ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΡΩΤΙΔΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΑΚΧΑΡΟΥ ΧΡΙΣΤΙΝΑ ΚΑΛΟΓΕΡΟΠΟΥΛΟΥ ΑΘΗΝΑ 2010 1
ΣΚΟΠΟΣ Η ανάλυση και μελέτη της μοριακής δομής των καρωτίδων αρτηριών με υπέρυθρη φασματοσκοπία. Η εξαγωγή συμπερασμάτων θα οδηγήσει στα αίτια σχηματισμού αθηρωματικής πλάκας στην περιοχή των αφρωδών κυττάρων. Έμφαση δόθηκε σε ασθενείς με αυξημένο σάκχαρο στο αίμα τους. 2
ΤΟ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Η αριστερή κοινή καρωτίδα εκφύεται από το αορτικό τόξο, ενώ η δεξιά εκφύεται από την ανώνυμη αρτηρία. Κάθε μία κοινή καρωτίδα φέρεται προς τα άνω στον τράχηλο και διαιρείται στην έσω και στην έξω καρωτίδα. Τροφοδοτεί με αίμα το πρόσωπο και τον εγκέφαλο 3
ΠΑΘΗΣΕΙΣ ΚΑΡΩΤΙΔΩΝ Αγγειακή νόσος - Αρτηριοσκλήρυνση: Το τοίχωμα μιας αρτηρίας αποτελείται από διάφορα στρώματα. Η αρτηριοσκλήρωση αρχίζει συνήθως όταν τραυματίζεται το ενδοθήλιο. Αθηρωμάτωση: Αλλοίωση που χαρακτηρίζεται από μορφολογικές αλλαγές του εσωτερικού στρώματος του αρτηριακού τοιχώματος. Η αθηρωμάτωση των καρωτίδων μπορεί να μην έχει συμπτώματα. 4
ΠΑΘΗΣΕΙΣ ΚΑΡΩΤΙΔΩΝ Παράγοντες που τις προάγουν: Κλινικά αποτελέσματα: Υψηλή χοληστερίνη Σακχαρώδης διαβήτης Μεταβολικό σύνδρομο Υπέρταση Υπερβολικό βάρος Ελλιπής άσκηση Στένωση καρωτίδας Παρεμπόδιση ομαλής ροής αίματος Δημιουργία πλάκας Πρόκληση θρόμβων και τελικά Πρόκληση εγκεφαλικού επεισοδίου. 5
FTIR ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Βασίζεται στην απορρόφηση υπέρυθρης ακτινοβολίας από τα μόρια, τα οποία διεγείρονται σε υψηλότερες στάθμες δόνησης ή περιστροφής Μη καταστρεπτική μέθοδος. Εύκολη στη χρήση Δίνει τις χαρακτηριστικές ταινίες κάθε χημικής ομάδας. Ευαίσθητη για βιολογικά συστήματα. Παρέχει πληροφορίες για την σύσταση των βιολογικών συστημάτων σε μοριακό και τοπολογικό επίπεδο 6
ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ SEM Σύγχρονη μέθοδος ανάλυσης της αρχιτεκτονικής της επιφάνειας μεγάλου αριθμού υλικών Παράγει εικόνες ψηλής ευκρίνειας της επιφάνειας ενός δείγματος Δίνει πληροφορίες που αφορούν κυρίως στη μορφολογία και στη χημική σύσταση της επιφανείας Μπορεί να γίνει ποιοτική στοιχειακή ανάλυση του υλικού 7
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Το φασματοφωτόμετρο είχε την δυνατότητα καταγραφής φασμάτων χωρίς προηγούμενη ομογενοποίηση του δείγματος με σκόνη KBr. Δόθηκε η δυνατότητα επιλογής συγκεκριμένων και διαφορετικών θέσεων της μεμβράνης των δειγμάτων για τη λήψη των φασμάτων. Τα δείγματα στη συνέχεια εξετάστηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Ως βιολογικά δείγματα, δεν επικαλύφθηκαν με άνθρακα ή χρυσό, ώστε να αποφευχθεί οποιαδήποτε επίδραση δευτερογενών ηλεκτρονίων των επικαλύψεων (κυρίως του χρυσού). Φασματοφωτόμετρο FTIR, Nicolet 6700 thermoscientific, διακριτικής ικανότητας 4 cm-1 Τροφοδοσία SEM σε λειτουργία 8
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ Εξετάστηκαν δείγματα από ασθενείς που παρουσίαζαν αυξημένο σάκχαρο στο αίμα τους και συγκρίθηκαν με ασθενείς που εμφάνιζαν φυσιολογικό σάκχαρο στο αίμα τους Τα δείγματα αρχικά αφέθηκαν σε φορμόλη και ακολούθησαν πλύσεις με Η 2 Ο 2 και ακετόνη προκειμένου να απομακρυνθούν υπολείμματα αίματος, πήγματα αίματος αλλά και λίπος 9
ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ =C-H H 2 O OH NH Ασθενής 1 ινσουλινο-εξαρτώμενος 10
ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ Οι εντάσεις των ταινιών στις αντισυμμετρικές και συμμετρικές δονήσεις των ομάδων CH 2 είναι εντονότερες από τις αντίστοιχες δονήσεις των CH3 Ασθενής 1 11
ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ Amide I vcooh, LDL Amide II Η ταινία στα 1692cm -1 (περιοχή απορρόφησης Amide I) συνδέεται με τον πεπτιδικό δεσμό 12
ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ Σύγκριση φασμάτων των 3 ασθενών Διαφορές στα φάσματα ανάλογες της κλινικής εικόνας των ασθενών: 1: Ασθενής με υψηλό σάκχαρο & υψηλή LDL 2: Ασθενής χωρίς σάκχαρο & επίπεδα LDL χαμηλότερα του 1 3: Ασθενής χωρίς σάκχαρο & επίπεδα LDL που ρυθμίζονται με αγωγή Διαπιστώνονται στην ένταση και τις συχνότητες απορρόφησης των ταινιών Αναλυτικά: 13
ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ 3080 Σύγκριση φασμάτων των 3 ασθενών Περιοχή όπου απορροφούν τα βιολογικά μόρια του νερού, οι αμινομάδες, οι μεθυλ και μεθυλενομάδες λιπιδίων και πρωτεϊνών 3500-3400cm -1 : Η ένταση αυξάνει για το φάσμα του ασθενούς 1 διαφορετική συγκέντρωση ομάδων ΟΗ 3080cm- 1 : Η ένταση είναι ανάλογη της LDL χοληστερίνης διαφορετικό μέγεθος υπεροξείδωσης της μεμβράνης 3000-2850cm-1: Οι εντάσεις αυξάνουν για το φάσμα του ασθενούς 1 η ένταση των ταινιών αυτών εξαρτάται έντονα από το λιπόφιλο ή υδρόφιλο περιβάλλον, στο οποίο δονούνται Σχάση των αλειφατικών αλυσίδων στον ασθενή 1. 14
ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΗΟ. Οι ρίζες ΗΟ. προστίθενται στον διπλό δεσμό C=C των βιολογικών μορίων Εξηγεί την αύξηση της απορρόφησης υδροξυλομάδων -ΟΗ κοντά στα 3530 cm -1 O μηχανισμός αυτός πιστεύεται ότι λαμβάνει χώρα στον οργανισμό κατά την πρώτη φάση οξείδωσης του αραχιδονικού οξέως από την προσταγλανδίνη Η συνθεσάση 15
ΔΟΜΗ ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΩΝ Η διαμόρφωση και διευθέτηση των λιπιδίων που σχηματίζουν την μεμβράνη μπορεί να εμφανίζει τάξη ή αταξία επίδραση στις εντάσεις των ταινιών και την μετατόπισή τους προς άλλες συχνότητες. Στον ασθενή με κωδικό 1 έχει εξαφανισθεί το λιπόφιλο περιβάλλον των μεμβρανών. Δηλαδή το μήκος της αλυσίδας των λιπιδίων μειώνεται δραστικά. Η παρατήρηση αυτή έρχεται σε συμφωνία και με την εμφάνιση της τερματικής ομάδας =C-H, η οποία στον ίδιο ασθενή έχει αυξημένη ένταση. 16
ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ Περιοχή όπου απορροφούν COOH μη ιοντικό, amide I, amide II, φωσφορικές ομάδες και DNA Σύγκριση φασμάτων των 3 ασθενών 1734cm -1 : Η ταινία δηλώνει τα ποσοστά της LDL χοληστερίνης στη μεμβράνη της καρωτίδας αυξάνει με αύξηση της LDL 1 > 2 > 3 1550cm -1 : Μετατόπιση της ταινίας σε μικρότερους κυματαριθμούς στο φάσμα του ασθενούς 1 οι πρωτεΐνες μεταβάλλουν τη δομή τους σε τυχαία διαμόρφωση 1170cm -1 : Η ένταση αυξάνει για το φάσμα του ασθενούς 1 δείκτης σακχάρου πρόβλεψη πιθανών βλαβών λόγω σακχάρου 17
ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΑΣΜΑΤΩΝ Διπλή ταινία στα 1084 cm -1 και 1045 cm -1 : Μεγάλη διαφοροποίηση στον ασθενή 1 Οι φωσφορικές ομάδες αποκτούν ελευθερία φωσφοριλύωση Σύγκριση φασμάτων των 3 ασθενών 18
Σχηματισμός ελεύθερης ρίζας Ανασχηματισμένη ελεύθερη ρίζα Σχηματισμός υπεροξειδίων Σχηματισμός μη ιοντικών ομάδων COOH 19
ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΩΣΗ 20
ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΩΣΗ Σε ασθενείς με αυξημένο σάκχαρο λαμβάνει χώρα υπεροξείδωση των βιολογικών μορίων 21
SEM 22
SEM Στοιχείο Weight% Atomic% O K 62.36 78.69 Na K 0.67 0.59 Mg K 0.63 0.52 P K 12.78 8.33 Ca K 23.56 11.87 Σύνολα 100.00 100.00 Η χημική ανάλυση έδειξε ότι το δείγμα είχε ανθρακικό ασβέστιο, ενώ η φωσφορική ομάδα συνδεόταν με οργανικό τμήμα: προκαλείται σχάση της φωσφορικής ομάδας των φωσφολιπιδίων και τα αρνητικά ιόντα των οξυγόνων της φωσφορικής ομάδας εξουδετερώνονται με κατιόντα ασβεστίου. 23
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ H ταινία, η οποία εμφανίζεται στα 1734 cm-1 δηλώνει τα ποσοστά της LDL χοληστερίνης στη μεμβράνη της καρωτίδας. Παρατηρήθηκε ότι αυξάνει με αύξηση της LDL στο αίμα των ασθενών. Επίσης μπορεί σε συνδυασμό με την ταινία στα 3080 cm-1 να χρησιμοποιηθεί ως διαγνωστική για την κατάσταση των ασθενών Η ταινία που εμφανίζεται στα 1170cm-1 δηλώνει τα ποσοστά του σακχάρου και αυξάνει με αύξηση του στο αίμα των ασθενών. Μπορεί να αποτελέσει δείκτη σακχάρου και να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη πιθανών βλαβών στις αρτηρίες 24
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η υπέρυθρη φασματοσκοπία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα ισχυρό μέσο ανάλυσης πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων Ρυθμίζοντας τους παράγοντες: αρτηριακή πίεση, σάκχαρο, LDL χοληστερόλη, περιορίζοντας το κάπνισμα και αυξάνοντας την άσκηση του οργανισμού, μπορεί κανείς να ελαττώσει τις πιθανότητες νοσηρότητας ή και θνησιμότητας από στεφανιαία νόσο και αγγειακά εγκεφαλικά. 25
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Κατάλληλη διατροφή, πλούσια σε αντιοξειδωτικά θα μπορούσε να αποτρέψει τη γένεση αθηρωματικής πλάκας Ο τρόπος ζωής επηρεάζει το οξειδωτικό στρες του οργανισμού παράγονται ελεύθερες ρίζες, οι οποίες προκαλούν βλάβες σε διάφορους ιστούς Η ανάλυση με το Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM), έδειξε ουσιαστικές τοπολογικές διαφορές μεταξύ των δειγμάτων 26
Ευχαριστώ πολύ 27