Wprowadzenie do fizjologii

Fizjologia czlowieka

Nauka o czynności żywego organizmu. Stanowi zbiór praw fizjologicznych jakim podlega cały organizm oraz poszczególne jego układy, narządy, tkanki, komórki.

Istota procesów fizjologicznych

Wszystkie istoty żywe zarówno te o prostej budowie np. jednokmórkowce, jak i te o bardziej skomplikowane jak np. organizm człowieka charakteryzuje wspólna właściwość, którą jest przemiana materii-metabolizm

Metabolizm obejmuje dwa przeciwne procesy

Katabolizm Rozpad Związany jest ze zmniejszeniem się zapasu energii oraz Anabolizm Asymilacja, przyswajanie Polega na gromadzeniu energii w organizmie

Metabolizm

Podstawowy warunek życia biologicznego żywego organizmu • Przebiega wewnątrz organizmu – Czyli w środowisku wewnętrznym

Podstawowy skladnik organizmu wszystkich ssakow

Woda

U noworodków ilość całkowitej wody organizmu-TBW(total body water)

wynosi ponad 80%. W miarę wzrostu, dojrzewania organizmu procent wody zmniejsza się

Ile % stanowi woda u doroslego mezczyzny

około 62% masy ciała, Pozostałe 38% masy ciała przypada na: – Białka (18%) – Tłuszcze (13%) – Sole mineralne (7%)

TBW u kobiet

jest od kilku to kilkudziesięciu % mniejsza niż u M, ze względu na większy % udział tkanki tłuszczowej w masie ciała

Różnice TBW zależą od

Płci • Masy ciała • Składowych ciała (ilość tkanki tłuszczowej, masa mięśni)

Niska zawartość wody w tkankach

Niska – Tkanka tłuszczowa 10% – Kostna 22%

Wysoka zawartość wody w tkankach

Substancja szara OUN 85% – Krew 83% – Nerki 83% – Płuca 79% – Mięśnie 75%

Przestrzenie płynów ustrojowych

Komórki i ich błony komórkowe dzielą wodę organizmu na 3 podstawowe przestrzenie płynów ustrojowych

Rodzaje plynow ustrojowych

1. Płyn przestrzeni wewnątrzkomórkowej 2. Płyn przestrzeni zewnątrzkomórkowej 3. Płyn przestrzeni transkomórkowej

Płyn przestrzeni wewnątrzkomórkowej

ICF-interacellularfluid • Wypełnia przestrzeń wewnątrz komórki • Stanowi około 40% masy ciała mężczyzn i około 30% masy ciała kobiet

Płyn przestrzeni zewnątrzkomórkowej 20% mc

• ECF-extracellularfluid • Nie jest jednorodny pod względem składu i rozmieszczenia • Obejmuje osocze krwi • Płyn tkankowy • Chłonkę

Płyn przestrzeni transkomórkowej 2% mc

• Zaliczany jest również do płynu zewnątrzkomórkowego • Tworzą go: – Płyn mózgowo-rdzeniowy – Płyn w komorach oka – Płyn surowiczy w jamie opłucnej – Płyn osierdziowy – Soki trawienne

Plyn zewnatrzkomorkowy dzieli sie na

plyn wewnatrznaczyniowy 4%, plyn zewnatrznaczyniowy 14%, plyn transkomorkowy 2%

Dobowy obrót wody u osoby dorosłej

Pobór wody 2000-2500ml, wydalanie wody 2000-2500ml

Pobór wody

Pokarmy płynne 1000-1500, Pokarmy stałe 700, Woda oksydacyjna 300

Wydalanie wody

Nerki 1000-1500, Skóra i płuca 900, Przewód pokarmowy 100

Homeostaza

stan dynamicznej równowagi czynnościowej komórek, tkanek, narządów i układów organizmu jako systemu zintegrowanego, którego zaburzenie prowadzi do choroby a nawet śmierci

Homeostaza jako wlasciwosc organizmow

zdolność do zachowania stałego środowiska wewnętrznego pomimo zmieniającego się środowiska wewnętrznego

Homeostaza a stan zdrowia/ choroby

Stan zdrowia możemy zdefiniować jako utrzymanie homeostazy, a chorobę jako zaburzenie homeostazy

Współczesna fizjologia jest

przede wszystkim nauką o homeostazie

Warunki utrzymania homeostazy

Warunkiem utrzymania równowagi czynnościowej organizmu jest utrzymanie stałości składu bezpośredniego otoczenia komórek tzn. płyny okołokomórkowego, stanowiącego środowisko wewnętrzne organizmu

Strefy homeostatyczne organizmu człowieka

wewnatrzkomorkowa, okolokomorkowa, krew

Strefa homeostatyczna wewnatrzkomorkowa

ograniczona błonami komórkowymi izolującymi cytoplazmę. Transport przez nie odbywa się selektywnie, w sposób kontrolowany i dostosowany do zmieniających się warunków

Strefa homeostatyczna okolokomorkowa

ograniczona z jednej strony błonami komórkowymi, z drugiej ścianą naczyń krwionośnych. Odnowa płynu komórkowego odbywa się poprzez ich ścianę

Strefa homeostatyczna krew

kontaktująca się z jednej strony przez ścianę naczyń z przestrzenią okołokomórkowąa z drugiej strony docierającą do wszystkich płaszczyzn wymiany ze środowiskiem zewnętrznym

Utrzymanie homeostazy w komórce możliwe jest dzięki: (strefa wewn.)

Budowie i właściwościom błony komórkowej (dyfuzja, osmoza, przyciąganie elektrostatyczne, aktywny transport), Wewnątrzkomórkowej regulacji syntezy substancji regulacyjnych, enzymów, ilości produktów końcowych oraz stężenia substratów

Błona komórkowa

• Dwuwarstwowa • Fosfolipidowa • Pópłynna • Z glikolipidami i cholesterolem • Białka błonowe mogą przemieszczać się w płaszczyźnie dwuwarstwy

Białka błony komórkowej:

integralne, nosnikowe, tworzace kanaly jonowe, receptorowe

Bialka strukturalne

Wzmacniają strukturę błony, przytwierdzają cytoszkielet

Bialka enzymatyczne

Katalizują reakcję biochemiczne związane z błoną

Bialka transportowe

Transportują substancje niskocząsteczkowe przez błonę

Bialka receptorowe

Rozpoznają i wiążą cząsteczki sygnałowe np. hormony i inicjują odpowiedź komórki na te substancje

Transport przez błonę komórkową • Zależy od

Masy cząsteczkowej, właściwości, średnicy i ładunku elektrycznego związków chemicznych

Rodzaje transportów błonowych

bierne lub czynne

Transport blonowy bierny dzieli sie na

dyfuzje prosta i dyfuzje ulatwiona

Transport blonowy czynny dzieli sie na

aktywny (pierwotny i wtorny) i pecherzykowy

Dyfuzja prosta a kanaly jonowe otwierane

– Biernie (stale otwarte) – Potencjałem – Ligandem – Mechanicznie

Dyfuzja prosta zachodzi zgodnie

z gradientem stężeń, bez nakladu energii

Dyfuzja ułatwiona

Transport błonowy, w którym dodatkowy czynnik wspomaga dyfuzję zgodnie z gradientem stężeń

Transport aktywny

wbrew gradientowi stężeń, zużywa ATP, W ten sposób transportowane są monosacharydy i aminokwasy

Transport aktywny Pompa Na-K

pompa sodowo-potasowa, która transportuje 3 Na ‍ na zewnątrz komórek i 2 K ‍ do nich.

ATP

to skrót oznaczający związek chemiczny: adenozynotrifosforan. Jest to główny i uniwersalny nośnik energii w organizmie. Cząsteczka ATP składa się z adeniny, rybozy i trzech reszt fosforanowych

Transport wtórnie aktywny

• Połączenie dyfuzji ułatwionej i transportu aktywnego • Wymagany jest nakład energii ATP na utrzymanie gradientu stężeń substancji kotransportowanej

Transport pęcherzykowy

Transport substancji wysokocząteczkowych

Transport pęcherzykowy dzieli sie na:

Endocytoza i egzocytoze

Endocytoza obejmuje trzy rodzaje transportu

– Fagocytoza – Pinocytoza – Endocytoza receptorowa

Egzocytoza

wydzielanie

Endocytoza

Sposób przenikania większych cząsteczek, transport cieczy i cząsteczek

Fagocytoza

Polega na pobieraniu ze środowiska pokarmów stałych, odizolowaniu od cytozolu, poprzez utworzenie wodniczki pokarmowej i trawieniu z udziałem lizosomów

Pinocytoza

Polega na pobieraniu ze środowiska płynu z rozpuszczonymi w nim substancjami pokarmowymi (np. białkami lub tłuszczami)

Endocytoza receptorowa

Zachodzi w rejonach błony komórkowej zwanych dołeczkami okrytymi

Egzocytoza

proces uwalniania metabolitów powstających wewnątrz komórki – hormonów, neurotransmiterów, enzymów – produktów ubocznych metabolizmu i wydalin do przestrzeni pozakomórkowej

Sygnalizacja międzykomórkowa

Za pośrednictwem specyficznych substancji chemicznych (np. cytokin, hormonów, neuroprzekaźników) • Komorka reaguje na sygnał tylko wówczas, gdy posiada receptory dla cząsteczek sygnałowych

receptory błonowe

Jeżeli cząsteczki sygnałowe są duże, hydrofilne i nie mogą przejść przez błonę komórkową, wówczas receptory muszą znajdować się na powierzchni błony komórkowej

receptory wewnątrzkomórkowe

Jeżeli cząsteczki sygnałowe mogą wnikać do komórki, wówczas receptory znajdują się w jej wnętrzu

Receptory błonowe wlasciwosci

Pełnią bardzo ważną rolę w odbiorze informacji • Mają zdolność swoistego wiązania się z określonymi substancjami chemicznymi czyli ligandami

Odbieranie i przetwarzanie informacji przez błonę komórkową

Rozróżnianie sygnałów, Przenoszenie sygnałów (transdukcja), wzmacnianie sygnałów

Rodzaje receptorów błonowych

• Receptory związane z kanałami jonowymi (kanały otwierane ligandem) • Receptory związane z białkami G • Receptory o funkcji enzymatycznej

Kanały jonowe

Kanały jonowe są utworzone przez białka. Występują kanały dla Na +, K +, Ca 2+ i Cl –, niezwykle selektywne dla każdego z tych jonów

Receptory błonowe

ligand, agonista, antagonista

Ligand

wytworzony w organizmie lub podany z zewnątrz, łączy się z receptorem

Agonista

substancja łącząca się z receptorem i wywołuje reakcję w komórce

Antagonista

ma powinowactwo do receptora, łączy się z receptorem ale nie wywołuje reakcji w komórce

receptor β1

Ligand: noradrenalina Agonista: adrenalina Antagonista: propranolol

Kanały jonowe

uniport, synport, antyport

Uniport

przenoszenie jednej substancji chemicznej do komórki

Synport

przenoszenie jednocześnie 2 różnych cząsteczek

Antyport

przenoszenie jednocześnie 2 różnych cząsteczek w przeciwnych kierunkach

Receptory błonowe- białka G

Związane są z wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej, po której mogą się przemieszczać, Aktywowane białko G przemieszcza się wzdłuż błony i aktywuje efektor- enzym

kinazy białkowe

grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka.

Kinazy tyrozynowe

pośredniczą w regulacji większości dróg przenoszenia sygnału zewnątrzkomórkowego oraz kontrolują takie procesy, jak wzrost, różnicowanie komórek, cykl komórkowy, sygnalizacja wewnątrzkomórkowa.

Jony wapnia

Uważane są również za „drugi przekaźnik” wewnątrzkomórkowej informacji, do komórek wpływają przez trzy różne kanały

W płynie ECF jony wapnia występują jako:

– Jony wolne – Lub związane z zewnętrzną powierzchnią błony komórkowej

Kalmodulina

(ang. calcium-modulated protein, CaM, "białko modulowane przez wapń") Uczestniczy w indukcji różnych szlaków sygnalizacji wewnątrzkomórkowej, odgrywając przez to rolę w podstawowych procesach fizjologicznych komórki.

Kompleks kalmodulina-jony wapnia

Przyłącza się do enzymów wewnątrzkomórkowych, głównie do kinaz białkowych i aktywuje je

Receptory wewnątrzkomórkowe

Odpowiadają za reakcję komórki na hormony steroidowe i hormony tarczycy • Występują w: – Cytoplazmie- po przyłączeniu cząsteczki hormonu, receptor przemieszcza się do jądra komórkowego – Jądrze komórkowym • aktywują określone geny

Efekty wewnątrzkomórkowe receptorow wewtarz komorkowych:

– Synteza nowych białek – Zmiany metabolizmu komórki

Celem funkcjonowania narządów wewnętrznych jest

utrzymanie w płynie zewnątrzkomórkowym stałości wskaznikow homeostazy: izojonii, izotonii, izohydremii, izohyrdii, izotermii, Optymalnych ciśnień parcjalnych tlenu i CO2, Stężeń substancji odżywczych

izojonia

stalosc skladu elektrolitowego

izotonia

stalosc cisnienia osmotycznego

izohydremia

stalosc stanu nawodnienia

izohyrdia

stalosc stezenia jonów wodorowych

izotermii

stalosc temperatury

Izotonia

Polega na utrzymaniu stałego stężenia substancji osmotycznie czynnych (osmolitów) w poszczególnych przestrzeniach wodnych organizmu

Osmolarność/ osmolalność

• Stężenie substancji osmotycznie czynnych wyraża się jako osmolarność (gdy liczbę moli osmolitów odnosi się do 1 l rozpuszczalnika) • lub osmolalność (gdy liczbę moli osmolitów odnosi się do 1 kg rozpuszczalnika)

Roztwór hipotoniczny

o osmolarności niższej niż osocze

Roztwor izotoniczny

o osmolarności identycznej z osoczem

Roztwor hipertoniczny

o osmolarności wyższej niż osocze

Utrzymanie izotonii w organizmie człowieka zależy przede wszystkim od

stałej objętości wody zgromadzonej w ECF i ICF

Za kontrole izotonii odpowiada:

ośrodek pragnienia oraz wazopresyna (hormon antydiuretyczny)

Izojonia

• Zgodnie z prawem izojonii organizm człowieka dąży do zachowania stałego stężenia poszczególnych jonów w przestrzeniach wodnych • Aby cel został osiągnięty, konieczne jest utrzymywanie równego stężenia jonów w osoczu

Izohydria

polegaja na utrzymaniu stałego stężenia jonów wodorowych, a co za tym idzie – również stałego pH

prawidłowe pH krwi tętniczej wynosi

od 7,35 do 7,45

prawidłowe pH w komórkach mięśni szkieletowych

6,9

Najbardziej wrażliwe na zmiany stężenia jonów wodorowych są (izohydria)

enzymy łańcucha oddechowego

Izotermia

Utrzymanie temperatury głębokiej organizmu niezależnie od warunków środowiska zewnętrznego

wahania ciepłoty przekraczające o 4°C wartości

stwarzają poważne zagrożenie życia człowieka, wywołując szereg niekorzystnych

Narządem krytycznym dla zmian temperatury jest przede wszystkim

ośrodkowy układ nerwowy

Zaburzenia procesow homeostazy

jest odbierane przez układ specyfcznych receptorów, które przekazują informację drogą wstępującą (aferentną) do odpowiednich ośrodków kontrolnych

Kontrola homeostazy

•Zdecydowana większość procesów homeostatycznych oparta jest na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego oznacza to, że wypadkowa działania procesu jest przeciwna do kierunku działania bodźca, który tę odpowiedź wyzwolił

Układy sterowania

homeostaty

Układ sterowania opis

ujemnym sprzężeniem zwrotnym, mający za zadanie stabilizację i utrzymanie jej możliwie najmniejszych granicach w porównaniu z wzorcem

Podstawowe układy regulujące homeostazę

Układ nerwowy, Układ dokrewny (endokrynny)

Układ nerwowy dzieli sie na

Układ nerw– Somatyczny – regulacja motoryki dużej – Autonomiczny- zmiany czynności tkanek, narządów, układów narządowychowy dzieli sie na