Każdy układ żywy może być traktowany jako układ regulacji, który potrafi utrzymać wielkość regulowana na danym poziomie. Układ taki charakteryzuje się określoną liczbą wejść i wyjść.
W układzie regulacji
- układ regulujący / sterowany
- układ regulowany
Jeśli sygnał jest stały to układ pozostaje w równowadze. W obrębie układu regulującego znajduje się sumator ( komparator ), który jest elementem porównawczym między sygnałem normy a sygnałem docierającym. Jeżeli jest odchylenie od sygnału normy wtedy powstaje sygnał błędu, który dociera do regulatora, który wysyła sygnał do układu regulowanego, który to układ może zachować się dwojako à
1. jeśli sygnał ten dociera do komparatora z ‘ – ‘ to sygnał błędu jest minimalizowany i mamy do czynienia ze sprzężeniem zwrotnym ujemnym.
2. jeśli sygnał dochodzący jest z ‘ + ‘ to sygnał błędu jest wzmacniany i jest to sprzężenie zwrotne dodatnie. Układ wtedy niestabilny i jest układem wzmacniającym się.
Układ regulujący ma za zadanie zminimalizowanie odchylenia, oscylacje o zmniejszającej się amplitudzie ( np. zmiana stężenia glukozy po wysiłku )
Silne tłumienie aperiodyczne, szybki powrót do równowagi, ale może rozregulować układ.
Gdy oscylacje nasilają się A układ niestabilny à sprzężenie zwrotne dodatnie – max wychylenia od stanu równowagi. W tym przypadku może powstać tzw błędne koło, które prowadzi do nasilenia procesów aż do wyczerpania układu.
Układy żywe to przykład układów ultrastabilnych, maja przetwornik pamięci, który jest układem adaptującym – pamięta jaki czynnik występuje i jak on zadziałał. Ma zdolność przestrajania komparatora na wyższy poziom normy, ale do pewnej granicy bo może się stać że jest niemożliwe przestrojenie komparatora à choroba adaptacyjna à układ nie może przystosować się do nowych warunków środowiska ( np. za wysoki poziom cukru we krwi. )
Choroby nowotworowe
Nowotwory złośliwe – swoisty rodzaj choroby genetycznej, stanowią duży problem społeczny. W Polsce co roku zapada na nie ok. 110 tys osób.
Choroby nowotworowe mają ścisły związek z czynnikami karcynogennymi działającymi w środowisku człowieka. Ok. 80 % z nich wywołane jest czynnikami środowiska. W tym również nawyków – palenie tytoniu.
Rak zaczyna powstawać wtedy gdy komórka wyłamuje się spod kontroli mechanizmów decydujących o jej podziałach i lokalizacji.
W warunkach prawidłowych istnieje równowaga między tempem podziału komórki a ich utratą. W przypadku nowotworów więcej komórek przybywa niż ginie. Niepohamowane wzrost związany jest z dużą niestabilnością, utratą zdolności różnicowania, nabyciem zdolności naciekania – migracji oraz kolonizacji czyli inwazji obszarów zwykle zajmowanych przez inne rodzaje komórek.
Większość zmian odróżniających komórki nowotworowe od normalnych to zmiany ilościowe rzadziej jakościowe.
Komórki nowotworowe zmieniają kształt, nabywają zdolności do nieograniczonej proliferacji. Stają się nieśmiertelne oraz częściowo lub całkowicie tracą zdolność przylegania do siebie i do macierzy pozakomórkowej.
Zmiany w komórkach mogą dotyczyć
I. w błonie komórkowej à transportu metabolicznego, ruchliwości białek błonowych, intensywności tworzenia pęcherzyków błonowych.
II. zmiany adhezyjne
- adhezji powierzchniowej
- nieprawidłowa organizacja filamentów aktynowych
- nadprodukcja aktywatora plazminogenu
III. zmiany we wzroście i podziałach komórek
- ¯ zapotrzebowania na czynniki wzrostowe
- nabycie zdolności do nieograniczonych proliferacji – nieśmiertelność
- nabycie zdolności do proliferacji zawiesinie
Przekształcanie komórek prawidłowych w nowotworowe à transformacja nowotworowa i jest następstwem zmian w różnych genach.
Proces złożony wieloetapowy i długim procesem utajenia ( u człowieka od kilku lat np. występowanie białaczek u ludzi napromieniowanych po wybuchu – 20 – 30 lat u ludzi eksponowanych na chemiczne czynniki nowotworowe. )
W okresie utajenia komórka przechodzi wiele zmian, które w konsekwencji przekształacaja jej fenotyp z prawidłowego na nowotworowy à 4 etapy
1. preinicjacja – komórka narażona na prekarcynogeny i karcynogeny
- czynniki fizyczne – promieniowanie jonizujące
- czynniki chemiczne – ze środowiska zewnętrznego – benzofluoran, safrol, amigdalina, tomasyna etc.
- czynniki biologiczne – wirusy, toksyny, bakterie i pasożyty
- zaburzenia hormonalne – nadmiar estrogenu
Na tym etapie istotne są predyspozycje genetyczne ( ten etap trwa przez całe nasze życie ). Informacje wirusowe stanowią około 20 %
ë wirus zapalenia wątroby typu B – hepatitis B à rak wątroby ( wirus HBV )
ë wirus Epsteina – Barra ( EBV ) à chłoniak Burkitta, chłoniaki z ................... B u osób z niedoborem odporności, rak części nosowej gardła
ë wirus opryszczki typu II ( Herpex simplex wirus HSV II ) à rak szyjki macicy
ë ludzki wirus brodawczaka ( Human papillo ma wirus HPV ) à rak zewnętrznych narządów płciowych, rak odbytu lub skóry
ë ludzki retrowirus T-limfocytozy typu I HTL 1 à białaczka dorosłych wywodząca się z limfocytów T
Jeżeli przyjmiemy że ryzyko nowotworu u osób zdrowych wynosi 1 na 1000 to u osób z predyspozycja genetyczna już 1 na 100. jest to zespół predyspozycji zapadania na nowotwory występujące w rodzinach.
- gruczolowatość, polipowatość jelita grubego
- retinoblastoma
- guz Wilmsa
- zespół Li-Fraumeni - zapadalności na raka sutka u kobiet
- zespół wpływający na metabolizm związków rakotwórczych uszkodzonych enzymów biorących udział w metabolizmie
- zespół defektywnej reperacji uszkodzeń materiału genetycznego
o Xerodermia pigmentorium
o Ataxia teleangiectaria
Chorzy z tymi defektami genetycznymi zapadalności na choroby nowotworowe
U ludzi nowotwory uwarunkowane genetycznie stanowią kilka % wszystkich.
2. właściwa inicjacja – rozpoczyna się wraz z pojawieniem się I mutacji. Kolejne mutacje mogą występować spontanicznie, ale mogą również być wynikiem działania czynników z etapu pierwszego i prowadzą do transformacji. Okres od kilku do kilkudziesięciu lat. Mutacje niezbędne po przeprowadzeniu komórki prawidłowej w nowotworową tworzą tzw tor mutacyjny. Jeżeli pierwsza z mutacji toru zostaje odziedziczona to czas niezbędny do transformacji komórki nowotworowej zostaje skrócony bardzo znacznie z kilkudziesięciu do kilku lat. Wspólnymi cechami wszystkich dziedzicznych nowotworów jest tendencja do zapadania w młodym wieku, wieloogniskowość i występowanie obustronnie guzów w narządach parzystych.
3. promocja – komórki nowotworowe zwiększają swoją aktywność mitotyczną. Coraz większa liczba genów ulega mutacjom. Dochodzi do zmian jakościowych i ilościowych w chromosomach. Powstają różne subklony komórek nowotworowe prowadzące do utworzenia ograniczonego rozrostu nowotworu liczącego 106 – 107 komórek. Nowotwór insitu – otacza zazwyczaj naczynie krwionośne, które dostarcza substancji odżywczych i tlenu, pozostałe komórki wymierają. Czynniki wzrostu wydzielane przez naczynie mogą stymulować komórki nowotworowe do wzrostu. Etap ten trwa krócej niż kilka lat. W fazie tej niektóre cechy fenotypowe np. zahamowanie różnicowania i inwazyjność mogą zostać odwrócone – fakt ten wykorzystuje się w praktyce w zmianach przedrukowych – leukoplachii? – czynniki antypromocyjne – cykliczne nukleotydy, retinoidy, niektóre hormony.
4. progresja – trwa od kilku miesięcy do kilku lat. Komórka guza coraz większe zmiany w genomie. Dalsza presja selektywna powoduje powstawanie klonów komórek które nabywaja zdolności do swobodnej migracji i przemieszczania się w inne rejony organizmu. Cechami tego typu klonu są duże zmiany we właściwościach adhezyjnych białek błon komórkowych oraz znaczny wzrost poziomu enzymów proteolitycznych głównie kolagenozy czwartej. W powstawaniu komórek nowotworowych towarzyszy wiele zmian w materiale genetycznym. Kolejne mutacje zmieniają komórkę prawidłową w nowotworową. Przeciętny tor mutacyjny liczy od kilku do kilkunastu niezależnych mutacji w różnych genach ( do dziś poznano w całości tylko tor raka jelita grubego ).
Tor mutacyjny RAKA JELITA GRUBEGO
nabłonek prawidłowy
utrata genu reparatywnego nowotworu APC
nadmierna proliferacja nabłonka
aktywacja onkogenu ras
mały guz łagodny
utrata genu supresorowego nowotworu DCC
guz duży
utrata genu supresorowego nowotworu P53
guz inwazyjny
szybka akumulacja mutacji
przerzuty
DNA komórki prawidłowej zawiera wiele genów odpowiedzialnych za nowotwory
- onkogeny komórkowe ( –onc )
- protoenkogeny ( proto –onc )
Wiele z tych onkogenów jest homologicznych z wirusowymi w 20 – 90 % à r –onc
Mutacje protoonkogenów powodują, że ich zmienione produkty białkowe upodabniaja się w działaniu do produktów wirusowych.
Antyonkogeny – geny supresorowe transformacji nowotworowej.
Wiele protoonkogenów koduje czynniki wzrostu i ich receptory. Inne kodują białka wiążące GTP, czynniki transkrypcyjne.
ONKOGEN
FUNKCJE PROD.
yes, sea, ras
kineza białkowa trypsyny
sis
czynnik wzrostu PDGT
fms
recesywny czynnik wzrostu M-ISP
mas
recesywne angiotensyny
...