Oxidativní stres.

Prezentace na téma: "Oxidativní stres."— Transkript prezentace:

1 Oxidativní stres

2 ¨ . O—O Volné radikály Částice s nepárovým elektronem 2s 2p
superoxidový anion O2- kyslík - O - 1s2 2s2 2p4 Vznik radikálů homolytické štěpení vazby přijetí elektronu ztráta elektronu Cl - C - Cl - Cl Cyt P 450 Cl - C Cl O2 + e- O2- O22- - e-

3 Volné radikály Redukce molekulárního kyslíku Redukce +4 e-
Molekulární kyslík O2 (triplet • O-O • nebo singlet O-O:) Redukce +4 e- + 1e- Superoxidový radikál O2- (• O-O:) + 1e- Peroxid vodíku H2O2 (H-O-O-H) ROS (Reactive Oxygen Species) + 1e- Hydroxylový radikál OH (H-O•) + 1e- Voda H2O (H-O-H)

4 Hlavní zdroje volných radikálů
Vznik volných radikálů Metabolismus Mitochondrie Zánět - imunitní reakce Bílé krvinky UV záření Ionizační záření Kouření Znečištění ŽP Poškození DNA Hlavní zdroje volných radikálů Dýchací řetězec v mitochondriích 1 - 4 % O2 při oxidativní fosforilaci přeměněno na superoxid a H2O2 Biotransformace v endoplazmatickém retikulu reakce katalyzované Cyt P450 vedoucí ke vzniku volných radikálů Bílé krvinky ROS jako ochrana při napadení bakteriemi (enzym NADPH - oxidáza) Fentonova reakce přechodových kovů Fe++ + H2O2Fe HO– + HO. Fyzikální faktory UV a X-ray záření

5 Antioxidační mechanismy
GSH GS- SG Antioxidační mechanismy Endogenní antioxidanty enzymatické cytochrom C SOD (superoxid dismutáza) - katalyzuje reakci 2O H+  H2O2 + O2 GSHPx (gluthathion peroxidáza) - kat. 2G-SH + ROOH  GS-SG + H2O + ROH kataláza - kata. 2H2O2  2H2O + O2 neenzymatické (-tokofenol (vitamín E), -karoten, koenzym Q-10, kys. askorbová (vitamín C) apod...) Exogenní antioxidanty stopové prvky Se - vliv na absorpci vitamínu E, součást selenoproteinů Zn - stabilizace buněčných membrán, antagonista Fe

6 Oxidativní stres antioxidační procesy nestačí eliminovat nadbytek volných radikálů Oxidační procesy Antioxidanty Oxidativní stres Ochrana proti OS

7 Oxidativní stres Oxidace fosfolipidů Biologický efekt iniciace
- CH •OH  - CH - + H2O • propagace - CH O2  - COO + H2O - COO • + •OH  - CO • + H2O • terminace - CO• + •OH  - C-O-OH Biologický efekt snížení fluidity fosfolipidické dvojvrstvy, zvýší se výměna fosfolipidů mezi vrstvami, zvýší se prostupnost membrány vliv na funkci membránově vázaných proteinů

8 Oxidativní stres Oxidace proteinů Biologický efekt
fragmentace, koagulace reakce s Fe v hemu změna funkčních skupin Biologický efekt změna aktivity enzymů změna v toku iontů proteolýza

9 Oxidativní stres Oxidace DNA Biologický efekt oxidace deoxyribosy
změna struktury dusíkaté báze - nejčastěji guaninu rozrušení vodíkové vazby Biologický efekt vznik mutace změny v translaci inhibice proteosyntézy

10 Toxikologie těžkých kovů

11 Obecné zákonitosti Účinek výrazně ovlivněn chemickou formou kovu
elementární kov (Pb) anorganické sloučeniny (PbCl2) organokovy (CH3CH2)4Pb Častější chronický účinek spojený s akumulací, než akutní účinek Akumulace v kostech (Pb), vlasech (As), kůži (Ag, As) a měkkých tkáních Dlouhý biologický poločas Toxický účinek často spojen s náhradou esenciálního prvku (Pb-Ca; Cd-Zn; Ni - Mg/Co; As5+ - P5+) Hlavní cílové orgány jsou: organokovy - CNS anorganické ionty - ledviny a místo expozice (plíce, kůže, GI) imunitní systém, při GI aplikaci játra

12 Mechanismy účinku Antidota
Interakce s -SH skupinami enzymů - inaktivace denaturace proteinů porušení struktury buněčných membrán, poškození mitochondrií oxidativní stres katalýza reakcí, při nichž vznikají ROS inhibice antioxidačních enzymů interakce s esenciálními prvky méně častá je interakce s DNA (Cr6+ ; As5+) Antidota chelatační činidla tvorba stabilních hydrofilních komplexů urychlení a zvýšení efektivity exkrece

13 Arsen Lewisit (2-chlorvinil-dichlorarsen)
šedý polokov, ve sloučeninách v ox. stavech 3- (arsenidy), 3+ a 5+ O = As - O - As = O Výroba a použití výroba slitin - zvyšuje odolnost Cu proti korozi, zvyšuje tvrdost a křehkost Au kyselina kakodylová - selektivní herbicid NaAsO3 - defoliant 90 % - konzervace dřeva (H3AsO3), pesticidy a insekticidy (tabák, bavlna,...) Lewisit CH2AsCl3 Pohyb v přírodě organokovové sloučeniny As v humřím a krabím mase kontaminace vodních zdrojů (Argentina, Čína, Taiwan) - „Blackfoot disease“

14 Arsen Mechanismus toxického účinku Toxicita - obecně
vazba na - SH skupiny enzymů a jejich inaktivace blokáda energetického metabolismu buněk (citrátový cyklus) - As3+ blokáda tvorby gluthationu (GSH) - oxidativní stres - As3+ interakce As5+ a P5+ - blokáda tvorby ATP a genotoxicita Toxicita - obecně akutní toxicita sloučenin As3+ vyšší než sloučenin As5+ (absorpce) sloučeniny As5+ více karcinogenní účinky - zejména rakovina plic a kůže organické sloučeniny méně toxické než anorganické (exkrece) sl. rozpustné ve vodě - vyšší akutní toxicita, systémové účinky sl. nerozpustné ve vodě - chronické plicní choroby

15 Arsen Metabolismus Akutní účinky Symptomy Antidotum
T1/2 = 10 h - 3 dny v krvi cirkulující sloučeniny As dobře procházejí placentární bariérou hlavní cílové orgány - játra, ledviny, krev, nervy, kůže a nehty As se ve vysoké míře koncentruje ve vlasech a nehtech, ukládá se též v měkkých tkáních (játra, ledviny) Akutní účinky TD50 As2O3 pro člověka mg, LDL0 = mg, LD50 = mg cesty vstupu - GI, inhalačně (AsH3) i transdermálně Symptomy nejprve sucho a pálení v ústech a jícnu, GI potíže (zvracení, průjem, křeče), stolice a dech mohou páchnout po česneku, závratě, selhání krevního oběhu v důsledku poškození jater a ledvin - během h při expozici AsH3 - bolest hlavy, dušnost, slabost a poté GI symptomy hemolýza a tmavě rudá moč (+4-6 h), žloutenka ( h) Antidotum BAL, DMPS a DMSA

16 Antidota DMSA DMPS Dimerkaptopropan sulfonát sodný
Kyselina 2,3 dimerkaptojantarová DMSA DMPS

17 Arsen Rakovina kůže Mee’s stripes Blackfoot disease Hyperpigmentace
Hyperkeratinóza Blackfoot disease Arsen Subakutní a chronické účinky Symptomy bolestivá distální polyneuropatie - necitlivost chodidel únavnost, anorexie, koliky, poškození kostní dřeně kožní projevy (hyperkeratinóza, hyperpigmentace), nehty („Mee’s nails”) chronická onemocnění jater (cirhóza) a ledvin onemocnění periferního oběhového systému a následná gangréna (“Blackfoot disease”) Reprodukční toxicita malá porodní váha, riziko diabetu, riziko nervových onemocnění Karcinogenita As prokazatelně zvyšuje riziko vzniku rakoviny kůže a plic zvýšené riziko vzniku rakoviny jater

18 Rtuť Výroba a použití elementární rtuť v teploměrech, polarografie
elektrické články - naslouchací přístroje, detektory kouře, hračky rtuťové výbojky - promítací přístroje, reflektory, laboratorní technika katalyzátor při výrobě vinylchloridu součást některých léků - diuretika, antiseptika, dermatologika antibakteriální a fungicidní přísada - nátěry, moření osiva zubařské amalgámy, amalgamace zlatých a stříbrných rud arysloučeniny k denaturaci lihu výroba chloru a louhu sodného

19 Rtuť Mechanismus toxického účinku
inhibice antioxidačních enzymů - SOD a katalázy vazba Hg2+ na - SH skupiny glutathionu (GSH) Hg2+ je pro-oxidant - zvyšuje množství H2O2 vazba na Se - inhibice GSHPx Oxidativní stres snížená produkce neurotransmiterů inhibice celé řady hormonů - hormony štítné žlázy, testosteron, katecholaminy nekróza nervových buněk

20 Rtuť Rtuť (Hg) Tři toxikologicky odlišné formy rtuti Absorpce
elementární - Hgo (teploměry, elektrody, výroba kovů, amalgámy) anorganická - Hg+ a Hg2+ (vydělávání kůží, zpracování plsti) organická - methylrtuť (moření osiva, metabolizace anorg. Hg) Rtuť tři toxikologicky odlišné formy rtuti - elementární, anorganická a organická Absorpce elementární rtuť vstřebává se ve formě par plícemi (z 80 %) , má vysokou afinitu k červeným krvinkám a snadno prostupuje přes hematoencefalickou bariérou, prakticky se neabsorbuje v GI, kůží se absorbuje ve formě mastí anorganické ionty se v GI vstřebávají poměrně málo (asi ze 7 %) methylrtuť se vstřebává dobře (95 %), velmi snadno prostupuje do CNS Distribuce elementární a anorganická rtuť se koncentruje v ledvinách a červených krvinkách organická rtuť se koncentruje v CNS (týlní lalok velkého mozku a mozeček), snadno prochází placentární bariérou - koncentruje se v plodu, dále se koncentruje ve vlasech a kůži

21 Rtuť Exkrece Biotransformace
enterohepatická cirkulace - z Hg2+ v játrech vzniká methylrtuť, ta podlehne v tenkém střevu hydrolýze, je znovu absorbována T1/2 methylrtuť = 70 dní, T1/2 anorg. = 40 dní, T1/2 elementární = dní Biotransformace elementární rtuť a Hg22+ ionty jsou oxidovány na Hg2+ - zvýšení toxicity některé bakterie jsou schopné methylovat rtuť

22

23 Rtuť Akrodinie Akutní orální toxicita Elementární Hg - akutní účinky
LD50 potkan Hg2Cl mg/kg LD50 potkan Hg (CN) mg/kg LD50 potkan Hg2 SO mg/kg LD50 potkan Hg SO mg/kg LD50 myš Hg2Cl mg/kg LD50 myš Hg (CN) mg/kg LD50 myš Hg2 SO mg/kg LD50 myš Hg SO mg/kg Akrodinie Rtuť Elementární Hg - akutní účinky inhalace par - poleptání dýchacích cest, bronchitida, pneumonitida poškození ledvin a CNS Anorganická Hg - akutní účinky HgCl2 - při požití leptá GI, způsobuje hnisavé vředy, silnější účinek na ledviny a slabší na CNS než Hg0 Hg2Cl2 - méně toxický než Hg2+ - hůře se vstřebává Elementární a anorganická Hg - chronické účinky poškození CNS - třes, excitovanost nebo apatie, změny osobnosti - nepříčetnost, halucinace zvětšení štítné žlázy, zánět dásní, slinění, zrychlení srdeční frekvence nefrotický syndrom děti 4 měsíce - 4 roky - akrodynie („Růžová nemoc“)

24 Rtuť Minamata (1952) Organické sloučeniny Hg
Frekvence jednotlivých symptomů - „Minamata disease“ (v %) Popis symptomu plod děti dospělí Snížení mentální výkonnosti Source: (Environmental Mercury Contamination: Hartung & Dinman, Ann Arbor Science Publishers Inc., 1972) Ataxie Poruchy chůze Poruchy řeči Poruchy sluchu ? Zúžení zorného pole ? 100 Poruchy žvýkání a polykání Nevědomé pohyby (tiky) Nadměrné slinění Hlasitý smích Foto: W. Eugene Smith Minamata (1952) Rtuť Organické sloučeniny Hg methylrtuť se přednostně koncentruje v mozku, pomalá demethylace fenylrtuť je méně toxická nekróza nervových buněk u zvířat zjištěno i poškození chromozomů „Minamata disease“ odpadní vody z továrny na výrobu plastů s vysokým obsahem síranu a chloridu rtuťnatého vypouštěny do zátoky Minamata (Japonsko) mořské řasy - methylace, akumulace methylrtuti v rybách celkem onemocnělo 397 lidí, na následky zemřelo 68 (včetně 22 potratů) mnoho dětí narozených v rozmezí let mentální retardace, poruchy motorického svalstva Bakir et al., 1973: V Iráku 6000 lidí otráveno (459 zemřelo) methylrtutí po požití chleba z mouky vyrobené z ošetřeného obilí, koncentrace Hg v mouce 4,8 - 14,6 g/g, rozsah Hg v krvi g/DL, toxické projevy- paralýza, poškození zraku a sluchu, porucha artikulace, koma smrt při více než 300 g/DL.

25 Toxicita Hg - přehled

26 Rtuť Zásady při zacházení Antidota
pro úklid kovové Hg nepoužívat vysavač větrat pozor na poškození zlatých šperků použití Zn prášku, následně 5-10 % H2SO4 Antidota BAL - koncentruje Hg v mozkové tkáni D - penicilamin - alergie EDTA - odstraňuje Hg pouze z krve a povrchu buněk DMSA - odstraňuje Hg z mozku, jater a ledvin