera ona równie» cukrowce zwi¡zane z lipidami i biaªkami. Ze wzgl¦du na to, »e czerwone ciaªka krwi nie zawieraj¡ niektórych organelli komórkowych ich metabolizm ogranicza si¦ do niezb¦dnych przemian, zapewniaj¡cych im zjologiczne funkcje. Energi¦ erytrocyty produkuj¡ z rozkªadu beztlenowego glukozy i pentozy gªównie w procesie glikolizy beztlenowej. Cz¡steczki adenozyno-5'-trifosforanu, ATP, powstaªe w ten sposób s¡ ¹ródªem energii niezb¦dnym do utrzymania ksztaªtu przez krwink¦ czerwon¡. ATP jest tak»e niezb¦dne do aktywacji pomp sodowo-potasowych znajduj¡cych si¦ w bªonie erytrocytu. W niewielkim procencie, w komórce glikoliza zachodzi w procesie tlenowym, którego produktem jest 2,3 - difosfoglicerynian, DPG, reguluj¡cy powinowactwo hemoglobiny do tlenu. 2.1. Erytropoeza. Erytropoeza to etap w procesie hematopoezy, w którym powstaj¡ erytrocyty. Proces powstawania i ró»nicowania komórek krwi zachodzi w czerwonym szpiku wyst¦puj¡cym w ko±ciach pªaskich (ªopatki, kr¦gi, obojczyki, mostek, ko±ci czaszki), który powoli z wiekiem zamienia si¦ w tkank¦ tªuszczow¡ i przechodzi w form¦ nieczynn¡ zwan¡ szpikiem »óªtym, co przyczynia si¦ do wyst¦powania niedokrwisto±ci wieku starczego. Jedynie w »yciu pªodowym proces tworzenia czerwonych ciaªek krwi zachodzi w w¡trobie i cz¦±¢ w ±ledzionie.. Rysunek 2.3: Erytropoeza w czerwonym szpiku kostnym. W pierwszym etapie erytropoezy w szpiku czerwonym (Rysunek 2.3), z komórki macierzystej erytrocytów, CFU-E (Colony-Forming Unit-Erythrocyte), powstaje protoerytroblast, który dziel¡c si¦ przechodzi w erytroblast zasadochªonny. Erytroblast zasadochªonny charakteryzuje si¦ obecno±ci¡ retikulum endoplazmatycznego i du»¡ ilo±ci¡ kwasu rybonukleinowego, RNA. Nast¦puje w nim rozbudowa genów zwi¡zanych z syntez¡ ªa«cuchów polipeptydowych globiny, a jego cytoplazm¦ zaczyna wypeªnia¢ stopniowo hemoglobina, Hb. W kolejnym etapie procesu erytroblast zasadochªonny w miar¦ tworzenia i odkªadania si¦ w nim hemoglobiny staje si¦ polichromatolny (erytroblast ortochromatyczny ). rednica i obj¦to±¢ komórki powoli ulega zmniejszeniu, podobnie jak znajduj¡ce si¦ w komórce j¡dro. Kolejno powstaje erytroblast kwasochªonny, w którym w wyniku coraz wi¦kszych ilo±ci gromadzonej Hb ustaje cykl komórkowy (podziaª komórki i synteza kwasu deoksyrybonukleinowego, DNA). Erytroblast przeciskaj¡c si¦ pomi¦dzy komórkami ±cian szpikowych naczy« zatokowych traci w mi¡»szu szpiku j¡dro, gdzie jest ono fagocytowane przez komórki siateczki wªókien wytworzonych przez histiocyty i komórki czynnej mezenchymy o wªa±ciwo±ciach »ernych. Tak dochodzi do etapu w którym powstaje retikulocyt. Jest to mªody erytrocyt charakteryzuj¡cy si¦ pewn¡ 2.1. Erytropoeza.

(21) 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów. 21. ziarnisto±ci¡, któr¡ stanowi¡ pozostaªo±ci rybosomów i kwasów nukleinowych. Retikulocyt nast¦pnie dojrzewa i staje si¦ dojrzaª¡ krwink¡ czerwon¡ [3]. Erytrocyty kr¡»¡ we krwi 120 dni. W miar¦ starzenia si¦ staj¡ si¦ coraz mniej aktywne metabolicznie. Bªona krwinek zaczyna by¢ wówczas bardziej wra»liwa i ªatwo ulega p¦kaniu podczas przechodzenia erytrocytów przez naczynia wªosowate. Rozpad erytrocytów zachodzi poprzez ich fagocytoz¦ przez makrofagii gªównie ±ledziony, ale tak»e i w¡troby oraz szpiku kostnego. Podczas rozkªadu krwinek z ich wn¦trza uwalnia si¦ hemoglobina, która sfagocytowana przez makrofagi ulega rozpadowi na globin¦ i hem. Towarzyszy temu uwalnianie »elaza, które ª¡czy si¦ w osoczu z transferyn¡. Nast¦pnie mo»e przedosta¢ si¦ ono do szpiku, gdzie ulega zu»yciu w erytropoezie lub w postaci ferrytyny zostaje odªo»one w w¡trobie i innych tkankach. 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów. Funkcje oraz wªa±ciwo±ci czerwonych ciaªek krwi s¡ regulowane przez bªon¦ komórkow¡ zwi¡zan¡ strukturalnie i funkcjonalnie ze szkieletem bªonowym, oraz hemoglobin¦.. 2.2.1 Bªona komórkowa Podstawowymi funkcjami peªnionymi przez bªon¦ komórkow¡ jest [4]: - tworzenie zycznych granic pomi¦dzy wn¦trzem a zewn¦trznem komórki; - selektywna przepuszczalno±¢ zwi¡zana z transportem jedynie ograniczonej liczby cz¡steczek z wn¦trza komórki na zewn¡trz i odwrotnie; - tworzenie granicznych faz przekazuj¡cych sygnaªy chemiczne oraz energi¦ mi¦dzy wn¦trzem a zewn¦trzem komórki; - tworzenie ±rodowiska dla dziaªania niektórych enzymów, pomp jonowych i receptorów.. Budowa bªony i szkieletu bªonowego Podstawowym skªadnikiem bªony s¡ lipidy tworz¡ce trzy grupy: a) fosfolipidy - tªuszcze zªo»one z dodatkiem kwasu fosforanowego; b) cholesterol; c) glikolipidy - tªuszcze zªo»one, które posiadaj¡ dodatkowy skªadnik cukrowy, a tak»e alkoholowy, tj. glicerol oraz sngozyna. Rozkªad lipidów w bªonie komórkowej jest asymetryczny. W bªonie krwinek czerwonych w warstwie zewn¦trznej znajduj¡ si¦ lipidy zawieraj¡ce cholin¦ tzw. fosfolipidy cholinowe (fosfatydylocholina inaczej lecytyna i sngomielina), natomiast w jej warstwie cytoplazmatycznej wyst¦puj¡ fosfolipidy aminowe (fosfatydyloseryna i fosfatydyloetanolamina tzn. kefalina). Cz¡steczki cholesterolu, podobnie jak fosfolipidy, wyst¦puj¡ w równych proporcjach w obu monowarstwach bªony komórkowej erytrocytu, jednak mog¡ si¦ szybko przemieszcza¢ mi¦dzy nimi. Glikolipidy znajduj¡ si¦ na powierzchni zewn¦trznej bªony co podkre±la tzw. glikokaliks. Jest to osªonka powierzchniowa, któr¡ stanowi pªaszcz cukrowców utworzony przez ªa«cuchy sacharydowe glikolipidów, jak równie» glikoprotein integralnie obsadzonych w bªonie. W tej cz¦±ci powierzchni erytrocytu przenoszone s¡ antygeny, m. in. antygeny grupowe w ukªadzie ABO1 (Rysunek 2.4), chemicznie stanowi¡ce cz¡steczki polisacharydów [5]. 1. Wyró»nia si¦ cztery gªówne grupy krwi: A, B, AB i O Rozdziaª 2. Erytrocyty.

(22) 22. Rozdziaª 2. Erytrocyty. Rysunek 2.4: Schematyczne przedstawienie przenoszenia przez erytrocyty antygenów oznaczaj¡cych dane grupy krwi.. Utrzymanie prawidªowego skªadu i wzajemnych proporcji poszczególnych skªadników lipidowych w obu wartwach bªony czerwonego ciaªka krwi jest istotne dla zachowania jego ksztaªtu dwuwkl¦sªego dysku i elastyczno±ci. Skªadniki lipidowe pod wpªywem wysokiego st¦»enia jonów Ca2+ wykazuj¡ zdolno±¢ do tworzenia funkcjonalnych domen tzw. tratw lipidowych, które s¡ zaanga»owane w oddziaªywania z biaªkami szkieletu bªonowego erytrocytu. Zaburzenie tych oddziaªywa« prowadzi do uwolnienia fragmentów bªony z powierzchni krwinki czerwonej [6]. Szczególnie cholesterol ze wzgl¦du na swoj¡ struktur¦ silnie modykuje wªasno±ci bªon biologicznych wpªywaj¡c na ich stabilno±¢, pªynno±¢ i przepuszczalno±¢. Kolejnym skªadnikiem bªony erytrocytów s¡ biaªka (Rysunek 2.5), które ze wzgl¦du na peªnione funkcje dzieli si¦ na [7]: a) biaªka kontaktowe lub receptorowe; b) kanaªy jonowe; c) pompy lub no±niki aktywnie transportuj¡ce; d) enzymy katalizuj¡ce; e) biaªka szkieletu bªonowego.. Rysunek 2.5: Schematyczny przekrój przez bªon¦ erytrocytu [8]. 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów.

(23) 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów. 23. Biaªka kontaktowe oraz otoczka fosfolipidowa odpowiedzialne s¡ za utrzymanie wªa±ciwego ksztaªtu erytrocytu oraz oporno±ci osmotycznej. Glikoproteiny, do których nale»¡ glikoforyny (GPA, GPB, GPC, GPD), s¡ biaªkami transbªonowymi zwi¡zanymi z powierzchni¡ zewn¦trzn¡ bªony erytrocytu. Glikoforyny bior¡ udziaª w wytwarzaniu przeciwciaª. Ich cz¦±¢ hydrofobowa znajduje si¦ w cytoplazmie i warstwie lipidowej bªony, a cz¦±¢ hydrolna ª¡czy si¦ z cukrowcami. To wªa±nie ich ªa«cuchy cukrowe s¡ no±nikami grupowymi antygenów ABO. Wi¦kszo±¢ jednostek cukrowych glikoforyn decyduje o ujemnym ªadunku powierzchni erytrocytu. Wytwarzanie przez cz¡steczki glikoforyny silnie hydrolowego pªaszcza anionowego umo»liwia erytrocytom przemieszczanie si¦ w krwioobiegu bez przylegania do innych komórek i ±cian naczy« krwiono±nych. Gªówn¡ glikoprotein¡ wyst¦puj¡c¡ w bªonie erytrocytu jest glikoproteina A (GPA) towarzysz¡ca dimerom biaªka przenosz¡cego aniony, BPA, a poza tym jest w ±cisªym kontakcie z biaªkami bªonowymi [5]. W funkcji przenoszenia tlenu cz¡steczkowego z pªuc do tkanek i CO2 z tkanek do pªuc oraz utrzymanie staªego pH w erytrocytach, uczestniczy biaªko transbªonowe, zwane biaªkiem przenosz¡cym aniony BPA. Biaªko to w postaci masywnych dimerów i tetramerów tworz¡cych − w bªonie kanaª hydrolowy przenosi aniony (m. in. aniony HCO− 3 wymieniane na Cl w procesie pozbywania si¦ przez krwinki czerwone jonów CO− 2 ) [5]. W bªonie czerwonego ciaªka krwi, w s¡siedztwie BPA, znajduj¡ si¦ liczne biaªka kompleksu Rh, do których nale»¡: RhD, RhCE, RhAG, CD47, GPB. Tworzenie stabilnych tetramerów Rh - RhAG oraz caªego kompleksu zale»y w szczególno±ci od biaªka RhAG, którego rol¡ mo»e by¢ niespecyczna wymiana gazów CO2 , O2 , NO oraz NH3 /NH+ 4 [9]. Biaªko RhAG zwi¡zane jest z biaªkami GPC, BPA oraz Rh, a tak»e z gªówkami spektrynowymi [5]. Biaªka szkieletu bªonowego odpowiedzialne s¡ za dwuwkl¦sªy ksztaªt erytrocytu, który mo»e ulega¢ deformacjom w czasie przechodzenia przez w¡skie naczynia wªosowate. Ulega wtedy wydªu»eniu, co przyczynia si¦ do zwi¦kszenia powierzchni jego zetkni¦cia ze ±cian¡ naczynia i tym samym usprawnienia wymiany gazowej. 75% masy szkieletu krwinki czerwonej stanowi spektryna, która zbudowana jest z dwóch dimerów polipeptydowych: α i β , sprz¦»onych w tetramery o dªugo±ci 200 nm. Wªókna spektryny poª¡czone s¡ z biaªkami integralnymi bªony erytrocytu poprzez biaªka kotwicz¡ce: ankiryn¦ oraz biaªko pasma 4.2. Ankiryna oddziaªywuje z tetramerami BPA oraz z wªóknami spektrynowymi. Odgrywa mi¦dzy innymi specyczn¡ rol¦ w organizacji struktur bªonowych i ich integralno±ci, oraz transporcie jonowym. Reaktywne formy tlenu, ROS (Reactive Oxygen Species), powstaªe podczas hiperglikemii powoduj¡ uszkodzenia bªony erytrocytu wywoªuj¡c degradacj¦ ankiryny. Znacz¡ca redukcja ankiryny wyra¹nie wpªywa na sztywno±¢ szkieletu bªonowego i mo»e prowadzi¢ do deformacji krwinki czerwonej w skutek zwi¦kszonej sztywno±ci bªony. Efekt ten mo»e by¢ powodem zmian patogennych [10]. Biaªko pasma 4.2 oddziaªywuje jedn¡ stron¡ z BPA, a drug¡ z ankiryn¡. Stabilizuje biaªka kompleksu Rh, gªównie CD47 [5]. Bezpo±rednie oddziaªywnie tetramerów BPA z ankiryn¡, biaªkiem 4.2, GPA tworzy kompleks ankirynowy (Rysunek 2.5). Kolejnymi biaªkami nale»¡cymi do rusztowania erytrocytu jest aktyna i biaªko 4.1R, które to z biaªkami p55, adducyn¡, tropomiozyn¡, tropomodulin¡, dematyn¡ tworz¡ kompleks biaªek wi¡»¡cych (Rysunek 2.5). Aktyna zbudowana jest z podwójnych helis F-aktyny (33-37 nm dªugo±ci) utworzonych z ok. 20 monomerów G-aktyny. Przy udziale dematyny, tworzy protolamenty, które dodatkowo s¡ stabilizowane przez tropomiozyn¦, oraz tropomodulin¦. Dªugo±¢ powstaªych protolamentów reguluje adducyna przyª¡czaj¡ca si¦ do ko«ców F-aktyny. Ponadto jest ona odpowiedzialna za wi¡zanie F-aktyny z ªa«cuchami spektryny. Adducyna stanowi jednocze±nie pomost ª¡cz¡cy Rozdziaª 2. Erytrocyty.

(24) 24. Rozdziaª 2. Erytrocyty. kompleks spektrynowo-aktynowy z biaªkiem BPA. Pojedynczy protolament aktyny ª¡czy si¦ z pi¦cioma lub sze±cioma ko«cami tetramerów spektryny nadaj¡c wªóknom spektrynowym struktur¦ trójk¡tnej i sze±ciok¡tnej reguralnej sieci (Rysunek 2.6) [5].. Rysunek 2.6: Reguralna struktura cytoszkieletu tworz¡ca charakterystyczne trójk¡tne i sze±ciok¡tne obszary.. Biaªko 4.1R stabilizuje poª¡czenie aktyna-spektryna, bior¡c w ten sposób udziaª w regulacji stabilno±ci bªony erytrocytu.. Integralno±¢ strukturalna czerwonych ciaªek krwi jest konieczna do utrzymania przez nie funkcji transportu tlenu do tkanek zarówno w mikro, jak i makrokr¡»eniu [11].. Transport bªonowy Wysokoelastyczna bªona erytrocytów zawieraj¡ca biaªka i glikoproteiny osadzone w pªynnej otoczce lipidowej jest ujemnie naªadowana. Powoduje to powstanie ujemnego elektrycznego potencjaªu (zeta potencjaª, ZP ), który w wyniku siª odpychania zapobiega agregacji erytrocytów w strumieniu jonowym krwi. Zachowany ªadunek powierzchni erytrocytu zapewnia niezaburzon¡ pªynno±¢ czerwonych ciaªek krwi. Je»eli elektrolity kationowe lub polielektrolity znacz¡co obni»¡ potencjaª ZP (co jest obserwowane w przypadku cukrzycy [10]), wówczas stabilno±¢ przepªywu erytrocytów ulega zmianom i krew zaczyna koabulowa¢. Pompowanie »elowatej krwi staje si¦ coraz trudniejsze dla serca, co sprawia, »e ukªad krwiono±ny staje si¦ mniej sprawny w wyniku utrudnionego makro i mikrokr¡»enia. Bªona komórkowa odpowiada za selektywne przepuszczanie cz¡stek, utrzymuj¡c w ten sposób odpowiednie ich st¦»enie we wn¦trzu komórki, jak i w jej zewn¦trzu. Transporterami w bªonie komórkowej s¡ biaªka no±nikowe i kanaªowe, z których ka»de odpowiada za transport konkretnych cz¡stek lub grupy cz¡stek. Rozró»nia si¦ dwie formy transportu: a) Transport bierny zachodz¡cy bez nakªadu energii zgodnie z gradientem elektrochemicznym, dziel¡cy si¦ na: - bierny transport bezno±nikowy - dyfuzja prosta; 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów.

(25) 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów. 25. - bierny transport no±nikowy - dyfuzja uªatwiona; b) Transport aktywny, który przebiega wbrew gradientowi st¦»e« z udziaªem energii zewn¦trznej oraz przeno±ników. Je»eli przez bªon¦ przenika tylko jeden rodzaj cz¡steczek to mówi si¦ o tzw. uniporcie, a w przypadku, gdy zachodzi transport sprz¦»ony dwóch ró»nych cz¡steczek, to zale»nie od ich wzajemnego kierunku transportu rozró»nia si¦ symporty (obie cz¡steczki transportowane s¡ w tym samym kierunku) i antyporty (transport jednej cz¡steczki odbywa si¦ w przeciwnym kierunku do kierunku transportu drugiej cz¡steczki) (Rysunek 2.7).. Rysunek 2.7: Schemat gªównych transportów wyst¦puj¡cych w bªonie erytrocytu adaptowany z [12]. Odpowiedni skªad jonów w erytrocytach warunkuje prawidªow¡ jego obj¦to±¢ oraz stan uwodnienia. Wysokie st¦»enie jonów K+ i niskie st¦»enie jonów Na+ wewn¡trz erytrocytu regulowane jest: a) w transporcie biernym (gradientowym, bez zu»ycia energii) przez bªon¦, za co odpowiadaj¡ biaªka bªonowe: kotransportery K+ /Cl− z wewn¡trzkomórkowymi kanaªami chlorkowymi, CLIC (chloride intracellular channels) otwieraj¡cymi si¦ w zale»no±ci od potencjaªu komórkowego oraz Na+ /K+ /2Cl− , wymienniki jonów Na+ /H+ i Na+ /Mg2+ , a tak»e kanaªy K+ aktywowane podwy»szonym wewn¡trzkomórkowym st¦»eniem Ca2+ , tzw. kanaªy Gardosa [13]; b) w transporcie aktywnym dzi¦ki wbudowanej w bªon¦ pompie sodowo-potasowej (Na+ -K+ ATPaza), która wykorzystuj¡c swobodn¡ energi¦ w postaci np. ATP lub ±wiatªa, prowadzi wymian¦ zwi¡zków wbrew gradientowi ich st¦»enia. Podczas hydrolizy jednej cz¡steczki ATP wypompowywuje ona trzy jony Na+ na zewn¡trz erytrocytu, a dwa jony K+ do jego wn¦trza wpompowywuje. W warunkach wysokiego st¦»enia jonów, kiedy pompa nie b¦dzie w stanie wyrówna¢ st¦»enia jonów, czerwone ciaªka krwi ulegaj¡ deformacji: - p¦czniej¡ w warunkach, gdy napªyw sodu przewy»sza wyciek potasu. Wysokie st¦»enie kationów zwi¦ksza napªyw cz¡steczek wody do wn¦trza erytrocytu, powoduj¡c zwi¦kszenie jego rozmiarów; - obkurczaj¡ si¦, kiedy ich uwodnienie spada, a wyciek potasu na zewn¡trz komórki przewy»sza napªyw sodu. Za niskie st¦»enie jonów Ca2+ we wn¦trzu erytrocytu odpowiada pompa wapniowa (Ca2+ ATPaza), która aktywuj¡c kompleks kalmodulina-Ca2+ zapobiega zatrzymywaniu Rozdziaª 2. Erytrocyty.

(26) 26. Rozdziaª 2. Erytrocyty. wapnia, który w sposób bierny napªywa do wn¦trza krwinki czerwonej. W obecno±ci jonów Mg2+ , przy u»yciu jednej cz¡steczki ATP, pompa wapniowa usuwa jony Ca2+ z wn¦trza erytrocytu, przy jednoczesnym wprowadzaniu jonów H+ [14]. Pozostaªe kationy dwuwarto±ciowe m. in. Zn2+ oraz Cu2+ s¡ transportowane z wn¦trza bªony czerwonego ciaªka krwi w przepªywie biernym. Wymiana anionów w erytrocycie zachodzi przy udziale omówionego wcze±niej biaªka przenosz¡cego aniony (BPA). Wywoªuje ono wymian¦ anionów HCO− 3 ulokowanych po − wewn¦trznej stronie bªony erytrocytu, na aniony Cl znajduj¡ce si¦ po jej stronie zewn¦trznej. W tym procesie jony Cl− wnikaj¡ do wn¦trza erytrocytu z obszaru wy»szego ich st¦»enia zewn¦trznego, a jony HCO− 3 przemieszczaj¡ si¦ w kierunku odwrotnym od wy»szego ich st¦»enia wewn¡trz krwinki do ni»szego ich st¦»enia panuj¡cego w jej otoczeniu [7]. Dopªyw glukozy do erytrocytów zachodzi poprzez transport bierny no±nikowy. Dzieje si¦ to dlatego, »e spolaryzowane cz¡steczki glukozy wielko±ci¡ przekraczaj¡ szeroko±¢ porów bªonowych i nie mog¡ przenika¢ do komórki na zasadzie dyfuzji prostej. Zlokalizowany w bªonie erytrocytów transmembranowy no±nik (Glucose Transporter, GLUT1) przenosi cz¡steczki glukozy do bªony zgodnie z gradientem jej st¦»enia. Po zwi¡zaniu transportowanej cz¡steczki nast¦puje zmiana konformacyjna no±nika w ten sposób, »e miejsce wi¡zania eksponuje on na zewn¡trz lub do wewn¡trz komórki. GLUT1 oprócz glukozy przenosi utlenion¡ form¦ witaminy C [15]. Za transport zasad azotowych poª¡czonych z cukrami, czyli tzw. nukleozydów odpowiada transporter nukleozydowy (nucleoside transporter, ENT), który w przepªywie dwukierunkowym przenosi m. in. adenozyn¦ i urydyn¦ [12]. Transport wody w czerwonym ciaªku krwi zachodzi poprzez mechanizm dyfuzji prostej oraz w wyniku dziaªania kanaªów wodnych tzw. akwaporyn, AQ, które dodatkowo mog¡ mie¢ zwi¡zek z transportem gazów przez bªon¦ erytrocytu, w szczególno±ci CO2 [16]. Rodzina kanaªów CLIC prawdopodobnie ma wpªyw na regulacj¦ dziaªania kanaªu wodnego AQ1 [12].. 2.2.2 Hemoglobina Hemoglobina jest gªównym biaªkiem wypeªniaj¡cym erytrocyt. Hemoglobina dzi¦ki prostetycznej grupie hemowej uczestniczy w procesie przenoszenia O2 w organizmie. Hemoglobina uwolniona z krwinki czerwonej traci swoj¡ aktywno±¢ i ulega degradacji. Cz¡steczka hemoglobiny jest tetramerem skªadaj¡cym si¦ z dwóch par odmiennych ªa«cuchów biaªkowych, z których ka»dy z nich jest zwi¡zany z jedn¡ grup¡ hemow¡.. Cz¦±¢ biaªkowa Wyró»nia si¦ sze±¢ rodzajów ªa«cuchów polipeptydowych oznaczonych symbolami: α, β , γ , δ , ε i ζ . Najcz¦±ciej spotykan¡ hemoglobin¡ jest HbA1 (Rysunek 2.8) zªo»ona z dwóch ªa«cuchów α i dwóch ªa«cuchów β . Zaledwie 2,5% stanowi hemoglobina HbA2 zªo»ona z dwóch ªa«cuchów α i dwóch ªa«cuchów δ . HbF tzw. hemoglobina pªodowa zbudowana z dwóch ªa«cuchów α i dwóch ªa«cuchów γ wyst¦puje gªównie we krwi pªodu osi¡gaj¡c warto±ci 75%, u dorosªego czªowieka nie przekracza 0,5%. W okresie pªodowym wyst¦puj¡ hemoglobiny embrionalne posiadaj¡ce ªa«cuchy ζ zwi¡zane z ªa«cuchami ε tzw. Hb Gower 1 (ζ2 ε2 ), lub ªa«cuchami γ w Hb Portland (ζ2 γ2 ) oraz ªa«cuchy α poª¡czone z ªa«cuchami ε tworz¡c Hb Gower 2 (α2 ε2 )[17]. 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów.

(27) 27. 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów. Rysunek 2.8: Budowa cz¡steczki HbA1 oraz struktura przestrzenna ªa«cucha β hemoglobiny [3, 18].. Rysunek 2.9: Budowa cz¡steczkowa czerwonego barwnika hemoglobiny.. Grupa prostetyczna - hem Cz¦±¢ niebiaªkow¡ hemoglobiny stanowi tzw. hem (czerwony barwnik). Skªada si¦ on z cz¦±ci organicznej zwanej protoporryn¡ IX oraz z atomu »elaza umieszczonego w centrum pier±cienia porrynowego wi¡»¡c si¦ z czterema atomami azotu (Rysunek 2.9). elazo mo»e przyjmowa¢ ró»ne koordynacje, przy czym w hemoglobinie jest pi¦cio- lub sze±cio- skoordynowane w zale»no±ci od tego, czy tworzy jedno, czy dwa dodatkowe wi¡zania w pªaszczy¹nie prostopadªej do pªaszczyzny hemu. Z ªa«cuchami biaªkowymi hem ª¡czy si¦ przy udziale »elaza poprzez pi¡ty i szósty ligand, którymi s¡ histydyna proksymalna i dystalna. Miejsce wi¡zania O2 znajduje si¦ po stronie histydyny dystalnej, poniewa» to wi¡zanie »elaza ªatwiej ulega zerwaniu. Na Rysunku 2.10 przedstawiony jest proponowany schemat przyª¡czenia O2 do hemu. Tego typu przyª¡czenie tlenu nosi nazw¦ utlenowania, gdy» proces nie zmienia warto±ciowo±ci »elaza w stosunku do deoksyhemoglobiny (DeoxyHb), w której »elazo wyst¦puje na stopniu utlenienia Fe2+ w formie wysokospinowej, a jedynie zamienia stan spinowy z wysokiego na niskospinowy. Otrzyman¡ form¦ Hb okre±la si¦ oksyhemoglobin¡ (OxyHb). Powstanie DeoxyHb zapobiega trwaªemu przyª¡czeniu CO2 . Rozdziaª 2. Erytrocyty.

(28) 28. Rozdziaª 2. Erytrocyty. Rysunek 2.10: Uproszczony schemat przyª¡czenia O2 przez cz¡steczk¦ Hb [18]. Badania strukturalne wielu syntetycznych porryn zawieraj¡cych »elazo wykazuj¡, »e w zwi¡zkach, w których atom »elaza jest pi¦ciokoordynacyjny, le»y on poza pªaszczyzn¡ porryny, natomiast w zwi¡zkach, w których jest sze±ciokoordynacyjny le»y w pªaszczy¹nie porryny lub w bliskim jej s¡siedztwie. Hemoglobina jest biaªkiem allosterycznym tzn. przyª¡czanie O2 przez jedn¡ grup¦ hemow¡ uªatwia wi¡zanie kolejnej cz¡steczki z nast¦pnym hemem. Na Rysunku 2.11 przedstawiaj¡cym powinowactwo hemoglobiny do tlenu wida¢, »e krzywa wysycenia ma ksztaªt sigmoidalny, co oznacza, »e powinowactwo Hb do przyª¡czenia tlenu ro±nie wraz ze wzrostem wysycenia wi¡za« »elaza tlenem.. Rysunek 2.11: Krzywa wi¡zania tlenu przez hemoglobin¦ [4].. 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów.

(29) 29. 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów. Proces wi¡zania tlenu przez hemoglobin¦ jest opisywany cz¦sto równaniem Hill a o nast¦puj¡cej postaci: Y = K(pO2 )n (2.1) 1−Y gdzie: Y - uªamek utlenowanych cz¡steczek hemoglobiny; pO2 - ci±nienie parcjalne tlenu; n - parametr determinuj¡cy sigmoidalno±¢ krzywej wi¡zania tlenu; K - staªa dysosjacji, K = 1/(p1/2 O2 )n ; p1/2 O2 - ci±nienie parcjalne tlenu, przy którym Hb jest w 50% wysycona tlenem. Powinowactwo hemoglobiny do tlenu jest regulowane, nie tylko przez wzajemne oddziaªywanie jej poszczególnych podjednostek biaªkowych, ale tak»e poprzez pr¦»no±¢ CO2 , pH i st¦»enia pewnych fosforanów organicznych, przede wszystkim DPG [19]. Dwutlenek w¦gla powstaªy w tkankach, w momencie, gdy hemoglobina oddaªa tlen, wi¡»e si¦ z grupami aminowymi DeoxyHb tworz¡c karboaminy. Zdolno±¢ tworzenia przez hemoglobin¦ wi¡za« karboaminowych uªatwia jej transport CO2 do pªuc, którego wi¡zanie i uwalnianie zale»y od pH ±rodowiska (efekt Bohra). Obni»enie pH ±rodowiska powoduje zmniejszenie powinowactwa Hb do tlenu i przesuni¦cie krzywej utlenowania. Pokazane jest to na Rysunku 2.11 z czym zwi¡zane jest podwy»szone powinowactwo DeoxyHb do jonów wodorowych. Obni»one pH w tkankach sprzyja wi¡zaniu protonów przez Hb czemu towarzyszy uwalnianie tlenu. Efekt jest odwrotny w pªucach, gdzie ±rodowisko o podwy»szonym pH wspomaga uwalnianie protonów i wi¡zanie tlenu. Przyª¡czanie tlenu do hemoglobiny mo»e by¢ zablokowane przez silne utleniacze, które powoduj¡ zmian¦ stopnia utlenienia »elaza na Fe3+ . Powstaje wówczas tzw. ferrihemoglobina 2 . Do takiej cz¡steczki ªatwo przyª¡cza si¦ cz¡steczka wody H2 O tworz¡c methemoglobin¦ (MetHb). Zbyt szybkiemu utlenianiu hemoglobiny zapobiega wyst¦puj¡cy w erytrocytach glutation. Wyst¦puje on w postaci utlenionej (GSSG) oraz zredukowanej (GSH). Odpowiednio du»e st¦»enie GSH w erytrocytach chroni je przed hemoliz¡, a tak»e grupy tiolowe i sam¡ hemoglobin¦ przed utlenianiem. Staªe st¦»enie GSH utrzymywane jest w erytrocytach dzi¦ki obecno±ci reduktazy glutationu, której koenzymem jest dinukleotyd nikotynamidoadeniny (NADP) [20]. Istniej¡ zwi¡zki, które nie zmieniaj¡ stopnia utleniania »elaza, ale w warunkach zjologicznych wi¡»¡ si¦ do hemoglobiny silniej od tlenu, w sposób nieodwracalny. Przykªadem jest CO (czad), który po poª¡czeniu si¦ z hemoglobin¡ tworzy karboksyhemoglobin¦ (CarboxyHb). Taka hemoglobina nie jest ju» w stanie dostarcza¢ komórkom tlenu - st¡d wynika truj¡ce (±miertelne) dziaªanie tlenku w¦gla na organizm.. 2. Hemoglobina posiadaj¡ca »elazo na drugim stopniu utlenienia nosi nazw¦ ferrohemoglobiny. Rozdziaª 2. Erytrocyty.

(30) 30. 2.2. Wªa±ciwo±ci i funkcje erytrocytów. Rozdziaª 2. Erytrocyty.

(31) Rozdziaª 3 Choroby i ich wpªyw na wªa±ciwo±ci erytrocytów Czªowiek przez caªe swoje »ycie wystawiony jest na dziaªanie ró»nych czynników ±rodowiska zewn¦trznego, w którym zachodz¡ ustawiczne zmiany. Czynniki te oddziaªuj¡ na organizm czªowieka jak bod¹ce, które pobudzaj¡ i reguluj¡ czynno±ci »yciowe ustroju. Wa»ne jest, aby zmiany ±rodowiska nie przekraczaªy pewnych granic, lecz nast¦powaªy w tempie umo»liwiaj¡cym organizmowi przystosowanie do zaistniaªych warunków. Przystosowywanie si¦ organizmu do zmian ±rodowiska poza charakterem czynno±ciowym tzn. polegaj¡cym na odpowiedniej regulacji czynno±ci narz¡dów i ukªadów, opiera si¦ równie» na powstawaniu odpowiednich zmian morfologicznych w komórkach i tkankach. Zdrowie jest to »ycie organizmu w takich warunkach ±rodowiska zewn¦trznego, do których jest on przystosowany [21]. Stan zdrowia zwany jest równie» homeostaz¡, która jest zdolno±ci¡ organizmu do odpowiedniej reakcji na ró»ne stresory ±rodowiska zewn¦trznego w celu przywrócenia i utrzymania wewn¦trznej równowagi. Zbyt nasilone i zbyt gwaªtowne zmiany ±rodowiska zewn¦trznego sprawiaj¡, »e istniej¡ce w organizmie mechanizmy przystosowawcze nie wystarczaj¡ do zachowania równowagi ustroju. Wówczas zmiany te staj¡ si¦ bod¹cami patologicznymi lub czynnikami chorobotwórczymi i wywoªuj¡ chorob¦. W wyniku rozwoju cywilizacji, post¦pu technicznego, wielkich przemian spoªecznych i ekonomicznych wiele schorze« nasiliªo si¦. Cz¦±¢ z nich nazywanych jest chorobami cywilizacyjnymi. Nale»¡ do nich przede wszystkim nadci±nienie t¦tnicze i cukrzyca. 3.1. Cukrzyca. W Polsce na cukrzyc¦ choruje 5% spoªecze«stwa tj. okoªo 2 miliony osób. Niestety tylko poªowa z tej liczby to przypadki cukrzycy znanej i leczonej, a pozostaªe przypadki wci¡» s¡ nierozpoznane i nieleczone. Z roku na rok liczba chorych na cukrzyc¦ drastycznie ro±nie. Zgodnie z denicj¡ cukrzyca jest to grupa chorób metabolicznych charakteryzuj¡cych si¦ hiperglikemi¡1 wynikaj¡c¡ z zaburzenia dziaªania lub wydzielania insuliny2 [22]. Wedªug Ameryka«skiego Towarzystwa Diabetologicznego (American Diabetes Association, ADA) cukrzyc¦ klasykuje si¦ nast¦puj¡co [23]: 1.. Cukrzyca typu 1. 2.. Cukrzyca typu 2. 1 2. Wysoki poziom cukru we krwi. Hormon trzustki reguluj¡cy metabolizm biaªek, tªuszczy, ale przede wszystkim w¦glowodanów. 31.

(32) 32. Rozdziaª 3. Choroby i ich wpªyw na wªa±ciwo±ci erytrocytów. 3.. Inne specyczne typy cukrzycy. 4.. Cukrzyca ci¦»arnych. 3.1.1 Cukrzyca typu 1 Ten typ cukrzycy, zwany inaczej cukrzyc¡ insulinozale»n¡, IDDM (Insulin Dependent Diabetes Mellitus), charakteryzuje si¦ wyniszczaniem komórek β 3 trzustki, co z reguªy prowadzi do caªkowitego niedoboru, koniecznej do prze»ycia, insuliny. Jej typowymi objawami, które gwaªtownie nasilaj¡ si¦ w ci¡gu kilku dni s¡: cz¦ste oddawanie moczu (poliuria), nadmierne pragnienie (polidypsja) oraz jedzenie (polifagia), redukcja masy ciaªa, skªonno±¢ do nadmiernego wytwarzania ciaª ketonowych tj. aceton i ±pi¡czki ketonowej [24]. Ze wzgl¦du na proces, przez jaki cukrzyca typu 1 mo»e by¢ wywoªana, wyró»nia si¦ cukrzyc¦: [25] A.. Immunologiczn¡ - jest to choroba przewlekªa spowodowana wyniszczaniem komórek β. w procesie autoagresji typu komórkowego. Pomimo licznych bada« etiologia tej postaci cukrzycy nadal nie jest znana. Postuluje si¦ wpªyw wirusów, m. in. ró»yczki, Coxsackie B4, cytomegalii, które podczas zaka»enia, modykuj¡ antygeny komórkowe, tak, »e s¡ one rozpoznawane przez organizm jako komórki obce i niszczone w procesie immunologicznym. Do czynników ryzyka nale»y równie» krótki okres karmienia piersi¡. Albuminy zawarte w krowim mleku, którym si¦ zast¦puje mleko matki, powoduj¡ uodpornienie si¦ organizmu dziecka, które w pó¹niejszym wieku jest bardziej podatne na procesy autoimmunologiczne. Stres oraz przyjmowanie azotanów w postaci leków, mog¡ prowadzi¢ do uszkodzenia komórek mi¡»szu trzustki. Rozwój naturalnej cukrzycy typu 1 zachodzi w trzech fazach (Rysunek 3.1).. Rysunek 3.1: Naturalna historia rozwoju cukrzycy typu 1.. -. pierwsza faza (bezobjawowa) - zostaje stwierdzona poprzez okre±lenie genów potwierdzaj¡cych predyspozycj¦ do rozwoju choroby;. Komórki odpowiedzialne za wydzielanie insuliny. Wyst¦puj¡ na wyspach trzustkowych (Langernhansa), które stanowi¡ 1% masy caªej trzustki. Oprócz komórek β w trzustce wyst¦puj¡ równie» komórki α wydzielaj¡ce glukagon (hormon zwi¦kszaj¡cy st¦»enie glukozy we krwi), komórki δ wydzielaj¡ce somatostatyn¦ (hormon hamuj¡cy wydzielnie insuliny oraz blokuj¡cy wydzielnie hormonu wzrostu przez przysadk¦ mózgow¡) oraz komórki F wydzielaj¡ce polipeptyd trzustkowy (czynnik dziaªaj¡cy hamuj¡co na wydzielanie enzymów trzustkowych) [26]. 3. 3.1. Cukrzyca.

(33) 33. 3.1. Cukrzyca. -. druga faza - pod wpªywem czynników ±rodowiskowych dochodzi do aktywacji procesów. prowadz¡cych do uszkodzenia komórek β trzustki, uwalniania autoprzeciwciaª i czynników zapalnych oraz upo±ledzenia wydzielania insuliny;. -. trzecia faza - okres jawnej cukrzycy, w którym dochodzi do wyczerpania rezerw insuliny. B.. Idiopatyczn¡ - choroba o nieznanej etiologii, w której niedobór insuliny nie jest zwi¡zany z procesem autoimmunologicznym. Cukrzyca idiopatyczna jest zwykle dziedziczona. Wyst¦puje bardzo rzadko, szczególnie u osób pochodzenia afryka«skiego i azjatyckiego.. i ujawnienia si¦ klinicznych objawów choroby.. 3.1.2 Cukrzyca typu 2 Cukrzyca typu 2 nazywana jest równie» cukrzyc¡ insulinoniezale»n¡, NIDDM (Non-Insulin Dependent Diabetes Mellitus). Gªówn¡ jej przyczyn¡ jest zmniejszenie wra»liwo±ci tkanek na dziaªanie insuliny (insulinoodporno±¢) oraz zaburzenie jej wydzielania przez komórki β trzustki [25]. Przebieg rozwoju cukrzycy od dominuj¡cej insulinoodporno±ci ze wzgl¦dnym niedoborem insuliny, do dominuj¡cego upo±ledzenia wydzielania insuliny z towarzysz¡c¡ insulinoodporno±ci¡ przedstawia Rysunek 3.2. W pocz¡tkowym okresie rozwoju cukrzycy pojawia si¦ wra»liwo±¢ na insulin¦. W tym czasie komórki adaptuj¡c si¦ do insulinoodporno±ci zwi¦kszaj¡ wydzielanie insuliny (insulinemia) w celu utrzymania prawidªowego metabolizmu glukozy. To dziaªanie powoduje najpierw wzrost glikemii poposiªkowej, a pó¹niej wzrost glikemii na czczo. Od momentu, gdy st¦»enie glukozy na czczo przekroczy 126 mg/dl (7 mmol/l) wyrównawcza hiperinsulinemia przestaje by¢ zachowana, co prowadzi do dalszego narastania hiperglikemii i konieczno±ci wzmocnienia leczenia zapobiegawczego poprzez zastosowanie ±rodków farmakologicznych [22, 24].. Rysunek 3.2: Naturalny przebieg rozwoju cukrzycy typu 2 [22]. Cukrzyca typu 2 przez wiele lat mo»e pozostawa¢ bezobjawowa i nierozpoznana, przez to, »e hiperglikemia rozwija si¦ bardzo powoli. Do rozpoznania dochodzi przypadkowo i niestety zbyt pó¹no, aby wdro»ona farmakoterapia mogªa zapobiec powikªaniom. Do mechanizmów maj¡cych wpªyw na rozwój insulinoodporno±ci nale»¡: Rozdziaª 3. Choroby i ich wpªyw na wªa±ciwo±ci erytrocytów.

(34) 34. Rozdziaª 3. Choroby i ich wpªyw na wªa±ciwo±ci erytrocytów. -. glukotoksyczno±¢ - dªugo utrzymuj¡cy si¦ wysoki poziom glukozy we krwi (hiperglikemia). -. lipotoksyczno±¢ - podwy»szone st¦»enie wolnych kwasów tªuszczowych w organizmie upo±ledza magazynowanie i oksydacj¦ glukozy. Wywoªuje jej nadmiern¡ produkcj¦ w¡trobow¡, podwy»sza zawarto±¢ trójglicerydów we krwi, a tak»e hamuje wydzielanie insuliny;. -. otyªo±¢ centralna (trzewna, brzuszna) - wi¦ksza ilo±¢ trzewnej tkanki tªuszczowej generuje. negatywnie wpªywa na dziaªanie i wydzielanie insuliny. Cz¡steczki glukozy przyª¡czaj¡c si¦ do reszt biaªkowych powoduj¡ ich znieksztaªcenie i upo±ledzenie funkcji;. wi¦ksz¡ insulinoodporno±¢, a tak»e nadprodukcj¦ kwasów tªuszczowych.. 3.1.3 Inne specyczne typy cukrzycy wtórnej cukrzycy s¡ [22, 25]: genetycznie uwarunkowane zaburzenia funkcji komórek β trzustki MODY. Najcz¦stsz¡ przyczyn¡ tzw. -. (Maturity Onset Diabetes of the Young) - choroba dziedziczna charakteryzuj¡ca si¦ upo±ledzeniem wydzielania insuliny przy jej prawidªowej lub minimalnie zaburzonej funkcji;. -. genetyczne defekty dziaªania insuliny - choroba wywoªana przez rzadkie przypadki. -. choroby zewn¡trzwydzielniczej cz¦±ci trzustki. - proces chorobowy takich schorze« jak: zapalenie trzustki, uraz/pankreatektomia , nowotwory, mukowiscydoza5 , hemochromatoza6 itd., rozlegle niszczy mi¡»sz trzustki, co przyczynia¢ si¦ mo»e do rozwoju cukrzycy;. -. endokrynopatie. -. wpªyw leków lub chemikaliów - do rozwoju cukrzycy mo»e przyczynia¢ si¦ zaburzenie. -. infekcje. -. inne zespoªy genetyczne - cukrzyca towarzyszy niektórym zespoªom. Nale»¡ do nich:. mutacji prowadz¡cych od hiperinsulinemii i ªagodnej hiperglikemii do ci¦»kiej cukrzycy; 4. - zaburzenie w funkcjonowaniu gruczoªów dokrewnych w takich chorobach, jak: nadczynno±¢ tarczycy7 , zespóª Cushinga8 , zespóª Conna9 , glukagonoma10 , pheochromocytoma11 , prolactinoma12 , nadczynno±¢ przytarczyc13 , wzmaga wydzielanie hormonów antagonistycznych wobec insuliny, co mo»e wywoªa¢ cukrzyc¦. Hiperglikemia z reguªy ust¦puje kiedy nadmierne wydzielanie hormonów zanika; wydzielania insuliny wywoªane niektórymi lekami;. tj. ró»yczka wrodzona, cytomegalowirus, powoduj¡ce bezpo±rednie zniszczenie komórek β trzustki; zespóª Downa, Klinefeltera, Turnera, dystroa miotoniczna, polria.. Cz¦±ciowe lub caªkowite usuni¦cie trzustki. Zaburzenie wydzielania przez gruczoªy zewn¡trzwydzielnicze. 6 Nadmierne wchªanianie »elaza z po»ywienia. 7 Zwi¦kszona produkcja tyrozyny i trójjodotyroniny. 8 Podwy»szony poziom kortyzolu wytwarzanego przez kor¦ nadnerczy. 9 Nadprodukcja aldosteronu produkowanego przez kor¦ nadnerczy. 10 Hormonalnie czynny nowotwór wywodz¡cy si¦ z komórek α trzustki wydzielaj¡cy glukagon. 11 Nowotwór wywodz¡cy si¦ z komórek chromochªonnych zlokalizowanych w korze nadnerczy wydzielaj¡cy adrenalin¦ i noradrenalin¦. 12 agodne guzy przysadki mózgowej wydzielaj¡ce prolaktyn¦. 13 Nadmierna produkcja parathormonu. 4. 5. 3.1. Cukrzyca.

(35) 35. 3.1. Cukrzyca. 3.1.4 Cukrzyca ci¦»arnych Cukrzyc¡ ci¦»arnych nazywa si¦ ka»de zaburzenie tolerancji glukozy, które zostaªo zdiagnozowane po raz pierwszy lub rozpoczynaj¡ce si¦ w okresie ci¡»y. Jest to powikªanie metaboliczne utrudniaj¡ce prawidªowy przebieg ci¡»y. Stan zjologiczny jakim jest ci¡»a, zmienia zapotrzebowanie na insulin¦ co mo»e sprzyja¢ pojawieniu si¦ i rozwijaniu si¦ powstaªych powikªa«. W tym typie cukrzycy wyró»nia si¦ dwa stany chorobowe [25]: a) cukrzyca wyst¦puj¡ca u kobiety niezale»nie od ci¡»y. Jest to choroba znana lub ±wie»o rozpoznana dzi¦ki staªej opiece lekarskiej nad ci¦»arn¡; b) cukrzyca ci¡»owa wi¡»¡ca si¦ z zaburzeniem metabolizmu glukozy wywoªanym ci¡»¡, które po jej zako«czeniu samoistnie ust¦puje.. 3.1.5 Przewlekªe powikªania cukrzycy Cukrzyca jest chorob¡ nieuleczaln¡. Przewlekªa hiperglikemia powoduje uszkodzenie oraz zaburzenie funkcjonowania m. in. oczu, nerek, nerwów, serca i naczy« krwiono±nych. Przewlekªe powikªania cukrzycy s¡ gªówn¡ przyczyn¡ inwalidztwa i obni»enia jako±ci »ycia pacjentów z cukrzyc¡, dlatego wymagaj¡ oni specjalistycznej opieki. Negatywne skutki cukrzycy s¡ przede wszystkim obecne w ukªadzie krwiono±nym, zarówno w maªych jak i du»ych naczyniach. Wyró»nia si¦ makroangopatie i mikroangopatie (Rysunek 3.3) [27].. Rysunek 3.3: Pó¹ne powikªania cukrzycy [22]. Makroangopatie cukrzycowe zwi¡zane s¡ ze zmianami mia»d»ycowymi rozwijaj¡cymi si¦ w naczyniach t¦tniczych [28] : Rozdziaª 3. Choroby i ich wpªyw na wªa±ciwo±ci erytrocytów.

(36) 36. Rozdziaª 3. Choroby i ich wpªyw na wªa±ciwo±ci erytrocytów. - mózgu, gdzie mo»e rozwin¡¢ si¦ niedokrwienny udar mózgu; - serca, prowadz¡ce do niewydolno±ci naczy« wie«cowych, a przy tym zwi¦kszonego prawdopodobie«stwa zawaªu. - ko«czyn dolnych, gdzie przez ograniczenie ukrwienia powstaje ryzyko rozwoju owrzodzenia stopy (stopa cukrzycowa) i w najgorszym przypadku jej amputacji. Mikroangopatia cukrzycowa dotyczy zburze« czynno±ciowych i strukturalnych naczy« wªosowatych oraz przed- i zawªosowatych. Prowadzi do rozwoju pogrubienia bªony podstawnej we wszystkich naczyniach wªosowatych poprzez odkªadanie si¦ w niej zmienionych w wyniku glikacji cz¡steczek biaªkowych, wtórnej agregacji trombocytów i zakrzepów. Do zmian zachodz¡cych w mikrokr¡»eniu nale»¡: - retinopatia cukrzycowa - prowadzi do upo±ledzenia funkcji naczy« w siatkówce oka, oprócz tego wpªywa negatywnie na zm¦tnienie soczewki, a nawet mo»e doprowadzi¢ do utraty wzroku; - nefropatia cukrzycowa - choroba charakteryzuj¡ca si¦ swoistymi zmianami w naczyniach kª¦buszków nerkowych, które mog¡ doprowadzi¢ do stwardnienia i niewydolno±ci nerek; - neuropatia cukrzycowa objawiaj¡ca si¦ zaburzeniami czucia, a tak»e uszkodzeniem wªókien ukªadu autonomicznego, co mo»e doprowadzi¢ do uszkodzenia narz¡dów wewn¦trznych. Edukacja zdrowotna ma wielkie znaczenie w zapobieganiu powikªa« cukrzycy. Sprawia ona, »e chorzy s¡ lepiej przygotowani do sprawowania samoopieki, która jest bardzo wa»na przy tym schorzeniu.. 3.1.6 Wpªyw cukrzycy na erytrocyty Glukoza przez krwinki czerwone wykorzystywana jest jako substrat energetyczny oraz jako substancja do tworzenia systemu ochrony antyoksydacyjnej. W warunkach hiperglikemii, w wyniku nieprawidªowych przemian metabolicznych zaburzony jest potencjaª oksydoredukcyjny (NADP+ /NADPH + H+ ), nast¦puje wzrost produkcji wolnych rodników [29], zwi¦kszenie utleniania hemoglobiny do MetHb, spadek aktywno±ci pompy sodowo-potasowej [30]. Powstaªy stres oksydacyjny powoduje peroksydacj¦ lipidów (wysoki poziom aldehydu dimalonowego, MDA14 [10], spadek st¦»enia antyutleniaczy tj. glutationu GSH, i grup tiolowych, SH [31]) bªony erytrocytu, zaburzaj¡c w ten sposób jej integralno±¢. Poza tym, w wyniku braku mo»liwo±ci zmetabolizowania nadmiaru glukozy, w komórkach rozwija si¦ glikozylacja (glikacja) biaªek [32, 33]. Jest to nieenzymatyczny proces ª¡czenia grup karbonylowych cukrów z grupami aminowymi biaªek, prowadz¡cy do zmiany ich struktury trzeciorz¦dowej oraz krzy»owych poª¡cze« wewn¡trz- i mi¦dzy-cz¡steczkowych. Powoduje to zaburzanie czynno±ci biaªek strukturalnych, receptorowych, transportowych i enzymatycznych, co w efekcie prowadzi do zmieniejszenia spr¦»ysto±ci i odksztaªcenia erytrocytu przy przechodzeniu przez naczynia wªosowate. Wszystkie te czynnki wywoªuj¡ce stres oksydacyjny w komórkach, wpªywaj¡ na wªasno±ci reologiczne erytrocytów poprzez zwi¦kszenie ich mikrolepko±ci, agregacji czy adhezyjno±ci. Ponadto staªe nara»enie bªony komórkowej erytrocytów na dziaªanie wolnych rodników i wysokiego stresu oksydacyjnego powoduje zmiany strukturalne i ilo±ciowe wyst¦puj¡cych w niej skªadników (np. ubytek ilo±ci ankirynowego biaªka pasma 2.1 [10], procentowy wzrost G-aktyny [11]). Stan ten skraca czas »ycia krwinek czerwonych wywoªuj¡c hemoliz¦ [34]. Hemoglobina glikonowana HbA1c jest najbardziej znanym, zmienionym podczas glikacji biaªkiem, które wykorzystywane jest jako wska¹nik w ocenie poziomu cukrzycy. 14. Wska¹nik peroksydacji lipidów. 3.1. Cukrzyca.