WPROWADZENIE DO FIZJOLOGII CZŁOWIEKA Z UWZGLĘDNIENIEM RYSU HISTORYCZNEGO

Definicja fizjologii

Nauka o prawidłowych czynnościach żywego organizmu.

Zbiór praw fizjologicznych jakim podlega cały organizm oraz jego układy, narządy, tkanki i komórki.

Człowiek jest elementem środowiska biologicznego, w którym obowiązują prawa fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Człowiek żyje w społeczeństwie, a wobec tego do czynności jego organizmu odnoszą się także prawa społeczne.

Historia odkryć w fizjologii

V-IV w. p.n.e - „Corpus Hippocraticum” pierwsze informacje z zakresu fizjologii:

• Czynniki życia:

  • przyrodzone ciepło w sercu

  • trawiące pokarmy, oddzielając części pożyteczne od nieużytecznych.

• Zasadniczą rolę u człowieka pełnią 4 podstawowe ciecze:

  • krew (z serca i żył),

  • śluz (z mózgu),

  • żółć (z wątroby)

  • żółć czarna (ze śledziony).

Jeżeli ciecze są w równowadze ilościowej i dobrze zmieszane to człowiek jest zdrowy, w przeciwnym razie pojawia się choroba. (patologia humoralna)

II w. n.e. - Gallen - wiwisekcja i eksperymenty na zwierzętach - postęp w anatomii.

XVI w. n.e.

• Andreas Vesalius - twórca fizjologii jako nauki doświadczalnej był – wprowadzał miechem powietrze do płuc psa z otwartą klatką piersiową i utrzymywał go przy życiu.

• J.F.Fernel Pierwszy podręcznik fizjologii p.t.:”De naturali parte medicinae”.
  
  

XVI-XVII w. n.e.

Wiliam Harvey - ustalił działanie dużego układu krążenia i zasady krążenia krwi. Nie wyjaśnił sposobu połączenia tętnic z żyłami.

Uzyskanie prawie pełnej wiedzy o krążeniu krwi, podstawach trawienia pokarmów i odruchowej czynności rdzenia kręgowego zajęło uczonym kolejny wiek.

Koniec XVIII w. - A.L. Galvani wykrył istnienie elektryczności biologicznej (preparat nerwowo-mięśniowy w czasie burzy, nerw na przeciętym mięśniu)

XVIII w.

• krążenie krwi w sercu (Thebesius),

• rola tlenu w przemianie materii (Lavoisier),

• teoria przemian energetycznych i prawo zachowania materii i energii (Łomonosow).

XIX w.

• odkrycie ruchowych i czuciowych włókien nerwowych (Magendie),

• mechanizm działania wzroku i wykrycie komórek automatycznych w sercu (Purkynje),

• teoria filtracji w nerkach i pomiar ciśnienia tętniczego krwi (Ludwig).

• ustalił czynność wątroby i jej rolę w przemianach węglowodanów w powiązaniu z układem nerwowym, odkrył mechanizmy naczynioruchowe, a przede wszystkim był twórcą pojęcia środowiska wewnętrznego i jego stałości, stworzył i zdefiniował pojęcie homeostazy (Claud Bernard).

XX w. - rozwój neurofizjologii (Seczenow, Pawłow), immunologii, a w końcu genetyki .

Procesy fizjologiczne

Wszystkie organizmy żywe charakteryzuje przemiana materii zwana metabolizmem.

Metabolizm to dwa przeciwne procesy:

anabolizm = asymilacja (przyswajanie) - gromadzenie w organizmie energii i materii.

katabolizm = dysymilacja (rozpad) - zmniejszanie w organizmie energii i materii.

W okresie wzrostu organizmu anabolizm przeważa nad katabolizmem, a po osiągnięciu dojrzałości metabolizm osiąga równowagę energetyczną.

Środowisko biologiczne organizmu

Metabolizm przebiega wewnątrz organizmu, czyli w jego środowisku wewnętrznym.

Każdy żywy organizm otoczony jest przez środowisko zewnętrzne, zalicza się do niego także treść wypełniająca przewód pokarmowy oraz powietrze w układzie oddechowym.

Środowisko zewnętrzne nie bierze bezpośredniego udziału w metabolizmie organizmu, to jednak wywiera na niego znaczący wpływ.

W organizmie człowieka środowisko wewnętrzne od zewnętrznego stale oddziela przynajmniej jedna warstwa komórek.

Przestrzenie płynów ustrojowych

Woda jest podstawowym składnikiem wszystkich ssaków.

	Noworodki	Mężczyźni	Kobiety
Całkowita woda organizmu	80%	61%	51%
białko		16%
węglowodany		8%
tłuszcze		10%
sole mineralne		5%

Błony komórkowe dzielą wodę na 3 przestrzenie płynów ustrojowych:

• wewnątrzkomórkowa

• zewnątrzkomórkowa

• transkomórkowa

Płyn wewnątrzkomórkowy (ICF)

• 40% masy ciała u mężczyzn i 30% u kobiet

Płyn zewnątrzkomórkowy (ECF)

• obejmuje osocze krwi (5%), płyn tkankowy i limfę (15%)

• stanowi ok. 20% masy ciała

• niejednorodne rozmieszczenie i skład (zbliżony do składu „pierwotnego oceanu”)

• Płyn transkomórkowy (TCF) zaliczany do ECF (płyn mózgowo-rdzeniowy, ciecz wodnista oka, płyn osierdziowy, płyn w opłucnej, maź stawowa i soki trawienne)

• Funkcja ECF: z niego komórki pobierają O2 i składniki odżywcze i do niego wydalają produkty przemiany materii

  
  Homeostaza

Homeostaza - zdolność organizmu do utrzymywania stałości środowiska wewnętrznego pomimo zmieniającego się środowiska zewnętrznego.

Główne elementy homeostazy ssaków to :

• izojonia – stałe stężenie jonów w płynach

• izoosmia – stałe ciśnienie osmotyczne

• izohydria – stałe stężenie jonów H (czyli pH)

• izoglukozuria – stałe stężenie glukozy

• izotermia – stałe temperatura ciała

Procesy:

• Dyfuzja

• Osmoza

Kontrola i regulacja funkcji

Celem funkcji życiowych jest utrzymanie jego życia osobniczego i utrzymanie gatunku czyli rozród.

Aby wypełnić te zadania człowiek wykształcił wyspecjalizowane układy, które pozwalają mu adaptować się do zmian w środowisku.

Człowiek dzięki niezwykłemu rozwojowi OUN jest zwierzęciem najlepiej przystosowany do biologicznych i społecznych zmian.

Wykonanie biologicznych i społecznych zadań zapewniają: sprawny metabolizm i systemy regulacyjne.

Sprawność metabolizmu wymaga działania funkcji :

Odżywianie – pobieranie ze środowiska zewnętrznego materiałów energetycznych i budulcowych.

Oddychanie – dostarczanie tlenu i dwutlenku węgla do procesów utleniania wewnątrzkomórkowego.

Krążenie – krążenie materiałów energetycznych, budulcowych, gazów (O2 i CO2), produktów przemiany materii i innych ciał pomiędzy komórkami (sąsiadującymi i odległymi).

Wydalanie – usuwanie ze środowiska wewnętrznego wytworzonych nielotnych produktów przemiany materii.

Układ ruchowy (somatyczny) - zapewnia pobieranie materiałów i obronę

Układ nerwowy (ośrodkowy i wegetatywny) i układ wydzielania wewnętrznego - zapewnia sprawną kontrolę i regulację czynności układów odżywiania, oddychania, krążenia i wydalania.

Komunikacja między komórkami

Przekazywanie informacji między komórkami:

Połączenia szczelinowe (gap junction)

• komunikacja bezpośrednia bez udziału układów nerwowego i endokrynnego

• bez udziału płynu komórkowego

• w miejscu styku komórek istnieją koneksony (białko koneksyna), które tworzą wspólny kanał do przepływu jonów, aminokwasów, cukrów i innych substancji biologicznie aktywnych, niosących informację.

Za pośrednictwem przekaźników chemicznych (w płynie zewnątrzkomórkowym) – komunikacja:

• Neuronalna – neurotransmiter-synapsa

• Endokrynna – hormony-receptory

• Parakrynna / autokrynna - dyfuzja przekaźnika-oddziaływanie na komórki

Przenoszenie informacji

W organizmie informacja jest stale przetwarzana i przenoszona w sposób:

• analogowy - ciągły, odbywa się zwykle na drodze humoralnej (np. sekretyna)

• cyfrowy - impulsowy, odbywa się przez receptory

• mieszany

Receptor (przetwornik) zamienia sygnał na salwę impulsów.

Przenoszenie takie ma miejsce we włóknach nerwowych i mięśniowych.

Poszczególne impulsy nerwowe przewodzone są przez to samo włókno, czyli przez jeden kanał informacyjny.

W czasie przenoszenia informacji nie zmienia ona swoich wartości informacyjnych.

Informacja zakodowana jest w częstotliwości, czyli w długości interwałów pomiędzy pojedynczymi impulsami.

Cyfrowe przenoszenie informacji przez włókna nerwowe ma charakter zasady „wszystko albo nic”

• Natomiast ciała neuronów i ich błony pobudliwe przenoszą informację analogowo – przez zmianę potencjału błonowego, którego czas narastania decyduje o częstotliwości potencjałów czynnościowych opuszczających ciało neuronu przez akson (włókno nerwowe).

• W fizjologii jednostką informacji jest także bit.

• Przekazywanie informacji pomiędzy neuronami lub do komórek unerwianych odbywa się za pośrednictwem synaps.

• Większość synaps to synapsy chemiczne – zakończenie aksonu (kolbka synaptyczna) wydziela neuroprzekaźnik do przestrzeni synaptycznej, który łączy się z receptorami błony zasynaptycznej będącej błoną neuronu odbierającego, generując potencjał czynnościowy

• W OUN występują (nieliczne !) synapsy elektryczne – w wąskiej przestrzeni synaptycznej odbywa się ruch jonów do następnego neuronu, powodując depolaryzację błony i powstanie potencjału czynnościowego (bez neuroprzekaźnika).

Sprzężenie zwrotne

• Informacja pomiędzy narządami (układami) przepływa od wyjścia układu sterującego do wejścia układu sterowanego jednokierunkowo.

• Większość procesów fizjologicznych regulowana jest przez ujemne sprzężenie zwrotne pomiędzy układem sterującym i sterowanym.

• Kontrola czynności układów (tak nerwowa jak i humoralna) może być jednokierunkowa (rzadsza) i/lub dwukierunkowa.

• Kontrola jednokierunkowa – jest to przekazywanie informacji jako polecenia w jednym kierunku, do układu podporządkowanego.

• Kontrola dwukierunkowa to kontrola wzajemnie zwrotna za pośrednictwem pętli sprzężenia zwrotnego.

Regulacja przez receptory

• Procesy regulacji pomiędzy komórkami uczestniczą receptory błony komórkowej

• Zwiększanie stężenia przekaźnika powoduje internalizację receptorów czyli zmniejszenie ich gęstości w błonie.

• Proces ten nazywamy „regulacją w dół” (down regulation).

• Przeciwnie, zmniejszenie stężenia przekaźnika powoduje eksternalizację receptorów, czyli zwiększenie ich gęstości w błonie.

• Proces ten nazywamy „regulację w górę” (up regulation).