Konference: 2004 XXVIII. Brněnské onkologické dny a XVIII. Konference pro sestry a laboranty
Kategorie: Onkologická diagnostika
Téma: Molekulární a laboratorní diagnostika nádorů
Číslo abstraktu: 43
Autoři: Doc. MUDr. Zdeněk Wilhelm, CSc.
Rozvoj onkologické transformace buňky je několikastupňový proces,
který se netýká pouze omezeného počtu buněk, je to děj, který
zasahuje celý organismus. Záleží na řadě dalších faktorů, zda
onkologická transformace bude dále pokračovat, či se zastaví.
Proces transformace buňky bývá členěn do několika stupňů:
Zdravá buňka je – na rozdíl od prekancerózní – pod kontrolou a pokud se začíná regulační kontrole vymykat, nastupují děje, které další vývoj preneoplastické buňky inhibují či změněnou buň ku odstraní, ať už mechanismy imunologickými, nebo řízeným procesem smrti – apoptózou. Ve chvíli progrese neoplastických procesů jsme současně svědky významných metabolických změn.
Metabolismus sacharidů je pozměněn velmi podobným způsobem, jako je tomu u nemocných s diabetem mellitus II a nemocných ve stresu. U onkologicky nemocného dochází k vystupň ování jaterní glukoneogenze (o 25 – 40%). Rozdíl oproti nemocným s DM II spočívá v tom, že při hladovění dochází u diabetiků ke snížení produkce glukózy, u onkologicky nemocného nikoliv. Zvyšuje se využitelnost prekursorů glukoneogeneze –glycerolu, laktátu, alaninu s výsledkem hyperglykémie i inzulinové rezisztence. Narůstá obrat Coriho cyklu, kde se recyklují uhlíkaté kostry glukózy.
V případě metabolismu tuků dochází k výraznému poklesu lipidových zásob a to jak z důvodů sníženého příjmu, tak i zvýšeného odbourávání. Jedná se především o zvýšení oxidace volných mastných kyselin, které se v séru projeví poklesem lipidů. Mobilizace lipidů je facilitována lipolytickými substancemi, které indukují uvolň ování volných mastných kyselin z tukové tkáně. Tento stav nelze potlačit infúzemi glukózy, stav spíše svědčí pro zátěž přítomného nádoru.
Metabolismus proteinů je charakterizován významným katabolismem. O nádoru se někdy hovoří jako o „nitrogen sink“ s rozvojem nejenom deplece masy proteinů lidského organismu, ale i změnami v metabolismu proteinů. Obrat proteinů je významně zvýšen, kdy obě jaterní funkce – jak syntéza tak katabolismus proteinů jsou na úrovni jaterní tkáně vystupň ovány. Syntéza svalových proteinů je snížena a zvyšuje se celková ztráta svalových proteinů.
Fyziologicky za hladovění dochází k poklesu syntézy, u onkologicky nemocného vidíme rozvoj nedostatečné metabolické odezvy, která je naopak přítomna při hladovění a stresu.
Metabolický obraz doplň uje snížená aktivita Krebsova cyklu i respiračního řetězce v důsledku poškození mitochondrií, zvy-
šená tvorba NADPH a ribosy, zvyšuje se obsah GMT.
Výsledkem pozměněného intermediárního metabolismu je významné snížení tvorby univerzálního energetického zdroje ATP.
Jakou úlohu hrají v kancerogenezi makro– a mikrominerály? Z několika dějů, jichž se účastní, se zmíníme o následujících:
Klidový membránový potenciál buňky
Na udržování fyziologických koncentrací kationtů v extra– a intracelulárním prostředí se podílí řada ATPáz (Mg2+, Na+/K+, Ca2+). Výsledkem je, že za fyziologických podmínek v klidu převažují intracelulárně K+ aMg2+, extracelulárně pak Na+ aCa2+. V případě vápenatých iontů je rozdíl mezi extra– a intracelulárním prostředí až několik řádů: 103 – 104. Snížením tvorby ATP v důsledku metabolických změn na úrovni buňky dochází k posunu v zastoupení iontů, kdy z buňky zvýšeně unikají ionty K+ a Mg2+, naopak do buňky proniká více iontů Na+ a Ca2+. Tyto iontové změny jsou považovány za první skryté známky možné onkologické transformace buňky. Pokles nitrobuněčné koncentrace hořčíku se dává navíc do souvislosti se sníženou stabilitou DNA a možným poškozením bazí nukleových kyselin s následným výskytem mutací a translačních změn.
Metabolismus kyslíku
Kyslík, jehož význam je v organismu člověka nezastupitelný, tvoří řadu tzv. reaktivních forem kyslíku (ROS). Ty vedle významných fyziologických funkcí mají i řadu nepříznivých patofyziologických vlastností s těsným vztahem k neoplastickým buněčným změnám.
Za klíčové se pak označují enzymatické systémy, které již vzniklé ROS dokáží inaktivovat.
K antioxidačním enzymovým systémům se řadí především skupina superoxiddizmutáz (SOD). Cu, Zn-SOD (SOD1) se vyskytuje v cytosolu mezi vnější a vnitřní membránou mitochondrie. Přenos elektronu mezi jednotlivými molekulami superoxidu je vázán na atom mědi. Měď s navázaným elektronem se následně redukuje a opět oxiduje, přičemž přítomnost zinku má stabilizující vliv na probíhající reakce, jichž se sám přímo neúčastní.
Jinou superoxiddismutázou, označovanou jako SOD2, je Mn-SOD. Ta se nachází v matrix mitochondrie a ústřední roli zde zastává atom manganu. Další významnou skupinou jsou enzymy, které inaktivují intracelulární hydroperoxidy a v jejichž molekule zaujímá ústřední roli selen. Je součástí čtyř enzymů – cytosolové GSH-glutathionperoxidázy (nacházíme ji i v erytrocytu), membránové fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidázy (ta se současně podílí i na regulaci tvorby prostaglandinů a leukotrienů) a zbývající dvě peroxidázy, jejichž význam nebyl ještě u člověka detailně popsán – gastrointestinální (giGPx) a plazmatická glutathioperoxidáza (pGPx).
V oxidačním poškození organismu ale i v jeho ochraně hraje významnou úlohu železo. Formy, kdy jsou kationty železa vázány na fosfát, citrát, ATP neškodí, dokonce transferin, feritin jsou příklady antioxidačních sloučenin železa. Na druhé straně formy Fe2+ aFe3+ se projevují jako velmi silný zdroj ROS.
Další enzymové systémy
Zinek je součástí několika enzymů: alkoholdehydrogenáza, která se účastní oxidace etylakoholu, zvyšuje syntézu jaterních TAG, snižuje oxidaci mastných kyselin a inhibuje citrátový cyklus. Karboanhydrasa má významné postavení ve vylučování kationtů ledvinami alkalická fosfatáza je přímo markrem přítomnosti metastáz a karcinomu prostaty v organismu.
Hořčík je součástí více jak 310 enzymových systémů, jeho nedostatek zpomaluje klíčové reakce glykolýzy na úrovni enzymů (hexokináza, glukózo-6-fosfatáza, pyruvátkináza – společně s ionty K+), pro metabolismus nukleových kyselin je jeho přítomnost nezbytná pro transkripci a translaci, v případě lipidů ovlivň uje oxidaci mastných kyselin, podílí se na regulaci tvorby prostaglandinů, ovlivň uje Krebsův cyklus.
Kationty Mn2+ jsou v molekule enzymu arginázy, která se podílí na hydrolytickém štěpení guanidinové skupiny argininu a tedy na tvorbě močoviny.
Molybden je součástí xanthinoxidáz, které se uplatň ují při metabolismu purinových bazí a následného vzniku kyseliny močové, která má antioxidační vlastnosti.
Imunitní reakce
Přítomnost kationtů se v imunologických reakcích uplatň uje přinejmenším dvěma mechanismy.
Pokud hovoříme o změnách metabolismu onkologicky nemocného, neměli bychom podceň ovat sledování minerálů i jejich metabolismus, který významným způsobem ovlivň uje i výsledné projevy – včetně malnutrice. Pro další klinické úvahy jsou velmi důležitá sledování makrominerálů v séru i moči.
Hypokalemie
Hyponatremie
Hypokalcemie
Hypomagnezemie
Hyperkalemie
Hyperfosfatemie
Hyperkalcemie
Hyperkalciurie
Hyperfosfaturie
Klinická úvaha, opírající se o patofyziologii makro – i mikrominerálů může významně napomoci ve volbě dalšího léčebného postupu a to nejenom u onkologicky nemocných.
Literatura
Proces transformace buňky bývá členěn do několika stupňů:
- zdravá buňka
- prekancerózní buň ka či buňky – je to fáze tichého onemocnění bez klinických příznaků, kde se může uplatnit primární prevence
- iniciace
- promoce: fáze, kdy je již klinicky detekovatelný přítomný abnormální růst buněk, v této fázi se může uplatnit sekundární prevence
- progrese
- metastázy: fáze s rozvinutým onkologickým onemocněním s přenesením procesu do dalších tkání.
Zdravá buňka je – na rozdíl od prekancerózní – pod kontrolou a pokud se začíná regulační kontrole vymykat, nastupují děje, které další vývoj preneoplastické buňky inhibují či změněnou buň ku odstraní, ať už mechanismy imunologickými, nebo řízeným procesem smrti – apoptózou. Ve chvíli progrese neoplastických procesů jsme současně svědky významných metabolických změn.
Metabolismus sacharidů je pozměněn velmi podobným způsobem, jako je tomu u nemocných s diabetem mellitus II a nemocných ve stresu. U onkologicky nemocného dochází k vystupň ování jaterní glukoneogenze (o 25 – 40%). Rozdíl oproti nemocným s DM II spočívá v tom, že při hladovění dochází u diabetiků ke snížení produkce glukózy, u onkologicky nemocného nikoliv. Zvyšuje se využitelnost prekursorů glukoneogeneze –glycerolu, laktátu, alaninu s výsledkem hyperglykémie i inzulinové rezisztence. Narůstá obrat Coriho cyklu, kde se recyklují uhlíkaté kostry glukózy.
V případě metabolismu tuků dochází k výraznému poklesu lipidových zásob a to jak z důvodů sníženého příjmu, tak i zvýšeného odbourávání. Jedná se především o zvýšení oxidace volných mastných kyselin, které se v séru projeví poklesem lipidů. Mobilizace lipidů je facilitována lipolytickými substancemi, které indukují uvolň ování volných mastných kyselin z tukové tkáně. Tento stav nelze potlačit infúzemi glukózy, stav spíše svědčí pro zátěž přítomného nádoru.
Metabolismus proteinů je charakterizován významným katabolismem. O nádoru se někdy hovoří jako o „nitrogen sink“ s rozvojem nejenom deplece masy proteinů lidského organismu, ale i změnami v metabolismu proteinů. Obrat proteinů je významně zvýšen, kdy obě jaterní funkce – jak syntéza tak katabolismus proteinů jsou na úrovni jaterní tkáně vystupň ovány. Syntéza svalových proteinů je snížena a zvyšuje se celková ztráta svalových proteinů.
Fyziologicky za hladovění dochází k poklesu syntézy, u onkologicky nemocného vidíme rozvoj nedostatečné metabolické odezvy, která je naopak přítomna při hladovění a stresu.
Metabolický obraz doplň uje snížená aktivita Krebsova cyklu i respiračního řetězce v důsledku poškození mitochondrií, zvy-
šená tvorba NADPH a ribosy, zvyšuje se obsah GMT.
Výsledkem pozměněného intermediárního metabolismu je významné snížení tvorby univerzálního energetického zdroje ATP.
Jakou úlohu hrají v kancerogenezi makro– a mikrominerály? Z několika dějů, jichž se účastní, se zmíníme o následujících:
- klidový membránový potenciál buňky
- metabolismus kyslíku
- další enzymové systémy intermediárního metabolismu
- imunitní reakce
Klidový membránový potenciál buňky
Na udržování fyziologických koncentrací kationtů v extra– a intracelulárním prostředí se podílí řada ATPáz (Mg2+, Na+/K+, Ca2+). Výsledkem je, že za fyziologických podmínek v klidu převažují intracelulárně K+ aMg2+, extracelulárně pak Na+ aCa2+. V případě vápenatých iontů je rozdíl mezi extra– a intracelulárním prostředí až několik řádů: 103 – 104. Snížením tvorby ATP v důsledku metabolických změn na úrovni buňky dochází k posunu v zastoupení iontů, kdy z buňky zvýšeně unikají ionty K+ a Mg2+, naopak do buňky proniká více iontů Na+ a Ca2+. Tyto iontové změny jsou považovány za první skryté známky možné onkologické transformace buňky. Pokles nitrobuněčné koncentrace hořčíku se dává navíc do souvislosti se sníženou stabilitou DNA a možným poškozením bazí nukleových kyselin s následným výskytem mutací a translačních změn.
Metabolismus kyslíku
Kyslík, jehož význam je v organismu člověka nezastupitelný, tvoří řadu tzv. reaktivních forem kyslíku (ROS). Ty vedle významných fyziologických funkcí mají i řadu nepříznivých patofyziologických vlastností s těsným vztahem k neoplastickým buněčným změnám.
Za klíčové se pak označují enzymatické systémy, které již vzniklé ROS dokáží inaktivovat.
K antioxidačním enzymovým systémům se řadí především skupina superoxiddizmutáz (SOD). Cu, Zn-SOD (SOD1) se vyskytuje v cytosolu mezi vnější a vnitřní membránou mitochondrie. Přenos elektronu mezi jednotlivými molekulami superoxidu je vázán na atom mědi. Měď s navázaným elektronem se následně redukuje a opět oxiduje, přičemž přítomnost zinku má stabilizující vliv na probíhající reakce, jichž se sám přímo neúčastní.
Jinou superoxiddismutázou, označovanou jako SOD2, je Mn-SOD. Ta se nachází v matrix mitochondrie a ústřední roli zde zastává atom manganu. Další významnou skupinou jsou enzymy, které inaktivují intracelulární hydroperoxidy a v jejichž molekule zaujímá ústřední roli selen. Je součástí čtyř enzymů – cytosolové GSH-glutathionperoxidázy (nacházíme ji i v erytrocytu), membránové fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidázy (ta se současně podílí i na regulaci tvorby prostaglandinů a leukotrienů) a zbývající dvě peroxidázy, jejichž význam nebyl ještě u člověka detailně popsán – gastrointestinální (giGPx) a plazmatická glutathioperoxidáza (pGPx).
V oxidačním poškození organismu ale i v jeho ochraně hraje významnou úlohu železo. Formy, kdy jsou kationty železa vázány na fosfát, citrát, ATP neškodí, dokonce transferin, feritin jsou příklady antioxidačních sloučenin železa. Na druhé straně formy Fe2+ aFe3+ se projevují jako velmi silný zdroj ROS.
Další enzymové systémy
Zinek je součástí několika enzymů: alkoholdehydrogenáza, která se účastní oxidace etylakoholu, zvyšuje syntézu jaterních TAG, snižuje oxidaci mastných kyselin a inhibuje citrátový cyklus. Karboanhydrasa má významné postavení ve vylučování kationtů ledvinami alkalická fosfatáza je přímo markrem přítomnosti metastáz a karcinomu prostaty v organismu.
Hořčík je součástí více jak 310 enzymových systémů, jeho nedostatek zpomaluje klíčové reakce glykolýzy na úrovni enzymů (hexokináza, glukózo-6-fosfatáza, pyruvátkináza – společně s ionty K+), pro metabolismus nukleových kyselin je jeho přítomnost nezbytná pro transkripci a translaci, v případě lipidů ovlivň uje oxidaci mastných kyselin, podílí se na regulaci tvorby prostaglandinů, ovlivň uje Krebsův cyklus.
Kationty Mn2+ jsou v molekule enzymu arginázy, která se podílí na hydrolytickém štěpení guanidinové skupiny argininu a tedy na tvorbě močoviny.
Molybden je součástí xanthinoxidáz, které se uplatň ují při metabolismu purinových bazí a následného vzniku kyseliny močové, která má antioxidační vlastnosti.
Imunitní reakce
Přítomnost kationtů se v imunologických reakcích uplatň uje přinejmenším dvěma mechanismy.
- Neutrofilní leukocyty a makrofágy, které ve svých plazmatických membránách mají enzymový NADPH komplex – obsahující flavocytochrom – využívají forem reaktivního kyslíku v reakcích typických pro nespecifickou imunitu (fagocytóza s následnou lýzou – například bakterie). Zatímco neutrofilní leukocyt je schopen usmrtit asi 5 buněk, makrofágy 50 až 100.
- Příkladem specifické imunologické reakce, vyžadující přítomnost kationtů je reakce cytotoxických lymfocytů T (Tc) při destrukci terčové buňky. Nejprve vzniká specifická vazba mezi Tc a antigenní determinantou terčové buňky. Tento děj je metabolicky aktivní, proto vyžaduje přítomnost dvojmocných kationtů, zejména Mg2+. Naopak látky, které blokují transport elektronů a tvorbu ATP ji účinně inhibují. V dalším kroku – tzv. naprogramované lýze, je nutná přítomnost Ca2+, aby – za příslušné teploty, došlo kvlastní lýze terčové buňky.
Pokud hovoříme o změnách metabolismu onkologicky nemocného, neměli bychom podceň ovat sledování minerálů i jejich metabolismus, který významným způsobem ovlivň uje i výsledné projevy – včetně malnutrice. Pro další klinické úvahy jsou velmi důležitá sledování makrominerálů v séru i moči.
Hypokalemie
- důsledek vychytávání extracelulárního K+ množícími se myeloidními buň kami u akutní non-lymfocytové leukemie
- nedostatečném příjem a zvýšené ztráty gastrointestinálním traktem či ledvinami
- efekt podání vysokých dávek některých antibiotik (penicilin, karbenicilin, nafcilin) zvýšené ztráty nejenom K+, ale i Na+.
Hyponatremie
- důsledek zvracení, průjmů u non-lymfoblastické leukemie
- nedostatečná tvorba ADH
- insuficience kory nadledvinek
- snížení zpětné resorpce NaCl ledvinami jako důsledek vysoké osmotické nálože vzniklé lýzou tumoru
Hypokalcemie
- většinou průvodní znak hyperfosfatemie u lymfoproliferativních chorob (lymfoblast má 4 x více anorganiského fosfátu ve srovnání s lymfocyty)
- u nádorů tvořících kalcitonin (medulární karcinom štítné žlázy, ca plic, prsu, ledvin, jater)
Hypomagnezemie
- nedostatečný příjem
- léčba (cis platina, aminoglykosidy, amfotericin)
Hyperkalemie
- důsledek akutního rozpadu tumoru, zejména u leukemie a lymfomů
Hyperfosfatemie
- důsledek akutního rozpadu tumoru, nádory kosí, metastázy
Hyperkalcemie
- výskyt u tumorů s endokrinní parathyreoideální aktivitou, nádory kostí, metastázy
Hyperkalciurie
- zvýšená resorpce vápníku z kostí, nádory ledvin, plic, jater, nádory s metastazami, plazmocytom
Hyperfosfaturie
- nádory kostí, metastasy
Klinická úvaha, opírající se o patofyziologii makro – i mikrominerálů může významně napomoci ve volbě dalšího léčebného postupu a to nejenom u onkologicky nemocných.
Literatura
- Anastoupoulou J., Theophanides T.: Magnesium – DNA interactions
and the possible relation of magnesium to carcinogenesis.
Irradiation and free radicals. Critical reviews in
oncology/Hematology. 42, 2002: 79 – 91.
- Biesalski H. K. et al.: Vitamine, Spurenelemente und
Mineralstoffe, Thieme, Stuttgart, 2002, 774 s.
- Delvin T. M.: Textbook of biochemistry with clinical
correlations. Wiley-Liss, New York 2002, 1216 s.
- Epperly M. W., Bernarding M., Grteton J., Jefferson M., Nie S.,
Greenberger J. S.: Overexpression of the transgene for manganese
superoxide dismutase (MnSOD) in 32D cl 3 cells prevents apoptosis
induction by TNF-, IL-3 withdrawal, and ionizing radiation.
Experimental hematology 31, 2003: 465 – 474.
- Gerber G. B., Léonard A., Hantson Ph.: Carcinogenity,
mutagenity and teratogenity of manganese componds. Critical reviews
in oncology/Hematology. 42, 2002: 25 – 34.
- Theophanides T., Anastassopoulou J.: Copper and carcinogenesis.
Critical reviews in oncology/Hematology. 42, 2002: 57 –
64.
Datum přednesení příspěvku: 26. 5. 2004
