Pharmakologie und Toxikologie 2

Pharmakologie und Toxikologie 2, 4. Semester Biotechnologie ZHAW Wädenswil. Bei Fragen oder Korrekturen an silvannessler@gmail.com

Pharmakologie und Toxikologie 2, 4. Semester Biotechnologie ZHAW Wädenswil. Bei Fragen oder Korrekturen an silvannessler@gmail.com


T. N.
Diese Lernkarten behandeln fortgeschrittene Themen der Pharmakologie und Toxikologie auf Universitätsniveau, mit Fokus auf die Wirkungen von Stoffen, deren Metabolismus in der Leber, und die Rolle von Xenobiotika. Sie eignen sich für Medizinstudierende, die sich mit der Biotransformation von Substanzen, der Toxizität von Drogen und der Bioakkumulation in der Umwelt auseinandersetzen möchten.
Flashcards
250
Students
3
Language
German
Category
Medical
Level
University
Created / Updated
01.03.2022 / 14.10.2023

Flashcards

Was für Eigenschaften weisen Hepatozyten auf? Wie ist ein Hepatozyt aufgebaut?

  • hohe Regenerierfähigkeit 
  • machen 80% der Lebermasse aus
  • teilen sich selten 
  • wichtig für den Fremdstoffmetabolismus
  • Bildung der Gallenflüssigkeit
  • Stoffwechselvorgänge

Welche Mechanismen des Stofftransportes zwischen Plasma und Hepatozyten gibt es?

  • Passive Diffusion durch die Lipidphase der Plasmamembran (Lipohile Arzneimittel)
  • Passive Diffusion durch Wasserporen (Harnstoff)
  • Pinozytose (Abschnürung Flüssigkeitstropfen durch die Plasmamembran) (Monosaccharide)
  • Rezeptorvermittelte Endozytose (Proteine)
  • Carriervermittelte erleichterte Diffusion (Gallensäuren, Fettsäuren, AS, Disacharide)
  • Carriervermittelter aktiver Transport (Na+/K+-Austausch)

Welche Methoden zur Prüfung eines Leberschadens gibt es?

Histologische Analyse von Leberbiopsien

--> bietet Informationen über die histologische Struktur der Leber und den Nachweis einer Leberverletzung

Welche klinischen Symptome gibt es, welche auf einen Leberschaden hinweisen?

  • Lebervergrösserung
  • Gelbsucht (Ikterus) mit dunklem Urin (erhöhter Bilirubingehalt)
  • Juckreiz (erhöhte Gallensäurekonzentration im Blut) -
  • Bauchwassersucht (Aszites)
  • Hypoglykämie (verminderte Glukosebereitstellung)
  • Blutungen (Gerinnungsstörungen)
  • Störung zentralnervöser Funktionen (hepatische Enzephalopathie wegen Ammoniakanstieg im Blut)

In welche zwei Klassen können hepatotoxische Substanzen eingeteilt werden? 

1. Obligat hepatotoxische Substanzen
- wenige Arzneimittel
- voraussagbares Auftreten eines Leberschadens

2. Fakultativ hepatotoxische Substanzen
- hepatotoxische Arzneimittel
- führen nur bei einem Bruchteil der behandelten Patienten zu klinischen Symptomen (1/1000 bis 1/10000)
- eine individuelle Unverträglichkeit (Idiosynkrasie)

hepato = die Leber betreffend

Welche Erscheinungsformen nimmt ein akuter zytotoxischer Leberschaden ein (Arten von Zelltod)? 

Nekrose: unkontrolliert, schwierig detektierbar
- Zelle schwillt an, geschädigte Organellen, verändertes Chromatin
- Zelle lysiert, Chromatin zerstört
- Freisetzung des Zellinhaltes Phagozytose (Entzündung)

(problematischer aufgrund der Entzündungsreaktion)

Apoptose: programmierter Zelltod, Caspasen-Kaskade
- Zelle schrumpft, Organellen nicht geschädigt, Chromatin randständig
- Entstehung apoptotischer Körperchen, fragmentiertes Chromatin 
- keine Freisetzung des Zellinhaltes, Phagozytose (keine Entzündungsreaktion)

Welche Leberzellen sind am stärksten bei Lederschäden betroffen?

Hepatozyten, da sie den grössten Teil der Leber ausmachen. 

Welche toxischen Effekte hat Ethanol auf den Körper? 

  • Psychotrope Effekte:
    Aktivitätssteigerung von gabaergen Neuronen
    Inhibition von NMDA Rezeptoren
  • Toxische Effekte auf Leber, Herz, Magenschleimhaut:
    durch Acetaldehyd verursacht

Wie sieht die Plasmakonzentrations-Zeit-Kurve von Ethanol aus in Abhängigkeit von der Art der Nahrungsaufnahme?

Welche Ordnung der Kinetik weist der Metabolismus (Alkohol-Dehydrogenase) auf?

Kinetik 0. Ordnung
- Konstante Menge von EtOH wird oxidiert pro Zeiteinheit 
- Zwischenprodukt Acetalaldehyd wirkt toxisch auf versch. Organe

Was ist die Lipidperoxidation?

Lipidperoxidation: von Radikalen ausgelöste oxidative Degradation von Lipiden 

siehe Abb. OH-Radikal spaltet H-Atom von Fettsäure eines Lipids ab, radikale Fettsäure reagiert mit O2, Radikal wird erst terminiert wenn es auf eine weitere Fettsäure trifft --> dafür wird allerdings diese zu einem Radikal 

 

Welche zellulären Folgen hat die Lipidperoxidation?

  • Auslösung einer Kettenreaktion (breitet sich über Membranstrukturen in der ganzen Zelle aus)
  • Zellmembran wird geschädigt
    --> Funktionsverlust Membranpumpen
  • Membranpotential kann nicht mehr aufrechterhalten werden
    --> Anstieg Ca2+-Konzentration im Zytosol 
  • Proteinsynthese wird gehemmt
  • Aktivieren kataboler Enzyme

 

Über welche Mechanismen kann ein akuter toxischer Leberschaden ebenfalls induziert werden?

  • Leberschäden über Arzneimittel zB Paracetamol = kovalente Bindung an zelluläre Makromoleküle 
  • Hemmung der Proteinsynthese über toxische Substanzen zB Amanitin (Gift des Knollenblätterpilzes) --> hemmt die RNA-Polymerase, Verlust von Enzymen, Strukturproteinen oder von Apoproteinen für die Lipoproteinsynthese --> führt zur Nekrose oder zur Steatose (Ansammlung Fettsäuren in der Leber) 

Welche Erscheinungsformen von Leberschäden gibt es? 

Intraheptische Cholestase

= Störung der Gallebildung in der Leber (--> extrahepatisch: mechanische
Abflussstörungen in den Gallenwegen)
Bsp. Chlorpromazin

  • Rückstau von Gallensäuren und Bilirubin in der Leber
  • Intrazelluläre Gallenausfällungen, Gelbfärbung Hepatozyten

Allergische Arzneimittelhepatitis mit Leberzellnekrose

Überempfindlichkeitsreaktion gegen an sich harmlose Fremdstoffe (Allergene)
Bsp. Halothanhepatitis 

  • oft schwer verlaufender Leberschaden
  • Zentrilobuläre Nekrose, begleitet von Entzündungszellinfiltrationen in den Leberläppchen
  • meist bei wiederholter Exposition, Latenzzeit wird kürzer 
  • allergische Reaktion: Fieber, Schüttelfrost, Gliederschmerzen etc. 

 

Wie lässt sich Intraheptische Cholestase (Stau der Gallenflüssigkeit innerhalb der Leber) klinisch detektieren und welche Symptome treten auf?

Hauptangriffspunkt von Fremdstoffen, die eine Cholestase auslösen, sind Transporterproteine. 

Klinischer Indikator: alkalische Phosphatase steigt an im Plasma, 5x
Symptome: Gelbsucht, Juckreiz, dunkler Urin und entfärbter Stuhl

 

Wieso ist ein akuter toxischer Leberschaden regenerationsfähig? 

  • Leber besteht grösstenteils aus Hepatozyten, welche teilungsfähig sind.
  • Bei Leberschäden wird die Proliferation von Hepatozyten angeregt
  • ein akuter Leberschaden kann vollständig geheilt werden

Was hat die chronsicher Exposition eines Stoffes, welcher Leberschäden verursacht, zur Folge?

Chronische Exposition führt zu einem chronischen Leberschaden
--> Chronische Hepatotoxizität
--> kann nicht mehr regeneriert werden

zb Alkoholabusus
Schwellenwerte: Mann 20-80g am Tag / Frau 12-60 g am Tag

 

Wie verläuft die chronische Hepatotoxizität?

1.) Es kommt zu einer akuten Leberentzündung (Ausheilung möglich wenn Exposition stoppt)
2.) Die Leberentzündung wird chronisch
3.)  Ausbildung einer Leberfibrose (Lebergewebe wird durch Bindegewebe ersetzt), da die Entzündung die Fibroblasten (Itozellen) aktiviert
--> Sternzellen (Itozellen) verwandeln sich in Fibroblasten, Synthese Kollagenmatrix
4.) Ausbildung einer Leberzirrhose 
--> weit fortgeschrittenes Endstadium der Lebererkrankung, Verhärtung der Leber, vernarbt und schrumpft  
--> Fibroblasten differenzieren sich zu  Myofibroblasten, Gewebe zieht sich zusammen


 

Wie kommt die Lebertoxizität bei Ethanol zustande? 

Hauptstoffwechselweg

1.) Ethanol wird über die Alkoholdehydrogenase (ADH) abgebaut zu Acetalaldehyd
= bindet kovalent an Proteine

2.) Acetylaldehyd wird über die Aldehyddehydrogenase (ALDH) zu Essigsäure abgebaut'
= führt zu verminderter Fettsäureoxidation, erhöhter Triglyceridsynthese und Hemmung des Citratzyklus (wenn mehr NADH als NAD+ vorliegt) --> Ausbildung Fettleber

Weitere Stoffwechselwege (zB wenn zu wenig NAD+ vorliegt)

Abbau Ethanol zu Acetylaldehyd

  • mit der Katalase (H2O2 entsteht)
  • mit CYP P450  

Abbau Acetylaldehyd zu Essigsäure

  • mit Aldehydoxidase 

Wie können Lebertumore entstehen?

Induktion eines Tumors über Fremdstoffe
--> Zahlreiche Stoffe verursachen Leberzellkarzinome in Labornagern

zB Aflatoxin B1 (aus Schimmelpilz)
Metabolische Aktivierung durch CYP-Enzyme = interagiert mit Basen, Ausbildung von Addukten mit Guanin 
- Sekundäraddukt hat eine längere Verweilzeit in der DNA als das Primäraddukt

Es ist inzwischen erwiesen, dass die Ausbildung einer fibrotischen Leber das Risiko erhöht, an Leberkrebs zu erkranken.
Wie erklären Sie sich diesen Zusammenhang basierend auf den molekularen Mechanismen, welche zur Ausbildung einer Leberfibrose führen?

Zusammenhang zwischen Entzündung und Kanzerogenese:

Entzündung bedeutet aktivierte Sternzellen (Immunzellen in der Leber)
--> erhöhte Sezernierung von Wachstumsfaktoren, oxidativer Stress etc
--> fördert die onkogene Transformation (Ausbildung von Mutationen zB mutiertes p53 = Tumorsuppressor) 

Definiere folgende Begriffe: 

  • Nervensystem
  • zentrales Nervensystem
  • peripheres Nervensystem

Nervensystem: Gesamtheit der Nervengewebe

zentrales Nervensystem (ZNS): besteht aus Gehirn und Rückenmark
peripheres Nervensystem: alle ausserhalb der Zentren des ZNS liegenden Nervenbahnen und Nervenzellen

Wie funktioniert die Reizweiterleitung?

Reize der Aussenwelt erreichen über periphere Nerven das ZNS
--> Reizverarbeitung 
--> Umwandlung zu einer Reaktion
--> ausgehend vom ZNS erfolgt die Reizbeantwortung mit Hilfe der peripheren Nerven

Aus welchen Teilen besteht das Gehirn? 

  • Grosshirn (Erfahrungen speichern, Kognitive Kontrolle über emotionale Impulse
  • Kleinhirn (Motorische Steuerung und Koordination)
  • Hirnstamm (Verbindet Gehirn mit Rückenmark. Regulation Herzkreislaufsystem, Atmung und Überlebensfunktionen zB Nahrungsaufnahme, Aggression, Sexualität) 
    --> deswegen ist ein Genickbruch tödlich
  • Zwischenhirn: enthält u.a. das limbische System, Hypophyse, Thalamus und Hypothalamus, "emotionales Gehirn", filtert Reize fürs Grosshirn 

Welche Bedeutung hat das limbische System? 

  • besteht aus Teilen des Hypo-/Thalamus und Teilen des Grosshirn (mit Amygdala und Hippocampus)
  • Entwicklung von Motivationen und Emotionen («emotionales» Gehirn)
  • Speichern von emotionalen Infos in der Amygdala --> wird bei Stress aktiviert, blockiert den Zugang zum Grosshirn (zB Blackout, Wissen nicht abrufbar aufgrund von Stress) 
  • regelt die Ausschüttung von Neurotransmittern
  • enthält dopaminerge Neuronen, Dopamin aktiviert dort das Belohnungssystem (Angriffspunkt für abhängig-machende Drogen)

Limbus (lat.) = Grenze

In welche Untergruppen kann das Nervensystem (neben peripher und zentral) noch eingeteilt werden und was bedeutet diese? 

Somatisches, willkürliches Nervensystem 

  • steuert alle dem Bewusstsein und Willen unterliegenden Prozesse

Vegetatives, autonomes Nervensystem

  • steuert hauptsächlich die Funktionen der inneren Organe wie bspw. Herz, Drüsen (Schweiss, Speichel) und die glatte Muskulatur
  • Unterteilung zusätzlich in Sympathikus und Parasympathikus

Das vegetative Nervensystem wird in Sympathikus und Parasympathikus unterteilt. Welche Bedeutung haben diese? 

Sympathikus: bei Stress aktiviert (vgl. Neandertaler: bei der Jagd) 

Parasympathikus: Ruhezustand (vgl. Neandertaler: nach dem Essen, bei der Verdauung)

 

Was sind Neurone und wie sind diese aufgebaut?

Neurone/ Nervenzellen: zelluläre Bestandteile des Nervensystems 

Aufbau (siehe Bild) --> links ohne Myelinscheide, rechts mit (wie bei höheren Organismen vorkommend)

Neben den Neuronen gibt es noch weitere Zelltypen, die essentiell für das Nervensystem sind. Zähle sie auf und definiere sie.

Gliazellen: für die strukturelle Integrität und Funktionstüchtigkeit verantwortlich, machen ein Grossteil des Nervensystems aus. Zu den Gliazellen gehören Astrozyten, Oligodendrozyte ,
Schwann-Zellen und Mikrogliazellen

Astrozyten (grün): beim Aufbau der Blut-Hirn-Schranke massgeblich beteiligt, Zellen stützen und ernähren die Neurone, bauen Neurotransmitter ab.

Oligodendrozyten (Gelb): bilden die isolierende Myelinscheide der Neurone im zentralen
Nervensystem (ZNS) aus.

Mikrogliazellen (orange): können Krankheitserreger und Abbaustoffe phagozytieren und tragen so zur Immunabwehr bei.

Schwann-Zellen: bilden eine isolierende Hülle um die Axone des peripheren Nervensystems und bilden daher auch eine Myelinscheide aus. Myelin ist in diesen Zellen intrazellulär lokalisiert und hat eine isolierende Funktion (nicht in Abb . dargestellt)

Neuron (braun)

Welche Funktion erfüllt die Blut-Hirn-Schranke und wie ist sie aufgebaut?

Funktion

  • physiologische Barriere zwischen Blutkreislaufsystem und ZNS 
    --> Schutz des Gehirns vor Giftstoffen, Abgrenzung von anderen Organen
  • erlaubt selektiven Stofftransport ins Gehirn

Aufbau 

  • besteht aus Astrozyten, Endothelzellen des Blutgefässes, Perizyt und einer Basalmembran
  • Perizyt stabilisiert mechanisch
  • Verschlusskontakte (tight junctions) sorgen für Barriere zwischen Blut und Gehirn

Welche Transportvorgänge ermöglichen den Stoffaustausch zwischen dem Blut und Hirngewebe?

--> Transport verläuft über Blut-Hirn-Schranke

  • Transporterproteine (grün): zb Aufnahme Aminosäuren und Glukose
  • aktiver Transport zB Ionenpumpe (Aufnahme Ionen)
  • Diffusion: kleine lipophile Verbindungen (Bsp. Valium, CO2, O2, NH3) 
  • Efflux-Pumpen: Ausschleusen von grösseren Verbindungen zurück ins Blut 
  • Rezeptor-vermittelte Transzytose (Vesikel): Transport von Molekülen wie LDL, Transferrin, Cytokine

Wie sieht das Ruhepotential einer Nervenzelle aus?

  • bei -70mV
  • Na+-Kanäle geschlossen 
  • K+-Kanäle (teilweise) geöffnet
  • Gradient Natrium/ Kalium (Konz. Na+ extrazellulär hoch/ K+ intrazellulär hoch) 
  • Gradient wird durch die Na+/K+-Pumpe aufrechterhalten 

Wie verläuft das Aktionspotential?

Reiz kommt an

  1. Teil der spannungsabhängigen Natriumkanäle öffnet sich
  2. Einstrom von positiv geladenen Natriumionen in die Nervenzelle
  3. das elektrische Spannungspotential über der Zellmembran steigt an bis zum Schwellenwert
  4. Bei Erreichen des Schwellenwerts wird ein Aktionspotential ausgelöst
  5. Alle Na+-Kanäle öffnen sich, noch mehr Na+ strömt ein (Membran depolarisiert)
  6. Leicht verzögert öffnen sich spannungsabhängige K+-Ionen-Kanäle
  7. Ausstrom von K+ aus der Zelle (Repolarisation der Membran), Na+-Kanäle werden inaktiviert, der Na+-Einstrom wird blockiert 
  8. Hyperpolarisation: bedingt durch die offenen K+-Kanäle hypolarisiert die Membran über das Ruhepotential hinaus (Na+-Kanäle sind wieder aktiv aber bleiben geschlossen)
  9. K+-Kanäle schliessen, Ruhepotential wird erreicht

Wie funktioniert die Na+/K+-Pumpe/ Na+/K+-ATPase (Synonym)?

Es werden 3 Na+-Ionen raus und 2 K+-Ionen in die Zelle reintransportiert.

Funktion

  • Herstellen des elektrischen Potentials von -70 mV
  • Regeneration des Ionengradienten nach Aktionspotential (Na+ aus Zelle, K+ wieder rein)

--> hoher ATP-Verbrauch (Nervenzelle verbraucht schon viel Energie im Ruhezustand)
--> Gehirn macht also 20% unseres täglichen Nährstoffbedarfs aus, obwohl es nur 2% der Körpermasse entspricht

Was bedeutet die saltatorische Erregungsleitung?

Aktionspotentiale werden nur an den Ranvierischen Schnürringen ausgebildet, so dass die Erregung und damit die Aktionspotentiale von Ranvierischen Schnürring zu Ranvierischen Schnürring springen --> schnellere Übertragung der Impulse 

Welche Funktion erfüllen Synapsen und in welche 2 Kategorien kann man Synapsen unterteilen? 

- ermöglicht die Übertragung von elektrischem Impulsen/Aktionspotentialen zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer Effektorzelle (z.B.: Muskelzelle dermotorischen Endplatte)

  • elektrische Synapsen: beide Zellen sind zb über gap-junctions elektrisch gekoppelt
  • chemische Synapsen: Signalübertragung über Neurotransmitter

Wie funktioniert die Signalübertragung im synpatischen Spalt mittels eines Neurotransmitters?

Elektrischer Reiz kommt an

  1. (spannungsabhängige) Ca2+-Kanäle werden geöffnet 
  2. Ca2+-Ionen strömen ein, bewirken das mit Neurotransmitter (NT) befüllte Vesikel zum synapt. Spalt diffundieren und mit der Membran verschmelzen 
  3. Freisetzen der NT in den synapt. Spalt
  4. Diffusion zur postsynaptischen Membran 
  5. Bindung an den entsprechenden Rezeptor 
  6. Verbleibende NT im synapt. Spalt: 
  • mit Natrium-Neurotransmittertransporter zurück transportiert --> Endocytose ins präsynaptische Neuron
  • durch Enzyme wie bspw. die Acetylcholinesterase abgebaut (Angriffspunkt für Pharmaka)


Merke! Erregung innerhalb des Axons --> elektrischer Art (Aktionspotential)
Erregung über den synaptischen Spalt --> chemischer Art

Wie funktionieren erregende und hemmende Synapsen?

erregende Synapsen:

Die Bindung des Neurotransmitters an den entsprechenden Rezeptor bewirkt, dass Na+-Kanäle geöffnet werden und Na+-Ionen in das postsynaptische Neuron einströmen --> Ausbilden eines neuen Aktionspotentials

hemmende Synapsen:

Die Bindung des Neurotransmitters an den entsprechenden Rezeptors bewirkt, dass je nach Rezeptor Kalium- oder Chloridkanäle geöffnet werden, so dass entweder K+-Ionen ausströmen oder Cl--Ionen in das postsynaptische Neuron einströmen
--> Hyperpolarisation der postsynaptischen Membran
--> schwieriger ein Aktionspotentiale zu generieren.

 

Nenne die wichtigsten Neurotransmitter

Mit Ausnahme von Acetylcholin und NO (Stickstoffmonoxid) sind alle Neurotransmitter Aminosäuren oder Derivate von Aminosäuren.

In den Vesikeln können mehrere unterschiedliche Neurotransmitter enthalten sein.

Was passiert auf molekularer Ebene bei einer Muskelkontraktion? 

Informationsübertragung vom Neuron zur Muskelzelle 

  • Verbindung Synapse - Muskelzelle = motorische Endplatte
  • Neurotransmitter = Acetylcholin
  1. Acetylcholin bindet an entsprechenden Rezeptor auf der Muskelzelle
  2. Einstrom Na+ --> Ausbildung Aktionspotential
  3. An spezifischen Einstülpungen der Plasmamembran (T-Tubulus) liegen spannungsabhängige Dihydropyridinrezeptoren (DHPR), welche durch Brückenproteine mit Calciumkanäle im SR (sarkoplasmatischen Retikulum) verbunden sind.
  4. Durch Spannungsänderung werden Calciumkanäle geöffnet
  5. Calcium strömt aus dem SR ins Zytoplasma und ermöglich dort den
    Aufbau einer Muskelkontraktion

Was besagt die gesetzliche Grundlage der Neurotoxikologie?

Untersuchungen zur Neurotoxizität sind im Rahmen der Arzneimittelentwicklung je nach Wirkstoff teilweise Pflicht, diese müssen vor der klinischen Phase I stattfinden.

ICH Guidelines 

Study