Seerumin serotoniini

Aikuisten seerumin serotoniinipitoisuuden viitearvot (normaalit) ovat 0,22–2,05 μmol/l (40–80 μg/l); kokoveressä 0,28–1,14 μmol/l (50–200 ng/ml).

Serotoniini (oksitryptamiini) on biogeeninen amiini, jota esiintyy pääasiassa verihiutaleissa. Kehossa kiertää jopa 10 mg serotoniinia milloin tahansa. 80–95 % kehon serotoniinin kokonaismäärästä syntetisoidaan ja varastoituu ruoansulatuskanavan enterokromaffiinisoluihin. Serotoniini muodostuu tryptofaanista dekarboksylaation seurauksena. Ruoansulatuskanavan enterokromaffiinisoluissa suurin osa serotoniinista adsorboituu verihiutaleisiin ja pääsee verenkiertoon. Tätä amiinia esiintyy suurina määrinä useissa aivojen osissa , paljon ihon syöttösoluissa ja monissa sisäelimissä, mukaan lukien erilaiset umpieritysrauhaset.

Serotoniini aiheuttaa verihiutaleiden aggregaatiota ja fibriinimolekyylien polymeroitumista; trombosytopeniassa se voi normalisoida verihyytymän vetäytymistä. Sillä on stimuloiva vaikutus verisuonten, keuhkoputkien ja suoliston sileisiin lihaksiin. Stimuloimalla sileitä lihaksia serotoniini supistaa keuhkoputkia, mikä lisää suoliston peristaltiikkaa, ja supistamalla munuaisten verisuoniverkostoa se johtaa vähentyneeseen diureesiin. Serotoniinin puutos on toiminnallisen suolitukoksen taustalla. Aivojen serotoniinilla on lamaava vaikutus lisääntymisjärjestelmän, johon liittyy käpylisäke, toimintaan.

Serotoniinin metaboliareitti, jota tutkitaan eniten, on sen muuntuminen 5-hydroksi-indolietikkahapoksi monoamiinioksidaasin avulla. Tämä reitti metaboloi 20–52 % serotoniinista ihmiskehossa.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Sairaudet ja tilat, joissa serotoniinin pitoisuus veressä muuttuu

Serotoniini on koholla

• Vatsan karsinooman etäpesäkkeet.
• Medullaarinen kilpirauhassyöpä.
• Dumping-oireyhtymä.
• Akuutti suolitukos.
• Kystinen fibroosi.
• Sydäninfarkti.

Karsinoidioireyhtymä on harvinainen sairaus, jonka aiheuttaa karsinoidin lisääntynyt serotoniinin eritys. Yli 95 %:ssa tapauksista serotoniinin eritys lokalisoituu ruoansulatuskanavassa ( umpilisäke - 45,9 %, sykkyräsuoli - 27,9 %, peräsuoli - 16,7 %), mutta se voi sijaita myös keuhkoissa, virtsarakossa jne. Karsinoidi kehittyy suoliston kryptojen argyrofiilisista soluista. Serotoniinin ohella karsinoidi tuottaa histamiinia, bradykiniinia ja muita amiineja sekä prostaglandiineja. Kaikki karsinoidit ovat mahdollisesti pahanlaatuisia. Pahanlaatuisuuden riski kasvaa kasvaimen koon kasvaessa.

Karsinoidioireyhtymässä veren serotoniinipitoisuus kasvaa 5–10-kertaisesti. Terveillä ihmisillä vain 1 % tryptofaanista käytetään serotoniinin synteesiin, kun taas karsinoidipotilailla jopa 60 %. Lisääntynyt serotoniinin synteesi kasvaimessa johtaa nikotiinihapon synteesin vähenemiseen ja PP-vitamiinin puutokselle (pellagra) tyypillisten oireiden kehittymiseen. Pahanlaatuista karsinoidia sairastavien potilaiden virtsassa havaitaan suuri määrä serotoniinin aineenvaihduntatuotteita – 5-hydroksi-indolietikkahappoa ja 5-hydroksi-indolietikkahappoa. 5-hydroksi-indolietikkahapon erittyminen virtsaan, joka ylittää 785 μmol/vrk (normaaliarvo on 10,5–36,6 μmol/vrk), katsotaan ennusteellisesti epäsuotuisaksi merkiksi. Karsinoidin radikaalin kirurgisen poiston jälkeen serotoniinin pitoisuus veressä ja sen aineenvaihduntatuotteiden erittyminen virtsaan normalisoituvat. Serotoniinin aineenvaihduntatuotteiden erittymisen normalisoitumatta jääminen osoittaa, että leikkaus ei ollut radikaali tai että oli etäpesäkkeitä. Myös muiden ruoansulatuskanavan sairauksien yhteydessä voi esiintyä jonkin verran serotoniinipitoisuuden nousua veressä.

Serotoniini on vähentynyt

• Downin syndrooma
• Hoitamaton fenyyliketonuria

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]

Serotoniinin vaikutus aineenvaihduntaan

Shokissa serotoniinin pitoisuus kaikissa elimissä kasvaa merkittävästi, kun taas amiinin aineenvaihdunta häiriintyy ja sen metaboliittien pitoisuus kasvaa.

Mekanismit serotoniinin ja histamiinin pitoisuuden lisäämiseksi kudoksissa

Mekanismi	Niitä aiheuttavat tekijät
Mastosolujen ja suoliston enterokromaffiinisolujen degranulaatio; amiinien vapautuminen	Pienimolekyylipainoiset (monoamiinit, diamiinit, aromaattiset amiinit), makromolekyyliset (myrkyt, toksiinit, antigeeni-vasta-ainekompleksi, peptoni, anafylaktiini) aineet
Katabolian, proteolyysin ja autolyysin tehostuminen	Muutos, glukokortikoidien ylimäärä, kilpirauhashormonit, proteolyyttisten entsyymien lisääntynyt aktiivisuus, hypoksia
Bakteerikudoksen mitokondriaalisen tryptofaanin ja histidiinidekarboksylaasin lisääntynyt aktiivisuus	Mineralokortikoidien liikatuotanto, glukokortikoidien puutos, adrenaliinin liikatuotanto ja noradrenaliinin puutos
Mitokondrioiden mono- ja diamiinioksidaasien aktiivisuuden heikkeneminen	Liiallinen kortikosteroidien määrä, lisääntynyt biogeenisten amiinien pitoisuus (substraatin esto), heikentynyt happo-emästasapaino, hypoksia, hypotermia
Uudelleenjako varikolta	Mikrokiertohäiriöt ihossa, keuhkoissa, ruoansulatuskanavassa

Serotoniini vaikuttaa erilaisiin aineenvaihduntaprosesseihin, mutta pääasiassa bioenergeettisiin prosesseihin, jotka häiriintyvät merkittävästi sokissa. Serotoniini aiheuttaa seuraavia muutoksia hiilihydraattiaineenvaihdunnassa: maksan, sydänlihaksen ja luustolihasten fosforylaasien aktiivisuuden lisääntymistä, niiden glykogeenipitoisuuden laskua, hyperglykemiaa, glykolyysin, glukoneogeneesin ja glukoosin hapettumisen stimulaatiota pentoosifosfaattikierrossa.

Serotoniini lisää veren happipitoisuutta ja sen kulutusta kudoksissa. Pitoisuudesta riippuen se joko estää hengitystä ja oksidatiivista fosforylaatiota sydämen ja aivojen mitokondrioissa tai stimuloi niitä. Merkittävä (2–20-kertainen) serotoniinipitoisuuden nousu kudoksissa johtaa oksidatiivisten prosessien voimakkuuden vähenemiseen. Useissa elimissä (munuaiset ja maksa), joiden bioenergeettiset prosessit ovat eniten heikentyneet shokissa, serotoniinipitoisuus kasvaa erityisen merkittävästi (16–24-kertaisesti). Aivojen serotoniinipitoisuus kasvaa vähemmän (2–4-kertaisesti), ja niiden energiaprosessit pysyvät korkealla tasolla pitkään. Serotoniinin vaikutus hengitysketjujärjestelmän yksittäisten lenkkien aktiivisuuteen shokissa ei ole sama eri elimissä. Jos aivoissa se lisää NADH2:n aktiivisuutta ja vähentää sukkinaattidehydrogenaasin (SDH) aktiivisuutta, niin maksassa se lisää SDH:n ja sytokromioksidaasin aktiivisuutta. Entsyymiaktivaation mekanismi selittyy serotoniinin vaikutuksella adenylaattisyklaasiin, minkä jälkeen ATP:stä muodostuu cAMP:tä. Uskotaan, että cAMP on serotoniinin vaikutuksen solunsisäinen välittäjä. Kudoksissa olevan serotoniinin pitoisuus korreloi energiaentsyymien aktiivisuustason kanssa (erityisesti SDH:n ja maksan ATPaasin kanssa). SDH:n aktivoituminen serotoniinin vaikutuksesta shokissa on luonteeltaan kompensatorista. Serotoniinin liiallinen kertyminen johtaa kuitenkin siihen, että tämän suhteen luonne muuttuu käänteiseksi, kun taas SDH:n aktiivisuus vähenee. Meripihkahapon käytön rajoittaminen hapetustuotteena heikentää merkittävästi munuaisten energiakapasiteettia shokissa. Shokin kehittyessä munuaisten serotoniinin määrän ja LDH:n aktiivisuuden välille ilmenee yhteys, mikä osoittaa serotoniinin aktivoivan vaikutuksen siirtymistä sukkinaatin käytöstä (fysiologisissa olosuhteissa) laktaatin kulutukseen SDH:n estämisen vuoksi, mikä on adaptiivinen reaktio.

Lisäksi serotoniini vaikuttaa puriininukleotidien pitoisuuteen ja aineenvaihduntaan, joiden tason nousu mitokondrioissa stimuloi ATP:n vaihtuvuutta. Serotoniini muodostaa reversiibelisti dissosioituvan misellikompleksin ATP:n kanssa. Serotoniinin pitoisuuden lasku soluissa korreloi ATP:n pitoisuuden laskuun niissä.

Serotoniinin kertyminen shokin aikana liittyy jossain määrin ATP-pitoisuuden muutoksiin. Samanaikaisesti ei voida sulkea pois muiden solunsisäisten serotoniiniyhteyksien esiintymistä proteiineihin, lipideihin, polysakkarideihin ja kaksiarvoisiin kationeihin, joiden taso kudoksissa myös muuttuu shokin aikana.

Serotoniinin osallistuminen solunsisäisiin energiaprosesseihin ei koostu ainoastaan energian muodostuksesta, vaan myös sen vapautumisesta ATP-hydrolaasien osallistuessa. Serotoniini aktivoi Mg-ATPaasia. Maksan mitokondrioiden ATPaasin lisääntynyt aktiivisuus sokissa voi myös johtua kohonneista serotoniinitasoista.

Siten serotoniinin kertyminen kehon kudoksiin shokin aikana voi aktiivisesti vaikuttaa hiilihydraattien aineenvaihduntaan glykolyysi- ja pentoosisykleissä, hengitykseen ja siihen liittyvään fosforylaatioon, energian kertymiseen ja käyttöön soluissa. Serotoniinin vaikutuksen molekyylimekanismi välittyy ionien liikkumisen kautta solukalvoa pitkin.

[ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Serotoniinin vaikutus elinten toimintaan

Serotoniinin vaikutus systeemisellä tasolla koostuu sen spesifisestä vaikutuksesta monien elinten toimintakykyyn. Serotoniinin intraventrikulaarinen anto annoksina, jotka ovat lähellä sokkiannoksia, ja b-oksitryptofaanin laskimonsisäinen anto (joka läpäisee helposti veri-aivoesteen ja muuttuu serotoniiniksi aivoissa) aiheuttaa faasimuutoksia aivojen bioelektrisessä aktiivisuudessa, mikä on ominaista aktivaatioreaktiolle aivokuoressa, hypotalamuksessa ja keskiaivokalvon retikulaarisessa muodostelmassa. Samanlaisia muutoksia aivoissa on havaittu shokin kehittymisen dynamiikassa, mikä epäsuorasti osoittaa serotoniinin merkittävää roolia keskushermoston toiminnan muuttamisessa shokin aikana. Serotoniini osallistuu kalvopotentiaalin syntymiseen ja hermoimpulssien synaptisen siirtymisen organisoitumiseen. Kehon sopeutuminen äärimmäisiin vaikutuksiin liittyy serotoniinipitoisuuden nousu aivoissa serotonergisten hermosolujen tehon lisääntymisen vuoksi. Serotoniinipitoisuuden nousu hypotalamuksessa aktivoi neurosekreetiota ja tehostaa aivolisäkkeen toimintaa. Serotoniinin merkittävä kertyminen aivoihin voi kuitenkin olla tärkeässä roolissa aivojen turvotuksen kehittymisessä.

Serotoniinilla on merkittävä ja monitahoinen vaikutus sydän- ja verisuonijärjestelmään. Suuret annokset (10 mg tai enemmän) aiheuttavat sydänpysähdyksen erilaisilla koe-eläimillä. Serotoniinin suorat vaikutukset sydänlihakseen aiheuttavat systeemistä ja sepelvaltimoverenpainetta sekä vakavia verenkiertohäiriöitä sydänlihaksessa, joihin liittyy sen nekroosi ("serotoniini"-infarkti). Tässä tapauksessa sydänlihaksen oksidatiivisen ja hiilihydraatti-fosforiaineenvaihdunnan muutokset ovat lähellä sepelvaltimoverenkiertohäiriöissä esiintyviä muutoksia. Sokkitilanteessa EKG:ssä näkyy erittäin merkittäviä muutoksia: sykkeen nousua ja sitä seuraavaa hidastumista, lisälyöntejä, sydämen sähköisen akselin asteittaista siirtymistä vasemmalle ja kammiokompleksin muodonmuutosta, joka voi johtua sepelvaltimoverenkiertohäiriöistä.

Serotoniinin vaikutus verenpaineeseen riippuu antonopeudesta, annoksesta ja antotavasta sekä koe-eläintyypistä. Niinpä kissoilla, kaneilla ja rotilla serotoniinin laskimonsisäinen anto aiheuttaa useimmissa tapauksissa hypotensiota. Ihmisillä ja koirilla se käynnistää faasimuutoksia: lyhytaikaista hypotensiota, jota seuraa hypertensio ja sitä seuraava hypotensio. Kaulavaltimo on erittäin herkkä jopa pienille serotoniiniannoksille. Oletetaan, että on olemassa kahdenlaisia reseptoreita, joiden kautta serotoniinin verenpainetta ja depressorivaikutusta välittävät parasympaattinen hermosto ja kaulavaltimon glomerulus. Serotoniinin laskimonsisäinen anto annoksella, joka vastaa suunnilleen sen pitoisuutta verenkierrossa sokissa, aiheuttaa systeemisen verenpaineen, sydämen minuuttitilavuuden ja perifeerisen verisuonten vastuksen laskua. Serotoniinin määrän väheneminen suolen seinämässä ja keuhkokudoksissa liittyy todennäköisesti tämän amiinin mobilisoitumiseen varastosta. Serotoniinin vaikutus hengityselimiin voi olla sekä paikallinen että refleksiivinen, aiheuttaen rotilla bronkiolospasmia ja hengitystiheyden lisääntymistä.

Munuaiset sisältävät pienen määrän serotoniinia, mutta sen aineenvaihdunta muuttuu merkittävästi munuaisten iskemian aikana. Suuret serotoniiniannokset aiheuttavat pysyvää patologista verisuonten kouristusta, iskemiaa, nekroosipesäkkeitä aivokuoressa, tubuluslaitteiston tuhoutumista, rappeutumista ja nekroosia. Tällainen morfologinen kuva muistuttaa munuaisten mikroskooppisia muutoksia shokin aikana. Merkittävä (10–20-kertainen) ja pysyvä serotoniinipitoisuuden nousu munuaiskudoksessa shokin aikana voi aiheuttaa pitkäaikaisen verisuonten kouristuksen. Erityisen korkeita serotoniinipitoisuuksia havaitaan dysuristen häiriöiden aikana. Akuutissa munuaisten vajaatoiminnassa serotoniinin pitoisuus veressä kohoaa oligurian ja anurian vaiheessa, alkaa laskea diureesin toipumisvaiheessa ja normalisoituu polyuriavaiheessa ja laskee fysiologisten arvojen alapuolelle toipumisvaiheessa. Serotoniini vähentää munuaisten plasmavirtausta, glomerulussuodatusnopeutta, diureesia sekä natriumin ja kloridien erittymistä virtsaan. Näiden häiriöiden mekanismi johtuu glomerulaarisen hydrostaattisen paineen ja suodatuksen laskusta sekä natriumpitoisuuden osmoottisen gradientin kasvusta medullassa ja distaalisissa tubuluksissa, mikä johtaa lisääntyneeseen takaisinimeytymiseen. Serotoniini on tärkeä munuaisten vajaatoiminnan mekanismissa sokissa.

Siten serotoniinin kohtalainen kertyminen aivoihin ja sen keskeinen vaikutus shokissa voi olla hyödyllistä, erityisesti HPAS:n aktivoitumisen kannalta. Myös serotoniinin aiheuttamaa energiaentsyymien aktivoitumista tulisi pitää positiivisena, kompensoivana ilmiönä shokissa. Liian suuri serotoniinin kertyminen sydänlihakseen ja munuaisiin luo kuitenkin mahdollisuuden amiinin suoralle liiallisvaikutukselle sepelvaltimo- ja munuaiskiertoon, sen aineenvaihdunnan häiriintymiselle ja sydämen ja munuaisten vajaatoiminnan esiintymiselle.

[ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ]