Biomarkery wrażliwości i skutku PDF

c. Narażenie na dym tytoniowy Nikotyna – alkaloid pirymidynowy, substancja psychoaktywna, pobudza receptory cholinergiczne w zwojach autonomicznych i nadnerczach. Wysokie powinowactwo do tkanki nerwowej (występuje w niej dużo receptorów nikotynowych receptorów cholinergiczn...

c. Narażenie na dym tytoniowy Nikotyna – alkaloid pirymidynowy, substancja psychoaktywna, pobudza receptory cholinergiczne w zwojach autonomicznych i nadnerczach. Wysokie powinowactwo do tkanki nerwowej (występuje w niej dużo receptorów nikotynowych receptorów cholinergicznych) Wchłania się w głównie w drogach oddechowych i przewodnie pokarmowym Może być markerem ekspozycji na dym papierosowym Obecność można wykryć we krwi, moczu, ślinie, włosach Najwyższe stężenie o występuje po około 2 minutach (droga inhalacyjna) o po 30 min jeżeli przyjęto przez błonę śluzową JU Okres półtrwania to 2,5 h, po 8 h abstynencji nikotynowej osób palących nie stwierdza się nikotyny ani w krwi, ani w moczu. Metabolizowana gł. w wątrobie. W mniejszych ilościach w płucach i nerkach. W 80% ulega biotransformacji do kotyniny za pośrednictwem oksydacji. Kotynina była wykorzystywana jako marker ekspozycji na dym tytoniowy. Połowiczny czas eliminacji kotyniny wynosi około 16 h (występuje znacząca zmienność osobnicza w zakresie metabolizmu i usuwania kotyniny i nikotyny), dlatego można jej użyć jako biomarkera (eliminacja przebiega dużo wolniej niż nikotyny). Wydalana głównie z moczem. Łatwe oznaczenie odzwierciedla narażenie osoby na dym tytoniowy w okresie do 3 dni od zaprzestania palenia. XIII. Biomarkery efektu (skutku) Biomarkery efektu (skutku) - Wszystkie mierzalne, wczesne efekty działania ksenobiotyków. Skutki fizjologiczne, biochemiczne, behawioralne obserwowane w organizmie, będące odpowiedzią na narażenie. Mogą być powiązane z zaburzeniami podprogowymi zdrowia. Mogą mieć związek z zaburzeniami przemian metabolicznych, biochemicznych, zmianą aktywności enzymów i hormonów, generowaniem stresu oksydacyjnego w komórce i uszkodzeniami DNA i chromosomów. Mogą służyć do rozpoznawania źródła szkodliwego ksenobiotyku, wykrycia zmian przedklinicznych, zaplanowania postępowania terapeutycznego, określenia rokowania. a. Zatrucie rtęcią (biomarkery) zaburzenia funkcji układu nerwowego (obecność polineuropatii, encefalopatii) zaburzenia funkcji nerek (objawy niewydolności nerek) Aby podnieść swoistość, dokładność diagnostyki przeprowadza się diagnostykę biomarkerów na poziomie komórkowym i tkankowym analizujemy markery uszkodzenia konkretnego narządu. Np. w przypadku uszkodzenia nerek Wzrost poziomu kreatyniny w surowicy i moczu Oznaczenie stężenia kreatyniny w surowicy (przydatne w diagnostyce fizjologii nerek i chorób przemiany materii.) Kreatynina - produkt przemian białka i jeden z głównych związków azotowych we krwi. W praktyce medycznej jest sprawdzonym klinicznie wskaźnikiem biochemicznym stanu nerek. Wynik jest wydawany łącznie z wyliczonym współczynnikiem filtracji kłębuszkowym, jest późnym markerem dysfunkcji i mało swoistym. 32  Cystatyna C Wcześniejszy endogenny marker dysfunkcji nerek względem kreatyniny stosowany także do monitorowania progresji niewydolności nerek to białko, inhibitor proteaz uwalniane do krwi przez wszystkie komórki jądrzaste. Wzrost stężenia cystatyny C pojawia się podobnie do wzrostu stężenia kreatyniny przy znacznym, bo 60% ubytku czynnych nefronów. α1-mikroglobulina Nieswoisty marker Wzrost w chorobach nowotworowych i immunologicznych Makrer filtracji kłębuszkowej β2-mikroglobulina Marker nieswoisty uszkodzenia kłębuszka nerkowego Białko układu antygenu HLA 1 występuje na wszystkich komórkach zawierających jądro Lipokaina Nowoczesny, bardzo swoisty Białko związane z żelatynazą neutrofilów Jest wskaźnikiem morfotycznym. Wzrost stężenia w moczu i surowicy informuje o uszkodzaniach nabłonka cewek nerkowych Fosfataza alkaliczna, gamma glutamylotranspeptydaza, aminopeptydaza alaninowa w moczu Enzymuria – objaw uszkodzenia cewek nerkowych, zwiększone wydalanie enzymów rąbka szczoteczkowego. Ograniczona swoistość. b. Zatrucie pestycydami fosfoorganicznymi (biomarkery) Wywołują skutki biologiczne głównie jako inhibitory cholinoesteraz. Cholinoesterazy Z grupy hydrolaz Katalizują hydrolizę estrów choliny Najważniejsza funkcja to hydroliza acetylocholiny w połączeniach nerwowo-mięśniowych przez co inaktywują neuroprzekaźnictwo cholinergiczne. Cholinoesteraza osoczowa może być wykorzystywana jako marker ekspozycji na pestycydy. Acetylocholinoesteraza krwinkowa znalazła zastosowanie zarówno jako biomarker ekspozycji i skutku zdrowotnego. Katalizuje hydrolityczne rozstrzępienie acetylocholiny do kwasu octowego i choliny. Występowanie znacznego zróżnicowania w stopniu zahamowania aktywności cholinoesterazy osoczowej i acetylocholinoesterazy krwinkowej przez pestycydy fosforoorganiczne o odmiennej strukturze chemicznej powoduje, że w zależności od tego jaki pestycyd jest w ekspozycji, jaki jest jego charakter chemiczny można oznaczać zarówno jeden jak i drugi enzym. Typowy biomarker skutkuów powodowanych przez neurotoksyny środowiskowe w tym pestycydy fosfoorganiczne jest docelowa esteraza neuropatyczna. Esterazę neuropatyczną można używać do monitorowania zagrożeń zdrowotnych jakie występują u osób 33 eksponowanych na niektóre pestycydy fosfoorganiczne, powodujące występowanie u narażonych osób opóźnionej neuropatii, z postępującą degeneracją długich aksonów rdzenia kręgowego i neuronów obwodowych. Zahamowanie aktywności acetylocholinoesterazy prowadzi do nadmiernego nagromadzenia się acetylocholiny na zakończeniach włókien nerwowych co powoduje przerwanie transmisji nerwowej. Gromadzenie się prowadzi do zniesienia reaktywności receptora cholinergicznego, zaburzenia równowagi między podstawowymi neuroprzekaźnikami w OUN, zaburzenia metabolizmu komórek nerwowych. d. Uszkodzenia płuc (biomarkery) Na skutek: 1. Palenia papierosów 2. Narażenia na metale ciężkie 3. Narażenia na metale ciężkie i rozpuszczalniki organiczne 4. Wdychaniu gazów utleniających 5. Wdychaniu pochondnych ropy naftowej Można oznaczyć za pomocą: markerów uszkodzenia płuc markerów zwłóknienia mniej swoistych markerów stresu oksydacyjnego. Surfaktant-D – hydrofilowe białko wytwarzane przez pneumocyty typu II. obiecujący swoisty marker stanu zapalnego markeruszkodzenia tkanki płuc przez palenie papierosów wykrywany również w osoczu u osób zdrowych, jednak systemowa ekspresja jest bardzo niewielka. Wraz z uszkodzeniem płuc dochodzi do zwiększenia ich przepuszczalności i przechodzenia surfaktantu-D do krążenia systemowego. TBARS poziom produktów peroksydacji reagujących z kwasem tiobarbiturowym wyznacza poziom uszkodzenia błon komórkowych Izoprostany biomarkery lipidowej peroksydacji Wzrost w BALF (płyn z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego) liczby neutrofili stężenia cytokiny TNF- α z makrofagów Służą jako lokalne markery zapalenia w płucu TGF- β zwiększenie stężenia uważane za marker zwłóknienia 34  XIV. Markery wrażliwości Markery wrażliwości - Biomarkery indywidualnej odpowiedzi organizmu na narażenie na ksenobiotyki w tym na substancje chemiczne. Wiele różnych czynników ma wpływ na indywidualną odpowiedź organizmu. Czynniki mające wpływ na wrażliwość: Czynniki środowiskowe o Dieta o styl życia o poziom aktywności fizycznej Mechanizmy dostosowawcze do środowiska o Wiek o stan biologiczny o homeostaza wewnątrzwydzielnicza o działanie enzymów metabolizujących ksenobiotyki o tempo metabolizmu kseonobiotyków Wszystkie wpisują się również w uwarunkowania genetyczne. Różnice wynikają z polimorfizmów genetycznego kluczowych genów uczestniczących w metabolizmie ksenobiotyków oraz z mechanizmów epigenetycznych (wspomniane wcześniej). Wrażliwość osobnicza uzależniona jest od wskaźników wrodzonej i nabytej zdolności organizmu do odpowiedzi na określony, szkodliwy czynnik środowiskowy. Ważnym czynnikiem są polimorfizmy genetyczne warunkujące aktywność enzymów biorących udział w biotransformacji ksenobiotyków fazy I i II (oksygenazy, transferazy, hydrogenazy). Farmakogenetyka zajmuje się zagadnieniami polimorfizmów w poszczególnych genach w korelacji z odpowiedzią na ksenobiotyki (na lek). a. Białka z rodziny cytochromów Białka z rodziny cytochromów – grupa białek uczestniczących w transporcie elektronów w procesie fosforylacji oksydacyjnej. Cytochrom P-450 W mikrosomach cytochrom P-450 uczestniczy w metabolizmie ksenobiotyków. Białko enzymatyczne katalizujące przemiany metaboliczne fazy I obejmujące utlenianie wielu związków endo i egzogennych. Metabolizuje niektóre powszechnie srosowane rozpuszczalniki, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i składniki występujące w dymie tytoniowym. Poznano wiele izoenzymów cytochromu P-450, wykazują one duże powinowactwo sekwencji aminokwasów, różnią się wyraźnie pod względem katalizowania. Są izolowane z wątroby oraz z tkanek pozawątrobowych 35 W tkankach pozawątrobowych w przemianach leków i innych egzogennych substancji chemicznych uczestniczą przede wszystkim CYP1A1 i CYP1B1. Nadaja one lipofilowym ksenobiotykom charakter hydrofilowy co jest kluczowe w procesie detoksykacji. WWA – wielopierścieniowy węglowodór aromatyczny CYP1A2 – metabolizm substancji toksycznych zawartych w dymie papierosowym CYP2A6 – metabolizm nikotyny do kotyniny Osoby z odmianami allelicznymi CYP2A6 mają upośledzony metabolizm nikotyny Ú są chronione przed uzależnieniem się od tytoniu. α1 antytrypsyna Niedobór aktywności lub jej brak jest uwarunkowany genetycznie Niedobór jest spowodowany autosomalnym allelem recesywnym Defekt wytrwarzania ww. substancji w wątrobie Ú zwiększona skłonność do uszkodzeń pęcherzyków przez ozon, dym i inne zanieczyszczenia. Ma to związek z wystąpieniem rozedmy płuc, ponieważ ma miejsce wzrost akrywności elastazy neutrofilowej b. Markery wrażliwości na etanol 4 drogi biochemicznych przemian etanolu w organizmie człowieka 1) utlenianie (alkohol etylowy -> aldehyd octowy) przy użyciu dehydrogenazy alkoholowej (ADH) a następnie przekształcenie aldehydu do octanu poprzez dehydrogenazę acetaldehydową (ALDH) 2) mikrosomalny system utleniania zlokalizowany w siateczce endoplazmatycznej oparty o udział metabolizowania alkoholu przez cytochrom P-450 (przeważa przy długotrwałym przewlekłym) 3) szlak katalazy (utlenianie przy użyciu nadtlenku wodoru) 4) szlaki nieoksydacyjne Markerami wrażliwości są polimorfizmy dehydrogenazy. Z nimi związane: różne reakcje osobnicze na alkohol różne tempo metabolizmu 36 37