�żProf. dr hab. med.
Władysław Z. Traczyk

Fizjologia Człowieka w Zarysie

Wydanie VIII - uaktualnione

WARSZAWA
WYDAWNICTWO LEKARSKIE PZWL

Słowo wstępne do pierwszego wydania

W okresie kilkuletnich wykładów zetknąłem się z opinią moich słuchaczy o potrzebie zwięzłego podręcznika fizjologii człowieka napisanego w sposób ułatwiający powtórzenie przed egzaminem najważniejszych wiadomości. Wówczas zrodziła się myśl napisania takiego podręcznika i obecna próba jest spełnieniem życzeń moich słuchaczy. Podręcznik powstał częściowo na podstawie wykładów, jakie miałem dla studentów drugiego roku Wydziału Lekarskiego Akademii Medycznej w Łodzi w latach 1963-1972. Ze względu na swój charakter nie może on służyć do systematycznych i gruntownych studiów przedmiotu. Rolę tę spełniają obszerne polskie podręczniki fizjologii oraz tłumaczenia z języków obcych. Celem moim było omówienie podstawowych praw fizjologicznych z pominięciem opisu metod, za pomocą których zostały one odkryte. Pominąłem również wiadomości z nauk pokrewnych, to jest z anatomii, histologii, biofizyki, biochemii i fizjologii porównawczej, sprowadzając niektóre do niezbędnego minimum.
W tekście po polskich nazwach struktur anatomicznych podane są w nawiasach nazwy łacińskie złożone kursywą. Pewną innowacją natomiast, nie praktykowaną w podręcznikach dla studentów, jest umieszczenie w nawiasach po niektórych polskich terminach z zakresu fizjologii ich odpowiedników angielskich. Podałem również pełne brzmienie nazw angielskich po symbolach utworzonych z pierwszych ich liter. Wprowadziłem to w celu ułatwienia polskiemu czytelnikowi korzystania z obcego piśmiennictwa. Mam nadzieję, że podręcznik ten zostanie przez studentów zaaprobowany i że spełni swoje zadanie. Będę bardzo zobowiązany za wszelkie uwagi.
Pragnę w tym miejscu wyrazić swoje najserdeczniejsze podziękowania tym wszystkim, którzy służyli mi radą lub pomocą w przygotowaniu podręcznika do druku, przede wszystkim Panu Profesorowi Julianowi Walawskiemu, Panu Profesorowi Bronisławowi Filipowiczowi i Panu Docentowi Janowi Guzkowi za zapoznanie się z całością książki i za cenne uwagi. Z poszczególnymi rozdziałami zapoznali się i przekazali mi swoje uwagi: Pan Profesor Andrzej Trzebski - �śPrawa fizjologiczne organizmu człowieka" i �śUkład krążenia", Pan Docent Bohdan Lewartowski -�śCzynność komórek nerwowych i mięśniowych" i �śSerce", Pan Docent Juliusz Na-rębski - �śCzucie i ruch", Pan Docent Rudolf Klimek - �śKontrola środowiska wewnętrznego", Pani Docent Zdzisława Traczyk - �śKrew i hemopoeza", Pan Docent Antoni Koziorowski - �śOddychanie", Pan Profesor Stanisław Konturek - �śOdżywianie" i Pan Docent Marian Wojnarowski - �śPłyny ustrojowe i czynność nerek". Wszystkim składam wyrazy wdzięczności za poniesiony trud i wnikliwe uwagi. Składam również podziękowanie Panu Profesorowi Hansowi Schaeferowi, przewodniczącemu Komisji Mianownictwa Międzynarodowej Unii Nauk Fizjologicznych za udostępnienie mi wykazu mianownictwa fizjologicznego.

Autor
Łódź, dnia 18 lutego 1972 roku

Słowo wstępne do szóstego wydania

Niezbędne zmiany i uzupełnienia zostały wprowadzone do obecnego szóstego wydania tej książki. W ostatnim dziesięcioleciu zaznaczył się znaczny postęp wiedzy i w zakresie komunikacji humoralnej pomiędzy komórkami organizmu zarówno sąsia-! dującymi ze sobą, jak i odległymi. Aby zachować zwięzłość tekstu, substancje i czyn-niki chemiczne biorące udział w tej komunikacji zostały tylko wyliczone, nie omawiano natomiast molekularnego mechanizmu ich działania. Z tych względów podręcznik ten, który ma charakter repetytorium, nie może służyć do systematycznych i gruntownych studiów przedmiotu.
W obecnym wydaniu wymieniono większość rycin i dokonano zmian w tabelach i schematach. Wielkości są wyrażone w jednostkach międzynarodowego układu SI zgodnie z uchwałą Zgromadzenia Ogólnego Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) z maja 1977 roku. W tekście i w tabelach niektóre wielkości podane są jednocześnie w jednostkach układu SI i w jednostkach tradycyjnych.
Serdecznie dziękuję tym wszystkim, którzy podzielili się ze mną swoimi uwagami zarówno o wydaniach poprzednich, jak i wydaniu obecnym. Szczególnie dziękuję Panu Profesorowi Franciszkowi Kokotowi, który zapoznał się z całym czwartym i piątym wydaniem i podzielił się ze mną swoimi propozycjami dotyczącymi zmian i poprawek. Serdecznie dziękuję za uwagi dotyczące poszczególnych rozdziałów obecnego wydania, które przekazali mi: Pan Doktor hab. Andrzej Godlewski - czynność komórek nerwowych, Pan Profesor Janusz Greger - prawa fizjologiczne organizmu człowieka, Pan Profesor Franciszek Kokot - płyny ustrojowe i czynność nerek, Pan Profesor Stanisław Konturek - układ trawienny, Pan Profesor Bohdan Lewartowski -czynność komórek mięśniowych i czynność serca, Pan Profesor Andrzej Niechaj -czucie i ruch, Pan Profesor Marek Pawlikowski - kontrola środowiska wewnętrznego, Pani Profesor Teresa Pajszczyk-Kieszkiewicz - rozród, Pan Profesor Jerzy Roż-niecki - oddychanie, Pani Docent Zdzisława Traczyk - czynność tkanek krwiotwórczych i krwi i Pan Profesor Andrzej Trzebski - krążenie.
Składam również najserdeczniejsze podziękowania współpracownikom z Zakładu Fizjologii Akademii Medycznej w Łodzi, a szczególnie Pani Ewie Zając, za pomoc w przygotowaniu książki do druku.

Autor
Łódź, dnia 26 maja 1997 roku

Słowo wstępne do ósmego wydania

Fizjologia jako nauka o prawidłowym funkcjonowaniu organizmów żywych stanowi przedmiot nauczania o bardzo szerokim zakresie. Jest ściśle związana ze strukturą tkanek jako obiektem badania ich prawidłowej czynności i wzajemnego oddziaływania. Fizjologia jest zatem przedmiotem o podstawowym znaczeniu dla większości specjalności klinicznych. Z tego też powodu zachęcam do studiowania obszernych podręczników z tego zakresu, uwzględniających w sposób wyczerpujący potrzebną dla lekarza wiedzę, dotyczącą prawidłowej czynności poszczególnych narządów wchodzących w skład układu nerwowego, układu krążenia, układu oddechowego i innych.
�śFizjologia człowieka w zarysie" została przygotowana jako kompendium zawierające podstawowe wiadomości. Służą one do powtórki niezbędnego minimum łatwego do zapamiętania dzięki rycinom pomagającym zrozumieć omawiane zagadnienia. Książka ta ma ponadto zachęcić do pogłębienia wiedzy z obszernych podręczników fizjologii, czego sobie i wszystkim czytelnikom życzę.
Na zakończenie składam serdeczne podziękowania za cenne uwagi do niniejszego wydania - Panu Profesorowi Dariuszowi Nowakowi - kierownikowi Katedry Fizjologii Doświadczalnej i Klinicznej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi oraz jego współpracownicom, Paniom: Profesor Barbarze Jakubowskiej-Naziembło, Doktor hab. Annie Wałczewskiej, Doktor hab. Monice Orłowskiej-Majdak i Doktor Barbarze Dziedzic.

Autor

Spis treści

1. Prawa fizjologiczne organizmu człowieka

Charakterystyka przedmiotu
Środowisko biologiczne organizmu
Homeostaza
Czynność komórki
Błona komórkowa
Jądro komórkowe
Siateczka śródplazmatyczna ziarnista
Siateczka śródplazmatyczna gładka
Lizosomy
Mitochondria
Metabolizm wewnątrzkomórkowy
Samoregulacja metabolizmu komórkowego
Cykl komórkowy i śmierć komórki
Kontrola i regulacja funkcji
Specjalizacja funkcji w organizmie
Przetwarzanie i przenoszenie informacji
Komunikacja pomiędzy komórkami
Sprzężenie zwrotne

2. Czynność komórek nerwowych i mięśniowych

Pobudliwość i pobudzenie
Potencjał spoczynkowy błony komórkowej
Komórka nerwowa
Potencjał czynnościowy
Synapsy
Kontrola ekspresji genów
Hamowanie presynaptyczne
Przewodzenie impulsów we włóknach bezrdzennych
Przewodzenie impulsów we włóknach rdzennych
Grupy włókien nerwowych
Nerwy czaszkowe i nerwy rdzeniowe
Komórki glejowe
Mięśnie poprzecznie prążkowane
Komórka mięśniowa
Skurcze mięśni
Regulacja napięcia mięśniowego
Synapsa nerwowo-mięśniowa
Mięśnie gładkie
Mięsień sercowy
Komórki układu przewodzącego serca

3. Czucie i ruch

Czynność bioelektryczna mózgu spontaniczna
Odruchy
Łuk odruchowy
Ośrodki rdzenia kręgowego
Czucie
Czucie teleceptywne
Zmysł powonienia
Zmysł wzroku
Zmysł słuchu
Czucie eksteroceptywne
Czucie dotyku i ucisku
Czucie ciepła i zimna
Czucie bólu powierzchownego
Czucie smaku
Czucie proprioceptywne
Czynność błędnika
Czucie interoceptywne
Czucie bólu trzewnego
Drogi nieswoiste dla czucia i percepcji
Ruchy i postawa ciała
Czynność układu pozapiramidowego
Czynność móżdżku
Układ siatkowaty pnia mózgu
Czuwanie i sen
Ośrodki kierujące zachowaniem
Ośrodki motywacyjne
Układ limbiczny
Uczenie się i zapamiętywanie
Pamięć trwała
Zespoły czynnościowe ośrodkowego układu nerwowego

4. Kontrola środowiska wewnętrznego

Zachowanie równowagi homeostatycznej
Układ nerwowy autonomiczny
Część współczulna układu autonomicznego
Część przywspółczulna układu autonomicznego
Działanie na efektory impulsacji współczulnej i przywspółczulnej
Czynność gruczołów dokrewnych
Hormony podwzgórzowe
Przysadka - część gruczołowa
Przysadka - część pośrednia
Kora i rdzeń nadnerczy
Gruczoł tarczowy
Jajniki
Jądra
Gruczoły przytarczyczne
Wyspy trzustkowe
Szyszynka
Grasica
Hormony tkankowe
Czynniki wzrostowe
Termoregulacja

5. Krążenie

Krew
Rola krwi w organizmie
Czynność tkanek krwiotwórczych
Szpik kostny
Grasica
Węzły chłonne i grudki chłonne
Śledziona
Elementy morfotyczne krwi
Erytrocyty
Leukocyty
Trombocyty
Osocze
Białka osocza
Składniki organiczne pozabiałkowe osocza
Lipidy osocza
Hemostaza
Chłonka
Układ sercowo-naczyniowy
Serce
Czynność bioelektryczna serca - EKG
Czynność mechaniczna serca
Zjawiska akustyczne
Krążenie wieńcowe
Krążenie duże
Zbiornik tętniczy duży
Zbiornik żylny duży
Krążenie krwi w naczyniach włosowatych
Krążenie chłonki
Ośrodki kontrolujące krążenie krwi
Ośrodek sercowy
Ośrodek naczynioruchowy
Regulacja ciśnienia tętniczego krwi
Miejscowa regulacja przepływu krwi
Krążenie płucne
Krążenie krwi w mózgowiu
Krążenie wrotne

6. Oddychanie

Oddychanie zewnętrzne
Wentylacja płuc
Dyfuzja gazów w płucach
Transport gazów
Dyfuzja gazów w tkankach
Regulacja oddychania
Ośrodek oddechowy
Oddychanie wewnętrzne
Przemiana pośrednia w komórkach
Przemiana w organizmie
Podstawowa przemiana materii

7. Układ trawienny

Odżywianie
Równowaga energetyczna
Trawienie pokarmów
Jama ustna i przełyk
Żołądek
Jelito cienkie
Trawienie w jelicie cienkim
Wydzielanie soku trzustkowego
Wydzielanie żółci
Jelito grube
Hormony żołądkowo-jelitowe
Wchłanianie w przewodzie pokarmowym
Węglowodany
Tłuszcze
Białka i kwasy nukleinowe
Witaminy, sole mineralne i woda
Czynność wątroby
Czynność zewnątrzwydzielnicza
Czynność wewnątrzwydzielnicza
Magazynowanie
Regulacja czynności

8. Płyny ustrojowe i czynność nerek

Płyny i elektrolity ustrojowe
Woda
Elektrolity
Utrata wody i elektrolitów
Czynność nerek
Przepływ krwi
Resorpcja i sekrecja kanalikowa
Regulacja tworzenia się moczu
Czynności wewnątrzwydzielnicze
Wydalanie moczu

9. Rozród

Determinacja płci
Rozród u płci męskiej
Spermatogeneza
Rozród u płci żeńskiej
Cykl płciowy żeński
Ciąża
Poród
Połóg i laktacja

Tabela I
Podstawowe jednostki miar międzynarodowego układu SI, jednostki pochodne* i jednostki dopuszczone do stosowania w medycynie** na podstawie uchwały Sesji Plenarnej Światowej Organizacji Zdrowia z maja 1977 roku

Miara Jednostka Symbol
Długość metr m
Masa kilogram kg
Czas sekunda s
Prąd elektryczny amper A
Temperatura termodynamiczna kelvin K
Światłość candela cd
Ilość substancji mol mol
Częstotliwość hertz Hz
Siła newton N
Ciśnienie pascal Pa
Energia joule J
Moc watt W
Napięcie elektryczne volt V
Temperatura stopień Celsjusza °C
Objętość litr L

Skrót jednostki objętości w postaci wielkiej litery L został wprowadzony do piśmiennictwa medycznego z inicjatywy Redaktora Naczelnego czasopisma The Journal of American Medi-cal Association. (G. D. Lundberg. Editorial. SI unit implementation - the next step. JAMA, 1988; 260, nr l, 73-76).

Tabela II
Wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar

Wielokrotność Nazwa Symbol 1O^18 eksa E
1O^15 peta P
1O^12 tera T
1O^9 giga G
1O^6 mega M
1O^3 kilo k
1 �" �"
10^(-3) mili m
10^(-6) mikro µ(czyt. mi)
10^(-9) nano n
10^(-12) piko p
10^(-15) femto f
10^(-18) atto a
Tabela III
Alfabet grecki

Litera Nazwa
�ę �ą alpha
�ł β beta
Γ �ł gamma
�" δ delta
Ε ε epsilon
�
�ś zeta
� η eta
�Ś θ theta
Ι �ą iota
Κ κ kappa
Λ � lambda
�ś �ź mi
Ν ν ni
�ś ξ xi
�ź �ż omikron
� π pi
�Ą ρ ro
�Ł σ sigma
�ń �" tau
�Ą � upsilon
�Ś �ą phi
�ż χ chi
Ψ ψ psi
Ω ω omega
Transkrypcja nazw liter greckich jest zgodna z używaną w medycznej informacji naukowej posługującej się językiem angielskim.

1. Prawa fizjologiczne organizmu człowieka

Charakterystyka przedmiotu

Fizjologia człowieka jest nauką o czynności żywego organizmu. Stanowi ona zbiór praw fizjologicznych (physiologic principles), jakim podlega cały organizm oraz poszczególne jego układy, narządy, tkanki i komórki. Prawa rządzące żywym organizmem są wykrywane doświadczalnie. Określają one zarówno warunki, w jakich przebiega prawidłowa czynność, jak i mechanizmy fizjologiczne zapewniające prawidłową czynność całego organizmu i jego poszczególnych komórek.
Warunki, w jakich żyje każdy organizm zwierzęcy, a wiec i organizm człowieka, wyznaczone są przez czynniki fizyczne i chemiczne stanowiące środowisko biologiczne (biologic environment). W środowisku tym obowiązują prawa fizyczne i chemiczne, a w stosunku do organizmów żywych także prawa biologiczne. Człowiek żyje w społeczeństwie i jest wytworem życia społecznego, dlatego też do czynności jego organizmu odnoszą się również prawa społeczne.
Mechanizmy fizjologiczne (physiologic mechanisms), dzięki którym procesy życiowe w organizmie przebiegają prawidłowo, występują jednocześnie na wielu poziomach organizacji. Życie pojedynczej komórki zależne jest od optymalnego działania wewnątrzkomórkowych mechanizmów fizjologicznych. Życie wielkiego zbiorowiska komórek, jakim jest organizm, uwarunkowane jest sprawnym działaniem licznych mechanizmów fizjologicznych występujących pomiędzy tkankami, narządami i całymi układami.

Istota procesów fizjologicznych

Wszystkie istoty żywe, zarówno o prostej budowie -jednokomórkowce, jak i o złożonej budowie, np. organizm człowieka, charakteryzuje wspólna właściwość, którą jest przemiana materii - metabolizm. Metabolizm (metabolism) obejmuje dwa przeciwne procesy, z których jeden anabolizm (anabolism) - czyli asymilacja, przyswajanie - polega na gromadzeniu energii w organizmie żywym, drugi zaś katabolizm (catabolism) - czyli dysymilacja, rozpad - związany jest ze zmniejszaniem się zapasu tej energii. W warunkach fizjologicznych oba procesy zachodzą jednocześnie.
W okresie wzrostu organizmu anabolizm przeważa nad katabolizmem, a po osiągnięciu dojrzałości metabolizm wykazuje równowagę energetyczną (energy balance).
W dojrzałym organizmie wahania w kierunku przewagi anabolizmu lub katabolizmu stale zachodzą cyklicznie, ale nie przekraczają pewnych granic, które można określić jako fizjologiczne granice dla procesów życiowych. Przekroczenie tych granic w kierunku gromadzenia się albo ubywania energii z organizmu lub poszczególnych jego układów i narządów stanowi przejście od prawidłowo przebiegających procesów życiowych -fizjologicznych, do nieprawidłowych - patologicznych. W konsekwencji organizm traci optymalne warunki do życia w środowisku biologicznym i szybciej lub wolniej obumiera.

Środowisko biologiczne organizmu

Metabolizm jest podstawowym warunkiem życia biologicznego żywego organizmu. Przebiega on wewnątrz organizmu, czyli w jego środowisku wewnętrznym (internal environment). Każdy żywy organizm jest otoczony przez środowisko zewnętrzne (external environment), które choć nie bierze bezpośredniego udziału w metabolizmie komórkowym, to jednak wywiera na niego wielki wpływ.
W organizmie człowieka środowisko wewnętrzne od zewnętrznego stale oddziela co najmniej jedna warstwa komórek. Do środowiska zewnętrznego zalicza się treść wypełniającą przewód pokarmowy oraz powietrze w drogach oddechowych i w pęcherzykach płucnych.
Przestrzenie płynów ustrojowych
Woda (water) jest podstawowym składnikiem organizmu wszystkich ssaków (mammals), w tym również człowieka (homo sapiens). U noworodka ilość całkowitej wody organizmu - TBW (total body water) - wynosi ponad 80%. W miarę wzrostu i dojrzewania organizmu procent wody zmniejsza się i ustala na okres kilkudziesięciu lat życia w przedziale wieku od lat około 18 do około 40. U mężczyzny w tym przedziale wieku całkowita woda organizmu (TBW) stanowi przeciętnie około 62% masy ciała. Pozostałe 38% masy ciała przypada na białka (około 18%), tłuszcze (około 13%) i sole mineralne (około 7%). U kobiet ilość całkowitej wody organizmu (TBW) jest od kilku do dziesięciu procent mniejsza w porównaniu z TBW u mężczyzn w tym samym wieku, ze względu na większy u kobiet procentowy udział tkanki tłuszczowej w masie ciała.
Komórki (cellulae) i ich błony komórkowe dzielą wodę organizmu na trzy przestrzenie płynów ustrojowych (body fluid compartments). Są to:
�ó płyn w przestrzeni wewnątrzkomórkowej (intracellular fluid compart-ment),
�ó płyn w przestrzeni zewnątrzkomórkowej (extracellular fluid compart-ment),
�ó płyn w przestrzeni transkomórkowej (transcellular fluid compart-ment).
Przestrzeń wewnątrzkomórkową wypełnia płyn wewnątrzkomórkowy - ICF (intracellular fluid) - stanowiący około 40% masy ciała mężczyzn i około 30% masy ciała kobiet w wieku od 18 do 40 lat.
Płyn zewnątrzkomórkowy - ECF (extracellular fluid) - nie jest jednorodny pod względem składu i rozmieszczenia. Obejmuje osocze krwi (blood plasma), płyn tkankowy (interstitial fluid) i chłonkę (lymph).
Płyn w przestrzeni transkomórkowej zaliczany jest również do płynu zewnątrzkomórkowego. Tworzą go: płyn mózgowo-rdzeniowy, płyn w komorach oka, maź stawowa, płyn surowiczy w jamie opłucnej, płyn osierdziowy i soki trawienne. Niezależnie od miejsca występowania, zawartość składników nieorganicznych w ECF jest stosunkowo stała. Poszczególne płyny ustrojowe należące do ECF różnią się natomiast dość znacznie pod względem zawartości niektórych składników organicznych.
Stężenie jonów (concentration of ions) zarówno w płynie zewnątrzko-mórkowym, jak i wewnątrzkomórkowym przyjęto wyrażać w molach (mol) w litrze roztworu zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek Miar (SI) lub, biorąc pod uwagę ładunek elektryczny, w ekwiwalentach (Eq). Jeden ekwiwalent, czyli równoważnik (1 Eq), jest to jeden mol kationów lub anionów danej substancji wyrażony w gramach i podzielony przez wartościowość jonów.

Eq =(1 mol kationów lub anionów)/(wartościowość jonów)

np.:
1 Eq Na+ = (23 g)/1 = 23 g

Drugą jednostką, za pomocą której określa się właściwości płynów ustrojowych, jest osmol. Jeden osmol jest to jeden mol związku chemicznego lub jonów występujący w objętości 1 litra roztworu podzielony przez liczbę cząsteczek uwolnionych z każdej cząsteczki danego związku i swobodnie poruszających się w roztworze wodnym.

1 Osm = (1 mol w litrze roztworu)/l.s.w. x wsp.

gdzie:
l.s.w. - liczba swobodnych cząsteczek uwolnionych z jednej cząsteczki związku
chemicznego; dla związków niedysocjujących l.s.w. = l, a dla dysocjują-cych l.s.w. > 1;
wsp. - współczynnik osmotyczny; jest bliski jedności dla związków niedysocjujących,
np.:
1 Osm dla mocznika = (60,06)/(1 x 1) = 60,06 g w 1 L roztworu.

Osmolarność (osmolarity) płynu określa ciśnienie osmotyczne panujące w l litrze roztworu, a więc mówi o liczbie swobodnie poruszających się cząsteczek i wywieranym przez nie ciśnieniu na błony półprzepuszczalne, do których należą również błony komórkowe.
Związki dysocjujące, występujące w płynach ustrojowych, uwalniają różną liczbę swobodnych cząsteczek (Ls.w.) i mają odmienne współczynniki osmotyczne. Ciśnienie osmotyczne płynów ustrojowych oznacza się na podstawie pomiaru obniżenia punktu zamarzania roztworu. Obniżenie punktu zamarzania o 1,86°C odpowiada ciśnieniu osmotycznemu równemu i osmolowi (Osm).

1 Osm obniża temperaturę zamarzania o �"1,86°C.

Ze względu na małe stężenie związków chemicznych występujących w płynach ustrojowych, w fizjologii używane są jednostki tysiąc razy mniejsze od ekwiwalentu i osmolą.
1 milirównoważnik = 1 mEq
1 miliosmol = 1 mOsm

Tabela 1
Kationy i aniony w osoczu, w płynie tkankowym i w płynie wewnątrzkomórkowym

Płyn zewnątrz-komórkowy(ECF) Płyn wewnątrzkomórkowy(ICF)
Kationy osocze krwi (mEq/L H20) płyn tkankowy (mEq/L H20) (mięsień) (mEq/L H2O)


Na+ 142 144 10
K+ 4 4 160
Ca2+ 5 2,5 *
Mg2+ 2 1,5 35

Płyn zewnątrz-komórkowy (ECF) Płyn wewnątrzkomórkowy (ICF)
Aniony osocze krwi (mEq/L H2O) płyn tkankowy (mEq/L H2O) (mięsień) (mEq/L H2O)

Cl- 103 114 2
HCO3- 26 29,4 8
PO34- 2 2 (org.)140
SO24- 1 1
Kwasy
org. 5 5
Białka 16 0 55
Uwaga: jony wymienione w tabeli nie są przedstawione tak, jak tego wymaga układ SI, ponieważ z obu stron błony komórkowej równoważą się ładunki elektryczne wyrażone w mEq/L H2O, a nie ilości substancji w mmol/L H2O.
*Zmienne stężenie zależne od stanu czystości komórek mięśniowych.

Punkt zamarzania osocza ludzkiego wynosi �"0,558°C (SI: 272,562 K), co odpowiada osmolarności osocza równej 300 mOsm (0,558/0,00186), mocz zaś zamarza w temperaturze np. -2,232°C (SI: 270,948 K), co odpowiada 1200 mOsm (2,232/0,00186).
W płynie zewnątrzkomórkowym występuje stosunkowo duże stężenie jonów sodu i chloru oraz małe stężenie jonów potasu (tab. 1).
W płynie wewnątrzkomórkowym np. komórek mięśni poprzecznie prążkowanych stężenie jonów sodu i chloru jest niewielkie, natomiast jony potasu i magnezu występują w stosunkowo dużym stężeniu. Mimo różnic w stężeniu poszczególnych składników pomiędzy płynem zewnątrz- i wewnątrzkomórkowym ciśnienie osmotyczne obu tych płynów jest jednakowe, czyli izoosmotyczne (izotoniczne).

Homeostaza

Właściwością organizmu ssaków jest zdolność do zachowania stałego środowiska wewnętrznego pomimo zmieniającego się środowiska zewnętrznego. Ta zdolność organizmu nazywana jest homeostazą (homeo-stasis).
Ze środowiska zewnętrznego działa na organizm wiele czynników fizycznych, np. wzrost lub obniżenie temperatury otoczenia, promieniowanie cieplne itp., oraz czynników chemicznych, np. jony nieorganiczne zawarte w pokarmach. Czynniki fizyczne i chemiczne mogą wywołać znaczne przesunięcia w rozmieszczeniu wody w organizmie, jak również istotnie zmienić stężenie poszczególnych jonów w komórkach i płynach ustrojowych. W warunkach zachowanej homeostazy nie dochodzi jednak do znacznych przesunięć w rozmieszczeniu wody i zmian w stężeniu jonów. Dzięki wzajemnemu oddziaływaniu komórek, tkanek, narządów i układów oraz działaniu odpowiednich mechanizmów fizjologicznych nie występują istotne zmiany w środowisku wewnętrznym organizmu.
Zawartość wody w komórkach i stężenie poszczególnych jonów w płynach ustrojowych oscylują w pewnym zakresie wokół określonych wielkości fizjologicznych. Im mniejsze są te oscylacje, wywołane zmianami w środowisku zewnętrznym, tym lepiej zachowane jest środowisko wewnętrzne organizmu, czyli tym lepsza jest homeostaza.

Czynność komórki

Wszystkie tkanki, narządy i układy w organizmie człowieka utworzone są z podstawowych jednostek czynnościowych, jakimi są komórki (cellu-iae), które bez względu na stopień zróżnicowania cechuje metabolizm i biosynteza. Są one zbudowane z cytoplazmy i struktur cytoplazmatycznych oraz z jądra komórkowego. Do struktur cytoplazmatycznych (organellae cyioplasmaticae) zalicza się: błonę komórkową, siateczkę śródplazma-tyczną, rybosomy, aparat Golgiego, mitochondria i lizosomy.

Błona komórkowa

Błona komórkowa odgranicza komórkę od otoczenia. Podobne błony otaczają większość struktur komórkowych, oddzielając je od cytoplazmy. Błona komórkowa (cytolemmd) o grubości 7,4-10 nm, zgodnie z hipotezą Singera i Nicolsona, ma płynną mozaikową strukturę (fluid mosaic struc-ture). Składa się z dwóch warstw cząsteczek fosfolipidów ustawionych długą osią prostopadle do powierzchni błony. Hydrofobowe bieguny lipido-we obu warstw skierowane są do siebie, do wewnątrz błony, bieguny fosfa-tydowe, hydrofilne zaś - od siebie, na zewnątrz błony.
W błonie komórkowej jak gdyby pływają białka globularne (globular units), zajmujące zarówno warstwę zewnętrzną lub wewnętrzną fosfolipi-dową, jak i całą grubość błony.
Białka błony komórkowej zazwyczaj zbudowane są z kilku podjedno-stek i można je podzielić na pięć grup, w zależności od spełnianych przez nie funkcji:

�ó białka integralne (structural proteins), których bieguny hydrofilne są ustawione na zewnątrz błony,
�ó białka nośnikowe (transporting proteins) tworzące kanały aktywnego transportu cząsteczek przez błonę komórkową,
�ó białka tworzące kanały jonowe (channel proteins),
�ó białka receptorowe (receptor proteins) wiążące swoiście cząsteczki chemiczne, zwane Ugandami (ligants), takie jak przekaźniki chemiczne i inne substancje występujące w płynie zewnątrzkomórkowym.

Błony otaczające jądro komórkowe (nucleomembrane), siateczkę śródplazmatyczną (reticulum endoplasmaticum), lizosomy i mitochondria zbliżone są pod względem budowy do błony komórkowej. Różnią się od niej liczbą warstw cząsteczek fosfolipidów oraz jakością cząsteczek białek osadzonych na tych błonach.
Transport przez błonę komórkową zależy od masy cząsteczkowej, właściwości, średnicy i ładunku elektrycznego cząsteczek związków chemicznych. Cząsteczki rozpuszczalne w tłuszczach przenikają przez warstwy fosfolipidowe błony komórkowej w obu kierunkach na zasadzie dyfuzji, bez względu na ich średnicę. Takie właściwości mają cząsteczki O2, CO2, kwasy tłuszczowe, steroidy i rozpuszczalniki organiczne (alkohole, etery itp.). Dyfundują one zgodnie z gradientem stężenia, to znaczy przenikają przez błonę komórkową zawsze od strony większego stężenia do mniejszego stężenia.
Ułatwioną dyfuzją (facilitated diffusion) nazywany jest transport błonowy, w którym dodatkowy czynnik wspomaga dyfuzję zgodnie z gradientem stężeń. Tym dodatkowym czynnikiem może być np. ujemny ładunek elektryczny wewnątrz komórki, ułatwiający dokomórkową dyfuzję jonów o dodatnim ładunku elektrycznym.
Związki nierozpuszczalne w tłuszczach są aktywnie transportowane przez białka nośnikowe, tworząc z nimi nietrwałe kompleksy. Po przeniesieniu cząsteczek połączonych z białkiem nośnikowym przez błonę komórkową kompleks rozpada się, uwalniając cząsteczki do cytoplazmy. Tego typu transport przez błonę komórkową, przeciw gradientowi stężenia, nazywa się aktywnym transportem (active transport). W ten sposób przenoszone są przez błonę komórkową cząsteczki monosacharydów i aminokwasów.
W błonie komórkowej znajdują się pory o średnicy 800 pm, przez które przenikają małe cząsteczki o ładunku obojętnym, np. cząsteczki wody i mocznika. Są w niej również swoiste kanały (specific channels) dla doko-mórkowych i odkomórkowych prądów poszczególnych jonów.
Białka tworzą kanały jonowe biernie lub aktywnie, transportują kationy i aniony zgodnie lub przeciw gradientowi stężenia i ładunku elektrycznego.

Aktywny transport i ułatwiona dyfuzja wymagają zużycia energii, która czerpana jest głównie z rozpadu adenozynotrifosforanów (ATP), w czym bierze udział adenozynotrifosfataza (adenosinetriphosphatase) - białko enzymatyczne błony komórkowej.
Uniportem nazywa się przenoszenie cząsteczek jednej substancji chemicznej przez białko nośnikowe do komórki. Symportem zaś jednoczesne przenoszenie dwóch cząsteczek substancji chemicznych do komórki, np. jonów Na+ i glukozy do enterocytów w jelicie cienkim.
Antyport jest to jednoczesne przenoszenie przez białko nośnikowe cząsteczek dwóch różnych substancji chemicznych, jednych na zewnątrz i drugich do wewnątrz komórki. Transport błonowy typu antyportu występuje w błonach komórkowych neuronów i komórek mięśniowych. Białkiem dostarczającym energii dla transportu czynnego jest adenozynotrifosfataza aktywowana przez sód i potas (Na-K-ATP-aza). Hydroliza ATP do ADP i ortofosforanu katalizowana przez Na-K-ATP-azę umożliwia transport jonów Na+ z komórki na zewnątrz komórki i jonów K+ z płynu zewnątrz-komórkowego do komórki.

Receptory błonowe

Bardzo ważną rolę w odbiorze informacji przez komórki odgrywają białka receptorowe. Syntetyzowane są w siateczce śródplazmatycznej ziarnistej, tak jak wszystkie pozostałe białka występujące w błonie komórkowej. Przyczepiają się do wewnętrznej powierzchni błony komórkowej i następnie w procesie eksternalizacji białek receptorowych (receptor externalization) przenoszone są na zewnętrzną powierzchnię. Po związaniu się przekaźników chemicznych (transmittery, hormony i inne substancje) występujących w płynie zewnątrzkomórkowym z receptorami na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej białka receptorowe oddziałują na inne białka błony komórkowej. Wówczas białka nośnikowe przyspieszają lub zwalniają aktywny transport przez błonę komórkową, otwierają się lub zamykają kanały dla dokomórkowych i odkomórkowych prądów jonowych oraz następuje aktywacja lub inaktywacja białek enzymatycznych.

Białka receptorowe nie tylko oddziałują na inne białka błony komórkowej, ale również same transportują cząsteczki chemiczne z płynu ze-wnątrzkomórkowego do cytoplazmy. Cząsteczki insuliny, białka wytwarzanego przez komórki B wysp trzustkowych (patrz str. 244), po związaniu się z receptorami insulinowymi na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej dostają się do wnętrza komórki w procesie internalizacji receptorów (receptor internalization).
Receptory błonowe mają zdolność swoistego wiązania się (specific bin-ding site) z określonymi substancjami chemicznymi, czyli Ugandami, endogennymi �" występującymi w organizmie, oraz egzogennymi �" wprowadzonymi z zewnątrz. W błonie komórkowej występują białka receptorowe o największym powinowactwie do licznych substancji. Aktywne substancje chemiczne występujące w płynie zewnątrzkomórkowym konkurują ze sobą o miejsce wiązania się z receptorem (competitive binding site). Z kilku substancji chemicznych o podobnej budowie wiążą się z receptorem cząsteczki tej substancji, która ma największe powinowactwo do tego receptora. Może być niewiele receptorów wiążących jedną substancję, w stosunku do jednostki powierzchni błony komórkowej i nawet przy małym stężeniu cząsteczek w płynie zewnątrzkomórkowym wszystkie receptory mogą być połączone z ligandem. Dalsze zwiększenie stężenia cząsteczek substancji w płynie zewnątrzkomórkowym nie będzie miało wpływu na jej działanie na komórkę, ze względu na małą pojemność wiązania(capacity binding site).
Po zadziałaniu na błonę komórkową substancji egzogennych blokujących określone receptory (blockers) przestają one wiązać się z substancjami endogennymi. W ten sposób receptory w błonie komórkowej zostają na krótszy lub dłuższy czas zablokowane i komórka przestaje odbierać informacje za pośrednictwem określonego receptora. Biologicznie aktywne substancje egzogenne wykazujące powinowactwo do receptorów błonowych są antagonistami określonych substancji endogennych.

Odbiór informacji przez komórki

Informacja odbierana przez receptory w błonie komórkowej wywołuje reakcje:
�ó krótkotrwałe, od ułamka milisekundy do kilkudziesięciu milisekund, związane z ruchem jonów przez błonę komórkową, z czym wiąże się z kolei występowanie czynnościowego potencjału elektrycznego;
�ó dłużej trwające, od milisekund do wielu godzin, w wyniku aktywacji lub inaktywacji enzymów w błonie komórkowej i wzmożenia lub osłabienia metabolizmu komórkowego;
�ó długotrwałe, od wielu godzin do wielu tygodni, kiedy dochodzi do ekspresji genów w jądrze komórkowym, w których zakodowana jest informacja genetyczna potrzebna do syntezy enzymów zmieniających metabolizm komórkowy.

Odbieranie i przetwarzanie informacji przez błonę komórkową przebiega w trzech etapach:
�ó rozróżnianie sygnałów (discrimination) - informacje odbieraną stanowią sygnały, czyli cząsteczki przekaźników chemicznych, działające niezależnie od siebie na błonę komórkową. Receptory błonowe odróżniają cząsteczki na nie działające, np. cząsteczki acetylocholiny od cząsteczek noradrenaliny;
�ó przenoszenie sygnałów (transduction) - białka receptorowe związane ze swoistymi przekaźnikami chemicznymi oddziałują na białka kanałów jonowych i białka enzymatyczne;
�ó wzmacnianie sygnałów (amplification) - sygnały odebrane przez komórkę, czyli na wejściu układu, są zazwyczaj zbyt słabe, aby mogły wpływać istotnie na metabolizm wewnątrzkomórkowy. Muszą zostać odpowiednio wzmocnione. Takimi uniwersalnymi wzmacniaczami licznych sygnałów odbieranych przez komórki są enzymy wytwarzające drugi wewnątrzkomórkowy przekaźnik chemiczny.

Drugi przekaźnik wewnątrzkomórkowy

Krążące w płynach ustrojowych fizjologicznie aktywne, endogenne substancje chemiczne, przede wszystkim hormony, stanowią pierwszy przekaźnik informacji (first chemical messenger). Po odebraniu przez receptory w błonie komórkowej informacji i jej przeniesieniu dochodzi do aktywacji lub inaktywacji enzymów i do zwiększenia lub zmniejszenia w komórkach stężenia drugiego przekaźnika informacji (second chemical messenger).
Do wewnątrzkomórkowych przekaźników informacji zalicza się: cykliczny adenozynomonofosforan (cAMP), cykliczny guanozynomono-fosforan (cGMP), inozytolotrifosforan (IP3), diacyloglicerol (DAG) i jony wapnia (Ca2+).
Pod wpływem cyklazy adenylanowej, występującej po wewnętrznej stronie błony komórkowej, odczepiają się pirofosforany (P2O47-) od adeno-zynotrifosforanów i powstaje cykliczny adenozyno-3',5'-monofosforan, czyli cykliczny AMP (cyclic adenosine-3',5'-monophosphate - cAMP).
Stężenie powstających w komórce cząsteczek cyklicznego AMP jest znacznie większe niż stężenie przekaźnika chemicznego działającego na komórkę z zewnątrz. Cykliczny AMP zwiększa aktywności enzymu, fosforylazy glikogenowej i, uwalniając glukozo-1-fosforan, przyspiesza metabolizm glukozy w komórkach. Za pośrednictwem cyklazy adenylanowej i jej aktywacji lub inaktywacji działa większość hormonów w organizmie, cykliczny AMP jest zaś najważniejszym �śdrugim przekaźnikiem" przenoszącym informację wewnątrz komórek. Tworzący się w komórkach cykliczny guanozyno-3f,5!-rnonofosforan, czyli cykliczny GMP (cyclic guanosine--3',5'-monophosphate - cGMP), z guanozynotrifosforanów pod wpływem aktywacji cyklazy guanyłanowej ma zazwyczaj działanie przeciwne w stosunku do cyklicznego AMP.

Tabela 2
Hormony działające na tkanki poprzez aktywacje (+) lub inaktywację (-) cyklazy adenylanowej i tworzenie się pod jej wpływem cyklicznego AMP

(Hormony)
(Tkanki i narządy na które działają)

Adrenalina i noradrenalina
(+) wątroba
(+) mięśnie szkieletowe i mięsień sercowy
(+) tkanka tłuszczowa
(+) mózgowie r :
(+) płuca
(+) śledziona
(+) trzustka

Insulina
(-) wątroba
(-) mięśnie szkieletowe i mięsień sercowy
(-) tkanka tłuszczowa

Glukagon
(+) wątroba
(+) mięsień sercowy

Hormon adrenokortykotropowy (ACTH)
(+) kora nadnerczy

Hormon tyreotropowy (TSH)
(+) tarczyca

Hormon gruczołów przytarczycznych (PTH)
(+) tkanka kostna

Kalcytonina
(-) tkanka kostna

Wazopresyna (AVP)
(+) nerki

Hormon luteinizujący (LH)
(+) jajnik - ciałko żółte
(+) jądra - komórki śródmiąższowe

Prostaglandyny (PG)
(-) tkanka tłuszczowa

W przenoszeniu sygnałów pomiędzy receptorem związanym z ligandem i enzymem pośredniczą białka błonowe G występujące w wewnętrznej warstwie błony komórkowej. Ich właściwością jest zdolność wiązania się i hydrolizowania guanozynotrifosforanów. Białka G składają się z trzech podjednostek a, (3 i y. W zależności od typu białka G, działają one aktywu-jąco lub inaktywująco na cyklazę adenylanową. Po odebraniu sygnału od receptora w białku aktywującym Gs następuje zamiana związanego z białkiem Gs guanozynodifosforanu (GDP) na guanozynotrifosforan (GTP), odłączenie się podjednostek (3 i y i połączenie podjednostki a z cyklazą adenylanową, pod której wpływem tworzy się cAMP. Uwolnienie ligandu od receptora powoduje odwrotny proces - zamianę związanego z białkiem Gs guanozynotrifosforanu na guanozynodifosforan, odłączenie cyklazy adeny-lanowej od podjednostki oc i ponowne połączenie się ze sobą trzech podjednostek białka Gs, czyli powrót do stanu spoczynku.
Związanie się innego ligandu z innym receptorem wywołuje wytwarzanie się po wewnętrznej stronie błony komórkowej inozytolotrifosforanu (inositol triphosphate - IP3) i diacyloglicerolu (diacylglycerol - DAG). Receptory związane z ligandem aktywują fosfolipazę C, która hydrolizuje 4,5-difosforan fosfatydyloinozytolu do inozytolotrifosforanu (IP3) i diacyloglicerolu (DAG). W przenoszeniu sygnałów pomiędzy receptorem i fosfolipazą C pośredniczy również białko błonowe G. Inozytolotrifosforan wywołuje w komórce przepływ jonów wapnia z siateczki śródplazmatycz-nej do cytoplazmy, diacyloglicerol aktywuje zaś kinazę białkową C i zwiększa metabolizm komórki.
Jony wapnia uważane są również za �śdrugi przekaźnik" wewnątrzkomórkowej informacji. W płynie zewnątrzkomórkowym (ECF) jony Ca2+ występują jako jony wolne lub związane z zewnętrzną powierzchnią błony komórkowej. Do komórek napływają przez co najmniej trzy różne kanały dla dokomórkowego ich prądu. Wolne jony Ca2+ po wejściu do komórki wiążą się z błoną komórkową po stronie wewnętrznej oraz z błonami siateczki śródplazmatycznej i błonami mitochondrialnymi, jak również z białkiem występującym w cytoplazmie - kalmoduliną, zbudowanym ze 148 aminokwasów (16 700 m.cz.). Kompleks kalmodulina-jony wapnia przyłącza się do enzymów wewnątrzkomórkowych, przede wszystkim do kinaz białkowych, i je aktywuje. Po wejściu do komórek jonów Ca2+ następuje przyspieszenie egzocytozy, w tym również uwalniania transmitterów z zakończeń komórek nerwowych.

Jądro komórkowe

Jądro komórkowe (nucleus) oddziela od cytoplazmy podwójna błona jądrowa (membrana nucleańś), w której występują pory o średnicy od 40 do 100 nm, zazwyczaj zamknięte błonami. Przestrzeń znajdująca się pomiędzy blaszkami błony jądrowej tworzy zbiorniki błony jądrowej (cisternae caryothecae) i jednocześnie łączy się z przestrzenią wewnątrz siateczki śródplazmatycznej.
W okresach pomiędzy podziałami komórki (interfaza) jądro komórkowe stanowią chromosomy zwinięte i ściśle do siebie przylegające. W jądrach komórek człowieka występują 23 pary chromosomów: 22 pary chromosomów somatycznych i 1 para chromosomów płciowych, łącznie w każdej komórce 46 chromosomów.
Przed podziałem komórki macierzystej na dwie komórki potomne w fazie S cyklu komórkowego następuje duplikacja chromosomów dzięki wytworzeniu się podwójnych nici chromatydowych. Do każdej potomnej komórki przesuwają się 23 pary chromosomów, czyli 46 chromosomów, W stadium metafazy, w czasie podziału komórki, chromosomy są najlepiej widoczne, można je liczyć i identyfikować. Każdy z chromosomów składa się z dwóch nici chromatydowych połączonych ze sobą za pomocą centro-meru. W zależności od długości nici chromatydowych, miejsca ich połączenia za pomocą centromeru i występowania prążków, chromosomy komórek człowieka dają się identyfikować i dzielić na grupy, których wyróżnia się siedem.
Nici chromatydowe w jądrze komórkowym zbudowane są z białek jądrowych i łańcuchów kwasów deoksyrybonukleinowych (deoxyribonuc-leic acid - DNA) tworzących podwójną helisę DNA (double helical DNA chains). Każda nić DNA jest łańcuchem polideoksyrybozylowym, w którym cząsteczki rybozy połączone są wiązaniami diestrowymi. Z cząsteczkami deoksyrybozy obu łańcuchów tworzących podwójną helisę DNA łączy się jedna z dwóch zasad purynowych - adenina lub guanina, lub jedna z dwóch zasad pirymidynowych - tymina lub cytozyna. W podwójnej heli-sie DNA zasady purynowe połączone są z zasadami pirymidynowymi wiązaniami wodorowymi zgodnie z regułą komplementarności zasad. Wiązania wodorowe pomiędzy zasadami podwójnej helisy DNA nie są trwałe i ulegają rozerwaniu w czasie życia komórki.
W fazie S cyklu komórkowego, poprzedzającej podział komórki w jądrze komórkowym, następuje replikacja łańcuchów DNA (replication of DNA chains). Każdy łańcuch DNA stanowi matrycę, na której zachodzi synteza komplementarnego łańcucha DNA. Po podziale komórki jądra komórek potomnych zawierają nici chromatydowe o takiej samej sekwencji zasad jak jądra komórki macierzystej. Dzięki temu komórki potomne zawierają tę samą informacje genetyczną zakodowaną w sekwencji zasad purynowych i pirymidynowych łańcuchów DNA. Trzy kolejne zasady - triplety (coding triplets) - z każdego łańcucha DNA stanowią jeden znak kodu genetycznego. Sekwencja tripletów w łańcuchach DNA warunkuje sekwencję aminokwasów w łańcuchach polipeptydowych, z których utworzone są białka. Przeniesienie informacji genetycznej z łańcucha DNA na łańcuchy polipep-tydowe zachodzi dzięki procesom transkrypcji i translacji.
Kontrola procesów zachodzących w komórce przez materiał genetyczny zawarty w jądrze komórkowym zapoczątkowana jest przez proces transkrypcji. Na łańcuchach DNA zostają zsyntetyzowane komplementarne łańcuchy kwasów rybonukleinowych (ribonucleic acid - RNA), w czym bierze udział enzym RNA polimeraza. W łańcuchach RNA sekwencja zasad purynowych - adeniny i guaniny - oraz pirymidynowych - cytozyny i ura-cylu -jest komplementarna do nici matrycowej. Drugą nietranskrybowaną nicią DNA jest nić kodująca.
Spośród białek jądrowych, które stanowią trzy czwarte masy jądra komórkowego, wyróżnia się białka histonowe, na których owinięte są podwójne helisy DNA, i białka niehistonowe, których jest większość, w tym białka enzymatyczne. Genom człowieka zawiera 3 miliardy nukleotydów, w każdej komórce somatycznej zaś są dwie podwójne helisy DNA, czyli 6 miliardów nukleotydów. W zróżnicowanych komórkach somatycznych tylko nieznaczna liczba genów podlega ekspresji dzięki transkrypcji matrycowego RNA na łańcuchach DNA, w czym bierze udział RNA polimeraza. Na pozostałe odcinki łańcucha DNA oddziałuje inny enzym - restryktaza, która przeciwdziała transkrypcji RNA i ekspresji genów.
W jądrze komórkowym na łańcuchach DNA syntetyzowane są trzy rodzaje kwasów rybonukleinowych (RNA):
�ó matrycowy - mRNA (messenger RNA) o dużej cząsteczce zawierającej od kilkuset do kilku tysięcy nukleotydów,
�ó transportujący - tRNA (transfer RNA) o mniejszej cząsteczce zbudowanej z 75-85 nukleotydów,
�ó rybosomalny - rRNA (ribosomal RNA).
W procesie transkrypcji powstają w jądrze komórkowym prekursory mRNA, tRNA i rRNA. Cząsteczki prematrycowego RNA (pre-mRNA) zawierają sekwencje nukleotydów kodujące, zwane egzonami, które są poprzedzielane niekodującymi sekwencjami nukleotydów, zwanymi introna-mi. W procesie modyfikacji potranskrypcyjnej introny wycinane są z pre-mRNA i egzony łączą się ze sobą w krótsze łańcuchy mRNA.
W jądrze komórkowym widoczne są struktury zwane jąderkami (nucle-oli). Są to skupienia kwasów rybonukleinowych - RNA, zsyntętyzowanych w jądrze i chwilowo tam zmagazynowanych, aż do czasu ich przesunięcia do cytoplazmy.

Siateczka śródplazmatyczna ziarnista

Siateczkę śródplazmatyczna ziarnistą (reticulwn endoplasmaticum gra-nulosum) stanowi błona tworząca kanaliki. Na zewnętrznej powierzchni tej błony skierowanej do cytoplazmy znajdują się ziarnistości - rybosomy (ri-bosoma) - o średnicy około 23 nm. W rybosomach zachodzi proces translacji, czyli synteza łańcuchów polipeptydowych. Rybosomy przesuwają się po cząsteczkach matrycowego RNA i jak gdyby odczytują trójki zasad -triplety, z których każda odpowiada jednemu określonemu aminokwasowi.
Cząsteczki transportującego RNA tworzą podwójny łańcuch z czterema pętlami. Na jednym końcu tRNA znajduje się ortofosforan, na drugim niezmienna sekwencja CCA (nukleotydy: cytydylowy, cytydylowy, adeni-lowy). Wytworzony w jądrze komórkowym transportujący RNA trafia do cytoplazmy, gdzie koniec cząsteczki tRNA, zawierającej nukleotyd adeni-lowy, przyłącza jeden określony aminokwas, wraz z którym wędruje do ry-bosomów. Aminokwas przyłączany jest do końca 3' cząsteczki tRNA. Natomiast w drugiej pętli tRNA występują nukleotydy, z których trzy są komplementarne w stosunku do odpowiedniego kodonu w matrycowym RNA i stanowią antykodon.

Synteza białka - kod genetyczny

Inicjacja translacji, czyli początek syntezy polipeptydu, zaczyna się w ry-bosomie od kontaktu matrycowego RNA z transportującym RNA przenoszącym aminokwas - metioninę. Kolejne cząsteczki transportującego RNA dostarczają aminokwasów, które łączą się wiązaniami peptydowymi w odpowiędnie] kolejności, zgodnie z kodonem genetycznym zawartym w matrycowym RNA i w ten sposób wydłużają się łańcuchy polipeptydowe. Proces ten nosi nazwę elongacji i kończy się terminacją translacji wtedy, kiedy rybosom przesunie się na kodon terminacyjny w matrycowym RNA. W stosunku do kodonu terminacyjnego brakuje transportującego RNA z komplementarnym antykodonem.
Zsyntetyzowane w rybosomach polipeptydy podlegają dalszej potrans-lacyjnej enzymatycznej modyfikacji (posttranslational enzymatic modifi-cation), w wyniku której powstaje:
�ó białko strukturalne wchodzące w skład organelli cytoplazmatycznych,
�ó białko enzymatyczne, z którym związany jest metabolizm wewnątrzkomórkowy,
�ó białko wydzielane przez komórki na zewnątrz.
Białko zsyntetyzowane w rybosomach przed wydzielaniem na zewnątrz komórki gromadzi się w kanalikach siateczki śródplazmatycznej, następnie przesuwane jest do aparatu Golgiego (complexus Golgiensis), w którym ulega zagęszczeniu i zostaje otoczone błoną. W postaci pęcherzyków kierowane jest ku powierzchni komórki. Po zetknięciu się z błoną komórkową pęcherzyki otwierają się i opróżniają z zawartości na zewnątrz komórki.
Powstające w komórkach białka wydzielane na zewnątrz stanowią podstawowy składnik płynów ustrojowych i soków trawiennych. Są one również nośnikiem informacji w organizmie jako hormony białkowe i poli-peptydowe (patrz str. 210-225), jak również modulatory synaptyczne (patrz str. 75).
Polipeptydy w czasie potranslacyjnej enzymatycznej modyfikacji mogą być cięte na krótsze polipeptydy o łańcuchach różnej długości. Na przykład gen oksytocyny zbudowany jest z 1055 nukleotydów. Gen ten składa się z części promotorowej, trzech egzonów, dwóch intronów i części końcowej.
Zsyntetyzowany w procesie translacji łańcuch polipeptydowy ma 125 aminokwasów. Jest to pre-pro-hormon, czyli pre-pro-oksytocyno-neurofi-zyna pierwsza (pre-pro-OXY-NP I). Ostatecznym produktem potranslacyjnej modyfikacji jest aktywny hormon - oksytocyna (OXY) - i nieaktywny polipeptyd - neurofizyna oksytocynowa (NP I).
Enzymatyczna modyfikacja pre-pro-hormonu zaczyna się wewnątrz siateczki śródplazmatycznej, jest kontynuowana w aparacie Golgiego i kończy się w pęcherzykach odczepiających się od aparatu Golgiego, zawierających oksytocynę zbudowaną z 9 aminokwasów i neurofizynę oksytocynową o znacznie dłuższym łańcuchu polipeptydowym, składającym się z 94 aminokwasów.
Synteza białka, a więc procesy translacji i potranslacyjnej modyfikacji, zachodzi przy udziale odpowiednich enzymów wewnątrzkomórkowych. Aktywność tych enzymów zależy od metabolizmu wewnątrzkomórkowego, uwarunkowanego napływem do komórek składników energetycznych i budulcowych oraz cząsteczek tlenu. Również informacja docierająca do komórek w postaci cząsteczek hormonów i innych przekaźników chemicznych oddziałuje na syntezę białka po:
�ó związaniu się z receptorami w błonie komórkowej i aktywacji lub inaktywacji �śdrugiego przekaźnika" przenoszącego informację wewnątrz komórek;
�ó związaniu się z receptorami cytoplazmatycznymi, jak to ma miejsce w przypadku steroidów;
�ó związaniu się z receptorem jądrowym, co odnosi się do hormonu gruczołu tarczowego - trijodotyroniny (T3).
Cząsteczki steroidów przenikają przez warstwę fosfolipidową błony komórkowej i dostają się do cytoplazmy, gdzie łączą się z receptorem cytopla-zmatycznym. Taki kompleks, receptor połączony z cząsteczką steroidu, wędruje do jądra komórkowego, modulując proces transkrypcji, czyli tworzenia się pre-mRNA dla określonych białek. W przeciwieństwie do steroidów, trijodotyronina (T3) wnika bezpośrednio do jądra komórkowego, łączy się tam z odpowiednim receptorem jądrowym i na tej drodze oddziałuje na procesy związane z transkrypcją.

Siateczka śródplazmatyczna gładka

W obrębie siateczki śródplazmatycznej gładkiej (reticulum endoplasmaticum nongranulosum) zachodzi biosynteza i magazynowanie niektórych i związków, przede wszystkim tłuszczów, oraz polimeryzacja glukozy i tworżenie się ziarnistości glikogenu. W komórkach kory nadnerczy, jajników i jąder odbywa się w obrębie błon gładkich biosynteza hormonów steroidowych, w komórkach wątroby odkładają się ziarna glikogenu, a w komórkach mięśniowych poprzecznie prążkowanych gromadzą się jony wapnia.

Lizosomy

Lizosomy (lysosomd) są to pęcherzyki o średnicy około 400 nm, otoczone pojedynczą błoną i zawierające enzymy hydrolityczne trawiące białka, kwasy nukleinowe i węglowodany. W obrębie lizosomów zachodzi trawienie zarówno fragmentów własnej komórki, jak i fragmentów obcych komórek i obcych cząsteczek, które zostały wchłonięte do wnętrza na drodze fagocytozy lub pinocytozy. Niedostateczna prężność cząsteczek tlenu (Po2) w komórce, czyli niedotlenienie, powoduje przechodzenie enzymów przez błonę lizosomalną do cytoplazmy i samostrawienie komórki.

Endocytoza

Endocytoza obejmuje dwa procesy: fagocytozę i pinocytozę. Fagocytoza zachodzi wtedy, kiedy większe fragmenty obcych komórek lub mikroorganizmy zostają otoczone błoną komórkową i są wciągane do wnętrza komórki, gdzie tworzą wakuole. Z kolei do tych wakuoli otwierają się lizoso-my zawierające enzymy. Dzięki nim sfagocytowane fragmenty ulegają strawieniu w obrębie wakuoli i zostają uwolnione do cytoplazmy, w której mogą pozostać w postaci ciał resztkowych.
Pinocytoza jest procesem podobnym do fagocytozy z tą różnicą, że dotyczy cząsteczek związków chemicznych, które przyczepiają się do zewnętrznej powierzchni błony komórkowej. W tym miejscu błona ulega zagłębieniu aż do wytworzenia się wakuoli. Następnie cząsteczki te są trawione przez enzymy zawarte w lizosomach, a produkty końcowe hydrolizy przechodzą do cytoplazmy. Dzięki pinocytozie do wnętrza komórki dostają się duże cząsteczki, np. białka, które nie przenikają przez błonę komórkową.

Egzocytoza

Substancje wytworzone przez komórki gruczołów wydzielania zewnętrznego i wewnętrznego, przez komórki nerwowe i inne komórki w organizmie są przejściowo magazynowane w pęcherzykach otoczonych błoną. W komórkach gruczołowych pęcherzyki te nazywane są również ziarnami wydzielniczymi, a w komórkach nerwowych - pęcherzykami synaptycznymi. W komórkach nerwowych występują małe pęcherzyki o średnicy od 20 do 120 nm, wypełnione związkami o bardzo dużej aktywności . fizjologicznej - transmitterami i modulatorami. W komórkach gruczołowych, w zależności od ich rodzaju, znajdują się pęcherzyki o średnicy od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów. W pęcherzykach tych zgromadzone są składniki wydzielane do krwi (hormony, białka osocza) lub wydzielane na zewnątrz (enzymy w sokach trawiennych).
W czasie pobudzenia komórki dochodzi do zetknięcia się pęcherzyków z powierzchnią wewnętrzną błony komórkowej. W tym miejscu następuje jednoczesne pęknięcie błony komórkowej i błony pęcherzyków. Treść wypełniająca pęcherzyki zostaje usunięta na zewnątrz. Puste pęcherzyki zamykają się i są wciągane do wnętrza komórki, gdzie mogą ponownie się napełniać.

Mitochondria

Mitochondria mają podwójną błonę mitochondrialną - zewnętrzną i wewnętrzną. Błona wewnętrzna jest silnie pofałdowana i tworzy grzebienie mitochondrialne. Błony otaczają przestrzeń zamkniętą wypełnioną macierzą (matrix). W obrębie błon mitochondrialnych znajdują się wszystkie enzymy cyklu kwasów trikarboksylowych, czyli cyklu kwasu cytrynowego (tricarboxylic acid cycle, citric acid cycle), enzymy łańcucha oddechowego (respiratory chain) oraz enzym monoaminooksydaza - MAO (mo-noamine oxidase). W macierzy występuje pewna ilość kwasu deoksyrybo-nukleinowego (DNA) oraz jony Ca2+ i Mg2+.
Mitochondria są strukturami komórki, w których głównie wytwarzanajest energia. W obrębie mitochondriów są syntetyzowane adenozynotrifosforany - ATP (adenosine triphosphate), które są uniwersalnymi przenośnikami energii w komórce.

Metabolizm wewnątrzkomórkowy

Komórki pobierają z otoczenia, czyli z płynu międzykomórkowego, składniki odżywcze. Składnikami tymi dla komórek są: glukoza, aminokwasy i kwasy tłuszczowe. Pobieranie składników odżywczych odbywa się dzięki aktywnemu transportowi cząsteczek przez błonę komórkową przeciw gradientowi stężeń w wyniku pinocytozy i w niektórych rodzajach komórek również dzięki fagocytozie.
Wyzwolenie energii ze składników odżywczych odbywa się w procesie odłączenia atomów wodoru od produktów rozpadu składników odżywczych i przenoszenia tych atomów na atomy tlenu. Na drodze dyfuzji poprzez błonę komórkową stale są dostarczane atomy tlenu z zewnątrz, czyli z płynu międzykomórkowego, do wnętrza komórki. Prężność cząsteczek tlenu (Po2) w każdej komórce jest wypadkową szybkości, z jaką są one dostarczane, oraz szybkości, z jaką są one zużywane wewnątrz komórki. Przy jednakowej szybkości dostawy mała prężność tlenu występuje w komórkach wytwarzających dużo energii, a więc intensywnie pracujących.
Wytwarzanie energii w komórce jest istotą oddychania wewnętrznego (internal respiration), czyli oddychania wewnątrzkomórkowego. Proces oddychania wewnątrzkomórkowego przebiega w dwóch fazach. W pierwszej fazie �" beztlenowej �" i w drugiej �" tlenowej. W fazie beztlenowej energia pozyskiwana jest w procesie glikolizy z głównego składnika odżywczego, jakim jest glukoza. Przekształceniu glukozy w pirogronian towarzyszy powstanie dwóch cząsteczek ATP. Nie wymaga to obecności tlenu. W fazie tlenowej tlen jest niezbędny do dalszego pozyskiwania energii z pirogronianu w wyniku jego rozkładu do dwutlenku węgla i wody. W razie braku tlenu w komórce zachodzi tylko glikoliza beztlenowa, kończąca się przekształceniem pirogronianu w mleczan.
Proces glikolizy i powstawanie pirogronianu przebiega w cytoplazmie komórkowej. W mitochondriach natomiast następuje włączanie do cyklu kwasu cytrynowego zarówno pirogronianu, który jest wcześniejszym ogniwem glikolizy, jak i innych metabolitów cyklu kwasów trikarboksylowych, wytworzonych w procesie katabolizmu aminokwasów i kwasów tłuszczowych.
Enzymy cyklu kwasu cytrynowego występują w macierzy mitochon-drialnej, białka łańcucha oddechowego zaś znajdują się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. W czasie przemian w cyklu kwasu cytrynowego uwalniane są atomy wodoru oraz cząsteczki dwutlenku węgla. Atomy wodoru są transportowane przez białka łańcucha oddechowego aż do momentu połączenia ich z tlenem i powstania cząsteczki wody.
Energia wyzwolona w czasie rozpadu glukozy do pirogronianu zużyta jest do syntezy ATP. Przeciętnie w fazie beztlenowej zostaje zsyntetyzo-wane około 5% ogólnej ilości ATP komórkowego. Pozostałe 95% ATP komórkowego zostaje syntetyzowane w mitochondriach w fazie tlenowej.

Adenozynotrifosforan (ATP) syntetyzowany jest z adenozynodifosfo-ranu (ADP - adenosine diphosphate) i ortofosforanu. Adenozynotrifosforan jest bogaty w energię wykorzystywaną w procesach wewnątrzkomórkowych.
Energia wyzwolona w czasie rozpadu ATP zostaje zużyta:
�ó na transport aktywny jonów i substancji drobnocząsteczkowych przez błonę komórkową wbrew gradientowi stężenia oraz na transport wewnątrzkomórkowy,
�ó do syntezy składników komórkowych, takich jak DNA, RNA, białka, lipidy, oraz do resyntezy glukozy i polimeryzacji glikogenu komórkowego,
�ó na pracę mechaniczną komórki, polegającą na ruchu cytoplazmy komórkowej lub skracaniu się białek kurczliwych w komórkach mięśniowych.
Uwolniony w czasie jednego z powyższych procesów ADP powraca do mitochondriów, gdzie ponownie uczestniczy w resyntezie ATP. W ten sposób ATP służy jako uniwersalny magazyn i jednocześnie przenośnik energii w komórkach.

Samoregulacja metabolizmu komórkowego

Procesy biosyntezy komórkowej podlegają kontroli humoralnej lub kontroli nerwowej ze strony innych komórek, znajdujących się często w odległych narządach. Na równi z kontrolą zewnętrzną, humoralną lub nerwową procesy biosyntezy podlegają samoregulacji w obrębie pojedynczej komórki. Nadmiar jakiegoś produktu wytworzonego w komórce hamuje jego dalszą syntezę zarówno na etapach końcowych przez inaktywowanie odpowiedniego enzymu, jak i na etapach pośrednich oraz początkowych, dzięki hamowaniu syntezy tego enzymu. W ten sposób komórka zabezpiecza się przed nagromadzeniem się w niej pewnych związków w ilościach przekraczających granice fizjologiczne. Przekroczenie tej granicy, przy niedostatecznie sprawnej samoregulacji, może doprowadzić do obumierania komórki.

Cykl komórkowy i śmierć komórki

Komórki nabłonka, krwiotwórcze i tkanki łącznej zachowują zdolność podziałów na komórki potomne w ciągu całego życia organizmu człowieka. Nie dzielą się natomiast komórki nerwowe i mięśni poprzecznie prążkowanych po zakończeniu wzrostu organizmu. Komórka zdolna do podziałów pozostaje w spoczynku, czyli w fazie G0. Komórki somatyczne z tej fazy spoczynkowej wstępują w fazę G! i rozpoczynają cykl komórkowy, Następną fazą jest faza S, w czasie której zachodzi w jądrze komórkowym replikacja łańcuchów DNA, jak również wzmożona synteza białka jądrowego, histonowego i niehistonowego. Następna jest faza G2, która tym się charakteryzuje, że w jądrach komórek somatycznych występuje podwójna liczba chromosomów i łańcuchów DNA. W fazie mitozy, następującej po fazie G2, chromosomy rozdzielają się do dwóch komórek potomnych, po czym komórki potomne mogą rozpocząć następny cykl komórkowy lub pozostają w spoczynku w fazie G0 (patrz ryć. 10, str. 33). Zarówno komórki dzielące się, jak i niedzielące się są wrażliwe na zmiany zachodzące w środowisku wewnętrznym organizmu, szczególnie na niedobór tlenu niezbędnego do metabolizmu wewnątrzkomórkowego. Niedobór tlenu powoduje śmierć komórek, czyli ich nekrozę (necrosis), przejawiającą się w samo-strawieniu przez własne enzymy wewnątrzkomórkowe, rozpadzie błony komórkowej i wypłynięciu składników komórkowych.
W przeciwieństwie do czynników fizycznych i chemicznych, działających na komórki z zewnątrz i powodujących ich śmierć, w warunkach fizjologicznych w organizmie występuje również zaprogramowana śmierć komórek, czyli apoptoza (apoptosis). Dochodzi do ekspresji określonej gru-, py genów i zwiększenia aktywności innych enzymów komórkowych. Komórki podlegające apoptozie są szybko usuwane przez komórki żerne wędrujące w tkankach i pożerające, czyli fagocytujące, martwe komórki.

Kontrola i regulacja funkcji

Specjalizacja funkcji w organizmie

W procesie ewolucji w organizmach zwierzęcych rozwinęły się wyspecjalizowane narządy i układy, dzięki którym mogą one coraz lepiej przystosowywać się do zmieniającego się środowiska zewnętrznego. Mimo znacznych i długotrwałych zmian otoczenia, procesy życiowe organizmu nie mogą przekraczać granic fizjologicznych.
Z jednej strony organizm człowieka, dzięki rozwojowi ośrodkowego układu nerwowego, jest najlepiej przystosowany do zmian zachodzących w środowisku zewnętrznym. Z drugiej jednak strony społeczeństwo, w jakim żyje każdy człowiek, czyli środowisko społeczne (social environment), i wytwory cywilizacji stanowią najbardziej złożone środowisko zewnętrzne.
Powstałe w procesie ewolucji wyspecjalizowane układy przejęły na siebie funkcję pośredniczenia pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a wewnętrznym organizmu i optymalnego adaptowania się do otoczenia (ada-ptation to environment). Funkcje życiowe organizmu związane są z utrzymaniem jego życia osobniczego, a więc z metabolizmem, oraz z utrzymaniem gatunku, czyli z rozrodem.
Metabolizm wymaga:
�ó odżywiania (nutrition), a więc pobierania ze środowiska zewnętrznego materiałów energetycznych i budulcowych;
�ó oddychania (respiration), czyli doprowadzania ze środowiska zewnętrznego tlenu niezbędnego do procesów utleniania wewnątrzkomórkowego i usuwania nadmiaru dwutlenku węgla ze środowiska wewnętrznego;
�ó krążenia (circulation) materiałów energetycznych, budulcowych, gazów (02 i CO2), produktów przemiany materii i innych ciał pomiędzy wyspecjalizowanymi komórkami stykającymi się bezpośrednio ze środowiskiem zewnętrznym i niestykającymi się z nim;
�ó wydalania (excretion), czyli usuwania ze środowiska wewnętrznego wytworzonych nielotnych produktów przemiany materii.
Konieczność zapewnienia stałego metabolizmu i stałego środowiska wewnętrznego organizmu doprowadziła w procesie ewolucji do wykształcenią się układu ruchowego (somatycznego), który zapewnił lepsze pobieranie materiałów energetycznych i budulcowych ze środowiska zewnętrznego oraz umożliwił jego zmianę. Układ ruchowy obejmuje przede wszystkim układ mięśni szkieletowych, którego komórki, kurcząc się, powodują ruchy ciała, układ szkieletowy stanowiący rusztowanie dla mięśni szkieletowych, narządy odbierające bodźce, czyli receptory, oraz układ nerwowy somatyczny, przekazujący pobudzenie od narządów odbierających (receptorów) do układu mięśniowego.
Utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego wymaga stałej precyzyjnej kontroli czynności układów związanych z odżywianiem, oddychaniem, krążeniem i wydalaniem. Taka kontrola środowiska wewnętrznego przypada układowi nerwowemu. Część obwodowego układu nerwowego, jaką stanowi układ nerwowy autonomiczny, przekazuje impulsa-cję bezpośrednio do tkanek i narządów wewnętrznych.
cenią się układu ruchowego (somatycznego), który zapewnił lepsze pobieranie materiałów energetycznych i budulcowych ze środowiska zewnętrznego oraz umożliwił jego zmianę. Układ ruchowy obejmuje przede wszystkim układ mięśni szkieletowych, którego komórki, kurcząc się, powodują ruchy ciała, układ szkieletowy stanowiący rusztowanie dla mięśni szkieletowych, narządy odbierające bodźce, czyli receptory, oraz układ nerwowy somatyczny, przekazujący pobudzenie od narządów odbierających (receptorów) do układu mięśniowego.
Utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego wymaga stałej precyzyjnej kontroli czynności układów związanych z odżywianiem, oddychaniem, krążeniem i wydalaniem. Taka kontrola środowiska wewnętrznego przypada układowi nerwowemu. Część obwodowego układu nerwowego, jaką stanowi układ nerwowy autonomiczny, przekazuje impulsa-cję bezpośrednio do tkanek i narządów wewnętrznych.

Przetwarzanie i przenoszenie informacji

Zarówno w środowisku zewnętrznym (external environment), jak i w środowisku wewnętrznym (internal environment) zachodzą stałe zmiany. Nieznaczna nawet zmiana w środowisku jest źródłem sygnałów odbieranych przez receptory. Każdy sygnał niesie informacje ze środowiska zewnętrznego, np. fale świetlne, fale akustyczne itp., lub ze środowiska wewnętrznego, np. prężność tlenu we krwi, koncentracja jonów wodoru itp. W obrębie receptorów zachodzi przetwarzanie informacji (transduction of information). W organizmie informacja jest stale przetwarzana w sposób analogowy i cyfrowy, jak również jest stale przenoszona. W procesie tym ilość informacji się nie zmienia.
Przetwarzanie, a następnie przenoszenie informacji (transmission of information) w sposób ciągły, czyli analogowy, odbywa się np. za pośrednictwem cząsteczek krążących we krwi hormonów. Proporcjonalnie do wzrostu koncentracji cząsteczek hormonu w określonym czasie wzrasta ilość przenoszonej informacji w tym samym czasie. Przenoszenie analogowe informacji zachodzi zazwyczaj na drodze humoralnej. W jednym narządzie, stanowiącym generator sygnałów, np. gruczole dokrewnym, wytwarzane są substancje chemiczne, które za pośrednictwem krwi i układu serco-wo-naczyniowego przenoszone są do innych narządów, na które wywierają swój wpływ. Na przykład przez komórki dokrewne błony śluzowej dwunastnicy wydzielany jest polipeptyd, zwany sekretyną, który, krążąc we krwi, pobudza trzustkę do wydzielania soku trzustkowego. Ilość wydzielonego soku trzustkowego w jednostce czasu jest proporcjonalna do koncentracji krążących we krwi cząsteczek sekretyny.
Przetwarzanie, a następnie przenoszenie informacji w sposób przerywany, impulsowy (czyli cyfrowy, tak jak w komputerach), zachodzi np. we włóknach nerwowych. Narządy receptorowe spełniają funkcję przetworników (transducers) zamieniających informację ze środowiska zewnętrznego lub wewnętrznego organizmu na salwy impulsów nerwowych przewodzonych przez włókna nerwowe. Poszczególne impulsy nerwowe przewodzone przez to samo włókno nerwowe, czyli przez jeden kanał informacyjny (information channel), nie różnią się między sobą. Informacja zakodowana jest w częstotliwości, z jaką impulsy nerwowe przewodzone są przez włókno nerwowe, czyli w długości interwałów pomiędzy pojedynczymi impulsami.
Informacja przetwarzana jest w organizmie nie tylko przez receptory, lecz również przez komórki nerwowe. Odebraną informację cyfrową komórki nerwowe zamieniają na informację analogową, w postaci zmian potencjału elektrycznego błony komórkowej. Ta sama komórka wysyła następnie informację cyfrową do innych komórek nerwowych.
Teoria informacji, która jest przydatna w fizjologii do analizowania mechanizmów zapewniających prawidłowy przebieg procesów życiowych, posługuje się jednostką informacji, którą jest bit (binary digit), oraz takimi pojęciami, jak układy i systemy. System jest to zbiór elementów połączonych ze sobą zgodnie z określonym wzorem i spełniających określone czynności. Prosty system, którym może być nawet pojedyncza komórka, jest nazywany układem. Połączenia pomiędzy elementami systemów lub układów za pośrednictwem kanałów informacyjnych przedstawia się w postaci schematów blokowych. Poszczególne bloki czynnościowe mają swoje wyjścia i wejścia oraz łączą się kanałami, przez które przenoszona jest informacja.

Komunikacja pomiędzy komórkami

W organizmie człowieka prawidłowy przebieg różnorodnych funkcji zależy od odpowiedniej komunikacji pomiędzy komórkami zarówno sąsiadującymi ze sobą, jak i niesąsiadującymi. Komórki sąsiadujące ze sobą przekazują informacje bezpośrednio z komórki do komórki, z pominięciem płynu zewnątrzkomórkowego, dzięki plamkom przylegania i połączeniom szczelinowym (gap junction). W miejscu przylegania do siebie dwóch komórek w ich błonach komórkowych występują koneksony tworzące wspólny kanał, przez który przepływają z jednej komórki do drugiej jony, cukry proste, aminokwasy i przekaźniki wewnątrzkomórkowej informacji. Tak komunikują się ze sobą komórki mięśniowe poprzecznie prążkowane mięśnia sercowego (patrz str. 104).
Drugi typ komunikacji związany jest z przenoszeniem informacji w postaci substancji chemicznych przez płyn zewnątrzkomórkowy i płyny ustrojowe, czyli na drodze humoralnej (humoral communication). Komórka wydziela substancje chemiczne, które wiążą się z receptorami błony komórkowej tej samej komórki. Jest to komunikacja autokrynna (autocrine communication). Działanie substancji chemicznych poprzez płyn zewnątrzkomórkowy na sąsiednie komórki stanowi komunikację para-krynną (paracrine communication). Komunikacja endokrynna (endo-crine communication) polega na wydzielaniu substancji chemicznych przez komórki jednego narządu do krążących płynów ustrojowych, szczególnie do krwi, i oddziaływaniu tą drogą na metabolizm komórkowy innych odległych narządów (patrz str. 211).
Trzeci typ komunikacji odbywa się za pośrednictwem komórek nerwowych (neural communication). W błonie komórkowej ich wypustek otwierają się kanały dla prądów jonowych, co powoduje przemieszczanie się potencjału elektrycznego wzdłuż wypustek, czyli przewodzenie impulsów nerwowych. Przekazywanie informacji przez komórki nerwowe do innych komórek nerwowych lub do komórek unerwianych narządów zachodzi za pośrednictwem synaps. Znaczna ich większość to synapsy chemiczne, w których dochodzi do wydzielania przekaźnika chemicznego do przestrzeni synaptycznej i następnie do jego związania się z receptorami w błonie komórkowej komórki odbierającej. W ośrodkowym układzie nerwowym występują również w znacznie mniejszej liczbie synapsy elektryczne. Jeżeli przestrzeń synaptyczna jest wąska, to ruch jonów przez błonę komórkową neuronu wysyłającego impulsy nerwowe powoduje w komórce odbierającej otwieranie się kanałów bramkowanych napięciem dla dokomórko-wego prądu jonów o dodatnim ładunku elektrycznym. W ten sposób odbierane są impulsy nerwowe i przenoszona jest informacja bez pośrednictwa synaptycznego przekaźnika chemicznego.

Sprzężenie zwrotne

W organizmie czynność jednych układów (narządów) stale jest sterowana przez inne układy. Informacja przepływa od wyjścia układu sterującego do wejścia układu sterowanego, wymuszając na jego wyjściu określony proces. Przepływ informacji jest jednokierunkowy, tym samym kontrola czynności jest jednokierunkowa o typie sprzężenia prostego.
Większość procesów fizjologicznych w organizmie podlega regulacji dzięki sprzężeniom zwrotnym. Ujemne sprzężenie zwrotne (negative feed-back) pomiędzy układem sterującym i sterowanym zapewnia stabilizację funkcji fizjologicznych.
Kontrola jednokierunkowa - zarówno nerwowa, jak i humoralna - polega na przekazywaniu informacji tylko w jednym kierunku, z jednego narządu do drugiego. Kontrola wzajemnie zwrotna, czyli regulacja, związana jest z dwukierunkowym przesyłaniem informacji zakodowanych zarówno w postaci impulsów nerwowych, jak i substancji chemicznych. Wzmożona czynność jednego narządu jest źródłem informacji pobudzającej drugi narząd, który z kolei wysyła informacje hamujące czynność pierwszego narządu.
Kontrola wzajemnie zwrotna jest wyższą formą kontroli i przede wszystkim dzięki niej utrzymuje się stałe środowisko wewnętrzne organizmów stojących na wysokich szczeblach rozwoju filogenetycznego.
Informacja wysyłana przez układ sterowany przez kanał sprzężenia zwrotnego, zwany również pętlą sprzężenia zwrotnego (feedback loop), trafia do komparatora w układzie sterującym. W komparatorze zachodzi porównanie informacji wysyłanej przez układ sterujący z informacją odbieraną od układu sterowanego. W wyniku tego procesu dochodzi do odpowiedniej zmiany informacji wysyłanej.
Przedstawienie zależności występujących pomiędzy poszczególnymi narządami w postaci sprzężeń prostych i sprzężeń zwrotnych pomiędzy układami blokowymi stanowi znaczne uproszczenie w porównaniu z rzeczywistymi zależnościami w żywym organizmie. Uwzględniane są tylko wybrane zależności, zazwyczaj najbardziej istotne, a pomijane bardzo liczne drugorzędne oddziaływania.
W komunikacji pomiędzy komórkami istotną rolę odgrywają receptory błony komórkowej. Zwiększenie stężenia przekaźnika chemicznego w środowisku otaczającym komórkę prowadzi do internalizacji receptorów, czyli do zmniejszenia ich gęstości na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej. Proces ten nazywany jest �śregulacją w dół" (down regulation). Przeciwnie - zmniejszenie stężenia przekaźnika chemicznego w środowisku otaczającym komórkę wywołuje eksternalizacje receptorów błonowych i zwiększenie ich gęstości na powierzchni zewnętrznej błony komórkowej. Zwiększenie gęstości receptorów błonowych jest to tak zwana �śregulacja w górę" (up regulation).
Regulacja gęstości specyficznych receptorów na błonie komórkowej jest istotnym fizjologicznym mechanizmem występującym w ujemnych sprzężeniach zwrotnych. Dzięki tym mechanizmom zapewniona jest stabilizacja funkcji komórek, tkanek i narządów w granicach fizjologicznych.

2. Czynność komórek nerwowych i mięśniowych

Pobudliwość i pobudzenie

Pobudliwość i pobudzenie są to cechy żywych komórek. Pobudzenie (excitation) jest to zmiana właściwości błony komórkowej lub metabolizmu komórkowego pod wpływem czynników działających z zewnątrz komórki, czyli pod wpływem bodźców. W warunkach fizjologicznych bodźcami działającymi na przeważającą liczbę komórek w organizmie są substancje chemiczne. Komórki tworzące w organizmie narządy odbiorcze, czyli receptory, odbierają w warunkach fizjologicznych również bodźce fizyczne w różnej postaci, np. fal świetlnych, fal akustycznych, energii cieplnej, energii mechanicznej (jako ucisk lub rozciąganie itp.). Każdy bodziec fizyczny lub chemiczny, działając w dostatecznie dużym natężeniu na komórki, może wywołać ich pobudzenie. Bodźce fizjologiczne są to takie bodźce, które nie uszkadzają komórki i wywołują całkowicie odwracalne procesy. Niektóre komórki w organizmie człowieka odbierają w czasie swojego życia kilka miliardów bodźców, zmieniając za każdym razem swój metabolizm.
Pobudliwość (excitability) jest to zdolność reagowania na bodziec. Substancje chemiczne występujące w płynie zewnątrzkomórkowym, wiążąc się z receptorami w błonie komórkowej, otwierają kanały dla prądów jonowych lub aktywują enzymy w niej zawarte. Komórki jednych tkanek reagują bardzo szybko na bodziec, w ułamkach sekundy, otwieraniem się kanałów jonowych, natomiast zmiana metabolizmu w innych tkankach wymaga dłuższego czasu. Z tego względu do pobudliwych zalicza się te tkanki, które szybko odpowiadają na bodźce. Są to tkanki zbudowane z komórek nerwowych i ich wypustek oraz z komórek mięśniowych: mięśni poprzecznie prążkowanych, mięśni gładkich i mięśnia sercowego.

Potencjał spoczynkowy błony komórkowej

Pomiędzy wnętrzem komórek tkanek pobudliwych a płynem zewnątrz-komórkowym występuje stale w spoczynku ujemny potencjał elektryczny, czyli potencjał spoczynkowy błony komórkowej (resting membranę po-tential). Ujemny potencjał spoczynkowy wewnątrz neuronu i jego wypustek wynosi od �"60 do �"80 mV, średnio �"70 mV, a w komórkach mięśniowych poprzecznie prążkowanych od �"80 do �"90 mV.
Stężenie poszczególnych jonów w płynie wewnątrzkomórkowym znacznie się różni od ich stężenia w płynie zewnątrzkomórkowym (patrz tab. l, str. 21). Wewnątrz komórek występują w znacznym stężeniu aniony organiczne nieprzechodzące przez błonę komórkową. Nieznaczna przewaga ładunków ujemnych wszystkich anionów w stosunku do kationów w płynie wewnątrzkomórkowym jest przyczyną występowania ujemnego potencjału spoczynkowego wewnątrz komórek. Błona komórkowa jest spolaryzowana - po stronie wewnętrznej skupione są jony o ładunku ujemnym, po stronie zewnętrznej zaś jony o ładunku dodatnim.
Stężenia poszczególnych jonów w płynie wewnątrzkomórkowym nie zmieniają się, jeśli metabolizm nie ulega zmianie i jeśli na błonę komórkową nie działają bodźce z zewnątrz. W tych warunkach wytwarza się równowaga pomiędzy stężeniem poszczególnych jonów na zewnątrz i wewnątrz komórek. Równowaga ta jest wypadkową gradientów koncentracji i gradientów ładunków elektrycznych poszczególnych jonów płynu zewnątrz- i wewnątrzkomórkowego.
Na podstawie równania Nernsta i znanej koncentracji poszczególnych jonów w płynie zewnątrz- i wewnątrzkomórkowym został obliczony potencjał elektryczny panujący wewnątrz komórek mięśniowych poprzecznie prążkowanych. Jest to potencjał ujemny równy około �"90 mV.

Równanie Nernsta w zastosowaniu do K+:

Ek = (RT/FZk)log([K+o]/[K+i])

gdzie:
Ek - potencjał równowagi dla kationów K+,
R - stała gazowa,
T - temperatura termodynamiczna (310,15 K),
F - stała Faradaya �" liczba kulombów w jednym molu cząsteczek zjonizowanych,
Zk - wartościowość kationów potasowych,
[K+I] - stężenie kationów potasowych wewnątrz komórki,
[K+0] - stężenie kationów potasowych na zewnątrz komórki.

Obliczony teoretycznie z równania Nernsta ujemny potencjał dla komórek mięśni poprzecznie prążkowanych został potwierdzony za pomocą bezpośredniego pomiaru mikroelektrodami wewnątrzkomórkowymi. Pomiar ten jednocześnie wykazał, że dyfuzja jonów K+ do wnętrza komórki przeciw istniejącemu gradientowi stężeń wymaga większej różnicy potencjałów niż -90 mV. Tym samym dyfuzja ta nie jest procesem biernym, lecz czynnym, wymagającym zużycia energii.
Występowanie prądów jonowych w błonie komórkowej skierowanych do wnętrza lub na zewnątrz komórki uzasadnia przyjęcie hipotezy o istnieniu oddzielnych kanałów (ionic channels) w błonie komórkowej dla poszczególnych jonów. W zależności od stanu czynnościowego kanały dla prądów poszczególnych jonów otwierają się lub zamykają. W procesie tym biorą udział białka tworzące kanały jonowe, stanowiące integralną część błony komórkowej.

Pompa sodowo-potasowa

Utrzymanie wewnątrz komórek dużego stężenia jonów potasu i małego stężenia jonów Na+ wymaga aktywnego transportu obu tych kationów przez błonę komórkową przeciwko gradientowi stężeń. Kationy sodowe napływające do wnętrza komórki przez kanały dla prądów jonów sodu zostają po stronie wewnętrznej błony komórkowej związane z enzymem. Znajduje się on w samej błonie komórkowej i transportuje jony Na+ na zewnątrz błony. Jednocześnie ten sam enzym zabiera ze sobą jony K+ z zewnętrznej powierzchni błony komórkowej i transportuje je do wnętrza komórki.
Enzym transportujący jony Na+ i K+ przez błonę komórkową przeciw gradientowi stężeń czerpie energię z hydrolizy ATP do ADP. Enzym ten stanowi cząsteczkę o masie około 294 kDa składającą się z dwóch podjednostek alpha (2 x 92 kDa m.cz.) i beta (2 x 55 kDa m.cz.). Aktywowany jest przez jony Na+ i K+. Stąd pochodzi jego nazwa adenozynotrifosfataza aktywowana przez sód i potas: Na-K-ATP-aza (sodium-potassium-activated adenosine triphosphatase).
Energią wyzwolona z rozpadu l mol ATP do ADP wykorzystana jest na antyport 3 mol Na+ z komórki i 2 mol K+ do komórki. Rozpad ATP do ADP pod wpływem Na-K-ATP-azy zachodzi w obecności jonów magnezu zawartych w płynie wewnątrzkomórkowym.
Napęd pompy sodowo-potasowej jest związany z metabolizmem wewnątrzkomórkowym. Około 30% całego metabolizmu komórkowego tkanek pobudliwych pozostających w spoczynku jest na niego zużywane.
Optymalna praca pompy sodowo-potasowej i związana z tym optymalna pobudliwość wymaga:
�ó stałego dopływu do komórek tlenu i substancji energetycznych (glukozy),
�ó stałej resyntezy ATP z ADP i fosforanu w procesie oddychania komórkowego,
�ó stałego odprowadzania z komórek ostatecznego produktu rozpadu substancji energetycznych - dwutlenku węgla,
�ó odpowiedniego stosunku kationów [Na+] do [K+] w płynie zewnątrzko-mórkowym,
�ó odpowiedniej temperatury dla procesów enzymatycznych wewnątrzkomórkowych, która wynosi 37°C.
Wystarczy zmiana jednego z powyższych warunków, aby nastąpiło zwolnienie lub zatrzymanie pompy sodowo-potasowej, np. na skutek zatrzymania dopływu tlenu lub obniżenia temperatury tkanek. Po zatrzymaniu pompy następuje wyrównanie stężenia jonów Na+ i K+ po obu stronach błony komórkowej i zanika różnica potencjałów elektrycznych między wnętrzem komórki i otoczeniem. Proces ten przebiega wolniej, w czasie kilkudziesięciu minut, w dużych komórkach mięśni szkieletowych i szybko, w czasie od kilku sekund do kilku minut, w komórkach nerwowych i ich wypustkach.
Tkanki pobudliwe stanowią znaczny procent masy ciała człowieka. W związku z tym zwolnienie lub zatrzymanie pompy sodowo-potasowej prowadzi nie tylko do zmian składu płynu wewnątrzkomórkowego, lecz również do zmian składu płynu zewnątrzkomórkowego, w którym stężenie jonów Na+ zmniejsza się i zwiększa stężenie jonów K+.
Po wyrównaniu różnicy potencjałów pomiędzy wnętrzem komórki a jej otoczeniem, wskutek zatrzymania pompy, komórki tkanek pobudliwych tracą swoje właściwości. Przestają reagować na bodźce i stają się niepobudliwe.

Komórka nerwowa

W organizmie człowieka jest około l biliona (1012) komórek nerwowych i od kilkunastu do kilkudziesięciu razy więcej komórek podporowych dla neuronów, czyli komórek glejowych. Znaczna większość neuronów jest skupiona w ośrodkowym układzie nerwowym. Stosunkowo niewielka ich liczba występuje poza tym układem w zwojach nerwowych. Są to neurony w zwojach nerwowych nerwów czaszkowych i nerwów rdzeniowych, w zwojach nerwowych układu autonomicznego oraz w splotach przewodu pokarmowego.
Zasadniczą funkcją neuronu jest przekazywanie informacji zakodowanych w postaci impulsów nerwowych. Przewodzenie impulsów nerwowych przez neurony związane jest z procesami elektrochemicznymi przebiegającymi w ich błonie komórkowej.
Neurony różnią się dość znacznie pomiędzy sobą zarówno pod względem morfologicznym, jak i czynnościowym. Neurony składają się z ciała komórkowego oraz dwóch rodzajów wypustek: jednego aksonu i licznych dendrytów.
Ciała neuronów mają różnorodny kształt i wielkość w granicach od 4 do 150 (im. Są utworzone z jądra komórkowego wraz z otaczającą go cyto-plazmą (neuroplazmą). Ciała neuronów są zasadniczym miejscem metabolizmu i syntezy składników komórkowych. Zsyntetyzowana cytoplazma wraz ze strukturami komórkowymi wytworzonymi w sąsiedztwie jądra komórkowego przesuwa się do aksonów i stale przez nie przepływa (axopla-sma flow). Zsyntetyzowana cytoplazma wraz z niektórymi organellami komórkowymi przepływa przez aksony w kierunku ortodromowym, czyli postępującym (anterograde transport) - od ciała neuronu do zakończeń aksonu. Wyróżniono dwa rodzaje przepływu ortodromowego aksoplazmy:
�ó transport szybki, około 400 mm na dobę,
�ó transport wolny, od 0,5 do 10 mm na dobę.
W aksonach występuje również przepływ antydromowy aksoplazmy, czyli wsteczny (retrograde transport), około 200 mm na dobę, mający istotne znaczenie dla czynności neuronów. Tak jest transportowany czynnik wzrostu nerwów (nerve growth factor - NGF), od unerwianych narządów do ciała neuronów. Czynnik ten jest białkiem zbudowanym z sześciu pod-jednostek: dwóch alpha, dwóch beta i dwóch gamma o masie cząsteczkowej około 130 kDa. Aktywność wzrostowa związana jest z podjednostkami beta, których budowa chemiczna zbliżona jest do budowy insuliny.
Ciało neuronu zazwyczaj otaczają liczne komórki należące do tkanki podporowej, które dzielą się na komórki makrogleju i mikrogleju (patrz str. 84).
W organizmie człowieka występują neurony zarówno o krótkich akso-nach, rozgałęziających się w pobliżu ciała komórki, jak i o długich akso-nach, z których najdłuższe mają około 1,2 m długości. Aksony rozpoczynają się na powierzchni ciała neuronu od wzniesienia, zwanego wzgórkiem aksonu, przechodzącego następnie w odcinek początkowy aksonu. Na swoim przebiegu niektóre długie aksony tworzą odgałęzienia w postaci gałęzi obocznych - kolaterali. Z zewnątrz aksony otaczają komórki glejowe, które pośredniczą w wymianie substancji odżywczych i metabolitów między ak-sonem a płynem międzykomórkowym oraz stanowią osłonę mechaniczną.

Większość długich aksonów biegnących przez istotę białą w ośrodkowym układzie nerwowym oraz w nerwach rdzeniowych otoczona jest przez dodatkową osłonkę mielinową. Długie aksony z osłonką mielinową, zwaną również osłonką rdzenną, noszą nazwę włókien rdzennych, w odróżnieniu od włókien bezrdzennych, czyli aksonów bez osłonki mielinowej. Osłonka mielinową utworzona jest przez oligodendrocyty w ośrodkowym układzie nerwowym i neurolemocyty w obwodowym układzie nerwowym, które, owijając się kilkakrotnie wokół aksonów, tworzą tę osłonkę ze swojej błony komórkowej ułożonej w kilka warstw. Spełnia ona jednocześnie funkcję ochrony mechanicznej i izolatora elektrycznego aksonu. W odstępach około l mm w obrębie cieśni węzła (przewężeń Ramdera) włókna rdzenne pozbawione są osłonek.
Jedne z największych komórek nerwowych w organizmie człowieka, o długich aksonach, występują w jądrach ruchowych pnia mózgowia i rdzenia kręgowego. Aksony tych komórek biegną w nerwach czaszkowych lub nerwach rdzeniowych do mięśni szkieletowych, gdzie znajdują się ich zakończenia. Neurony małe, pośredniczące, zaopatrzone są w krótkie aksony, rozgałęziające się w pobliżu ciała komórkowego. Przewodzą one impulsy nerwowe na małe odległości, pośrednicząc pomiędzy neuronami o długich aksonach.
W warunkach prawidłowych aksony przewodzą impulsy nerwowe tylko w jednym kierunku - od ciała neuronu do zakończeń aksonu. W obrębie zakończeń aksonu następuje przekazywanie impulsu nerwowego na inne komórki.
Drugi rodzaj wypustek neuronu stanowią dendryty, zazwyczaj liczne, rozgałęzione i krótsze od aksonów. Przewodzą one impulsy nerwowe w kierunku do ciała komórkowego.

Odmienną budowę mają neurony czuciowe w zwojach rdzeniowych. Jedna ich długa wypustka, podobna do aksonu, odbiera pobudzenie z receptorów i przewodzi je w postaci impulsów nerwowych w kierunku ciała komórkowego. Za pośrednictwem krótszej wypustki zaś, wstępującej do rdzenia kręgowego, przekazuje impulsy do innych komórek nerwowych.

Potencjał czynnościowy

Bodziec, działając na błonę komórkową neuronu, zmienia jej właściwości, co z kolei wywołuje potencjał czynnościowy (action potential). Do wnętrza neuronu przez otwierające się kanały dla prądu jonów sodu napływają jony Na+, co powoduje wyrównanie ładunków elektrycznych pomiędzy wnętrzem a otoczeniem. Zjawisko to określa się jako depolaryzację błony komórkowej. Jony Na+ początkowo wnikają do wnętrza neuronu tylko w miejscu zadziałania bodźca, Z chwilą wyrównania ładunków elektrycznych w tym jednym miejscu depolaryzacja zaczyna się rozszerzać na sąsiednie odcinki błony komórkowej, przesuwając się również wzdłuż ak-sonów. Impulsem nerwowym (neural impulse) jest przesuwanie się fali depolaryzacji od miejsca zadziałania bodźca na błonę komórkową aż do zakończeń neuronu.
W organizmie impulsy nerwowe przekazywane są z jednej komórki nerwowej na drugą za pośrednictwem zakończeń aksonów. Miejsce stykania się ze sobą błony komórkowej zakończenia aksonu z błoną komórkową drugiej komórki nosi nazwę synapsy. Błonę komórkową neuronu przekazującego impuls przyjęto nazywać błoną presynaptyczną (presynaptic membranę), błona komórkowa neuronu odbierającego impuls nosi zaś nazwę błony postsynaptycznej (postsynaptic membranę).

Postsynaptyczny potencjał pobudzający

Z zakończeń aksonów w obrębie synapsy wydzielają się przekaźniki chemiczne, czyli transmittery, które zmieniają właściwości błony postsynaptycznej.
Pod wpływem cząsteczek transmittera, który pośredniczy w przewodzeniu przez synapsę impulsów pobudzających, jony Na+ wnikają do wnętrza neuronu odbierającego impuls nerwowy. Tej wędrówce jonów Na+ przez błonę postsynaptyczną towarzyszy zmniejszenie spoczynkowego potencjału ujemnego wewnątrz komórki w stosunku do potencjału zerowego panującego na zewnątrz komórki. Zmniejszenie się ujemnego potencjału wewnątrzkomórkowego przyjęto nazywać postsynaptycznym potencjałem pobudzającym - EPSP (excitatory postsynaptic potential), a synapsy wywołujące depolaryzację błony komórkowej noszą nazwę synaps pobudzających.

Sumowanie impulsów przestrzenne i w czasie

Stopień depolaryzacji błony postsynaptycznej zależy od liczby czą-steczek transmittera wydzielonych na synapsach. Im więcej cząsteczek transmittera wiąże się z receptorami w błonie postsynaptycznej, tym wiek-1 szy jest stopień depolaryzacji. Postsynaptyczny potencjał pobudzający (EPSP) zależy od liczby cząsteczek wydzielanych na poszczególnych sy-napsach oraz od liczby synaps, na których jednocześnie wydziela się trans- * mitter. Im więcej synaps jest pobudzonych jednocześnie, tym wyższy jest potencjał pobudzający. Wzrastanie postsynaptycznego potencjału pobudzającego (EPSP) w miarę zwiększania się liczby synaps przekazujących pobudzanie wskazuje na zjawisko sumowania się przestrzennego impulsa-cji (spatial summation) w obrębie neuronu. Neuron i otaczające go synapsy zajmują pewną trójwymiarową przestrzeń i dlatego ten typ sumowania impulsów nosi nazwę sumowania przestrzennego.
Impulsy nerwowe są przewodzone przez komórki nerwowe nie pojedynczo, lecz zazwyczaj w postaci salw. W każdej salwie odstępy pomiędzy impulsami mogą się zmniejszać, dochodzi wtedy do przyspieszenia częstotliwości przewodzonych impulsów, lub zwiększać - następuje wówczas zwalnianie częstotliwości przewodzenia impulsów.
Impulsy nerwowe przewodzone przez synapsy w odstępach krótszych niż 5 ms trafiają na resztki depolaryzacji wywołanej poprzednim impulsem. Kolejne, występujące po sobie postsynaptyczne potencjały pobudzające (EPSP) częściowo nakładają się na siebie i coraz bardziej depolaryzują błonę komórkową. W ten sposób w obrębie neuronu dochodzi do sumowania się impulsów występujących w krótkich odstępach czasu, czyli do sumowania w czasie (temporal summation).

Potencjał iglicowy

Pod wpływem transmittera wydzielającego się na synapsach pobudzających depolaryzacja błony komórkowej neuronu osiąga pewien próg, przy którym dochodzi do wyzwolenia potencjału iglicowego (spike potential). Potencjał progowy (firing level), czyli krytyczny potencjał błony komórkowej ciała neuronu, wynosi �"55 mV. Po przekroczeniu tego progu na skutek sumowania przestrzennego, czy też sumowania w czasie impulsów, postsynaptyczny potencjał pobudzający przechodzi w potencjał iglicowy. Charakteryzuje się on szybko narastającą depolaryzacją błony komórkowej. Potencjał wewnątrzkomórkowy z ujemnego zmienia się na dodatni, osiągając na swoim szczycie +35 mV. Ten bardzo krótko trwający dodatni potencjał wewnątrzkomórkowy określa się jako nadstrzał (overshoot).
Po szybko narastającej depolaryzacji zakończonej nadstrzałem następuje repolaryzacja błony komórkowej, w pierwszej fazie równie szybko jak depolaryzacja. Potencjał iglicowy w zależności od typu komórek nerwowych trwa od 0,5 do 2 ms.

Potencjał następczy

Repolaryzacja błony komórkowej neuronu ulega zwolnieniu po powrocie ujemnego potencjału wewnątrzkomórkowego i po przekroczeniu potencjału progowego. W tej fazie zjawisko to określa się jako potencjał następczy (after potential), w czasie którego błona komórkowa nie osiąga spoczynkowej polaryzacji (�"70 mV). Nosi to nazwę podepolaryzacyjne-go potencjału następczego (after-depolarization potential). Potem potencjał następczy przekracza wartość spoczynkową, wnętrze komórki staje się bardziej ujemne, co określa się mianem hiperpolaryzacyjnego potencja- l hi następczego (after-hyperpolarization potential). Następnie ładunek elek- r tryczny wnętrza komórki powraca całkowicie do wartości spoczynkowej (�"70 mV). W czasie występowania potencjału iglicowego, a więc w za- L kresie powyżej potencjału progowego, błona komórkowa jest niewrażliwa f na bodźce. Jest to okres niepobudliwości bezwzględnej, czyli okres refrak- r cji bezwzględnej (absolute refractory period). Po osiągnięciu potencjału progowego pobudliwość powraca i jest wzmożona w okresie podepolary- i zacyjnego potencjału następczego, co trwa 4 ms. W okresie hiperpolaryzacyjnego potencjału następczego trwającego 35-40 ms pobudliwość błony komórkowej jest zmniejszona.

Powstawanie impulsów w aksonach

Potencjał iglicowy w obrębie ciała neuronu ruchowego w warunkach prawidłowych występuje rzadko. W obrębie wzgórka (axon hillock) i odcinka początkowego aksonu (initial segment of axon) natomiast są wytwarzane potencjały iglicowe przewodzone następnie w postaci pojedynczych impulsów lub całych salw aż do zakończeń aksonów. Potencjał progowy wzgórka i odcinka początkowego aksonu jest bardziej zbliżony do średniego potencjału spoczynkowego. Różnica wynosi około 15 raV [(�"70 mV) -- (-55 mV) = �"15 mV]. W stosunku do ciała neuronu różnica ta jest większa i wynosi około 20 mV [(-70 mV) - (-50 mV) = -20 mV].
Pobudliwość błony komórkowej neuronów zależy od gęstości kanałów dokomórkowego prądu jonów Na+ bramkowanych napięciem. W błonie komórkowej wzgórka i odcinka początkowego aksonu gęstość tych kanałów jonowych jest znacznie większa w stosunku do ich gęstości w obrębie dendrytów i ciała komórkowego. Dzięki temu wzgórek i odcinek początkowy aksonu łatwiej generują potencjał iglicowy niż ciało komórki. Są bardziej pobudliwe.

Postsynaptyczny potencjał hamujący

Poza synapsami pobudzającymi otaczającymi neurony istnieją również synapsy, na których wydziela się transmitter hamujący przewodzenie impulsów. Cząsteczki tego transmittera zmieniają właściwości błony komórkowej w ten sposób, że jony K+ uciekają z wnętrza neuronu na zewnątrz i jednocześnie jony Cl~ wnikają do wnętrza przez odpowiednie kanały jonowe. Ubywanie jonów o dodatnim ładunku elektrycznym i przybywanie jonów o ujemnym ładunku powoduje wzrost ujemnego potencjału elektrycznego we wnętrzu komórki do około �"80 mV i wzrost polaryzacji błony komórko-wej. Ten stan hiperpolaryzacji błony komórkowej określa się jako postsy- L naptyczny potencjał hamujący - IPSP (inhibitory postsynaptic potential). Synapsy wydzielające transmitter hiperpolaryżujący błonę komórkową są synapsami hamującymi. Neurony, w których występuje postsynapty-1 czny potencjał hamujący, mają zmniejszoną pobudliwość. Ujemny poten-cjał elektryczny ich wnętrza jest bardziej oddalony od progu, przy którym wyzwalają się impulsy.

Neurony w organizmie stale odbierają jednocześnie impulsy przewodzone przez synapsy pobudzające i hamujące. Potencjał błony komórkowej neuronu jest wypadkową działania tych dwóch typów synaps. W czasie przewagi przewodzenia impulsów przez synapsy pobudzające potencjał błony komórkowej zbliża się do progu (�"50 mV) i w tym samym czasie w odcinku początkowym aksonu generowana jest salwa impulsów. Przeciwnie, przewaga synaps hamujących hiperpolaryzuje błonę komórkową i uniemożliwia generowanie impulsów w odcinku początkowym aksonu.

Synapsy

Powierzchnie błony komórkowej ciała neuronu i dendrytów pokrywają w około 40% struktury zwane kolbami końcowymi - synaptycznymi (synaptic knobs). Błona komórkowa wzgórka aksonu i odcinka początkowego aksonu pokryta jest niewielką liczbą kolb końcowych. Kolby są zakończeniami aksonów i dzięki nim odbywa się przekazywanie impulsów z jednego neuronu na drugi.
Kolby końcowe są niewielkie, o średnicy około l �źm (im. Pokrywa je błona presynaptyczna należąca do neuronu przekazującego impuls. Pomiędzy błoną presynaptyczna i błoną komórkową neuronu odbierającego impulsy, zwaną błoną postsynaptyczną, istnieje szczelina synaptyczna (synaptic cleft) o szerokości od 15 do 50 nm, średnio 20 nm.
Wewnątrz kolb synaptycznych znajdują się mitochondria oraz twory o średnicy od 20 do 60 nm, zwane pęcherzykami synaptycznymi (synaptic vesicles). Zagęszczenie pęcherzyków wewnątrz kolb zwiększa się w miejscu stykania się błony presynaptycznej z błoną postsynaptyczną. Pęcherzyki synaptyczne zawierają transmittery i modulatory chemiczne, które w czasie przewodzenia impulsu przez synapsę uwalniają się z pęcherzyków do szczeliny synaptycznej i wiążą z receptorami postsynaptycznymi i presy-naptycznymi. Transmittery i modulatory odczepiają się od receptorów niezmienione. Metabolizowane są przez enzymy na nieaktywne związki lub, na drodze internalizacji receptorów ze związanymi transmitterami i modulatorami, dostają się do wnętrza komórek postsynaptycznych i presynap-tycznych.
Synapsy częściej przewodzące impulsy mają większe zagęszczenie pęcherzyków synaptycznych i eksternalizowanych receptorów w sąsiedztwie szczeliny synaptycznej niż synapsy rzadko przewodzące impulsy.
Przez kilkadziesiąt lat powszechnie uznawane było tzw. prawo Dale'a, zgodnie z którym komórka nerwowa uwalnia na swych synapsach tylko jeden przekaźnik chemiczny. Później wykazano, że komórka nerwowa może uwalniać na swych zakończeniach synaptycznych jednocześnie kilka przekaźników chemicznych o silnym biologicznym działaniu. Można je podzielić umownie na transmittery synaptyczne - związki o małej cząsteczce, i na modulatory synaptyczne - związki o większej cząsteczce, do których zalicza się kilkadziesiąt peptydów. Przekaźniki chemiczne nazwane umownie transmiterami i modulatorami są nie tylko wytwarzane i uwalniane przez komórki nerwowe, ale również przez inne komórki, szczególnie komórki wydzielania wewnętrznego.

Transmittery pobudzające

Do tej grupy związków należą transmittery chemiczne depolaryzujące błonę postsynaptyczną. Po ich związaniu się z receptorem w błonie postsy-naptycznej dochodzi do tzw. aktywacji sodowej - otwierają się kanały dla dokomórkowego prądu jonów sodu. Po 0,5 ms następuje inaktywacja sodowa z jednoczesną aktywacją potasową - wychodzenie jonów potasu z komórek w czasie repolaryzacji.
Do transmitterów chemicznych pobudzających zalicza się acetylocholinę, aminy (dopamina, noradrenalina, serotonina), adenozynę oraz aminokwasy pobudzające (sole kwasu asparaginowego i glutaminowego).

Acetylocholina (ACh - acetylcholine) jest syntetyzowana w zakończeniach cholinergicznych z choliny i kwasu octowego, w czym bierze udział enzym acetylotransferaza cholinowa. Cząsteczki acetylocholiny uwolnione z pęcherzyków synaptycznych do przestrzeni synaptycznej w wyniku egzocytozy wiążą się z receptorem cholinergicznym w błonie postsynaptycznej i otwierają się kanały dla dokomórkowego prądu jonów Na+. Receptor cholinergiczny jest białkiem błony komórkowej zbudowanym z czterech podjednostek (alpha, beta, gamma i delta) o masie cząsteczkowej 250 kDa. Wyróżnia się dwa receptory cholinergiczne - nikotynowy i muskarynowy (tab. 3).

Tabela3
Transmittery synaptyczne, ich receptory, działania na kanały jonowe w błonie postsynaptycznej, tworzenie się drugiego wewnątrzkomórkowego przekaźnika i metabolizm komórkowy. Otwieranie się kanałów dla prądu jonowego dokomórkowego - , prądu jonowego odkomórkowego - TT, zwiększenie stężenia w komórkach drugiego przekaźnika - T i aktywacja cyklazy adenylanowej - (+). Zamykanie się kanałów dla prądu jonowego dokomórkowego - -L, prądu jonowego odkomórkowego - -li i inaktywacja cyklazy adenylanowej - (-).
I przekaźnik Receptor błonowy Kanał dla prądu jonowego II przekaźnik Cyklaza adenylanowa
Glutaminian NMDA T Na+ TT K+ T Ca2+ Asparaginian AMPA TNa+ TTK+ Kainianowy TNa+ TTK+ Metabolitotropowy glutaminianowy T IP3 T DAG (+) cAMP
Acetylocholina N TNa+ TTK+ (ACh) M1 TCa2+ T IP3 T DAG
M2 (w sercu) TTK+ M3 M4 (w gruczołach) T IP3 T DAG (-) cAMP M5 T IP3 T DAG (-) cAMP
Dopamina D1 (+) cAMP D2 TT K+ T Ca2+ (-) cAMP D3 (-) cAMP D4 (-) cAMP DS (+) cAMP
Moradrenalina alpha1 LLK+ T IP3 T DAG alpha2 TTK+ LCa2+ (-) cAMP beta1 (+) cAMP beta2 (+) cAMP beta3 (+) cAMP
Serotonina 5-HT1A TTK+ (-) cAMP (5-HT) 5-HT1B (-) cAMP 5-HT1C T IP3 T DAG 5-HT1D LLK+ (-) cAMP 5-HT2 LLK+ T IP3 T DAG 5-HT3 T NA+ 5-HT4 (+) cAMP
Histamina H1 (+) cAMP H2 (+) cAMP H3 (+) cAMP
Adenozyna A1 (-) cAMP A2 (+) cAMP
Kwas gammaaminomasłowy GABA A T CL- (GABA) GABA B TT K+ L CA2+ T IP3 T DAG

W błonie postsynaptycznej, na którą działa ACh, znajduje się enzym -swoista esteraza cholinowa (AChE - specific acetylcholine esterase) - rozkładający acetylocholinę na cholinę i kwas octowy. W osoczu i w innych tkankach występują enzymy rozkładające ACh. Są to nieswoiste esterazy cholinowe (non specific cholinesterase, pseudocholinesterase).
Dopamina (dopamine) i noradrenalina (noradrenaline, norepinephrine) stanowią ogniwa w łańcuchu przemian aminokwasu fenyloalaniny (patrz ryć. 114, str. 203). Dopamina działa poprzez pięć receptorów od D{ do D5. Działanie poprzez receptor D{ powoduje aktywację enzymu - cyklazy adenylanowej zależnej od dopaminy (dopamine-sensitive adenylate cyclase). Noradrenalina wywiera wpływ na komórki poprzez receptory adrenergicz-ne alpha i beta. Serotonina - 5-HT (5-hydroxytryptamine) -jest metabolitem aminokwasu tryptofanu i wywiera swój wpływ za pośrednictwem odpowiednich receptorów serotoninoergicznych.
Aminokwasy pobudzające - sole kwasu glutaminowego (glutamic acid) i kwasu asparaginowego (aspartic acid) - działają na neurony postsy-naptyczne za pośrednictwem receptorów metabolitotropowych i receptorów jonotropowych.
Działanie metabolitotropowe aminokwasów pobudzających związane jest z aktywacją enzymów wewnątrzkomórkowych zależnych od inozytolo-trifosforanu (IP3) i diacyloglicerolu (DAG). Działanie jonotropowe polega na otwieraniu się jednego typu kanałów dla dokomórkowego prądu jonów Na+ po związaniu się tych aminokwasów z receptorem AMPA (receptorem kwasu a-amino-3-hydroksy-5-metylo-4-izoksazolopropionowego) lub z receptorem kainianowym. Po związaniu się aminokwasów pobudzających z receptorem NMDA (receptorem N-metylo-D-asparaginianu) otwierają się jednocześnie dwa inne typy kanałów dla dokomórkowego prądu jonów Na+ i Ca2+.
Trzy czwarte transmisji pobudzającej w mózgowiu stanowi transmisja za pośrednictwem aminokwasów pobudzających. Mają one działanie nie tylko jako przekaźniki synaptyczne, ale wykazują również wpływ cytotoksyczny na neurony. W czasie ostrego niedotlenienia całego mózgowia lub jego poszczególnych struktur są one uwalniane z neuronów i wykazują działanie niszczące, cytotoksyczne.
Do transmitterów synaptycznych zalicza się tlenek azotu - NO (nitric oxide), który spełnia również inne funkcje w organizmie. W komórkach nerwowych powstają z aminokwasu argininy pod wpływem mózgowej izo-formy enzymu syntazy tlenku azotu (brain nitric oxide synthase isoform). Tlenek azotu uwolniony z błony postsynaptycznej działa na błonę presy-naptyczną jako wsteczny przekaźnik (retrograde messenger), ułatwiając uwalnianie innego transmittera do przestrzeni synaptycznej.

Transmitter hamujący
Postsynaptyczny potencjał hamujący (IPSP), czyli hiperpolaryzacja błony postsynaptycznej, powstaje pod wpływem transmittera hamującego, jakim jest kwas gamma-aminomasłowy - GABA (gamma-aminobutyric acid). Tworzy się w neuronach w wyniku dekarboksylacji aminokwasu -kwasu glutaminowego (glutamic acid). Wiąże się z dwoma receptorami GABAA i GABAB. Związanie się GABA z receptorem GABAA powoduje otwarcie się kanałów dokomórkowego prądu jonów Cl- i zwiększenie ujemnego potencjału w neuronach. Działanie GABA za pośrednictwem drugiego receptora GABAB jest odmienne. Powoduje otwieranie się kanałów odko-mórkowego prądu jonów K+, zamykanie się kanałów dokomórkowego prądu jonów Ca2+ i zwiększenie stężenia w neuronach drugiego przekaźnika -inozytolotrifosforanu (IP3) i diacyloglicerolu (DAG).
W tabeli 3 wymienione są transmittery synaptyczne, receptory błonowe, z którymi się wiążą, oraz wywołane przez nie reakcje jonotropowe i meta-bolitotropowe.
Modulatory synaptyczne
Z pęcherzyków synaptycznych w czasie egzocytozy uwalniają się poza transmitterami również związki o większych cząsteczkach, którym przypisuje się rolę modulatorów synaptycznych lub kotransmitterów (cotrans-mitters). Do tych związków zalicza się biologicznie aktywne peptydy. Modulatory synaptyczne uwolnione z zakończeń nerwowych oddziałują na błonę postsynaptyczną i presynaptyczną. Aktywują lub inaktywują enzymy występujące w tych błonach, wpływają na internalizację i eksternalizację receptorów błonowych, tym samym zmieniają właściwości błon komórkowych, wzmacniając lub tłumiąc działanie transmitterów. Ostateczny ich wpływ na przewodnictwo synaptyczne jest wypadkową licznych procesów zachodzących na synapsach. Ten sam modulator może działać torujące lub thimiaco w zależności od miejsca, w którym jest uwalniany.
Nazwy modulatorów synaptycznych często odnoszą się do miejsca, w którym po raz pierwszy je odkryto i wykazano ich biologiczne działanie. Wcześniej niż w pęcherzykach synaptycznych wykryto ich występowanie w pod-wzgórzu i w przysadce, przypisując im wyłącznie działanie hormonalne, oraz w przewodzie pokarmowym jako hormony żołądkowo-jelitowe wydzielane przez rozsiane w organizmie komórki wydzielania wewnętrznego.
Osobną grupę modulatorów stanowią peptydy opioidowe działające na komórki za pośrednictwem receptorów opioidowych (mu, delta, kappa). Peptydy te działają jednokierunkowo na przewodnictwo synaptyczne tłumiące je. Prekursorami peptydów opioidowych są: pre-pro-enkefalina, pre-pro-dynorfina i pre-pro-opiomelanokortyna. Z pre-pro-enkefaliny o cząsteczce zbudowanej z 263 aminokwasów powstaje po fragmentacji 6 cząsteczek enkefaliny metioninowej (Met-enkephalin) i l cząsteczka en-kefaliny leucynowej (Leu-enkephalin). Z pre-pro-dynorfiny B (256 aminokwasów) po enzymatycznej fragmentacji powstaje alpha-neo-endorfina (alpha-neo-endorphin) i dynorfina 1-17 (dynorphin) lub dynorfina 1-8. Z pre-pro-opiomelanokortyny (265 aminokwasów) tworzą się w komórkach części pośredniej przysadki cząsteczki hormonów melanotropo-wych: alpha, beta i gamma (melanocyte stimulating hormones), enkefa-lina metioninowa oraz cząsteczka peptydu kortykotropowopodobnego (corticotropin-like intermediate lobe peptide - CLIP) stanowiąca fragment hormonu kortykotropowego - ACTH 18-39.
Poza peptydami również adenozynotrifosforany i prostaglandyny modulują przewodnictwo synaptyczne, ale mechanizm ich uwalniania i działania jest odmienny w porównaniu z peptydami.
Kontrola ekspresji genów
Przepływ informacji między komórkami nerwowymi nie ogranicza się do procesów zachodzących na błonie komórkowej, lecz dotyczy mechanizmów syntezy transmitterów i modulatorów. W komórkach nerwowych stale zachodzi postępujący (anterograde) przepływ substancji chemicznych od perykarionu do końców wypustek i wsteczny (retrograde) - od wypustek do perykarionu. Substancje chemiczne, przede wszystkim peptydy, są wstecznie transportowane do perykarionu z przestrzeni synaptycznej lub płynu międzykomórkowego, po związaniu się z receptorem w błonie presy-naptycznej i po internalizacji.
Po wniknięciu do jądra komórkowego oddziałują na aparat genetyczny. Dochodzi do przyspieszenia lub opóźnienia procesu transkrypcji mRNA dla polipeptydów spełniających funkcję modulatorów synaptycznych i dla białek receptorowych i kanałowych lub enzymów uczestniczących w syntezie transmitterów. Dzięki kontroli ekspresji genów w aparacie genetycznym jądra komórkowego neurony wzajemnie oddziałują na siebie. Nadrzędne neurony przewodzą impulsy nerwowe, przekazując je za pośrednictwem synaps na neurony podrzędne. Te neurony zaś, uwalniając związki biologicznie czynne, przede wszystkim peptydy, wstecznie modulują procesy syntezy transmitterów i modulatorów w komórkach nadrzędnych.

Hamowanie presynaptyczne

W zależności od umiejscowienia na błonie postsynaptycznej neuronu odbierającego synapsy dzielą się na trzy zasadnicze rodzaje. Są to zakończenia synaptyczne aksonów na błonie postsynaptycznej:
�ó dendrytów, zwane synapsą aksono-dendrytyczną,
�ó ciała neuronu, zwane synapsą aksono-somatyczną,
�ó aksonów, zwane synapsą aksono-aksonalną.
Neurony kończące się synapsami pobudzającymi mogą również hamować przekazywanie impulsów przez inne neurony pobudzające na drodze hamowania presynaptycznego (presynaptic inhibition). Ten typ hamowania wywołują synapsy aksono-aksonalne. Impulsy nerwowe przewodzone przez synapsy pierwszego aksonu, znajdujące się w pobliżu zakończeń drugiego aksonu, depolaryzują jego błonę presynaptyczną i zmniejszają liczbę uwalnianych cząsteczek transmittera pobudzającego. Tym samym impulsy przewodzone przez ten drugi akson nie depolaryzują błony postsynaptycznej.

Przewodzenie impulsów we włóknach bezrdzennych

W warunkach fizjologicznych błona komórkowa odcinka początkowego aksonu depolaryzuje się pod wpływem potencjału pobudzającego występującego w ciele neuronu. W odcinku początkowym aksonu dochodzi do generowania impulsu nerwowego przesuwającego się następnie ortodromo-wo - w kierunku od ciała komórki do zakończeń aksonu. Włókno nerwowe w organizmie, także wyizolowane z organizmu, można również pobudzić, działając bodźcem na dowolny jego odcinek. W tym przypadku impuls nerwowy rozchodzi się od miejsca pobudzenia w obu kierunkach: do ciała komórki - antydromowo, i do zakończeń aksonu - ortodromowo.
Pod wpływem postsynaptycznego potencjału pobudzającego, występującego w ciele neuronu, otwierają się kanały dla dokomórkowego prądu jonów Na+ w błonie komórkowej aksonu. Po przekroczeniu potencjału progowego liczba jonów Na+ napływających do wnętrza aksonu jest tak duża, że nie tylko błona komórkowa depolaryzuje się, lecz także pojawia się potencjał iglicowy o dodatnim ładunku elektrycznym, czyli nadstrzale.
Ruch jonów Na+ do wnętrza aksonu odciąga je z sąsiadującej zewnętrznej powierzchni błony komórkowej aksonu, powodując jej depolaryzację. Dzięki temu we włóknach bez osłonki mielinowej fala depolaryzacji przesuwa się w sposób ciągły.

Na szczycie potencjału iglicowego dalszy napływ jonów Na+ do wnętrza aksonu zostaje zahamowany na skutek inaktywacji kanału dokomórkowego prądu jonów sodu. Jednocześnie rozpoczyna się proces otwierania się kanałów dla odkomórkowego prądu jonów K+ i ucieczki na zewnątrz aksonu dodatnio naładowanych jonów potasu. To zaś prowadzi do repolaryzacji błony komórkowej aksonu. Po przejściu impulsu nerwowego pompa sodo-wo-potasowa przywraca koncentrację jonów Na+ i K+ wewnątrz aksonu do stanu poprzedzającego przewodzenie impulsu.

Przewodzenie impulsu nerwowego we włóknach bezrdzennych bez osłonki mielinowej polega na przesuwaniu się w sposób ciągły fali depolaryzacji, za którą postępuje repolaryzacja. Prędkość przewodzenia impulsów we włóknach bezrdzennych jest nieduża i wynosi od 0,5 do 2 m/s, potencjał iglicowy zaś trwa średnio 2 ms.

Przewodzenie impulsów we włóknach rdzennych

Depolaryzacja odcinka początkowego aksonu jest spowodowana gwałtownym napływem jonów sodu do wnętrza aksonu i ruchem tych jonów w całym otoczeniu. Powoduje to otwieranie się kanałów dla dokomórkowe-go prądu jonów Na+ bramkowanych napięciem i depolaryzację błony aksonu w obrębie cieśni węzłów. Następnie depolaryzacja skokowa (saltatory conduction) obejmuje odcinki błony komórkowej w coraz to dalszych cie-śniach węzłów, w których jest największa gęstość kanałów jonowych.
Osłonka mielinowa spełnia funkcję izolatora i w miejscach, w których otacza ona akson, jest mała gęstość kanałów jonowych i nie występuje ruch jonów przez błonę komórkową. Dzięki temu depolaryzacja błony komórkowej aksonu może przeskakiwać od cieśni do cieśni węzła, pomijając odcinki aksonu otoczone osłonką mielinowa.
Przeskakiwanie depolaryzacji pomiędzy cieśniami węzłów powoduje skokowe przewodzenie impulsów nerwowych we włóknach rdzennych, które jest znacznie szybsze niż we włóknach bezrdzennych. W zależności od średnicy aksonu prędkość przewodzenia we włóknach rdzennych wynosi od kilku do 120 m/s. Im większa średnica aksonu, tym szybciej włókna te przewodzą impulsy nerwowe. Potencjał iglicowy w tych włóknach trwa około 0,5 ms. Dzięki temu włókna drażnione prądem elektrycznym mogą przewodzić do 2000 impulsów na sekundę.
W organizmie człowieka impulsy przewodzone są we włóknach nerwowych na zmianę z narastającą i zmniejszającą się częstotliwością. Dzięki temu tworzą one salwy impulsów. W pojedynczym włóknie nerwowym unerwiającym komórki mięśni szkieletowych impulsy występują z częstotliwością od 60 do 80 Hz. W czasie maksymalnego skurczu mięśnia częstotliwość impulsów w pojedynczym włóknie nerwowym osiąga 150 Hz.

Grupy włókien nerwowych

Włókna nerwowe dzieli się zarówno pod względem morfologicznym, jak i czynnościowym. Morfologiczne kryteria podziału odnoszą się do występowania lub niewystępowania osłonki mielinowej, do średnicy aksonów oraz do umiejscowienia zarówno w ośrodkowym układzie nerwowym, gdzie tworzą drogi nerwowe, jak i obwodowym układzie nerwowym, gdzie są skupione w postaci nerwów.

Pod względem czynnościowym włókna nerwowe dzielą się na przewodzące impulsy z obwodu do ośrodków - są to włókna dośrodkowe, czyli aferentne, i z ośrodków na obwód - włókna odśrodkowe, czyli eferentne. Różnią się także szybkością przewodzenia impulsów, czasem trwania potencjału iglicowego, długością okresu bezwzględnej niewrażliwości, czyli refrakcji (refractory period), oraz charakterem transmitterów i modulatorów uwalnianych z zakończeń aksonów.
Uwzględniając zarówno kryteria morfologiczne, jak i czynnościowe dzieli się włókna nerwowe na cztery grupy:
�ó włókna nerwowe grupy A - mają osłonkę mielinowa i są to zarówno włókna aferentne - przewodzące czucie, jak i eferentne - somatyczne. W zależności od średnicy aksonów dzielą się na podgrupy: alpha (o średnicy 12-20 µm), beta (o średnicy 5-12 µm), gamma (o średnicy 3-6 µm) i delta (o średnicy 2-5 µm);
�ó włókna nerwowe grupy B - mają osłonkę mielinowa, należą do układu autonomicznego, a na ich zakończeniach uwalnia się acetylocholina (ACh). Do tej grupy zalicza się włókna przywspółczulne oraz współczul-ne przedzwojowe, do których należą np. gałęzie łączące białe (nami com-municantes albi);
�ó włókna nerwowe Cs (sympathetic C fibres) - nie mają osłonki mieli-nowej, na ich zakończeniach uwalnia się noradrenalina (NA). Są to włókna współczulne zazwojowe, np. gałęzie łączące szare (mmi commu-nicantes grisei);
�ó włókna nerwowe Cdr (dorsal root C fibres) - nie mają osłonki mielino-wej. Są to włókna aferentne wstępujące do rdzenia kręgowego przez korzenie grzbietowe (radices dorsales medullae spinalis). Przewodzą one niektóre rodzaje czucia, takie jak czucie bólu, oraz stanowią część afe-rentną trzewnych łuków odruchowych.
Włókna aferentne należące zarówno do grupy A, jak i do grupy Cdr przewodzą impulsy od receptorów do ośrodkowego układu nerwowego. Tym samym stanowią część łuków odruchowych zarówno somatycznych, jak i autonomicznych.
Włókna eferentne należące do grupy A i grupy B opuszczają ośrodkowy układ nerwowy w nerwach czaszkowych (oprócz nerwu: I, II i VIII) oraz w nerwach rdzeniowych.

Nerwy czaszkowe i nerwy rdzeniowe

W organizmie człowieka znajduje się 12 par nerwów czaszkowych oraz 31 par nerwów rdzeniowych, poprzez które włókna nerwowe wchodzą lub opuszczają ośrodkowy układ nerwowy.
Nerwy rdzeniowe (nervi spinales) o włóknach aferentnych i eferentnych
dzielą się na:
�ó 8 nerwów szyjnych (nervi cenicales) C1-C8,
�ó 12 nerwów piersiowych (nervi thoradci) Thl-Th12,
�ó 5 nerwów lędźwiowych (nervi lumbales) L1-L5,
�ó 5 nerwów krzyżowych (nervi sacrales) S1-S5,
�ó l nerw guziczny (nervus coccygeus).
We wszystkich bez wyjątku nerwach czaszkowych i rdzeniowych biegną włókna aferentne, pokryte osłonką mielinową lub bez osłonki mielinowej. Włókna eferentne opuszczające ośrodkowy układ nerwowy biegną do:
�ó mięśni szkieletowych poprzecznie prążkowanych i są zaliczane do układu somatycznego
lub
�ó mięśni gładkich i komórek gruczołowych, stanowiąc część układu autonomicznego.

Włókna nerwowe układu somatycznego znajdują się w nerwach czaszkowych: III, IV, V, VI, VII, IX, X, XI i XII oraz we wszystkich nerwach rdzeniowych. Włókna nerwowe należące do układu autonomicznego (syste-ma nervosum autonomicuni) dzielą się na przywspółczulne (pars parasym-pathica) oraz współczulne (pars sympathica). Włókna przywspółczulne biegną w nerwach czaszkowych: III, VII, IX i X oraz w nerwach krzyżowych S2-S4. Włókna współczulne opuszczają rdzeń kręgowy w nerwach piersiowych Thl-Thl2 i w nerwach lędźwiowych L1-L3.

Komórki glejowe

Drugi rodzaj komórek występujących w układzie nerwowym ośrodkowym i obwodowym są to komórki glejowe. Są one kilkakrotnie liczniejsze w stosunku do komórek nerwowych. Komórki glejowe nie przewodzą impulsów nerwowych, lecz stanowią tkankę podporową dla komórek nerwowych, wychwytują i metabolizują transmittery uwolnione do przestrzeni synaptycznej. W ten sposób wpływają na przewodnictwo synaptyczne. Komórki glejowe dzielą się na neuroglej i mezoglej (określany również jako mikroglej). Do neurogleju należą: astrocyty, oligodendrocyty, ependymocyty w ośrodkowym układzie nerwowym i gliocyty oraz neurolemocyty (komórki Schwanna) w obwodowym układzie nerwowym.
Oligodendrocyty wytwarzają mielinę spełniającą funkcję izolatora oddzielającego od siebie komórki nerwowe. Wypustki komórek nerwowych wychodzące z ośrodkowego układu nerwowego w postaci włókien nerwowych również są otoczone izolacją w postaci osłonki mielinowej wytwarzanej przez komórki zwane neurolemocytami (komórki Schwanna).
Astrocyty są to duże komórki glejowe mające liczne wypustki. Część wypustek otacza naczynia włosowate krwionośne, inne wypustki stykają się z komórkami nerwowymi. W ten sposób astrocyty, oddzielając komórki nerwowe od naczyń włosowatych krwionośnych, jednocześnie pośredniczą w wymianie substancji budulcowych (aminokwasy), energetycznych i produktów przemiany materii (metabolity transmitterów synaptycznych) po- r między krwią a komórkami nerwowymi. Odprowadzają także jony potasu z płynu międzykomórkowego z otoczenia repolaryzujących się neuronów.
Drugi rodzaj komórek glejowych stanowią małe komórki, czyli komórki mikrogleju. Wykazują właściwości żerne, otaczając miejsca uszkodzone k w ośrodkowym układzie nerwowym i pożerając fragmenty obumarłych komórek nerwowych. Wytwarzają również interleukinę 1 (IL-1) - czynnik o budowie peptydowej, wywołujący odczyn gorączkowy.

Mięśnie poprzecznie prążkowane

Komórka mięśniowa

Mięsień poprzecznie prążkowany, czyli szkieletowy, jest zbudowany z wielu tysięcy komórek mięśniowych tworzących pęczki. W zależności od długości samego mięśnia, jego komórki mają od kilku milimetrów do około 50 cm długości. Na obu końcach komórki mięśniowe są przyczepione do ścięgien.
Komórka mięśniowa poprzecznie prążkowana (myocytus tmnsverso-stńatus) jest wielojądrzastą komórką, cylindryczną na przekroju poprzecznym, o średnicy około 50 (im. Komórka mięśniowa otoczona jest sarkolemą - pobudliwą błoną komórkową. Wnętrze komórki wypełnia sarkopla-zma i pęczki włókienek mięśniowych.
Włókienko mięśniowe, czyli miofibryla, ma odcinki o większym i mniejszym współczynniku załamania światła występujące naprzemiennie. Odcinki silniej załamujące światło tworzą ciemniejsze prążki, zwane prążkami anizotropowymi (A), odcinki słabiej załamujące światło zaś tworzą jasne prążki izotropowe (I). W miofibrylach położonych obok siebie prążki anizotropowe i izotropowe sąsiadują ze sobą i w ten sposób tworzą poprzeczne prążkowanie całej komórki mięśniowej.
Włókienko mięśniowe składa się z grubych i cienkich nitek białek kurczliwych. Nitkę grubą tworzą cząsteczki miozyny (m.cz. 480 kDa), z których każda zbudowana jest z dwóch ciężkich i czterech lekkich łańcuchów poli-peptydowych. Łańcuchy ciężkie splecione ze sobą ślimakowato z jednego końca tworzą ogon, niesplecione zaś z drugiego końca mają kształt dwóch głów. W każdej głowie występują również dwa łańcuchy lekkie.
Nitka cienka utworzona jest z cząsteczek aktyny (m.cz. 43 kDa) i tropo-miozyny (m.cz. 70 kDa), tworząc jak gdyby cztery sznury paciorków skręconych ślimakowato (patrz ryć. 43, str. 89). Na tropomiozynie osadzone są cząsteczki troponiny, z których każda ma trzy podjednostki (T, I, C) o odmiennych właściwościach. Za pośrednictwem podjednostki T troponina łączy się z tropomiozyną. Podjednostka I ma duże powinowactwo do aktyny, podjednostka C zaś do jonów wapnia.

Sarkomer

Sarkomer obejmuje jeden cały prążek anizotropowy i sąsiadujące z nim dwie połówki prążka izotropowego. Prążek anizotropowy tworzą nitki grube miozyny, prążek izotropowy zaś nitki cienkie aktyny, które są doczepione do błony granicznej Z (telophragmd). Błona Z dzieli na dwie połówki każdy prążek izotropowy, należący do dwóch sąsiednich sarkomerów. Nitki aktyny doczepione do błony granicznej Z w postaci grzebieni wchodzą pomiędzy nitki miozyny. Każda z nitek miozyny jest otoczona sześcioma nitkami aktyny.
W czasie skracania się komórki mięśniowej nitki aktyny tworzące prążki izotropowe wsuwają się pomiędzy nitki miozyny i dzięki temu wszystkie prążki I nikną. Podczas rozkurczu nitki aktyny wysuwają się spomiędzy nitek miozyny i prążki I ponownie stają się widoczne (ryć. 40).

Układ sarkotubularny

Układ sarkotubularny jest strukturą komórkową pośredniczącą w przenoszeniu pobudzenia wewnątrz całej komórki mięśniowej. Układ ten składa się z cewek poprzecznych (tubuli tmnsversi) i siateczki sarkoplazmatycznej (reticulum sarcoplasmaticum). Końce cewek poprzecznych dochodzą do błony komórkowej, wewnątrz komórki mięśniowej zaś znajdują się pomiędzy miofibrylami na granicy prążków I i A.
Miofibryle otacza siateczka sarkoplazmatyczna. Siateczka ta rozciąga się wzdłuż miofibryli prostopadle do cewek poprzecznych. W miejscach stykania się siateczki sarkoplazmatycznej z cewką poprzeczną siateczka tworzy zbiornik końcowy (cisterna terminalis), w którym znajdują się jony wapnia w dużym stężeniu. W czasie depolaryzacji błony cewek poprzecznych następuje ruch ładunków elektrycznych, pod których wpływem otwierają się w błonie zbiorników końcowych kanały jonów wapnia i jony te napływają pomiędzy nitki białek kurczliwych, wiążąc się z podjednostką C troponiny. W czasie rozkurczu komórki mięśniowej pompa wapniowa w błonie zbiorników końcowych ponownie gromadzi w nich jony wapnia.

Mechanizm molekularny skurczu

Pod wpływem bodźca fizjologicznego, którym w przypadku komórek mięśniowych poprzecznie prążkowanych jest acetylocholina uwolniona na synapsach nerwowo-mięśniowych, dochodzi do pobudzenia błony komórkowej, czyli do jej depolaryzacji. Pod wpływem acetylocholiny błona komórkowa zmienia swoje właściwości. Dochodzi do aktywacji w niej kanałów dla dokomórkowego szybkiego prądu jonów sodu.
Depolaryzacja przesuwa się po powierzchni błony komórkowej komórek mięśniowych poprzecznie prążkowanych i jednocześnie za pośrednictwem cewek poprzecznych obejmuje wnętrze komórki. Ze zbiorników końcowych uwalniają się wolne jony wapnia. Jony wapnia wiążą się z podjednostką C troponiny i zmniejszają jej powinowactwo do aktyny. Cząsteczki aktyny uwolnione od hamującego wpływu troponiny stykają się z głowami cząsteczek miozyny, wyzwalając jej aktywność enzymatyczną. Pod wpływem aktywnej miozyny adenozynotrifosforany (ATP) rozkładane są do adenozynodifosforanów (ADP) i fosforanu.
Głowy cząsteczek miozyny, stykając się z cząsteczkami aktyny, hydrolizują ATP i zmieniają swoją konformacje względem nitki miozyny (ryć. 43). Następnie natychmiast powracają do poprzedniego położenia. Stykają się i innymi, dalej położonymi cząsteczkami aktyny i ponownie zmieniają swoją konformację względem nitki miozyny. Dzięki temu wsuwają się nitki cienkie aktyny pomiędzy nitki grube miozyny.
Ślizgowe nasuwanie się nitek cienkich aktyny na nitki grube miozyny powoduje skracanie się komórki mięśnia poprzecznie prążkowanego i skurcz całego mięśnia. Czerpanie z hydrolizy ATP energii niezbędnej do czynności mechanicznej komórki mięśniowej nosi nazwę sprzężenia mechaniczno-chemicznego (mechano-chemical coupling).
Nitki cienkie aktyny wsunięte są pomiędzy nitki grube miozyny tak długo, jak długo wolne jony wapnia oddziałują na podjednostkę C troponiny. W czasie rozkurczu pompa wapniowa w błonie zbiorników końcowych wciąga wolne jony Ca2+ do zbiorników końcowych i nitki cienkie wysuwają się spomiędzy nitek grubych. Następna depolaryzacja błony komórkowej komórki mięśniowej powoduje ponowne otwarcie się kanałów wolnego prądu jonów wapnia i ponowne wsuwanie się nitek cienkich pomiędzy nitki grube. Proces ten nosi nazwę sprzężenia elektromechanicznego (excita-tion-contraction coupling).

Skurcze mięśni

Pod wpływem działającego na komórkę mięśniową pojedynczego bodźca o sile progowej lub większej od progowej jej błona komórkowa ulega depolaryzacji, po której następuje skurcz całej komórki. Bodziec podprogowy nie wywołuje depolaryzacji błony komórkowej i komórka mięśniowa nie kurczy się. Komórka mięśniowa odpowiada na bodziec zgodnie z prawem "wszystko albo nic", to znaczy pod wpływem każdego bodźca o intensywności progowej lub większej od progowej reaguje maksymalnie, nie odpowiada zaś na bodźce podprogowe.

Depolaryzacja błony komórkowej komórki mięśniowej trwa 1-3 ms. W tym czasie błona komórkowa jest niewrażliwa na bodźce i ich nie odbiera. Jest to okres bezwzględnej niewrażliwości (absolute refractory period). Po fazie depolaryzacji następuje faza repolaryzacji, w czasie której potencjał elektryczny wewnątrz komórki mięśniowej powraca do stanu wyjściowego, tj. do stanu w okresie spoczynku przed działaniem bodźca.
Depolaryzacja błony komórkowej wyprzedza o kilka milisekund początek skracania się mięśnia, czyli jego skurcz. Skurcz pojedynczy w mięśniach szybko kurczących się trwa krótko, około 7,5 ms, w mięśniach wolno kurczących się zaś trwa znacznie dłużej - do 100 ms. Po skurczu mięśnia następuje jego rozkurcz.
Wyróżnia się dwa rodzaje pojedynczych skurczów mięśni szkieletowych: izotoniczne i izometryczne. W czasie skurczu izotonicznego (isoto-nic contraction) komórki mięśniowe skracają się i cały mięsień ulega skróceniu, a jego napięcie nie zmienia się. Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym zbliżają się do siebie. Skurcz izometryczny (isometric contrac-tion) charakteryzuje się zwiększeniem napięcia mięśnia bez zmian jego długości. Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym nie zmieniają swojej odległości.
Powtarzające się bodźce nadprogowe z pewną częstotliwością wywołują kolejne skurcze mięśnia. Przy pewnej częstotliwości bodźca zaczyna występować zjawisko sumowania się skurczów pojedynczych (summation of contractions). Dochodzi do skurczu tężcowego zupełnego (complete teta-nic contraction) lub do skurczu tężcowego niezupełnego (incomplete teta-nic contraction) (ryć. 45). Skurcz tężcowy zupełny występuje wtedy, kiedy bodźce pobudzają mięsień w odstępach czasu krótszych niż trwa skurcz pojedynczy. Pobudzenie mięśnia w odstępach czasu dłuższych niż czas trwania skurczu pojedynczego pozwala na częściowy rozkurcz mięśnia pomiędzy bodźcami.
Mięśnie szybko kurczące się wymagają ponad stu bodźców na sekund?, aby wystąpił skurcz tężcowy zupełny. W mięśniach wolno kurczących się wystarcza kilkanaście bodźców na sekundę, aby uzyskać skurcz tężcowy zupełny.
W czasie skurczu tężcowego izotonicznego mięsień skraca się, jego napięcie zaś nie ulega zmianie. Skurcz tężcowy izometryczny charakteryzuje się zwiększeniem napięcia mięśnia, któremu nie towarzyszy zmniejszenie jego długości. Ruchy kończyn i całego ciała są spowodowane przede wszystkim skurczami tężcowymi mięśni szkieletowych o typie skurczów auksotonicznych, czyli z jednoczesnym zbliżeniem przyczepów i zwiększeniem napięcia.
Mięsień nierozciągnięty kurczy się z małą siłą. W miarę rozciągania mięśnia skurcze stają się coraz silniejsze aż do optymalnego rozciągnięcia, przy którym mięsień kurczy się z maksymalną siłą. Dalsze rozciąganie mięśnia powoduje stopniowe zmniejszenie się siły skurczów.
Słabe bodźce działające na mięsień pobudzają do skurczu tylko część komórek mięśniowych. Zwiększając stopniowo siłę bodźca, uzyskuje się coraz silniejsze skurcze. Pobudzenie wszystkich komórek mięśniowych wywołuje skurcz maksymalny.

Energetyka skurczu mięśnia

Bezpośrednim źródłem energii potrzebnej do skurczów mięśnia szkieletowego jest adenozynotnfosforan (ATP). Rozkłada się on w czasie skurczu do adenozynodifosforanu (ADP) i fosforanu. Energia do resyntezy ATP czerpana jest w procesie metabolizowania składników odżywczych aż do końcowych produktów, tj. do dwutlenku węgla i wody. Całkowity rozpad podstawowego składnika odżywczego, jakim jest glukoza, do końcowych produktów metabolizmu wewnątrzkomórkowego dostarcza najwięcej energii do resyntezy ATP. Dzieje się to w czasie glikolizy tlenowej, kiedy prężność tlenu w komórce (Po2) jest dostateczna.
W czasie szybko narastającego wysiłku fizycznego dowóz tlenu do komórek mięśniowych nie nadąża za zapotrzebowaniem na energię i Po2 w komórkach znacznie się zmniejsza. Dochodzi wtedy do dysocjacji mioglobiny (barwnika zbliżonego budową i właściwościami do hemoglobiny), która uwalnia związany tlen. Jest to jedyny magazyn tlenu wewnątrzkomórkowego, z którego komórka może go czerpać w czasie zwiększonego zapotrzebowania na energię lub zatrzymania krążenia krwi. Jednakże ilość tlenu związanego z mioglobiną jest niewielka w porównaniu z zapotrzebowaniem na niego. W tym stanie energia potrzebna do resyntezy ATP jest czerpana w procesie glikolizy beztlenowej oraz z hydrolizy fosfokreatyny.
Czerpanie energii potrzebnej do resyntezy ATP w fazie beztlenowej jest znacznie mniej wydajne w porównaniu z fazą tlenową i jest ograniczone w czasie ze względu na zmniejszenie wartości pH w komórce na skutek gromadzenia się mleczanów.
Większa część energii (od 75 do 80%) wytworzonej w komórce mięśniowej z metabolizowania glukozy jest zamieniana na energię cieplną. Na energię mechaniczną związaną ze skracaniem się mięśnia jest wykorzystane tylko od 20 do 25% energii wytworzonej w komórce mięśniowej.
Energia cieplna powstaje w komórce mięśniowej w:
�ó procesie spoczynkowego metabolizmu wewnątrzkomórkowego (resting heat),
�ó czasie reakcji chemicznych związanych z aktywowaniem miozyny (activation heat),
�ó czasie skracania się komórki mięśniowej (shortening heat),
�ó procesie rozkurczu i wydłużania się komórki mięśniowej (relaxation heat),
�ó procesie odnowy związanej z resyntezą ATP i działaniem pompy sodowo-potasowej (recovery heat).

Jednostka motoryczna

Komórki mięśni poprzecznie prążkowanych szkieletowych są unerwiane przez komórki nerwowe skupione w jądrach ruchowych pnia mózgu i rdzenia kręgowego. Komórki nerwowe jąder ruchowych wysyłają swoje wypustki - aksony - do komórek mięśniowych. Pojedyncza komórka nerwowa unerwia średnio około 150 komórek mięśniowych. Mięśnie stale pracujące i wykonujące precyzyjne ruchy, np. mięśnie gałek ocznych, są kontrolowane przez znaczną liczbę komórek nerwowych. Jeden neuron unerwia średnio tylko 10 komórek mięśniowych. W mięśniach siłowych zaś, utrzymujących wyprostną postawę ciała, na jedną komórkę nerwową przypada znacznie więcej komórek mięśniowych. Jeden neuron unerwia średnio 200 komórek mięśniowych.
Jedna komórka nerwowa, jej wypustka, biegnąca do mięśnia i wszystkie komórki mięśniowe przez nią unerwiane stanowią jednostkę motoryczna (motor unit).
W warunkach prawidłowych w organizmie człowieka pojedyncze skurcze mięśni szkieletowych prawie nie występują. Ruchy kończyn i ruchy całego ciała są spowodowane skurczami tężcowymi izotonicznymi i izo-metrycznymi oraz auksotonicznymi.
Siła skurczu mięśnia w organizmie zależy od:
�ó liczby jednostek motorycznych biorących udział w skurczu,
�ó częstotliwości, z jaką poszczególne jednostki motoryczne są pobudzane,
�ó stopnia rozciągnięcia mięśnia przed jego skurczem.
Jednostki motoryczne każdego mięśnia szkieletowego nie pracują synchronicznie. W związku z tym stopniowanie siły skurczu lub jej zmniejszenie odbywa się w sposób ciągły, prawie niedostrzegalny. W czasie słabego skurczu niewielki procent jednostek motorycznych wykazuje pobudzenie występujące z małą częstotliwością, niesynchronicznie. W miarę narastania pobudzenia, które obejmuje coraz większą liczbę jednostek motorycznych, pracujących z coraz większą częstotliwością - również niesynchronicznie - zwiększa się siła skurczu.

Regulacja napięcia mięśniowego

Neurony ruchowe skupione w jądrach ruchowych pnia mózgu i rdzenia kręgowego stale wysyłają impulsy do mięśni szkieletowych. Nawet mięśnie niepracujące wykazują napięcie mięśniowe spoczynkowe. Jest to związane z pobudzeniem niewielkiej liczby jednostek motorycznych. Tym samym napięcie mięśniowe jest to słaby skurcz tężcowy izometryczny bardzo długo się utrzymujący.
Napięcie mięśniowe jest regulowane:
�ó przez nadrzędne ośrodki ruchowe w ośrodkowym układzie nerwowym,
�ó dzięki samoregulacji (muscle tonus regulation).

Samoregulacja napięcia mięśniowego

Rozciągnięcie mięśnia wyzwala odruchowe zwiększenie jego napięcia. Na przykład skurcz izotoniczny mięśni zginaczy powoduje jednoczesne rozciągnięcie mięśni antagonistycznych, czyli prostowników, i zwiększenie ich napięcia mięśniowego na drodze odruchowej.
W mięśniach szkieletowych występują dwa rodzaje komórek mięśniowych: komórki ekstrafuzalne i komórki intrafuzalne.
Komórki mięśniowe ekstrafuzalne (extrafusal fibres) mają jednolitą budowę na całej długości, są skupione w pęczki i oba ich końce są przyczepione do ścięgien.
Komórki mięśniowe intrafuzalne (intrafusal fibers) w swej części środkowej nie mają poprzecznego prążkowania i część ta nie kurczy się. Są skupione w pęczki, czyli wrzecionka nerwowo-mięśniowe (fusus neuromuscu-lańs), które otacza torebka łącznotkankowa. Wrzecionka nerwowo-mięśniowe przyczepiają się swoimi końcami do komórek ekstrafuzalnych. We wrzecionkach nerwowo-mięśniowych znajdują się receptory wrażliwe na rozciąganie mięśnia.
Komórki mięśniowe ekstrafuzalne, które stanowią podstawową masę każdego mięśnia szkieletowego, unerwione są przez duże neurony ruchowe, zwane neuronami alpha. Komórki intrafuzalne unerwiane są przez mniejsze neurony ruchowe, zwane neuronami gamma. Pobudliwość receptorów wrażliwych na rozciąganie we wrzecionkach nerwowo-mięśniowych jest regulowana przez te neurony. Im silniej są pobudzone neurony gamma i komórki intrafuzalne skurczone, tym bardziej zwiększa się wrażliwość receptorów na rozciąganie.
Pobudzone receptory we wrzecionkach nerwowo-mięśniowych na skutek rozciągania mięśnia wysyłają impulsy do neuronów alpha w jądrach ruchowych pnia mózgu lub rdzenia kręgowego. Z kolei pobudzone neurony alpha wysyłają impulsy do komórek ekstrafuzalnych i je kurczą. Skurcz izotoniczny komórek ekstrafuzalnych zmniejsza pobudliwość receptorów we wrzecionkach nerwowo-mięśniowych, co prowadzi do zmniejszenia napięcia tego mięśnia. Skurcz izometryczny komórek ekstrafuzalnych natomiast nie zmniejsza pobudliwości receptorów i napięcie mięśniowe utrzymuje się. Impulsy nerwowe stale krążące pomiędzy receptorami we wrzecionkach nerwowo-mięśniowych, motoneuronami w jądrach ruchowych i komórkami mięśniowymi zapewniają odpowiednie napięcie wszystkich mięśni szkieletowych, dostosowane do pozycji całego ciała, oraz ustawienie kończyn i głowy w stosunku do tułowia. Impulsy krążące po �śzamkniętej pętli" sprzężenia zwrotnego (muscles-spinal cord feedback loop) pomiędzy rdzeniem kręgowym a mięśniami utrzymują samoregulację napięcia mięśniowego (patrz: Odruch monosynaptyczny, str. 117).

Synapsa nerwowo-mięśniowa

W każdej jednostce motorycznej występuje jedna komórka nerwowa, która łączy się z komórkami mięśniowymi za pomocą zakończeń aksonu. Miejsce stykania się wypustki komórki nerwowej - aksonu - z komórką mięśniową nosi nazwę zakończenia synaptycznego nerwowo-mięśniowego (terminatio synapsis neuromuscularis).
Włókno nerwowe typu A w pobliżu unerwianej komórki mięśniowej traci osłonkę mielinową i rozdziela się na wiele stopek końcowych (pes terminalis). Wszystkie stopki końcowe tworzą strukturę zwaną zakończeniem synaptycznym nerwowo-mięśniowym. Błona komórkowa komórki mięśniowej jest w miejscu stykania się z płytką końcową zagłębiona i pofałdowana, tworzy rynienki otaczające poszczególne stopki końcowe. Pomiędzy błoną presynaptyczną otaczającą stopki końcowe a pofałdowaną błoną postsynaptyczną komórki mięśniowej występuje niewielka przestrzeń nosząca nazwę szczeliny synaptycznej (fissura synapticd).
Impuls nerwowy, przesuwając się wzdłuż włókna nerwowego, obejmuje stopki końcowe, depolaryzując ich błonę presynaptyczną. Pod wpływem depolaryzacji otwiera się do szczeliny synaptycznej pewna liczba pęcherzyków synaptycznych zgromadzonych w stopkach końcowych. Z pęcherzyków synaptycznych uwalnia się acetylocholina (ACh), co jest nazywane sprzężeniem elektrowydzielniczym.
Acetylocholina, wiążąc się z receptorem w błonie postsynaptycznej, otwiera kanały dla dokomórkowego szybkiego prądu jonów sodu i jony te wnikają do wnętrza komórki mięśniowej. Błona komórkowa komórki mięśniowej w miejscu zetknięcia się z zakończeniem synaptycznym nerwowo-mięśniowym zostaje zdepolaryzowana, co powoduje wahania potencjału elektrycznego w tej okolicy. Zjawisko to nosi nazwę potencjału zakończenia synaptycznego nerwowo-mięśniowego (endplate potential).
Depolaryzacja błony postsynaptycznej i pojawienie się potencjału zakończenia synaptycznego nerwowo-mięśniowego wymaga uwolnienia do szczeliny synaptycznej 10 amol acetylocholiny. Tym samym przewodzenie przez synapsę nerwowo-mięśniową jednego impulsu wymaga wydzielania do szczeliny synaptycznej od 1000 do 10 000 cząsteczek ACh w około 200 punktach błony presynaptycznej.
Potencjał zakończenia synaptycznego nerwowo-mięśniowego rozchodzi się wzdłuż komórki mięśniowej, depolaryżując jej błonę komórkową, co wyzwala skurcz.
Receptory w błonie postsynaptycznej wrażliwe na ACh mogą być zablokowane przez związek wprowadzony do organizmu z zewnątrz - kurarę.
W czasie działania kurary ACh wydzielona do szczeliny synaptycznej nie łączy się z receptorem i nie wywołuje depolaryzacji błony postsynaptycznej. Przewodzenie nerwowo-mięśniowe jest zablokowane.

W błonie postsynaptycznej znajduje się enzym rozkładający ACh uwolnioną do szczeliny synaptycznej. Enzymem tym jest esteraza cholinowa (AChE), rozkładająca acetylocholinę i kwas octowy. Związki hamujące działanie esterazy cholinowej - inhibitory esterazy cholinowej - zwiększają wrażliwość błony postsynaptycznej na działanie ACh. Mniejsza liczba cząsteczek ACh jest w stanie zdepolaryzować błonę postsynaptyczną i tym samym wywołać skurcz komórki mięśniowej.
Jony wapnia i magnezu oddziałują również na przewodnictwo nerwowo--mięśniowe. Jon wapnia jest niezbędny w procesie przewodzenia przez synapsę nerwowo-mięśniową, gdyż warunkuje uwalnianie cząsteczek ACh z zakończenia synaptycznego nerwowo-mięśniowego. Jon magnezu ma działanie przeciwne - hamuje uwalnianie ACh.

Mięśnie gładkie

Komórka mięśniowa gładka (myocytus glaber) w odróżnieniu od komórki mięśniowej poprzecznie prążkowanej nie ma jednostek kurczliwych w postaci sarkomerów. Wnętrze komórki mięśniowej gładkiej wypełnione jest nitkami kurczliwymi ułożonymi równolegle i biegnącymi wzdłuż długiej osi komórki. W czasie skurczu nitki te skracają się na skutek nasuwania się cząsteczek aktyny na cząsteczki miozyny. Występująca w cytoplazmie kalmodulina łączy się z napływającymi przez dokomórkowe kanały błonowe jonami wapnia i aktywuje właściwości enzymatyczne jednego z łańcuchów lekkich w głowie cząsteczki miozyny. Następuje hydroliza ATP i zmiana konformacji głowy cząsteczki miozyny w stosunku do nitki grubej miozyny. W wyniku tego nitki cienkie aktyny przesuwają się wzdłuż nitek grubych miozyny.
Komórki mięśniowe gładkie występują w organizmie w dwóch różnych pod względem czynnościowym skupieniach. Tworzą:
�ó wielojednostkowe mięśnie gładkie (multi-unit smooth muscle) - w których poszczególne komórki kurczą się niezależnie i pobudzenie nie prze- r nosi się z jednej komórki na drugą. Występują w ścianach naczyń krwionośnych i w tęczówce;
�ó trzewne mięśnie gładkie (single-unit smooth muscle) - stanowią warstwy lub pierścienie równolegle ułożonych komórek, w których pobudzenie przenosi się z jednej komórki na drugą dzięki połączeniom szczelinowym (gap junctions). Tworzą tym samym czynnościowe syncytia. Występują w ścianach przewodu pokarmowego, w moczowodach, pęcherzu moczowym i macicy.
Komórki trzewnych mięśni gładkich spełniają dwa typy czynności mechanicznej: skurcze i zmiany napięcia. Oba typy czynności mechanicznej mogą występować jednocześnie lub niezależnie od siebie.
Wnętrze komórek mięśniowych gładkich ma ujemny potencjał elektryczny wynoszący w spoczynku średnio -50 mV. Zwiększenie pobudliwości wyraża się długotrwałym zmniejszeniem ujemnego potencjału wewnątrzkomórkowego. To zmniejszenie potencjału spowodowane jest otwieraniem się w błonie komórkowej kanałów jonów wapnia, co prowadzi do długotrwałej częściowej depolaryzacji na skutek zwiększonego dokomórkowego prądu jonów Ca2+.
Komórka o zmniejszonej pobudliwości ma wnętrze bardziej ujemne, osiągając -65 mV (hiperpolaryzacja), i jest całkowicie rozkurczona. Hiperpolaryzacja błony komórkowej spowodowana jest ucieczką jonów K+ z wnętrza komórki lub utrudnionym wchodzeniem jonów Ca2+ do komórki.
Skurcz komórek mięśniowych gładkich poprzedza:
�ó potencjał czynnościowy iglicowy trwający około 50 ms,
�ó potencjał iglicowy przechodzący w plateau depolaryzacji, co trwa łącznie od 100 ms do 1 s.
W komórkach częściowo zdepolaryzowanych skurcz nie jest poprzedzany przez potencjał czynnościowy.
Skurcz poprzedzany przez potencjał czynnościowy rozpoczyna się po upływie około 200 ms od początku depolaryzacji i osiąga swoje maksimum po upływie 500 ms.
Mięśnie gładkie kurczą się pod wpływem:
�ó samoistnego pobudzenia, które występuje rytmicznie w niektórych komórkach trzewnych mięśni gładkich. Szerzy się na komórki sąsiednie, doprowadzając cały mięsień do skurczu. Komórki te spełniają funkcję rozrusznika dla pozostałych komórek. Wyzwalają samoistne skurcze z częstotliwością od 0,2 Hz, tj, jednego skurczu na 5 s, do jednego skurczu na kilka minut;
�ó czynnika miejscowego mechanicznego lub chemicznego działającego bezpośrednio na komórki, np. rozciąganie mięśnia, zmiany pH, zwiększenie prężności dwutlenku węgla;
�ó przekaźników chemicznych wytworzonych w odległych tkankach i przenoszonych drogą humoralną - kontrola humoralna, np. hormony rdzenia nadnerczy;
�ó przekaźników chemicznych wydzielonych z aksonów neuronów należących do układu autonomicznego, czyli na zasadzie kontroli nerwowej za pośrednictwem uwalnianych transmitterów. Aksony neuronów układu autonomicznego biegną pomiędzy komórkami mięśni gładkich, tak że uwalniając transmitter, działają jednocześnie na kilka komórek (fr. synapsę en passant).

Na komórki mięśniowe gładkie najczęściej działają dwa transmittery:
�ó noradrenalina (NA) - wydzielana na zakończeniach neuronów zazwo-jowych należących do układu współczulnego (pars sympathetica syste-matis autonomici),
�ó acetylocholina (ACh) - wydzielana na zakończeniach neuronów układu przywspółczulnego (pars parasympathetica systematis autonomici).
Różna jest odpowiedź narządów efektorowych na działanie transmitterów układu autonomicznego (patrz tab. 9, str. 209). Na przykład trzewne mięśnie gładkie przewodu pokarmowego rozkurczają się pod wpływem noradrenaliny, kurczą zaś pod wpływem acetylocholiny.
Noradrenalina działa na komórki mięśni gładkich za pośrednictwem dwóch receptorów błonowych: alpha i beta receptorów adrenergicznych. Po związaniu się noradrenaliny z receptorami alpha wolne jony Ca2+ wychodzą z komórek mięśniowych, co powoduje ich skurcz. Pod wpływem noradrenaliny, działającej za pośrednictwem receptora beta, zostaje zakty-wowana cyklaza adenylanowa, zwiększa się zawartość cyklicznego AMP w komórkach, jony Ca2+ są wiązane wewnątrz komórek i stężenie wolnych jonów Ca2+ w komórkach się zmniejsza. Następuje rozkurcz komórek mięśni gładkich.
Acetylocholina po związaniu się z receptorami muskarynowymi M2 i M4 wywołuje aktywację fosfolipazy C w błonie komórkowej i uwalnianie się inozytolotrifosforanu (IP3). Zwiększenie zawartości IP3 w cytoplazmie wywołuje zwiększenie stężenia wolnych jonów Ca2+ w komórkach mięśni gładkich i ich skurcz.
W organizmie zazwyczaj jednocześnie działają na komórki mięśni gładkich oba transmittery układu autonomicznego (NA i ACh). Stan mięśni gładkich jest wypadkową ich antagonistycznego działania. Na trzewne mięśnie gładkie przewodu pokarmowego noradrenalina działa rozkurczające, acetylocholina zaś kurcząco. Przeciwnie - na wielojednostkowe mięśnie gładkie w ścianach tętnic zaopatrujących mięśnie szkieletowe acetylocholina działa rozkurczające, noradrenalina zaś kurcząco za pośrednictwem receptora alpha-adrenergicznego.

Mięsień sercowy

Mięsień sercowy składa się w istocie z dwóch mięśni. Są to: mięsień przedsionków i mięsień komór, odgrodzone od siebie pierścieniami włóknistymi (anuli fibrosi) otaczającymi ujście przedsionkowo-komorowe (ostium atrioventńculare). Mięsień sercowy zbudowany jest z komórek mięśniowych (myocyti cardiaci), które mają włókienka mięśniowe i podstawowe elementy kurczliwe tworzące sarkomery. Błony komórkowe sąsiednich komórek mięśniowych ściśle do siebie przylegają w miejscach występowania prążków Z, tworząc pozazębianą błonkę, zwaną wstawką (discus intercalatuś). Dzięki tym wstawkom i połączeniom komunikującym (gap junctions) pobudzenie przenosi się z jednej komórki na drugą i mięsień sercowy stanowi syncytium fizjologiczne (functional syncytium). Odpowiada on na bodziec skurczem maksymalnym zgodnie z prawem �śwszystko albo nic".
Potencjał spoczynkowy komórki mięśnia sercowego wynosi 90 mV. W spoczynku jony potasowe stale wychodzą z komórek mięśnia sercowego - przez tzw. kanały potasowe w błonie komórkowej - na zewnątrz, tworząc odkomórkowy wolny prąd. Jednocześnie jony sodu stale wchodzą do , komórek przez tzw. kanały sodowe, tworząc dokomórkowy wolny prąd, Przesunięcia w rozmieszczeniu jonów spowodowane wolnym prądem jonów K+ i Na+ są wyrównywane przez pompę sodowo-potasową usuwającą jony Na+ z komórek i wciągającą jony K+ do wnętrza komórek. Utrzymywanie się potencjału spoczynkowego jest uwarunkowane działaniem pompy jonowej w błonie komórkowej komórek mięśnia sercowego.
W czasie pobudzenia komórek mięśnia komór serca występuje czynnościowy potencjał składający się z czterech faz. Rozpoczyna się fazą O -bardzo szybko zachodzącą depolaryzacją, po której występuje nieznaczna repolaryzacja, czyli faza l, przechodząca w fazę 2, charakteryzującą się utrzymywaniem stałej depolaryzacji w czasie około 300 ms. W fazie 3 następuje powrót do potencjału spoczynkowego.
Faza O potencjału czynnościowego jest wywołana dokomórkowym szybkim prądem jonów sodu (fast inward sodium current) i w niewielkim stopniu przez dokomórkowy wolny prąd jonów wapnia (słów inward calcium current). Faza l w komórkach mięśnia przedsionków wiąże się z odkomórkowym prądem potasowym (outward potassium current), natomiast w komórkach mięśnia komór jest wywołana przez dokomórkowy prąd jonów chloru.
W czasie fazy 2 występuje równowaga pomiędzy dokomórkowym prądem jonów Ca2+ i odkomórkowym prądem jonów K+. W fazie O, l i 2 jony wapnia napływają do sarkoplazmy z zewnętrznej powierzchni sarkolemy, gdzie są magazynowane w glikokaliksie, i tylko częściowo ze zbiorników sarkoplazmatycznych. W fazie 3 następuje przewaga odkomórkowych prądów jonów dodatnich, głównie wywołana przez jony K+, i powrót ujemnego potencjału w komórce.
Okres bezwzględnej niewrażliwości, czyli bezwzględnej refrakcji (absolute refractory period), obejmuje depolaryzację oraz fazy l i 2 repolaryzacji.

Okres względnej niewrażliwości, czyli względnej refrakcji (relative refrac-tory period), przypada na fazę 3 repolaryzacji. Łącznie oba te okresy niewrażliwości są dłuższe od czasu skurczu mięśnia sercowego. Dzięki temu w warunkach prawidłowych w mięśniu tym nie występują skurcze tężcowe.
Siła skurczu mięśnia sercowego zależy od początkowej długości jego komórek, podobnie jak to występuje w mięśniach poprzecznie prążkowanych szkieletowych. Przy optymalnym wypełnieniu jam serca i optymalnym rozciągnięciu komórek mięśnia sercowego występują maksymalne skurcze zgodne z tzw. prawem Starlinga.
Energię potrzebną do skurczów mięsień sercowy czerpie ze składników odżywczych, którymi są: w 60% kwasy tłuszczowe, których połowę stanowią wolne kwasy tłuszczowe - FFA (free fatty acid), w 35% węglowodany j oraz aminokwasy, ciała ketonowe, kwas mlekowy i kwas pirogronowy.

Komórki układu przewodzącego serca

Poza komórkami mięśnia przedsionków i mięśnia komór występują w sercu komórki układu przewodzącego (cardiac conduction system). Różnią się od pozostałych komórek zarówno pod względem morfologicznym, jak i czynnościowym. W komórkach tych nie ma wyraźnego poprzecznego prążkowania. Są bogate w glikogen i zawierają więcej sarkoplazmy. Leżą bezpośrednio pod wsierdziem, tworząc skupienia: węzeł zatokowo-przedsionkowy, czyli węzeł Keitha-Flacka, węzeł przedsionkowo-komorowy, czyli węzeł Aschoffa-Tawary, i pęczek przedsionkowo-komorowy, czyli pęczek Paladino-Hisa, który dzieli się na dwie odnogi kończące się komórkami mięśniowymi sercowymi przewodzącymi (włóknami Purkinjego).
Komórki układu przewodzącego samoistnie i rytmicznie pobudzają się. Tworzą tym samym rozrusznik (pacemaker) dla całego mięśnia sercowego. Komórki węzła zatokowo-przedsionkowego pobudzają się samoistnie najszybciej w rytmie około 1,2 Hz, tj. 72 razy na minutę. Pozostałe komórki układu przewodzącego pobudzają się samoistnie w rytmie wolniejszym. W związku z tym komórki węzła zatokowo-przedsionkowego narzucają swój rytm wszystkim pozostałym komórkom układu przewodzącego i komórkom całego mięśnia sercowego.
Samoistne pobudzenie komórek węzła zatokowo-przedsionkowego jest wywołane powolną depolaryzacją błony komórkowej występującą pomiędzy potencjałami czynnościowymi. Jest to prepotencjał rozrusznika (pacemaker potential). Występuje na skutek nasilania się dokomórkowego prądu jonów wapnia aż do osiągnięcia potencjału progowego, przy którym wyzwala się potencjał czynnościowy. Potencjał czynnościowy, czyli depolaryzacja, powstający w węźle zatokowo-przedsionkowym rozchodzi się na mięsień przedsionków, a następnie na węzeł i pęczek przedsionkowo-ko-morowy, komórki mięśniowe serca przewodzące i mięsień komór (patrz: Czynność bioelektryczna serca).

Skurcze mięśnia przedsionków i mięśnia komór są wywołane wyłącznie stanem czynnym powstającym w komórkach układu przewodzącego. Komórki nerwowe znajdujące się w samym sercu lub wysyłające swe aksonj do serca nie uczestniczą w wyzwalaniu pobudzenia w sercu. Z aksonów neuronów należących do układu współczulnego i przywspółczulnego są uwalniane transmittery, które mają tylko działanie modelujące czynność serca - przyspieszają lub zwalniają jego skurcze.
Acetylocholina uwolniona z zakończeń neuronów przywspółczulnych, działając poprzez receptor muskarynowy (M2), zwiększa wychodzenie jonów K+ z komórek rozrusznika i wydłuża czas trwania prepotencjału rozrusznika. Stan czynny w komórkach układu przewodzącego występuje rzadziej i serce kurczy się w zwolnionym rytmie. Noradrenalina wydzielona z zakończeń neuronów współczulnych, wiążąc się z receptorami beta-adre-nergicznymi, których jest znacznie więcej w sercu niż receptorów alpha-adrenergicznych, zwiększa napływ jonów Ca2+ do komórek rozrusznika. Czas trwania prepotencjału rozrusznika skraca się, stan czynny w jego komórkach występuje częściej i przyspiesza się częstość skurczów serca.
U człowieka pozostającego w spoczynku zablokowanie farmakologiczne receptorów cholinergicznych wywołuje przyspieszenie częstości skurczów serca. Przeciwny stan występuje po zablokowaniu receptorów adrenergicznych - częstość skurczów serca ulega zwolnieniu.

3 Czucie i ruch

Czynność ośrodkowego układu nerwowego człowieka ściśle wiąże się z trzema podstawowymi procesami, którymi są:
�ó odbieranie bodźców (reception) ze środowiska zewnętrznego i wewnętrznego organizmu,
�ó adekwatne reagowanie (adeąuate response) na odbierane bodźce,
�ó przechowywanie śladów po bodźcach, czyli ich zapamiętywanie (memorization).
Za pośrednictwem aferentnych włókien nerwowych impulsy nerwowe są przewodzone od receptorów (receptors) do niższych pięter ośrodkowego układu nerwowego. Następnie poprzez coraz to wyższe piętra impulsy nerwowe są przekazywane do najwyższego piętra - do kory mózgu. W kierunku przeciwnym - od kory mózgu do efektorów (effectors) - impulsy nerwowe przekazywane są przez coraz to niższe piętra i eferentne włókna nerwowe, biegnące w nerwach czaszkowych i rdzeniowych.
Pomiędzy ośrodkami znajdującymi się na różnych piętrach układu nerwowego impulsy przewodzone są jednocześnie za pośrednictwem połączeń o małej i dużej liczbie neuronów. Impulsy przekazywane są za pośrednictwem małej liczby neuronów w obrębie układów swoistych (specific systems) - szybko przewodzących aferentnych: układu wstęg i dróg rdzeniowo-wzgórzowych, oraz szybko przewodzących eferentnych: dróg korowo-rdzeniowych. Duża liczba neuronów uczestniczy w przekazywaniu impulsów w układach nieswoistych (nonspecific systems) - wolno przewodzących.
Układy swoiste są filogenetycznie młodsze. Potrzeba szybkiego reagowania na bodźce z otoczenia doprowadziła do wykształcenia się w ośrodkowym układzie nerwowym dróg, ośrodków i całych układów szybko przekazujących impulsy od receptorów do efektorów za pośrednictwem ściśle określonych ośrodków swoistych dla miejsca i charakteru działającego bodźca.

W obrębie układów nieswoistych, wolno przewodzących impulsy, znajdują się skupienia neuronów o wyspecjalizowanej funkcji. Skupienia tych neuronów tworzą ośrodki kontrolujące czynność poszczególnych narządów i układów, jak np. układu sercowo-naczyniowego, układu oddechowego, układu trawiennego i innych. Ośrodki kontrolujące zachowanie człowieka, przystosowujące jego zachowanie zarówno do bodźców z otoczenia, jak i do bodźców ze środowiska wewnętrznego, znajdują się również w układach nieswoistych. W tych układach występują komórki nerwowe stanowiące rozruszniki dla spontanicznej czynności bioelektrycznej mózgu.

Czynność bioelektryczna mózgu spontaniczna

Czynność bioelektryczną mózgu bada się za pomocą elektrod odbierających (exploring electrodes) przystawianych do skóry głowy. Zarejestrowane zmiany potencjału elektrycznego mózgu przyjęto nazywać elektroencefalogramem (EEG). Elektrody można również przystawić bezpośrednio do odsłoniętej w czasie operacji kory mózgu i zarejestrować potencjały elektryczne nazywane elektrokortykogramem (ECoG).
W zależności od miejsca, z którego odbiera się potencjały bioelektryczne, mają one różną amplitudę i występują z różną częstotliwością. Każdy człowiek ma indywidualny zapis potencjałów elektrycznych mózgu, choć jednocześnie zapisy z poszczególnych okolic różnią się. Potencjały elektryczne zarejestrowane na taśmie papieru mają postać fal o różnej amplitudzie i częstotliwości. Wyróżnia się fale EEG: alpha, beta, theta i delta (alpha, beta, theta i delta waves). Fale alpha występują przeważnie w okolicy ciemieniowo-potylicznej, z częstotliwością od 8 do 13 Hz, o amplitudzie do 50 µV, fale beta - w okolicy czołowej, z częstotliwością od 14 do 60 Hz, o amplitudzie mniejszej - do 30 µV. Amplituda fal beta jest zawsze mniejsza w porównaniu z amplitudą fal alpha. Fale alpha i beta są to zasadnicze rodzaje fal rejestrowane u człowieka czuwającego, spoczywającego, siedzącego lub leżącego nieruchomo z zamkniętymi oczami.
Elektroencefalogram jest sumą potencjałów wytwarzanych przez pobudzone ciała neuronów i ich wypustki. Im więcej neuronów jest pobudzanych rytmicznie w krótkich odstępach czasu, tym wypadkowa tych potencjałów jest większa. Określa się ten stan jako synchronizację czynności elektrycznej mózgu (EEG synchronization). Niejednoczesne pobudzenie neuronów powoduje, że poszczególne potencjały komórkowe, przede wszystkim potencjały dendrytyczne, nie sumują się wzajemnie. Rejestruje się wtedy potencjały o małej amplitudzie i dużej częstotliwości, czyli niesynchroniczną aktywność neuronów - desynchronizację.
W celu uzyskania zapisu EEG w badaniach rutynowych, zgodnie z przyjętym przez Międzynarodową Federację EEG układem elektrod 10-20 (ten--twenty system), na powierzchni skóry na głowie w miejscach ściśle określonych umieszcza się 19 elektrod odbierających. Nad każdą półkulą mózgu znajduje się po 8 elektrod, a 3 elektrody przystawione są do skóry w linii środkowej. Nad korą mózgu płatów czołowych zostaje umieszczonych 7 elektrod (Fp1; Fp2, F3, F4, F7, F8 i Fz), na pograniczu płatów czołowych i ciemieniowych - 3 elektrody (C3, C4 i Cz), nad płatami ciemieniowymi - 3 elektrody (P3, P4 i Pz), nad płatami skroniowymi - 4 elektrody (T3, T4, T5 iT6) i nad płatami potylicznymi - 2 elektrody (Ol i O2). Odbierając wahania potencjałów elektrycznych występujące pod sąsiadującymi ze sobą elektrodami, uzyskuje się tzw. odprowadzenia dwubiegunowe (bipolar derivation) i można jednocześnie zarejestrować EEG z 16 odprowadzeń (I-XVI). Stosując umowne układy odbioru EEG z określonych par elektrod, według norm przyjętych przez Międzynarodową Federację EEG, można zarejestrować czynność bioelektryczną znacznych obszarów kory mózgu obu półkul.

Po otwarciu oczu, z czym związany jest odbiór wrażeń wzrokowych, czynność bioelektryczna w okolicy potylicznej kory mózgu ulega desyn-chronizacji. W EEG rejestrowanym z odprowadzeń okolicy potylicznej fale alpha zanikają, co nazywane jest również tłumieniem fal alpha (alpha wave blocking) (patrz ryć. 106, str. 187).

Elektrogeneza potencjałów korowych

Potencjały elektryczne odbierane z powierzchni kory mózgu powstają na skutek przesuwania się wzdłuż dendrytów depolaryzacji ich błony komórkowej. Depolaryzacja dendrytów, przesuwając się od powierzchni korymózgu w kierunku ciał neuronów, kolejno zmienia potencjał elektryczny odbierany z powierzchni kory. Wolno przesuwający się stan czynny wzdłuż dendrytów powoduje przesuwanie się ujemnego potencjału z powierzchni w głąb kory mózgu i powierzchnia kory na ułamek sekundy ma dodatni ładunek.
Samoistna czynność bioelektryczna mózgu związana jest ze stałym krążeniem impulsów pomiędzy neuronami należącymi do różnych struktur mózgowia tworzących mechanizmy desynchronizujące i mechanizmy syn-' chronizujące. Neurony, pomiędzy którymi krążą impulsy, znajdują się w korze mózgu, we wzgórzu, w jądrze ogoniastym, w hipokampie i w innych strukturach podkorowych. Impulsacja z układu siatkowatego wstępującego pobudzającego - RAS (reticular activating system) - zakłóca synchroniczne krążenie impulsów po zamkniętych łańcuchach neuronów i wywołuje desynchronizację (patrz: Układ siatkowaty wstępujący).

Czynność bioelektryczna wywołana

Pobudzając receptory, uzyskuje się salwę impulsów aferentnych przewodzonych przez szereg neuronów czuciowych do kory mózgu. Salwa impulsów wyzwala w niej wahania potencjału elektrycznego. Wywołane potencjały elektryczne nakładają się na spontaniczną czynność bioelektryczną kory mózgu i w czasie rutynowego badania EEG trudno jest te dwie odmienne czynności bioelektryczne odróżnić od siebie. Wielokrotnie powtarzając ten sam bodziec działający na te same receptory, można za pomocą komputera uśrednić kilkanaście czy kilkaset potencjałów wywołanych. Spontaniczne wahania potencjałów kory mózgu w czasie uśredniania wzajemnie się znoszą. Przeciwnie - potencjały wywołane, rejestrowane i uśredniane synchronicznie z działającym bodźcem, sumują się ze sobą.
Działając na siatkówkę błyskami lampy stroboskopowej, kiedy powieki są zamknięte, uzyskuje się w okolicy potylicznej kory mózgu wzrokowy potencjał wywołany - VEP (visual evoked potential). Podobnie powtarzane bodźce słuchowe pozwalają zarejestrować z okolicy skroniowej kory mózgu słuchowy potencjał wywołany - AEP (auditory evoked potential), a bodźce czuciowe - czuciowy potencjał wywołany - SSEP (somatosensory evoked potential).
Potencjał wywołany charakteryzuje się szeregiem załamków ujemnych i dodatnich. Załamki te występują w okresie od kilku do kilkuset milisekund od początku zadziałania bodźca. Kształt potencjału wywołanego jest indywidualny dla każdego człowieka, choć szereg załamków zarówno dodatnich, jak i ujemnych uzyskuje się u wszystkich ludzi. Amplituda załamków i ich okres utajonego pobudzenia zależą od wielu czynników, a przede wszystkim od częstotliwości, siły i liczby bodźców.
Na podstawie różnicy okresów utajonego pobudzenia załamków czuciowych potencjałów (SSEP) wywołanych drażnieniem przez skórę w okolicy kostek nerwu piszczelowego i w okolicy nadgarstka nerwu pośrodkowego oznacza się prędkość przewodzenia impulsów w drogach czuciowych w rdzeniu kręgowym. Z różnicy w okresie utajonego pobudzenia załamków SSEP, odbieranego z rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym (C3-C4) i z pola czuciowego w korze mózgu, dokonuje się pomiaru czasu ośrodkowego przewodzenia (central conduction time), który u dorosłych ludzi wynosi 5,6 +- 0,5 ms.

Odruchy

Odbieranie bodźców i adekwatne reagowanie na nie, co nosi nazwę czynności odruchowej, jest najbardziej istotnym i podstawowym przejawem funkcji ośrodkowego układu nerwowego. Odruch (reflex) jest to odpowiedź efektora wywołana przez bodziec działający na receptor i wyzwolona za pośrednictwem układu nerwowego. Droga, jaką przebywa impuls nerwowy od receptora do efektora, nazywa się łukiem odruchowym (reflex arc).
W rozwoju filogenetycznym wykształciły się drogi dla impulsów nerwowych łączące określone receptory z określonymi efektorami. Są to połączenia wrodzone, które w miarę wzrostu i dojrzewania organizmu, a wraz z nim ośrodkowego układu nerwowego, zaczynają przewodzić impulsy nerwowe. Dzięki tym wrodzonym połączeniom bodziec działający na określony receptor wyzwala odpowiedź określonego efektora. Odpowiedź na bodziec jest odruchem wrodzonym, zwanym również odruchem bezwarunkowym - UR (unconditioned reflex).
W rozwoju ontogenetycznym wytwarzają się również nowe połączenia pomiędzy różnymi ośrodkami. Dzięki temu pojawiają się nowe odruchy, które są odruchami nabytymi, czyli odruchami warunkowymi - CR (conditioned reflexes). Wytworzenie się nowego połączenia pomiędzy ośrodkami wymaga pewnych określonych warunków. Występowanie odruchu nabytego jest uwarunkowane działaniem zespołu bodźców.
Odruchy nabyte charakteryzują się dużą zmiennością odpowiedzi na bodźce, w przeciwieństwie do odruchów wrodzonych, które dają zawsze tę samą odpowiedź na ten sam bodziec.

Łuk odruchowy

Droga, jaką przebywa impuls nerwowy od receptora do efektora, stanowi łuk odruchowy.
Łuk odruchowy składa się z pięciu zasadniczych części:
receptora,
aferentnego włókna nerwowego (dośrodkowego),
ośrodka nerwowego,
eferentnego włókna nerwowego (odśrodkowego),
efektora.
W zależności od liczby neuronów w ośrodkach nerwowych, przewodzących impuls nerwowy od receptora do efektora, odruchy dzielą się na proste i złożone. Odruchy proste są to przede wszystkim odruchy rdzeniowe. Łuki odruchowe tych odruchów składają się z dwóch lub trzech komórek nerwowych. Impulsy nerwowe do i od rdzenia kręgowego biegną przez nerwy rdzeniowe, które składają się zarówno z włókien aferentnych, jak i eferentnych. W miejscu rozdzielenia się nerwu rdzeniowego na korzeń grzbietowy (radix dorsalis) i na korzeń brzuszny (radix ventralis) rozdzielają się również włókna aferentne od eferentnych. Włókna aferentne wstępują do rdzenia kręgowego w korzeniach grzbietowych, a eferentne opuszczają rdzeń przez korzenie brzuszne.
Korzeń grzbietowy na swoim przebiegu ma zgrubienie stanowiące zwój rdzeniowy (ganglion spinale). W zwoju rdzeniowym znajdują się ciała neuronów czuciowych odbierających pobudzenie z receptorów. Neurony czuciowe wysyłają wypustkę kończącą się synapsami w istocie szarej rdzenia kręgowego. Synapsy neuronu czuciowego otaczają bezpośrednio neuron ruchowy w rogach przednich rdzenia i w takim łuku odruchowym występuje tylko jedna synapsa pomiędzy neuronem czuciowym a ruchowym. Jest to łuk odruchowy odruchu monosynaptycznego (monosynaptic reflex arc).
Część neuronów czuciowych ma wypustki, które otaczają synapsami neurony pośredniczące znajdujące się w istocie szarej rdzenia kręgowego. Z kolei aksony neuronów pośredniczących kończą się synapsami na neuronach ruchowych w rogach przednich. W takim łuku odruchowym występują trzy neurony i dwie synapsy pomiędzy nimi. Jest to łuk odruchowy odruchu polisynaptycznego (polysynaptic reflex arc). W łukach odruchowych może występować więcej neuronów niż dwa lub trzy. Istnieją odruchy, w których uczestniczą dziesiątki i setki neuronów.

Odruch monosynaptyczny

W organizmie człowieka występuje tylko jeden rodzaj odruchów mono-synaptycznych. Jest to odruch na rozciąganie (stretch reflex). Odruch ten zostaje wywołany przez rozciągniecie mięśnia szkieletowego. Na skutek wydłużenia komórek intrafuzalnych we wrzecionkach nerwowo-mięśnio-wych dochodzi do pobudzenia zakończenia pierścieniowato-spiralnego. Jest to zakończenie neuronu czuciowego, którego ciało znajduje się w zwoju rdzeniowym. Na skutek rozciągania zakończenie pierścienowato-spiral-ne depolaryzuje się i salwy impulsów biegną do rdzenia kręgowego. Tam po przejściu przez jedną synapsę pobudzają neurony ruchowe, które z kolei wysyłają impulsy wywołujące skurcz izometryczny lub izotoniczny mięśnia szkieletowego.

Odruch polisynaptyczny

Bodziec, działając na receptory, np. znajdujące się w skórze, pobudza je, czyli depolaryzuje. Pobudzenie receptorów jest odbierane przez otaczające je włókna nerwowe - wypustki neuronów czuciowych ze zwojów rdzeniowych. Impulsy nerwowe przewodzone są przez wypustki neuronów czuciowych od receptorów do istoty szarej rdzenia kręgowego. Tam są odbierane przez neurony pośredniczące, które z kolei pobudzają neurony ruchowe. W wyniku działania na kończynę silnego bodźca uszkadzającego tkanki dochodzi do skurczu mięśni zginaczy i do odruchowego zgięcia kończyny. Odruch zginania (withdrawal reflex) kończyn jest stosunkowo prostym odruchem polisynaptycznym.

Ośrodki rdzenia kręgowego

Ośrodki nerwowe są to skupienia neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym, zawiadujące określoną funkcją. Od czynności ośrodka zależy, czy odruch wystąpi, jaki będzie jego okres utajonego pobudzenia, czyli la-tencja (latent period), i z jaką siłą zostanie pobudzony efektor. Przewodzenie impulsów przez ośrodki nerwowe różni się znacznie od przewodzenia impulsów w nerwach obwodowych. Przewodzenie przez ośrodki polega na przenoszeniu się impulsów z jednych neuronów na drugie, w czym pośredniczą synapsy (patrz str. 67).
Decydującym elementem dla odruchów rdzeniowych jest czynność neuronów w jądrach ruchowych (motor nuclei) w rogach przednich rdzenia kręgowego. Jądra te skupiają neurony ruchowe unerwiające poszczególne mięśnie szkieletowe. Neurony ruchowe odbierają i przewodzą różnego rodzaju impulsację. Z tego względu zostały nazwane "końcową wspólną drogą" ("final common path").
Neurony ruchowe odbierają impulsy nerwowe biegnące od:
�ó neuronów czuciowych zwojów rdzeniowych,
�ó neuronów pośredniczących w istocie szarej rdzenia kręgowego,
�ó neuronów wyższych pięter ośrodkowego układu nerwowego.

Impulsy od neuronów czuciowych w zwojach rdzeniowych do neuronów ruchowych przekazywane są bezpośrednio przez synapsy pobudzające. Impulsacja neuronów pośredniczących i neuronów wyższych pięter natomiast może być przekazywana zarówno przez synapsy pobudzające, jak i hamujące. W warunkach fizjologicznych impulsacja wysyłana przez neurony ruchowe do mięśni szkieletowych jest wypadkową działania synaps pobudzających i hamujących.
W obrębie błony komórkowej neuronów ruchowych, odbierających liczne impulsy od synaps wokół nich rozmieszczonych, zachodzi zjawisko sumowania przestrzennego i sumowania w czasie impulsów nerwowych.

Pobudliwość ośrodków rdzenia kręgowego

Jednoczesne słabe podrażnienie włókien aferentnych w dwóch nerwach może wywołać znacznie silniejszą reakcję efektora, np. skurcz mięśnia szkieletowego, niż suma reakcji wywołana oddzielnym podrażnieniem bodźcem o tej samej sile tych samych nerwów. Silniejsza reakcja efektora wywołana jednoczesnym podrażnieniem dwóch nerwów jest to zjawisko torowania (facilitation) zachodzące w ośrodkach nerwowych rdzenia kręgowego. Wokół neuronów pobudzonych podrażnieniem poszczególnych nerwów znajdują się neurony w strefie zwiększonej podprogowo pobudliwości (subliminal fringe żonę). Neurony zachodzących na siebie stref zwiększonej podprogowo pobudliwości konwergują impulsację przewodzoną przez dwa nerwy i wysyłają impulsację do efektora.
Zjawiskiem przeciwnym do torowania jest zjawisko okluzji (occlusion). Jednoczesne maksymalne podrażnienie dwóch nerwów daje słabszą reakcję efektora niż suma reakcji wywołana oddzielnym podrażnieniem tych samych nerwów. Strefy pobudzenia (discharge żonę) obu ośrodków zachodzą na siebie. Tym samym jednoczesne maksymalne podrażnienie dwóch nerwów pobudza mniejszą liczbę neuronów w porównaniu z sumą neuronów pobudzanych oddzielnie.
Pomiędzy neuronami ośrodków przewodzone są impulsy wzmacniane przez zwielokrotnione łańcuchy neuronów i krążące po zamkniętych łańcuchach neuronów. Krążenie i sumowanie impulsów w ośrodkach rdzenia kręgowego wywołuje stałe wahania postsynaptycznego potencjału pobudzającego (EPSP) w neuronach ruchowych. Wysyłane przez te neurony eferent-ne impulsy nerwowe mają w związku z tym większą lub mniejszą częstotliwość i unerwione przez nie mięśnie szkieletowe silniej lub słabiej się kurczą.

Opóźnienie synaptyczne

Impulsy nerwowe są przewodzone przez włókna nerwowe ze stałą prędkością. Prędkość przewodzenia impulsów znacznie zmniejsza się w ośrodkach rdzenia kręgowego. Zwolnienie ośrodkowe zależy od liczby synaps, przez które są przenoszone impulsy. Przejście impulsu w rdzeniu kręgowym przez jedną synapsę trwa około 0,8 ms. Czas trwania opóźnienia synaptycznego (synaptic delay) podlega wahaniom - może ulec skróceniu (torowanie) do 0,5 ms lub wydłużeniu (tłumienie) do 0,9 ms w zależności od stanu czynnościowego ośrodka ruchowego rdzenia kręgowego.
Odruchy własne rdzenia kręgowego
Odruch monosynaptyczny na rozciąganie mięśnia i odruch polisynaptycz-ny zginania kończyny występują również po przerwaniu połączeń rdzenia kręgowego z wyższymi piętrami ośrodkowego układu nerwowego. Dlatego nazywa sieje odruchami własnymi rdzenia kręgowego. Wystąpienie każdego z tych odruchów wiąże się z pobudzeniem ośrodka ruchowego dla mięśni kurczących się, znajdującego się w rogach przednich rdzenia kręgowego.

Wzajemnie zwrotne stosunki pomiędzy ośrodkami

Wzajemnie zwrotne unerwienie mięśni szkieletowych (reciprocal in-nervation) i wzajemnie zwrotne stosunki pomiędzy ośrodkami dla tych mięśni polegają na tym, że pobudzenie jednych ośrodków wywołuje jednoczesne hamowanie innych ośrodków.
Neurony ruchowe w rogach przednich rdzenia kręgowego unerwiają wszystkie mięśnie poprzecznie prążkowane tułowia i kończyn. Neurony dla poszczególnych mięśni i grup mięśni tworzą ośrodki ruchowe. W czasie pobudzenia ośrodka ruchowego, np. dla mięśni zginaczy kończyny górnej, ośrodki ruchowe dla mięśni antagonistycznych - prostowników - są zahamowane, a mięśnie rozkurczone.
W ośrodku ruchowym zostają pobudzone jednocześnie neurony ruchowe alpha, unerwiające komórki mięśniowe ekstrafuzalne, i neurony ruchowe gamma, unerwiające komórki mięśniowe intrafuzalne, w których znajdują się zakończenia pierścieniowato-spiralne nerwu (terminatio nervi anulo-spiralis), czyli A-receptory. Skurcz komórek mięśniowych zwiększa pobudliwość zakończeń pierścieniowato-spiralnych. Aferentne impulsy nerwowe, przewodzone od tych zakończeń przez neurony czuciowe, są przekazywane do neuronów ruchowych alpha przez połączenia monosynaptyczne. Jednocześnie za pośrednictwem gałęzi obocznych neurony czuciowe wysyłają impulsy do ośrodków ruchowych dla mięśni antagonistycznych. Gałęzie oboczne kończą się w tych ośrodkach synapsami na neuronach pośredniczących, hamujących. Neurony te wywołują postsynaptyczny potencjał hamujący (IPSP) w neuronach ruchowych dla mięśni antagonistycznych. Dzięki tym wzajemnie zwrotnym stosunkom miedzy ośrodkami dla mięśni antagonistycznych nie dochodzi w warunkach fizjologicznych do ich jednoczesnego pobudzenia.
Pobudliwość zakończeń pierścieniowato-spiralnych wzrasta nie tylko w czasie skurczu mięśnia, lecz również w czasie jego biernego rozciągnięcia. Pod wpływem salwy aferentnej impulsacji zostają pobudzone neurony ruchowe alpha i mięsień się kurczy. Rozciągnięcie mięśnia wywołuje jego krótkotrwały skurcz, jak to występuje w czasie badania odruchów na rozciąganie, np. odruchu kolanowego lub odruchu ze ścięgna piętowego (Achillesa).
Długotrwałe rozciąganie mięśnia powoduje stałą wzmożoną impulsację aferentną wysyłaną przez zakończenia pierścieniowato-spiralne i mięsień w wyniku odruchu monosynaptycznego stale się kurczy. Ośrodki dla mięśni antagonistycznych zostają w tym czasie zahamowane.
Bardzo silny skurcz mięśnia lub bardzo silne jego rozciągnięcie powoduje pobudzenie ciałek buławkowatych, czyli B-receptorów znajdujących się w ścięgnach. Ciałko buławkowate (corpusculum bulboideum) ma około 100 razy wyższy próg pobudliwości niż zakończenie pierścieniowato-spiralne. Impulsy wysyłane przez B-receptory hamują neurony ośrodka dla mięśnia kurczącego się i pobudzają neurony ośrodka dla mięśnia antagonistycznego.
Hamowanie ośrodka dla mięśni nadmiernie kurczących się lub zbyt silnie rozciągniętych odbywa się na zasadzie hamowania autogennego (autogenic inhibition). Dzięki niemu nie dochodzi do uszkodzenia mięśnia na skutek rozerwania jego komórek.

Wstrząs rdzeniowy

Po całkowitym przerwaniu ciągłości rdzenia kręgowego, po jego zmiażdżeniu lub gwałtownym uciśnięciu, występuje u ludzi tzw. wstrząs rdzeniowy (spinał shock), który objawia się zniesieniem wszystkich odruchów rdzeniowych poniżej miejsca uszkodzenia. Nie występują zarówno odruchy na rozciąganie (mięśnie są wiotkie), jak i odruch zginania. Po pewnym czasie pierwszy powraca odruch zginania, ale w postaci odruchu patologicznego. U ludzi zdrowych podrażnienie skóry na podeszwie wywołuje zgięcie podeszwowe palców, zgięcie grzbietowe stopy i cofnięcie kończyny. Podrażnienie skóry na podeszwie po uszkodzeniu rdzenia kręgowego wywołuje odruch patologiczny zwany odruchem Babińskiego. Polega on na zgięciu podeszwowym czterech palców stopy i jednoczesnym zgięciu grzbietowym palucha.
Po upływie kilku tygodni od uszkodzenia rdzenia kręgowego odruchy, początkowo bardzo słabe, stopniowo nasilają się. Dochodzi do wzmożenia odruchów (hyperreflexia), a po kilku miesiącach występuje również tzw. odruch masowy (mass reflex). Podrażnienie skóry na podeszwie wywołuje zgięcie palców i stopy, cofnięcie obu kończyn i jednocześnie odruchowe oddawanie moczu i kału.

Czucie

Pobudzenie receptorów wywołuje nie tylko przewodzenie impulsów najkrótszą drogą przez łuk odruchowy do efektorów, lecz również przewodzenie do ośrodków, w których skupione są neurony czuciowe wyższego rzędu.
Pobudzenie neuronów w ośrodkach czuciowych jest podstawą czucia (sensation). Pobudzenie jednego rodzaju receptorów wywołuje czucie bodźca. Czucie jest to proste wrażenie zmysłowe polegające na subiektywnej ocenie bodźców pobudzających odpowiednie receptory i na jednoczesnym przewodzeniu impulsacji czuciowej przez drogi czuciowe swoiste i nieswoiste.

Percepcja

Dzięki jednoczesnemu oddziaływaniu na kilka rodzajów receptorów możliwe jest lepsze rozpoznanie bodźca. Pojęciem wyższego rzędu w stosunku do czucia jest pojęcie percepcji (perception). Obejmuje ona jednocześnie kilka rodzajów czucia i dzięki temu istnieje większa możliwość rozpoznania zarówno samych bodźców, jak i ich źródła. Podstawą percepcji jest więc złożone wrażenie zmysłowe.
W warunkach fizjologicznych wrażenia zmysłowe powstają tylko wtedy, kiedy impulsacja wysyłana przez receptory jest jednocześnie przewodzona przez neurony należące do dróg czuciowych swoistych (specific sensory pathways) i dróg czuciowych nieswoistych (nonspecific sensory path-ways). Jednoczesne przewodzenie impulsacji czuciowej przez drogi swoiste i nieswoiste jest warunkiem odbierania wrażeń zmysłowych.
Drogi swoiste przewodzą impulsy w czasie snu fizjologicznego i w czasie narkozy chirurgicznej. Przewodzenie przez drogi nieswoiste jest w tym czasie zahamowane i wrażenia zmysłowe nie są odbierane. Przeciwnie, po uszkodzeniu dróg swoistych i zachowaniu nienaruszonych dróg nieswoistych wrażenia zmysłowe są odbierane, ale nie są rozpoznawane.

Podział czucia

W zależności od receptorów wyspecjalizowanych w odbieraniu określonych bodźców czucie dzieli się na:
�ó teleceptywne,
�ó eksteroceptywne,
�ó prioprioceptywne,
�ó interoceptywne.

Czucie teleceptywne

Czucie teleceptywne jest odbierane przez narządy zmysłów, a więc przez narząd powonienia, narząd wzroku i narząd słuchu. Przez telereceptory są odbierane bodźce działające na organizm z pewnej odległości.

Zmysł powonienia

Cząsteczki związków chemicznych wprowadzone do jamy nosowej wraz z powietrzem wdychanym rozpuszczają się w śluzie pokrywającym nabłonek błony śluzowej okolicy węchowej. Tą drogą działają na wypustki komórek nerwowo-zmysłowych węchowych w kształcie rzęsek. Komórka nerwowo-zmysłowa węchowa (I neuron czuciowy) jednocześnie odbiera bodźce i przewodzi impulsy nerwowe.
Wypustki około dwudziestu komórek nerwowo-zmysłowych węchowych tworzą włókna nerwowe węchowe, które po wejściu do dołu przedniego czaszki kończą się synapsami w opuszce węchowej (bulbus olfactorius) na komórkach nerwowych mitralnych (II neuron czuciowy).
Z opuszki węchowej aksony idą w trzech kierunkach przez:
�ó prążek węchowy przyśrodkowy (stria olfactoria medialis) i spoidło przednie (commissura anterior) biegną do opuszki węchowej po stronie przeciwnej;
�ó prążek węchowy pośredni (.stria olfactoria intermedia) aksony neuronów opuszki osiągają istotę dziurkowaną przednią (substantia perforata anterior), skąd biegną do podwzgórza i innych struktur układu rąbkowego (limbie system);
�ó prążek węchowy boczny (stria olfactoria lateralis), który zawiera aksony kierujące się do III neuronu czuciowego w części korowej i przyśrodko-wej ciała migdałowatego (corpus amygdaloideum) oraz do haka zakrętu hipokampa (uncus gyri hippocampi).

Próg pobudzenia (threshold) dla cząsteczek lotnych związków jest bardzo różny. Stosunkowo słabo reagują komórki węchowe na eter etylowy (próg 79 umol/L powietrza), silniej na kwas masłowy (próg 102 nmol/L powietrza) i najsilniej na merkaptan metylowy (próg 831 fmol/L powietrza).
Adaptacja (adaptation) do zapachu zależy od budowy chemicznej cząsteczek wywołujących czucie zapachu. Do pewnych zapachów ludzie adaptują się szybko, przestając je odczuwać, do innych bardzo wolno. W przypadku działania dwóch zapachów odbierany jest ten, który działa silniej lub do którego wolniej przebiega adaptacja. Człowiek może odróżnić od 2000 do 4000 różnych zapachów.
Pomiędzy komórkami nerwowo-zmysłowymi węchowymi nabłonka węchowego znajdują się nagie zakończenia włókien nerwowych należących do nerwu trójdzielnego. Podrażnienie ich wywołuje odruch kichania (sneezing reflex).

Zmysł wzroku

W odbieraniu fal świetlnych i ich przekształceniu na wrażenie zmysłowe bierze udział narząd odbiorczy, czyli oko, oraz drogi i ośrodki łączące oko z polem wzrokowym kory mózgu. Samo oko spełnia złożoną funkcje. Zawiera układ optyczny, właściwe receptory - czyli pręciki i czopki - oraz drogi dla impulsów nerwowych w samej siatkówce.

Gałka oczna (bulbus oculi) zbudowana jest z trzech zasadniczych warstw. Warstwę zewnętrzną tworzy błona włóknista gałki ocznej (tunica fibrosa bulbi), w części przedniej przezroczysta, czyli rogówka (cornea), i w pozostałej części nieprzezroczysta, stanowiąca twardówkę (selera). Warstwa środkowa jest utworzona z naczyniówki (choroidea), a w części przedniej z ciała rzęskowego (corpus ciliare) i tęczówki (iris). Błona wewnętrzna gałki ocznej (tunica interna bulbi) w przeważającej części jest utworzona z siatkówki (retina).

Układ optyczny oka

Układ optyczny oka (eye optical system) utworzony jest ze struktur i płynów przejrzystych, załamujących promienie świetlne. Są to w kierunku od zewnątrz gałki ocznej: rogówka (corned), ciecz wodnista (humor aąuosus) - wypełniająca komorę przednią gałki ocznej (camera anterior bulbi) - soczewka (lens) i ciało szkliste (corpus vitreum).

Promienie równoległe, padając na rogówkę, załamują się i skupiają w ognisku leżącym na siatkówce. Oś układu optycznego oka (optic axis) nie pokrywa się z osią patrzenia (visual axis). Oś patrzenia biegnie przez rogówkę bardziej przyśrodkowo w stosunku do osi optycznej oka. W soczewce obie osie krzyżują się i oś patrzenia pada na dołek środkowy (fovea centralis) plamki żółtej siatkówki (macula lutea retinae), gdzie występuje największe zagęszczenie komórek receptorowych w kształcie czopków.
Siła załamywania układu optycznego oka człowieka w czasie patrzenia w dal, a więc dla promieni równoległych, wynosi +66,7 dioptrii. Obraz, jaki powstaje na siatkówce po przejściu promieni przez układ optyczny oka, jest rzeczywisty, pomniejszony i odwrócony.

Akomodacja oka

Siła załamywania układu optycznego związana jest przede wszystkim z krzywizną rogówki, a w mniejszym stopniu z krzywiznami soczewki.
W czasie patrzenia na przedmioty bliskie soczewka zmienia swój kształt, co jest związane z akomodacją. Krzywizny soczewki zwiększają się: w większym stopniu krzywizna przedniej powierzchni soczewki, a w mniejszym stopniu krzywizna tylnej powierzchni soczewki. Na skutek zmiany kształtu soczewki zwiększa się siła załamywania układu optycznego oka.
Układ optyczny oka, dzięki zmianie siły załamywania soczewki, jest zdolny do skupienia w ognisku leżącym na siatkówce zarówno promieni równoległych od odległych przedmiotów, jak i rozbieżnych od bliższych przedmiotów, aż do najbliższych znajdujących się w najbliższym punkcie widzenia (near point of vision). W tym zakresie układ optyczny oka nastawia się, czyli akomoduje, do patrzenia na przedmioty znajdujące się w różnej odległości od oka.
Zmiana siły załamywania soczewki następuje odruchowo. W czasie patrzenia na przedmioty odległe mięsień rzęskowy (musculus ciliańś) jest rozkurczony, a przyczepiona promieniście do torebki soczewki obwódka rzęskowa (wiązadełka Zinna) jest napięta. Soczewka jest wtedy spłaszczona. W czasie patrzenia na przedmioty bliskie mięsień rzęskowy się kurczy, obwódka rzęskowa rozluźnia i soczewka przybiera kształt bardziej kulisty. Siła załamywania soczewki zwiększa się. Przy maksymalnym zwiększeniu krzywizn soczewki siła załamywania układu optycznego oka zwiększa się o około 12 dioptrii. Tak może zwiększać się siła załamywania soczewki dziecka 8-letniego (66,7 dioptrii +12 dioptrii) i dzięki temu jego najbliższy punkt widzenia znajduje się w odległości 8,6 cm od rogówki. U dziecka w tym wieku patrzącego na przedmiot z tej odległości promienie świetlne skupiają się w ognisku leżącym na siatkówce.
W miarę wzrostu i starzenia się organizmu torebka soczewki stopniowo traci swoją sprężystość i właściwość nadawania soczewce bardziej kulistego kształtu, co jest przyczyną stopniowego odsuwania się od rogówki najbliższego punktu widzenia. W wieku 20 lat znajduje się on już w odległości 10,4 cm, a w wieku 60 lat - w odległości 83,3 cm. Patrzenie na bliskie przedmioty wymaga korekcji za pomocą szkieł.

Konwergencja oczu

W czasie kierowania wzroku na przedmiot bardzo odległy osie patrzenia
obu oczu są ustawione prawie równolegle. W miarę zbliżania się obserwo
wanego przedmiotu gałki oczne odruchowo ustawiają się w ten sposób, że
osie patrzenia przecinają się. Nosi to nazwę konwergencji. Im bliżej oczu
znajduje się obserwowany przedmiot, tym większy jest kąt, pod którym
przecinają się osie patrzenia.

Kontrola wielkości źrenicy

Średnica źrenicy kontrolowana jest odruchowo i jej wielkość zależy od natężenia promieni świetlnych padających na siatkówkę oraz od odległości obserwowanego przedmiotu. Zwiększenie natężenia światła i zbliżanie się obserwowanego przedmiotu wywołują skurcz mięśnia zwieracza źrenicy (musculus sphincterpupillae) znajdującego się w tęczówce (iris). Przeciwnie - zmniejszenie natężenia światła lub oddalanie się obserwowanego przedmiotu wywołują skurcz mięśnia rozwieracza źrenicy (musculus dila-tator pupillae) i źrenica się rozszerza.
Impulsy nerwowe w odruchowym zwężeniu źrenicy pod wpływem światła i w czasie akomodacji, podczas patrzenia na bliskie przedmioty, biegną przez dwa odmienne łuki odruchowe. W niektórych schorzeniach (kiła układu nerwowego) źrenice w czasie akomodacji zwężają się i nie reagują na światło.

Wady refrakcji oczu

Oko miarowe (emmetropia) jest to oko, którego układ optyczny skupia na siatkówce promienie świetlne biegnące równolegle. W przeciwieństwie do oka miarowego, oko niemiarowe (ametropia) skupia promienie równoległe przed lub za siatkówką.
W oku niemiarowym krótkowzrocznym (myopia) układ optyczny zbyt silnie załamuje promienie i obraz ostry tworzy się w ciele szklistym przed siatkówką. Na siatkówce natomiast tworzy się obraz nieostry.
W oku niemiarowym nadwzrocznym (hypermetropia) promienie równoległe są słabiej załamywane przez układ optyczny i przecinają się za siatkówką. Obraz tworzący się na siatkówce jest nieostry.

Korekcję wad refrakcji oczu przeprowadza się za pomocą szkieł. W przypadku krótkowzroczności stosuje się szkła o soczewkach rozpraszających, w przypadku nadwzroczności zaś szkła o soczewkach skupiających.
Wadą refrakcji jest również niezborność oka (astigmatismus). W oku prawidłowym rogówka ma nieco krótszy promień krzywizny w płaszczyźnie pionowej w porównaniu z promieniem krzywizny w płaszczyźnie poziomej. W przypadku większej różnicy długości promieni krzywizny rogówki w różnych płaszczyznach promienie świetlne skupiają się w dwóch lub więcej ogniskach. Obraz tworzący się na siatkówce nie jest ostry. Korekcję tej wady przeprowadza się za pomocą szkieł o soczewkach cylindrycznych.

Czynność siatkówki

Zasadniczymi elementami czynnościowymi siatkówki są komórki nerwowe skupione w trzech warstwach. Warstwę zewnętrzną siatkówki stanowią neurony wzrokowe o wypustkach w postaci czopków i pręcików, tzw. neurony wzrokowe czopkonośne i precikonośne. Warstwę środkową tworzą neurony dwubiegunowe, a warstwę wewnętrzną - sąsiadującą z ciałem szklistym - neurony wzrokowo-zwojowe.
Receptorami wrażliwymi na falę świetlną, czyli fotoreceptorami, są pręciki (bacillus) i czopki (conus). Pod wpływem fali świetlnej w pręcikach i czopkach dochodzi do przemian chemicznych i powstający impuls przewodzony jest przez neurony dwubiegunowe, a następnie przez neurony wzrokowo-zwojowe, których aksony biegną w nerwie wzrokowym.

Pręciki

Pręcik jest to wypustka neuronu wzrokowego pręcikonośnego (cellula optica bacillifera), w której występują spłaszczone pęcherzyki gładkiej siateczki śródplazmatycznej w postaci dysków, wypełnione barwnikiem - ro-dopsyną (rhodopsin), czyli czerwienią wzrokową (visual purple). Barwnik ten pochłania światło niebieskozielone, czyli fale świetlne o maksimum pochłaniania w zakresie około 500 nm. Pod wpływem światła pochodna rodopsyny - metarodopsyna I - zmienia się na metarodopsynę II i następnie metarodopsynę III, która rozpada się na całkowicie-trans-retinal (all-trans retinal) i białko opsynę (opsin). Jednocześnie błona komórkowa pręcików hiperpolaryzuje się, ponieważ zamykają się kanały dokomórkowego prądu jonów Na+. W ciemności jony Na+ stale napływają do fotorecepto-rów, w czym bierze udział cykliczny guanozynomonofosforan (cGMP).
Pod wpływem światła i przy udziale transducyny (transducin), należącej do białek błonowych G, zostaje zaktywowany enzym fosfodiesteraza, która metabolizuje cGMP. W ciemności dochodzi do resyntezy rodopsyny z 11-cis-retinalu i opsyny, inaktywacji fosfodiesterazy, zwiększenia zawartości cGMP i do otwierania się kanałów dokomórkowego prądu jonów Na+. Błona komórkowa fotoreceptorów powraca do spoczynkowej polaryzacji. Pręciki odbierają różnice w natężeniu promieni świetlnych padających na różne miejsca siatkówki. Obraz odbierany przez pręciki jest nieostry, ponieważ jeden neuron wzrokowo-zwojowy odbiera impulsy od wielu neuronów dwubiegunowych, a te mają synapsy z 30-50 neuronami wzrokowymi pręcikonośnymi.

Czopki

Neuron wzrokowy czopkonośny (cellula optica conifera), podobnie jak neuron wzrokowy pręcikonośny, wypełniony jest barwnikiem składającym się z retinalu oraz z jednego z trzech różnych białek - opsyn. W zależności od budowy cząsteczki białka, czopki pochłaniają światło niebieskie (maksimum pochłaniania około 420 nm), światło zielone (maksimum pochłaniania około 530 nm) lub światło czerwonożółte (maksimum pochłaniania około 560 nm). Pod wpływem fal świetlnych o określonej długości w jednym z trzech typów czopków dochodzi do rozpadu barwnika na opsynę i całkowicie-trans-retinal, tak jak w pręcikach.
Czopki zapewniają nie tylko odbiór światła o różnej długości fali, lecz również ostrość widzenia. Największa ostrość widzenia jest uzyskiwana podczas padania obrazów na okolice dołka środkowego siatkówki (fovea centralis), a zwłaszcza w jego części środkowej zajmowanej przez plamkę żółtą (macula luted). W tej okolicy siatkówki występują tylko czopki, które są rozmieszczone tak gęsto, że przylegają do siebie.

Neuronalna organizacja siatkówki

W warstwie splotowatej zewnętrznej stykają się ze sobą wypustki neuronów pręcikonośnych z neuronami poziomymi (neurocytus horizontalis) i neuronami dwubiegunowymi (neurocytus bipolańs). W wyniku wzajemnego oddziaływania na siebie tych trzech neuronów neuron dwubiegunowy depolaryzuje się i przewodzi impuls nerwowy do neuronu wzrokowo-zwo-jowego (neurocytus ganglionańs).
W warstwie splotowatej wewnętrznej stykają się ze sobą neurony dwubiegunowe z neuronami wzrokowo-zwojowymi oraz z neuronami amakry-nowymi (neurocytus amacńnus) i również tu dochodzi do wzajemnego oddziaływania na siebie tych neuronów.
Neuron wzrokowy czopkonośny przekazuje stan czynny do dwóch neuronów dwubiegunowych. Każdy z tych neuronów dwubiegunowych styka się z jednym neuronem wzrokowo-zwojowym. Promień światła, padając na neuron wzrokowy czopkonośny, aktywuje jeden neuron dwubiegunowy -"zapalający" ("on celi"). Zmniejszenie się intensywności światła padającego na czopek aktywuje drugi neuron dwubiegunowy - "gasnący" ("off celi"). Każdy z tych dwóch neuronów dwubiegunowych przekazuje stan czynny do innego neuronu wzrokowo-zwojowego. Dzięki temu przez oddzielne włókna nerwowe w nerwach wzrokowych biegną do mózgu impulsy wywołane zwiększeniem lub zmniejszeniem intensywności światła padającego na poszczególne punkty siatkówki. Takie kodowanie obrazu padającego na siatkówkę zapewnia ostre widzenie konturów.
Pomiędzy warstwą splotowatą zewnętrzną i warstwą splotowatą wewnętrzną siatkówki występują neurony poziome, neurony amakrynowe i neurony między splotowe. Neurony poziome tworzą synapsy w warstwie splotowatej zewnętrznej z neuronami pręcikonośnymi i czopkonośnymi. Neurony amakrynowe wysyłają swoje wypustki do warstwy splotowatej wewnętrznej, tworząc synapsy z neuronami dwubiegunowymi i neuronami wzrokowo-zwojowymi.

Trzeci typ neuronów - neurony międzysplotowe - ma wypustki do obu warstw siatkówki i przekazuje informacje od warstwy splotowej wewnętrznej do warstwy splotowej zewnętrznej, a więc w kierunku przeciwnym w stosunku do neuronów dwubiegunowych. Czynność tych trzech typów neuronów wiąże się z modulacją w obrębie siatkówki impulsacji wysyłanej przez fotoreceptory.
Pomiędzy neuronami siatkówki występują zarówno synapsy elektryczne, jak i synapsy chemiczne. Zasadniczymi transmitterami w synapsach chemicznych szybko przewodzących stan czynny są glutaminiany, asparaginiany i acetylocholina. W synapsach szybko wyzwalających hiperpo-laryzację błony postsynaptycznej uwalniane są kwas gamma-aminomasłowy i glicyna.
Poza transmitterami rolę modulatorów synaptycznych w siatkówce spełniają aminy - dopamina i serotonina - oraz peptydy - przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP), cholecystokinina (CCK), enkefaliny (Enk), amid (Phe-Met-Arg-Phe-NH2), glukagon, hormon uwalniający gonadotro-piny (GnRH), neurotensyna, neuropeptyd Y (NPY), somatostatyna (SRIF), Substancja P i wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP).
Pomiędzy neuronami siatkówki występują komórki glejowe promieniste (gliocytus radialis) zajmujące całą szerokość siatkówki od warstwy granicznej zewnętrznej (stratum limitans externum) do warstwy granicznej wewnętrznej (stratum limitans intemum). W warstwie granicznej zewnętrznej komórki glejowe mają liczne wypustki otaczające czopki i pręciki. Pełnią funkcję podporową i odżywczą w stosunku do neuronów siatkówki.
Pomiędzy naczyniówką a warstwą pręcików i czopków znajduje się warstwa barwnikowa (stratum pigmentosum), która pochłania promienie świetlne wpadające do gałki ocznej i zapobiega ich odbiciu i rozproszeniu. Dzięki pochłanianiu promieni świetlnych przez warstwę barwnikową obraz padający na siatkówkę ma ostre kontury. Brak barwnika (albinosi) lub jego niedobór powoduje rozproszenie się promieni wewnątrz gałki i zacieranie konturów. Poprawę ostrości wzroku można uzyskać w tym przypadku, nosząc ciemne okulary, które częściowo zapobiegają odbijaniu się i rozpraszaniu światła wewnątrz gałki ocznej.
Człowiek odbiera oddzielne obrazy, jeśli występują z częstotliwością do 10 Hz. W przypadku większej częstotliwości obrazy nie są odbierane oddzielnie, lecz jak jeden obraz, ponieważ resynteza barwnika w fotorecepto-rach trwa 0,1 s. Zjawisko to jest wykorzystywane przez film i telewizję. Natomiast działanie światła na siatkówkę może trwać bardzo krótko. Można obserwować szczegóły na przedmiotach szybko wirujących, jeśli są one oświetlone za pomocą lampy stroboskopowej na bardzo krótki czas, około kilku milisekund.

Ostrość wzroku

Ostrość wzroku (acuity of vision), czyli siła rozdzielcza oka, jest oceniana na podstawie obrazu padającego na plamkę żółtą. Odróżnienie dwóch świecących punktów leżących blisko siebie zachodzi tylko wtedy, kiedy dwa czopki zaktywowane przez promienie wysyłane przez te punkty są przedzielone czopkiem niezaktywowanym. Średnica czopka w plamce żółtej wynosi od 2 do 3 (4,m, tym samym oko odbiera dwa punkty świecące z odległości 10 m jako niezależne, jeśli są oddzielone od siebie o 1 mm.

Adaptacja siatkówki

Fotoreceptory siatkówki adaptują się, czyli przystosowują, do warunków odbierania promieni świetlnych zarówno o dużym, jak i o małym natężeniu.
Adaptacja do dużego natężenia, czyli adaptacja do silnego światła (light adaptation), osiąga swoje maksimum w czasie około 10 minut. W zaadaptowanej do światła siatkówce przeważająca część fotoreceptorów ma rozłożony barwnik i tym samym nie wysyłają one impulsów nerwowych. Barwnik w fotoreceptorach zostaje znacznie szybciej rozłożony, niż jest re-syntezowany, i większość fotoreceptorów jest niepobudliwa.
Przeciwne zjawisko zachodzi w czasie adaptacji do ciemności (dark adaptation). W całkowitej ciemności dochodzi do resyntezy barwnika we wszystkich fotoreceptorach, tak że minimalne natężenie promieni jest odbierane przez maksymalną liczbę fotoreceptorów. Adaptacja do ciemności trwa ponad godzinę i w tym czasie pobudliwość siatkówki może zwiększyć się do 100 tysięcy razy w porównaniu z siatkówką zaadaptowaną do silnego światła.

Pole widzenia

Pole widzenia (visual field) jest to obraz przestrzeni otaczającej padający na siatkówkę oka i wyzwalający wrażenia wzrokowe. Pole widzenia dla promieni o różnej długości fali, czyli dla barwy białej, jest największe. Dla promieni monochromatycznych pole widzenia jest mniejsze, co jest spowodowane nierównomiernym rozmieszczeniem fotoreceptorów wrażliwych na poszczególne barwy w obrębie siatkówki. W obrębie krążka nerwu wzrokowego (discus nervi optici) nie ma fotoreceptorów i nie są odbierane z tej okolicy wrażenia wzrokowe. Brak receptorów w tej okolicy powoduje występowanie w polu widzenia tzw. plamki ślepej (blind spot).
Pola widzenia dla prawego i lewego oka w środkowej większej części pokrywają się ze sobą. Dzięki temu występuje widzenie obuoczne (binocu-lar vision), które umożliwia ocenę odległości i wielkości oglądanych przedmiotów. Obraz przedmiotu padający na siatkówki obu oczu nieznacznie się różni, co nosi nazwę zjawiska paralaksy i jest spowodowane różnicą w kącie patrzenia obu oczu. Widzenie stereoskopowe zapewnia zdolność oceny trójwymiarowej oglądanych przedmiotów, a tym samym ich wielkości.

Elektrookulogram i elektroretynogram

Pomiędzy rogówką i siatkówką występuje stała różnica potencjału elektrycznego. Rogówka ma ujemny, siatkówka zaś dodatni potencjał elektryczny. Ruchy gałek ocznych, szczególnie w płaszczyźnie poziomej, wywołują zmiany pola elektrycznego wytworzonego przez różnicę potencjału elektrycznego rogówkowo-siatkówkowego. Zmiany pola elektrycznego spowodowane ruchem gałek ocznych można odebrać przy użyciu elektrod umieszczonych na skórze w okolicach oczodołów i zarejestrować w postaci zapisu - elektrookulogramu - ECG (electrooculogram).
Pod wpływem światła padającego na pręciki i czopki następuje przechodzenie jonów przez błonę komórkową tych receptorów, a następnie ruch jonów w płynie zewnątrzkomórkowym w siatkówce. Wahania potencjału elektrycznego wywołane przemieszczaniem się jonów w siatkówce pod wpływem światła można odebrać przy użyciu aktywnej elektrody umieszczonej na powierzchni rogówki w postaci soczewki kontaktowej.
Błysk światła padającego na pręciki i czopki wywołuje pojawienie się na powierzchni rogówki ujemnego potencjału elektrycznego w postaci fali a. Po fali a występuje fala b, o dodatnim ładunku, wywołana przewodzeniem stanu czynnego przez neurony dwubiegunowe siatkówki i zwiększeniem aktywności dużych podporowych komórek glejowych (komórek Miillera). Po fali b pojawiają się fale oscylujące związane z przewodzeniem stanu czynnego przez neurony zwojowe siatkówki. Potencjały elektryczne wywołane światłem padającym na receptory siatkówki zapisywane są w postaci elektroretynogramu - ERG (electroretinogram).

Przewodzenie impulsów z siatkówki

Aktywacja neuronów wzrokowych czopkonośnych i pręcikonośnych (I neuron czuciowy) jest przekazywana za pośrednictwem neuronów dwubiegunowych (II neuron czuciowy) i neuronów wzrokowo-zwojowych (III neuron czuciowy) siatkówki do ciała kolankowatego bocznego (cor-pus geniculatum laterale), gdzie znajduje się IV neuron czuciowy. Wypustki III neuronu czuciowego biegnące w nerwie wzrokowym (nervus opticus) po wejściu do jamy czaszki dochodzą do skrzyżowania wzrokowego i część z nich krzyżuje się i dalej biegną w paśmie wzrokowym (tractus opticus). Włókna biegnące z części bocznej siatkówki nie są skrzyżowane, natomiast biegnące z części przyśrodkowej krzyżują się.
Impulsacja z siatkówki jest przekazywana z ciała kolankowatego bocznego poprzez promienistość wzrokową (radiatio opticd) do kory mózgu, pola 17 według klasyfikacji Brodmanna, powyżej i poniżej bruzdy ostrogo-wej (sulcus calcarinus), gdzie jest odbierana przez V neuron czuciowy.
Zniszczenie dróg i ośrodków przewodzących impulsację z siatkówki powoduje odpowiedni ubytek całego lub części pola widzenia jednego oka, lub części pól widzenia obu oczu w zależności od miejsca uszkodzenia.

Percepcja wrażeń wzrokowych

Odbiór i rozpoznawanie wrażeń wzrokowych jest procesem złożonym, który przebiega zarówno w obrębie ciała kolankowatego bocznego i wzgórka górnego blaszki pokrywy (colliculus superior laminae tecti), jak i w korze mózgu płata potylicznego, w polu 17 oraz sąsiadujących z nim polach 18 i 19, w częściach dolnych płata skroniowego i w płacie ciemieniowym w części tylno-dolnej.
W korze mózgu w polach wzrokowych przebiegają procesy nerwowe spowodowane odbiorem konturów przedmiotów. Oko znajduje się w stałym ruchu i w związku z tym coraz to inne neurony korowe zostają pobudzone przez salwy impulsów o dużej częstotliwości wywołane przez przesuwający się na siatkówce obraz konturów przedmiotu. Widzenie barwne i stereoskopowe oglądanych przedmiotów jest uzależnione od połączeń neuronów ośrodków wzrokowych w korze mózgu z neuronami ciała kolankowatego i wzgórka górnego blaszki pokrywy.
W korze mózgu powyżej i poniżej bruzdy ostrogowej (sulcus calcań-nuś), czyli w polu 17, mieści się pierwszorzędowy korowy ośrodek wzrokowy. Z tego ośrodka impulsy nerwowe wywołane światłem padającym na siatkówkę są przekazywane do drugo- i trzeciorzędowego ośrodka wzrokowego w polu 18, a stąd do ośrodków korowych jeszcze wyższego rzędu. W ośrodkach tych, znajdujących się w płacie skroniowym i ciemieniowym, zachodzą procesy związane z zapamiętywaniem nowego obrazu padającego na siatkówkę, jak również z porównywaniem nowego obrazu, aktualnie odbieranego przez siatkówkę, z wcześniej zapamiętanym.
Pola korowe wzrokowe w dolnych częściach płata skroniowego sąsiadują z polami kory płatów skroniowych i potylicznych położonych najbardziej przyśrodkowo na dolnej powierzchni mózgu. W tych polach korowych zachodzą procesy związane z percepcją obrazów odbieranych przez siatkówkę, szczególnie z rozpoznawaniem ludzi na podstawie wyglądu ich twarzy.

Kontrola ruchów gałki ocznej

Do gałki ocznej przyczepionych jest sześć mięśni gałki ocznej unerwionych przez nerw okoruchowy - III (nervus oculomotońus), nerw bloczkowy - IV (nervus trochlearis) i nerw odwodzący - VI (nervus abducens). Dzięki tym mięśniom gałka oczna wykonuje ruchy w płaszczyznach poziomej i pionowej oraz ruchy obrotowe.

Gałki oczne wykonują cztery zasadnicze rodzaje ruchów:
�ó ruchy szybkie, występujące podczas przenoszenia wzroku z jednego przedmiotu na drugi,
�ó ruchy wolne, takie jak w czasie obserwowania poruszającego się przedmiotu,
�ó ruchy wyzwalane przez impulsację z przedsionków,
�ó ruchy konwergencyjne.
Spostrzeganie dowolnego przedmiotu wymaga, aby jego obraz na siatkówce stale się przesuwał. Dlatego gałki oczne u człowieka są w stałym ruchu, nawet w czasie snu.
Przy wzroku skierowanym na nieruchomy przedmiot gałki oczne wykonują nieznaczne powolne ruchy, po których następują szybkie ruchy, powodujące powrót do początkowego ustawienia gałek ocznych. Jest to oczopląs fizjologiczny (physiologic nystagmus). Ruchy gałek ocznych w postaci oczopląsu występują również po podrażnieniu receptorów przedsionka (vestibulum).
Impulsacja z receptorów przedsionków kontroluje stale aktywność neuronów ruchowych w jądrach ruchowych dla mięśni gałek ocznych. Dzięki temu niezależnie od ruchów głowy wzrok pozostaje skierowany na ten sam przedmiot.
W czasie przenoszenia wzroku z przedmiotów odległych na bliskie gałki oczne wykonują ruch, tak że osie patrzenia początkowo ustawione równolegle zaczynają się przecinać, co nosi nazwę konwergencji. Jednocześnie z ruchem gałek ocznych, dzięki skurczowi mięśnia rzęskowego, występuje akomodacja soczewki oraz zwęża się źrenica.

Zmysł słuchu

Właściwy receptor odbierający fale akustyczne znajduje się w uchu wewnętrznym (auris interna), w narządzie spiralnym - Cortiego (organum spirale). Tam zachodzi przetworzenie fal akustycznych na impulsy nerwowe.
Fale akustyczne przewodzone są przez powietrze znajdujące się w przewodzie słuchowym zewnętrznym (meatus acusticus externus). Na swej drodze fale akustyczne napotykają błonę bębenkową (membrana tympani) i wywierają na nią zmienne ciśnienie. Drgania błony bębenkowej pod wpływem fal akustycznych przenoszone są w uchu środkowym (auris media) na okienko przedsionka (fenestra vestibuli) przez dźwignię utworzoną z trzech kosteczek słuchowych (ossicula auditus): młoteczka (malleus), kowadełka (incuś) i strzemiączka (stapes).
Powierzchnia błony bębenkowej jest około 22 razy większa od powierzchni podstawy strzemiączka (basis stapedis) zamykającej okienko przedsionka. Dzięki temu energia fal akustycznych odebranych przez większą powierzchnię błony bębenkowej jest przeniesiona za pośrednictwem dźwigni z kosteczek słuchowych na małą powierzchnię podstawy strzeiniączka. Drgania błony bębenkowej wywołują fale zmian ciśnienia i ruch przychłonki wypełniającej schody przedsionka (scala vestibuli\ przenoszonej do schodów bębenka (scala tympąni) przez szparę osklepka (helicotrema) łączącą schody przedsionka ze schodami bębenka. Nacisk podstawy strzemiączka na przychłonkę wywołuje uwypuklenie się błony zamykającej okienko ślimaka (fenestra cochleae) do jamy bębenkowej (ca-vum tympani). Następnie fala ciśnienia powraca w kierunku przeciwnym. Pomiędzy schodami przedsionka i schodami bębenka znajduje się przewód ślimakowy (ductus cochlearis) wypełniony śródchłonką. Oddziela go od schodów przedsionka cienka błona przedsionkowa (Reissnera), a od schodów bębenka grubsza blaszka podstawna (lamina basilaris). Ślimak ma długość 35 mm i jest skręcony 2 i 3/4 rażą. W miarę oddalania się od obu okienek ślimak rozszerza się. Blaszka podstawna, na której znajduje się narząd spiralny, również staje się szersza.

Rezonans fal akustycznych

Ruch strzemiączka wywołuje falę ciśnienia w przychłonce, której amplituda zależy od intensywności, a miejsce, w którym występuje - od częstotliwości odbieranych dźwięków. Fale ciśnienia przychłonki, tzw. fale biegnące (travelling waves), przenosząc się od okienka przedsionka do szpary osklepka, podwyższają swoją amplitudę aż do miejsca, w którym zachodzi zmiana ich fazy. W miarę zmniejszania się częstotliwości dźwięków miejsce zmiany fazy oddala się od okienka przedsionka. W miejscu zmiany fazy fala ciśnienia przychłonki przenosi się na śródchłonkę wypełniającą przewód ślimakowy i blaszka podstawna podlega największemu odkształceniu.
Komórki zmysłowe włoskowate (cellulae sensońae pilosae) narządu spiralnego są rozmieszczone na blaszce podstawnej w dwóch rzędach. W rzędzie po stronie wewnętrznej tunelu (Cortiego) jest 3500, a po stronie zewnętrznej jest 20 000 komórek zmysłowych włoskowatych. Komórki te są jak gdyby rozpięte pomiędzy blaszką podstawna i błoną pokrywającą (membrana tectoria), do której są przylepione ich włoski. Na swoim przebiegu, pomiędzy ciałem komórki zmysłowej włoskowatej i błoną pokrywającą, włoski przechodzą przez błonę siatkowatą (membrana reticularis).
Na skutek ruchu blaszki podstawnej, w miejscu zmiany fazy fali biegnącej, komórki zmysłowe włoskowate zostają pobudzone w wyniku napinania się włosków pomiędzy błoną siatkowatą i błoną pokrywającą.

Odbiór bodźców słuchowych

Umownie przyjęto mierzyć natężenie fal akustycznych w decybelach. Bodziec progowy, przy którym można osiągnąć u człowieka próg słyszenia, wynosi 0 decybeli (dB), co się równa ciśnieniu 20 µN/m2 = 20 µPa. Pomiędzy progiem słyszenia i bodźcem maksymalnym występuje różnica w intensywności około 10 do 14 razy, czyli próg słyszenia - 0 dB, i bodziec maksymalny - 140 decybeli. Dźwięki o natężeniu powyżej 140 dB poza wrażeniem słuchowym wywołują również czucie bólu związane z uszkodzeniem narządu spiralnego, Ludzie młodzi odbierają dźwięki o częstotliwości w zakresie od 20 do 20 000 Hz. W miarę starzenia się organizmu górna granica obniża si�ż i dźwięki o dużej częstotliwości nie są słyszalne. Najlepiej odbierane są dźwięki w zakresie od 1000 do 3000 Hz.

Odruchy bębenkowe

W uchu środkowym znajdują się dwa małe mięśnie, których skurcz wpływa na przenoszenie drgań błony bębenkowej przez kosteczki słuchowe. Są to: mięsień napinacz błony bębenkowej (musculus tensor tympani) i mięsień strzemiączkowy (musculus stapedius). Skurcz obu tych mięśni zmniejsza przewodzenie dźwięków. Wzrasta napięcie błony bębenkowej i podstawa strzemiączka zostaje odciągnięta od okienka przedsionka. Odruch bębenkowy występuje w czasie działania silnych dźwięków i zabezpiecza narząd spiralny przed uszkodzeniem.

Potencjał mikrofonowy

Śródchłonka wypełniająca przewód ślimakowy jest bogata w jony potasu o dodatnim ładunku elektrycznym i zawiera mniej ujemnych jonów chloru. Dzięki temu Śródchłonka ma ładunek dodatni +80 mV w stosunku do przychłonki. W czasie odbierania dźwięków w okolicach ślimaka występują wahania potencjału elektrycznego. Fale akustyczne zostają zamienione bezpośrednio na wahania potencjału elektrycznego, tak jak w mikrofonie. Jest to zjawisko towarzyszące odbieraniu fal akustycznych, nieuczestniczące zaś bezpośrednio w przetwarzaniu tych fal na impulsy nerwowe przewodzone przez włókna nerwowe.

Droga impulsów słuchowych

Każdą komórkę zmysłową włoskowatą oplata siatka włókien nerwowych będących wypustkami komórek dwubiegunowych zwoju spiralnego ślimaka (ganglion spirale cochleae). Za pośrednictwem komórek nerwowych tego zwoju (I neuron czuciowy) i ich wypustek tworzących nerw ślimakowy (nervus cochlearis), stanowiący część słuchową nerwu VIII (pars cochlearis nervi vestibulocochlearis), impulsy nerwowe przewodzone są do mostu do jąder ślimakowych brzusznego i grzbietowego (nucki cochleares ventralis et dorsalis), gdzie znajduje się II neuron czuciowy.

W nerwie ślimakowym biegnie około 28 000 włókien nerwowych, które przewodzą impulsy nerwowe od poszczególnych komórek zmysłowych wło-skowatych. Tym samym poszczególne włókna przewodzą impulsy nerwowe wywołane tonami o określonej wysokości. W miarę zwiększania się intensywności odbieranego dźwięku zwiększa się również częstotliwość impulsów nerwowych przewodzonych przez poszczególne włókna nerwu ślimakowego.
W moście, w jądrze brzusznym i grzbietowym ciała czworobocznego (nucleus ventmlis et dorsalis corporis trapezoidei), lub powyżej mostu we wzgórku dolnym blaszki pokrywy (colliculus inferior laminae tecti) znajduje się III neuron czuciowy. Neurony jądra ślimakowego grzbietowego wysyłają wypustki przechodzące na drugą stronę mostu, wypustki neuronów jądra ślimakowego brzusznego biegną zaś po tej samej i po przeciwnej stronie pnia mózgu.
Wstęga boczna (lemniscus lateralis) przewodzi impulsy słuchowe do III lub IV neuronu czuciowego we wzgórku dolnym blaszki pokrywy i do IV lub V neuronu czuciowego w ciele kolankowatym przyśrodkowym (cor-pus geniculatum mediale). Z tej okolicy impulsy słuchowe przez promieni-stość słuchową (radiatio acustica) biegną do pola słuchowego w zakręcie skroniowym górnym (gyrus temporalis superior) w płacie skroniowym. Według klasyfikacji Brodmanna jest to pole 41 kory mózgu. Komórkom zmysłowym włoskowatym kolejnych odcinków narządu spiralnego odpowiadają skupienia neuronów czuciowych w polu słuchowym w korze mózgu. Dzięki temu w polu słuchowym sąsiadują ze sobą skupienia neuronów odbierające dźwięki wyższe o kolejne oktawy.
Poza czuciową reprezentacją narządu słuchu w polu 41 występują w jego sąsiedztwie w korze mózgu drugo- i trzeciorzędowe reprezentacje słuchu. Ich znaczenie polega na różnicowaniu i porównywaniu wysokości i natężenia odbieranych dźwięków.

Czucie eksteroceptywne

Właściwości receptorów

Z powierzchni skóry odbierane jest czucie dotyku, ucisku, ciepła, zimna i bólu. Poza czuciem bólu, które odbierane jest przez nagie zakończenia nerwowe, pozostałe rodzaje czucia skórnego mają wyspecjalizowane narządy odbiorcze.
Bodziec pobudzający narządy odbiorcze charakteryzuje: siła, czas narastania i czas jego trwania. Dla powstania wrażenia zmysłowego najważniejszy jest czas narastania siły bodźca. Im czas narastania jest krótszy, tym intensywność wrażenia zmysłowego jest większa. W czasie działania bodźca o tej samej sile występuje zjawisko przystosowania się receptora do bodźca, czyli adaptacja. Receptory znajdujące się w skórze adaptują się szybko.
Pojedyncze aferentne włókno nerwowe przewodzi impulsy nerwowe od jednego rodzaju receptorów. Receptory te zajmują pewną określoną powierzchnię skóry.
Jednostką czucia (sensory unit) są wszystkie receptory połączone z pojedynczym włóknem aferentnym. Obszary unerwione przez poszczególne jednostki czucia częściowo zachodzą na siebie, ponieważ receptory, z których poszczególne włókna nerwowe odbierają impulsację, są często wzajemnie przemieszczane.
Przewodzenie impulsów przez włókno nerwowe od jednego rodzaju receptorów jest zgodne z prawem swoistej energii nerwów Johannesa Miille-ra. Prawo to obejmuje całą projekcję czuciową od receptora aż do ostatniego neuronu czuciowego w korze mózgu. Podrażnienie, w dowolnym miejscu projekcji czuciowej, włókien lub komórek nerwowych przewodzących impulsy od określonego receptora wywołuje wrażenia zmysłowe specyficzne dla tego receptora.

Czucie dotyku i ucisku

Receptorem czucia dotyku (touch sensation) są ciałka dotykowe (Meissnera), czucia ucisku zaś ciałka blaszkowate (Paciniego). Impulsy nerwowe wywołane pobudzeniem tych receptorów przewodzone są przez zwoje rdzeniowe (I neuron), korzenie grzbietowe i wstępują do mózgowia w sznurze tylnym (funiculus posterior), w pęczku smukłym (fasciculus gracilis) i w pęczku klinowatym (fasciculus cuneatus) do II neuronu czuciowego w jądrze smukłym (nucleus gracilis) i w jądrze klinowatym (nucleus cuneatus). Wypustki II neuronu biegną we wstędze przyśrodkowej (lemniscus medialis) do jądra brzusznego tylno-bocznego wzgórza (nucleus ventralis posterolateralis thalami) do III neuronu czuciowego.
Część impulsów przewodzona jest inną drogą do III neuronu czuciowego we wzgórzu za pośrednictwem II neuronu czuciowego w rogach tylnych rdzenia kręgowego. Aksony II neuronów czuciowych przechodzą w spoidle białym (commissura alba) i w spoidle szarym przednim (commissura gńsea anteriof) na drugą stronę rdzenia i wstępują ku górze w sznurze bocznym (funiculus lateralis) w drodze rdzeniowo-wzgórzowej bocznej (tractus spi-nothalamicus lateralis) i w sznurze przednim (funiculus anterior) w drodze rdzeniowo-wzgórzowej przedniej (tractus spinothalamicus anterior). Następnie dochodzą do jądra brzusznego tylno-bocznego wzgórza (nucleus ventralis posterolateralis thalami), gdzie znajdują się III neurony czuciowe. Wypustki tego neuronu przebiegają przez torebkę wewnętrzną, kończąc się na IV neuronie czuciowym w zakręcie zasrodkowym kory mózgu (gynts postcentralis), w polu 1-3 według Brodmanna.
Czuciowe komórki nerwowe i ich wypustki nie są bezładnie przemieszane, ale są rozmieszczone zgodnie z somatotopowa organizacją neuronalną. Od receptorów określonej powierzchni skóry są przewodzone impulsy w tych samych pęczkach włókien, a neurony czuciowe sąsiadują ze sobą. Rozmieszczenie III i IV neuronów czuciowych we wzgórzu i w korze mózgu jest zniekształconym odbiciem powłok całego ciała. We wzgórzu in neurony w jądrach brzusznych tylno-bocznym i tylno-przyśrodkowym są skupione w przestrzeni trójwymiarowej. W korze mózgu zaś IV neurony są rozmieszczone równolegle do powierzchni zakrętu zaśrodkowego. Korowa reprezentacja głowy znajduje się najbardziej bocznie w zakręcie zasrodkowym, reprezentacja dla kończyn dolnych zaś umiejscowiona jest przyśrodkowo.
Gęstość, z jaką występują receptory w skórze, jest różna dla poszczególnych okolic. Największe zagęszczenie receptorów występuje w skórze końca nosa, w opuszkach palców i w wargach. Najmniej receptorów jest w skórze grzbietu, ud i ramion. Okolice o dużej gęstości receptorów wykazują jednocześnie dużą wrażliwość na dotyk i mają dużą reprezentację korową. Przeciwnie, okolice mało wrażliwe na dotyk są reprezentowane przez małe pola w korze mózgu.

Czucie ciepła i zimna

Spadek temperatury skóry jest odbierany przez kolbę końcową (Krause-go), wzrost temperatury zaś przez położone głębiej w skórze ciałka zmysłowe (Ruffiniego). Bodźcem progowym dla receptorów zimna jest spadek temperatury skóry o 0,004°C na sekundę w przedziale od 10 do 41°C, dla receptorów ciepła zaś wzrost temperatury skóry o 0,001 °C na sekundę w przedziale od 20 do 45°C. Receptory ciepła i zimna odbierają wzrost lub spadek temperatury tylko wtedy, kiedy temperatura otoczenia różni się od temperatury powierzchni skóry. Przy jednakowej temperaturze powierzchni skóry i otoczenia receptory nie są pobudzane. Stan taki nosi nazwę zera fizjologicznego.

I neuron czuciowy, przekazujący pobudzenie z receptorów ciepła i zimna, tułowia i kończyn, znajduje się w zwojach rdzeniowych, II neuron -w rogach tylnych rdzenia kręgowego. Ich aksony przechodzą na drugą stronę rdzenia i wstępują ku górze w drodze rdzeniowo-wzgórzowej bocznej (tractus spinothalamicus lateralis). III neuron znajduje się w jądrze brzusznym tylno-bocznym wzgórza. Od receptorów ciepła i zimna, występujących w obrębie głowy, impulsacja jest przewodzona za pośrednictwem neuronów zwoju trójdzielnego (ganglion trigeminale), jąder czuciowych nerwu trójdzielnego i wstęgi trójdzielnej do jądra brzusznego tylno-przyśrodkowe-go wzgórza. IV neuron czuciowy znajduje się w zakręcie zaśrodkowym kory mózgu.

Czucie bólu powierzchownego

Czucie bólu powierzchownego (superficial pain) wywołują bodźce uszkadzające skórę, co jest odbierane przez nagie zakończenia nerwowe. Impulsacja bólowa przewodzona jest przez włókna aferentne z osłonką mie-linową, należące do grupy A, i bez osłonki mielinowej, należące do grupy Cdr. W uszkodzonych tkankach dochodzi do aktywacji enzymów proteolitycznych, zwanych tkankowymi kalikreinami. Enzymy działają na białka tkankowe - kininogeny, odczepiając od nich aktywne polipeptydy - kininy, które depolaryzują nagie zakończenia nerwowe i wyzwalają w aferentnych włóknach nerwowych salwy impulsów bólowych. Kininy stanowią liczną grupę polipeptydów o zbliżonym fizjologicznym działaniu. Spośród nich została poznana budowa chemiczna dziewięciopeptydu - b rady kininy. Kininy nie tylko depolaryzują nagie zakończenia nerwowe, lecz również rozszerzają naczynia krwionośne.
Pomiędzy bodźcem progowym i bodźcem maksymalnym wywołującym czucie bólu zachodzi stosunek energii jak 1:2. Maksymalne czucie bólu występuje w czasie zadziałania energii tylko dwukrotnie większej od progowej, co stanowi zabezpieczenie przed bodźcami uszkadzającymi tkanki.
W ośrodkowym układzie nerwowym impulsacja bólowa biegnie dwiema drogami. Pierwsza - swoista - pokrywa się z drogą przewodzącą impulsację od receptorów ciepła i zimna za pośrednictwem jąder w rogach tylnych rdzenia kręgowego (II neuron), jąder przekaźnikowych wzgórza (III neuron) do kontralateralnego zakrętu zaśrodkowego w korze mózgu (IV neuron), czyli do pierwszej i drugiej korowej reprezentacji czucia dotyku, oraz do zakrętu obręczy (gyrus cinguli). Druga droga - nieswoista - biegnie od II neuronu w rogach tylnych rdzenia poprzez układ siatkowaty wstępujący, istotę szarą środkową śródmózgowia i jądra śródblaszkowe wzgórza do wszystkich pól w korze mózgu.

Hamowanie czucia bólu

Hamowanie przewodzenia impulsacji bólowej biegnącej od miejsca zadziałania bodźca nocyceptywnego zachodzi przede wszystkim w obrębie rogów tylnych rdzenia kręgowego oraz we wzgórzu i w układzie nieswoistym. W rogach tylnych rdzenia kręgowego do II neuronu czuciowego przewodzą impulsację bólową włókna C o średnicy 0,4�"1,2 um i włókna A o małej średnicy 2-5 um. Włókna A o większej średnicy 6-12 um przewodzą natomiast impulsację od receptorów dotyku, która po wejściu do rdzenia kręgowego wstępuje w sznurze tylnym do rdzenia przedłużonego i stąd do istoty szarej środkowej śródmózgowia (substantia grisea cen-tralis mesencephali). Włókna te mają również gałązki oboczne kończące się w rogach tylnych rdzenia kręgowego na:
�ó zakończeniach włókien C, wywołując presynaptyczne hamowanie,
�ó neuronach pośredniczących hamujących.
Neurony istoty szarej środkowej śródmózgowia poprzez zstępujące włókna pobudzają neurony pośredniczące hamujące w rogach tylnych rdzenia kręgowego. Dzięki presynaptycznemu hamowaniu włókien C i pobudzeniu neuronów pośredniczących hamujących jest hamowane przewodzenie impulsacji bólowej przez II neuron czuciowy.
Czucie bólu jest procesem złożonym. Jego wystąpienie warunkowane jest obecnością aferentnej impulsacji bólowej i jednocześnie odpowiedniej wrażliwości na tę impulsację ośrodków w rdzeniu kręgowym i przedłużonym, w śródmózgowiu, we wzgórzu, w podwzgórzu i w układzie limbicznym. Neurony w tych ośrodkach, przewodzące impulsacje bólową, mają w błonie komórkowej receptory wiążące się z transmitterami pobudzającymi i hamującymi oraz receptory opioidowe. Z tymi receptorami wiążą się peptydy opioidowe, do których należą: enkefalina metioninowa i leucynowa, beta-endorfina, alpha- i beta-neoendorfina, dynorfina 1-8 i dynorfina 1-17 (patrz str. 75).
Działanie peptydów opioidowych nie ogranicza się do synaps, w obrębie których są uwalniane, ale poprzez płyn zewnątrzkomórkowy działają na całe ośrodki i przechodzą do płynu mózgowo-rdzeniowego. Wykazano, że u ludzi skarżących się na przewlekłe bóle zawartość peptydów opioidowych w płynie mózgowo-rdzeniowym jest mała.
Impulsacja bólowa przewodzona przez swoiste i nieswoiste drogi i ośrodki w dłuższym czasie podlega wzmocnieniu lub tłumieniu dzięki zmianom:
�ó w uwalnianiu transmitterów pobudzających i hamujących,
�ó w uwalnianiu modulatorów synaptycznych, szczególnie peptydów opioidowych,
�ó w gęstości receptorów w błonach prę- i postsynaptycznych,
�ó wywołanym inkorporacją modulatorów do wnętrza neuronów, ich wewnątrzkomórkowym transportem do perykarionów i ich oddziaływaniem na syntezę: transmitterów, modulatorów, receptorów błonowych i enzymów (patrz tab. 3, str. 73 i tab. 4, str. 76).

Czucie smaku

W jamie ustnej znajdują się skupione w kubkach smakowych (caliculi gustatorii) receptory odbierające cztery podstawowe smaki: słodki, kwaśny, słony i gorzki.
Komórki receptorowe odbierające czucie smaku zaopatrzone są w wypustki w postaci mikrokosmków skierowanych do otworu smakowego (porus gustatorius). Komórki smakowe zostają pobudzone przez substancje rozpuszczone w śluzie pokrywającym błonę śluzową w okolicy kubków smakowych i działające na mikrokosmki.
Substancje wywołujące czucie różnych smaków pobudzają te same komórki smakowe, lecz w różnym stopniu. Pobudzenie komórek receptorowych zależy od wielkości cząsteczki substancji rozpuszczonej w śluzie. Tym samym częstotliwość impulsów nerwowych we włóknach aferentnych zależy od rodzaju działającej substancji. Wrażliwość komórek smakowych w kubkach rozmieszczonych w błonie śluzowej pokrywającej jeżyk, krtań i gardło nie jest jednakowa.
Dzięki różnorodnemu umiejscowieniu w błonie śluzowej kubków smakowych i odmiennej ich wrażliwości na cząsteczki substancji rozpuszczonych w śluzie odbierane jest czucie czterech smaków. Próg pobudliwości komórek smakowych na jedną substancje jest różny i wynosi np. dla wodnego roztworu chlorku sodu od 2,71 do 43,1 mmol/L NaCl (od 0,016 do 0,25%).

Włókna nerwowe przewodzące impulsy z komórek smakowych biegną w nerwach czaszkowych: twarzowym - VII (w strunie bębenkowej), jezy-kowo-gardłowym - IX i błędnym - X. Pierwszy neuron czuciowy znajduje się w zwojach tych nerwów, a drugi mieści się w jądrze samotnym (nucleus solitarius) w rdzeniu przedłużonym. Aksony tych neuronów przechodzą na drugą stronę rdzenia przedłużonego i - biegnąc we wstędze przyśrodkowej (lemniscus medialis) - kończą się na III neuronie czuciowym w jądrze brzusznym tylno-przyśrodkowym wzgórza (nucleus ventralis posterome-dialis thalami). W korze mózgu, w zakręcie zaśrodkowym powyżej bruzdy bocznej, znajduje się IV neuron czuciowy. W tej samej okolicy kory mózgu skupione są neurony czuciowe odbierające pobudzenie od innych receptorów z okolicy jamy ustnej i gardła.

Czucie proprioceptywne

Proprioreceptory wysyłają informacje do ośrodkowego układu nerwowego o stanie układu kostno-stawowo-mięśniowego oraz ruchu całego ciała.

Receptory układu ruchu

W układzie szkieletowym i mięśniowym znajdują się receptory pobudzane pracą statyczną i dynamiczną mięśni szkieletowych (kinesthetic re-ceptors). Znajdujące się tam receptory odbierają napięcie oraz rozciągnięcie mięśni i ścięgien, a także ucisk wywierany na powierzchnie stawowe. Receptory te występują we wrzecionkach nerwowo-mięśniowych w postaci zakończeń pierścieniowato-spiralnych, ciałek zmysłowych (Ruffiniego), w ścięgnach jako ciałka buławkowate (Golgiego), na powierzchniach stawowych, a w okostnej jako ciałka blaszkowate (Paciniego) oraz wolne zakończenia nerwowe.
Ruch ciała zarówno po prostej, jak i obrotowy jest odbierany przez receptory znajdujące się w błędniku (labyńnthus) stanowiącym narząd równowagi.

Droga impulsów z układu ruchu

Impulsacja z proprioreceptorów układu ruchu jest odbierana przez I neuron czuciowy znajdujący się w zwojach rdzeniowych, a następnie jest przekazywana przez dwie różne drogi do kory mózgu i do kory móżdżku.
Impulsacja przewodzona przez I neuron biegnie bezpośrednio do mózgowia w pęczku smukłym (fasciculus gracilis) i pęczku klinowatym (fasciculus cuneatus) do II neuronu w jądrze smukłym (nucleus gracilis) i w jądrze klinowatym (nucleus cuneatus), a następnie przechodzi na drugą stronę rdzenia przedłużonego i podąża we wstędze przyśrodkowej (lemniscus medialis) do III neuronu w jądrze brzusznym tylno-bocznym wzgórza (nucleus ventralis posterolateralis thalami). IV neuron czuciowy znajduje się w zakręcie zaśrodkowym kory mózgu.
Część wypustek neuronów ze zwojów rdzeniowych (I neuron) kończy się synapsami już w obrębie rogów tylnych rdzenia kręgowego na II neuronie czuciowym. Aksony tych neuronów przechodzą na drugą stronę rdzenia kręgowego, wstępując ku górze:
�ó w drodze rdzeniowo-wzgórzowej przedniej i bocznej (tractus spinothalamicus anterior et lateralis) do III neuronów w jądrze brzusznym tylno-bocznym wzgórza, który z kolei wysyła wypustki do IV neuronu w zakręcie zaśrodkowym kory mózgu;
�ó w drodze rdzeniowo-móżdżkowej przedniej i tylnej (tractus spinocerebellaris anterior et posterior) do kory móżdżku.
W tych samych polach zakrętu zaśrodkowego kory mózgu znajdują się neurony odbierające impulsację z proprioreceptorów układu ruchu oraz eksteroreceptorów skóry.
W warunkach fizjologicznych nie jest odczuwana impulsacja z proprioreceptorów, która pozostaje poniżej progu świadomości. Jej występowanie można wykazać jedynie pośrednio. Mając zamknięte oczy, człowiek bezbłędnie określa położenie kończyny, która nie dotyka niczego, co mogłoby stanowić dodatkowe źródło informacji.

Czynność błędnika

W błędniku znajdują się proprioreceptory narządu równowagi. Błędnik składa się z części kostnej - błędnika kostnego (labyrinthus osseus) i leżącej wewnątrz części błoniastej - błędnika błoniastego (labyrinthus membranaceus). W skład błędnika wchodzą: przedsionek (vestibulum), obejmujący łagiewkę (utriculus), i woreczek (sacculus) oraz trzy przewody półkoliste (ductus semicirculares).
Błędnik błoniasty wypełniony jest śródchłonką o dużej koncentracji jonów K+ (150 mmol/L). W plamkach statycznych łagiewki (macula utriculi) i woreczka (macula sacculi) oraz w grzebieniach bankowych przewodów półkolistych (crista ampullares) znajdują się komórki nabłonka walcowatego mające kosmki od strony śródchłonki. Są to komórki zmysłowe włosko-wate (cellulae sensoriae pilosa), czyli receptory narządu równowagi (equi-librium receptors). Kosmki pokrywające powierzchnie szczytowe tych komórek mają różną długość. Jeden najdłuższy kosmek jest to kinetocylium, kosmki krótsze zaś są to stereocylia.
W spoczynku komórka zmysłowa włoskowata stale uwalnia transmitter, który wyzwala we włóknach nerwowych oplatających te receptory aferent-ne impulsy nerwowe o pewnej częstotliwości. Przechylenie się stereocy-liów w stronę kinetocylium powoduje otwieranie kanałów dla dokomórko-wego prądu jonów K+ w błonie komórkowej komórek włoskowatych. Błona komórkowa depolaryzuje się i zwiększa się uwalnianie transmittera, który wywołuje przyspieszenie częstotliwości aferentnych impulsów nerwowych we włóknach nerwowych stanowiących wypustki neuronów zwoju przedsionkowego (ganglion vestibulare). Przechylenie się stereocyliów w przeciwną stronę - od kinetocylium - wywołuje zamykanie się kanałów dla do-komórkowego prądu jonów K+, hiperpolaryzację błony komórkowej, hamowanie uwalniania transmittera i zmniejszenie częstotliwości aferentnych impulsów nerwowych biegnących do zwoju przedsionkowego, a stąd do jąder przedsionkowych w moście (nuclei vestibulares pontis).
W plamkach statycznych łagiewki i woreczka kosmki komórek zmysłowych włoskowatych są pokryte masą galaretowatą, czyli błoną kamyczkową (membrana statoconiorum). Na niej osadzone są kryształki soli wapniowych, zwane kamyczkami błędnikowymi (statoconia) lub otolitami. Ruch liniowy głowy, przyspieszający lub zwalniający, powoduje przemieszczanie się kamyczków błędnikowych. Kosmki odchylają się w stronę ki-netocylium, zwiększa się wówczas częstotliwość impulsów nerwowych biegnących do zwoju przedsionkowego, lub przechylają się w stronę przeciwną i częstotliwość impulsów nerwowych się zmniejsza. Próg pobudliwości na przyspieszenie liniowe (linear acceleration) dla komórek receptorowych w plamkach przedsionka wynosi 12 cm/s.
W czasie przyspieszającego lub zwalniającego ruchu obrotowego głowy następuje przepływ śródchłonki wewnątrz przewodów półkolistych i baniek błoniastych (ampullae membranaceae). Przepływ śródchłonki przez bańkę odchyla osklepek (cupuld) utworzony przez kosmki komórek zmysłowych zlepione masą galaretowatą. Przechylanie się kosmków w stronę kinetocy-lium, a więc wtedy, kiedy osklepek odchyla się w stronę łagiewki, zwiększa częstotliwość impulsów w części włókien nerwowych przewodzących do zwoju przedsionkowego. Przechylanie się kosmków i osklepka w stronę przeciwną - od łagiewki - zmniejsza częstotliwość impulsów we włóknach nerwowych.
Komórki zmysłowe włoskowate w grzebieniach bankowych reagują na ruch obrotowy głowy przyspieszający, czyli na przyspieszenie kątowe (an-gular acceleration). Bodźcem progowym jest przyspieszenie kątowe równe 2-3° na sekundę.
Ruch obrotowy w prawo, czyli zgodnie z ruchem wskazówek zegara,powoduje ruch śródchłonki w przewodach półkolistych przednich, w prawym przewodzie do łagiewki, w lewym przewodzie zaś od łagiewki. W bańce prawego przewodu osklepek odchyla się w stronę łagiewki i przyspiesza się częstotliwość impulsów we włóknach nerwowych biegnących do zwoju przedsionkowego. W tym samym czasie w bańce lewego kanału osklepek odchyla się w stronę przeciwną od łagiewki i zwalnia się częstotliwość impulsów biegnących do zwoju przedsionkowego. Neurony zwojowe odbierają w tym samym czasie impulsację o różnym wzorze od prawego i lewego błędnika.

Droga impulsów z błędnika

Włókna nerwowe oplatające komórki nabłonka zmysłowego przekazują pobudzenie do I neuronu czuciowego w zwoju przedsionkowym (ganglion vestibulare). II neuron znajduje się w moście w jednym z czterech jąder przedsionkowych (nuclei vestibulares): górnym, dolnym, bocznym lub przyśrodkowym. Z tych jąder impulsacja jest wysyłana do:
�ó kory móżdżku przez konar dolny móżdżku (pedunculus cerebellaris inferior)
�ó jąder ruchowych dla mięśni gałek ocznych -jąder nerwów czaszkowych III, IV i VI za pośrednictwem pęczków podłużnych przy środkowych (fasciculi longitudinales mediales);
�ó rdzenia kręgowego przez drogę przedsionkowo-rdzeniową (tractus vesti-bulospinalis).
Dzięki tym połączeniom zmiana położenia głowy w stosunku do tułowia, odebrana przez receptory błędnika, wywołuje natychmiastową odruchową korekcję napięcia mięśni kończyn i tułowia oraz odpowiednie ustawienie gałek ocznych.
Percepcja dotycząca ustawienia głowy w stosunku do tułowia jest uzależniona od impulsacji nerwowej biegnącej od jąder przedsionkowych poprzez jądra przekaźnikowe wzgórza do zakrętu zaśrodkowego w korze mózgu.

Oczopląs

Poza świadomością pozostaje kontrola ruchów gałek ocznych niezależnych od ruchów głowy. Na przykład w czasie obserwowania dowolnego przedmiotu z okna szybko jadącego pociągu występują ruchy gałek ocznych o naprzemiennej fazie wolnej i szybkiej, które utrzymują obraz tego przedmiotu na tym samym polu siatkówki. Takie ruchy gałek ocznych noszą nazwę oczopląsu optokinetycznego (optokinetic nystagmus).
Ruchy gałek ocznych można również wywołać pobudzając receptory błędnika. W tym celu stosuje się przyspieszenie (oczopląs podczasobroto-wy) lub zwolnienie (oczopląs poobrotowy) obrotów głowy wraz z całym ciałem u człowieka siedzącego na specjalnym fotelu. Ogrzewając lub oziębiając błędnik, po wprowadzeniu ciepłej lub zimnej wody do zewnętrznego przewodu słuchowego, uzyskuje się oczopląs kaloryczny. Przyspieszenie lub zwolnienie obrotów głowy oraz ciepło lub zimno wywołują ruch śródchłonki w przewodach półkolistych i pobudzenie lub hamowanie receptorów błędnika.

Czucie interoceptywne

Czucie trzewne (visceral sensation) jest odbierane przez interoreceptory znajdujące się w narządach wewnętrznych, które pobudzane są przez bodźce:
�ó mechaniczne, czyli wywołane rozciąganiem tkanek, w których się znajdują np.: presoreceptory, baroreceptory w ścianach tętnic, mechanore-ceptory w tkance płucnej;
�ó chemiczne, np.: prężność tlenu we krwi - chemoreceptory kłębka szyjnego (glomus caroticum) i kłębka aortowego (glomus aorticum), związki wytwarzane w niedokrwionych narządach wewnętrznych itp.
Impulsacja z interoreceptorów jest odbierana przez wypustki neuronów czuciowych (I neuron) w zwojach rdzeniowych. Wypustki tych neuronów stanowią włókna aferentne zazwyczaj bez osłonki mielinowej (Cdr), biegnące od receptorów wraz z nerwami somatycznymi i autonomicznymi. Impulsacja z interoreceptorów jest przewodzona do mózgowia po stronie przeciwnej rdzenia kręgowego w sznurach tylnych, bocznych i przednich. Neurony jąder brzusznych wzgórza tylno-bocznego i tylno-przyśrodkowe-go przekazują impulsację do zakrętu zaśrodkowego kory mózgu. Dzięki temu impulsacja z interoreceptorów nakłada się w obrębie kory mózgu na impulsację z eksteroreceptorów i proprioreceptorów.
W warunkach prawidłowych impulsacja z interoreceptorów pozostaje poniżej progu świadomości, jednak stale jest przewodzona przez trzewne łuki odruchowe, uczestnicząc w regulacji czynności układu sercowo-naczy-niowego, układu oddechowego, układu trawiennego i układu moczowo-płciowego.

Czucie bólu trzewnego

Proces chorobowy toczący się w obrębie jakiegoś narządu wewnętrznego wywołuje podrażnienie interoreceptorów. Impulsacja wywołana przez interoreceptory nasila się poza fizjologiczną granicę częstotliwości. Tym samym przez trzewny łuk odruchowy jest przewodzona zwiększona w jednostce czasu liczba impulsów. Neurony czuciowe w rogach tylnych rdzenia kręgowego stają się bardziej pobudliwe dzięki konwergencji - przełączaniu się - impulsów z neuronów należących do trzewnych łuków odruchowych na inne neurony przewodzące czucie z eksteroreceptorów i proprioreceptorów.
Dzięki metamerycznemu, czyli odcinkowemu, unerwieniu skóry, mięśni i narządów wewnętrznych impulsacja z interoreceptorów przełącza się na drogi przewodzące czucie ze skóry i z mięśni unerwionych przez ten sam odcinek (metamer) rdzenia kręgowego. Wywołuje to przeczulicę skóry i promieniowanie bólu do okolic odległych od chorobowo zmienionego narządu wewnętrznego. Pojawiają się: promieniowanie trzewno-skórne (viscerocutaneous radiation), czyli przeczulica skóry, oraz odruchy trzew-no-mięśniowe (visceromuscular reflex) - wzmożone napięcie mięśni poprzecznie prążkowanych szkieletowych unerwionych przez ten sam odcinek rdzenia kręgowego co narząd chorobowo zmieniony.
Aferentna impulsacja z interoreceptorów nie jest przekazywana wyłącznie przez włókna wstępujące do rdzenia kręgowego w obrębie jednego czy dwóch sąsiednich metamerów. Może być przewodzona do rdzenia również w obrębie kilku wyżej położonych metamerów.


Drogi nieswoiste dla czucia i percepcji

Drogę nieswoistą dla impulsów z receptorów stanowi wstępujący układ siatkowaty (ascending reticular system). Włókna aferentne biegnące w drogach swoistych wysyłają gałązki oboczne, czyli kolateralne, do tworu siatkowatego pnia mózgu (formatio reticulańs trunci cerebri). Przełączanie się impulsacji za pośrednictwem gałązek obocznych zachodzi w większości przypadków pomiędzy II a III neuronem czuciowym dróg swoistych. Twór siatkowaty pnia mózgu przewodzi impulsy przez całą sieć neuronów i synaps pomiędzy nimi. Wypustki neuronów tworu siatkowatego docierają do wszystkich pól kory mózgu oraz do ośrodków podkorowych kontrolujących czynności poszczególnych narządów i układów oraz do ośrodków motywacyjnych kierujących zachowaniem się człowieka.
Warunkiem odebrania i rozpoznania bodźca działającego na receptory jest jednoczesne pobudzenie:
�ó swoistych neuronów w polu czuciowym kory mózgu,
�ó całej kory mózgu,
�ó ośrodków podkorowych.

Ruchy i postawa ciała

Ośrodki kontrolujące ruchy dowolne i postawę ciała znajdują się w:
�ó korze mózgu,
�ó jądrach podkorowych kresomózgowia,
�ó móżdżku.

W koordynacji czynności tych ośrodków z czynnością rdzenia kręgowego pośredniczy również twór siatkowaty pnia mózgu.
W zakręcie zaśrodkowym (gyrus postcentralis), w polu korowym 1-3 według klasyfikacji Brodmanna, znajdują się pola czuciowe, odbierające pobudzenie z ekstero-, proprio- i interoreceptorów. Impulsacja aferentna biegnąca do zakrętu zaśrodkowego jest stąd przekazywana do zakrętu przedśrodkowego (gyrus precentralis), czyli do pierwszorzędowej korowej reprezentacji ruchu (pola 4), znajdującego się ku przodowi od bruzdy środkowej (Rolanda) (sulcus centralis). Inne pola kory mózgu i ośrodki podkorowe modulują pobudliwość neuronów ruchowych, znajdujących się w pierwszorzędowej korowej reprezentacji ruchu. W wyniku tego następuje torowanie lub hamowanie drogi dla eferentnych impulsów nerwowych i w konsekwencji wyzwolenie lub zahamowanie określonego ruchu.
W warstwie V kory mózgu zakrętu przedśrodkowego znajduje się okoto 34 000 komórek nerwowych piramidalnych olbrzymich (Betza), których aksony biegną do jąder ruchowych pnia mózgu i rdzenia kręgowego.
Komórki nerwowe piramidalne olbrzymie stanowią I neuron ruchowy i są jednocześnie ogniwem w licznych łańcuchach neuronów. Neurony, pomiędzy którymi krążą impulsy nerwowe, są to zarówno neurony pośredniczące, znajdujące się w warstwie IV kory zakrętu przedśrodkowego, jak i neurony innych pól kory mózgu i ośrodków podkorowych.
Aksony komórek nerwowych piramidalnych olbrzymich mają największą średnicę - od 10 do 20 um. Stanowią jednak tylko około 1% włókien biegnących przez każdą drogę piramidową. Pozostałe 9% ma średnicę od 5 do 10 um (najwięcej włókien), około 90% ma jeszcze mniejszą średnicę - od l do 4 um.

Korowe reprezentacje ruchu

W korze mózgu znajdują się ośrodki skupiające neurony dla poszczególnych mięśni szkieletowych po stronie przeciwnej ciała (kontralate-ralnej). Występują w zakręcie przedśrodkowym w pierwszorzędowej korowej reprezentacji ruchu (primary motor area). Poczynając od szczeliny pomiędzy półkulami i kończąc w okolicy bruzdy bocznej mózgu (sulcus lateralis cerebri), w zakręcie przedśrodkowym znajdują się kolejno ośrodki dla ruchów: stopy, goleni, uda, tułowia, ramienia, przedramienia, dłoni i palców, głowy, żuchwy, oka, warg, języka i gardła.
W korze mózgu poniżej pierwszorzędowej reprezentacji ruchu znajduje się pierwszorzędowe pole korowe hamujące ruchy po stronie kontralate-ralnej ciała - PNMA (primary negative motor area).
Dodatkowe pole korowe czuciowo-ruchowe - SSMA (supplementary sensorimotor area) - zostało umiejscowione u ludzi po przy środkowej stronie półkul mózgu, w korze mózgu części przyśrodkowej zakrętu czołowego górnego (gyrus frontalis superior), płacika okołośrodkowego (lobulus paracentralis), przedklinka (precuneus) i części zakrętu obręczy (gyrus cynguli). To dodatkowe pole czuciowo-ruchowe wyzwala ruchy ciała zintegrowane z impulsacją czuciową, szczególnie wzrokową, oraz impulsacją wysyłaną przez ośrodki motywacyjne. Ku przodowi od tego pola znajduje się dodatkowe pole korowe hamujące ruchy ciała - SNMA (supplementary negative motor area).

Droga impulsów dla ruchu

Neurony ruchowe nadrzędne wysyłają wypustki biegnące przez istotę białą półkul mózgu, torebkę wewnętrzną (capsula interna), konar mózgu (pedunculus cerebri) i drogi: korowo-mostową (tractus corticopontinus), korowo-opuszkową (tractus corticobulbaris) i korowo-rdzeniową boczną oraz przednią (tractus corticospinalis lateralis et anterior).
Włókna przewodzące eferentną impulsację z kory mózgu biegną w kolanie i odnodze tylnej torebki wewnętrznej. Najbardziej ku przodowi są położone włókna biegnące do jąder ruchowych III, IV, V, VI nerwów czaszkowych. Następnie znajdują się włókna korowo-jądrowe biegnące do jąder ruchowych VII, IX, X, XI i XII nerwów czaszkowych. Dalej ku tyłowi biegną włókna drogi korowo-rdzeniowej do jąder ruchowych w rogach przednich rdzenia kręgowego.
Włókna drogi korowo-jądrowej na odpowiednich poziomach krzyżują się, przechodząc na drugą stronę mózgowia. Włókna drogi korowo-rdzeniowej bocznej krzyżują się w piramidach (pyramis), a drogi korowo-rdzeniowej przedniej w obrębie rdzenia kręgowego.
Prędkość przewodzenia impulsów w drodze korowo-rdzeniowej wynosi od 60 do 70 m/s. Impulsy wysyłane przez I neuron ruchowy nadrzędny w zakręcie przedśrodkowym docierają bezpośrednio do II neuronów ruchowych podrzędnych w jądrach ruchowych mostu, rdzenia przedłużonego i rdzenia kręgowego. Część impulsów ma jednak do pokonania neurony pośredniczące pomiędzy I i II neuronem ruchowym. Przez drogi łączące neurony ruchowe I z II w czasie wykonywania ruchów przebiegają salwy impulsów nerwowych. W zależności od częstotliwości impulsów w salwie i częstotliwości występowania salw zachodzi torowanie drogi dla impulsów ruchowych w obrębie pnia mózgu i rdzenia kręgowego.
Droga korowo-rdzeniowa boczna utworzona jest z 80% włókien nerwowych biegnących z kory mózgu do rdzenia kręgowego, droga korowo-rdzeniowa przednia zaś tylko z 20% tych włókien. Droga korowo-rdzeniowa boczna jest drogą filogenetycznie młodszą i przewodzi impulsy nerwowe do II neuronów ruchowych podrzędnych unerwiających mięśnie dystalne kończyn. Dzięki impulsacji przewodzonej przez te drogi możliwe są precyzyjne ruchy kończyn, na przykład ruchy pisarskie.
Impulsy nerwowe przewodzone przez drogę korowo-rdzeniowa przednią napotykają na swej drodze neurony ruchowe pośredniczące w rogach przednich rdzenia kręgowego. Po przejściu impulsacji ruchowej przez te neurony zostają pobudzone II neurony ruchowe podrzędne unerwiające mięśnie tułowia i mięśnie proksymalne kończyn. Dzięki tym mięśniom utrzymywana jest postawa wyprostna ciała. Utrzymanie odpowiedniej pozycji i postawy ciała dzięki skurczom tych mięśni umożliwia wykonywanie precyzyjnych ruchów kończyn. Współdziałanie impulsacji biegnącej przez obie drogi korowo-rdzeniowe warunkuje płynne i precyzyjne ruchy dowolne (voluntary movement).

Czynność układu pozapiramidowego

Neurony kory mózgu wysyłają impulsy nerwowe do mięśni szkieletowych również drogą pośrednią, w czym biorą udział jądra podkorowe, Aksony neuronów kory mózgu biegną do jąder podkorowych, gdzie kończą się synapsami. Z kolei neurony jąder podkorowych wysyłają swoje aksony, które - z pominięciem dróg korowo-rdzeniowych - docierają do drugich neuronów ruchowych w jądrach ruchowych.
Do układu pozapiramidowego zalicza się następujące struktury podkorowe: jądro ogoniaste (nucleus caudatus), jądro soczewkowate (nucleus lentiformis) - składające się ze skorupy (putamen) i gałki bladej (globus pallidus) - jądro brzuszne przednio-boczne wzgórza (nucleus ventralis an-terolateralis thalami), jądro niskowzgórzowe (nucleus subthalamicus), istotę czarną (substantia nigra) i jądro czerwienne (nucleus ruber).

Zasadniczą funkcją układu pozapiramidowego jest współdziałanie w wyzwalaniu ruchów dowolnych i regulowanie napięcia mięśni szkieletowych. Funkcje te układ pozapiramidowy spełnia dzięki:
�ó zwrotnej projekcji dającej odrzut impulsów z jąder podkorowych z powrotem do kory mózgu,
�ó impulsacji bezpośredniej biegnącej poprzez drogi pozapiramidowe od jąder podkorowych do jąder ruchowych rdzenia kręgowego,
�ó impulsacji wysyłanej przez jądra podkorowe do jąder ruchowych rdzenia kręgowego za pośrednictwem neuronów tworu siatkowatego pnia mózgu i rdzenia kręgowego.
Zwrotna projekcja kierująca impulsy z powrotem do kory mózgu wiąże się z trzema drogami:
�ó impulsy z kory mózgu po przejściu przez jądro ogoniaste, skorupę, gałkę bladą i jądro brzuszne przednio-boczne wzgórza powracają do kory mózgu i zmieniają pobudliwość jej neuronów;
�ó impulsy z kory mózgu krążą pomiędzy jądrami mostu (nuclei pontis), korą móżdżku (cortex cerebelli), jądrem zębatym móżdżku (nucleus dentatus), jądrem brzusznym przednio-bocznym wzgórza i korą mózgu;
�ó łańcuch neuronów jest zamknięty w jądrach podkorowych, impulsy nie powracają do kory mózgu. Impulsy z kory mózgu biegną do jądra ogoniastego i stąd do istoty czarnej, która ponownie kieruje impulsy do jądra ogoniastego.

Jądro ogoniaste wysyła do istoty czarnej impulsy wywołujące zarówno pobudzenie za pośrednictwem neuronów peptydergicznych uwalniających na swych zakończeniach Substancję P, jak i hamowanie przy udziale neuronów GABA-ergicznych uwalniających na swych zakończeniach kwas gamma-aminomasłowy. Neurony istoty czarnej zwrotnie oddziałują hamująco na neurony jądra ogoniastego dzięki neuronom dopaminergicznym i dopaminie uwalnianej na zakończeniach tych neuronów w jądrze ogoniastym.

Czynność móżdżku

Móżdżek odbiera informacje wysyłane przez wszystkie receptory całego ciała, przetwarza je i gromadzi na ułamek sekundy, a następnie kontroluje układ ruchowy. Móżdżek pełni funkcję dystrybutora siły skurczów mięśni poprzecznie prążkowanych, umożliwiając poruszanie się człowieka, utrzymanie postawy wyprostnej i wykonywanie płynnych ruchów kończyn.
W korze móżdżku są reprezentowane wszystkie fl&dzaje receptorów, zarówno receptory błędników, proprioreceptory, eksteroreceptory, jak i telereceptory. Wykazano w niej dwie somatotopowe reprezentacje receptorów całego ciała. Pierwsza reprezentacja proprioreceptorów i ekstero-receptorów znajduje się w korze górnej powierzchni móżdżku, druga reprezentacja w korze dolnej powierzchni móżdżku. Obie reprezentacje odbierają impulsy z receptorów znajdujących się po tej samej stronie ciała. Pomiędzy pierwszą a drugą somatotopową reprezentacją występuje reprezentacja wzroku i słuchu.
Receptory błędnika są reprezentowane w korze móżdżku starego (archeocerebellum) po tej samej stronie ciała - ipsilateralnie - i po przeciwnej stronie ciała - kontralateralnie.
Impulsacja aferentna jest przewodzona do kory móżdżku przez:

�ó drogi szybko przewodzące, kończące się w postaci tzw. włókien kiciastych (mossy fiber),
�ó drogi przewodzące z opóźnieniem kilkunasto- i kilkudziesięciomilisekundowym, których zakończeniem są włókna pnące (climbing fiber).

Impulsacja przewodzona przez włókna kiciaste do kory móżdżku za pośrednictwem małych i dużych neuronów ziarnistych i neuronów koszyczko-watych jest przekazywana do neuronów groszkowatych (komórek Purkinjego). Neurony gruszkowate, mające duże, rozgałęzione dendryty, gromadzą informacje biegnącą do kory móżdżku. Ilość nagromadzonej informacji stale zmienia się pod wpływem hamującego oddziaływania neuronów gwiaździstych i koszyczkowatych na neurony gruszkowate. Pobudliwość neuronów groszkowatych jest stale modulowana przez impulsy aferentne biegnące z kory mózgu za pośrednictwem jąder przekaźnikowych mostu, z rdzenia kręgowego, z jąder przedsionkowych i z tworu siatkowatego rdzenia przedłużonego.
Włókna pnące stanowią drugi rodzaj zakończeń dróg aferentnych w korze móżdżku, przewodzą impulsy od jąder dolnych oliwki. W korze móżdżku włókna pnące otaczają dendryty neuronów groszkowatych, pokrywając je licznymi synapsami. Dzięki nim są utworzone monosynaptyczne połączenia pomiędzy włóknami pnącymi przewodzącymi aferentną impulsację do kory móżdżku i neuronami gruszkowatymi wraz z ich aksonami, które przewodzą eferentną impulsację od kory móżdżku. Impulsacja aferentna przewodzona z opóźnieniem przez włókna pnące wywiera silne, pobudzające działanie i wyzwala wyładowania neuronów gruszkowatych. Czynność zakończeń synaptycznych włókien pnących można porównać do działania zastawek, które nagle uwalniają nagromadzoną informacje w neuronach gruszkowatych.
W korze robaka móżdżku (vermis cerebelli) znajdują się neurony grusz-kowate odbierające impulsację wysyłaną przez receptory błędnika i przez siatkówkę. Impulsacja z siatkówki przekazywana jest przez włókna pnące z opóźnieniem kilkudziesięciu milisekund. Neurony gruszkowate, konwer-gujące impulsację biegnącą z błędnika z impulsacją pochodzącą z siatkówki, zapewniają odpowiednie rozłożenie napięcia mięśniowego, dzięki któremu możliwa jest stała obserwacja nieruchomego przedmiotu, mimo wykonywanego ruchu głowy.
Od kory móżdżku impulsy eferentne przewodzone są wyłącznie przez aksony neuronów gruszkowatych, które biegną do jąder móżdżku i do jąder przedsionkowych od kory móżdżku starego. Neurony gruszkowate kory móżdżku wysyłają swe aksony do czterech symetrycznych jąder móżdżku: jądra zębatego (nucleus dentatus), jądra wierzchu (nucleus fastigii), jądra kulkowatego (nucleus globosus) i jądra czopowatego (nucleus embolifor-mis). Na zakończeniach aksonów neuronów gruszkowatych uwalnia się transmitter hamujący, czyli hiperpolaryzujący błonę komórkową neuronów jąder móżdżku i jąder przedsionkowych. Neurony jąder móżdżku stale wysyłają eferentną impulsację pobudzającą do kory mózgu i rdzenia kręgowego. Impulsacja pobudzająca jest modulowana przez hamujące oddziaływanie kory móżdżku.
Impulsy eferentne z lewej półkuli móżdżku biegną do prawej półkuli mózgu i przeciwnie - z prawej półkuli móżdżku do lewej półkuli mózgu. Pola górnej powierzchni kory móżdżku, w której znajduje się pierwsza somatotopowa reprezentacja receptorów całego ciała, pozostają w łączności z kontralateralną pierwszorzędową reprezentacją ruchową w korze mózgu.
Aksony neuronów jąder móżdżku tworzą drogi aferentne biegnące przez konary móżdżku do jąder przekaźnikowych. Są to: położone kontralateral-nie: jądro brzuszno-boczne wzgórza, jądro czerwienne i jądro dolne oliwki, oraz położone ipsilateralnie jądro siatkowate boczne rdzenia przedłużonego. Aksony neuronów gruszkowatych kory móżdżku starego, stosunkowo nieliczne u człowieka, w większości biegną bezpośrednio do jąder przedsionkowych, zwrotnie je hamując.

Układ siatkowaty pnia mózgu

Układ siatkowaty pnia mózgu (brain stem reticular formation) jest pojęciem czynnościowym. Neurony tego układu przewodzą impulsy nerwowe w ośrodkowym układzie nerwowym poza swoistymi drogami czuciowymi i ruchowymi. Czynność tego układu warunkuje wzbudzenie (arousal) i uwagę (attention) oraz kontrolę czynności somatycznych i autonomicznych.
Do podłoża anatomicznego tego układu zalicza się skupienia komórek nerwowych występujących w tworze siatkowatym mostu, rdzenia przedłużonego i kręgowego, w tym jądra szwu (nuclei raphes) i jądro miejsca sinawego (nucleus loci cerulei), jądra siatkowate śródmózgowia, istotę szarą środkową śródmózgowia (substantia grisea centralis), jądro siatkowate wzgórza (nucleus reticulańs thalami), jądra śródblaszkowe wzgórza (nuclei intralaminares thalami) i jądro brzuszne przednio-boczne wzgórza (nucleus ventralis anterolateralis thalami).
Układ siatkowaty tworzą różnorodne neurony przekazujące pobudzenie lub hamowanie za pośrednictwem większości dotychczas poznanych transmitterów i modulatorów zarówno pobudzających, jak i hamujących. Neurony układu siatkowatego charakteryzują się tym, że ich aksony rozdzielają się na gałązki wstępujące i zstępujące o licznych rozgałęzieniach. Dzięki tym rozgałęzionym wypustkom układ siatkowaty przekazuje impulsy licznym komórkom nerwowym, położonym zarówno w wyższych, jak i w niższych piętrach ośrodkowego układu nerwowego.

Układ siatkowaty dzieli się na:
�ó zstępujący, w którym wyróżnia się część pobudzającą i hamującą,
�ó wstępujący, który wywiera wpływ pobudzający i hamujący (układ rekrutujący wzgórza).

Układ siatkowaty zstępujący

Układ siatkowaty zstępujący (descending reticular formation) kontroluje czynność odruchową rdzenia kręgowego, napięcie mięśni szkieletowych, czynność ośrodków kontrolujących krążenie i oddychanie.
W zależności od wpływu, jaki wywierają neurony układu siatkowatego zstępującego, dzieli się go na:
�ó część hamującą (reticular inhibitory area), zwalniającą lub blokującą czynność innych neuronów,
�ó część pobudzającą (reticular facilitatory area), torującą lub przyspieszającą czynność neuronów rdzenia przedłużonego i rdzenia kręgowego.

Układ siatkowaty wstępujący

Układ siatkowaty wstępujący kontroluje czynność neuronów jąder ruchowych mostu, jąder ruchowych mięśni gałek ocznych oraz przewodzi impulsy aferentne od różnych receptorów i tym samym stanowi dla nich drogę nieswoistą.
Układ siatkowaty wstępujący pobudzający - RAS (reticular activa-ting system) - przewodzi impulsy pobudzające do:
�ó wszystkich pól kory mózgu,
�ó ośrodków podkorowych kierujących zachowaniem, czyli ośrodków motywacyjnych,
�ó ośrodków kontrolujących układ autonomiczny i gruczoły dokrewne.

Na przedłużeniu tworu siatkowatego pnia mózgu znajdują się jądra wzgórza skupiające neurony o działaniu antagonistycznym w stosunku do neuronów układu siatkowatego wstępującego, pobudzającego. Jądra te tworzą układ rekrutujący (recruting system) synchronizujący czynność bioelektryczną kory mózgu, a tym samym zwalniający czynność bioelektryczną jej neuronów. Układ rekrutujący obejmuje jądra wzgórza: przyśrod-kowe (nuclei mediales thalami), środblaszkowe (nuclei intralaminares thalami), brzuszne przednio-boczne (nucleus ventralis anterolateralis thalami), przednio-przyśrodkowe (nucleus ventralis anteromedialis thalami) oraz siatkowate wzgórza (nucleus reticularis thalami).

Neurony uwalniające różnorodne transmittery i modulatory

Neurony cholinergiczne, syntetyzujące acetylocholinę (ACh) i uwalniające ją na swych zakończeniach, występują we wszystkich strukturach ośrodkowego układu nerwowego. Znajdują się w rdzeniu kręgowym, w korze mózgu, w hipokampie, w prążkowiu i w podwzgórzu. Na zakończeniach aksonów neuronów ruchowych, w obrębie synaps nerwowo-mięśniowych, uwalnia się ACh. Układ siatkowaty wstępujący pobudzający (RAS) tworzą również neurony cholinergiczne.
Neurony noradrenergiczne, ich aksony i zakończenia synaptyczne, znajdują się w pniu mózgu, w podwzgórzu, we wzgórzu, w korze móżdżku, w opuszkach węchowych, w hipokampie i w korze mózgu. Wykazano dwa skupienia neuronów noradrenergicznych, których aksony tworzą dwa wstępujące pęczki. W jądrze miejsca sinawego (nucleus loci cerulei), pod dnem IV komory mózgu, znajduje się skupienie ciał neuronów, których aksony tworzą pęczek grzbietowy noradrenergiczny (noradrenergic dorsal bundle). Aksony tego pęczka kierują się do kory mózgu i do hipokampa. Ciała neuronów, których aksony tworzą pęczek brzuszny noradrenergiczny (noradrenergic ventral bundle), skupione są w kilku okolicach pnia mózgu. Zakończenia aksonów pęczka brzusznego znajdują się w rdzeniu przedłużonym, w moście, w śródmózgowiu i w międzymózgowiu.
Neurony noradrenergiczne, których ciała znajdują się w jądrze grzbietowym nerwu błędnego i w jądrze samotnym, wysyłają swoje aksony do rdzenia kręgowego. Neurony adrenergiczne występujące w rdzeniu przedłużonym wysyłają wstępujące aksony do podwzgórza i zstępujące do rdzenia kręgowego. Transmisja noradrenergiczna i adrenergiczna działa pobudzająco na neurony w ośrodkach motywacyjnych w międzymózgowiu i na neurony peptydergiczne w podwzgórzu, hamując jednak w podwzgórzu neurony wazopresynoergiczne i oksytocynoergiczne, w korze móżdżku zaś neurony gruszkowate.
Ciała neuronów dopaminergicznych znajdują się w śródmózgowiu w jądrze międzykonarowym (nucleus interpeduncularis), w istocie czarnej (sub-stantia nigra) i w podwzgórzu. Aksony neuronów dopaminergicznych śród-mózgowia wstępują w znacznej przewadze do jąder kresomózgowia, kończąc się w prążkowiu, w guzkach węchowych, w jądrze wtrąconym (nucleus intercalatus) i w jądrze środkowym ciała migdałowatego (nucleus centralis corpońs amygdaloidei).
Neurony dopaminergiczne występujące w obrębie podwzgórza zawierają również neurotensynę (NT). Ich aksony biegną do:
�ó naczyń włosowatych sieci pierwotnej przysadkowych naczyń wrotnych. Dopamina uwolniona do krwi jest przenoszona do przedniego płata przysadki, działając hamująco na wydzielanie prolaktyny (PRL) przez komórki laktotropowe;
�ó części pośredniej przysadki, hamując wydzielanie hormonu melanotro-powego (MSH) przez komórki części pośredniej;
�ó tylnego płata przysadki, modulując uwalnianie wazopresyny (AVP) i oksytocyny (OXY) z aksonów neuronów wazopresynoergicznych i oksytocynoergicznych;
�ó neuronów peptydergicznych podwzgórza, wytwarzających podwzgórzo-we hormony, modulując ich wydzielanie.
Ciała neuronów serotoninergicznych w większości znajdują się w linii środkowej pnia mózgu, w jądrach szwu (nuclei raphe). Aksony tych neuronów wstępują do prążkowia, kory mózgu, kory móżdżku, ciała migdałowatego, wzgórza i podwzgórza, a zstępujące aksony biegną do rdzenia kręgowego.
W neuronach serotoninergicznych występuje również Substancja P. Działanie neuronów serotoninergicznych na inne neurony prawdopodobnie zależy od wzajemnego stosunku uwalnianych jednocześnie cząsteczek se-rotoniny i Substancji P. Neurony serotoninergiczne jąder szwu uczestniczą w procesach związanych z utrzymaniem stanu czuwania i stanu snu.
Sole kwasów glutaminowego i asparaginowego są głównymi transmit-terami w drogach czuciowych i ruchowych. Działają dwufazowo �" początkowo pobudzają błonę postsynaptyczną, a następnie działają hamująco.
Transmitterem hamującym, który uwolniony na synapsach hiperpolary-zuje błonę postsynaptyczną, jest kwas gamma-aminomasłowy (GABA). Jest on syntetyzowany z kwasu glutaminowego, jak również wychwytywany z płynu zewnątrzkomórkowego przez komórki nerwowe. Neurony zawierające GABA, czyli neurony GABA-ergiczne, znajdują się we wszystkich strukturach ośrodkowego układu nerwowego. Najwięcej występuje ich w korze mózgu, korze móżdżku, prążkowiu, gałce bladej, opuszce węchowej, we wzgórzu i w istocie szarej rdzenia kręgowego, szczególnie w rogach tylnych. Neurony gruszkowate kory móżdżku są to również neurony GABA-
�óergiczne i uwalniając GABA na zakończeniach swych aksonów, hamują czynność neuronów jąder przedsionkowych w moście. Aksony neuronów GABA-ergicznych prążkowia i gałki bladej biegną do istoty czarnej, hamując aktywność neuronów dopaminergicznych skupionych w tej strukturze.
Neurony GABA-ergiczne i glicynoergiczne, znajdujące się w istocie szarej rdzenia kręgowego, hamują przewodzenie aferentnych impulsów nerwowych przez neurony czuciowe w obrębie rogów tylnych rdzenia kręgowego oraz - uwalniane przez neurony pośredniczące - hamują neurony ruchowe w rogach przednich rdzenia kręgowego. Neurony pnia mózgu należące do układu siatkowatego hamującego są neuronami glicynoergicznymi.
W komórkach nerwowych występują jednocześnie dwa i więcej aktywnych biologicznie związków (coexistence of neuronal messengers), za pośrednictwem których przenoszona jest informacja. Są to neurony zawierające:
�ó transmitter i neuropeptyd,
�ó dwa transmittery,
�ó transmitter, neuropeptyd i adenozynotrifosforany (transmitter purynergiczny),
�ó dwa i więcej neuropeptydów,
�ó neuropeptyd i leukotrieny.

Większość modulatorów synaptycznych to neuropeptydy występujące w neuronach w podwzgórzu (patrz tab. 4, str. 76). Są one wydzielane na synapsach wraz z różnymi transmitterami, działając modulująco na błonę postsynaptyczną i presynaptyczną innych neuronów, lub są wydzielane do naczyń włosowatych sieci pierwotnej przysadkowych naczyń wrotnych, stanowiąc podwzgórzowe hormony (patrz tab. 10, str. 214).
Poza podwzgórzem znajdują się skupienia komórek peptydergicznych i pęczki aksonów peptydergicznych, w których występuje jeden lub jednocześnie kilka neuropeptydów. Mają one działanie modulujące, tj. wzmacniające lub tłumiące, w zależności od tego, z jakimi transmitterami i modulatorami występują jednocześnie w neuronach.
Grupa neuropeptydów opioidowych ma działanie tłumiące. Są to neuropeptydy takie, jak enkefalina metioninowa lub enkefalina leucynowa, zbudowane z pięciu aminokwasów, lub też neuropeptydy opioidowe o dłuższym łańcuchu aminokwasowym, w których w N-końcu łańcucha pepty-dowego występuje taka sama sekwencja aminokwasów jak w enkefalinie metioninowej (beta-endorfina) lub enkefalinie leucynowej (alpha-neoen-dorfina, beta-neoendorfina, dynorfina 1-8 i dynorfina 1-17).
Modulatory wychwytywane przez zakończenia aksonów mogą być wstecznie transportowane do ciał neuronów, wpływając na aktywność enzymów w perykarionie, lub po wniknięciu do jądra komórkowego mogą oddziaływać na syntezę matrycowego RNA i na potranskrypcyjną modyfikację mRNA.

Czuwanie i sen

U ludzi dorosłych występują cyklicznie w ciągu doby dwa podstawowe stany fizjologiczne, tj. czuwanie i sen. Około 2/3 doby przypada na czuwanie i około 1/3 na sen. Czuwanie (wakefulness) jest to stan aktywności układu somatycznego. Sen (sleep) natomiast jest przede wszystkim spoczynkiem dla tego układu. W czasie snu dochodzi również do zmian w czynności innych układów: sercowo-naczyniowego, oddechowego, trawiennego i gruczołów dokrewnych.
Występowanie w ciągu doby jednego okresu czuwania i jednego okresu snu wiąże się z dojrzewaniem mózgowia. Noworodek śpi około 16 godzin na dobę, budząc się w ciągu doby od kilku do kilkunastu razy. Wraz ze wzrostem organizmu i dojrzewaniem mózgowia czas snu skraca się, czas czuwania zaś wydłuża. Tworzą się dwie fazy aktywności układu somatycznego: faza snu i faza czuwania.
W procesie snu i czuwania uczestniczą substancje chemiczne, tak zwane czynniki snu (sleep factors), których jest ponad dwadzieścia, i kilka czynników czuwania (waking factors). Do czynników snu i czuwania zalicza się substancje chemiczne powstające zarówno w mózgowiu, jak i na obwodzie i wraz z krwią dopływające do mózgowia.
Do czynników snu należy melatonina wydzielana w ciemności z szyszynki do krwi (patrz str. 247) oraz kwas gamma-aminomasłowy (GABA), transmitter interneuronów hamujących, i interleukina l (IL-1) wytwarzana przez komórki glejowe w mózgowiu. W procesie zasypiania oddziaływanie czynników snu przeważa nad czynnikami czuwania, następuje tłumienie aferentnej impulsacji przewodzonej przez układ siatkowaty wstępujący pobudzający - RAS (reticular activating system) i człowiek zasypia. W czasie 7-8-godzinnego snu nocnego zostaje zme-tabolizowany nadmiar czynników snu w mózgowiu i poza nim - człowiek budzi się.
Wykazano zależności pomiędzy regulacją temperatury ciała i snem. We śnie temperatura ciała stopniowo obniża się o około 0,6°C, aby przed przebudzeniem wzrosnąć.
Czynność bioelektryczna mózgu charakterystyczna dla stanu czuwania zmienia się po zaśnięciu oraz w czasie trwania snu nocnego. Podczas snu nocnego czynność bioelektryczna mózgu zmienia się w sposób typowy. Pozwala to podzielić sen na fazy i stadia.
Czuwanie - W (wakefulness) - charakteryzuje się występowaniem w EEG fal alpha i beta u ludzi pozostających w spoczynku i z zamkniętymi powiekami. Sen (sleep) dzieli się na dwie fazy: na sen o wolnych ruchach gałek ocznych (non-rapid eye movement sleep - NREM) i na sen o szybkich ruchach gałek ocznych (rapid eye movement sleep - REM).

W czasie zasypiania, w pierwszym stadium snu o wolnych ruchach gałek ocznych (Ist stage NREM) zanikają fale alpha, pojawiają się fale o małej amplitudzie i częstotliwości od 6 do 7 Hz. Stadium l NREM nie przekracza 5% całego czasu przypadającego na sen nocny.
W drugim stadium snu o wolnych ruchach gałek ocznych (2nd stage NREM) amplituda fal nieco podwyższa się i od czasu do czasu pojawiają się skupienia ostrych fal o częstotliwości od 12 do 14 Hz i amplitudzie do
50 uV tworzące tzw. wrzeciona senne (sleep spindles), zwane również falami sigma, oraz zespoły fali ostrej z falą wolną, tzw. zespoły K. Stadium 2 NREM zajmuje łącznie ponad połowę, to jest 50-55%, czasu przypadającego na sen nocny.
W trzecim stadium snu o wolnych ruchach gałek ocznych (3rd stage NREM) występują fale o wyższej amplitudzie niż 75 uV i o częstotliwości poniżej 2 Hz. Fale te zajmują do 50% analizowanego elektroence-falogramu.
W czwartym stadium snu o wolnych ruchach gałek ocznych (4th stage NREM) fale o wyższej amplitudzie niż 75 (iV i o częstotliwości poniżej 2 Hz zajmują ponad 50% analizowanego elektroencefalogramu. Stadium 3 i 4 NREM, nazywane również snem delta, dominuje w pierwszych godzinach snu.
W czasie 8-godzinnego snu występuje kilka razy, zazwyczaj od 4 do 6, faza snu o szybkich ruchach gałek ocznych - faza REM. Każdorazowo faza REM trwa kilkanaście do kilkudziesięciu minut. Szybkim ruchom gałek ocznych towarzyszy zmniejszone napięcie mięśni szkieletowych, ruchy żuchwy i desynchronizacja czynności bioelektrycznej kory mózgu. Faza snu REM zajmuje łącznie 20-30% całkowitego czasu snu nocnego - TSR (total stage REM).

Na sen o wolnych ruchach gałek ocznych i synchronicznej czynności bioelektrycznej (NREM) przypada od 70 do 80% całkowitego czasu snu nocnego - TSN. W czasie tej fazy snu znacznie zmniejsza się aktywność bioelektryczna neuronów adrenergicznych, serotoninoergicznych i histami-noergicznych w obrębie pnia mózgu. Umożliwia to krążenie impulsów nerwowych pomiędzy wzgórzem a korą mózgu i warunkuje pojawienie się w EEG fal o małej częstotliwości - czyli snu wolnofalowego (słów wave sleep). Sen ten wiąże się z występowaniem jednego z czynników snu w płynie mózgowo-rdzeniowym wypełniającym komory mózgu - peptydu wywołującego sen delta (delta sleep inducing peptide).
Faza snu REM związana jest z aktywnością neuronów mostu. W czasie tej fazy snu, poza desynchronizacją czynności bioelektrycznej mózgu, stwierdzono największy przepływ krwi przez jego tętnice środkowe, przyspieszenie częstości skurczów serca i inne objawy wyzwalane za pośrednictwem autonomicznego układu nerwowego, choć aktywność neuronów adrenergicznych, serotoninoergicznych i histaminoergicznych jest całkowicie stłumiona.
Niezwykłość fazy REM spowodowała pojawienie się wielu hipotez, którymi próbowano objaśnić fizjologiczną rolę tej fazy snu. Od fazy REM miała zależeć konsolidacja pamięci, wybiórcze zapominanie, inteligencja i marzenia senne. Hipotezy nie zostały doświadczalnie potwierdzone. Na przykład człowiek obudzony zarówno w fazie REM, jak i NREM relacjonuje marzenia senne.

Ośrodki kierujące zachowaniem

Ośrodki motywacyjne

W organizmach zwierzęcych, a więc również w organizmie człowieka, w rozwoju filogenetycznym wykształciły się dwa podstawowe mechanizmy nerwowe kierujące ich aktywnością somatyczną. Są to:
�ó mechanizm unikania (avoidance system), który zabezpiecza organizm przed działaniem czynników lub bodźców szkodliwych,
�ó mechanizm konsumowania (approach system), który tak kieruje zachowaniem, aby potrzeby organizmu były zaspokojone.

Pojawienie się pobudki (motivation) prowadzi do zachwiania równowagi pomiędzy mechanizmem unikania i mechanizmem konsumowania. Pobudzenie odpowiedniego ośrodka wyzwala aktywność somatyczną, której wynikiem jest przywrócenie równowagi pomiędzy mechanizmem unikania i konsumowania.
Do ośrodków wyzwalających aktywność somatyczną zalicza się: ośrodek głodu (hunger center), ośrodek pragnienia (thirst center), ośrodek agresji (attack center), ośrodek ucieczki (fear center) oraz ośrodki rozrodczy i macierzyństwa (sexual and maternal behavior centers).
Ośrodki kierujące zachowaniem znajdują się w międzymózgowiu. Neurony należące do poszczególnych ośrodków są skupione lub rozsiane na większych obszarach, sąsiadujących z neuronami różnych ośrodków. Neurony te wykazują swoistą wrażliwość na zmiany w koncentracji niektórych składników krwi, np. glukozy, NaCl i hormonów.

Ośrodek pokarmowy

Ośrodek pokarmowy (feeding center) obejmuje dwa antagonistyczne ośrodki:
�ó ośrodek głodu (hunger center), znajdujący się w bocznej części podwzgórza,
�ó ośrodek sytości (satiety center), znajdujący się w jądrze brzuszno-przy-środkowym podwzgórza.
W skład ośrodka głodu i ośrodka sytości wchodzą neurony wrażliwe na zawartość glukozy we krwi, spełniające funkcję detektorów. Łaknienie zostaje pobudzone po zmniejszeniu się stężenia glukozy we krwi i po zwiększeniu stężenia insuliny we krwi obwodowej wydzielonej przez komórki B wysp trzustkowych. Peptydy opioidowe działają pobudzająco na ośrodek głodu. Zwiększenie stężenia cholecystokininy we krwi hamuje łaknienie.
Ośrodki pokarmowe w podwzgórzu kierują zachowaniem organizmu tak, aby było zaspokojone jego zapotrzebowanie na energię i inne związki niezbędne do życia, oraz kontrolują wydzielanie soku żołądkowego.

Ośrodek pragnienia

W części środkowej podwzgórza skupione są neurony ośrodka prag nienia wyzwalające aktywność ruchową związaną z poszukiwaniem i piciem wody. Ośrodek ten jest ściśle związany z ośrodkiem termoregulacji w przedniej części podwzgórza i z neuronami jądra nadwzrokowego (nucleus supmopticus hypothalami) syntetyzującymi wazopresynę. Wzrost temperatury krwi lub wzrost ciśnienia osmotycznego krwi prowadzi do wzmożonego pragnienia i picia wody.

Ośrodki agresji i ucieczki

W podwzgórzu znajdują się skupienia neuronów wyzwalające silne reakcje somatyczne związane z mechanizmem konsumowania, reprezentowanym przez ośrodek agresji, oraz mechanizmem unikania, reprezentowanym przez ośrodek ucieczki. Neurony, z których składają się te dwa ośrodki, nie mają ścisłego umiejscowienia, lecz są rozsiane prawie w całym podwzgórzu i w sąsiadujących z nim okolicach śródmózgowia i wzgórza.

Ośrodek rozrodczy i ośrodek macierzyństwa

Ośrodek rozrodczy kieruje aktywnością somatyczną organizmu związaną z zachowaniem gatunku. Czynność tego ośrodka jest odmienna u płci męskiej i żeńskiej. Różnicowanie się w kierunku ośrodka męskiego lub żeńskiego zachodzi u płodów ludzkich już w czasie życia wewnątrzmaciczne-go. Pod wpływem krążących we krwi androgenów wykształca się męski ośrodek rozrodczy.
Ośrodek męski po osiągnięciu dojrzałości płciowej przez organizm wyzwala, pod wpływem hormonów płciowych, męski popęd płciowy w kierunku płci żeńskiej i powoduje stałe pulsacyjne wydzielanie podwzgórzo-wego hormonu uwalniającego z części gruczołowej przysadki hormony gonadotropowe - GnRH (gonadotropin-releasing hormone).
Ośrodek żeński pod wpływem hormonów płciowych żeńskich wyzwala popęd płciowy w kierunku płci męskiej i wydziela stale pulsacyjnie oraz cyklicznie podwzgórzowy hormon uwalniający hormony gonadotropowe z przysadki (GnRH).

Układ limbiczny

Układ limbiczny, czyli rąbkowy (limbie system), obejmuje kilka struktur: hipokamp (hippocampus), ciało migdałowate (corpus amygdaloideum), przegrodę przezroczystą (septum pellucidum) oraz drogi je łączące: sklepienie (fomix], prążek krańcowy (stria terminalis) i inne. Do tego układu zalicza się również filogenetycznie najstarsze części kory mózgu: zakręt obręczy (gyrus cinguli) oraz sąsiadujące ze sobą pola wyspy (insula), płat skroniowy po stronie przyśrodkowej i zakręty oczodołowe (gyri orbitales).

Układ rąbkowy kontroluje ośrodki podwzgórza związane zarówno z aktywnością somatyczną, jak i autonomiczną oraz wewnątrzwydzielniczą.
Struktury należące do układu limbicznego mają połączenia z korą mózgu. Jądra ciała migdałowatego łączą się bezpośrednio z polami w korze mózgu swoistymi dla różnych rodzajów czucia oraz z polami kojarzeniowymi. Hipokamp ma pośrednie połączenia z korą mózgu bieguna przedniego płata skroniowego, z korą okołowęchową i z korą zakrętu parahipokampa. Dzięki tym połączeniom z korą mózgu oraz jądrami ciał suteczkowatych i przedniego wzgórza układ limbiczny uczestniczy w procesach uczenia się i zapamiętywania.

Uczenie się i zapamiętywanie

Jedną z podstawowych czynności ośrodkowego układu nerwowego jest przechowywanie śladów po odebranych bodźcach, czyli ich zapamiętywanie. Czynność ta zapewnia coraz lepsze utrzymywanie homeostazy organizmu, ponieważ umożliwia zmianę zachowania dzięki zdobytemu doświadczeniu. Jest to zdolność uczenia się (learning).
Bodźce odebrane przez receptory zostają w nich przetworzone na salwy impulsów nerwowych generowanych zgodnie ze wzorcem zależnym od bodźca. Salwy impulsów nerwowych poprzez drogi swoiste i nieswoiste przewodzone są do kory mózgu, do układu limbicznego i do innych struktur przodomózgowia. Pomiędzy neuronami w strukturach mózgowia zaczynają krążyć impulsy nerwowe, co warunkuje wystąpienie pamięci natychmiastowej (immediate memory). Przechowanie śladów po odebranym bodźcu, na krótki czas - kilkudziesięciu sekund do kilkudziesięciu minut, stanowi pamięć świeżą, czyli krótkotrwałą (short-term memory). W tym czasie impulsy nerwowe wywołane odebranym czuciem bodźca krążą pomiędzy korą mózgu a strukturami układu limbicznego.
Warunkiem trwałego zapamiętywania, czyli pamięci trwałej (long-term memory), jest konsolidacja pamięci (consolidation memory). Proces konsolidacji musi trwać dostatecznie długo, od kilku do kilkudziesięciu minut, tak aby mogły powstać trwałe zmiany w połączeniach pomiędzy neuronami w postaci nowych połączeń synaptycznych i mogło dojść do ekspresji określonych genów w jądrach komórkowych.
W czasie procesu konsolidacji następuje około 100-krotne zmniejszenie informacji zapamiętanej w stosunku do informacji w pełni percepowanej. U człowieka w ciągu doby, w czasie której 16 godzin przypada na czuwanie, percepowanych jest średnio 20 bitów informacji na sekundę, czyli około l x 1016 bitów informacji na dobę. Ta ilość informacji wprowadzona do pamięci świeżej jest około 100 razy większa od pojemności pamięci trwałej, która warunkowana jest liczbą komórek nerwowych i połączeń miedzy nimi.

Pamięć trwała

Czynności związane z pamięcią trwałą przebiegają w czterech fazach. Jest to zapamiętywanie bodźców, przechowywanie śladów pamięciowych, przypominanie śladów pamięciowych i rozpoznawanie nowych bodźców przez ich porównanie z poprzednio zapamiętanymi bodźcami.
Pamięć trwała dzieli się na pamięć proceduralną i opisową. Pamięć proceduralna (procedural memory) związana jest z uzyskiwaniem wprawy (skills) w wykonywaniu czynności ruchowych, ułatwianiem w ich wykonywaniu (priming), warunkowaniem (conditioning) i z innymi czynnościami związanymi z zapamiętywaniem.
Odruchy warunkowe
Odruchy warunkowe - CR (conditioned reflexes), czyli odruchy nabyte, powstają wtedy, kiedy bodziec obojętny wyprzedza działanie bodźca bezwarunkowego - US (unconditioned stimulus). Po jednym, kilku lub wielu powtórzeniach bodziec warunkowy zaczyna wyzwalać taką samą reakcję, jaka występuje w czasie działania bodźca bezwarunkowego.

Siła odruchu warunkowego jest proporcjonalna do siły bodźca warunkowego tylko w pewnych granicach. Po przekroczeniu tej granicy silniejszy bodziec warunkowy wyzwala słabszy odruch warunkowy.
W życiu osobniczym stale się tworzą nowe odruchy warunkowe, a poprzednio utworzone mogą zanikać. Nowy bodziec, działając po raz pierwszy jednocześnie z bodźcem warunkowym (CS), osłabia odruch warunkowy. Zjawisko to nosi nazwę hamowania zewnętrznego odruchów warunkowych (external inhibition).

Hamowanie wewnętrzne odruchów warunkowych

Hamowanie wewnętrzne odruchów warunkowych (internal inhibition) wiąże się z:
�ó wygasaniem odruchów (extinction) na skutek braku wzmocnienia bodźca warunkowego przez bodziec bezwarunkowy;
�ó hamowaniem warunkowym, kiedy bodziec warunkowy, występując jednocześnie z innym bodźcem, nie jest wzmocniony;
�ó hamowaniem opóźniającym, kiedy działanie bodźca bezwarunkowego znacznie się opóźnia w stosunku do bodźca warunkowego;
�ó hamowaniem różnicującym, kiedy dwa bodźce warunkowe różnią się nieznacznie od siebie. Tylko pierwszy z tych bodźców jest wzmacniany przez bodziec bezwarunkowy, a reakcja na drugi bodziec jest częściowo lub całkowicie zahamowana.
Różna szybkość tworzenia się i wygasania odruchów warunkowych stanowi według Pawłowa kryterium podziału układów nerwowych na cztery typy, czyli temperamenty:
�ó typ o słabych procesach nerwowych (melancholik),
�ó typ silny, niezrównoważony (choleryk),
�ó typ silny, zrównoważony, ruchliwy (sangwinik),
�ó typ silny, zrównoważony, powolny (flegmatyk).
Wytwarzanie się łuku odruchowego odruchu warunkowego jest uzależnione od odpowiedniej pobudliwości wielu ośrodków. Przede wszystkim zależy od:
�ó przewodzenia impulsów aferentnych przez drogi nieswoiste, czyli przez wstępujący układ siatkowaty (ascending reticular system),
�ó pobudliwości ośrodków motywacyjnych w międzymózgowiu i w układzie rąbkowym,
�ó kory mózgu.

Wyższa czynność nerwowa

Wyższa czynność nerwowa człowieka wiąże się z filogenetycznie najmłodszymi polami kory mózgu. Są to pola kojarzeniowe, czyli asocjacyjne, których wyróżnia się trzy:
�ó czołowa okolica kojarzeniowa (frontal association area) zajmuje najbardziej ku przodowi położoną część płata czołowego i okolicę oczodołową kory mózgu,
�ó skroniowa okolica kojarzeniowa (temporal association area) znajduje się w części przedniej płata skroniowego,
�ó potyliczno-skroniowo-ciemieniowa okolica kojarzeniowa (occipito-temporo-parietal association area) obejmuje pogranicze tych trzech płatów.
Czołowa okolica kojarzeniowa związana jest z funkcją zapamiętywania, abstrakcyjnym myśleniem, przewidywaniem, planowaniem postępowania oraz hamowaniem popędów i emocji. Skroniowa okolica kojarzeniowa, dzięki licznym połączeniom z hipokampem leżącym w głębi płata skroniowego, jest "magazynem" trwale zapamiętywanych wrażeń zmysłowych. W potyliczno-skroniowo-ciemieniowej okolicy kojarzeniowej znajduje się nadrzędny ośrodek mowy w dominującej półkuli mózgu.

Ośrodki mowy

W korze mózgu człowieka w dominującej półkuli (dominant hemi-sphere), lewej u znacznej większości ludzi, znajdują się:
�ó ośrodek ruchowy mowy Broca (Broca's speech center), związany z artykulacją dźwięków w postaci słów,
�ó ośrodek ruchów pisarskich ręki (ability to write area), koordynujący skurcze mięśni w czasie pisania,
�ó ośrodek słuchowy mowy (word deafness area), umożliwiający rozróżnienie słyszanych słów,
�ó ośrodek wzrokowy mowy (word blindness area), pozwalający rozpoznawać znaki pisarskie.

Ośrodki te są kontrolowane przez nadrzędny ośrodek mowy znajdujący się w dominującej półkuli mózgu w okolicy kojarzeniowej potyliczno-skro-niowo-ciemieniowej. Ośrodek nadrzędny połączony jest z innymi ośrodkami mowy za pośrednictwem poduszki wzgórza (pulvinarthalami).

Zespoły czynnościowe ośrodkowego układu nerwowego

Ośrodkowy układ nerwowy charakteryzuje się złożoną budową zarówno makroskopową, jak i mikroskopową. Podstawowe elementy czynnościowe, jakimi są komórki nerwowe, różnią się znacznie pod względem morfologicznym i funkcjonalnym. Ciała neuronów często znajdują się w jednej strukturze, zakończenia tych neuronów występują zaś w innej strukturze, nawet dość odległej. W obrębie jednej struktury sąsiadują ze sobą neurony pobudzające i hamujące, a więc uwalniające na swych synapsach przekaźniki chemiczne depolaryzujące lub hiperpolaryzujące postsynaptyczną błonę komórkową.
Liczne i różnorodne zależności występujące pomiędzy neuronami jednej struktury i neuronami pozostałych struktur ośrodkowego układu nerwowego znacznie utrudniają, a nawet uniemożliwiają, wybiórcze poznanie prawidłowej funkcji jednej struktury. Szczególne trudności występują w czasie prób umiejscowienia pamięci w określonych strukturach mózgowia.
Odstępując od zasady przypisywania każdej strukturze mózgowia określonej funkcji, można w oderwaniu od struktury przedstawić czynność ośrodkowego układu nerwowego w postaci zespołów czynnościowych. Takie postępowanie przyjęte jest powszechnie w technice. Schemat blokowy, np. komputera, pozwala znacznie szybciej zgłębić zasadę jego działania niż szczegółowy schemat połączeń pomiędzy wszystkimi jego elementami.
Wszystkie receptory w organizmie spełniają funkcję przetworników. W ich obrębie zachodzi zmiana bodźców ze środowiska zewnętrznego i wewnętrznego organizmu na salwy impulsów nerwowych. Ten sam bodziec działający w tych samych warunkach zostaje zamieniony w przetwornikach na taką samą salwę impulsów. Salwy impulsów różnią się między sobą nie tylko czasem trwania, lecz również przebiegiem narastania i zmniejszania się częstotliwości impulsów. Salwy impulsów nerwowych tworzą określone wzorce w każdym pojedynczym włóknie aferentnym, a więc w obrębie jednej jednostki czuciowej. Bodziec działający na liczne receptory zostaje jednocześnie przetworzony na określone wzorce impulsów w odpowiednio licznych jednostkach czuciowych.
Salwy impulsów nerwowych, stanowiące odwzorowanie bodźca, są przewodzone równolegle przez liczne jednostki czuciowe do ośrodkowego układu nerwowego i zostają tam poddane wstępnej analizie w pierwszym zespole czynnościowym. Analiza odwzorowanego bodźca przeprowadzona jest w sprzężeniu z drugim zespołem zawierającym zmagazynowane lub zapamiętane wzorce bodźców, które uprzednio - tj. w ciągu całego życia osobniczego - działały na receptory.
Z pamięci zostaje wywołany jeden wzorzec bodźca. W zespole komparatora zapamiętany wzorzec bodźca jest przyrównany do bodźca aktualnie działającego na receptory. Stąd impulsacja zostaje przekazana do zespołu sprawującego kontrolę reakcji orientacyjnej. Charakter tej reakcji, której pierwszym zadaniem jest przestrojenie przetworników w układzie ruchowym, zależy od znaczenia odbieranego bodźca.

Zespół rozrusznika aktywności somatycznej obejmuje szereg sprzężonych ze sobą ośrodków motywacyjnych, stanowiących mechanizm unikania i mechanizm konsumowania. Ten sam bodziec działający na receptory wyzwala określoną reakcje ruchową w zależności od wypadkowej pobudliwości ośrodków motywacyjnych. Przewaga jednego z mechanizmów motywacyjnych, tj. unikania lub konsumowania, determinuje określoną reakcję somatyczną. W czasie kiedy równowaga obu mechanizmów motywacyjnych jest zachowana, mimo działającego bodźca nie dochodzi do reakcji somatycznej. Ruch jest kontrolowany przez zespół koordynacji ruchów i wyzwalany bezpośrednio przez zespół kontroli ruchów ciała.
Wszystkie zespoły czynnościowe ośrodkowego układu nerwowego są utrzymywane w stanie gotowości dzięki układowi siatkowatemu wstępującemu pobudzającemu - RAS. Cały ośrodkowy układ nerwowy jest również stale zasilany za pośrednictwem krwi w tlen i w produkty energetyczne. Brak impulsacji z układu siatkowatego wstępującego pobudzającego, co występuje w czasie snu, blokuje odwracalnie czynność zespołów. Zatrzymanie krążenia krwi na pewien czas lub inne zaburzenia wewnątrzkomórkowej przemiany materii prowadzą do nieodwracalnego zaniku czynności niektórych lub wszystkich zespołów.


4 Kontrola środowiska wewnętrznego

Zachowanie równowagi homeostatycznej

Zmiany w środowisku zewnętrznym zakłócają równowagę pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a wewnętrznym organizmu, czyli równowagę homeostatyczną (homeostatic eąuilibrium). Ponowne osiągnięcie równowagi homeostatycznej wymaga zazwyczaj współdziałania wielu układów w organizmie. To najszerzej pojęte dążenie do przywrócenia równowagi homeostatycznej jest kontrolowane i regulowane zarówno przez ośrodki nerwowe i podporządkowany im układ nerwowy autonomiczny, jak i przez gruczoły dokrewne - na drodze humoralnej - oraz liczne komórki wydzielające przekaźniki chemiczne.
Ośrodki nerwowe znajdujące się na różnych piętrach ośrodkowego układu nerwowego odbierają informacje od receptorów całego ciała, przetwarzają je i programują odpowiedź adekwatną do zapotrzebowania. Czynności takie wykonywane są przede wszystkim przez ośrodki znajdujące się w podwzgórzu. Zaprogramowana w ośrodkach odpowiedź przekazywana jest do tkanek za pośrednictwem:
�ó układu nerwowego autonomicznego,
�ó gruczołów dokrewnych.

Równowaga homeostatyczną przywracana jest również dzięki informacjom w postaci przekaźników chemicznych, wydzielanych i przesyłanych na drodze humoralnej przez komórki wielu tkanek w organizmie. Przekaźniki chemiczne wytwarzane przez zaktywowane komórki krążą w płynach ustrojowych i - wiążąc się ze specyficznymi receptorami w innych, często odległych komórkach - przyspieszają lub zwalniają ich metabolizm. Biorą w tym udział często te same przekaźniki chemiczne, które uwalniane są z zakończeń synaptycznych neuronów, jako transmittery synaptyczne. Są one wydzielane również przez inne komórki, stanowiąc komunikację autokrynną, parakrynną i endokrynną (patrz str. 52).

W komunikacji pomiędzy komórkami przywracającej homeostazę uczestniczą nawet tak wyspecjalizowane komórki, jak kardiocyty mięśnia przedsionków serca. Zwiększenie objętości płynu zewnątrzkomórkowego (ECF), szczególnie tej jego części, którą stanowi osocze krwi, powoduje wydzielanie przedsionkowego peptydu natriuretycznego (ANP) przez kardiocyty mięśnia przedsionków. Peptyd ten - krążąc we krwi - działa na nerki, zwiększając filtrację kłębuszkową i wydalanie jonów sodu z moczem. Prowadzi to do zmniejszenia objętości płynu zewnątrzkomórkowego i przywraca równowagę homeostatyczną w zakresie przemiany wodno-elektrolitowej w organizmie.

Układ nerwowy autonomiczny

Układ nerwowy autonomiczny tworzą komórki nerwowe, które za pośrednictwem swoich wypustek przewodzą impulsy nerwowe do narządów wewnętrznych. Układ ten stanowi część eferentną trzewnych łuków odruchowych. Efektorem w łukach odruchowych autonomicznych są wszystkie inne komórki i tkanki organizmu poza komórkami mięśniowymi mięśni poprzecznie prążkowanych, szkieletowych, unerwionych przez układ nerwowy somatyczny.
Najprostszy łuk odruchowy autonomiczny ma co najmniej dwa neurony przewodzące eferentną impulsację. Ciała pierwszych neuronów - przed-zwojowych (preganglionic neurons), wysyłających impulsy do narządów wewnętrznych, znajdują się w obrębie ośrodkowego układu nerwowego, a ich wypustki tworzą włókna nerwowe przedzwojowe (preganglionic axons), kończące się synapsami na drugich neuronach - zwojowych (ganglionic neurons) w zwojach autonomicznych. Wypustki tych drugich neuronów, czyli zazwojowe aksony (postganglionic axons), tworzą włókna za-zwojowe kończące się synapsami na komórkach narządów wewnętrznych.
Układ autonomiczny (systema nervosum autonomicum) dzieli się zarówno pod względem anatomicznym, jak i czynnościowym na dwie części:
�ó część współczulną (pars sympathicd),
�ó część przywspółczulną (pars parasympathica).

Część współczulną układu autonomicznego

Pierwsze neurony współczulne znajdują się w istocie szarej rdzenia kręgowego w rogach bocznych (comu laterale) w części piersiowej i górnej lędźwiowej w segmentach od Thl do L3. Ich wypustki, czyli włókna przedzwojowe, opuszczają rdzeń kręgowy w korzeniach brzusznych (radices ventrales) i za pośrednictwem gałęzi łączących białych (rami communicantes albi) wchodzą do zwojów pnia współczulnego (ganglia trunci sympathici), gdzie kończą się synapsami na drugich neuronach współczulnych. Wypustki tych neuronów, czyli włókna zazwojowe, przez gałęzie łączące szare (rami communicantes grisei) powracają do nerwów rdzeniowych, wraz z którymi biegną do mięśni i skóry. Włókna te unerwiają mięśnie gładkie naczyń krwionośnych oraz gruczoły i komórki mięśni gładkich skóry. Część wypustek pierwszych neuronów współczulnych nie kończy się synapsami w zwojach pnia współczulnego, lecz biegnie dalej:
�ó w części szyjnej do zwoju szyjno-piersiowego, czyli gwiaździstego (ganglion cervicothoracicum sive stellatum), do zwoju szyjnego środkowego (ganglion cervicale medium) i do zwoju szyjnego górnego (ganglion cervicale superius);
�ó w części piersiowej i brzusznej do zwoju trzewnego (ganglion splanchnicum), do zwoju krezkowego górnego (ganglion mesentericum superius) i do zwoju krezkowego dolnego (ganglion mesentericum inferius).

Neurony w zwojach współczulnych w części szyjnej, piersiowej i brzusznej wysyłają wypustki w postaci włókien zazwojowych do wszystkich tkanek i narządów głowy, szyi, klatki piersiowej, jamy brzusznej, włącznie z narządami miednicy mniejszej i narządami płciowymi.
Niewielka liczba wypustek pierwszych neuronów współczulnych (włókna przedzwojowe) nie kończy się synapsami w zwojach współczulnych, lecz bezpośrednio unerwia naczynia krwionośne w mięśniach szkieletowych oraz rdzeń nadnerczy (medulla glandulae suprarenalis).
Na zakończeniach włókien przedzwojowych, czyli włókien nerwowych typu B, wydziela się acetylocholina, a na zakończeniach włókien zazwojowych, czyli włókien typu Cs, uwalnia się inny transmitter - noradrenalina.

Transmitter noradrenergiczny

Noradrenalina (NA), uwalniająca się na zakończeniach włókien współczulnych zazwojowych, częściowo jest syntetyzowana w zakończeniach tych włókien i częściowo wychwytywana z krwi krążącej. Na zakończeniach włókien typu Cs jest magazynowana w pęcherzykach synaptycznych noradrenergicznych, związana z adenozynotrifosforanami (ATP) i z białkami - chromograninami.

Noradrenalina w obrębie synaps i poza synapsami jest syntetyzowana z aminokwasu L-tyrozyny przekształconego w wątrobie z innego aminokwasu - fenyloalaniny. Z tyrozyny powstaje DOPA (L-3,4-dihydroksyfenyloalanina), która przekształca się w dopaminę, a ta zamienia się w L-noradrenalinę.
Noradrenalina uwolniona z zakończeń do płynu międzykomórkowego dyfunduje i dostaje się do krwi. W czasie dyfuzji i przechodzenia do naczyń włosowatych NA jest częściowo rozkładana przez tlenową metylotransferazę katecholową - COMT (catechol-O-methyltransferase) - na nieaktywną 3-metoksynoradrenalinę. Noradrenalina powracająca do zakończeń nerwowych podlega tam działaniu oksydazy monoaminowej - MAO (monoamine oxidase), znajdującej się w mitochondriach, i jest zamieniana na kwas 3-metoksy-4-hydroksymigdałowy - YMA (vanilmandelic acid), przechodzący następnie do krwi.
Ostateczny wynik działania noradrenaliny na komórki narządów wewnętrznych, a szczególnie na komórki mięśniowe gładkie, zależy od stosunku ilościowego w błonie komórkowej receptorów wrażliwych na NA.

Receptory adrenergiczne

W błonie komórkowej komórek narządów wewnętrznych występują receptory adrenergiczne: alpha (alfa1, alfa2) i beta (beta1, beta2). Receptory alpha są najbardziej wrażliwe na cząsteczki noradrenaliny, a receptory beta najsilniej reagują pod wpływem izopropylonoradrenaliny (Isoproterenol).
Receptory adrenergiczne są to białka o długich łańcuchach polipeptydowych przeplatających się siedem razy przez błonę komórkową. Pętle cyto-plazmatyczne tych białek receptorowych łączą się z białkami G. Związanie się noradrenaliny z receptorem alpha j-adrenergicznym wywołuje w komórce zwiększenie stężenia inozytolotrifosforanu (IP3) i diacyloglicerolu (DAG) oraz hamowanie odkomórkowego prądu jonów potasu. Działanie noradrenaliny poprzez receptor alpha2-adrenergiczny wiąże się z hamowaniem tworzenia się w komórce cyklicznego adenozyno-monofosforanu (cAMP) i jednoczesnym otwieraniem kanałów dla odkomórkowego prądu jonów potasu i zamykaniem kanałów dla dokomórkowe-go prądu jonów wapnia.
Działanie noradrenaliny przez receptory adrenergiczne betaj i beta2 wiąże się z aktywacją cyklazy adenylanowej w błonie komórkowej i zwiększeniem w komórkach stężenia cAMP, czyli ma działanie metabotropowe.
Istnieje liczna grupa preparatów farmakologicznych wybiórczo blokujących receptory alpha- lub beta-adrenergiczne. Dzięki temu można na drodze farmakologicznej uzyskiwać przewagę procesów związanych z pobudzeniem jednego rodzaju receptorów adrenergicznych. Blokerem receptorów alpha-adrenergicznych jest fenoksybenzamina, a blokerem receptorów beta-adrenergicznych propranolol.
Większość neuronów noradrenergicznych, zwojowych, zawiera neuro-peptyd Y (NPY). Mniejszość neuronów adrenergicznych zawiera somato-statyne (SRIF) i enkefaliny (Enk-Leu i Enk-Met). Neuropeptydy te uwolnione wraz z noradrenaliną działają modulujące na przewodnictwo noradre-nergiczne.

Przewodzenie w zwojach współczulnych

Acetylocholina uwolniona na zakończeniach neuronów przedzwojowych działa jednocześnie na receptory nikotynowe i receptory muskaryno-we w błonie komórkowej neuronów zwojowych. Wiązanie się acetylocholi-ny z receptorem nikotynowym wywołuje skutek podobny do działania nikotyny. Neuron zwojowy szybko się pobudza i równie szybko pobudzenie to ustępuje. Związki antagonistyczne w stosunku do nikotyny, np. heksa-metonium, blokują receptory nikotynowe.
Pobudzenie neuronu zwojowego za pośrednictwem receptora muskarynowego jest podobne do działania muskaryny i może zostać zablokowane przez atropinę. Impulsy nerwowe przekazywane przy udziale receptora muskarynowego wolno pobudzają neuron zwojowy, ale jego pobudzenie trwa dłużej w porównaniu z pobudzeniem wywołanym za pośrednictwem receptora nikotynowego.
W zwojach współczulnych występują również neurony pośredniczące. Cząsteczki acetylocholiny uwalniane z zakończeń neuronów przedzwojowych pobudzają neurony pośredniczące, które z kolei oddziałują hamująco na neurony zwojowe. Na synapsach neuronów pośredniczących wydzielana jest dopamina, która hiperpolaryzuje błonę komórkową neuronów zwojowych i zmniejsza ich pobudliwość, działając poprzez receptor dopaminer-giczny D2. Haloperydol jest lekiem blokującym receptory dopaminergicz-ne i przewodzenie przez neurony pośredniczące w zwojach współczulnych.
Przewodzenie impulsów nerwowych przez zwoje współczulne jest procesem złożonym. Acetylocholina działa bezpośrednio na neurony zwojowe - pobudzająco i przy udziale neuronów pośredniczących - hamująco. Ostateczny wynik zależy od wzajemnych stosunków między receptorami nikotynowymi i muskarynowymi, za których pośrednictwem neuron zwojowy jest pobudzany, a receptorem dopaminergicznym - hamującym, na który działa dopamina uwalniana przez neuron pośredniczący.

Część przywspółczulna układu autonomicznego

Pierwsze neurony przywspółczulne ośrodkowe skupione są w:
�ó części przywspółczulnej jąder nerwów czaszkowych: okoruchowego -n. III, twarzowego - n. VII, językowo-gardłowego - n. IX i błędnego - n. X,
�ó części krzyżowej rogów bocznych rdzenia kręgowego w segmentach S2-S4.
Wypustki tych neuronów, jako wtókna przedzwojowe typu B, biegną w nerwach czaszkowych: okoruchowym - n. III, twarzowym - n. VII, jezykowo-gardłowym - n. IX i błędnym - n. X oraz tworzą nerwy trzewne miedniczne (nervi splanchnici pelvini) po wyjściu z części krzyżowej rdzenia kręgowego S2-S4.
Około 90% włókien nerwowych przywspółczulnych biegnie w nerwie błędnym. Nerw ten przewodzi do większości narządów wewnętrznych impulsy odgrywające zasadniczą rolę w układzie przywspółczulnym.
Przywspółczulne włókna przedzwojowe biegną do narządów wewnętrznych i w ich obrębie kończą się synapsami na drugich neuronach przywspółczulnych zwojowych. Neurony te rozsiane są w ścianach narządów wewnętrznych, a ich aksony rozgałęziają się w niewielkiej odległości od ciała neuronu, kończąc się na komórkach: gruczołowych, mięśni gładkich, mięśnia sercowego oraz na innych. Komórki zwojowe przywspółczulne unerwiają tkanki, w których same się znajdują, mają krótkie aksony i nie mają długich włókien zazwojowych, takich jak neurony zazwojowe układu współczulnego.
Na zakończeniach zarówno neuronów przywspółczulnych przedzwojo-wych, jak i zazwojowych wydziela się acetylocholina.

Transmitter cholinergiczny

Acetylocholina (ACh) syntetyzowana jest w zakończeniach nerwowych przy udziale enzymu - acetylotransferazy cholinowej, która przenosi grupę acetylową z acetylokoenzymu A (acetyl-CoA) na cholinę.
Magazynowana jest w pęcherzykach synaptycznych w obrębie zakończeń synaptycznych. Impuls nerwowy uwalnia z zakończeń pewną liczbę cząsteczek acetylocholiny, która działa na receptory cholinergiczne w błonie komórkowej narządów wewnętrznych. Acetylocholina wiąże się z tzw. receptorem muskarynowym i nikotynowym.

Receptory cholinergiczne

Receptory nikotynowe występują w błonie komórkowej komórek narządów wewnętrznych, w błonie postsynaptycznej w mięśniach poprzecznie prążkowanych i w neuronach w ośrodkowym układzie nerwowym. Białko stanowiące receptor nikotynowy zbudowane jest z pięciu podjednostek, z których każda przechodzi przez całą grubość błony komórkowej. Pięć podjednostek tworzy w błonie komórkowej kanał o średnicy około 0,5 nm w stanie spoczynku. Związanie się acetylocholiny z dwiema takimi samymi podjednostkami powoduje zmianę konformacji białka i średnica kanału poszerza się. Przez ten kanał napływają do komórki jony sodu i powodują jej aktywację.
Wyróżnia się pięć typów receptorów muskarynowych: Mj, M2, M3, M4 i M5. Związanie się acetylocholiny z receptorem MŁ, M4 lub M5 powoduje uwalnianie się z wewnętrznej powierzchni błony komórkowej do cytopla-zmy inozytolotrifosforanu (IP3) i diacyloglicerolu (DAG). Po związaniu się acetylocholiny z receptorami M2 lub M3 następuje inaktywacja cyklazy adenyłanowej w błonie komórkowej i zmniejsza się stężenie cyklicznego adenozynomonofosforanu (cAMP) w komórkach. Dodatkowo następuje zamykanie kanałów dla dokomórkowego prądu jonów wapnia.
Różne typy receptorów cholinergicznych występują w błonie komórkowej różnych tkanek i narządów. Duża gęstość receptorów cholinergicznych typu M2 występuje w błonie komórkowej komórek mięśnia sercowego, a typu M4 w komórkach zewnątrz- i wewnątrzwydzielniczych trzustki. Preparaty farmakologiczne wybiórczo blokują jeden z receptorów, np. atropina blokuje receptor muskarynowy, heksametonium zaś receptor nikotynowy.
Acetylocholina uwolniona w synapsach jest rozkładana przez swoistą esterazę cholinową (specific cholinesterasę), a cząsteczki ACh dyfundujące poza synapsy i dostające się do krwi są rozkładane przez nieswoistą esterazę cholinową (pseudocholinesterase, nonspecific cholinesterase).
W neuronach cholinergicznych zwojowych występuje wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP), działający jako modulator. Neurony cholinergiczne zwojowe zawierają po kilka neuropeptydów jednocześnie. W neuronach splotu błony mięśniowej jelita (plexus myenteńcus) koegzystują neuro-peptydy: wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP), cholecystokinina okta-peptyd (CCK-8), dynorfiny (Dyn 1-8 i Dyn 1-17) i enkefaliny (Enk-Met i Enk-Leu). Poza tymi modulatorami w innych cholinergicznych neuronach zwojowych stwierdzono występowanie: tachykinin (Substancji P i K), pep-tydu uwalniającego gastrynę (GRP), somatostatyny (SRIF), neuropeptydu Y (NPY), galaniny, peptydu ] pochodnego od genu kalcytoninowego (CGRP) i neurotensyny.

Działanie na efektory impulsacji współczulnej i przywspółczulnej

W obrębie komórek efektorów występuje stałe współzawodnictwo pomiędzy impulsacją przywspółczulną, czyli cholinergiczną, a współczulną, czyli adrenergiczną. Impulsacją współczulną pobudza lub hamuje aktywność komórek efektorowych w zależności od przewagi receptorów alpha lub beta w ich Wonie komórkowej. Impulsacja przywspółczulna ma zawsze działanie przeciwne.
Na procesy przebiegające w komórkach efektorowych układy cholinergiczny i noradrenergiczny wywierają swój wpływ za pośrednictwem wewnątrzkomórkowych przenośników informacji, którymi są cykliczny guanozynomonofosforan (cGMP) i cykliczny adenozynomonofosforan (cAMP). Zwiększenie zawartości w komórce pierwszego związku - cGMP hamuje tworzenie się drugiego związku - cAMP i odwrotnie. Współzawodnictwo w komórkach efektorowych pomiędzy cGMP a cAMP warunkuje ostateczny wynik współzawodnictwa pomiędzy układem cholinergicz-nym a adrenergicznym. Działanie układu współczulnego i przywspółczul-nego na poszczególne narządy przedstawiono w tabeli 9.
Transmittery układu autonomicznego wpływają na metabolizm wewnątrzkomórkowy. Pod wpływem noradrenaliny w komórkach wątrobowych zachodzi glikoliza i uwalnianie cząsteczek glukozy do krwi. W komórkach tkanki tłuszczowej następuje hydroliza triacylogliceroli i przechodzenie do krwi wolnych kwasów tłuszczowych (FFA).
Z zakończeń nerwowych adrenergicznych i cholinergicznych wraz z transmitterami i modulatorami uwalniany jest adenozynotrifosforan (ATP). Działa on na błonę presynaptyczną neuronów noradrenergicznych poprzez receptor purynergiczny P1 i P2 i wraz z jonami Ca2+ nasila uwalnianie transmittera - noradrenaliny. Na zakończenia presynaptyczne neuronów cholinergicznych również działa ATP za pośrednictwem receptorów pury-nergicznych P1 i P2, potęgując działanie acetylocholiny.

Prostaglandyny uwalniane z Won komórkowych modulują transmisje adrenergiczną i cholinergiczną w neuronach zwojowych. Prostaglandyny z grupy PGF hamują uwalnianie noradrenaliny, nasilają zaś przewodnictwo cholinergiczne. Przeciwne działanie mają prostaglandyny z grupy PGE nasilające przewodnictwo noradrenergiczne i hamujące przewodnictwo cholinergiczne.
Czynność gruczołów dokrewnych

Kontrola humoralna w organizmie wiąże się z przenoszeniem informacji zakodowanych w postaci przekaźników chemicznych, do których należą hormony.
Wspólną cechą wszystkich hormonów jest to, że wytworzone w jednym narządzie, tkance lub komórce są przenoszone przez płyny ustrojowe i oddziałują na czynność innych narządów, tkanek i komórek.
Przekaźniki chemiczne wydzielane do płynów ustrojowych powstają w:
�ó wyspecjalizowanych narządach - gruczołach dokrewnych (hormony gruczołów dokrewnych),
�ó komórkach rozsianego układu wydzielania wewnętrznego (hormony tkankowe),
�ó komórkach o innej wyspecjalizowanej funkcji (hormony o działaniu ogólnym lub miejscowym).
Hormony o działaniu miejscowym oddziałują na sąsiednie komórki (pa-racrine communication) poprzez płyn zewnątrzkomórkowy, ale niektóre z tych hormonów mogą być również przenoszone przez krew, wywierając wpływ na inne odległe narządy i tkanki.
Hormony wytwarzane przez gruczoły dokrewne dzieli się w zależności od miejsca powstawania oraz budowy chemicznej ich cząsteczki. Hormony wytwarzane w organizmie człowieka podzielone zostały na trzy grupy:
(1) Zbudowane z aminokwasów lub związków pochodnych.
(2) Pochodne cholesterolu.
(3) Pochodne hormonów gruczołu tarczowego.

Pierwsza grupa - związki pochodne aminokwasów - powstaje w komórkach:
�ó podwzgórza,
�ó części gruczołowej przysadki,
�ó części pośredniej przysadki,
�ó szyszynki (melatonina),
�ó gruczołów przytarczycznych (parathormon - PTH),
�ó wysp trzustkowych (Langerhansa) (insulina, glukagon, somatostatyna ->_ SRIF, gastryna i trzustkowy polipeptyd), f _
�ó rdzenia nadnerczy (adrenalina, noradrenalina i enkefaliny).

Druga grupa - hormony steroidowe pochodne cholesterolu - powstaje w:
�ó korze nadnerczy (glikokortykoidy), mineralokortykoidy i androgeny,
�ó jądrach, w komórkach śródmiąższowych (Leydiga) (testosteron),
�ó jajnikach, w komórkach pęcherzyków jajnikowych (Graafa) (estrogeny),
�ó jajnikach, w komórkach ciałka żółtego (progesteron).
Trzecia grupa - pochodne hormonów gruczołu tarczowego - obejmuje trijodotyroninę, tyroksynę i kalcytoninę.
W czasie ciąży łożysko wytwarza również hormony należące do pierwszej i do drugiej grupy.
Hormony zbudowane z aminokwasów ł związków pochodnych, przede wszystkim hormony peptydowe i białkowe, mają inny mechanizm działania na komórki narządów docelowych w porównaniu z mechanizmem działania hormonów steroidowych. Hormony peptydowe i białkowe wiążą się z receptorem w Wonie komórkowej komórek docelowych, zmieniają metabolizm wewnątrzkomórkowy, w tym również aktywność enzymów. W wyniku tego dochodzi do zmian w procesie syntezy związków wytwarzanych przez komórki docelowe.
Hormony steroidowe natomiast wnikają przez błonę komórkową do wnętrza komórek docelowych i w połączeniu z receptorem cytoplazma-tycznym wpływają na transkrypcje cząsteczek mRNA w jądrze komórkowym. Wywołuje to zmianę w syntezie białek strukturalnych, enzymatycznych i wydzielanych przez komórki na zewnątrz.

Hormony podwzgórzowe

W podwzgórzu w jądrze przykomorowym (nucleus pamventricularis) i w jądrze nadwzrokowym (nucleus supmopticus) są u człowieka syntetyzowane dwa pre-pro-hormony: pre-pro-wazopresyno-neurofizyna druga (pre-pro-AVP-NP II) i pre-pro-oksytocyno-neurofizyna pierwsza (pre--pro-OXY-NP I). Cząsteczki pre-pro-hormonów upakowane w perykario-nie do pęcherzyków neurosekrecyjnych (neurosecretory vesicle), zwanych również ziarnistościami neurosekrecyjnymi, przesuwane są wewnątrz akso-nów do tylnego płata przysadki. W czasie transportu aksonalnego zachodzi w pęcherzykach potranslacyjna modyfikacja pre-pro-hormonów, w wyniku czego w zakończeniach aksonów w pęcherzykach neurosekrecyjnych znajdują się oddzielne cząsteczki neurohormonów wazopresyny argininowej i neurofizyny II w neuronach wazopresynoergicznych oraz oksytocyny i neurofizyny I w neuronach oksytocynoergicznych.
Uwalnianie neurohormonów - wazopresyny i oksytocyny - z części nerwowej przysadki do krwi polega na egzocytozie pęcherzyków neurosekrecyjnych z zakończeń aksonów w czasie depolaryzacji ich błony komórkowej. W procesie tym współdziałają jony wapnia.

Wazopresyna

Wazopresyna argininowa - AVP (arginine yasopressin) - występująca u człowieka jest cyklicznym dziewięciopeptydem o masie cząsteczkowej 1084.
Rozerwanie pierścienia peptydowego w wazopresynie, które najłatwiej zachodzi między l i 6 aminokwasem dzięki przerwaniu wiązania dwusiarczkowego, powoduje utratę właściwości fizjologicznych. Wydzielona do krwi wazopresyna jest dość szybko inaktywowana, czas jej połowicznego rozpadu (T1/2) wynosi 18 minut.
Wazopresyna kurczy mięśnie naczyń krwionośnych i zwiększa resorpcję zwrotną wody w nerkach. W związku z tym jest również nazywana hormonem antydiuretycznym - ADH (antidiuretic hormone). Za pośrednictwem receptora V2 i dzięki przyspieszonej syntezie cyklicznego ade-nozynomonofosforanu (cAMP) w komórkach kanalików nerkowych zwiększa się resorpcja zwrotna wody w częściach dalszych kanalików nerkowych i w kanalikach zbiorczych.

Wzrost ciśnienia osmotycznego krwi pobudza osmodetektory znajdujące się w okolicy jądra nadwzrokowego podwzgórza. Powoduje to uwalnianie niewielkich ilości wazopresyny z części nerwowej przysadki do krwi i zahamowanie utraty wody przez organizm. Jednocześnie zostaje pobudzony ośrodek pragnienia w podwzgórzu, który kieruje aktywnością somatyczną człowieka prowadzącą do wypicia wody, a tym samym do obniżenia ciśnienia osmotycznego krwi.
W warunkach fizjologicznych impulsacja z receptorów objętościowych i baroreceptorów układu sercowo-naczyniowego stale hamuje uwalnianie wazopresyny do krwi.
Obniżenie ciśnienia tętniczego na skutek utraty krwi wywołuje natomiast wydzielanie do krwi znacznych ilości wazopresyny. Wydzielanie wazopresyny w czasie obniżonego ciśnienia tętniczego zachodzi na skutek braku impulsacji aferentnej z baroreceptorów zatok tętnic szyjnych i łuku aorty oraz zwiększenia zawartości we krwi angiotensyny II. W tych warunkach wazopresyna wydzielana do krwi kurczy mięśnie gładkie naczyń krwionośnych, działając za pośrednictwem receptora V1A. Tym samym zwiększa całkowity opór naczyń obwodowych, podwyższa ciśnienie tętnicze i poprawia warunki krążenia krwi.
Mniejsza część aksonów neuronów wazopresynoergicznych biegnie z jądra nadwzrokowego, jądra przykomorowego i jądra ponad skrzyżowaniem wzrokowym nie do tylnego płata przysadki, lecz do kory mózgu, wzgórza, układu limbicznego, śródmózgowia, rdzenia przedłużonego i rdzenia kręgowego. Neurony te uczestniczą w procesach związanych z konsolidacją pamięci i z modulacją pobudliwości ośrodków regulujących układ sercowo-naczyniowy.
W neuronach wazopresynoergicznych występują również transmittery noradrenalina i dopamina oraz neuropeptydy: pochodne pre-pro-enkefaliny B (enkefalina leucynowa, alpha- i beta-neoendorfina, dynorfiny 1-8 i 1-17), kortykoliberyna, angiotensyna II i galanina.

Oksytocyna

Oksytocyna - OXY (oxytocin) - jest cyklicznym dziewięciopeptydem o masie cząsteczkowej 1007. Wydzielana jest do krwi z części nerwowej przysadki na drodze odruchowej. Podrażnienie receptorów brodawki sutka (papilla mammae) wywołuje wydzielanie oksytocyny, która kurczy mięśnie przewodów mlecznych (ductus lactiferi) sutka i wydala mleko w nich nagromadzone.
Podrażnienie receptorów w szyjce macicy (cervix uteri) i w pochwie (va-gina) również powoduje wydzielanie oksytocyny na drodze odruchowej. Występuje to w czasie porodu i w czasie aktu płciowego. Rozciągnięcie szyjki macicy w czasie akcji porodowej na drodze odruchowej powoduje wydzielanie dużych ilości oksytocyny, która z kolei, działając na błonę mięśniową macicy, wywołuje jej skurcze i postęp akcji porodowej.
W czasie aktu płciowego błona mięśniowa macicy (uterus) i jajowodu (tuba uteńnd) kurczy się pod wpływem oksytocyny wydzielanej na drodze odruchowej i przyspiesza transport spermatocytów przez jamę macicy (cavum uteri) i jajowód do bańki jajowodu (ampulla tubae uterinae), gdzie następuje zapłodnienie jaja.
Hormony jajnika zmieniają pobudliwość błony mięśniowej macicy na działanie oksytocyny. Estrogeny zwiększają pobudliwość macicy, zwiększając jednocześnie umiarkowanie ujemny potencjał wewnątrz komórek mięśnia macicy, który osiąga od �"35 do �"45 mV. Progesteron zmniejsza pobudliwość macicy, tak że pod wpływem oksytocyny macica nie kurczy się. Zmniejszenie pobudliwości wiąże się ze znacznym wzrostem ujemnego potencjału wewnątrzkomórkowego do �"60 mV, czyli z hiperpolaryzacją błony komórkowej komórek mięśniowych.
W czasie ciąży, a zwłaszcza w czasie porodu, zwiększa się we krwi kobiet zawartość oksytocynazy - enzymu rozkładającego oksytocynę. Porcje oksytocyny wydzielone do krwi na drodze odruchowej wywołują skurcz macicy i zostają szybko rozkładane przez oksytocynazę. Wydzielanie kolejnych porcji oksytocyny co kilka lub kilkanaście minut trwa w ciągu całego porodu.

W neuronach oksytocynoergicznych koegzystują z oksytocyną neuro peptydy pochodne pre-pro-enkefaliny A (enkefalina metioninowa i leucy nowa), cholecystokinina (CCK) i kortykoliberyna.

Hormony podwzgórzowe uwalniające i hamujące

W podwzgórzu syntetyzowane są przekaźniki chemiczne, które zostają wydzielone do krwi pierwotnej sieci naczyń włosowatych (rete hemocapillarc primarium) w obrębie guza popielatego (tuber cinerewri). Naczynia włosowate sieci pierwotnej łączą się, tworząc przysadkowe naczynia wrotne (vasa portatia hypophysis) biegnące wzdłuż lejka (infundibulum) od podwzgórza do części gruczołowej przysadki (adenohypophysis). Przysadkowe żyły wrotne dzielą się w przysadce na naczynia włosowate o dużym świetle - zatoki żylne, stanowiące wtórną sieć naczyń włosowatych (rete hemoca-pillare secundarium). Przekaźniki chemiczne, czyli hormony podwzgórzowe, wydzielone do pierwotnej sieci naczyń włosowatych, po przepłynięciu przez przysadkowe naczynie wrotne dostają się do wtórnej sieci naczyń włosowatych i działają na komórki gruczołowe przysadki.
Hormony podwzgórzowe działają pobudzająco, powodując wydzielanie hormonów przez przysadkę, oraz hamująco - zmniejszając lub całkowicie hamując biosyntezę i uwalnianie do krwi hormonów przysadki.

Hormony podwzgórzowe działające pobudzająco to:
�ó kortykoliberyna - CRH (corticotropin-releasing hormone),
�ó tyreoliberyna - TRH (thyrotropin-releasing hormone),
�ó gonadoliberyna - GnRH (gonadotropin-releasing hormone),
�ó somatokrynina - GRH (growth hormone-releasing hormone).
Hormony podwzgórzowe działające hamująco to:
�ó somatostatyna - SRIF (somatotropin release-inhibiting factor),
�ó prolaktostatyna - PIH (prolactin-inhibiting hormone).
Hormon hamujący uwalnianie prolaktyny (PIH) nie jest polipeptydem. Stanowią go aminy katecholowe, przede wszystkim dopamina, która uwalniana jest z zakończeń neuronów dopaminergicznych do pierwotnej sieci naczyń włosowatych w podwzgórzu.

Biosynteza i wydzielanie podwzgórzowych hormonów do przysadkowego układu wrotnego są kontrolowane przez:
�ó transmittery wydzielane na synapsach otaczających neurony wydzielnicze;
�ó hormony wydzielane przez zależne gruczoły dokrewne (kora nadnerczy, gruczoł tarczowy, gruczoły płciowe), oddziałujące na podwzgórze na drodze zewnętrznego sprzężenia zwrotnego (external feedback control);
�ó hormony części gruczołowej przysadki wpływające na podwzgórze dzięki wewnętrznemu sprzężeniu zwrotnemu (internal feedback control);
�ó wytwarzane w podwzgórzu prostaglandyny zwiększające przepływ krwi przez przysadkowe naczynia wrotne;
�ó inne bodźce ze środowiska wewnętrznego i zewnętrznego.

Komórki mikrogleju w podwzgórzu wytwarzają interleukinę 1 (IL-1) -przekaźnik chemiczny o budowie polipeptydowej, która działa nieswoiście na komórki części gruczołowej przysadki. Pobudza wydzielanie hormonu adrenokortykotropowego (ACTH), hormonu luteinizującego (LH) i hormonu wzrostu (GH), hamuje natomiast wydzielanie prolaktyny (PRL).
W podwzgórzu i w okolicach z podwzgórzem sąsiadujących zn ajdują się detektory, czyli komórki nerwowe szczególnie wrażliwe na krążące we krwi cząsteczki hormonów gruczołów zależnych od przysadki oraz hormony części gruczołowej przysadki. Znajdują się tam również detektory szczególnie wrażliwe na inne czynniki chemiczne, np. stężenie glukozy lub innych związków we krwi, czy fizyczne, np. temperatura krwi dopływającej do mózgu. W podwzgórzu konwerguje podrażnienie detektorów z impul-sacją aferentną biegnącą od receptorów całego ciała i wysyłaną przez inne ośrodki mózgowe. W wyniku konwergencji podrażnienia detektorów i impulsacji nerwowej dochodzi do zwiększonego lub zmniejszonego wydzielania poszczególnych hormonów przysadki.

Przysadka - część gruczołowa

W części gruczołowej przysadki (adenohypophysis) występują komórki wydzielające hormony:
�ó ludzki hormon wzrostu (hGH) - komórki somatotropowe (somatotropy),
�ó prolaktynę (PRL) - komórki prolaktynowe (laktotropy),
�ó hormon adrenokortykotropowy (ACTH) - komórki kortykotropowe (korty kotropy),
�ó hormon tyreotropowy (TSH) - komórki tyreotropowe (tyreotropy),
�ó hormony gonadotropowe (hormon folikulotropowy - FSH i hormon lute-inizujący - LH ) - komórki gonadotropowe (gonadotropy) oraz komórki macierzyste dla komórek wydzielających hormony.

Hormon wzrostu

Ludzki hormon wzrostu - hGH (human growth hormone) - stanowi łańcuch polipeptydowy składający się ze 191 aminokwasów o masie cząsteczkowej 22 kDa.
W okresie pierwszych czterech lat życia wydzielanie hormonu zwiększa się i u dzieci przed osiągnięciem dojrzałości płciowej wynosi na dobę około 90 ug hGH, a po osiągnięciu dojrzałości płciowej około 690 ug hGH na dobę. U dorosłych w wieku 21 do 41 lat przysadka wydziela około 385 ug hGH na dobę.
Zawartość hGH we krwi podlega znacznym wahaniom w ciągu doby. Największa występuje w nocy w pierwszych godzinach snu. U ludzi powyżej 50 roku życia wydzielanie hGH zmniejsza się w ciągu doby. Dotyczy to również pulsacyjnego wydzielania hGH z przedniego płata przysadki do krwi w czasie snu nocnego.

Ludzki hormon wzrostu pobudza wątrobę, inne narządy i tkanki do wydzielania czynników wzrostowych (growth factors), dawniej nazywanych somatomedynami. Zasadniczym czynnikiem wzrostowym wydzielanym pod wpływem hGH u ludzi jest czynnik wzrostowy insulinopodobny I - IGF-I (insulin-like growth factor I) i w znacznie mniejszym stopniu czynnik wzrostowy insulinopodobny II - IGF-II (insulin-like growth factor II). Zawartość hGH i IGF-I we krwi zwiększa się wraz ze wzrostem organizmu i zmniejsza w następstwie starzenia się. Odróżnienie bezpośredniego działania hGH od działania pośredniego poprzez IGF-I jest często niemożliwe. Z tego względu skutki obwodowe związane z wydzielaniem hGH nie są bezpośrednim działaniem tego hormonu, lecz aktywacją kaskady zaczynającej się w podwzgórzu i biegnącej przez przedni płat przysadki do tkanek.

Hormon wzrostu bierze udział w:
�ó syntezie białek organizmu,
�ó przemianie węglowodanów,
�ó przemianie tłuszczów,
�ó przemianie mineralnej.

Pod wpływem hormonu wzrostu i czynnika wzrostowego insulinopodobnego I dochodzi do przewagi procesów anabolicznych nad katabolicznymi, czego dowodem jest dodatni bilans azotowy organizmu.
Hormon wzrostu wzmaga transport aminokwasów do wnętrza komórek i syntezę białka komórkowego. Pod wpływem hGH w okresie wzrostu organizmu chrząstki przynasadowe kości długich poszerzają się i kości się wydłużają.
Hormon ten zwiększa stężenie glukozy we krwi na skutek zahamowania syntezy glikogenu w mięśniach szkieletowych i zmniejszonego zużycia glukozy. W wątrobie �" przeciwnie �" dochodzi do wzmożonej glikoneogenezy i do zwiększenia zawartości glikogenu. Hormon wzrostu, zwiększając stężenie glukozy we krwi, powoduje wtórne wzmożone wydzielanie insuliny.
Hormon wzrostu ma działanie lipolityczne, tak że w kilkadziesiąt minut po zwiększeniu zawartości hGH we krwi dochodzi także do zwiększenia stężenia krążących we krwi wolnych kwasów tłuszczowych (FFA).
Hormon ten zatrzymuje większość kationów, zwłaszcza zaś jony wapnia w postaci soli kwasu fosforowego. Czynniki takie, jak ból, zimno, znaczny wysiłek fizyczny, głód, zmniejszenie stężenia glukozy we krwi i zwiększenie zawartości aminokwasów we krwi, szczególnie argininy, wywołują zwiększone wydzielanie hGH. Duże stężenie glukozy we krwi i glikokortykoidy hamują wydzielanie hGH.
Podwzgórze reguluje uwalnianie hGH z części gruczołowej przysadki za pośrednictwem dwóch hormonów o działaniu przeciwnym wydzielanych do przysadkowych naczyń wrotnych:
�ó hormonu uwalniającego hormon wzrostu z przysadki - somatokryniny (GRH),
�ó hormonu hamującego uwalnianie hormonu wzrostu z przysadki - somatostatyny (SRIF).
Wraz ze starzeniem się organizmu, w podwzgórzu uzyskuje przewagę hormon hamujący (SRIF) nad hormonem uwalniającym (GRH) ludzki hormon wzrostu (hGH) i stopniowo zmniejsza się z biegiem lat wydzielanie hGH.
U kobiet w czasie ciąży wytwarzana jest w syncytiotrofoblaście somatomammotropina kosmówkowa ludzka - hCS (human chorionic somatomammotropin). Hormon ten krąży głównie we krwi matki i tylko w niewielkich ilościach przechodzi w łożysku do krwi płodu.

Prolaktyna

Prolaktyna (PRL) ma masę cząsteczkową 23,4 kDa i pod względem chemicznym jest białkiem zbudowanym ze 199 aminokwasów, zbliżonym do hormonu wzrostu.
Prolaktyna, podobnie jak hormon wzrostu, wzmaga syntezę białka komórkowego w całym organizmie u obu płci. Wydzielanie jej jest stale hamowane przez uwalniany z podwzgórza do przysadkowych naczyń wrot-nych podwzgórzowy hormon hamujący uwalnianie prolaktyny - PIH (pro-lactin-inhibiting hormone), którym jest dopamina. Wydzielanie prolaktyny staje się bardziej aktywne w czasie snu, wysiłku fizycznego, stresu fizycznego i psychicznego.
U kobiet w czasie ciąży wydzielanie prolaktyny zwiększa się, osiągając największe stężenie we krwi przed porodem. Po porodzie stężenie to zmniejsza się do wartości, jakie były przed ciążą. W okresie laktacji drażnienie receptorów w brodawce sutka przez ssącego oseska powoduje każdorazowo znaczny krótkotrwały wzrost wydzielania prolaktyny i wzmożoną syntezę białka wydzielanego z mlekiem z gruczołów sutkowych.
U kobiet karmiących po porodzie, czyli w okresie laktacji, przez PRL hamowane jest wydzielanie hormonów gonadotropowych (FSH i LH) i nie dochodzi do owulacji, jak również nie ma cykli miesiączkowych.
Hamowanie uwalniania dopaminy z podwzgórza lub blokowanie receptorów dopaminergicznych w błonie komórkowej komórek prolaktynowych przy użyciu preparatów farmakologicznych powoduje wydzielanie mleka przez gruczoły sutkowe u kobiet niekarmiących piersią.

Hormon lipotropowy

W komórkach kortykotropowych części gruczołowej przysadki, w komórkach części pośredniej przysadki i w niektórych komórkach nerwowych w podwzgórzu dochodzi do ekspresji genu pre-pro-opiomelanokortyny - pre-POMC (pre-pro-opiomelanocortin), której łańcuch polipeptydowy zawiera 265 aminokwasów. W procesie potranslacyjnej enzymatycznej modyfikacji łańcuch polipeptydowy cięty jest na krótsze łańcuchy stanowiące prekursory hormonów wydzielanych przez komórki. Takim prekursorem dla innych hormonów jest hormon beta-lipotropowy (beta-LPH - beta-lipotropin) zawierający 91 aminokwasów i hormon gamma-lipotropowy - gamma-LPH - o jeszcze mniejszej liczbie aminokwasów.
Hormony lipotropowe (LPH) są więc prekursorami innych hormonów, same nie stanowiąc zapewne nośnika informacji w organizmie.

Hormony tropowe

Hormony tropowe: ACTH, TSH, FSH i LH wydzielane przez część gruczołową przysadki kontrolują zależne gruczoły dokrewne. ACTH jest małym polipeptydem mającym 39 aminokwasów w cząsteczce. TSH, FSH i LH mają znacznie większe cząsteczki zbudowane z dwóch łańcuchów polipeptydowych: alpha i beta, w których łącznie występuje ponad 200 aminokwasów. Łańcuch alpha jest identyczny w cząsteczkach TSH, FSH i LH, natomiast łańcuch beta jest inny w każdym z tych hormonów.
Hormony zależnych gruczołów dokrewnych: kory nadnerczy, gruczołu tarczowego i gruczołów płciowych działają na detektory w podwzgórzu i zwrotnie hamują sekrecję odpowiednich podwzgórzowych hormonów uwalniających - CRH, TRH lub GnRH. Jest to mechanizm zewnętrznego sprzężenia zwrotnego.
Hormony kory nadnerczy, hormony płciowe i szczególnie hormony gruczołu tarczowego działają również bezpośrednio na komórki wydzielnicze części gruczołowej przysadki.
Dzięki tym sprzężeniom zwrotnym i synergicznemu lub antagonistycznemu działaniu hormonów na podwzgórze i część gruczołową przysadki wydzielanie hormonów przez gruczoły dokrewne stale jest regulowane. Hormony tropowe są wydzielane do krwi w sposób pulsacyjny, a więc w niewielkich porcjach w odstępach od kilkunastu do kilkudziesięciu minut i utrzymują zależne od przysadki gruczoły dokrewne na poziomie czynności spoczynkowej. W czasie ostrego zapotrzebowania na hormony przysadka wydziela duże ilości hormonów tropowych.
U kobiet od około 30 roku życia stopniowo zaczyna zwiększać się stężenie hormonu folikulotropowego (FSH) w osoczu krwi, od około 35 roku życia zaś również zaczyna zwiększać się stężenie hormonu luteinizującego (LH) w osoczu krwi. U mężczyzn, w miarę starzenia się organizmu, nie zaznacza się zwiększenie stężenia hormonów gonadotropowych (FSH i LH) w osoczu krwi, ale występują zmiany w ich pulsacyjnym wydzielaniu z części gruczołowej przysadki.

Przysadka - część pośrednia

Komórki nabłonkowe części pośredniej przysadki (pars intermedia hy-pophysis) wydzielają u ludzi hormony melanotropowe: alpha-MSH, beta-MSH, gamma-MSH (alpha-, beta-, gamma-melanocyte-stimulating hor-mone), fragment hormonu kortykotropowego (ACTH) o łańcuchu peptydo-wym od 18 do 39 aminokwasów, zwany również kortykotropowopodobnym peptydem części pośredniej przysadki - CLIP (corticotropin-like intermediate lobe peptide) - oraz alpha- lub beta-endorfinę. Wszystkie te hormony powstają z pre-pro-opiomelanokortyny (pre-POMC).
Neurony dopaminergiczne podwzgórza wysyłają aksony biegnące przez lejek do części pośredniej przysadki, stale hamując wydzielanie hormonów. Brak hamowania ze strony neuronów dopaminergicznych wyzwala wydzielanie hormonów przez część pośrednią przysadki.
Hormon melanotropowy wywołuje u ludzi zmianę w rozmieszczeniu melaniny w skórze oraz uwalnianie wolnych kwasów tłuszczowych z tkanki tłuszczowej.
U ludzi dorosłych część pośrednia przysadki wydziela tylko nieznaczne ilości hormonów.

Kora i rdzeń nadnerczy

Hormony kory nadnerczy

Hormony kory nadnerczy stanowią pochodne cholesterolu. Dzielą się na trzy zasadnicze grupy różniące się pod względem budowy chemicznej, roli w organizmie i mechanizmów kontrolujących ich wydzielanie. Hormony, których cząsteczki mają 21 atomów węgla, należą do grupy glikokortyko-idów i do grupy mineralokortykoidów. Trzecią grupę stanowią androgeny zawierające 19 atomów węgla w cząsteczce i grupę ketonową przy 17 atomie węgla. W związku z tym grupę tę określa się również jako 17-ketosteroidy.
W warunkach fizjologicznych kora nadnerczy wydziela tylko niewielkie ilości hormonów płciowych należących do grupy estrogenów i proge-stagenów.
ACTH wydzielana przez część gruczołową przysadki aktywuje cyklazę adenylanową w komórkach kory nadnerczy. W komórkach tych zwiększa się zawartość cyklicznego AMP i dochodzi do przemian cholesterolu. W procesie przemian cholesterolu bierze również udział kwas askorbinowy.


Glikokortykoidy

Zasadnicze hormony glikokortykoidowe to kortyzol i kortykosteron. Wydzielane do krwi wiążą się z białkami osocza. Kortyzol wiąże się z białkiem należącym do frakcji alpha-globulin, czyli transkortyną, inaczej zwaną globuliną wiążącą kortyzol - CBG (corticosteroid-binding globulin). Tylko niewielki procent kortyzolu i kortykosteronu krąży we krwi w postaci wolnej, niezwiązanej z białkiem. Występuje stała równowaga we krwi pomiędzy hormonami związanymi z białkiem - nieczynnymi, jak gdyby w ten sposób zmagazynowanymi, a hormonami wolnymi - aktywnymi. Hormony niezwiązane z białkami osocza są fizjologicznie aktywne.
Zawartość wolnych glikokortykoidów we krwi jest regulowana dzięki:
�ó wydzielaniu ACTH przez część gruczołową przysadki,
�ó wazopresynie uwalnianej do sieci pierwotnej przysadkowych naczyń wrotnych i działającej za pośrednictwem receptora V1B na komórki kortykotropowe części gruczołowej przysadki,
�ó wytwarzaniu transkortyny przez wątrobę.
Zwiększona zawartość CBG we krwi zmniejsza stężenie wolnych glikokortykoidów krążących we krwi i zwrotnie zwiększa wydzielanie ACTH. Przy zmniejszonej zawartości CBG we krwi stężenie wolnych glikokortykoidów zwiększa się i zwrotnie hamuje wydzielanie ACTH.
Glikokortykoidy metabolizowane są w wątrobie i wydalane z moczeni w przewadze jako metabolity związane z resztą kwasu glukuronowego lub jako 17-ketosteroidy związane z resztą kwasu siarkowego.
Glikokortykoidy oddziałują na metabolizm węglowodanów, białek i tłuszczów w tkankach całego organizmu. W wątrobie przyspieszają syntezę glikogenu i jednocześnie aktywują glukozo-6-fosfatazę. Dzięki temu zawartość glukozy we krwi się zwiększa.
Glikokortykoidy utrzymują prawidłową pobudliwość mięśni poprzecznie prążkowanych szkieletowych, mięśni gładkich i mięśnia sercowego. Zwiększają wydzielanie soku żołądkowego i przesączanie kłębuszkowe - GFR (glomerular filtration ratę) w nerkach, współdziałając w wydalaniu wody z organizmu. Zmniejszają liczbę krążących we krwi obwodowej granulocytów kwasochłonnych, dzięki zatrzymywaniu ich w narządach wewnętrznych (płuca, śledziona), oraz limfocytów w wyniku hamowania ich podziałów i przyspieszonego rozpadu. Węzły chłonne i grasica pod wpływem gli-kokortykoidów zmniejszają swoje rozmiary, ponieważ cześć komórek ginie w tkankach limfoidalnych, szczególnie pod działaniem kortyzolu.

Mineralokortykoidy

Najważniejszy w grupie mineralokortykoidów jest aldosteron. W przeciwieństwie do glikokortykoidów, jego wydzielanie jest regulowane w przeważającej części przez inne czynniki niż ACTH.
Czynniki zwiększające wydzielanie mineralokortykoidów to:
�ó zwiększenie zawartości we krwi angiotensyny II jako skutek zwiększenia zawartości we krwi reniny uwolnionej z aparatu przykłebuszko-wego w nerkach po znacznym obniżeniu się ciśnienia tętniczego krwi lub zmniejszeniu całkowitej objętości krwi krążącej;
�ó zwiększenie we krwi koncentracji jonów potasu i zmniejszenie się koncentracji jonów sodu;
�ó zwiększenie wydzielania ACTH przez część gruczołową przysadki.

Mineralokortykoidy zwiększają w częściach dalszych kanalików nerkowych resorpcję zwrotną jonów sodu z moczu pierwotnego i jednocześnie zwiększają wydzielanie jonów potasu. Podobnie działają na ślinianki i gruczoły w błonie śluzowej żołądka - zatrzymując jony sodu w organizmie, zwiększają objętość płynu zewnątrzkomórkowego. W komórkach mięśniowych i nerwowych mineralokortykoidy zwiększają zawartość jonów potasu i jednocześnie zmniejszają zawartość jonów sodu.
Zwiększony aktywny transport jonów sodu w nabłonku części dalszych kanalików nerkowych, wbrew gradientowi stężenia, wymaga energii do starczanej przez ATP. Aldosteron przyspiesza syntezę w jądrze komórkowym mRNA, który z kolei po przesunięciu się do cytoplazmy wzmaga syntezę białek w rybosomach. Wytworzone w rybosomach białka komórkowe przyspieszają resyntezę ATP z ADP. Komórka szybciej uzupełnia energię niezbędną do aktywnego transportu jonów sodu, tym samym proces ten szybciej przebiega.

Androgeny

Zasadniczym hormonem grupy androgenów wydzielanym do krwi jest dehydroepiandrosteron - DHEA (dehydroepiandrosterone). Do jego pochodnych należą również testosteron i estradiol wytwarzane w nieznacznych ilościach przez korę nadnerczy w warunkach prawidłowych. W wyniku zaburzeń metabolicznych może dojść do wzmożonej syntezy testosteronu lub estradiolu w korze nadnerczy.
Pod wpływem androgenów przyspieszeniu ulega synteza białek i wzrost organizmu oraz rozwijają się niektóre drugorzędowe cechy płciowe o typie męskim.
Wydzielanie dehydroepiandrosteronu - zarówno u kobiet, jak i u mężczyzn - jest największe w wieku około 20 lat. W miarę przybywania lat stężenie DHEA w osoczu krwi zmniejsza się u obu płci o około 3% każdego roku.

Hormony rdzenia nadnerczy

Rdzeń nadnerczy (medulla glandulae suprarenalis) wydziela aminy ka-techolowe. Najwięcej, bo w około 80%, adrenaliny (A - epinephrine), w około 20% noradrenaliny (NA - norepinephrine) i najmniej dopaminy. Adrenalina powstaje w cyklu przemian z aminokwasu fenyloalaniny poprzez tyrozynę, DOPA, dopaminę i noradrenalinę. W warunkach przeciętnych życia organizmu w osoczu krwi stale znajduje się więcej noradrenaliny (4,7 nmol/L osocza) w porównaniu z adrenaliną (0,5 nmol/L osocza), ponieważ zasadniczym źródłem noradrenaliny są zakończenia zazwojowe komórek nerwowych układu współczulnego.
Adrenalina i noradrenalina są syntetyzowane i magazynowane w pęcherzykach komórek rdzenia nadnerczy, gdzie pozostają związane z adeno-zynotrifosforanami i białkiem - chromograniną A. W czasie pobudzenia komórki pęcherzyki, stykając się od wewnątrz z błoną komórkową, pękają i ich treść zostaje usunięta na zewnątrz na zasadzie mechanizmu egzocyto-zy. Z kolei puste pęcherzyki zamykają się i odsuwają od błony komórkowej. Następuje ponowne ich wypełnienie hormonami.
W komórkach chromochłonnych rdzenia nadnerczy jest również syntetyzowany polipeptyd - pre-pro-enkefalina, w którego łańcuchu występuje 267 aminokwasów. W wyniku obróbki enzymatycznej z jednej cząsteczki prekursora powstaje 6 cząsteczek enkefaliny metioninowej i l cząsteczka enkefaliny leucynowej. Wydzielone enkefaliny wraz z aminami katecholowymi krążą we krwi i prawdopodobnie działają modulujące na drogi oraz ośrodki przewodzące i odbierające czucie bólu, choć dotychczas nie wykazano przechodzenia enkefaliny przez barierę mózgową pomiędzy krwią a tkanką nerwową.
Wydzielanie hormonów rdzenia nadnerczy do krwi odbywa się pod wpływem impulsacji biegnącej przez nerwy trzewne. Przedzwojowe neurony współczulne o zakończeniach cholinergicznych unerwiają rdzeń nadnerczy.
Pod wpływem acetylocholiny, wydzielonej na zakończeniach włókien typu B, do wnętrza komórek rdzenia nadnerczy wnikają jony wapnia, które wywołują egzocytoze pęcherzyków i wydzielanie A i NA. Ośrodki nerwowe bezpośrednio kontrolujące wydzielanie hormonów przez rdzeń nadnerczy znajdują się w rogach bocznych istoty szarej w części piersiowej rdzenia kręgowego, a ośrodki nadrzędne są w podwzgórzu.

Bodźcami zwiększającymi wydzielanie adrenaliny i noradrenaliny przez rdzeń nadnerczy są:
�ó obniżenie ciśnienia tętniczego krwi na skutek utraty krwi i zmniejszenia całkowitej objętości krwi,
�ó zmniejszenie zawartości glukozy we krwi wywołane działaniem egzogennej insuliny,
�ó zmniejszenie prężności tlenu (Po2) we krwi tętniczej,
�ó obniżenie temperatury ciała,
�ó czynniki emocjonalne.
Hormony rdzenia nadnerczy krążące we krwi przenikają do tkanek, w których są następnie metabolizowane, a ich pochodne związane z resztą kwasu siarkowego lub glukuronowego są wydzielane z moczem. We wszystkich tkankach występują enzymy, szczególnie aktywne w wątrobie: tlenowa metylotransferaza katecholowa - COMT (catechol-O-methyl-transferase), i oksydaza monoaminowa - MAO (monoamine oxidase). Enzymy te metabolizują noradrenalinę i adrenalinę poprzez 3-metoksynor-adrenalinę i 3-metoksyadrenalinę do kwasu 3-metoksy-4-hydroksymigdałowego - VMA (vanilmandelic acid).

Rola hormonów rdzenia nadnerczy

Hormony rdzenia nadnerczy wywierają swój wpływ na komórki innych tkanek, działając poprzez receptory alpha- i beta-adrenergiczne znajdujące się w ich Wonie komórkowej. Adrenalina, która jest zasadniczym hormonem rdzenia nadnerczy, działa jednocześnie na receptory alpha- i beta--adrenergiczne i ostateczny wynik wywołany przez nią jest wypadkową jej działania na oba rodzaje receptorów.

Adrenalina wydzielona do krwi przez rdzeń nadnerczy wywołuje:
�ó rozszerzenie naczyń krwionośnych w mięśniach szkieletowych oraz zwężenie naczyń w skórze, w błonach śluzowych i w narządach jamy brzusznej;
�ó przyspieszenie częstości skurczów serca, zwiększenie pojemności wyrzutowej serca i podwyższenie skurczowego ciśnienia tętniczego krwi;
�ó rozkurcz mięśni gładkich w ścianach przewodu pokarmowego, oskrzeli i pęcherza moczowego, działając na receptory beta-adrenergiczne;
�ó zwiększenie stężenia glukozy we krwi, działając glikogenolitycznie na komórki wątrobowe poprzez cyklazę adenylanowa, cykliczny AMP, ki-nazę defosforylazy i fosforylazę;
�ó przyspieszenie rozpadu triacylogliceroli w tkance tłuszczowej i przechodzenie do krwi wolnych kwasów tłuszczowych;
�ó pobudzenie ośrodkowego układu nerwowego, szczególnie ośrodków w podwzgórzu, w wyniku aktywacji cyklazy adenylanowej w błonie komórkowej neuronów i tworzenie się w komórkach nerwowych cyklicznego AMP.

Gruczoł tarczowy

Zasadniczym hormonem gruczołu tarczowego, czyli tarczycy, jest ty-roksyna - T4 (thyroxine) - aminokwas zawierający w cząsteczce cztery atomy jodu. Drugim hormonem wydzielanym w mniejszej ilości jest trijo-dotyronina - T3 (triiodothyronine) - aminokwas z wbudowanymi trzema atomami jodu.
Czynność gruczołu tarczowego związana jest z:
�ó wychwytywaniem jodu nieorganicznego i aminokwasu tyrozyny z krwi krążącej przez komórki nabłonka pęcherzyków tarczycy,
�ó syntezą trijodotyroniny (T3) i tyroksyny (T4) wewnątrz komórek nabłonka pęcherzyków tarczycy,
�ó magazynowaniem hormonów T3 i T4 wewnątrz pęcherzyków tarczycy w postaci związanej z tyreoglobuliną,
�ó uwalnianiem do krwi hormonów T3 i T4 w wyniku odczepiania ich od tyreoglobuliny w komórkach nabłonka pęcherzyków tarczycy.

Jod nieorganiczny pochodzący ze spożywanych pokarmów w ilości do około 500 ug na dobę wchłaniany jest w przewodzie pokarmowym i krąży we krwi, utrzymując koncentrację 3 ug/L osocza. W około 80% jest on wydalany przez nerki z moczem. Resztę jodu nieorganicznego wychwytują komórki gruczołu tarczowego, gruczołów sutkowych, gruczołów błony śluzowej żołądka, ślinianek i w niewielkich ilościach komórki innych narządów. Spośród komórek wychwytujących z krwi jod nieorganiczny tylko komórki gruczołu tarczowego wiążą go z cząsteczkami aminokwasów.
Wychwytywanie jodu nieorganicznego przez tarczycę jest procesem aktywnym. Komórki nabłonka pęcherzyków tarczycy, których wnętrze jest ujemne -50 mV, osiągają 25 razy większe stężenie jodu w porównaniu z osoczem. Wychwytywanie ujemnie naładowanych anionów jodu, wbrew gradientowi stężeń, określa się jako pompę jodową (iodide pump).
W komórkach nabłonka pęcherzyków jod jest utleniany i wbudowany do cząsteczek tyrozyny - aminokwasu wchodzącego w skład tyreoglobuliny. Tyreoglobulina jest glikoproteidem o dużej masie cząsteczkowej (około 660 kDa) tworzącym koloid wypełniający pęcherzyki.
W wyniku wbudowania jodu do tyrozyny powstaje monojodotyrozyna - MIT, która po przyłączeniu drugiego atomu jodu zmienia się w dijodotyrozynę - DIT. Dwie cząsteczki DIT po połączeniu się ze sobą i odczepieniu alaniny tworzą tetrajodotyroninę - T4, czyli tyroksynę. Trijodotyronina powstaje z połączenia jednej cząsteczki monojodotyrozyny z jedną cząsteczką dijodotyrozyny.

Magazynowanie hormonów gruczołu tarczowego w koloidzie pęcherzy ków polega na tym, że cząsteczki T4 i T3 wchodzą w skład dużej cząsteczki
tyreoglobuliny.
Uwalnianie T4 i T3 z tyreoglobuliny zachodzi w komórkach nabłonka pęcherzyków. Komórki te dzięki endocytozie wchłaniają do wnętrza cząsteczki tyreoglobuliny. W lizosomach komórek nabłonka cząsteczki tyreoglobuliny są trawione przez enzymy proteolityczne. Wolne aminokwasy, a wśród nich MIT, DIT, T3 i T4, przechodzą do cytoplazmy. Trijodotyronina i tyroksyna wchodzą do krwi, monojodotyrozyna i dijodotyrozyna zaś zostają pozbawione jodu pod wpływem enzymu dehalogenazy jodotyrozy-nowej (iodotyrosine dehalogenase). Odczepiony jod jest utleniany i w tej postaci powraca do wnętrza pęcherzyków.

Transport hormonów gruczołu tarczowego

U dorosłego człowieka gruczoł tarczowy wydziela do krwi około 100 jig tyroksyny na dobę i około 10 (ig trijodotyroniny na dobę, które wiążą się z białkiem osocza, tworząc tzw. jod związany z białkiem - PBI (protein-bound iodine). Jod tyroksyny stanowi 95% jodu związanego z białkiem.
Białka osocza wiążące hormony gruczołu tarczowego (PBI) są to:
�ó globulina wiążąca tyroksynę - TBG (thyroxine-binding globulin),
�ó prealbumina wiążąca tyroksynę - TBPA (thyroxine-binding prealbu-min),
�ó albumina.

Najwięcej tyroksyny związane jest z globuliną (TBG), znacznie mniej z prealbumina (TBPA) i najmniej z albuminą.
Tyroksyna ma okres połowicznego rozpadu (T1/2) 6-7 dni, prawie cała jest związana z białkami osocza, tworząc nieaktywną PBI. Trijodotyronina ma znacznie krótszy okres połowicznego rozpadu - 2 dni i jest znacznie słabiej związana z białkami osocza. Działanie T3 na komórki organizmu jest silniejsze i krótkotrwałe, T4 zaś słabsze i dłużej trwające.
We krwi krąży 52 pmol/L osocza wolnej tyroksyny i 115 nmol/L osocza tyroksyny związanej z białkami krwi jako PBI. Wolna tyroksyna bierze pośredni i bezpośredni udział w regulacji czynności gruczołu tarczowego.
Maksymalne działanie związane z wprowadzeniem egzogennej tyroksyny do organizmu występuje po czterech dniach. Działanie trijodotyroniny jest znacznie szybsze. Maksymalne staje się już w ciągu 24 godzin po wprowadzeniu.

Regulacja wydzielania hormonów gruczołu tarczowego

Wydzielanie T3 i T4 przez gruczoł tarczowy jest regulowane bezpośrednio i pośrednio.
Do czynników zwiększających wydzielanie hormonów gruczołu tarczowego należą:
�ó hormon tyreotropowy (TSH) z części gruczołowej przysadki - wzmaga wychwytywanie jodu przez gruczoł tarczowy i wiązanie jodu z białkiem oraz przyspiesza proteolizę tyreoglobuliny i uwalnianie do krwi wolnych T3 i T4;
�ó podwzgórzowy hormon uwalniający hormon tyreotropowy z przysadki (TRH) - działa na gruczoł tarczowy pośrednio poprzez TSH;
�ó zimno - nieznaczne obniżenie temperatury krwi dopływającej do pod-wzgórza pobudza termodetektory w ośrodku termoregulacji. Pod wpływem termodetektorów podwzgórze wydziela TRH, który - uwalniając z przysadki TSH - działa w ten sposób na gruczoł tarczowy;
�ó wazopresyna, adrenalina i inne hormony oddziałujące na naczynia krwionośne - uwalniają z gruczołu tarczowego T3 i T4. Wpływ ich jest dwufazowy. W pierwszej fazie zwiększają wydzielanie T3 i T4 do krwi. Z kolei wolne T3 i T4 krążące we krwi hamują tworzenie się TSH i tą pośrednią drogą hamują czynność gruczołu tarczowego.

Wydzielanie hormonów przez gruczoł tarczowy jest hamowane przez:

�ó długotrwały wzrost średniej temperatury otoczenia i nieznaczny wzrost temperatury krwi dopływającej do podwzgórza;
�ó zwiększenie zawartości we krwi wolnych T3 i T4, które działają bezpośrednio na część gruczołową przysadki lub pośrednio poprzez detektory w podwzgórzu, hamując wydzielanie TSH;
�ó jod nieorganiczny wprowadzony do organizmu w ilości ponad dziesięć razy większej niż w warunkach prawidłowych (norma do 500 |_ig na dobę);
�ó niedobór jodu nieorganicznego w pokarmach poniżej 20 ug na dobę;
�ó inne aniony jednowartościowe, takie jak chlorany i azotany, które współzawodnicząc wypierają aniony jodu wychwytywane przez gruczoł tarczowy z krwi;
�ó związki egzogenne, np. propylotiouracyl, blokują wiązanie jodu z tyrozyną i powstawanie MIT i DIT.

Rola hormonów gruczołu tarczowego

Wolne T3 i T4 po wniknięciu do wnętrza komórek w całym organizmie stymulują syntezę białek komórkowych, w tym również białek enzymatycznych. Bezpośrednio z receptorem jądrowym wiąże się T3, której jest mniej, natomiast T4 wnikająca do komórek w większej ilości zostaje pozbawiona jednego atomu jodu i metabolizowana do trijodotyroniny - T3 (3,5,3'-triio-dothyronine) lub do rewers trijodotyroniny - rT3 (3,3',5'-triiodothyronine). Trijodotyronina (T3) powstaje wtedy, kiedy cząsteczka tyrozyny (T4) zostaje pozbawiona atomu jodu w pierścieniu aromatycznym dalszym w stosunku do łańcucha bocznego. Rewers trijodotyronina (rT3) tworzy się po odłączeniu atomu jodu od pierścienia aromatycznego bliższego w stosunku do łańcucha bocznego.
Powstająca rT3 w komórce nie tylko nie wykazuje aktywności T3, lecz hamuje powstawanie T3 z T4. W ten sposób w komórkach całego organizmu zachodzi zwrotne hamujące przeciwdziałanie skierowane przeciwko hormonom gruczołu tarczowego. Czynniki powodujące metabolizowanie się T4 do T3 lub do rT3 nie zostały dotychczas poznane.
Wyniki działania hormonów gruczołu tarczowego to:
�ó zwiększenie zapotrzebowania na tlen. W związku ze zwiększonym zużyciem tlenu jego prężność (Po2) w tkankach słabnie;
�ó przyspieszenie spalania wewnątrzkomórkowego. Wiąże się z tym wytwarzanie ciepła (calorigenic action) i wzmożona podstawowa przemiana materii - BMR (basal metabolic ratę);
�ó zwiększone wydzielanie hormonu wzrostu w wyniku ich bezpośredniego działania na część gruczołową przysadki;
�ó wzmożona synteza białek w organizmie wtedy, kiedy T3 i T4 są wydzielane w ilościach fizjologicznych. Wydzielanie nadmierne tych hormonów (nadczynność tarczycy) przyspiesza rozpad białek i prowadzi do ujemnego bilansu azotowego w organizmie;
�ó wzmożona resorpcja węglowodanów w jelitach, w komórkach zaś przyspieszenie glikogenolizy;
t wzmożona synteza i rozpad cholesterolu w komórkach wątrobowych oraz jego wychwytywanie z krwi. Tym samym T3 i T4 zmniejszają stężenie cholesterolu w osoczu krwi;
�ó zwiększona przemiana wodno-mineralna. T3 i T4 przyspieszają wydalanie z organizmu wody i soli mineralnych. W przypadku niedoboru tych hormonów dochodzi do zatrzymania soli mineralnych, a szczególnie jonów sodu w organizmie.

Kalcytonina

W komórkach przypęcherzykowych gruczołu tarczowego (parafollicular cells) wytwarzany jest hormon peptydowy - kalcytonina (calcitonin). Zwiększona zawartość jonów wapnia we krwi pobudza te komórki do wydzielania kalcytoniny, zwrotnie zmniejszającej zawartość jonów Ca2+ we krwi.
Ludzka kalcytonina jest łańcuchem peptydowym o 32 aminokwasach i masie cząsteczkowej około 3,5 kDa.
Kalcytonina działa bezpośrednio na kości, zmniejsza w nich zawartość cyklicznego AMP, hamując tą drogą resorpcję wapnia i odwapnienie kości. Działa antagonistycznie w stosunku do hormonu gruczołów przytarczycznych - PTH, zwiększającego zawartość cyklicznego AMP w kościach i przyspieszającego uwalnianie jonów wapnia z kości do krwi.

Jajniki

Hormony jajnika (ovarium) dzielą się na dwie grupy: estrogeny i progesteron. Obie te grupy są pochodnymi cholesterolu.
Estrogeny powstają w pęcherzykach jajnikowych drugorzedowych dojrzewających (Graafa), są syntetyzowane w komórkach warstwy ziarnistej (stratum granulosum) i w komórkach osłonki wewnętrznej (theca interna) pęcherzyka jajnikowego (folliculus ovaricus).
Zasadniczymi hormonami należącymi do grupy estrogenów są: estradiol, estron i estriol. W zależności od fazy cyklu miesiączkowego wydzielanie estrogenów zwiększa się lub zmniejsza. Najwięcej estrogenów wydziela się w fazie folikularnej, od 4 do 12 dnia cyklu miesiączkowego, oraz w drugiej połowie fazy lutealnej, 19-25 dnia cyklu, osiągając od 200 do 500 |ig na dobę.
Z całkowitej ilości estrogenów występujących w osoczu krwi tylko około 2% stanowią wolne estrogeny. Pozostałe 98% estrogenów jest związane z białkami osocza: w około 60% z albuminą i w około 38% z globuliną wiążącą steroidy płciowe - GBG (gonadal steroid-binding globulin). Wolne estrogeny przenikają przez błonę komórkową, wiążą się z receptorem cytoplazmatycznym i oddziałują na aparat genetyczny jądra komórkowego.
Działanie estrogenów na:
�ó błonę śluzową macicy - wywołują jej rozrost w fazie folikularnej cyklu miesiączkowego, a w fazie lutealnej pobudzają gruczoły śluzowe macicy do wydzielania śluzu;
�ó błonę mięśniową macicy i jajowodu - powodują przerost mięśni gładkich, zwiększają ich pobudliwość i ukrwienie. W czasie dojrzewania płciowego estrogeny wydzielone do krwi przez pęcherzyki jajnikowe drugorzędowe zwiększają ujemny potencjał wnętrza komórek mięśniowych gładkich macicy. Zostaje przekroczony potencjał progowy błony komórkowej i mięsień macicy staje się wrażliwy na działanie oksytocyny;
�ó drugorzędowe cechy płciowe - wpływają na ich rozwój, powiększa się pochwa, wzrastają gruczoły sutkowe, dochodzi do odkładania się barwnika w naskórku wokół brodawek sutkowych i narządów płciowych zewnętrznych, gruczoły łojowe zwiększają wydzielanie rzadkiego łoju;
�ó ośrodkowy układ nerwowy - wyzwalają popęd płciowy w kierunku płci męskiej, działając na ośrodki motywacyjne w mózgowiu.

Progesteron jest wytwarzany przez komórki ciałka żółtego w jajnikach w fazie lutealnej cyklu miesiączkowego. Powstaje pod wpływem LH, w czym pośredniczy cykliczny AMP. Progesteron działa na macicę antago-nistycznie w stosunku do estrogenów. Zmniejsza pobudliwość błony mięśniowej macicy, zwłaszcza w stosunku do oksytocyny, hiperpolaryzując błonę komórkową komórek mięśni gładkich. W obrębie gruczołów sutkowych wywołuje w płacikach rozwój komórek gruczołowych.

Regulacja wydzielania hormonów jajnikowych

Dojrzewanie pęcherzyków jajnikowych drugorzędowych zachodzi pod wpływem hormonu folikulotropowego (FSH) przysadki. Jego wydzielanie jest zwrotnie hamowane przez inhibinę - hormon wytwarzany przez komórki warstwy ziarnistej pęcherzyków jajnikowych wzrastających. Owulacja występuje na skutek wzmożonego wydzielania przez przysadkę jednocześnie obu gonadotropin: hormonu folikulotropowego (FSH) i hormonu lu-teinizującego (LH) ze znaczną przewagą tego ostatniego.
Zarówno estrogeny, jak i progesteron - krążące we krwi jako wolne hormony - są w wątrobie utleniane lub łączone z resztą kwasu glukuronowego lub siarkowego. W tej postaci wydzielane są z żółcią do dwunastnicy. Progesteron zamieniany jest w komórkach wątrobowych na pregnandiol, który wiązany z resztą kwasu glukuronowego jest wydzielany z żółcią do dwunastnicy. Metabolity estrogenów i progesteronu są w jelitach częściowo wchłaniane do krwi, a następnie wydalane z moczem.
Zanikanie ciałka żółtego w końcu fazy lutealnej cyklu miesiączkowego jest związane z wytwarzaniem się w macicy tzw. luteolitycznego czynnika macicznego (uterine luteolysin). Ten uwalniany do krwi przez macicę czynnik stanowią prostaglandyny, przede wszystkim prostaglandyna PGF2alpha (patrz rozdz. 9).

Jądra
Zasadniczym hormonem wydzielanym przez komórki śródmiąższowe (Leydiga) w jądrach (testes) jest testosteron. Jego cząsteczka ma 19 atomów węgla i jest pochodną cholesterolu. Ogniwami pośrednimi w przemianie cholesterolu w testosteron są hydroksypregnenolon i progesteron.
Wydzielanie testosteronu jest kontrolowane przez hormon luteinizujący (LH). Po związaniu się hormonu luteinizującego z receptorem błonowym komórek śródmiąższowych jądra dochodzi do aktywacji cyklazy ade-nyłanowej, zwiększenia stężenia cyklicznego AMP w tych komórkach i zwiększonego wydzielania testosteronu. U dorosłych mężczyzn jądra wydzielają od 14 do 31 umol (4-9 mg) testosteronu w ciągu doby. Testosteron krąży we krwi: w 65% związany z beta-globuliną wiążącą steroidy płciowe (GBG), w 33% związany z albuminą osocza i tylko w około 2% w postaci wolnego hormonu. Zawartość całkowita testosteronu we krwi u mężczyzn wynosi średnio około 18,2 nmol/L (5,24 ug/L) osocza. Testosteron występuje również we krwi u dorosłych kobiet, ale w znacznie mniejszych ilościach, średnio około l nmol/L (0,3 ug/L) osocza. Jest on wytwarzany przez korę nadnerczy.

Krążący we krwi testosteron dostaje się do wątroby, gdzie jest zamieniany na 17-ketosteroidy wydalane z organizmu przez nerki wraz z moczem. Dwie trzecie 17-ketosteroidów wydalanych z moczem są to pochodne an-drogenów z kory nadnerczy, a tylko jedną trzecią 17-ketosteroidów stanowią metabolity testosteronu powstającego w jądrach.
Zwiększenie zawartości testosteronu we krwi powoduje pobudzenie detektorów w podwzgórzu, zmniejszenie ilości wydzielanego do przysadkowych naczyń wrotnych podwzgórzowego hormonu uwalniającego gonadotropiny (GnRH) i hamowanie wydzielania hormonu luteinizującego (LH) przez przysadkę. Tą drogą zewnętrznego ujemnego sprzężenia zwrotnego regulowane jest wydzielanie testosteronu.
Spermatogeneza w cewkach nasiennych (tubuli seminiferi) jąder przebiega pod jednoczesną kontrolą hormonu folikulotropowego (FSH) i testosteronu. W cewkach nasiennych wytwarzane są hormony polipeptydowe zwane inhibinami i akty winami. Cząsteczki tych hormonów zbudowane są z dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych ze sobą dwoma mostkami dwusiarczkowymi. Inhibiny są to heterodimery zbudowane z jednego łańcucha polipeptydowego alpha i jednego beta, które hamują wydzielanie hormonu folikulotropowego (FSH). Aktywiny natomiast to homodimery, czyli cząsteczki zbudowane z dwóch takich samych łańcuchów polipeptydowych, dwóch łańcuchów betaA lub betaB, które pobudzają wydzielanie z przysadki hormonu folikulotropowego (FSH).


Rola testosteronu

Testosteron wydzielany jest do krwi osób obu płci, z tym że u mężczyzn wydzielany jest w ilości kilkakrotnie większej niż u kobiet. Działanie testosteronu na organizm kobiet jest również maskowane występowaniem estrogenów, które mają w pewnym stopniu działanie antagonistyczne w stosunku do testosteronu.
Testosteron wywołuje:
�ó u mężczyzn - rozwój cech płciowych męskich obejmujący wykształcenie się zewnętrznych narządów płciowych, wzrost gruczołu krokowego (prostata), pęcherzyków nasiennych (yesiculae seminales), wykształcenie się budowy ciała i owłosienia typu męskiego;
�ó u płodów płci męskiej - różnicowanie się ośrodka rozrodczego w podwzgórzu w kierunku ośrodka typu męskiego. Ośrodek rozrodczy typu męskiego jest niecykliczny, co wyraża się stałym poziomem wydzielania gonadotropin (FSH i LH);
�ó u obu płci - przyspieszenie syntezy białek, zatrzymanie wody i elektrolitów w organizmie, działając wraz z pozostałymi androgenami pochodzącymi z kory nadnerczy.

Gruczoły przytarczyczne

Hormonem wydzielanym przez gruczoły przytarczyczne (glandulae parathyroideae) jest hormon zwany parathormonem - PTH (parathyroid hormone). Jest to polipeptyd składający się z 84 aminokwasów o masie cząsteczkowej 9,5 kDa i okresie połowicznego rozpadu we krwi T1/2 = 18 minut.
Parathormon zwiększa w osoczu krwi stężenie jonów wapnia, ponieważ pobudza:
�ó uwalnianie jonów Ca2+ z tkanki kostnej do krwi,
�ó tworzenie się w nerkach witaminy D3, która przyspiesza wchłanianie jonów Ca2+ do krwi w jelitach,
�ó resorpcję zwrotną jonów Ca2+ w kanalikach nerkowych.

Zmniejszenie stężenia zjonizowanego wapnia w osoczu krwi pobudza bezpośrednio komórki gruczołów przytarczycznych do wydzielania parathormonu, który, działając za pośrednictwem cyklicznego AMP na tkankę kostną, uwalnia fosforan wapnia z tzw. magazynu wapnia wymiennego w kościach (exchangeable bone calcium reservoir). Jednocześnie parathormon zwiększa wchłanianie wapnia z przewodu pokarmowego. W tym procesie działa synergicznie z witaminą D. Działanie parathormonu na nerki sprowadza się do zwiększonego wydalania z moczem fosforanów i do resorpcji zwrotnej jonów wapnia.
Zwiększenie stężenia zjonizowanego wapnia w osoczu krwi bezpośrednio zwrotnie hamuje wydzielanie parathormonu przez gruczoły przytarczyczne.
Działanie antagonistyczne w stosunku do parathormonu ma kalcytonina wydzielana przez gruczoł tarczowy i zmniejszająca stężenie Ca2+ w osoczu krwi.

Wyspy trzustkowe

Wyspy trzustkowe (Langerhansa) stanowią około 1% masy całej trzustki. W wyspach trzustkowych (insulae pancreaticae) występują komórki A wydzielające glukagon, komórki B wydzielające insulinę i amylinę, komórki D wydzielające somatostatynę (SRIF) i komórki F - trzustkowy polipeptyd (pancreatic polypeptide) o 36 aminokwasach. Glukagon jest polipeptydem składającym się z 29 aminokwasów o masie cząsteczkowej 3,5 kDa. Insulina naomiast jest hormonem białkowym składającym się z 2 łańcuchów polipeptydowych A i B, zawierających razem 51 aminokwasów o masie cząsteczkowej 5,7 kDa. Okres połowicznego rozpadu insuliny we krwi (T1/2) wynosi około 5 minut.
Insulina krążąca we krwi jest wychwytywana przez tkanki i maksymalny wynik jej działania występuje w czasie od 2 do 4 godzin. Komórki wątrobowe są wystawione na działanie większego stężenia insuliny niż komórki innych tkanek. Cała wydzielona przez komórki wysp trzustkowych insulina przepływa przez wątrobę we krwi żyły wrotnej. Tam też przeważająca jej część jest rozkładana przez enzym wątrobowy transhydrogenazę. Insulina zsyntetyzowana przez komórki B wysp trzustkowych jest w nich magazynowana w pęcherzykach cytoplazmatycznych. Zwiększenie zawartości glukozy we krwi dopływającej do trzustki powoduje egzocytozę hormonu, polegającą na otwieraniu się błony komórkowej w miejscu stykania się z pęcherzykami zawierającymi insulinę i wydzielaniu ich zawartości na zewnątrz komórki.

Zwiększenie stężenia jonów Ca2+ w cytoplazmie komórek B jest czynnikiem wywołującym egzocytozę pęcherzyków zawierających insulinę. Insulina zmniejsza stężenie glukozy we krwi, co zwrotnie hamuje wydzielanie komórek B i utrzymuje stałe stężenie glukozy we krwi.
Poza mechanizmem samoregulacji wydzielanie insuliny zwiększają: im-pulsacja eferentna przewodzona przez nerw błędny, sekretyna, glukagon, enteroglukagon oraz adrenalina działająca poprzez receptory beta-adrenergiczne i cykliczny AMP.
Pod wpływem zwiększającego się stężenia glukozy we krwi wydziela się z komórek B wraz z insuliną drugi hormon - amylina. Ludzka amylina (human amylin) jest polipeptydem o 37 aminokwasach, zbliżonym pod względem budowy chemicznej do kalcytoniny i peptydu pochodnego od genu kalcytoninowego (CGRP). Amylina działa antagonistycznie w stosunku do insuliny, zwiększa uwalnianie glukozy z wątroby do krwi i hamuje syntezę glikogenu w mięśniach poprzecznie prążkowanych szkieletowych. W warunkach fizjologicznych wpływ insuliny na metabolizm węglowodanów znacznie przewyższa oddziaływanie antagonistyczne amyliny.
Glukagon, wytwarzany przez komórki A wysp trzustkowych, zwiększa stężenie glukozy we krwi, aktywując fosforylazę w komórkach wątrobowych, i przyspiesza glikogenolizę. Glukagon wydzielony przez wyspy trzustkowe dostaje się do wątroby przez żyłę wrotną i tam prawie całkowicie jest pochłaniany, tak że do krwi krążenia ogólnego przedostaje się tylko w niewielkiej ilości. W czasie głodzenia wydzielanie glukagonu jest znacznie zwiększone i prawidłowe stężenie glukozy we krwi jest zachowane. Działanie glukagonu jest antagonistyczne w stosunku do insuliny.

Insulina i glukagon są podstawowymi regulatorami przemiany węglo wodanowej w organizmie, wpływają na aktywny transport przez błonę ko mórkową i syntezę białek oraz tłuszczów w komórkach.

Rola insuliny

Insulina działa na większość komórek w organizmie, ale szczególnie silnie wpływa na komórki wątrobowe, mięśniowe i tkankę tłuszczową.
Pod wpływem insuliny wątroba zmniejsza uwalnianie i zwiększa wchłanianie glukozy, zmniejsza wytwarzanie mocznika, zmniejsza stężenie cyklicznego AMP i zwiększa wychwytywanie fosforanów i potasu z krwi. Działa za pośrednictwem kodu genetycznego kontrolującego tworzenie w komórkach wątrobowych enzymów w ten sposób, że wytwarzanie enzymów związanych z syntezą glikogenu wątrobowego zwiększa się, enzymów glikogenolitycznych zaś maleje.
Komórki mięśni szkieletowych, mięśni gładkich i mięśnia sercowego pod wpływem insuliny zwiększają aktywny transport przez błonę komórkową do wewnątrz: glukozy, aminokwasów, jonów potasu i fosforanowych. Wewnątrz komórek mięśniowych zostaje przyspieszony metabolizm węglowodanów, synteza białek i synteza kwasów tłuszczowych.
Na tkankę tłuszczową insulina działa w ten sposób, że zwiększa syntezę kwasów tłuszczowych i triacylogliceroli oraz hamuje cyklazę adenylanową i tworzenie cyklicznego AMP. Zmniejszenie zawartości cyklicznego AMP hamuje uwalnianie z tkanki tłuszczowej wolnych kwasów tłuszczowych.

Szyszynka

Hormonem wydzielanym przez szyszynkę (epiphysis) jest melatonina. Komórki gruczołowe szyszynki wychwytują z krwi 5-hydroksytryptaminę i metabolizują ją do melatoniny, czyli N-acetylo-5-metoksytryptaminy, oraz związków pochodnych.
Melatonina i jej pochodne metabolity wydzielane są do krwi i do płynu mózgowo-rdzeniowego.
Wydzielanie szyszynki kontrolowane jest przez impulsy wysyłane przez siatkówkę oka. Pod wpływem światła siatkówka wysyła impulsy nerwowe biegnące przez nerwy wzrokowe, jądro ponad skrzyżowaniem wzrokowym podwzgórza (nucleus suprachiasmaticus hypothalami), pień mózgu i rogi boczne rdzenia kręgowego do zwoju szyjnego górnego (ganglion cervicale superius). Synteza i wydzielanie melatoniny do krwi są stale hamowane w ciągu dnia wtedy, gdy światło pada na siatkówkę, zwiększają się natomiast w czasie nocnych ciemności.
Neurony zwojowe współczulne ze zwoju szyjnego górnego wysyłają włókna zazwojowe do szyszynki. Uwalniana na zakończeniach tych włókien noradrenalina, działając poprzez receptor beta-adrenergiczny w błonie komórkowej pinealocytów i cykliczny AMP, pobudza te komórki do wydzielania melatoniny. Wydzielanie melatoniny jest jednym z elementów tworzących dobowy zegar biologiczny.
Melatonina gromadzi się w tkance mózgowej, wpływając na ośrodki związane ze snem i czuwaniem oraz z czynnością przysadki. Przede wszystkim działa na ośrodki kontrolujące wydzielanie gonadotropin (FSH i LH), opóźniając dojrzewanie płciowe (onset of puberty).

Grasica

Z części korowej i rdzennej grasicy wyizolowano ponad dwadzieścia związków o budowie peptydowej. Sześć z nich - to jest: tymopoetyna, ty-mozyna alpha-1, alpha-7, beta-4, czynnik humoralny grasicy (thymic hu-moral factor) i grasiczy czynnik surowicy (serum thymic factor), czyli tymulina (thymulin) - ma uczestniczyć w tworzeniu się odporności komórkowej w organizmie. Jako hormony grasicy mają brać udział w procesie dojrzewania limfocytów T w samej grasicy, stanowiącej tkankę limfoidalną centralną, jak również po ich wyjściu z grasicy w tkankach limfoidalnych obwodowych. Takie przypuszczenie oparte jest na fakcie występowania hormonów grasicy w niej samej i we krwi obwodowej.
Wrodzony brak grasicy prowadzi do zmniejszenia liczby limfocytów we krwi obwodowej, zaniku układu limfoidalnego obwodowego, głównie obszarów grasiczozależnych, oraz do braku odporności immunologicznej typu komórkowego.

Hormony tkankowe

W organizmie wytwarzane są liczne substancje, których działanie ogranicza się do miejsca ich powstawania lub które po dostaniu się do krwi krążą w organizmie i działają na inne tkanki lub narządy.
W błonie śluzowej przewodu pokarmowego powstają hormony peptydowe żołądkowo-jelitowe, kontrolujące wydzielanie soków trawiennych i motorykę przewodu pokarmowego. Są to: gastryna, sekretyna, cholecystokinina, peptyd hamujący czynność żołądka (GIP), wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP), motylina, peptyd uwalniający gastrynę (GRP) i somatostatyna.
Nerki wydzielają do krwi reninę, która jest enzymem proteolitycznym, i erytropoetynę działającą na erytropoezę w szpiku kostnym.
Komórki wątrobowe wydzielają polipeptyd - angiotensynogen - i kininogeny, które są zamieniane w związki aktywne pod wpływem enzymów krążących we krwi.
W tkankach wytwarzane są aminy biogenne, jak histamina i serotonina, które działają zarówno miejscowo, jak i ogólnie po przedostaniu się do krwi.

Pochodne kwasu arachidonowego

Prostaglandyny (PG), prostacykliny (PGI), tromboksan (TxA) i leukotrieny (LT) są to eikozanoidy pochodne dwudziestowęglowych wielo-nienasyconych kwasów tłuszczowych, głównie kwasu arachidonowego. Powstające PG w komórkach całego organizmu po przejściu do krwi są szybko metabolizowane na związki fizjologicznie nieaktywne. Najszybciej PG są metabolizowane w płucach, wolniej w wątrobie, w nerkach i w łożysku. Nieaktywne metabolity usuwane są z organizmu z moczem. Mała stabilność prostaglandyn w układzie krążenia kwalifikuje je do grupy hormonów tkankowych o działaniu ograniczonym do komórek, tkanek i narządów, w których są wytwarzane.
Pod wpływem prostaglandyn należących do grupy E, zwłaszcza PGE2, w komórkach zwiększa się zawartość cyklicznego adenozynomonofosfora-nu (cAMP), zmniejsza zaś zawartość cyklicznego guanozynomonofosfora-nu (cGMP). Prostaglandyny należące do grupy F, zwłaszcza PGF2, mają działanie przeciwne. Pod ich wpływem w komórkach zwiększa się zawartość cGMP, a zmniejsza cAMP.
Egzogenne PGEj wprowadzone dożylnie zmniejszają całkowity obwodowy opór naczyniowy (TPR), obniżają także ciśnienie krwi w zbiorniku tętniczym dużym i płucnym. PGF2 wprowadzone tą samą drogą działają kurcząco na błonę mięśniową naczyń krwionośnych, głównie żylnych, i podwyższają ciśnienie w zbiorniku tętniczym płucnym.
W komórkach, zwłaszcza w komórkach tłuszczowych, PGE2 są regulatorem procesów katabolicznych. Noradrenalina, działając za pośrednictwem receptorów beta-adrenergicznych, aktywuje cyklazę adenylanową i przyspiesza tworzenie się cAMP. W wyniku tego zmagazynowane w komórkach triacyloglicerole podlegają lipolizie. Uwalniane wolne kwasy tłuszczowe, w tym również kwas arachidonowy, są substratem, z którego biosyntetyzowane są prostaglandyny. Zwiększająca się w komórkach zawartość PGE2 zwrotnie hamuje aktywność cyklazy adenylanowej i tworzenie się cAMP. Dzięki temu zostaje zwrotnie zahamowana lipoliza w komórkach.
W komórkach śródbłonka naczyń krwionośnych są syntetyzowane prostacykliny PGI2 z prekursorów prostaglandyn. Nie ulegają one szybko zmetabolizowaniu w płucach, tak jak PGE2 i PGF2, są więc hormonem krążącym we krwi. Pod wpływem PGI2 następuje rozszerzenie naczyń krwionośnych w sercu, w nerkach, w przewodzie pokarmowym i w mięśniach poprzecznie prążkowanych oraz zwiększa się zawartość cAMP w trombocytach.
Z powierzchni błony komórkowej granulocytów uwalniany jest leukotrien B4 (LTB4) działający chemotaktycznie dodatnio i wyzwalający odczyn zapalny w tkankach. Komórki tuczne w płucach uwalniają leukotrieny C4, D4 i E4.
Leukotrieny są to aminolipidy, a więc wielonienasycone kwasy tłuszczowe związane poprzez atom siarki cysteiny z krótkimi peptydami: leukotrien C4 (LTC4) - z tripeptydem glutationowym, leukotrien D4 (LTD4) - z dipeptydem cysteinyloglicynowym, leukotrien E4 (LTE4) - z samą cysteiną, leukotrien F4 (LTF4) - z dipeptydem cysteinyloglutaminowym.
Leukotrieny uwolnione w płucach wywołują skurcz mięśni gładkich w ścianach oskrzeli i w ścianach naczyń krwionośnych krążenia płucnego. Pod ich wpływem zwiększa się całkowity płucny opór naczyniowy.

Czynniki wzrostowe

Szczególne znaczenie w organizmie wśród hormonów tkankowych mają czynniki wzrostowe (growth factors). Wytwarzane są przez komórki różnych tkanek i oddziałują zarówno na komórki znajdujące się w sąsiedztwie (działanie parakrynne), jak i na komórki w odległych tkankach (działanie endokrynne). Stale zwiększa się liczba nowo odkrytych czynników wzrostowych o specyficznym działaniu.

Obecnie czynniki wzrostowe można podzielić na cztery grupy:
- czynniki wzrostowe tkankowe,
- cytokiny i limfokiny,
- czynniki hematopoetyczne,
- czynniki angiogenetyczne.

Czynniki wzrostowe tkankowe

Do tkankowych czynników wzrostowych zalicza się: czynnik I i II wzro stówy insulinopodobny, relaksynę, czynnik wzrostu nerwów, czynnik wzro stu naskórka, czynnik wzrostu jajników i czynnik wzrostu fibroblastów.

Czynniki wzrostowe insulinopodobne I i II oraz relaks v na są to hormony białkowe zbliżone pod względem budowy chemicznej do insuliny wytwarzanej przez komórki B wysp trzustkowych. Czynnik wzrostowy insulinopodobny I - IGF-I (insulin-like growth factor-I), nazywany wcześniej somatomedyną C, wytwarzany jest głównie przez komórki wątrobowe pod wpływem krążącego we krwi hormonu wzrostu (hGH). Czynnik wzrostowy insulinopodobny I - zarówno pochodzący z komórek wątrobowych, jak i wytwarzany miejscowo w tkance chrzestnej - powoduje rozrost tkanki chrzestnej, szczególnie chrząstek przynasadowych kości długich i ich wydłużanie się.
Czynnik wzrostowy insulinopodobny II (IGF-II) powstaje poza wątrobą w komórkach różnych tkanek. Ma podobne jak czynnik I działanie na tkankę kostną.
Relaksyna wytwarzana jest u kobiet w ciałku żółtym miesiączkowym i ciążowym oraz w łożysku w czasie ciąży. Pod jej wpływem następuje rozluźnienie połączeń kości miednicy, szczególnie spojenia łonowego, i rozluźnienie szyjki macicy.

Cytokiny i limfokiny

Cytokiny i limfokiny pobudzające wzrost są to przekaźniki chemiczne wytwarzane przez limfocyty, makrofagi, komórki śródbłonka naczyniowego, komórki szpiku kostnego czerwonego, komórki glejowe, fibroblasty i komórki innych tkanek. Pod wpływem cytokin i limfokin dochodzi do licznych reakcji komórkowych, w tym również do wzrostu komórek biorących udział w odpowiedzi immunologicznej organizmu na działanie antygenu. Do tej grupy czynników wzrostowych zalicza się interleukiny (inter-leukins): 1-alpha (IL-1alfa), 1-beta (IL-1beta), 2 (IL-2), 4 (IL-4), 5 (IL-5), 6 (IL-6) i 7 (IL-7) oraz cytokiny: czynnik martwicy nowotworów (TNF), interferony alpha (IFN-alfa), beta (IFN-beta) i gamma (IFN-gamma).

Czynniki wzrostowe hematopoetyczne

U ludzi dorosłych komórki układu hematopoetycznego intensywnie wzrastają, dzielą się i różnicują. Procesy te regulowane są przez czynniki wzrostowe hematopoetyczne działające bezpośrednio na (1) komórki szpiku pluripotencjalne hematopoetyczne pnia i macierzyste nieukierunko-wane oraz na (2) komórki prekursorowe linii erytrocytów, granulocytów i monocytów.
(1) Interleukina 3 (IL-3) pobudza wzrost w szpiku kostnym czerwonym komórek pluripotencjalnych hematopoetycznych pnia i komórek ukierunkowanych linii erytrocytów (BFU-E). Wyzwala również różnicowanie się limfocytów B i proliferację limfocytów T oraz ekspresję genów dla czynnika wzrostowego makrofagów (CSF-M).
Czynnik wzrostowy granulocytów i makrofagów (CSF-GM) wywołuje proliferację komórek pluripotencjalnych hematopoetycznych pnia, komórek ukierunkowanych linii erytrocytów (BFU-E), neutrofilów (CFU-G), eozynofilów (CFU-Eos) i monocytów (CFU-M). Czynnik ten wyzwala również ekspresję genu dla interleukiny l (IL-1) w neutrofilach i w innych leukocytach.
(2) Do czynników wzrostowych hematopoetycznych linii erytrocytów, neutrofilów, monocytów i limfocytów zalicza się pięć czynników wzrostowych. Erytropoetyna (EPO) pobudza wzrost klonalny komórek linii erytrocytów (BFU-E, CFU-E). Czynnik wzrostowy granulocytów (CSF-G) pobudza proliferację komórek linii neutrofilów oraz aktywuje ich właściwości fagocytarne. Wzrost monocytów i makrofagów zachodzi pod wpływem czynnika wzrostowego makrofagów (CSF-M), który również aktywuje właściwości fagocytarne i wydzielnicze makrofagów. Interleukina 7 (IL-7) pobudza wzrost prolimfocytów B i T, interleukina 12 (IL-12) zaś wyzwala różnicowanie się limfocytów Th pomagających (patrz tab. 21).

Czynniki wzrostowe angiogenetyczne

Czynniki wzrostowe pobudzające angiogenezę wytwarzane są przez fi-broblasty, komórki śródbłonka naczyniowego i inne komórki, jak również uwalniane są z trombocytów. Czynnik naczyniowy wzrostu śródbłonka -VEGF (vascular endothelial growth factor) - zbudowany jest z dwóch ho-mogennych podjednostek, każda o masie cząsteczkowej 23 kDa. Początkowo został wykryty w komórkach przysadki, ale występuje również w innych komórkach. Poza silną aktywnością angiogenetyczną w stosunku do komórek śródbłonka naczyniowego, zwiększa również przepuszczalność ścian naczyń krwionośnych.
Czynniki wzrostowe fibroblastów - FGFs (fibroblast growth factors) -stanowią grupę przekaźników chemicznych pobudzających do wzrostu komórki pochodzące z mezodermy. Czynnik wzrostowy transformujący alpha - TGF-alfa (transforming growth factor alpha) - jest polipeptydem o masie cząsteczkowej 55 kDa, wytwarzanym przez transformujące fibroblasty oraz przez makrofagi. Działa poprzez receptor dla czynnika wzrostu naskórka (EGF). Czynnik wzrostowy transformujący beta (TGF-beta) ma masę cząsteczkową 25 kDa i składa się z dwóch homologicznych dimerów. Działa podobnie do TGF-alfa.
Czynnik wzrostu śródbłonka pochodzenia płytkowego - PDECGF (platelet-derived endothelial celi growth factor) - jest to pojedynczy łańcuch polipeptydowy o masie cząsteczkowej 45 kDa. Występuje w trom-bocytach oraz w komórkach wielu tkanek. Działa wyłącznie na wzrost komórek śródbłonka naczyniowego.
Czynnik martwicy nowotworów alpha - TNF-alfa (tumor necrosis factor alpha) - wytwarzany jest przez aktywowane makrofagi. Prawdopodobnie pobudza angiogenezę i tworzenie się naczyń krwionośnych włosowatych w tkankach objętych procesem zapalnym lub nowotworowym. Angiogenina (angiogenin) jest polipeptydem o silnym działaniu angioge-netycznym, o masie cząsteczkowej 14,4 kDa, wytwarzanym przez fibro-blasty i komórki wątrobowe.
Interleukina 8 (IL-8) wytwarzana przez makrofagi jest również czynnikiem angiogenetycznym. Przypuszcza się, że takie właściwości mają również białka układu krzepnięcia krwi - trombina (czynnik II) i fibryna (czynnik I).

Termoregulacja

Ssaki, a więc i człowiek, zostały wyposażone w rozwoju filogenetycznym w fizjologiczny mechanizm utrzymujący stałą temperaturę środowiska wewnętrznego organizmu. Dzięki temu mechanizmowi temperatura krwi przepływającej przez serce waha się jedynie nieznacznie i wynosi około 37°C. Z punktu widzenia praktyki lekarskiej można temperaturę ciała uważać za stałą, mając na uwadze cykliczne dzienne jej zmiany w granicach 0,5-0,7°C. Temperatura ciała jest najniższa w czasie snu we wczesnych godzinach rannych, a najwyższa we wczesnych godzinach wieczornych.
U kobiet temperatura ciała zmienia się w zależności od okresu cyklu miesiączkowego - podwyższa się w dniu owulacji i utrzymuje na tym poziomie w fazie lutealnej cyklu miesiączkowego.
Temperatura środowiska wewnętrznego jest w znacznym stopniu niezależna zarówno od szybkości utraty ciepła, jak i wielkości wytwarzania ciepła w organizmie.

Odprowadzanie ciepła z organizmu

Organizm traci ciepło (body heat loss) w stosunku do otoczenia o niższej temperaturze przez:
�ó skórę (promieniowanie, przewodnictwo i pocenie się),
�ó układ oddechowy (z wydychanym powietrzem),
�ó przewód pokarmowy i układ moczowy (z kałem i moczem).

Kontrola środowiska wewnętrznego

Podwyższenie temperatury krwi dopływającej do podwzgórza, do ośrodka termoregulacji, powoduje pobudzenie termodetektorów i przyspiesza utratę ciepła, co zachodzi w wyniku:
�ó rozszerzenia naczyń skórnych i wydzielania potu przez gruczoły potowe;
�ó przyspieszenia pracy serca i pogłębienia oddechów. Przez płuca przepływa więcej krwi i z powietrzem wydychanym odprowadzane jest więcej ciepła;
�ó pobudzenia ośrodka hamującego drżenie mięśniowe w śródmózgowiu. Pod wpływem tego ośrodka nie występuje drżenie mięśniowe, czyli skurcze komórek mięśniowych.

Wytwarzanie ciepła w organizmie

Wytwarzanie ciepła w organizmie (body heat production) zależy od:

�ó podstawowej przemiany materii (BMR - basal metabolic ratę) związanej ze spoczynkową czynnością wszystkich komórek i narządów niezbędną do utrzymania organizmu przy życiu,
�ó pracy mięśni szkieletowych w czasie poruszania się,
�ó czynności przewodu pokarmowego związanej z trawieniem i wchłanianiem pokarmów.

Nadmiar ciepła wytworzonego w organizmie jest odprowadzany do otoczenia, jak również niedobór ciepła w organizmie uruchamia fizjologiczne mechanizmy zwiększające jego wytwarzanie.

Ośrodek termoregulacji

Temperaturę ciała utrzymuje na stałym poziomie ośrodek termoregulacji znajdujący się w części przedniej podwzgórza. Ośrodek ten działa na zasadzie termostatu, kontrolując inne ośrodki.
Obniżenie temperatury krwi przepływającej przez podwzgórze hamuje termodetektory, co powoduje zwiększone wytwarzanie ciepła lub zmniejszoną jego utratę za pośrednictwem:

�ó ośrodka wyzwalającego drżenie mięśniowe - przestaje on być hamowany przez ośrodek termoregulacji. Pojawiają się dreszcze, czyli skurcze komórek mięśniowych, i wytwarza się ciepło w mięśniach szkieletowych - termogeneza drżeniowa (shivering thermogenesis);
�ó ośrodków kontrolujących układ współczulny - pobudzenie układu współczulnego powoduje wydzielanie się z zakończeń neuronów zwojowych noradrenaliny. Pod wpływem noradrenaliny przyspiesza się metabolizm komórek mięśni szkieletowych i komórek tkanki tłuszczowej;


�ó ośrodków kontrolujących wydzielanie gruczołów dokrewnych - z rdzenia nadnerczy wydziela się adrenalina przyspieszająca metabolizm glukozy w wątrobie i w mięśniach szkieletowych oraz metabolizm tkanki tłuszczowej;
�ó hormonów gruczołu tarczowego (trijodotyroniny i tyroksyny) - dłużej trwające obniżenie średniej temperatury otoczenia powoduje stałe zwiększenie metabolizmu wewnątrzkomórkowego w organizmie. Biorą w tym udział: podwzgórzowy hormon uwalniający hormon tyreotropo-wy (TRH), hormon tyreotropowy z części gruczołowej przysadki (TSH) i hormony gruczołu tarczowego - trijodotyronina i tyroksyna - działające bezpośrednio na komórki organizmu;
�ó ośrodka naczyniowego - naczynia skórne zwężają się i zmniejsza się utrata ciepła przez skórę.

Stosunek jonów Ca2+ do jonów Na+ w podwzgórzu warunkuje wrażliwość termodetektorow na zmiany temperatury krwi dopływającej do mózgowia. Przesunięcie tego stosunku na korzyść jonów Ca2+ powoduje przestawienie się termostatu biologicznego na niższą temperaturę i temperatura ciała obniża się o ułamek stopnia. Zwiększenie koncentracji jonów Na+ w podwzgórzu wywołuje reakcję przeciwną - przestawienie termostatu biologicznego na wyższą temperaturę i temperatura ciała się podwyższa.

Gorączka

Termodetektory w podwzgórzu pod wpływem wytwarzanych miejscowo prostaglandyn stają się mniej wrażliwe na podwyższającą się temperaturę krwi. Termostat biologiczny przestawia się na wyższą temperaturę krwi, co powoduje podwyższenie się temperatury ciała, czyli wystąpienie gorączki.
Toksyny bakteryjne i inne czynniki powodują wytwarzanie przez prawie wszystkie komórki w organizmie interleukiny 1 (IL-1), wcześniej nazywanej endogennym pirogenem (endogenpus pyrogen), czynnikiem aktywującym leukocyty (leukocyte-activating factor) i jeszcze inaczej. Interleukina 1 jest polipeptydem o masie cząsteczkowej 17 kDa występującym w dwóch postaciach, jako interleukina 1 alpha (IL-1 a) i interleukina 1 beta (IL-1 p). Pod wpływem toksyn bakteryjnych komórki w organizmie, szczególnie makrofagi i leukocyty, wytwarzają interleukinę 1, która krążąc we krwi, przenika do podwzgórza w miejscach pozbawionych bariery krew-mózg, a więc w narządzie naczyniowym blaszki krańcowej ponad skrzyżowaniem wzrokowym i w narządzie podsklepieniowym. Pod wpływem interleukiny 1 tworzą się w podwzgórzu prostaglandyny - termostat biologiczny przestawia się na wyższą temperaturę i występuje gorączka.

5 Krążenie

Krążenie płynów w organizmie wyrównuje różnice występujące w środowisku wewnętrznym oraz stanowi drogę przenoszenia informacji zakodowanej w postaci substancji chemicznych.
Krążenie obejmuje:
�ó płyny ustrojowe - krew (blood), chłonkę (lymph) i płyn tkankowy (in-terstitial fluid);
�ó łożysko krwionośne (vascular bed), które wypełnione jest przepływającą krwią dzięki:
- sercu zapewniającemu różnicę ciśnień pomiędzy zbiornikami krwi (blood reservoirs),
- układowi naczyń krwionośnych, czyli zbiornikom krwi i połączeniom pomiędzy zbiornikami w postaci sieci naczyń włosowatych.

Krew

Krew wypełniająca łożysko krwionośne stanowi tkankę płynną, odgraniczoną od innych tkanek organizmu co najmniej jedną warstwą komórek, którą tworzą komórki śródbłonka naczyniowego.
Całkowita objętość krwi (TBV - total blood volume) wypełniająca łożysko krwionośne stanowi około 8% masy ciała.

Krew zawiera:
�ó elementy upostaciowane, czyli erytrocyty (krwinki czerwone), leukocyty (krwinki białe) i trombocyty (płytki krwi),
�ó nieupostaciowane składniki osocza krwi.

Elementy morfotyczne stanowią mniej niż 50% objętości krwi. Stosunek objętości upakowanych erytrocytów do objętości pełnej krwi, w której są zawarte, nosi nazwę hematokrytu - Het (hematocrit).

W składzie krwi u mężczyzn i u kobiet występują różnice. Z tego względu wartości odnoszące się do krwi muszą uwzględniać różnice płci.

Rola krwi w organizmie

Zasadniczą rolą krwi w organizmie jest utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego. Krew spełnia swe funkcje dzięki temu, że krążąc w organizmie:
�ó transportuje tlen z płuc do tkanek,
�ó transportuje dwutlenek węgla z tkanek do płuc,
�ó transportuje do wszystkich tkanek produkty energetyczne i budulcowe wchłonięte w przewodzie pokarmowym,
�ó transportuje ze wszystkich tkanek do nerek produkty przemiany materii, skąd zostają one wydalane z organizmu wraz z moczem,
�ó transportuje hormony syntetyzowane w organizmie i witaminy wchłonięte w przewodzie pokarmowym,
�ó magazynuje hormony gruczołu tarczowego i hormony steroidowe po ich związaniu z białkami osocza,
�ó wyrównuje ciśnienie osmotyczne we wszystkich tkankach,
�ó wyrównuje stężenie jonów wodoru (pH) we wszystkich tkankach,
�ó wyrównuje różnice temperatur występujące między poszczególnymi narządami i tkankami,
�ó tworzy zaporę przed inwazją drobnoustrojów, które po dostaniu się do środowiska wewnętrznego są stale fagocytowane przez granulocyty,
�ó eliminuje za pomocą przeciwciał i układu dopełniacza substancje obce, szczególnie o charakterze białkowym, np. produkty przemiany drobnoustrojów - toksyny.

Czynność tkanek krwiotwórczych

Tkanki krwiotwórcze, wytwarzające elementy morfotyczne krwi, dzielą się na pierwotne - czyli centralne tkanki hematopoetyczne (central hema-topoetic tissues), do których zalicza się szpik kostny czerwony i grasicę, oraz na wtórne - czyli obwodowe tkanki hematopoetyczne (peripheral hematopoetic tissues), obejmujące węzły chłonne, grudki chłonne w błonach śluzowych i śledzionę.
Komórki hematopoetyczne pluripotencjalne pnia oraz komórki hematopoetyczne ukierunkowane mogą przemieszczać się pomiędzy tkankami hematopoetycznymi wraz z krwią krążącą w układzie krążenia.

Szpik kostny

Szpik kostny czerwony (medulla ossium rubrd) jest zasadniczym narządem krwiotwórczym w życiu pozapłodowym. Szpik kostny stanowi około 5% masy ciała, w tym około połowa, czyli 2,5% masy ciała, przypada na szpik czerwony, w którym powstają elementy morfotyczne krwi. Wypełnia istotę gąbczastą (substantia spongiosa) kości płaskich, mostek (sternum), żebra (costae), kości biodrowe (ossa iliaca), trzon kręgów (corpus verte-brae) oraz jamy szpikowe (cava medullarid) w sąsiedztwie nasad (epiphy-ses) kości długich. W okresie wzmożonej czynności szpik kostny czerwony zwiększa swą masę, zajmując miejsce szpiku kostnego żółtego.

W szpiku kostnym czerwonym, poza komórkami hematopoetycznymi o różnym stopniu zróżnicowania, występują w niewielkiej liczbie adipocyty, komórki zrębu, komórki tworzące ściany zatok szpikowych, czyli komórki śródbłonka i przydanki, oraz komórki bariery. Komórki stanowiące zrąb szpiku kostnego (stroma medullae ossium) są to komórki siateczki (cellulae reticulares) tworzące sieć, na której zawieszone jest utkanie tkanki szpikowej. Poza funkcją tkanki podporowej, komórki siateczki odgrywają istotną rolę w hematopoezie. Mają właściwości żerne, pochłaniając jądra komórkowe wydalane przez dojrzewające erytroblasty. Wydzielają czynniki wzrostowe, leukotrieny, cytokiny, prostaglandyny i inne przekaźniki chemiczne. Zwiększają również stężenie czynników wzrostowych w szpiku w wyniku ich adsorpcji na błonie komórkowej.
Komórki bariery (barrier cells) mają zdolność kurczenia się, a łącząc się ze sobą, otaczają kolonie komórek hematopoetycznych, chroniąc je przed działaniem czynników niepożądanych, jak również wpływają na przepływ krwi przez różne miejsca w jamach szpikowych.

Zgodnie z teorią unitarystyczną wszystkie elementy morfotyczne krwi pochodzą od komórki szpiku pluripotencjalnej hematopoetycznej pnia (pluripotent hematopoietic stem celi). Pod wpływem czynnika wzrostowego granulocytów (CSF-G), sześciu interleukin (IL-1, IL-6, IL-7, IL-10, IL-11, IL-12) i innych czynników z komórki pluripotencjalnej w wyniku podziałów i różnicowania powstają dojrzałe elementy morfotyczne krwi obwodowej: erytrocyty, granulocyty, monocyty, trombocyty, eozynofile i bazofile. Z limfoidalnej komórki pnia powstają limfocyty B, i limfocyty T oraz komórki NK (natural killer).

Komórki pnia mieloidalne (komórki CFU-GEMM) przekształcają się w:
�ó komórki ukierunkowane linii erytrocytów, czyli komórki tworzące kolonie rozsadzające erytrpidalne - BFU-E (burst-forming unit erythroid), i następnie w komórki macierzyste linii erytrocytów - CFU-E (colony forming unit erythroid),

Tabela 16
Czynniki wzrostowe hematopoetyczne

Skrót lub symbol
Nazwa
Komórki wydzielające
Główne działanie
CSF-GM
czynnik wzrostowy komórek prekursoro-wych granulocytów i monocytów
komórki zrębu szpiku kostnego czerwonego limfocyty T komórki tuczne
hematopoeza w szpiku kostnym czerwonym komórek niezróżnicowanych
CSF-G
czynnik wzrostowy komórek prekursoro-wych neutrofilów
komórki zrębu szpiku kostnego czerwonego makrofagi, monocyty
hematopoeza w szpiku kostnym czerwonym komórek niezróżnicowanych i prekursorów neutrofilów
CSF-M
czynnik wzrostowy monocytów
komórki zrębu szpiku kostnego czerwonego makrofagi, monocyty
powstawanie monocytów i makrofagów
EPO
erytropoetyna
nerki wątroba
różnicowanie i dojrzewanie komórek prekursorowych erytrocytów

koniec tabeli
�ó komórki ukierunkowane granulocytów i monocytów - CFU-GM (co-lony-forming unit - granulocyte/monocyte),
�ó komórki macierzyste linii eozynofilów - CFU-Eos (colony-forming unit - eosinophils),
�ó komórki macierzyste linii bazofilów - CFU-Baso (colony-forming unit - basophils),
�ó komórki ukierunkowane linii megakariocytów, czyli komórki tworzące kolonie megakariocytarne - CFU-Mk (colony-forming unit - megaka-ryocytes), których ostatnim produktem są krwinki płytkowe (płytki krwi).
Komórki ukierunkowane granulocytów i monocytów (komórki CFU-GM) przekształcają się dalej w komórki macierzyste linii neutrofilów (komórki CFU-G) i komórki macierzyste linii monocytów (komórki CFU-M).
We wzroście i różnicowaniu się komórek progenitorowych nieukierun-kowanych w komórki ukierunkowane biorą udział liczne czynniki wzrostowe, w tym także interleukiny.


Tabela 17
Elementy morfotyczne w szpiku kostnym czerwonym

nagłówek:
Układ
Szpik kostny Średnia (%)
Szpik kostny Zakres prawidłowych wartości (%)

wiersz 1:
Granulocytamy
56,2
50,4-70,5

wiersz 2:
Erytrocytarny
25,6
18,4-33,8

wiersz 3:
Limfocytarny
16,2
11,1-23,2

wiersz 4:
Monocytarny
0-0,8
0,3

wiersz 5:
Megakariocytarny
0,1
0-0,4

wiersz 6:
Komórki plazmatyczne
1,3
0,4-3,9

wiersz 7:
Komórki siateczki
0-0,9
0,3

Z jednego megakariocytu powstaje około 4 tysięcy trom-bocytów.

Progenitorowe komórki limfoidalne różnicują się w komórki pre-B, pre-T oraz w komórki NK. Pierwsze w środowisku czynników szpikopochodnych zapoczątkowują dojrzewanie limfocytów B, a drugie, pod wpływem czynników grasiczopochodnych, różnicują się w limfocyty T.
Wszystkie komórki hematopoetyczne szpiku kostnego należą do jednej z trzech grup:
�ó puli komórek pnia (stem-cells pool),
�ó puli komórek dzielących się (proliferative pool),
�ó puli komórek dojrzewających i rezerwy szpikowej (maturation and re-serve pool).

Erytrocytopoeza

W szpiku kostnym czerwonym z komórek macierzystych linii erytrocytów, komórek CFU-E, powstają kolejno: proerytroblasty, erytrobla-sty zasadochłonne I i II oraz erytroblasty polichromatofilne. Wszystkie
te komórki należą do puli komórek dzielących się. Na etapie erytroblastów zasadochłonnych zachodzi w tych komórkach ekspresja genów związanych z syntezą łańcuchów polipeptydowych globiny. Cytoplazma erytroblastów zasadochtonnych zaczyna wypełniać się hemoglobiną, której ilość zwiększa się w miarę dojrzewania erytroblastów. W miarę wypełniania się cyto-plazmy hemoglobiną w jądrach komórkowych zmniejsza się synteza matrycowego kwasu rybonukleinowego (rnRNA). Erytroblasty ortochromatyczne przeciskają się pomiędzy komórkami tworzącymi ścianę szpikowych zatok żylnych, pozostawiając piknotyczne jądra komórkowe w miąższu szpiku, gdzie są fagocytowane. Bezjądrowe krwinki - retikulocyty przechodzą do zatok, tworząc pulę rezerwy szpikowej. Zawierają one w cytoplazmie drobne cząsteczki - jądra i potrzebują około 2 dni, aby dojrzeć do postaci erytrocytu.
Cykl rozwojowy erytrocytów w szpiku kostnym, czyli łączny czas przypadający na dzielenie, różnicowanie i dojrzewanie, począwszy od komórek pnia aż do erytrocytu, trwa około 15 dni.
We krwi obwodowej retikulocyty stanowią około 0,5-2,0% puli erytrocytów krążących we krwi. Po utracie znacznych ilości krwi zwiększa się procent retikulocytów we krwi w związku z ich przyspieszonym przechodzeniem z puli rezerwy szpikowej do puli komórek krążących.
Zasadniczym czynnikiem wzrostowym pobudzającym erytrocytopoezę jest erytropoetyna - EPO (erythropoietin). Jest to białko o masie cząsteczkowej 18 kDa (34-39 kDa, kiedy jest całkowicie glikozylowane) wytwarzane u ludzi dorosłych w 85% w nerkach i w 15% w wątrobie. Zmniejszenie prężności tlenu w nerkach jest zasadniczym czynnikiem zwiększającym wydzielanie erytropoetyny do krwi (patrz: Czynność wewnątrzwydzielni-cza nerek, str. 462).
Jony żelaza są niezbędne w biosyntezie hemoglobiny. Erytroblasty pozyskują jony żelaza, za pośrednictwem białka osocza - transferryny (trans-ferrin). U dorosłych mężczyzn stężenie żelaza w osoczu wynosi 23 umol/L (130 ug/dL), natomiast u dorosłych miesiączkujących kobiet - 19 umol/L (110 ug/dL). Utrzymanie takiego stężenia wymaga stałego wprowadzania żelaza wraz z pokarmami, u mężczyzn około 10 mg na dobę i u kobiet około 18 mg na dobę. Tylko część jonów żelaza wchłaniana jest w przewodzie pokarmowym. Wchłanianie jonów żelaza zależy od wielu czynników -w jakich pokarmach występują i czy są to jony Fe2+, czy też jony Fe3+.
Erytroblasty wychwytują żelazo z osocza dzięki receptorom transfer-rynowym. Najwięcej receptorów transferrynowych mają na błonie komórkowej erytroblasty zasadochłonne. W tych komórkach zachodzi najintensywniejsza biosynteza hemoglobiny. Niedobór jonów żelaza w osoczu krwi - i tym samym zmniejszony ich wychwyt przez erytroblasty - hamuje biosyntezę hemoglobiny na etapie translacji mRNA dla hemoglobiny. Zapobiega to gromadzeniu się metabolitów hemu w erytroblastach i następnie w erytrocytach.
Prawidłowa erytrocytopoeza jest również uzależniona od dwóch witamin, a mianowicie od witaminy B12 i od kwasu foliowego.
Zapotrzebowanie dobowe na witaminę B12 (cyanocobalamin) wynosi od l do 3 ng, a w wątrobie jest zmagazynowane 3-4 mg witaminy B12. Ilość zmagazynowana pokrywa zapotrzebowanie na 3 lata.

Witamina B12 zawarta w pokarmach łączy się w żołądku z czynnikiem wewnętrznym (intrinsic factor) wydzielanym przez błonę śluzową żołądka i w tej postaci zostaje w jelicie krętym wchłonięta do krwi. W przypadkach zmniejszonego wydzielania przez błonę śluzową żołądka czynnika wewnętrznego witamina B12 nie jest wchłaniana w jelicie.
Kwas foliowy (folie acid) spożywany z pokarmami jest wchłaniany w dwunastnicy i jelicie cienkim. Zapotrzebowanie dobowe na kwas foliowy wynosi 50 |ig, a ilość zmagazynowana w wątrobie pokrywa zapotrzebowanie na około 4 miesiące.
W regulacji erytrocytopoezy i - pośrednio - liczby erytrocytów we krwi
obwodowej uczestniczą:
�ó erytropoetyna,
�ó czynniki wzrostowe, takie jak interleukiny (IL-3, IL-9, IL-11 - ryć. 142) i czynnik wzrostowy neutrofilów i makrofagów (CSF-GM),
�ó hormony gruczołu tarczowego (T3 i T4) zwiększające erytrocytopoezę,
�ó hormony płciowe, androgeny, pobudzają, metabolity estrogenów zaś hamują erytrocytopoezę.

Granulocytopoeza

Z trzech różnych komórek macierzystych szpiku kostnego czerwonego wywodzą się granulocyty: (1) obojętnochłonne - neutrofile, (2) kwaso-chłonne - eozynofile i (3) zasadochłonne - bazofile.
Neutrofile pochodzą od komórki macierzystej linii neutrofilów, czyli komórki CFU-G. Z tych komórek powstają kolejno: mieloblasty, promielo-cyty i mielocyty tworzące pulę komórek dzielących się (proliferative pool).
Proliferacja i dojrzewanie komórek szpikowych linii neutrofilów zachodzi pod wpływem czynników wzrostowych, takich jak: czynnik wzrostowy granulocytów - CSF-G (colony-stimulating factor - granulocyte), czynnik wzrostowy makrofagów - CSF-M (colony-stimulating factor -macrophage) i czynnik wzrostowy granulocytów i makrofagów - CSF-GM (colony-stimulating factor - granulocyte/monocyte).
Dalszy etap rozwoju komórek szpiku linii neutrofilów to ich dojrzewanie bez mitotycznego podziału. Do puli komórek dojrzewających i rezerwy szpikowej (maturation and reserve pool) należą metamielocyty i neutrofile o jądrach komórkowych pałeczkowatych i segmentowanych.
W szpiku kostnym czerwonym komórki linii neutrofilów są najliczniejsze. Łączny czas potrzebny na przejście od pluripotencjalnej komórki pnia przez wszystkie etapy podziałów, różnicowania i dojrzewania do postaci neutrofilów segmentowanych wynosi około 6-10 dni.

Komórki szpiku linii eozynofilów pochodzą od komórki macierzystej linii eozynofilów - CFU-Eos (colony forming unit - eosinophils) i przechodzą kolejno etapy podziałów, różnicowania i dojrzewania, tak jak komórki linii neutrofilów. Procesy te są regulowane przez czynnik komórek pnia - SCF (stem celi factor), interleukine 3 (IL-3), czynnik wzrostowy gra-nulocytów - CSF-G i są wspomagane przez interleukine 5 (IL-5) oraz czynnik wzrostowy granulocytów i monocytow - CSF-GM.
Komórki szpiku kostnego pochodzące od komórki macierzystej linii bazofilów - CFU-Baso (colony-forming unit - basophil) - przechodzą kolejne etapy podziałów, różnicowania i dojrzewania, tak jak komórki linii neutrofilów. Czynnikami regulującymi te procesy są następujące cytokiny: czynnik komórek pnia (SCF), interleukiny (IL-3, IL-4, IL-10) i czynnik wzrostu nerwów (NGF).

Monocytopoeza

Do makrofagów zaliczane są duże komórki żerne występujące w tkankach, w tym również w szpiku kostnym czerwonym. Komórki te powstają z monocytow krążących we krwi - będących końcową fazą procesu mono-cytopoezy. Monocyty wywodzą się ze wspólnej dla granulocytów i monocytow macierzystej komórki - CFU-GM (colony-forming unit - granulocyte/monocyte), a ta różnicuje się w ukierunkowaną dla monocytow - CFU-M (colony-forming unit - monocyte). W czasie proliferacji, różnicowania i dojrzewania makrofagów/monocytów dochodzi do ekspresji cząsteczki różnicującej CD14. Dzięki tej cząsteczce różnicującej w Wonie komórkowej można dokładnie odróżnić monocyty od innych komórek znajdujących się we krwi obwodowej, szczególnie od dużych limfocytów, które pod względem morfologicznym mogą się nie różnić od monocytow.
Komórki CFU-M proliferują, różnicują się i dojrzewają, przechodząc kolejno etapy: monoblastów, promonocytów i monocytow. Procesy te trwają łącznie od l do 3 dni i kończą się przejściem monocytow ze szpiku do krwi krążącej. Monocyty nie tworzą puli rezerwy szpikowej, lecz po zakończeniu dojrzewania przechodzą do krwi krążącej. Czynnikiem pobudzającym komórki macierzyste CFU-M jest czynnik wzrostowy granulocytów i makrofagów (CSF-GM) działający wspólnie z czynnikiem wzrostowym makrofagów (CSF-M), lub też interleukina 6 (IL-6) wraz zCSF-M.

Trombocytopoeza

Trombocyty, czyli płytki krwi, są to krążące we krwi fragmenty cytopla-zmy megakariocytów. Komórka macierzysta megakariocytów - CFU-Mk (colony-forming unit - megakaryocyte) kończy etap proliferacji w szpiku kostnym czerwonym. Komórka ta dzieli się od dwóch do pięciu razy pod wpływem interleukiny 3 (IL-3) i czynnika wzrostowego granulocy-tów i monocytów (CSF-GM). Powstające z komórek CFU-Mk promega-karioblasty nie dzielą się mitotycznie, lecz w ich jądrach komórkowych zachodzi replikacja łańcuchów DNA i ich jądra komórkowe stają się poli-ploidalne. Proces ten jest wyzwalany przez liczne czynniki wzrostowe he-matopoetyczne, przede wszystkim przez interleukinę 3, 6 i 11 (IL-3,IL-6 i IL-11).
W megakarioblastach i następnie w niegakariocytach, które kończą linię dojrzewania tych komórek, dochodzi do 32-64-krotnego nagromadzenia się łańcuchów DNA w stosunku do innych komórek, na skutek powtarzającego się procesu endomitozy, to jest powielania łańcuchów DNA bez podziału komórkowego. W tych komórkach wzrasta również stopniowo objętość cytoplazmy w stosunku do objętości poliploidalnego jądra komórkowego. Na tym etapie fragmenty cytoplazmy megakariocytów odczepiają się i krążą we krwi jako trombocyty.
Nieliczne megakariocyty opuszczają szpik kostny, krążą we krwi i osiadają w śledzionie oraz w płucach. Również wytwarzają trombocyty. Ich udział w trombocytopoezie nie przekracza 5-7%.
Regulowana jest całkowita objętość trombocytów krążących we krwi, nie zaś ich liczba w jednostce objętości krwi. Zmniejszenie całkowitej objętości trombocytów we krwi ma powodować uwalnianie trombopoetyny -TPO (thrombopoietin) i zwiększenie uwalniania do krwi trombocytów. Trombopoetyna nie została zidentyfikowana pod względem budowy chemicznej i prawdopodobnie jest to mieszanina kilku cytokin.

Zwiększenie całkowitej objętości trombocytów krążących we krwi powoduje hamowanie ich uwalniania przez megakariocyty do krwi. Hamowanie trombocytopoezy związane jest z działaniem kilku cytokin, przede wszystkim czynnika wzrostowego transformującego beta - TGF-fi (trans-forming growth factor beta).

Limfocytopoeza

Limfocytopoeza (lymphocytopoiesis) zachodzi w tkankach limfoidal-nych centralnych (central lymphoid tissues), do których zalicza się szpik kostny i grasicę, oraz w tkankach limfoidalnych obwodowych (peripheral lymphoid tissues), do których należą węzły chłonne, grudki chłonne w błonach śluzowych i śledziona.
W szpiku kostnym czerwonym z komórek pnia limfoidalnych powstają komórki, z których część podlega dalszemu dojrzewaniu w szpiku kostnym - są to limfocyty pre-B, a część wychodzi ze szpiku, krąży we krwi i zatrzymuje się w grasicy - są to limfocyty pre-T. Część komórek nie osiąga w szpiku dojrzałości limfocytów B ani w grasicy dojrzałości limfocytów T, tylko różnicuje się w komórki tzw. naturalni niszczyciele - czyli NK (natural killer cells).
Limfocyty pre-B, dojrzewając w szpiku kostnym, przekształcają się w limfocyty B - szpikozależne wyspecjalizowane w wytwarzaniu irnmu-noglobulin. Limfocyty pre-T, które weszły w grasicy poza naczynia krwionośne, różnicują się i dojrzewają do postaci tymocytu, dzieląc się i dojrzewając początkowo w części korowej grasicy, a następnie wędrują do jej części rdzennej. W czasie dojrzewania w korze grasicy komórki nabłonkowe zrębu grasicy otaczają tymocyty, izolując je od oddziaływań ze strony krwi.
Limfocyty B szpikozależne i limfocyty T grasiczozależne krążą we krwi, osiadają w tkankach limfoidalnych obwodowych, gdzie się dzielą i następnie powracają do krwi. Limfocyty wielokrotnie przechodzą z krwi do chłonki, osiadają w tkankach limfoidalnych obwodowych i powracają do krwi,
tworząc w ten sposób pulę limfocytów recyrkulujących (recirculating lymphocytic pool).

Cząsteczki różnicujące

Czynność wszystkich komórek w organizmie, w tym również limfocytów, jest uwarunkowana występowaniem i budową chemiczną receptorów błonowych. W celu rozpoznawania komórek na podstawie ich właściwości czynnościowych, a nie tylko ich cech morfologicznych, wprowadzono w 1982 roku system rozróżniania leukocytów na podstawie występowania lub niewystępowania na ich błonie komórkowej tak zwanych markerów lub cząsteczek różnicujących - CD (cluster designations).
Obecnie praktyczne zastosowanie ma już około 166 takich cząsteczek różnicujących. Wiele z nich - jako cząsteczki pośredniczące, receptory cy-tokin lub cząsteczki adhezyjne - jednocześnie bierze udział w regulacji aktywacji, proliferacji i różnicowaniu się limfocytów.
W czasie dojrzewania i różnicowania leukocytów, w tym szczególnie limfocytów, zmienia się ekspresja genów kodujących cząsteczki różnicujące. Na pewnych stadiach dojrzewania może przejściowo występować jednocześnie ponad dwadzieścia różnych cząsteczek różnicujących (CD) na błonie komórkowej limfocytów. Limfocyty B szpikozależne, opuszczając szpik kostny, mają w błonie komórkowej antygen głównego układu zgodności tkankowej (MHC - major histocompatibility complex), tak jak wszystkie komórki w całym organizmie, oraz cząsteczki różnicujące CD l O i CD34. Niektóre z tych limfocytów mają również cząsteczki różnicujące CD19, CD22, CD38 i CD40. Zakończenie ekspresji wszystkich tych cząsteczek różnicujących kończy proces dojrzewania limfocytów pre-B w limfocyty B, które, krążąc we krwi, osiadają w tkankach limfoidalnych obwodowych. W limfocytach B dochodzi również do ekspresji genów dla immuno-globulin.
Limfocyty pre-T, tak jak limfocyty pre-B, wywodzą się z komórek macierzystych limfoidalnych o cząsteczkach różnicujących CD34. W opuszczających szpik kostny limfocytach pre-T zachodzi ekspresja cząsteczek różnicujących CD7, CD34 i CD45.
Limfocyty pre-T po opuszczeniu szpiku kostnego krążą we krwi w układzie krążenia i zatrzymują się w korze grasicy �" przekształcając się w tymocyty. W tych komórkach w korze grasicy dochodzi do ekspresji cząsteczek różnicujących: CD2, CD3, CD4, CD7 i CD8. Większość tymocytów ginie przed przemieszczeniem się do rdzenia grasicy. Giną wszystkie tymocyty, w których doszło do jednoczesnej ekspresji CD4 i CD8. Przeżywają te, w których wystąpiła ekspresja jednej z dwóch cząsteczek różnicujących CD4 lub CD8. Grasicę opuszczają limfocyty T grasiczozależne jako nie w pełni jeszcze dojrzałe komórki - w około 60% limfocyty T CD4 i w około 20-30% limfocyty T CD8.
Cząsteczka różnicująca CD4 jest to glikoproteina należąca do immunoglobulin o czterech zewnątrzkomórkowych domenach podobnych do immunoglobulin i o masie cząsteczkowej 55 kDa. Cząsteczka różnicująca CD8 jest to również glikoproteina, heterodimer o dwóch łańcuchach alpha i beta i o jednej domenie podobnej do immunoglobuliny oraz o masie cząsteczkowej 32-34 kDa.
Trzeci rodzaj komórek -jak wspomniano wyżej - to komórki NK, czyli naturalni niszczyciele. We wszystkich komórkach NK dochodzi do ekspresji cząsteczek różnicujących CD16 i CD56 oraz kilku innych cząsteczek różnicujących. Komórki NK nie podlegają dojrzewaniu w obwodowych tkankach limfoidalnych.

Grasica

Limfocyty pre-T po przejściu do krwi ze szpiku kostnego krążą wraz z krwią w całym organizmie. Z krwi przepływającej przez grasicę limfocyty pre-T wychodzą i osiadają w korze grasicy sąsiadującej z torebką grasicy. W korze grasicy pod torebką limfocyty tworzą warstwę dużych komórek dzielących się, czyli tymocytów. Następnie tymocyty stopniowo przenikają w głąb kory grasicy do pogranicza pomiędzy korą a rdzeniem grasicy. W tym czasie zachodzi proces dojrzewania przemieszczających się tymocytów. Przemieszczając się, stykają się z komórkami zrębu grasicy, w tym z komórkami nabłonkowo-siateczkowymi (epithelial-reticular cells), z komórkami siateczki, komórkami bariery i z makrofagami.

Komórki zrębu grasicy oddziałują na dojrzewanie tymocytów w wyniku:
�ó wydzielania tymozyny (thymosyne) i innych czynników grasiczych, które wzmagają lub osłabiają dojrzewanie, dzielenie się i przemieszczanie tych komórek;
�ó tworzenia woreczków (sacs, enclosure), które izolują dojrzewające tymocyty i utrzymują duże stężenie czynników regulujących proces dojrzewania;
�ó kontroli występowania w błonie komórkowej ludzkiego leukocytarne-go antygenu - HLA (human leukocyte antygen) - dzięki ekspresji genów głównego układu zgodności tkankowej - MHC (major histocom-patibility complex).
Pojawienie się w błonie komórkowej limfocytów własnego antygenu HLA pozwala im odróżniać komórki własnego organizmu od komórek organizmów obcych. Wszystkie komórki organizmu człowieka na błonie komórkowej mają cząsteczki glikoproteiny zmienne osobniczo i kodowane przez geny głównego układu zgodności tkankowej. Własne komórki nie są niszczone przez limfocyty T. Obce komórki, mające na błonie komórkowej obce cząsteczki glikoproteiny, są rozpoznawane i niszczone przez limfocyty T.
W części rdzennej grasicy - podobnie jak w korze grasicy - występują komórki nabłonkowate i tymocyty. Pomiędzy tymocytami w korze i w rdzeniu grasicy występują jednak istotne różnice. Tymocyty w korze grasicy nie są jeszcze całkowicie dojrzałe i giną pod wpływem steroidów kory nadnerczy, szczególnie pod wpływem kortyzolu. Tymocyty w rdzeniu grasicy są całkowicie dojrzałe i wykazują oporność na działanie steroidów kory nadnerczy.

W procesie dojrzewania w grasicy około 95% tymocytów ginie, a tylko około 5% tych komórek jest uwalniane z grasicy do krwi jako limfocyty T grasiczozależne, immunologicznie kompetentne, lecz jeszcze niecałkowicie dojrzałe komórki. Krążąc we krwi, komórki te zatrzymują się w śledzionie, gdzie podlegają końcowemu ukształtowaniu tak, aby następnie powrócić do krwi krążącej i utworzyć pulę limfocytów T grasiczozależnych recyr-kulujących i długo żyjących.

Węzły chłonne i grudki chłonne

Węzły chłonne i grudki chłonne w błonach śluzowych tworzą tkankę limfoidalną obwodową (peripheral lymphoid tissue). Do węzłów chłonnych napływają limfocyty wraz z chłonką. Są to zarówno limfocyty B, jak i limfocyty T stanowiące pulę limfocytów recyrkulujących - RLP (recirculating lymphocyte pool). Limfocyty T wychodzą z chłonki i zatrzymują się w miąższu węzłów chłonnych w strefie przykorowej - grasiczozależnej (T-cell region). Dzielą się tam, tworząc ośrodki rozmnażania. Następnie opuszczają węzły chłonne, odpływając wraz z chłonką, z którą trafiają do krwi.
W węzłach i grudkach chłonnych błon śluzowych limfocyty B zatrzymują się w strefie podtorebkowej - szpikozależnej (B-cell region).

W ośrodkach rozmnażania limfocytów B zostaje zakończony proces dojrzewania tych komórek. Limfocyty B, podobnie jak limfocyty T, dostają się z chłonką do krwi, recyrkulując wielokrotnie pomiędzy chłonką i krwią, ale większość swojego życia spędzają w węzłach chłonnych.
W kontroli limfocytopoezy biorą udział:
�ó czynniki wytwarzane przez grasice (thymic factors), powodujące dojrzewanie limfocytów T,
�ó hormony gruczołu tarczowego, trijodotyronina (T3) i tyroksyna (T4), wzmagające limfocytopoezę,
�ó hormon wzrostu (GH) i czynniki wzrostowe, powodujące wzrost tkanki limfoidalnej w organizmie,
�ó hormony kory nadnerczy hamujące mitozę komórek zarówno w centralnych, jak i w obwodowych narządach limfoidalnych.

Śledziona

Przez śledzionę (Hen), która jest małym narządem, przepływa krew w ilości około 5% pojemności minutowej serca w spoczynku. Krew tętnicza przepływa przez miazgę białą śledziony (pulpa lienis alba), krew żylna zaś odpływa od miazgi czerwonej śledziony (pulpa lienis rubrd). Miazgę białą tworzą grudki chłonne należące do obwodowego układu limfoidalnego. Pomiędzy letniczkami i żyłkami śledziony krew przepływa przez zatoki śledziony, które nie mają zachowanej ciągłości śródbłonka naczyniowego.
Śledziona tworzy filtry dla elementów morfotycznych krwi powstających w innych tkankach hematopoetycznych. Pierwsze filtry, które zatrzymują wybiórczo limfocyty T i limfocyty B, znajdują się w miazdze białej. Zatrzymane limfocyty tworzą oddzielne ośrodki rozmnażania limfocytów T grasiczozależnych i limfocytów B szpikozależnych.
Strefa przejściowa pomiędzy miazgą białą i miazgą czerwoną stanowi następny filtr, który zatrzymuje uszkodzone erytrocyty, granulocyty i trombocyty, jak również mikroorganizmy, które przeniknęły do krwi. Monocyty zatrzymane w strefie brzeżnej, pomiędzy miazgą białą i czerwoną, przekształcają się w śledzionowe makrofagi.
Miazga czerwona stanowi ostatni filtr zatrzymujący wszystkie elementy morfotyczne krwi: erytrocyty, granulocyty, monocyty, trombocyty i limfocyty.
Po jednokrotnym przepłynięciu krwi przez śledzionę zatrzymywana jest w niej tylko nieznaczna liczba elementów morfotycznych. Ponieważ krew stale przepływa przez śledzionę, narząd ten ma istotny wpływ na liczbę krążących we krwi elementów morfotycznych.

W śledzionie zachodzą następujące procesy:

�ó wytwarzanie limfocytów,
�ó niszczenie trombocytów,
�ó rozpad starych erytrocytów krążących we krwi - komórki należące do układu siateczkowo-śródbłonkowego śledziony (RES - reticuloendothe-lial system) fagocytują rozpadające się erytrocyty, niszczą ich otoczkę i uwalniają z ich wnętrza hemoglobinę, która podlega dalszemu rozpadowi.
Przepływ krwi przez śledzionę zatrzymuje się w czasie ostrego niedotlenienia organizmu. Tętnice śledzionowe obkurczają się pod wpływem wzmożonej impulsacji współczulnej oraz dopływającej z krwią tętniczą adrenaliny.

Elementy morfotyczne krwi

Erytrocyty

Erytrocyty, czyli krwinki czerwone, w życiu pozapłodowym wytwarzane są przez szpik kostny. Krążą we krwi obwodowej około 120 dni, okres ich połowicznego rozpadu (T1/2) - oznaczany metodą znakowania erytrocytów izotopem chromu 51Cr - wynosi 28 dni.
Erytrocyty spełniają jedną z podstawowych funkcji w organizmie -transportują cząsteczki tlenu z płuc do tkanek. Charakteryzuje je wiele oznaczanych wielkości. Są to: liczba w 1L krwi obwodowej - RBC (red blood cells), wskaźnik hematokrytu - Het, zawartość hemoglobiny - Hb, średnia objętość - MCV (mean corpuscular volume), średnia masa hemoglobiny - MCH (mean corpuscular hemoglobin), średnie procentowe stężenie hemoglobiny - MCHC (mean corpuscular hemoglobin concentration) i średnia średnica erytrocytu - MCD (mean celi diameter).
Średnica erytrocytu wynosi przeciętnie około 8 um i jest większa od średnic naczyń włosowatych w różnych tkankach. Erytrocyt, przepływając przez naczynia włosowate o mniejszej średnicy niż 8 um, odkształca się i następnie powraca do kształtu dwuwklęsłego dysku. Wielokrotny powrót do właściwego kształtu krążących we krwi erytrocytów zapewnia cyto-szkielet erytrocytu. Tworzy go sieć cząsteczek spektryny (spektrin), białka zbudowanego z dwóch łańcuchów polipeptydowych: alpha-podjednostki, o masie cząsteczkowej 260 kDa, i beta-podjednostki, o masie cząsteczkowej 246 kDa. Cząsteczki spektryny połączone są ze sobą przy udziale cząsteczek aktyny i białka 4.1. Do wewnętrznej powierzchni otoczki przymocowane są za pośrednictwem cząsteczek białka ankiryny (ankyrin).


Tabela 18
Wartości średnie charakteryzujące erytrocyty

nagłówek: Nazwa parametru
Mężczyźni średnia
Mężczyźni zakres prawidłowych wartości
Kobiety średnia
Kobiety zakres prawidłowych wartości

wiersz 1: Liczba erytrocytów w 1 L krwi obwodowej x 1012
5,21
4,52-5,90
4,60
4,10-5,10
wiersz 2:
Wskaźnik hematokrytu (Het)
0,46
0,42-0,50
0,40
0,36-0,45
wiersz 3:
Zawartość hemoglobiny (Hb) w mmol w 1 L krwi (w g w dL)
10,0 15,7
8,7-11,2 14,0-17,5
8,7 13,8
7,5-10,0 12,3-15,3
wiersz 4:
Średnia objętość erytrocytu (MCV) w fL
88,0
80,0-96,1
88,0
80,0-96,1
wiersz 5:
Średnia masa hemoglobiny w erytrocycie (MCH) w fmol (pg)
1,89 (30,4)
1,71-2,06 (27,5-33,2)
1,89 (30,4)
1,71-2,06 (27,5-33,2)
wiersz 6:
Średnie stężenie hemoglobiny w erytrocycie (MCHC) w mmol w 1 L (w g w dL)
21,35 (34,4)
20,73-22,3 (33,4-35,5)
21,35 (34,4)
20,73-22,3 (33,4-35,5)

koniec tabeli

rozwinięcia skrótów zastosowanych w tabeli: Het - hematocrit
MCV - mean celi volume
MCH - mean corpuscular hemoglobin
MCHC - mean corpuscular hemoglobin concentration

Otoczka erytrocytów jest błoną półprzepuszczalną, przez którą cząsteczki wody z łatwością dyfundują. W fizjologicznym roztworze 0,9% chlorku sodu ta sama ilość cząsteczek wody dyfunduje przez otoczkę erytrocytu w obu kierunkach, to jest do jego wnętrza i z erytrocytu na zewnątrz. Ciśnienie osmotyczne panujące w erytrocycie i wywierane przez 0,9% roztwór fizjologiczny NaCl jest jednakowe. Równa się 310 mOsm, czyli jest izotoniczne.
Przy zwiększonym stężeniu NaCl płyn staje się hipertoniczny, cząsteczki wody dyfundują na zewnątrz i erytrocyty obkurczają się. W wyniku zmniejszenia stężenia NaCl płyn staje się hipotoniczny, cząsteczki wody dyfundują do wnętrza i powiększają wymiary erytrocytów aż do momentu, w którym otoczka pęka. Pękanie otoczek zaczyna się w 0,48% roztworze NaCl, a w 0,33% roztworze hemoliza jest całkowita.

Hemoglobina

Średnie procentowe stężenie hemoglobiny (Hb) w poszczególnych erytrocytach - MCHC (mean corpuscular hemoglobin concentration) - wynosi 34%. Hemoglobina o masie cząsteczkowej 64,5 kDa jest zbudowana z białka - globiny, składającego się z 4 łańcuchów polipeptydowych o masie cząsteczkowej około 15,5 kDa i z 4 cząsteczek hemu. Każda z czterech cząsteczek hemu jest połączona z jednym łańcuchem polipeptydowym. U ludzi dorosłych 97% stanowi hemoglobina At, 2,5% hemoglobina A2 i około 0,5% hemoglobina płodowa, czyli F (fetal hemoglobin).
W skład hemoglobiny A, wchodzą 2 łańcuchy polipeptydowe typu alpha, zawierające po 141 aminokwasów, i 2 łańcuchy typu beta, z których każdy ma 146 aminokwasów. Hemoglobina A2 ma 2 łańcuchy alpha i 2 łańcuchy delta, a hemoglobina F ma 2 łańcuchy alpha i 2 łańcuchy gamma. Hemoglobina płodowa w życiu płodowym występuje w największym procencie i zaraz po urodzeniu jej ilość szybko się zmniejsza. Zawartość hemoglobiny F około 0,5% ustala się w 6 miesiącu życia.

Oksyhemoglobina

Cząsteczka hemoglobiny (Hb) zawierająca 4 atomy żelaza dwuwartościowego Fe2+ wiąże się z czterema cząsteczkami tlenu, tworząc hemoglobinę związaną z tlenem, czyli oksyhemoglobinę (Hb4O8).
Stopień wysycenia hemoglobiny tlenem, czyli równowaga między wiązaniem hemoglobiny z tlenem i uwalnianiem O2 z oksyhemoglobiny, zależy od:
�ó prężności tlenu - Po2,
�ó temperatury krwi,
�ó prężności dwutlenku węgla - Pco2,
�ó stężenia jonów wodoru, czyli pH.

Wraz ze zwiększeniem prężności tlenu we krwi zwiększa się wysycenie Hb tlenem. Przy prężności tlenu we krwi (Po2) odpowiadającej 12,7 kPa już 97,5% Hb jest całkowicie wysycone tlenem. Ciśnienie parcjalne O2 w powietrzu wdychanym wynosi 21,1 kPa.
Wraz ze spadkiem temperatury krwi i przy zachowanej tej samej prężności tlenu (Po2) zwiększa się wiązanie Hb z tlenem.

Zwiększenie prężności dwutlenku węgla (CO2) we krwi zmniejsza stopień wysycenia Hb tlenem. Zwiększenie stężenia wolnych jonów wodoru we krwi, czyli zmniejszenie pH krwi, również zmniejsza stopień wysycenia Hb tlenem.
We krwi w naczyniach włosowatych pęcherzyków płucnych w warunkach dużej Po2, niższej temperatury niż w innych tkankach (35°C), małej Pco2 i wyższego pH krwi prawie 100% Hb zostaje wysycone tlenem.
Zasadniczą rolą hemoglobiny jest jej udział w transporcie tlenu z płuc do tkanek, jako Hb4O8. Transportuje ona w pewnym stopniu również dwutlenek węgla z tkanek do płuc. Hemoglobina i mioglobina związane z tlenem stanowią magazyn tlenu w organizmie. Magazyn ten zaspokaja zapotrzebowanie na tlen tylko na kilka minut.
Pod wpływem związków utleniających dwuwartościowy atom żelaza (Fe2+) w cząsteczce hemu zostaje zamieniony na atom trójwartościowy (Fe3+), tworząc methemoglobinę. Nie ma ona zdolności transportu O2, czyli jego wiązania i uwalniania.
Tlenek węgla (CO) jest związkiem współzawodniczącym z tlenem przy wiązaniu się z hemoglobiną. Tlenek węgla ma około 200 razy większe powinowactwo do Hb i wypiera O2 z oksyhemoglobiny, zajmując jego miejsce i tworząc karboksyhemoglobinę.
Hemoglobina jest syntetyzowana w szpiku kostnym w komórkach potomnych proerytroblastu, w erytroblastach zasadochłonnych i polichroma-tofilnych.
Dojrzałe erytrocyty, czyli normocyty, krążą we krwi około 120 dni i następnie rozpadają się w układzie siateczkowo-śródbłonkowym (RES), w śledzionie i wątrobie, uwalniając ze swojego wnętrza hemoglobinę. Cząsteczka globiny jest rozkładana na aminokwasy, hem zaś jest zamieniany na biliwerdynę, a odczepione atomy żelaza powracają do osocza krwi. Żelazo zostaje ponownie wykorzystane do syntezy hemoglobiny. Biliwerdyna meta-bolizowana jest do bilirubiny, która w komórkach wątrobowych wiąże się z kwasem glukuronowym i w tej postaci jest wydalana z żółcią do dwunastnicy.

Grupy krwi

W błonach komórkowych erytrocytów występują antygeny, a w osoczu krwi obecne są naturalne przeciwciała przeciwko obcym antygenom erytrocytów. Ich rodzaj określa grupę krwi. Odkryto około 400 antygenów grupowych erytrocytów, z których największe praktyczne znaczenie dla transfu-zjologii mają niżej opisane antygeny.
Antygeny grupowe ABO występują w błonie erytrocytów. Są to cząsteczki polisacharydów stanowiące substancje grupowe A, B i H. Na podstawie ich występowania został dokonany podział na cztery główne grupy krwi: A, B, AB i 0. U ludzi, u których antygen A znajduje się w" otoczce erytrocytów, w osoczu występuje naturalne przeciwciało anty-B, czyli beta. W grupie B z antygenem B w otoczce erytrocytów w osoczu są przeciwciała naturalne anty-A, czyli alpha. W grupie AB oba antygeny A i B znajdują się w otoczce erytrocytów, a w osoczu nie występują naturalne przeciwciała. U osób z grupą O substancja grupowa H ma bardzo słabe właściwości antygenowe, czyli praktycznie nie mają one antygenu, natomiast w ich osoczu krwi występują naturalne przeciwciała anty-B, czyli beta, i anty-A, czyli alpha.
Siła antygenu A nie jest jednorodna, dzieli się na A1 i A2. Dlatego w praktyce wyróżnia się sześć grup krwi układu AB0: A1, A2, B, A1B, A2B i 0.
Niezależnie od podziału krwi na sześć grup na podstawie występowania antygenów A, B i H istnieje podział na dwie grupy układu Rh: Rh-dodat-nią i Rh-ujemną. W otoczkach erytrocytów ludzi z grupą Rh-dodatnią występuje antygen D, a u ludzi z grupą Rh-ujemną brak jest tego antygenu. Przetoczenie krwi Rh-dodatniej biorcy Rh-ujemnemu powoduje pojawienie się w jego osoczu izoprzeciwciał anty-D. Ponowne przetoczenie krwi Rh-dodatniej temu biorcy prowadzi do niszczenia erytrocytów dawcy przez przeciwciała powstałe po pierwszej niezgodnej grupowo transfuzji.
Antygen D odgrywa również dużą rolę w konflikcie serologicznym pomiędzy Rh-ujemną matką i Rh-dodatnim płodem. W czasie pierwszej ciąży może dojść do izoimmunizacji i powstania przeciwciał anty-D u matki. W czasie następnej ciąży u Rh-dodatniego płodu może dochodzić do mszczenia krwinek przez izoprzeciwciała anty-D matki.
Pozostałe antygeny układu Rh, a jest ich ponad czterdzieści, mają małe praktycznie znaczenie, ale oznacza się również antygeny C, c, E i e.

Tabela 19
Podział grup krwi na podstawie występowania antygenów grupowych A, B i O

nagłówek:
Grupa krwi
Antygen grupowy w otoczce erytrocytów
Przeciwciała w osoczu
Częstość występowania grup w Polsce

wiersz 1:
A1
A1
anty-B
31,5

wiersz 2:
A2
A2
anty-B
9,5

wiersz 3:
B
B
anty-A1
19,0

wiersz 4:
A1B
A1 + B
brak
6,4

wiersz 5:
A2B
A2 + B
brak
1,6

wiersz 6:
0
-
anty-A1 + anty-B
32,5

koniec tabeli

Klasyfikacji grup krwi dokonuje się jednocześnie na podstawie występowania antygenów układu ABO i układu Rh. Wśród wielu innych układów grupowych znaczenie praktyczne w transfuzjologii mają antygeny: S - z układu MNSs, kell - z układu Kell oraz Jk - z układu Kidd, które mogą wywołać izoimmunizację i odczyny poprzetoczeniowe. W celu uniknięcia ewentualnych powikłań przed przetoczeniem krwi przeprowadza się próbę krzyżową, czyli inkubację erytrocytów dawcy z osoczem biorcy i erytrocytów biorcy z osoczem dawcy. Po inkubacji obu próbek sprawdza się, czy nie nastąpiła w nich aglutynacja. Występowanie aglutynacji dyskwalifikuje krew do przetoczenia, mimo zgodności w zakresie grup głównych.
Na powierzchni leukocytów i trombocytów występują również antygeny grupowe erytrocytów. Ludzkie antygeny leukocytarne - HLA (human leukocyte antigens), czyli główne antygeny zgodności tkankowej - MHC (major histocompatibility complex), są rozpoznawane przez receptory na błonie komórkowej limfocytów T. Receptory te różnicują własne antygeny układu HLA od antygenów obcych. Układ HLA ma zasadnicze znaczenie w transplantologii. Od zgodności grupowej układu HLA zależy przyjęcie, lub też odrzucenie przeszczepionego narządu.

Leukocyty

Leukocyty, czyli krwinki białe, znajdują się we krwi obwodowej w liczbie około 7,5 x l O9 w l L krwi. Jako granice fizjologiczne przyjęto wartości od 4 x 10 do 9 do 10 x 10 do 9 krwinek białych w 1 L krwi obwodowej.

Tabela 20
Leukocyty we krwi obwodowej

nagłówek (kolumny):
Rodzaje leukocytów
Bezwzględna liczba w 1 L krwi x 10 do 9 średnia
Bezwzględna liczba w 1 L krwi x 10 do 9 zakres prawidłowych wartości
Względna liczba odsetkowa średnia
Względna liczba odsetkowa zakres prawidłowych wartości

wiersz 1:
Całkowita liczba leukocytów
7,4
4,5-11,0
-
-

wiersz 2:
Granulocyty neutrofile
4,4
1,8-7,7
59
40-70

wiersz 3:
Granulocyty eozynofile
0,20
0-0,45
3
0-4

wiersz 4:
Granulocyty bazofile
0,04
0-0,2
0,5
0-1,8

wiersz 5:
Limfocyty
2,5
1,0-4,8
33,5
22-44

wiersz 6:
Monocyty
0,30
0,1-0,8
4
2-7

koniec tabeli

Do leukocytów zalicza się:
�ó granulocyty zawierające w cytoplazmie ziarnistości wytwarzane w szpiku kostnym czerwonym (medulla ossium rubrd),
�ó limfocyty wytwarzane w szpiku kostnym czerwonym, w grasicy (thymus), w węzłach chłonnych (nodi lymphatici), w śledzionie (Hen) i w grudkach chłonnych przewodu pokarmowego (folliculi lymphatici canalis alimentarif),
�ó monocyty pochodzące ze szpiku kostnego czerwonego, które po przejściu do tkanek i narządów stanowią część komórek układu siateczkowo--śródbłonkowego (RES).

Granulocyty

Granulocyty dojrzałe, czyli segmentowane - PMN (polymorphonuclear), wywodzą się z komórek szpiku kostnego i dzielą się na:
�ó granulocyty obojętnochłonne o ziarnistościach cytoplazmatycznych obojętnochłonnych - neutrofile. Stanowią od 35 do 71% wszystkich krążących we krwi leukocytów;
�ó granulocyty kwasochłonne o ziarnistościach kwasochłonnych - eozyno-file. Stanowią od O do 8% wszystkich leukocytów;
�ó granulocyty zasadochłonne o ziarnistościach zasadochłonnych - bazo-file. Stanowią od O do 2% wszystkich leukocytów.
Okres połowicznego krążenia neutrofilów we krwi obwodowej wynosi około 7 godzin. Po przejściu przez ścianę naczyń włosowatych do tkanek, dzięki zdolności do diapedezy, nie powracają już więcej do krwi krążącej.
Całkowita pula neutrofilów krwi - TBNP (total blood neutrophil pool) -wynosi około 70 x 10 do 9 komórek. Średnio nieco mniej niż połowa TBNP przypada na pulę neutrofilów swobodnie krążących - CNP (circulating neutrophil pool) - i nieco więcej niż połowa przypada na neutrofile pozostające blisko ścian naczyń krwionośnych, czyli tzw. pulę neutrofilów przyściennych - MNP (marginal neutrophil pool).
Chwilowe i bardzo szybkie zwiększenie liczby neutrofilów krążących może nastąpić w wyniku przesunięcia ich z puli przyściennej (MNP) do puli swobodnie krążących (CNP). Obserwuje się to w czasie intensywnej pracy mięśni szkieletowych i pod wpływem wydzielonych hormonów rdzenia nadnerczy. Całkowita pula neutrofilów krwi wówczas się nie zmienia.
Całkowita pula neutrofilów krwi może ulec zwiększeniu pod wpływem toksyn bakteryjnych lub czynników uwalnianych przez same neutrofile. Czynniki te powodują przejście neutrofilów z rezerwy szpikowej (reserve pool) do krwi krążącej. W ciągu kilku godzin całkowita liczba neutrofilów może wówczas zwiększyć się nawet do dziesięciu razy. Liczba segmentów jąder neutrofilów wynosi od 1 do 5. Najwięcej komórek ma trzy segmenty.
Neutrofile utrzymują równowagę pomiędzy makroorganizmem człowieka i drobnoustrojami. Inwazja drobnoustrojów do środowiska wewnętrznego organizmu jest powstrzymywana w ciągu całego życia człowieka przez neutrofile. Zmniejszenie bezwzględnej liczby neutrofilów poniżej 1,5 x l O9 w l L krwi obwodowej jest niebezpieczne, ponieważ liczba ta jest niedostateczna do obrony ustroju przed inwazją drobnoustrojów.
Czynność neutrofilów związana jest z ich właściwościami przemieszczania się, fagocytozy, degranulacji, oddychania wybuchowego oraz odbioru i wysyłania humoralnych sygnałów w postaci cytokin.
Krążące we krwi neutrofile przyczepiają się do komórek śródbłonka w naczyniach włosowatych i wychodzą z łożyska krwionośnego (diapede-za), kierując się do ognisk zapalnych, ognisk rozmnażania się bakterii, do martwych tkanek i innych obcych ciał. Neutrofile przemieszczają się do miejsc, w których tworzą się chemokiny - substancje wytwarzane przez uszkodzone lub zaktywizowane komórki. Neutrofile pożerają, czyli fagocy-tują, bakterie i uszkodzone komórki i trawią je w lizosomach za pomocą enzymów hydrolitycznych.
Po dotarciu do ognisk zapalnych w neutrofilach zachodzi reakcja degranulacji. Ziarnistości cytoplazmatyczne zawierające enzymy i liczne aktywne substancje w procesie egzocytozy uwalniane są do środowiska otaczającego neutrofile.
Neutrofile niszczą mikroorganizmy, wytwarzając wolne rodniki tlenowe przy udziale fosforanu dinukleotydu dihydronikotynoamidoadeninowego -NADPH (dihydronicotinamide adeninę dinucleotide phosphate). W czasie tzw. oddychania wybuchowego NADPH odbiera jeden elektron od cząsteczki tlenu i powstaje anion o wolnym rodniku:
NADPH + 2O2 daje NADP+ + 2O2- + H+
Anion ten ma słabe działanie bakteriobójcze, ale pod wpływem enzymów powstaje silnie działający nadtlenek wodoru i tlen cząsteczkowy:
2H+ + O2- + O2- daje H2O2 + O2
Nadtlenek wodoru nie tylko sam wykazuje działanie bakteriobójcze, ale w reakcji katalizowanej przez jony żelaza wytwarzany jest wodorotlenek (HO) - najsilniej działający utleniacz:
H2O2+ O2- przez Fe3+ daje OH+ + OH- + O2-

Oddychanie wybuchowe nasila się pod wpływem cytokin, takich jak czynniki wzrostowe hematopoetyczne CSF-G i CSF-GM. Neutrofile są aktywizowane przez interferon gamma (IFN-y), czynnik martwicy nowotworów alpha (TNF-cc) i interleukiny l, 4 i 8 (IL-1, IL-4, IL-8). Neutrofile same również wydzielają cytokiny, takie jak: interleukina l, 6 i 8 (IL-1, IL-6, IL-8), czynnik martwicy nowotworów alpha (TNF-ot) i czynniki wzrostowe hematopoetyczne CSF-G i CSF-M.
Eozynofile (eosinophils) wykazują te same właściwości diapedezy, chemotaksji i fagocytozy co neutrofile. W warunkach fizjologicznych eozynofile inaktywują substancje wywołujące odczyn zapalny, natomiast w warunkach rozwiniętego procesu patologicznego nasilają odczyn zapalny. W stosunku do różnych pasożytów wykazują podobne reakcje do reakcji neutrofilów w stosunku do bakterii.

Liczne czynniki chemotaktyczne aktywują eozynofile. Do tych czynników zalicza się: leukotrieny B4 (LTB4), czynnik aktywujący trombocyty -PAF (platelet-activating factor), histaminę, interleukinę 5 (IL-5) oraz substancje uwalniane przez pasożyty. Same eozynofile wydzielają leukotrieny C4 (LTC4) i B4 (LTB4) i czynniki wzrostowe transformujące alpha (TGF-a) i beta (TGF-J3).
Bazofile (basophils) uczestniczą w reakcjach związanych z bezpośrednią nadwrażliwością i w reakcjach anafilaktycznych. Immunoglobuliny E (IgE) wyzwalają degranulację bazofilów. Uwalniają się wtedy zmagazynowane w ziarnistościach heparyna i histamina. Znajdująca się w osoczu krwi histamina pochodzi z ziarnistości bazofilów. W czasie degranulacji uwalniane są z błony komórkowej bazofilów pochodne kwasu arachidono-wego, przede wszystkim leukotrien C4 (LTC4). W błonie komórkowej bazofilów wykazano występowanie receptorów dla pięciu interleukin (IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-8) oraz dla czynnika wzrostu nerwów (NGF).
Występują podobieństwa pomiędzy czynnością bazofilów i komórek tucznych. Przypuszcza się nawet, że po przejściu bazofilów z krwi do tkanek spełniają tam funkcje komórek tucznych.

Limfocyty

Limfocyty krążące we krwi obwodowej są niejednorodną populacją komórek, zarówno pod względem miejsca ich powstawania, jak i pod względem pełnionych funkcji. Pochodzą z różnych tkanek i narządów, w których są wytwarzane: ze szpiku kostnego czerwonego, grasicy, węzłów chłonnych, grudek chłonnych błon śluzowych i ze śledziony. Wymienione narządy wraz z naczyniami chłonnymi i krwionośnymi tworzą układ limfoidalny (lymphoid system). Limfocyty, krążąc pomiędzy tkankami układu limfo-idalnego, dzielą się, dojrzewają i zmieniają swoje właściwości.
Dzięki występowaniu cząsteczek różnicujących - CD (cluster designa-tions) - można rozpoznawać limfocyty we krwi obwodowej. Limfocyty dzielą się na trzy zasadnicze grupy: limfocyty T - grasiczozależne (thymus dependent), limfocyty B - szpikozależne (bonę marrow dependent) i komórki NK - naturalni niszczyciele (natural killer cells). Limfocyty T stanowią około 70% wszystkich limfocytów krążących we krwi, limfocyty B -około 15% i komórki NK - około 15%.
Limfocyty T dzielą się na dwie główne podgrupy. Jedną podgrupę tworzą limfocyty T pomagające (helper T cells), o cząsteczkach różnicujących CD4, których jest około 40%. Drugą podgrupę stanowią limfocyty T cytotoksyczne (cytotoxic T cells), o cząsteczkach różnicujących CD8, których jest około 30%.

Limfocyty T CD4 pod wpływem swoistych immunogenów lub nieswoistych mitogenów wydzielają polipeptydowe przekaźniki humoral-ne, czyli cytokiny, które z kolei aktywują limfocyty B, inne limfocyty T, w tym również limfocyty T CD8. Do cytokin wydzielanych przez limfocyty CD4 zalicza się: pięć interleukin (IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10), interferon gamma (IFN-y) i czynnik martwicy nowotworów (TNF).
Limfocyty T CD8 niszczą komórki zawierające obce antygeny, np. komórki, w których rozwijają się wirusy, jak również hamują aktywację limfocytów B wywołaną przez limfocyty T CD4. Prawidłowy stosunek ilościowy limfocytów T CD4 do limfocytów T CD8 we krwi obwodowej zapewnia prawidłową reakcję immunologiczną typu komórkowego na antygeny pojawiające się w organizmie.
Nadmiar limfocytów T CD8 lub niedobór limfocytów T CD4 prowadzi do osłabienia lub niewystąpienia reakcji immunologicznej typu komórkowego na antygen.
Limfocyty B CD19 są odpowiedzialne za humoralny mechanizm odpowiedzi immunologicznej. Recyrkulujące limfocyty B zatrzymują się w strefie podtorebkowej węzłów chłonnych, dzielą się i przekształcają w dojrzałe komórki plazmatyczne intensywnie syntetyzujące immunoglobuliny.
Komórki NK CD16 wykazują aktywność cytotoksyczną, niszcząc komórki, w których rozwijają się wirusy, jak również komórki nowotworowe. Komórki NK i limfocyty cytotoksyczne niszczą obce komórki za pomocą wytwarzanych przez siebie białek. Do tych białek należy perforyna, która uszkadza błonę komórkową obcych komórek, niszczonych przez limfocyty, tworząc otworki w ich błonach komórkowych. Wytwarzana przez fagocyty interleukina 12 (IŁ-12) wzmaga aktywność komórek NK.

Biosynteza immunoglobulin

Limfocyty B powstające w szpiku kostnym mają informację genetyczną potrzebną do wytwarzania różnorodnych immunoglobulin. W procesie dojrzewania i różnicowania w narządach limfoidalnych centralnych i obwodowych limfocyt B specjalizuje się w syntezie jednorodnej pod względem chemicznym immunoglobuliny.
Powstawanie immunoglobulin wiążących antygeny przebiega odmiennie w zależności od tego, czy antygen po raz pierwszy występuje w organizmie, czy też pojawia się ponownie. Pierwsze pojawienie się antygenu wyzwala pierwotną odpowiedź immunologiczną (primary immune res-ponse). Antygen po wniknięciu do środowiska wewnętrznego organizmu zostaje sfagocytowany przez komórkę żerną i dezaktywowany. Po pewnym czasie nieczynny antygen zostaje uwolniony z komórki żernej i wraz z chłonką dostaje się do węzłów chłonnych.

Zdezaktywowany antygen przyczepia się do błony komórkowej makro-fagów w węzłach chłonnych. Makrofagi spełniają funkcję komórek prezentujących antygen (antigen presenting cells) limfocytom T CD4 pomagającym (helper T cells). Pod wpływem cytokin wytwarzanych przez limfocyty T CD4 i komórek prezentujących antygen dochodzi do aktywacji limfocytów B i ich przekształcania się w komórki plazmatyczne wytwarzające w znacznych ilościach specyficzne immunoglobuliny. Krążące w płynach ustrojowych specyficzne immunoglobuliny wiążą antygen i unieczynniają go. Ubywanie antygenu krążącego w płynach ustrojowych wywołuje przewagę działania limfocytów T CD8 - supresorowych (supres-sor T cells) - nad limfocytami T CD4. Pod wpływem cytokin wydzielanych przez limfocyty T CD8 komórki plazmatyczne zmniejszają lub przestają wydzielać specyficzne immunoglobuliny.

Limfocyty B, przekształcając się w komórki plazrriatyczne, wytwarzają specyficzną irnmunoglobulinę o właściwościach przeciwciała wiążącego określony antygen. W różnicujących się limfocytach B zachodzą zmiany w aparacie genetycznym. Różne fragmenty łańcuchów kwasu deoksyrybo-nułdeinowego (DNA) łączą się ze sobą i w czasie transkrypcji powstają odmienne łańcuchy matrycowego kwasu rybonukleinowego (mRNA), na których w procesie translacji wytwarzane są specyficzne immunoglobuliny.
Wtórna odpowiedź immunologiczna (secondary immune response) zachodzi pod wpływem tego samego antygenu po jego ponownym pojawieniu się wewnątrz organizmu. Antygen dostaje się do chłonki i zostaje związany ze swoistymi przeciwciałami znajdującymi się na powierzchni błony komórkowej limfocytów B. Limfocyty B ze związanym na swojej powierzchni antygenem dzielą się i przekształcają w duże zasadochłonne plazmoblasty w strefie podtorebkowej węzłów chłonnych. Plazmoblasty, a przede wszystkim pochodzące od nich dojrzałe komórki plazmatyczne, zaczynają intensywnie wytwarzać swoistą immunoglobulinę.
Immunoglobuliny są syntetyzowane wewnątrz komórki na poliryboso-mach ziarnistej siateczki śródplazmatycznej. Stąd są transportowane na zewnątrz komórki.
Limfocyty B krążące we krwi syntetyzują niewielkie ilości immunoglobu-lin, które są zatrzymywane na zewnętrznej powierzchni ich błony komórkowej. Duże, dojrzałe komórki plazmatyczne natomiast syntetyzują znaczne ilości immunoglobulin, które są uwalniane do chłonki i z nią dostają się do krwi.
Wszystkie immunoglobuliny mają zbliżoną budowę chemiczną, której podstawową jednostką jest cząsteczka składająca się z czterech łańcuchów polipeptydowych: o dwóch identycznych lekkich łańcuchach (masa cząsteczkowa od 22 do 23,5 kDa) i również dwóch identycznych ciężkich łańcuchach (masa cząsteczkowa od 52 do 77 kDa).

Łańcuchy te są ze sobą połączone dwusiarczkowymi wiązaniami. Poszczególne immunoglobuliny różnią się między sobą odmienną sekwencją aminokwasów w łańcuchach polipeptydowych oraz występowaniem w postaci oddzielnych, pojedynczych jednostek o czterech łańcuchach lub w postaci połączonych ze sobą dwóch i więcej jednostek.

Monocyty

Monocyty (monocytes) krążące we krwi pochodzą u ludzi dorosłych ze szpiku kostnego czerwonego. Po wyjściu ze szpiku pozostają we krwi od 8 do 72 godzin. Ponad trzy razy więcej monocytów krwi osadzonych jest na śródbłonku naczyń krwionośnych, tworząc pulę monocytów przyściennych, w stosunku do monocytów swobodnie krążących we krwi. Monocyty po przejściu z krwi do tkanek stają się makrofagami tkankowymi i wykazują zróżnicowaną funkcję w zależności od tkanki, do której przeszły. Będą to pęcherzykowe makrofagi w płucach, komórki siateczkowo-śródbłonkowe gwiaździste w wątrobie, komórki kościogubne - czyli osteoklasty - w tkance kostnej, makrofagi w jamie otrzewnej i w torebkach stawowych. Wszystkie te komórki należą do układu siateczkowo-śródbłonkowego (RES).
Czynniki, które aktywują makrofagi tkankowe, można zaliczyć do czynników fizjologicznych pochodzących z własnego organizmu i do czynników patologicznych wytwarzanych przez bakterie, pasożyty, wirusy i obcesubstancje chemiczne.
W komórkach śródbłonka naczyniowego, pod wpływem czynników wytwarzanych w ognisku zapalnym, zachodzi ekspresja cząsteczek adhezyjnych komórek naczyniowych - YCAM-1 (vascular celi adhesion molecule 1) i cząsteczek adhezyjnych śródbłonkowych leukocytarnych - ELAM-1 (endothelial leukocyte adhesion molecule 1). Monocyty przyczepiają się do komórek śródbłonka, dzięki występowaniu cząsteczek adhezyjnych, i przechodzą pomiędzy nimi do tkanek. Następnie, przyciągane przez liczne czynniki chemotaktyczne wytwarzane w ognisku zapalnym, przemieszczają się w jego kierunku.
Monocyty i makrofagi biorą udział w następujących procesach:
�ó regulacja biosyntezy immunoglobulin,
�ó reakcje przeciwbakteryjne, przeciwpasożytnicze, przeciwgrzybicze i przeciwwirusowe,
�ó usuwanie uszkodzonych tkanek,
�ó kierowanie czynnością fibroblastów i komórek tkanki łącznej,
�ó angiogeneza,
�ó wytwarzanie czynników wzrostowych.
Uwalniany przez inne komórki zdezaktywowany antygen wiąże się z cząsteczką klasy II głównego układu zgodności tkankowej (MHC) na Wonie komórkowej makrofagów. W ten sposób makrofagi stają się komórkami prezentującymi antygen (antigen-presenting cells) limfocytom T i wyzwalają reakcję komórkową na antygen lub limfocytom B, inicjując reakcję humoralną na antygen.
Kierowanie czynnością fibroblastów i komórek tkanki łącznej oraz angiogeneza odbywa się za pośrednictwem licznych przekaźników humoral-nych wydzielanych przez makrofagi. Rozmieszczone w różnych tkankach makrofagi mogą łącznie wydzielać ponad sto różnych przekaźników humoralnych.
Przekaźniki humoralne wydzielane przez makrofagi można podzielić na kilka grup:

�ó interleukiny (IL-1),
�ó czynniki wzrostowe (czynnik wzrostowy pochodzenia płytkowego -PDGF, czynnik wzrostowy transformujący beta - TGF-beta),
�ó eikozanoidy (prostaglandyny E - PGE2),
�ó enzymy i czynniki hamujące aktywność enzymów,
�ó czynniki krzepnięcia krwi (czynnik II, V, VII, IX, X),
�ó białka adhezyjne (fibronektyna),
�ó tlenek azotu (NO).

Trombocyty

Trombocyty (platelets), czyli płytki krwi, są wytwarzane w szpiku kostnym czerwonym z megakariocytów. Są one fragmentami cytoplazmy me-gakariocytów, która oderwała się od nich w wyniku ich dojrzewania. WIŁ krwi obwodowej znajduje się średnio 250 x 109 płytek krwi (140-440 x 109). Krążą we krwi od 8 do 10 dni, a czas ich połowicznego krążenia wynosi od 4 do 5 dni. Zatrzymywane są w śledzionie, która jest zasadniczym miejscem ich rozpadu. Uczestniczą w hemostazie.
W miejscu uszkodzenia śródbłonka naczyniowego i odsłonięcia warstwy podśródbłonkowej naczynia krwionośnego trombocyty przylepiają się i tworzy się czop. W warstwie podśródbłonkowej występują białka rozpoznawane przez receptory trombocytow. Do tych białek należą: kolagen, fibronektyna, trombospondyna, witronektyna, czynnik von Willebran-da i laminina.
Trombocyty, przyczepiając się do białek warstwy podśródbłonkowej, jednocześnie agregują ze sobą i uwalniają ze swoich ziarnistości cytopla-zmatycznych liczne czynniki, które sprzyjają dalszej agregacji.
Do czynników agregujących należą:
�ó adenozynodifosforan (ADP) i adenozynotrifosforan (ATP),
�ó adrenalina i serotonina,
�ó jony wapnia,
�ó czynniki krzepnięcia krwi (czynnik I, II, V, XI),
�ó czynniki wzrostowe (czynnik wzrostowy pochodzenia płytkowego -PDGF, czynnik wzrostowy transformujący beta - TGF-(3),
�ó białka adhezyjne (fibronektyna, trombospondyna).
Z błony cytoplazmatycznej agregujących trombocytow uwalniane są pochodne kwasu arachidonowego w postaci tromboksanów (TXA2, TXB2) i leukotrienów (LTB4, LTC4, LTD4, LTE4).


Osocze

Osocze krwi (blood plasma) należy do płynu zewnątrzkomórkowego i zawiera składniki nieorganiczne i organiczne.
Składniki nieorganiczne osocza dzielą się na:
�ó kationy - najwięcej jest jonów sodu i potasu,
�ó aniony - najliczniejsze są jony chloru i węgla.
Składniki organ i c/n e osocza dzielą się na:
�ó białka,
�ó składniki pozabiałkowe z resztą azotową i bez reszty azotowej,
�ó lipidy.

Zawartość składników nieorganicznych w płynie tkankowym jest zbliżona do zawartości ich w osoczu. Większe różnice w składzie szybko wyrównują się. Od prawidłowego składu płynu tkankowego, pośrednio od składu osocza, zależy pobudliwość komórek, a więc właściwości błony komórkowej i metabolizm wewnątrzkomórkowy. Szczególne znaczenie ma stosunek jonów sodu do jonów potasu.
Zwiększenie stężenia jonów potasu zaburza prawidłowe stosunki pomiędzy ich rozmieszczeniem wewnątrz i zewnątrz komórek i może spowodować utratę pobudliwości komórek nerwowych i mięśniowych, a szczególnie komórek mięśnia sercowego.

Równowaga kwasowo-zasadowa

W tkankach organizmu stale wytwarzane są kwasy, takie jak: węglowy, mlekowy, moczowy i inne. W czasie pracy mięśni ilość tworzących się w organizmie kwasów znacznie się zwiększa.
Trawienie pokarmów związane jest z wydzielaniem soków trawiennych zarówno silnie kwaśnych, np. sok żołądkowy, jak i zasadowych, np. sok trzustkowy. Powoduje to ubywanie anionów lub kationów z osocza krwi. Spożywane pokarmy zawierają również składniki kwaśne i zasadowe, które wchłaniane są do krwi. Stale usuwany jest z organizmu z wydychanym powietrzem kwas węglowy. Kwasy i zasady nielotne są usuwane z moczem.
Utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej (acid-base balance) zależy przede wszystkim od właściwości buforowych krwi. Właściwości te są związane z występowaniem we krwi:
�ó buforu wodorowęglanowego:
[HCO3-]/[H2CO3]
�ó buforu fosforanowego:
[HPO2-]/[H2PO4]
�ó białek osocza, których cząsteczki wiążą zarówno kwasy, jak i zasady,
�ó krwinek czerwonych.
W płucach, we krwi tętniczej, aniony CF przechodzą przez otoczkę erytrocytów do osocza, a w tkankach, we krwi żylnej, aniony CF powracają do krwinek.
Wędrówka anionów Cl- jest spowodowana właściwościami oksyhemoglobiny, która, będąc silniejszym kwasem niż hemoglobina, wypiera aniony CF z erytrocytów. Powrót anionów CF we krwi żylnej do erytrocytów sprzyja utrzymaniu stałej wartości pH osocza krwi żylnej, która waha się w granicach 7,35-7,45.

Białka osocza

Białka osocza (plasma proteins) występują w ilości 70-75 g w l L osocza. Białka osocza dzielą się na trzy zasadnicze frakcje:
�ó albuminy,
�ó globuliny,
�ó fibrynogen.

Frakcje albumin i fibrynogenu są stosunkowo jednorodne, natomiast globuliny dzielą się na liczne grupy. W zależności od zastosowanego sposobu frakcjonowania uzyskuje się większą lub mniejszą liczbę grup białek we frakcji globulin.
Rozdzielając białka osocza za pomocą najczęściej stosowanej metody elektroforetycznej, uzyskuje się:
�ó albuminy - 55,1% (SI: 0,551 kg/kg),
�ó globuliny - 38,4% (SI: 0,384 kg/kg),
- alpha1 - 5,3% (SI: 0,053 kg/kg),
- alpha2 - 8,7% (SI: 0,087 kg/kg),
- beta - 13,4% (SI: 0,134 kg/kg),
- gamma - 11,0% (SI: 0,110 kg/kg),
�ó fibrynogen - 6,5% (SI: 0,065 kg/kg).

Za pomocą metody ultrawirowania otrzymuje się trzy zasadnicze frakcje zależne od masy cząsteczkowej białek:
�ó A - albuminy i małe globuliny o współczynniku sedymentacji (sedimen-tation coefficient) od 4 do 5 S i masie cząsteczkowej 50-90 kDa,
�ó G - globuliny o współczynniku sedymentacji 7 S i masie cząsteczkowej około 150 kDa,
�ó M - makroglobuliny o współczynniku sedymentacji 19 S i masie cząsteczkowej około 900 kD.

Albuminy

Albuminy wytwarzane są w wątrobie, a ich zasadniczą funkcją jest wiązanie wody. Dzięki wiązaniu dużej liczby cząsteczek wody wywierają na ścianki naczyń włosowatych ciśnienie koloidoosmotyczne, czyli onko-tyczne (oncotic pressure), wynoszące około 3,3 kPa. Dzięki temu ciśnieniu woda przefiltrowana przez ścianę naczyń włosowatych do przestrzeni ze-wnątrzkomórkowych powraca do łożyska krwionośnego.
Na cząsteczkach albumin osadzają się związki drobnocząsteczkowe, między innymi hormony. Albuminy pełnią funkcję nośnika we krwi dla tych związków.

Globuliny

We frakcji globulin występują:
�ó mukoproteiny i glikoproteiny, które są połączeniem białka z węglowodanami,
�ó lipoproteiny, które są połączeniem białka z lipidami,
�ó globuliny, które wiążą jony metali (metal binding proteins): transfer--rytyna połączona z żelazem i ceruloplazmina - z miedzią,
�ó gamma-globuliny, które dzielą się na:
o immunoglobuliny G - IgG,
o immunoglobuliny A - IgA,
o immunoglobuliny M - IgM,
o immunoglobuliny D - IgD,
o immunoglobuliny E - IgE.

Gamma-globuliny wytwarzane są w węzłach chłonnych, natomiast pozostałe globuliny powstają w wątrobie.
Zasadniczą rolą gamma-globulin jest inaktywacja antygenów, ponieważ w tej frakcji białek zawarte są przeciwciała.

Fibrynogen

Fibrynogen jest białkiem wytwarzanym przez wątrobę, o masie cząsteczkowej 340 kDa i znacznie wydłużonej cząsteczce, o stosunku osiowym jak 20 : l i o okresie połowicznego rozpadu w osoczu (T1/2) wynoszącym 4 dni. Cząsteczka fibrynogenu składa się z dwóch identycznych podjednos-tek, z których każda zbudowana jest z trzech łańcuchów polipeptydowych: Aa (Aalpha), B(3 (Bbeta) i y (gamma). Obie podjednostki skierowane są do siebie N-końcami swoich łańcuchów polipeptydowych. W części środkowej fibrynogenu obie podjednostki połączone są mostkiem dwusiarczkowym pomiędzy łańcuchami gamma, natomiast łańcuchy Aalpha i Bbeta mają wolne końce utworzone przez fibrynopeptydy A i B.
W osoczu stale występują w formie nieaktywnej dwa enzymy: protrom-bina i plazminogen, które po aktywacji przecinają wiązania peptydo-we w cząsteczce fibrynogenu. Aktywny enzym - trombina - działa swoiście, odcinając od łańcuchów Aalpha i Bbeta obu podjednostek dwa krótkie łańcuchy, czyli fibrynopeptydy A i B. Powstające cząsteczki fibryny łączą się ze sobą i tworzą sieć włókien formującego się skrzepu krwi (blood ciot).
Aktywny enzym - plazmina - przecina łańcuchy polipeptydowe zarówno fibrynogenu, jak i fibryny we wszystkich miejscach występowania wiązania peptydowego pomiędzy aminokwasami argininą i lizyną. Powstające fragmenty fibrynogenu hamują proces krzepnięcia krwi.

Składniki organiczne pozabiałkowe osocza

Do składników organicznych pozabiałkowych osocza należą:
�ó węglowodany i produkty ich przemiany,
�ó produkty przemiany białkowej,
�ó produkty przemiany hemu,
�ó inne produkty organiczne przemiany wewnątrzkomórkowej.
We krwi występuje stale glukoza w stężeniu od 3,9 do 6,2 mmol/L osocza. Po spożyciu pokarmów bogatych w węglowodany zawartość glukozy we krwi zwiększa się. Kwas mlekowy, który jest końcowym produktem glikolizy w fazie beztlenowej, znajduje się stale we krwi. Stężenie jego mieści się, w zależności od pracy mięśni szkieletowych, w granicach od 0,4 do 1,7 mmol/L osocza.
Aminokwasy (amino acids) są najważniejszym produktem przemiany białkowej. Występują w osoczu w ilości od 30 do 55 mg/L. Wchłaniane są z przewodu pokarmowego oraz uwalniane do krwi w tkankach w rezultacie preteolizy. We krwi występuje amoniak w stężeniu od 23,6 do 41,3 mmol/L osocza, który powstaje w tkankach jako produkt deaminacji aminokwasów.
Komórki wątrobowe wychwytują krążący we krwi amoniak, syntetyzują z niego mocznik i wydzielają go do krwi. Prawidłowa zawartość mocznika wynosi od 1,3 do 3,3 mmol/L osocza.
W osoczu stale znajdują się produkty katabolizmu hemu - bilirubina, w ilości od 0,7 do 6,8 umol/L osocza, oraz urobilinogen.
Produktami katabolizmu wewnątrzkomórkowego występującymi stale we krwi są kwas moczowy i kreatynina.
Kwas moczowy (178-386 umol/L osocza) jest jednym z końcowych produktów katabolizmu kwasu deoksyrybonukleinowego i kwasu rybonukleinowego.
Kreatynina (62-133 umol/L osocza) powstaje w komórkach mięśniowych z kreatyny.

Lipidy osocza

Zawartość całkowita lipidów w osoczu (plasma lipids) wynosi od 5 do 8 g w 1 L osocza.
W skład lipidów osocza wchodzą:
�ó cholesterol (3,9 mmol/L osocza),
�ó fosfolipidy (3 g/L osocza),
�ó triacyloglicerole (1,5 g/L osocza),
�ó witaminy rozpuszczalne w tłuszczach - A, D, E i K (fat-soluble vita-. mins),
�ó hormony steroidowe wydzielane przez korę nadnerczy, jądro i jajnik,
�ó wolne kwasy tłuszczowe - FFA (free fatty acids).

Lipidy we krwi, poza FFA, są związane z białkiem osocza, tworząc lipoproteiny. W czasie trawienia i wchłaniania tłuszczów z przewodu pokarmowego cząsteczki triacylogliceroli kondensują się w enterocytach jelita, trafiają do naczyń chłonnych jelit, tworząc tzw. chylomikrony, które następnie dostają się do krwi.

Lipoproteiny osocza dzielą się na:
�ó chylomikrony,
�ó lipoproteiny o bardzo małej gęstości - VLDL (very Iow density lipopro-teins),
�ó lipoproteiny o pośredniej gęstości - IDL (intermediate density lipo-proteins),
�ó lipoproteiny o małej gęstości - LDL (Iow density lipoproteins),
�ó lipoproteiny o dużej gęstości - HDL (higfi density lipoproteins).
Zasadniczą funkcją lipoprotein osocza jest transport cholesterolu, fosfoli-pidów, triacylogliceroli, witamin i hormonów steroidowych. Cząsteczki biat-ka są nośnikiem dla tych substancji lipidowych. Enzym - lipaza lipoprotei-nowa - znajdujący się w ścianach naczyń krwionośnych, przede wszystkich w obrębie tkanki tłuszczowej i mięśni, hydrolizuje triacyloglicerole występujące w lipoproteinach osocza. Uwolnione z triacylogliceroli kwasy tłuszczowe wnikają do komórek śródbłonka naczyń i stąd do innych komórek.

Hemostaza

Zatrzymanie krwi w łożysku krwionośnym, czyli hemostaza, zależy od:
�ó właściwości samych naczyń krwionośnych. Błona mięśniowa uszkodzonych naczyń krwionośnych kurczy się i światło naczyń ulega zamknięciu;
�ó obecności trombocytow i tworzenia się z nich czopu trombocytarnego;
�ó czynników osoczowych powodujących zamianę fibrynogenu na fibrynę, która wraz z czopem trombocytarnym, erytrocytami i leukocytami tworzy skrzep krwi.
W czasie tworzenia się czopu z trombocytow, w miejscu uszkodzonego śródbłonka naczyniowego, uwalniają one tromboksan (TxA), który przyspiesza ich agregację i jednocześnie wywołuje silny skurcz naczyń krwio-nos'nych. Uwalniane ze śródbłonka naczyniowego prostacy kliny (PGI) działają przeciwnie - hamują zlepianie się trombocytow i rozkurczają naczynia krwionośne.

Czop utworzony z trombocytow ściśle przylega do miejsca, w którym uszkodzony jest śródbłonek naczynia krwionośnego i są odsłonięte białka adhezyjne, ponieważ na powierzchni trombocytow występują receptory dla tych białek. Trombocyty wiążą się za pośrednictwem swoich receptorów z białkami adhezyjnymi.

Do białek adhezyjnych należą:

�ó kolagen,
�ó czynnik von Willebranda - vWF (von Willebrand factor),
�ó fibrynogen,
�ó fibronektyna,
�ó trombospondyna,
�ó laminina,
�ó witronektyna.

Białka adhezyjne, takie jak czynnik von Willebranda (vWF) i fibrynogen, występują również w osoczu krwi. Czynnik von Willebranda występujący w osoczu jest dimerem o masie cząsteczkowej około 600 kDa. Z dime-rów vWF tworzą się multimery o masie cząsteczkowej do około 20 000 kDa. Czynnik von Willebranda nie tylko zlepia trombocyty, lecz również łączy ze sobą łańcuchy lekkie z łańcuchami ciężkimi białka stanowiącego czynnik przeciwhemofiłowy (czynnik VIII krzepnięcia krwi). Na skutek niedoboru czynnika von Willebranda występuje wtórny niedobór aktywnego czynnika przeciwhemofilowego w osoczu krwi.

Krzepnięcie krwi

Istotą procesu krzepnięcia krwi (blood clotting) i powstania skrzepu jest zamiana hydrofilnego fibrynogenu - czynnika I - na hydrofobną fibrynę -czynnik Ia. W procesie tym bierze udział enzym trombina - czynnik IIa, która we krwi występuje w postaci nieaktywnej, czyli protrombiny - czynnika II.

Istnieją dwa mechanizmy aktywacji protrombiny:
�ó wewnątrzpochodny,
�ó zewnątrzpochodny.

Wewnątrzpochodny mechanizm krzepnięcia krwi (intrinsic clotting mechanism) ujawnia się wtedy, kiedy krew krzepnie na skutek kontakta z materiałami lub związkami o ładunku ujemnym. Wewnątrz łożyska naczyniowego krew zazwyczaj krzepnie w miejscu uszkodzenia śródbłonka naczyniowego. Trombocyty przyczepiają się bezpośrednio do odsłoniętych białek adhezyjnych, głównie kolagenu, po uszkodzeniu śródbłonka naczyniowego. Kolagen, kalikreiny i kininogeny osoczowe aktywują czynnik XII krzepnięcia krwi. Czynnik XII krzepnięcia krwi może być również zak-ty wowany przez ściany probówek lub butelek o ładunku ujemnym, w których znajduje się krew pobrana z żyły.
Czynniki stanowiące kolejne ogniwa w łańcuchu reakcji enzymatycznych doprowadzających do zamiany fibrynogenu w fibrynę występują w coraz większym stężeniu. Z tego względu proces krzepnięcia krwi przyjęto przedstawiać według schematu �śkaskadowego".
Wewnątrzpochodny mechanizm krzepnięcia krwi rozpoczyna się od aktywacji czynnika XII. W kolejnych �śkaskadach" dochodzi do zamiany nieaktywnych czynników: XI, IX, X i II na aktywne aż do ostatniej �śkaskady", w której fibrynogen - czynnik I, przekształca się w fibrynę labilną - czynnik Ia.
Pod wpływem czynnika XIIIa i jonów Ca2+ fibryna labilną (Ia) zamienia się w fibrynę stabilną (Ib).
Zewnątrzpochodny mechanizm krzepnięcia krwi (extrinsic clotting mechanism) występuje po zetknięciu się krwi wypływającej z naczyń krwionośnych z uszkodzonymi tkankami. Tromboplastyna tkankowa wraz z aktywnym czynnikiem VII, występującym również w tkankach, aktywują czynnik IX lub czynnik X krzepnięcia krwi. Aktywny czynnik X zwrotnie przyspiesza aktywację czynnika VII. Poczynając od aktywacji czynnika X, Wewnątrzpochodny i zewnątrzpochodny mechanizm aktywacji protrombiny i krzepnięcia krwi przebiegają jednakowo.

Proces krzepnięcia krwi przyjęto dzielić na fazy:
�ó I faza - obejmuje aktywację wszystkich czynników niezbędnych do zamiany czynnika II na aktywny czynnik IIa,
�ó II faza - następuje zamiana protrombiny - czynnika II - na trombinę - czynnik IIa,
�ó III faza - powstaje fibryna stabilna - czynnik Ib - z fibrynogenu - czynnika I

Po wytworzeniu się skrzepu dochodzi do jego retrakcji (ciot retraction). Włókienka fibryny skracają się i wyciskają ze skrzepu część płynną osocza - surowicę krwi (blood serum).
Fibryna stabilna podlega proteolitycznemu rozpadowi, czyli fibrynoli-zie. Enzymem, który wywołuje fibrynolizę, jest plazmina stale występująca we krwi w postaci nieczynnego proenzymu - plazminogenu.
Przejście proenzymu w aktywny enzym jest zarówno aktywowane, jak i hamowane przez inne enzymy. Aktywatorami plazminogenu są:

�ó tkankowy aktywator plazminogenu - t-PA (tissue plasminogen activator),
�ó urokinazowy aktywator plazminogenu - u-PA (urokinase plasminogen activator).

Aktywację wywołuje przecięcie tylko jednego wiązania peptydowego w proenzymie pomiędzy aminokwasami argininą i waliną w pozycji 561-562 łańcucha polipeptydowego plazminogenu. Enzymami hamującymi aktywację plazminogenu są dwa inhibitory aktywatorów plazminogenu: PAI-1, który aktywuje t-PA, oraz PAI-2, który aktywuje u-PA.
Aktywny enzym - plazmina - degraduje fibrynogen do jego fragmentów rozpuszczalnych w wodzie. Proces ten może być również hamowany przez inny enzym - alpha2-antyplazminę.

Wrodzony brak lub niedobór jednego z czynników krzepnięcia krwi powoduje zwolnienie lub upośledzenie procesu tworzenia się skrzepu. Wrodzony brak czynnika von Willebranda jest przyczyną choroby von Wille-branda, niedobór czynnika VIII - hemofilii typu A, brak czynnika IX -hemofilii typu B i brak czynnika XI - hemofilii typu C.
Niedobór witaminy K w pokarmach, jej wypieranie przez pochodne dikumarolu lub jej upośledzone wchłanianie z jelita, hamuje przede wszystkim syntezę w wątrobie protrombiny - czynnika II, jak również syntezę czynników: VII, IX i X oraz białka C i białka S. Krew nie krzepnie lub krzepnie znacznie wolniej.

Krzepnięcie krwi wypełniającej łożysko krwionośne stale jest hamowane przez wiele czynników. Do tych czynników hamujących krzepnięcie krwi zalicza się takie białka, jak: trombomodulinę, białko C i białko S. Trombomodulina, występująca na powierzchni komórek śródbłonka naczyniowego, wiąże czynnik Ha, czyli trombinę. Białko C niszczy czynnik Va i czynnik VIIIa, działając wraz z białkiem S.
We krwi występuje stale heparyna w ilości około 100 ug/L osocza. Jest ona wytwarzana przez granulocyty zasadochłonne oraz komórki tuczne występujące w tkance łącznej. Heparyna blokuje aktywność wielu czynników, przede wszystkim działanie trombiny (czynnika Ha) na fibrynogen (czynnik I) i w ten sposób hamuje krzepnięcie krwi.
Można również nie dopuścić do wystąpienia procesu krzepnięcia krwi pobranej z żyły, np. konserwując krew przez dodanie słabych kwasów wiążących jony Ca2+.

Chłonka

Część osocza przefiltrowana do tkanek przez ściany naczyń włosowatych dostaje się do naczyń chłonnych i powraca w postaci chłonki do krwi żylnej przez przewód piersiowy (ductus thomcicus) i przewód chłonny prawy (ductus lymphaticus dexter). Z osocza do tkanek zostaje przefiltrowana woda oraz rozpuszczone w niej składniki drobnocząsteczkowe. Białka krwi filtrują się do płynu tkankowego w ilości około ułamka procentu.
Chłonka przepływająca przez naczynia chłonne (vasa lymphaticd) nie ma jednolitego składu. Szczególnie zmienia się zawartość białek. Skład chłonki zależy od stanu czynnościowego organizmu i narządu, od którego ona odpływa. W czasie trawienia pokarmów w przewodzie pokarmowym chłonka odpływająca od narządów jamy brzusznej jest bogata w tłuszcze wchłonięte w jelicie oraz białka zsyntetyzowane w narządach jamy brzusznej, przede wszystkim w wątrobie.
W naczyniach chłonnych wątroby występuje największa zawartość białek. W wątrobie syntetyzowana jest większość białek znajdujących się we krwi i część z nich - zwłaszcza te, które tworzą duże cząsteczki - odpływa przez naczynia chłonne.
Odpływ białek wytwarzanych przez komórki lub przefiltrowanych z osocza krwi zapobiega gromadzeniu się białek w płynie tkankowym i sprzyja utrzymaniu jego stałego ciśnienia onkotycznego.
Przez naczynia chłonne powracają do krwi nie tylko składniki bezpostaciowe, lecz również recyrkulujące limfocyty. Część recyrkulujących limfocytów po przejściu z naczyń krwionośnych do tkanek trafia do naczyń chłonnych i tą drogą wraca do krwi.

Układ sercowo-naczyniowy

Układ sercowo-naczyniowy ze względu na jego czynność dzieli się na:
�ó serce składające się z czterech jam: dwóch przedsionków, prawego i lewego (atrium dextrum et atrium sinistrum), i dwóch komór, prawej i lewej (ventńculus dexter et ventriculus sinistef). Przedsionki, kurcząc się, pracują jak pompy objętościowe, komory zaś pracują jak pompy ciśnieniowe, zwłaszcza komora lewa;
�ó tętnice (arteńes) i żyły (yenae) krążenia dużego, które tworzą dwa zbiorniki: zbiornik tętniczy duży (Ras - systemie arterial reservoir) i zbiornik żylny duży (Rvs - systemie venous reservoir);
�ó tętnice i żyły krążenia małego, czyli płucnego, które tworzą dwa zbiorniki: zbiornik tętniczy płucny (Rap - pulmonary arterial reservoir) i zbiornik żylny płucny (Rvp - pulmonary venous reservoir);
�ó dwie sieci naczyń włosowatych: pierwszą łączącą zbiornik tętniczy duży (Ras) ze zbiornikiem żylnym dużym (Rvs) i drugą łączącą w płucach zbiornik tętniczy płucny (Rap) ze zbiornikiem żylnym płucnym (Rvp).
Posługując się najdalej idącym uproszczeniem, można przedstawić układ sercowo-naczyniowy jako układ składający się z:
�ó czterech pomp pracujących szeregowo po dwie, czyli z prawego przedsionka i prawej komory oraz z lewego przedsionka i lewej komory,
�ó czterech zbiorników krwi (blood reservoirs): dwóch zbiorników dużych i dwóch zbiorników płucnych,
�ó dwóch sieci naczyń włosowatych (capillary nets) łączących zbiorniki tętnicze ze zbiornikami żylnymi.
Każdy z czterech zbiorników zawiera inną objętość krwi (blood volume) oraz w każdym z nich panuje inne średnie ciśnienie. Mimo tych różnic, pojemność krwi (blood capacity) tłoczona w jednostce czasu, np. w czasie 1 minuty lub 1 godziny, do zbiornika tętniczego dużego musi być prawie równa (tylko z niewielkim odchyleniem) pojemności krwi odpływającej ze zbiornika żylnego dużego.
W warunkach fizjologicznych, kiedy oddychanie jest swobodne, pojemność krwi tłoczona do zbiornika tętniczego dużego równa się pojemności krwi tłoczonej do zbiornika tętniczego płucnego.
W spoczynku pojemność krwi odpływającej ze zbiornika żylnego dużego równa się pojemności krwi odpływającej ze zbiornika żylnego płucnego.
Pojemność krwi krążącej pomiędzy zbiornikami zmienia się w określonych stanach fizjologicznych organizmu. W czasie pracy mięśni i rozszerzania naczyń krwionośnych w mięśniach szkieletowych lub w czasie trawienia i rozszerzania naczyń krwionośnych w narządach jamy brzusznej początkowo więcej krwi odpływa z Ras niż dopływa do Rvs. Po zakończeniu pracy lub po strawieniu pokarmów w pewnym okresie więcej krwi dopływa do Rvs niż odpływa z Ras.
Postawa ciała ma również wpływ na objętość krwi wypełniającej zbiorniki żylne. Po zmianie postawy ze stojącej na leżącą więcej krwi dopływa do zbiornika żylnego płucnego, niż z niego odpływa i zwiększa się objętość krwi wypełniającej ten zbiornik. Zmiana postawy z leżącej na stojącą powoduje zmniejszenie objętości krwi wypełniającej zbiornik żylny płucny. Zasadniczym zadaniem serca jest pompowanie krwi ze zbiorników żyl-nych do zbiorników tętniczych i utrzymywanie w zbiornikach tętniczych odpowiedniego ciśnienia. Zbiorniki tętnicze gromadzą krew tłoczoną przez serce i dzięki panującemu w nich ciśnieniu zapewniają stały jej przepływ przez sieć naczyń włosowatych również w czasie rozkurczu serca.
Zbiorniki żylne, zwłaszcza zbiornik żylny duży, w którym stale znajduje się około 54% krwi krążącej, gromadzą krew niezbędną do wypełnienia jam serca i tworzą jej rezerwę. W chwili zwiększonego zapotrzebowania na tlen transportowany przez krew serce przyspiesza częstotliwość swych skurczów. Zwiększa się pojemność minutowa krwi tłoczonej przez komory (cardiac output) do zbiorników tętniczych. W tym samym czasie napływa do serca więcej krwi ze zbiorników żylnych.

Serce

Z czynnością serca ściśle związane są zjawiska:
�ó elektryczne,
�ó mechaniczne,
�ó akustyczne.

Czynność bioelektryczna serca - EKG

Rozrusznikiem (pacemaker) dla potencjałów czynnościowych mięśnia sercowego, które wyprzedzają skurcz, jest tkanka układu przewodzącego (conduction system). Błona komórkowa komórek tkanki układu przewodzącego odznacza się zdolnością do rytmicznej spontanicznej depolaryzacji (pacemaker potential). Komórki tworzące węzeł zatokowo-przedsionkowy depolaryzują się najszybciej w stosunku do pozostałych komórek tkanki układu przewodzącego. W związku z tym węzeł zatokowo-przedsionkowy stanowi ośrodek pierwszorzędowy, narzucając swój rytm całemu sercu.
Depolaryzacja z węzła zatokowo-przedsionkowego przenosi się do węzła przedsionkowo-komorowego (Hisa) za pośrednictwem trzech pęczków międzywęzłowych: przedniego (Bachmana), środkowego (Wenckebacha) i tylnego (Thorela) oraz rozchodzi się na mięsień przedsionków, obejmując prawy i lewy przedsionek. W strefie granicznej i w samym węźle przedsion-kowo-komorowym zaznacza się największe zwolnienie prędkości przenoszenia się depolaryzacji. Z tego węzła depolaryzacja przewodzona jest do mięśnia komór za pośrednictwem pęczka przedsionkowo-komorowego.
Pęczek przedsionkowo-komorowy stanowi jedyne połączenie pomiędzy mięśniem przedsionków i mięśniem komór, przez które przewodzony jest stan czynny. W obrębie komór pęczek dzieli się na dwie odnogi: prawą biegnącą do prawej komory i lewą - do lewej komory. Odnoga lewa pęczka dzieli się w obrębie lewej komory na dwie wiązki: wiązkę przednią i wiązkę tylną. Odnoga prawa pęczka i wiązki odnogi lewej pęczka przechodzą pod wsierdziem w komórki mięśniowe sercowe przewodzące (włókna Purkinje-go). Depolaryzacja przewodzona przez pęczek przedsionkowo-komorowy zaczyna się szerzyć na komórki mięśnia komorowego w następującej kolejności: warstwa podwsierdziowa w dolnej l/3 przegrody międzykomorowej po stronie lewej, od lewej do prawej warstwy podwsierdziowej przegrody międzykomorowej, warstwa podwsierdziowa przegrody międzykomorowej po stronie prawej, podwsierdziowe warstwy przykoniuszkowe prawej i lewej komory, ściana lewej komory, ściana prawej komory do nasierdzia, ściana lewej komory do nasierdzia, części przypodstawne przegrody mię-dzykomorowej oraz prawej i lewej komory. Wędrówka dużej liczby jonów przez błonę komórkową związana jest z postępującą depolaryzacją komórek mięśnia przedsionków i mięśnia komór.
Zmiany ładunku elektrycznego występujące na powierzchni mięśnia sercowego mogą być odebrane za pomocą elektrod przystawionych bezpośrednio do serca lub do powierzchni skóry. Elektrody przystawione do powierzchni skóry odbierają potencjał czynnościowy mięśnia sercowego o wielokrotnie niższej amplitudzie niż elektrody przystawione bezpośrednio do serca. Ze względów praktycznych stosuje się w medycynie odbiór potencjałów czynnościowych mięśnia sercowego za pomocą elektrod przystawianych do powierzchni skóry.
W celu ujednolicenia metody pomiaru i oceny potencjałów czynnościowych mięśnia sercowego zostały ustalone miejsca na powierzchni ciała, do których przystawia się elektrody.

Odprowadzenia EKG

Umieszczając elektrody na kończynach i rejestrując różnice potencjałów występujące pomiędzy elektrodami, odbiera się czynność bioelektryczną mięśnia sercowego, czyli elektrokardiogram - EKG, za pomocą tzw. odprowadzeń kończynowych.
Trzy odprowadzenia kończynowe dwubiegunowe, klasyczne Einthove-na, uzyskuje się rejestrując różnice potencjałów pomiędzy:
�ó prawym przedramieniem (R) i lewym przedramieniem (L) - I odprowadzenie kończynowe,
�ó prawym przedramieniem (R) i lewą golenią (F) - II odprowadzenie kończynowe,
�ó lewym przedramieniem (L) i lewą golenią (F) - III odprowadzenie kończynowe.

Elektrody przystawione do kończyn zachowują pewne stałe przestrzenne położenie w stosunku do mięśnia sercowego. Elektrody przystawione do kończyn, które spełniają tylko funkcję przewodników elektrycznych, odbierają z różnych stron czynność bioelektryczną serca. W związku z tym każda z elektrod ustawiona jest pod innym kątem względem wektora siły elektromotorycznej serca (cardiac vector of the electromotive f orce). Szerzenie się w mięśniu przedsionków, a następnie w mięśniu komór depolaryzacji, za którą postępuje repolaryzacja, powoduje stałą zmianę chwilowego wektora siły elektromotorycznej serca. Największy wektor siły elektromotorycznej serca jest skierowany przestrzennie wewnątrz klatki piersiowej od okolicy prawej pachy do lewego łuku żebrowego.
Zapis EKG zarejestrowany z każdego z trzech odprowadzeń kończynowych jest inny, ponieważ stanowi wypadkową potencjałów elektrycznych serca występujących w przestrzeni pomiędzy tymi elektrodami. Rzutując na przednią ścianę klatki piersiowej wektor siły elektromotorycznej serca, można sprowadzić potencjały czynnościowe serca występujące w przestrzeni do procesu przebiegającego na płaszczyźnie. Łącząc ze sobą na płaszczyźnie punkty przystawiania elektrod, otrzymuje się trójkąt, w którego śródku znajduje się rzut serca na płaszczyznę czołową. Wewnątrz rzutu serca znajduje się rzut wektora siły elektromotorycznej serca. Każda z trzech elektrod kończynowych jest ustawiona pod innym kątem w stosunku do rzutu wektora siły elektromotorycznej serca, czyli do osi elektrycznej serca (cardiac axis). W związku z tym załamki EKG zarejestrowane z poszczególnych odprowadzeń mają inną amplitudę, a nawet mogą być inaczej skierowane w stosunku do linii izoelektrycznej. Załamki EKG są dodatnie, jeśli są skierowane ponad linię izoelektryczną, oraz ujemne, jeśli są skierowane w dół od tej linii.
Do oceny EKG dogodniejsze są odprowadzenia jednobiegunowe. Za ich pomocą rejestruje się różnice potencjałów pomiędzy elektrodą aktywną i elektrodą nieaktywną. Jednobiegunowe odprowadzenie przedsercowe otrzymuje się po przystawieniu elektrody aktywnej do klatki piersiowej i rejestracji różnic potencjałów pomiędzy tą elektrodą i elektrodą nieaktywną. Zapis EKG odebrany za pomocą odprowadzeń przedsercowych różni się od EKG odebranego za pomocą odprowadzeń kończynowych. Elektrody przedsercowe są inaczej ustawione przestrzennie w stosunku do wektora siły elektromotorycznej serca.
Stosuje się sześć jednobiegunowych odprowadzeń przedsercowych (unipolar chest leads), czyli odprowadzeń przedsercowych Wilsona, oznaczonych: V1, V2, V3, V4, V5 i V6. Elektroda I przedsercowego odprowadzenia V1 jest przystawiona do skóry w czwartym międzyżebrzu po stronie prawej mostka. Pozostałe elektrody V2-V6 są przystawiane do skóry po stronie lewej klatki piersiowej.

Trzeci rodzaj odprowadzeń stanowią odprowadzenia kończynowe jednobiegunowe. Zwierając bezpośrednio dwie elektrody kończynowe, uzyskuje się z trzeciej elektrody aktywnej EKG o załamkach o wyższej amplitudzie. Otrzymuje się w ten sposób trzy odprowadzenia EKG kończynowe jednobieguttowe nasilone (augmented unipolar limb leads), czyli odprowadzenia Goldbergera:
�ó aVR - elektroda aktywna na prawym przedramieniu,
�ó aVL - elektroda aktywna na lewym przedramieniu,
�ó aVF - elektroda aktywna na lewej goleni.

Porównywalność zapisów EKG wymaga nie tylko stosowania typowych odprowadzeń, lecz również jednakowych warunków rejestracji. Aparaty - elektrokardiografy - rejestrują krzywą EKG przy podstawie czasu 2 sekundy, prędkości przesuwu papieru 25 lub 50 mm/s i wzmocnieniu odpowiada jącemu 1 mV = 10 mm.

Elektrokardiogram
Elektrokardiogram (EKG) zarejestrowany za pomocą II odprowadzenia kończynowego dwubiegunowego ma pięć załamków oznaczonych kolejno literami: P, Q, R, S i T. Załamek P odpowiada początkowi depolaryzacji mięśnia przedsionków. Załamki Q, R i S występują obok siebie, tworząc zespół QRS odpowiadający początkowi depolaryzacji mięśnia komór, czyli fazie O potencjału czynnościowego komórek mięśnia komór (patrz: Mięsień sercowy, str. 104). Załamki T wiąże się z szybką repolaryzacją mięśnia komór, co odpowiada fazie 3 potencjału czynnościowego komórek mięśnia sercowego.

Analiza krzywej EKG obejmuje:
�ó załamki - kierunek ich wychylenia ku górze lub ku dołowi od linii izo-elektrycznej, ich amplitudę, czas trwania, częstotliwość występowania i kształt,
�ó odcinki - czas trwania linii izoelektrycznej pomiędzy załamkami,
�ó odstępy - obejmujące łączny czas trwania załamków i odcinków.
Czas trwania poszczególnych załamków, odcinków i odstępów zależy od czasu trwania potencjałów czynnościowych mięśnia przedsionków i komór.
Amplituda załamków zależy od wielu czynników. U ludzi dorosłych jest przede wszystkim wykładnikiem liczby synchronicznie depolaryzujących i repolaryzujących się komórek mięśniowych. Amplituda załamków zależy od oporu elektrycznego tkanek znajdujących się pomiędzy elektrodą i sercem, od budowy ciała i położenia serca w klatce piersiowej.
Amplituda poszczególnych załamków w każdym odprowadzeniu jest inna. Mierzona w II odprowadzeniu wynosi dla:
�ó załamka P 1-2,5 mm = 0,1-0,25 mV, �-
�ó zespołu QRS 7-18 mm = 0,7-1,8 mV,
�ó załamka T 2,5-6 mm = 0,25-0,6 mV.
Nieprawidłowy kształt i amplituda załamków oraz nieprawidłowe wartości odnoszące się do odcinków i odstępów wskazują na zaburzenia w czynności bioelektrycznej mięśnia sercowego. Wydłużenie odstępu PQ powyżej 200 ms świadczy o zwolnieniu przewodzenia stanu czynnego przez układ przewodzący, zwłaszcza przez węzeł przedsionkowo-komorowy. Brak załamka S, uniesienie odcinka ST ponad linię izoelektryczną lub inne zniekształcenia zespołu QRST mogą wskazywać na zaburzenia w krążeniu krwi w naczyniach wieńcowych serca na skutek np. zaczopowania odgałęzienia jednej z tętnic wieńcowych.

Oś elektryczna serca

W zależności od ustawienia serca w klatce piersiowej zmienia się wektor siły elektromotorycznej serca, jak również jego rzut na płaszczyznę czołową, czyli oś elektryczna serca - AQRS (cardiac axis). Na podstawie pomiarów załamków Q, R i S w I i II odprowadzeniu EKG można wyznaczyć oś elektryczną serca.
W warunkach prawidłowych oś elektryczna serca jest skierowana podobnie jak bok trójkąta Einthovena wyznaczonego przez II odprowadzenie. Prawidłowe nachylenie osi elektrycznej serca w stosunku do skali w stopniach przedstawionej na rycinie 174 wynosi od �"30° w lewo i do +110° w prawo. Oś elektryczna serca jest zorientowana: poziomo w zakresie od �"30° do +30°, pośrednio w zakresie od +30° do +60° i pionowo w zakresie od +60° do +110°. Odchylenie w lewo osi elektrycznej serca, poza wartości fizjologiczne, występuje wtedy, kiedy kąt jest powyżej �"30°. Odchylenie w prawo zaś występuje przy kącie większym niż +110°.

Czynność mechaniczna serca

Za falą depolaryzacji szerzy się skurcz mięśnia przedsionków i mięśnia komór, repolaryzacja zaś wyprzed/a ich rozkurcz. Skurcz i rozkurcz przedsionków i komór powtarzają się cyklicznie, w spoczynku w rytmie 1,2 Hz (72 na minutę). Jeden cykl trwa około 800 ms.
Skurczowi i rozkurczowi mięśnia sercowego towarzyszy napełnianie się i opróżnianie z krwi jam serca. Jeden kierunek przepływu krwi - od zbiorników żylnych do zbiorników tętniczych - wiąże się z samą budową jam serca i istnieniem zastawek, które uniemożliwiają cofanie się krwi.
Krew szybko napływa z obu zbiorników żylnych do przedsionków i przez otwarte ujścia przedsionkowo-komorowe do komór w fazie rozkur-czu, w okresie szybkiego wypełniania się komór krwią.
Pierwszy kurczy się mięsień przedsionków (atrial systole) i krew wypełniająca jamy przedsionków zostaje wtłoczona do komór przez otwarte ujście przedsionkowo-komorowe prawe i lewe (ostium atńoventńculare dextrum et sinistrum). Następnie skurczem izowolumetrycznym (isovolumetric ventricular contraction) rozpoczyna się skurcz komór (ventricular systole). Zastawki przedsionkowo-komorowe: prawa - trójdzielna i lewa - dwudzielna (valvae atńoventriculares: dextra - tricuspidalis et sinistra - mitralis) zamykają się, napięcie mięśnia komór szybko zwiększa się, czemu towarzyszy szybki wzrost ciśnienia w obu komorach.
W momencie kiedy ciśnienie krwi w komorach przewyższy ciśnienie w zbiornikach tętniczych, zastawka pnia płucnego (valva trunci pulmona-liś) i zastawka aorty (valva aortae) otwierają się i krew jest wtłaczana do zbiorników tętniczych. Otwieranie się zastawek pnia płucnego i aorty rozpoczyna skurcz izotoniczny komór (isotonic ventricular contraction), w czasie którego krew jest wtłaczana do zbiorników tętniczych (ventricular ejection).
Faza rozkurczu komór (ventricular diastole) rozpoczyna się z chwilą wystąpienia krótkiego okresu protodiastolicznego (protodiastole), w którym ciśnienie w komorach zaczyna opadać. Potem występuje rozkurcz izowolumetryczny komór (isovolumetric ventricular relaxation), w czasie którego zarówno zastawki pnia płucnego i aorty, jak i przedsionkowo-komorowe są zamknięte.

Okres szybkiego wypełniania się komór (rapid inflow) rozpoczyna się od otworzenia się zastawek przedsionkowo-komorowych i przepływu do komór krwi nagromadzonej w przedsionkach. Następnie występuje okres przerwy (diastasis), po którym kurczy się mięsień przedsionków i druga porcja krwi wypełniającej jamy przedsionków zostaje wtłoczona pod niewielkim ciśnieniem do komór. Kolejny cykl pracy serca rozpoczyna się od skurczu izowolumetrycznego komór.
Przyspieszenie częstości skurczów serca skraca czas trwania poszczególnych cykli. W większym stopniu ulega skróceniu czas rozkurczu, w mniejszym zaś czas skurczu. Bez względu na częstotliwość skurczów serca czas trwania skurczu izowolumetrycznego komór zmienia się tylko nieznacznie.
Objętości krwi tłoczonej przez prawą i lewą komorę do zbiorników tętniczych w czasie pojedynczego cyklu pracy serca są sobie prawie równe, natomiast ciśnienie skurczowe w lewej komorze jest pięciokrotnie wyższe od ciśnienia w prawej komorze.

Wyrzut serca

Objętość wyrzutowa serca - SV (stroke volume) - jest to ilość krwi wtłaczanej przez jedną z komór serca do odpowiedniego zbiornika tętniczego. U dorosłego mężczyzny o masie ciała 70 kg, w spoczynku, w pozycji leżącej, każda z komór tłoczy około 75 mL krwi w czasie jednego cyklu pracy serca. W końcu skurczu pozostaje w każdej komorze około 50 mL krwi stanowiącej objętość krwi zalegającej (residual blood volume), która warunkuje objętość późnoskurczową komór (end-systolic ventricular volume).
Frakcja wyrzutowa lewej komory serca określana jest stosunkiem objętości wyrzutowej (75 mL) do objętości późnorozkurczowej (75 mL + 50 mL =125 mL). Frakcja ta stanowi dobry wskaźnik stanu czynnościowego mięśnia lewej komory serca.
Pojemność minutowa serca (cardiac output) jest to ilość krwi tłoczonej przez jedną z komór serca w czasie jednej minuty i wynosi w spoczynku około 90 mL/s (5,4 L/min) krwi. Pojemność minutowa serca w spoczynku jest przeliczana na l m2 powierzchni ciała jako tzw. wskaźnik sercowy (cardiac index). Pojemność minutowa komory wynosi 53 mL/s/m2 (3,2 L/min/m2) powierzchni ciała.
W różnych stanach fizjologicznych pojemność minutowa serca zwiększa się dzięki:
�ó zwiększeniu objętości wyrzutowej serca - SV,
�ó przyspieszeniu częstości skurczów serca.
Objętość wyrzutowa serca zależy od siły skurczu mięśnia komór, która z kolei jest uwarunkowana: początkowym rozciągnięciem komórek mięśniowych (objętością krwi zalegającej), ciśnieniem panującym w zbiornikach tętniczych i transmitterami układu autonomicznego uwalnianymi z zakończeń nerwowych w mięśniu sercowym. W czasie intensywnego wysiłku fizycznego pojemność minutowa serca wzrasta kilkakrotnie w stosunku do pojemności minutowej w czasie spoczynku.
Zgodnie z prawem Starlinga, które mówi, że energia skurczu jest proporcjonalna do początkowej długości komórek mięśnia sercowego, objętość wyrzutowa serca zależy od stopnia wypełniania komór krwią w końcu rozkurczu (end-diastolic volume). Wypełnianie się jam serca zależy od warunków przepływu krwi w zbiorniku żylnym dużym. Zwiększenie całkowitej objętości krwi krążącej (TBV - total blood volume), obniżanie się ujemnego ciśnienia wewnątrz klatki piersiowej (negative intrathoracic pre-ssure) w czasie pogłębiania oddechów, praca mięśni szkieletowych uciskaj ących żyły są to czynniki zwiększające dopływ krwi do prawego przedsionka. Zmniejsza się zaś dopływ po zmniejszeniu się objętości krwi krążącej, spłyceniu oddechów i w czasie bezruchu.
Wzrost ciśnienia w zbiorniku tętniczym dużym na skutek zwiększenia całkowitego obwodowego oporu naczyniowego (TPR - total peripheral vessels resistance) początkowo zmniejsza objętość wyrzutową i zwiększa objętość krwi zalegającej w komorach. Zwiększająca się objętość krwi zalegającej w komorach w końcu skurczu powoduje większe rozciąganie komórek mięśniowych i w wyniku tego zwiększenie objętości wyrzutowej i pojemności minutowej serca. Zmniejszenie obwodowego oporu naczyniowego chwilowo zwiększa objętość wyrzutową, a następnie zmniejsza objętość wyrzutową i pojemność minutową serca.
Impulsacja biegnąca przez nerwy współczulne i uwalniana na ich zakończeniach noradrenalina zwiększają siłę skurczów komórek mięśniowych komór bez początkowej zmiany ich długości. Zwiększa się objętość wyrzutowa serca kosztem zmniejszenia się objętości krwi zalegającej w komorach w końcu skurczu i zwiększa się pojemność minutowa.
Czynniki nerwowe i humoralne wpływają na mięsień sercowy i zmieniają:
�ó siłę jego skurczów, czyli mają działanie inotropowe,
�ó częstotliwość skurczów, czyli mają działanie chronotropowe,
�ó przewodzenia stanu czynnego, czyli mają działanie dromotropowe,
�ó pobudliwość, czyli mają działanie batmotropowe.
Noradrenalina uwalniana z zakończeń nerwów współczulnych ma działanie dodatnie inotropowe, chronotropowe, dromotropowe i batmotropowe, zwiększając objętość wyrzutową i pojemność minutową serca. Działa ona w ten sposób na mięsień sercowy za pośrednictwem receptora beta-adrenergicznego i cyklazy adenyłanowej.
Działanie przeciwne w stosunku do noradrenaliny ma acetylocholina uwalniana z zakończeń neuronów przy współczulnych. Wynikiem jej wpływu na serce jest zmniejszenie objętości wyrzutowej i pojemności minutowej serca.

Ruchy serca

W czasie skurczów serce wykonuje niewielki ruch obrotowy wokół swej osi podłużnej. Jednocześnie pierścienie włókniste ujść przedsionkowo-komorowych obniżają się w czasie skurczów komór w kierunku koniuszka serca. Oba przedsionki zostają rozciągnięte, co sprzyja ich wypełnianiu się krwią napływającą ze zbiorników żylnych.
Ruch obrotowy serca wokół osi podłużnej i zwiększenie napięcia mięśnia komór w czasie skurczu są przyczyną występowania w piątym między-żebrzu po stronie lewej tzw. uderzenia koniuszkowego serca.

Echokardiografia

Do badania echokardiograficznego, czyli ultrasonograficznego serca (USG), wykorzystane są właściwości fal ultradźwiękowych (od 1 do 10 MHz), które przenikając przez tkanki, odbijają się od powierzchni odgraniczającej dwie tkanki o różnej gęstości akustycznej. Wiązka fal ultradźwiękowych generowana jest przez kryształ piezoelektryczny znajdujący się w przetworniku przystawionym do skóry na klatce piersiowej nad sercem. Odbite fale ultradźwiękowe powracają do przetwornika z różnym opóźnieniem w zależności od głębokości powierzchni je odbijającej.
Fale ultradźwiękowe odbijają się od powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej ściany klatki piersiowej, od ścian komór i przedsionków serca oraz od powierzchni zastawek, ponieważ krew wypełniająca jamy serca słabo odbija fale ultradźwiękowe. Dzięki temu można zobrazować na ekranie oscyloskopu sygnał elektryczny przetworzonych fal ultradźwiękowych, odbitych od struktur serca położonych w różnej odległości od kryształu piezoelektrycznego. Zmieniając ustawienie przetwornika i jego kąt nachylenia względem powierzchni klatki piersiowej, uzyskuje się na ekranie oscyloskopu obraz odbicia fal ultradźwiękowych od różnych struktur serca.
Stosuje się kilka standardowych sposobów badania echokardiograficznego czynności mechanicznej serca. Podczas zastosowania tzw. sposobu M uzyskuje się na ekranie oscyloskopu na osi pionowej obraz odbicia fal ultradźwiękowych od powierzchni, których odległość zmienia się w czasie skurczu i rozkurczu. Zmiany w odbitym obrazie, zachodzące w czasie, przesuwają się na ekranie oscyloskopu wzdłuż osi poziomej.
Przetwornik musi być przystawiony do skóry klatki piersiowej w czwartym międzyżebrzu, przy mostku, po stronie lewej. W sposobie M na ekranie oscyloskopu uzyskuje się przesuwające się odbicie fal ultradźwiękowych od mięśnia przedniej ściany prawej komory serca, przegrody i mięśnia tylnej ściany lewej komory serca, jak również od przedniego i tylnego płatka zastawki dwudzielnej. W czasie skurczu serca poszerza się odbicie fal od powierzchni kurczącego się mięśnia sercowego. Płatki zastawki dwudzielnej są zamknięte, dając obraz pojedynczego odbicia fal ultradźwiękowych.
W czasie rozkurczu zwężają się odbicia fal ultradźwiękowych od ścian komór, od otwartej zastawki dwudzielnej uzyskuje się zaś dwa odbicia od obu płatków - przedniego i tylnego.
Korelacja zachodzących w czasie procesów elektrycznych zarejestrowanych jako elektrokardiogram (EKG) z procesami mechanicznymi, w postaci echokardiogramu uzyskanego sposobem M, umożliwia pomiar; czasu skurczu i rozkurczu mięśnia komór, szerokości światła prawej i lewej komory serca, grubości ściany przedniej prawej komory, grubości przegrody międzykomorowej i grubości tylnej ściany lewej komory. Umożliwia również pomiar rozwarcia płatków zastawki dwudzielnej.

Zjawiska akustyczne

Drgania towarzyszące pracy serca są niejednorodnej częstotliwości. Z punktu widzenia praktyki lekarskiej dzieli się je na stale występujące w warunkach fizjologicznych, czyli tony serca (heart sounds), oraz na patologiczne szmery.
W każdym cyklu pracy serca występują tony:
�ó pierwszy ton serca - wywołany zamykaniem się zastawek przedsion-kowo-komorowych i początkiem skurczu serca. Trwa okoto 150 ms i obejmuje drgania o częstotliwości od 25 do 45 Hz;
�ó drugi ton serca - powstaje w czasie zamykania się zastawek aorty i pnia płucnego. Trwa krócej od pierwszego tonu - 120 ms - i ma większą częstotliwość - około 50 Hz;
�ó trzeci ton serca - występuje w rozkurczu, w okresie wypełniania się komór krwią napływającą z przedsionków. Jest najsłabszy. Spowodowany jest przez wibrację krwi szybko wypełniającej jamy obu komór.
W warunkach patologicznych występują dodatkowo w czasie pracy serca szmery (murmurs) różniące się od tonów. Są one zazwyczaj spowodowane nieprawidłowymi warunkami przepływu krwi pomiędzy przedsionkami, komorami i zbiornikami tętniczymi.
Zjawiska akustyczne występujące w sercu można zarejestrować, otrzymując zapis w postaci fonokardiogramu. Do skóry w okolicy serca przystawia się specjalny przetwornik. Wzmacnia się prądy elektryczne wzbudzane w przetworniku przez drgania towarzyszące pracy serca i rejestruje zazwy czaj za pomocą aparatu do elektrokardiografii.

Krążenie wieńcowe

Krew tętnicza dopływa do mięśnia sercowego przez dwie tętnice wieńcowe, lewą i prawą (arteria coronaria sinistra et dextrd). W warunkach prawidłowych pomiędzy tymi tętnicami nie ma połączeń za pośrednictwem naczyń o większej średnicy. Połączenia takie występują tylko pomiędzy naczyniami o średnicy około 40 |im. W przypadku zaczopowania jednej z tętnic wieńcowych druga tętnica nie może jej zastąpić.
Przepływ krwi przez naczynia wieńcowe (coronary blood flow), a szczególnie przez lewą tętnicę, jest ściśle uzależniony od okresu cyklu pracy serca i od ciśnienia w aorcie. W okresie rozkurczu krew przepływa swobodnie przez obie tętnice wieńcowe, natomiast na początku skurczu komór, w miarę wzrastania ciśnienia w komorach, przepływ przez naczynia wieńcowe gwałtownie się zmniejsza.
W końcu skurczu izowolumetrycznego i na początku podokresu maksymalnego wyrzutu ciśnienie w lewej komorze oraz ciśnienie śródścienne w samym mięśniu lewej komory przewyższają ciśnienie w aorcie. Odgałęzienia w lewej tętnicy wieńcowej zostają zamknięte i krew cofa się do aorty - występuje wsteczny przepływ krwi (backflow). W połowie podokresu maksymalnego wyrzutu krew zaczyna przepływać przez lewą tętnicę wieńcową i naczynia włosowate, aby w okresie zredukowanego wyrzutu ponownie się zmniejszyć. Na początku rozkurczu przepływ przez lewą tętnicę wieńcową osiąga swoje maksimum.
W prawej tętnicy wieńcowej przepływ krwi podlega podobnym wahaniom, zależnym od okresu cyklu pracy serca, z tą różnicą, że nie występuje wsteczny przepływ krwi.
Przyspieszenie częstości skurczów serca jest szczególnie niekorzystne dla utrzymania prawidłowej prężności tlenu (POJ w komórkach mięśnia sercowego, zwłaszcza mięśnia lewej komory. W miarę przyspieszania częstości skurczów wzrasta łączny czas, w którym przepływ krwi w lewej tętnicy wieńcowej zostaje znacznie zmniejszony lub całkowicie zatrzymany. Niedostateczny przepływ wieńcowy jest przyczyną niedotlenienia mięśnia sercowego.

Czynniki zmieniające przepływ wieńcowy

Zarówno czynniki nerwowe, jak i humoralne zmieniają przepływ krwi przez naczynia wieńcowe. Nagle występujące znaczne niedotlenienie mięśnia sercowego kilkakrotnie zwiększa przepływ wieńcowy. Z komórek niedotlenionego mięśnia sercowego uwalnia się adenozyna i adenozyno-fosforany, również prostaglandyny PGE2, histamina i cholina. Związki te działają silnie rozkurczające na błonę mięśniową tętnic wieńcowych.
Zwiększenie prężności dwutlenku węgla we krwi (Pco2) również powoduje zwiększenie przepływu wieńcowego, ponieważ jednocześnie zmniejsza się prężność tlenu (Po2) we krwi. Wazopresyna natomiast działa silnie kurczące na błonę mięśniową tętnic wieńcowych i zmniejsza przepływ wieńcowy.
Impulsacja przywspółczulna i współczulna zmienia przepływ wieńcowy, działając bezpośrednio na błonę mięśniową tętnic wieńcowych i pośrednio wpływając na częstość i siłę skurczów serca. Acetylocholina -uwalniająca się w sercu z zakończeń przywspółczulnych komórek zwojowych - zwiększa przepływ wieńcowy. Impulsacja współczulna, jak również adrenalina i noradrenalina krążące we krwi, działając poprzez receptor beta-adrenergiczny, przyspieszają częstość i zwiększają siłę skurczów serca oraz przepływ wieńcowy. Po zablokowaniu receptorów beta-adrenergicznych i zniesieniu dodatnich efektów chrono- i inotropowych zarówno impulsacja współczulna, jak i krążące we krwi adrenalina i noradrenalina zmniejszają przepływ wieńcowy krwi, działając poprzez receptor alpha-adrenergiczny.
Przepływ wieńcowy zwiększa się pod wpływem wytwarzanej prostacy-kliny PGI2 przez komórki śródbłonka i błony mięśniowej tętnic wieńcowych. Zmniejsza się zaś pod wpływem tromboksanu (TxA2), uwalnianego z trombocytów, i leukotrienów (LTC4 i LTD4), wytwarzanych przez granulocyty obojętnochłonne.

Metabolizm mięśnia sercowego

Przez naczynia wieńcowe przepływa około 5% krwi stanowiącej pojemność minutową serca, czyli około 270 mL krwi na minutę w spoczynku. Mięsień sercowy jednocześnie zużywa około 10% całego zapotrzebowania organizmu na tlen. Czerpie energię niezbędną do skurczów ze składników odżywczych dopływających z krwią, takich jak: glukoza, mleczany, piro-groniany i wolne kwasy tłuszczowe (FFA).

Krążenie duże

Krew tłoczona przez lewą komorę do aorty wypełnia zbiornik tętniczy duży - Ras, z którego poprzez sieć naczyń włosowatych odpływa do zbiornika żylnego dużego - Rvs.

Zbiornik tętniczy duży

Zbiornik tętniczy jest pojęciem czynnościowym. Zbiornik tętniczy duży (systemie arterial reservoir) zawiera krew wypełniającą wszystkie duże, średnie i małe tętnice krążenia dużego. Zbiornik ten charakteryzują następujące parametry:
�ó pojemność,
�ó ciśnienie,
�ó prędkość przepływu krwi,
�ó fala tętna.

W zbiorniku tętniczym dużym mieści się około 550 mL krwi. Stanowi to około 11% całkowitej objętości krwi krążącej w organizmie (TBV).

Ciśnienie tętnicze krwi

Ciśnienie tętnicze krwi (arterial blood pressure) zależy od dopływu i od odpływu krwi ze zbiornika tętniczego. Przy zrównoważonym odpływie i dopływie średnie ciśnienie panujące w tym zbiorniku nie ulega zmianom, jeżeli nie zmienia się jednocześnie napięcie ścian tętnic wywołane skurczem błony mięśniowej.
Ciśnienie w zbiorniku tętniczym dużym waha się w zależności od okresu cyklu pracy serca. W okresie maksymalnego wyrzutu lewej komory jest najwyższe i określane jako ciśnienie skurczowe (systolic arterial pressure). W praktyce lekarskiej mierzone w tętnicy ramiennej na poziomie ujścia lewej komory do aorty (ostium aortae) wynosi 16 kPa (120 mm Hg). W roz-kurczu i w okresie skurczu izowolumetrycznego komór, przed otworzeniem się zastawek aorty, ciśnienie jest najniższe, czyli rozkurczowe (diastolic arterial pressure) i wynosi 9,3 kPa (70 mm Hg).
Ciśnienie w czasie rozkurczu serca nie obniża się do zera dzięki temu, że ściany zbiornika tętniczego są sprężyste. Krew tłoczona przez lewą komorę do aorty w czasie każdego skurczu serca rozciąga ściany zbiornika tętniczego i napięcie sprężyste jego ścian zapewnia utrzymanie ciśnienia w okresach rozkurczu serca. Jest to zgodne z zasadą powietrzni. Energia skurczów serca jest magazynowana w elastycznych ścianach zbiornika tętniczego (force of recoil). Średnie ciśnienie tętnicze (mean arterial pressure) w pozycji leżącej wynosi około 12 kPa (90 mm Hg), a amplituda wahań ciśnienia wynosi 6,7 kPa (50 mm Hg). Prawidłowe wartości ciśnienia skurczowego/ /ciśnienia rozkurczowego wynoszą 16/9,3 kPa (120/70 mm Hg) i odnoszą się do pomiaru wykonywanego w tętnicy ramiennej na poziomie ujścia lewej komory do aorty u człowieka pozostającego w spoczynku w pozycji leżącej. Po zmianie pozycji na stojącą, w czasie ruchu, a zwłaszcza w czasie pracy fizycznej, ciśnienia skurczowe i rozkurczowe odpowiednio się podwyższają.
W pozycji stojącej zaznaczają się wyraźnie różnice ciśnienia w zbiorniku tętniczym dużym wywołane siłą ciążenia. Powyżej serca ciśnienie tętnicze opada, a poniżej wzrasta o 0,10241 kPa na każdy centymetr różnicy poziomów. Przy średnim ciśnieniu w zbiorniku tętniczym dużym w pozycji stojącej na poziomie ujścia lewej komory do aorty równemu 13,3 kPa średnie ciśnienie w tętnicach głowy wynosi około 9,3 kPa, a w tętnicach stopy około 26,7 kPa.

Przepływ krwi

W ciągu minuty w spoczynku w pozycji leżącej dopływa do zbiornika tętniczego dużego około 5,4 L krwi, co równa się pojemności minutowej lewej komory. Tyle samo krwi odpływa ze zbiornika do sieci naczyń włosowatych.
Krew przepływa w zbiorniku tętniczym dużym zgodnie z gradientem ciśnienia od serca aż do naczyń włosowatych. Przepływ krwi ma charakter pulsujący (pulsatile blood flow). Prędkość zwiększa się w czasie skurczu izotonicznego komór w okresie maksymalnego wyrzutu i zmniejsza do zera w czasie rozkurczu serca. Krew wtłaczana do aorty przepływa przez nią ze średnią prędkością 0,6 m/s. W miarę oddalania się od serca średnia prędkość przepływu krwi (mean velocity of blood) w tętnicach o małej średnicy zmniejsza się do kilku centymetrów na sekundę.
Odpływ krwi ze zbiornika tętniczego dużego zależy przede wszystkim od światła naczyń oporowych, czyli od światła małych letniczek, oraz od właściwości krwi -jej lepkości (viscosity of blood).

Fala tętna

Lewa komora, wtłaczając do aorty w czasie jednego skurczu objętość wyrzutową krwi, powoduje jednoczesny wzrost ciśnienia i powstanie fali ciśnieniowej oraz odkształcenie się ścian tętnic. Fala ciśnieniowa z towarzyszącym jej odkształceniem ścian tętnic, określana jako fala tętna (arterial pulse), rozchodzi się wzdłuż ścian zbiornika tętniczego dużego od serca aż do naczyń przedwłosowatych tętniczych, a nawet do naczyń włosowatych. Prędkość rozchodzenia się fali tętna zależy od elastyczności ścian tętnic oraz ich przebiegu i mieści się w granicach od 5 do 9 m/s.
W tętnicach o ścianach elastycznych fala tętna przesuwa się wolniej, natomiast w tętnicach o ścianach stwardniałych, mniej elastycznych, rozchodzi się szybciej. W tętnicach o prostym przebiegu fala tętna przesuwa się szybciej, a w tętnicach krętych wolniej.
Odkształcanie się ścian tętnicy w czasie przechodzenia przez nią fali tętna może być odebrane za pomocą specjalnych czujników i zarejestrowane na papierze, najczęściej dzięki zastosowaniu aparatu do elektrokardiografii. Zapisana fala tętna, czyli sfigmogram, charakteryzuje się ramieniem wstępującym i zstępującym. Na ramieniu zstępującym zaznacza się niewielka oscylacja, zwana załamkiem lub falą dykrotyczną (dicrotic notch), spowodowana odbiciem się słupa krwi o zamykającą się zastawkę aorty.

Rola naczyń oporowych

Błona mięśniowa małych letniczek pozostaje pod stałym wpływem im-pulsacji nerwowej z ośrodków naczyniozwężających. W zależności od zapotrzebowania na tlen w jakimś obszarze naczyniowym, rozszerzają się w nim małe letniczki i przepływ krwi się zwiększa. Jednocześnie w innych obszarach naczyniowych w tym samym czasie dochodzi do dalszego zwężania się światła małych tęlniczek.
Czynność naczyń oporowych, czyli małych lęlniczek, w dużym krążeniu można porównać do czynności kurków. Są one slale prawie całkowicie zakręcone i przepuszczają lylko niewielką ilość krwi. W wyniku zapotrzebowania na krew przez poszczególne narządy kurki regulujące dopływ krwi zoslają odkręcone, a w lym samym czasie kurki w innych narządach zoslają zakręcone. Pojemność krwi odpływająca ze zbiornika lęlniczego nie ulega zmianie.
Jednoczesne odkręcanie większej liczby kurków zwiększa odpływ krwi i obniża ciśnienie w zbiorniku lęlniczym. Mechanizmy kontrolujące układ sercowo-naczyniowy przyspieszają nalychmiasl pracę serca i jego pojemność minutowa zwiększa się tak, aby odpływ krwi został zrównoważony przez dopływ.
W obrębie naczyń oporowych zachodzi największy spadek ciśnienia krwi. Krew dopływająca do małych letniczek na poziomie serca ma średnie ciśnienie około 12 kPa, czyli średnie ciśnienie w zbiorniku tętniczym. Po przepłynięciu przez naczynie oporowe średnie ciśnienie krwi obniża się do 4,6 kPa.

Opór naczyniowy

Energia potencjalna związana z różnicą ciśnień pomiędzy zbiornikiem tętniczym (Ras) i zbiornikiem żylnym (Rvs) zużywana jest na pokonanie oporu naczyniowego. Całkowity obwodowy opór naczyniowy - TPR (to-tal peripheral vessels resistance) - obejmuje wszystkie naczynia krążenia dużego: tętnice, letniczki, naczynia przedwłosowate tętnicze, naczynia włosowate i żyły. Decydujące jednak znaczenie dla wielkości oporu naczyniowego mają naczynia oporowe, czyli małe letniczki i naczynia przedwłosowate tętnicze. Mała średnica naczyń oporowych jest powodem największego spadku ciśnienia w obrębie tych naczyń.
Opór naczyniowy - R (blood vessels resistance) - jest wprost proporcjonalny do różnicy ciśnień pomiędzy zbiornikami tętniczymi i żylnymi (P) i odwrotnie proporcjonalny do pojemności minutowej serca (Q).

R=P/Q

Opór naczyniowy wyrażany jest w jednostkach obwodowego oporu naczyniowego - PRU (peripheral resistance unit).
Jednostkę oporu naczyniowego stanowi stosunek różnicy ciśnień krwi w kPa (mm Hg) - P do ilości przepływającej krwi w mL/s - F.

PR = P/F

Jednostka oporu naczyniowego może być wyrażona jako pochodna stałej tętniczo-żylnej różnicy ciśnień:

PRUp = Pconst./F

lub jako pochodne stałego przepływu krwi:

PRUf = P/Fconst.

Po dokonaniu zaokrągleń cyfr można przyjąć, że różnica średnich ciśnień (P) pomiędzy zbiornikami tętniczymi i żylnymi krążenia dużego wynosi u człowieka 13,3 kPa. W czasie l sekundy przepływa ze zbiornika tętniczego dużego do zbiornika żylnego dużego 100 mL krwi. Te wartości wyznaczają jedną jednostkę obwodowego oporu naczyniowego.

1 PRU = [różnica ciśnień 13,3 kPa (100 mm Hg)] / przepływ krwi 100 mL/s

Całkowity obwodowy opór naczyniowy w warunkach przeciętnych życia człowieka wynosi jedną jednostkę oporu naczyniowego - TPR = l PRU. W czasie skurczu naczyń oporowych całkowity obwodowy opór naczyniowy może zwiększyć się do 4 jednostek - TPR = 4 PRU, w czasie ich rozkur-czu zaś może się zmniejszyć do 1/4 jednostki - TPR = 0,25 PRU.
Całkowity płucny opór naczyniowy (total pulmonary vessels resistance) jest około dziesięciu razy mniejszy od całkowitego obwodowego oporu naczyniowego (TPR). Wynika to stąd, że różnica pomiędzy średnim ciśnieniem w zbiorniku tętniczym płucnym i zbiorniku żylnym płucnym jest niewielka, wynosi bowiem około 1 kPa. Całkowity płucny opór naczyniowy w stanach chorobowych może ulec zwiększeniu nawet do l ,0 PRU lub zmniejszeniu do 0,03 PRU.

Zbiornik żylny duży

Zbiornik żylny duży (systemie venous reservoir - Rvs), tak jak zbiornik tętniczy, jest również pojęciem czynnościowym. W zbiorniku tym znajduje się krew wypełniająca duże, średnie i małe żyły krążenia dużego.

Zbiornik żylny duży charakteryzuje się:
�ó pojemnością,
�ó ciśnieniem,
�ó prędkością przepływu krwi.
W zbiorniku żylnym dużym gromadzi się około 2,7 L krwi, czyli 54% całkowitej objętości krwi krążącej w organizmie (TBV).

Ciśnienie w zbiorniku żylnym dużym

Ciśnienie krwi w zbiorniku żylnym dużym zależy od miejsca pomiaru i pozycji ciała. Ciśnienie w żyle głównej górnej (vena cava superior) i w żyle głównej dolnej (vena cava inferior) przy ujściu do prawego przedsionka (atrium dextrum) wynosi średnio około 0,5 kPa w pozycji leżącej badanego. Ciśnienie to przyjęto nazywać ciśnieniem żylnym centralnym (central venous pressure) w odróżnieniu od ciśnienia żylnego obwodowego (peripheral venous pressure), które zależy od wielu czynników.
Zaczynając od naczyń włosowatych i posuwając się w kierunku prawego przedsionka, ciśnienie krwi w żyłach obniża się. W małych żyłach wynosi średnio około 2 kPa, w dużych żyłach, na zewnątrz klatki piersiowej, średnio około 0,6 kPa. Wartości te odnoszą się do pomiarów ciśnienia w spoczynku w pozycji leżącej, w żyłach na poziomie prawego przedsionka.
W pozycji stojącej ciśnienie żylne centralne nie zmienia się istotnie, natomiast występują duże różnice ciśnień w zbiorniku żylnym powyżej i poniżej prawego przedsionka. Poniżej prawego przedsionka ciśnienie wzrasta dzięki sile ciążenia o 0,1 kPa na każdy centymetr różnicy poziomów i osiąga w pozycji stojącej, w bezruchu, w obrębie żył stopy około 13,3 kPa.
W żyłach powyżej serca ciśnienie jest niższe od ciśnienia atmosferycznego i żyły te są zapadnięte. W pozycji stojącej lub siedzącej w zatokach opony twardej (sinus dumę matńs) panuje ciśnienie ujemne �"1,3 kPa.
Ciśnienie żylne centralne podlega również niewielkim wahaniom zależnym od:
�ó ruchów oddechowych klatki piersiowej,
�ó pracy serca.
W czasie wdechu ciśnienie w jamie opłucnej (cavum pleurae) obniża się z �"0,3 kPa do �"0,8 kPa. Obniżenie się ciśnienia w jamie opłucnej przenosi się na śródpiersie (mediastinum) i na przebiegające tam duże żyły. W czasie wydechu ciśnienie w jamie opłucnej podwyższa się. Zgodnie z rytmem oddechowym ciśnienie żylne centralne mieści się w granicach od 0,2 kPa w czasie wdechu do 0,8 kPa w czasie wydechu. Średnie ciśnienie wynosi 0,5 kPa.
Obniżenie się podstawy serca w czasie skurczu izotonicznego komór powoduje rozciąganie przedsionków i napływ do nich krwi z żył. Również w rozkurczu, w okresie szybkiego wypełniania się komór krwią, dochodzi do obniżenia się ciśnienia żylnego centralnego i szybkiego pulsującego przepływu krwi w żyłach wpadających do prawego przedsionka.

Przepływ krwi w zbiorniku żylnym

Warunki przepływu krwi w zbiorniku żylnym całkowicie się różnią od warunków przep y wu w zbiorniku tętniczym. Krew napływa do prawego przedsionka dzięki:
�ó ssącemu działaniu ruchów oddechowych klatki piersiowej i ssącemu działaniu serca, czyli tzw. sile od przodu (vis afronte)\
�ó resztkowemu gradientowi ciśnienia od małych żył aż do prawego przedsionka, wytworzonemu dzięki skurczom lewej komory serca, czyli tzw. sile od tyłu (vis a tergo)',
�ó pompie mięśniowej - skurczom mięśni szkieletowych, czyli tzw. sile z boku (vis a latere), uciskającym żyły i wyciskającym krew z żył w kierunku serca, ponieważ zastawki żylne nie pozwalają krwi cofnąć się na obwód.
Przez zbiornik żylny przepływa około 5,4 L krwi na minutę, a średnia prędkość przepływu krwi w żyłach głównych w pobliżu serca wynosi do 0,4 m/s. -�ó *

Krążenie krwi w naczyniach włosowatych

Przepływ krwi przez naczynia włosowate jest bardzo wolny i wynosi około 0,5 mm/s. Ponieważ naczynia włosowate są bardzo krótkie, krew przez nie przepływa w czasie kilku sekund (1-2 s).
Naczynia włosowate zawierają tylko około 5% całkowitej objętości krwi krążącej. Mimo niewielkiej objętości krwi, która się w nich znajduje, odgrywają zasadniczą rolę w krążeniu wszystkich związków w organizmie. W obrębie naczyń włosowatych zachodzi cała wymiana związków pomiędzy krwią a wszystkimi tkankami na zasadzie dyfuzji, filtracji i resorpcji.
W naczyniach włosowatych przytętniczych na poziomie serca ciśnienie krwi wynosi 4,6 kPa, a w naczyniach włosowatych przyżylnych tylko 2 kPa. Tym samym ciśnienie obniża się w naczyniach włosowatych o 2,6 kPa.

Filtracja w naczyniach włosowatych

W naczyniach włosowatych przytętniczych zachodzi filtracja wody i składników drobnocząsteczkowych przez pory w ścianie naczyń włosowatych do płynu tkankowego (interstitial fluid). Ciśnienie hydrostatyczne krwi w naczyniach włosowatych przytętniczych wynosi 4,6 kPa, ciśnienie on-kotyczne osocza 3,3 kPa i ciśnienie płynu tkankowego 0,2 kPa. W związku z tym ciśnienie filtracyjne (filtration pressure) krwi w naczyniach włosowatych przy tętniczych wynosi +1,1 kPa.
W naczyniach włosowatych przyżylnych zachodzi proces przeciwny do filtracji - resorpcja wody i związków w niej rozpuszczonych. Ciśnienie onkotyczne białek osocza jest wyższe od ciśnienia hydrostatycznego krwi i woda ze składnikami w niej rozpuszczonymi zostaje wciągana, czyli resor-bowana z płynu tkankowego do krwi. Ciśnienie resorpcyjne (resorption pressure) w naczyniach włosowatych przyżylnych wynosi 1,6 kPa.
Średnica porów pomiędzy komórkami śródbłonka naczyń włosowatych nie jest jednakowa. Naczynia włosowate w kłębuszkach nerkowych mają pory o średnicy około 10 nm. Pory w naczyniach włosowatych mięśni szkieletowych mają mniejszą średnicę niż w naczyniach kłębuszków nerkowych, w wątrobie zaś większą.
W zależności od stanu błony mięśniowej małych tętniczek i naczyń przedwłosowatych tętniczych może przeważać filtracja lub resorpcja. Rozszerzenie się małych tętniczek i naczyń przedwłosowatych tętniczych, czyli przekrwienie, powoduje otwieranie się naczyń włosowatych, wypełnianie ich krwią i przewagę filtracji nad resorpcja. Przeciwnie, skurcz błony mięśniowej małych tętniczek i naczyń przedwłosowatych tętniczych prowadzi do niedokrwienia - zamykania się naczyń włosowatych, a w naczyniach otwartych i wypełnionych krwią resorpcja przeważa nad filtracją.
U człowieka w ciągu doby filtruje się do przestrzeni zewnątrzkomór-kowych około 0,25% objętości krwi przepływającej przez naczynia włoso-,wate. Większość przefiltrowanego płynu dzięki resorpcji powraca do krwi, a od 2 do 4 L płynu dostaje się do naczyń chłonnych.

Krążenie chłonki

Chłonka odpływająca z tkanek przez przewód piersiowy (ductus thomcicus) i przewód chłonny prawy (ductus lymphaticus dexter) odprowadza część płynu tkankowego przefiltrowanego przez ściany naczyń krwionośnych. W chłonce występują te same składniki co w osoczu pozbawionym białek oraz związki wielkocząsteczkowe, które ze względu na swoją wielkość nie mogą dostać się do krwi wraz z płynem resorbowanym.
Cząsteczki białek wydzielane przez komórki, zwłaszcza przez komórki wątrobowe, dostają się do krwi za pośrednictwem naczyń chłonnych. W obrębie błony śluzowej jelita cienkiego trafiają do naczyń chłonnych kwasy tłuszczowe o długich łańcuchach. Są one zestryfikowane do triacylo-gliceroli i otoczone warstwą lipoprotein, tworząc chylomikrony. W tej postaci są transportowane przez naczynia chłonne do krwi.
Zwiększony przepływ krwi przez naczynia włosowate intensywnie pracującego narządu wzmaga filtrację i tworzy się w nim więcej chłonki.
Chłonka przepływa w naczyniach chłonnych dzięki:
�ó rytmicznym skurczom dużych naczyń chłonnych (lymph ducts rhythmic contractions),
�ó skurczom mięśni szkieletowych (skeletal muscle contractions),
�ó ujemnemu ciśnieniu w klatce piersiowej (negative intrathoracic pressure).
Kurczące się mięśnie szkieletowe uciskają naczynia chłonne i przepychają chłonkę w kierunku dużych naczyń. Zastawki w naczyniach chłonnych nie pozwalają chłonce cofnąć się i zapewniają jej jednokierunkowy przepływ. Wahania ujemnego ciśnienia w klatce piersiowej w czasie wdechu i wydechu wywierają działanie ssące i zapewniają napływ chłonki do naczyń chłonnych biegnących przez śródpiersie.

Ośrodki kontrolujące krążenie krwi

Kontrola krążenia krwi w organizmie realizowana jest za pośrednictwem
dwóch efektorów. Są to:

�ó mięsień sercowy, :
�ó mięśnie gładkie i komórki mięśniowe gładkie w ścianach naczyń krwionośnych.

Te dwa efektory mają własne ośrodki, czyli ośrodek sercowy i ośrodek
naczynioruchowy.

Ośrodek sercowy

Serce, przyspieszając swoje skurcze, zwiększa pojemność minutową krwi przetłaczanej ze zbiorników żylnych do zbiorników tętniczych. Przyspieszenie częstości skurczów serca prowadzi do zwiększenia pojemności minutowej serca i do podwyższenia ciśnienia tętniczego w zbiorniku tętniczym. Zwolnienie częstości skurczów serca daje zazwyczaj w ostatecznym wyniku zmniejszenie pojemności minutowej serca i obniżenie ciśnienia tętniczego w zbiorniku tętniczym.
Neurony ośrodka kontrolującego pracę serca znajdują się w różnych strukturach układu nerwowego i pod względem czynnościowym dzielą się na neurony zwiększające pracę serca i na neurony zmniejszające pracę serca.
Praca serca zostaje zwiększona przede wszystkim dzięki przyspieszeniu skurczów serca. Z tego względu neurony to wywołujące określa się jako ośrodek przyspieszający pracę serca (cardio-acceleratory center). Zmniejszenie pracy serca wiąże się natomiast zazwyczaj ze zwolnieniem jego skurczów. Neurony zwalniające pracę serca obejmuje się nazwą ośrodka zwalniającego pracę serca (cardio-inhibitory center).
Ośrodek rdzeniowy przyspieszający pracę serca znajduje się w rogach bocznych rdzenia kręgowego w części piersiowej w segmentach od pierwszego do piątego: Thl-Th5. Neurony tego ośrodka wysyłają impulsy do serca we włóknach przedzwojowych do zwojów pnia współczulnego (ganglia trunci sympathici) i zwojów współczulnych szyjnych: górnego, środkowego i dolnego (ganglia cervicalia superius, medium et inferius).
Komórki ze zwojów współczulnych przewodzą impulsy do serca przez swoje wypustki stanowiące włókna Cs - zazwojowe współczulne. Najwięcej włókien zazwojowych biegnie do serca od zwoju szyjno-piersiowe-go, czyli gwiaździstego (ganglion cewicofhoracicum sive stellatum), utworzonego ze zwoju współczulnego szyjnego dolnego i pierwszego zwoju piersiowego. Z zakończeń włókien zazwojowych typu Cs uwalnia się nor-adrenalina (NA) działająca przyspieszająco na skurcze serca.
Ośrodek zwalniający pracę serca znajduje się w rdzeniu przedłużonym i stanowią go neurony należące do jądra grzbietowego nerwu błędnego (nucleus dorsalis nervi vagi). Neurony tego jądra zwalniają pracę serca za pośrednictwem włókien eferentnych biegnących do serca w nerwach błędnych, czyli włókien typu B, i przy współczulnych komórek zwojowych znajdujących się w samym sercu. Pod wpływem impulsacji z jądra grzbietowego nerwu błędnego przywspółczulne komórki zwojowe uwalniają ze swych zakończeń acetylocholinę (ACh), która działa na układ przewodzący serca i na pozostałe komórki mięśnia przedsionków i komór.
U człowieka ośrodek zwalniający pracę serca wykazuje stałą przewagę nad ośrodkiem przyspieszającym pracę serca. Wyłączenie wpływu obu ośrodków na serce, w wyniku jednoczesnego zablokowania receptorów adrenergicznych i cholinergicznych, powoduje w spoczynku zwiększenie częstotliwości skurczów serca z 1,2 do 1,7 Hz, czyli z 72 na minutę do około 100 na minutę.
Ośrodek przyspieszający pracę serca i ośrodek zwabiający jego pracę stanowią końcową wspólną drogę dla impulsacji biegnącej z:
�ó kory mózgu i z podwzgórza,
�ó receptorów w układzie sercowo-naczyniowym.

Z kory mózgu i z podwzgórza biegną impulsy nerwowe do ośrodków sercowych za pośrednictwem neuronów tworu siatkowatego.
Pobudzenie pól ruchowych w korze mózgu oraz ośrodków motywacyjnych w pod wzgórzu powoduje hamowanie czynności neuronów jądra grzbietowego nerwu błędnego. Ośrodek w części piersiowej rdzenia kręgowego, przyspieszający pracę serca, uzyskuje przewagę i częstość skurczów serca zwiększa się.
Impulsacja z receptorów w układzie sercowo-naczyniowym na drodze odruchowej zwalnia lub przyspiesza skurcze serca. Rozciągnięcie ścian tętnic przez podwyższone ciśnienie krwi drażni baroreceptory w ścianie łuku aorty i w zatokach tętnic szyjnych wewnętrznych. Pod wpływem impulsacji biegnącej od baroreceptorów przez włókna aferentne nerwu językowo-gar-dłowego (n. IX) i nerwu błędnego (n. X) ośrodek zwalniający pracę serca zostaje pobudzony i częstość skurczów serca maleje. Przeciwnie - spadek ciśnienia tętniczego powoduje przyspieszenie pracy serca na drodze odruchowej dzięki temu, że ośrodek zwalniający pracę serca zostaje zahamowany.
Częstość skurczów serca ulega zmianie pod wpływem tzw. odruchu Bainbridge'a oraz podrażnienia chemoreceptorów w ścianach naczyń wieńcowych, czyli odruchu Bezolda-Jarischa. Odruch, czy też efekt Bain-bridge'a - ponieważ łuk odruchowy nie został wykazany - polega na przyspieszeniu skurczów serca w odpowiedzi na szybkie wypełnianie krwią zbiornika żylnego dużego. W odruchu Bezolda-Jarischa z chemoreceptorów naczyń wieńcowych (coronary chemoreflex) serce zwalnia swoją pracę wskutek podrażnienia receptorów w naczyniach wieńcowych przez weratrynę lub nikotynę.

Ośrodek naczynioruchowy

Skurcz lub rozkurcz mięśni gładkich w ścianie małych tętniczek zmienia opór naczyniowy. Skurcz błony mięśniowej małych tętniczek zwiększa opór naczyniowy, a tym samym zmniejsza przepływ krwi ze zbiornika tętniczego do zbiornika żylnego i podwyższa ciśnienie w zbiorniku tętniczym. Rozkurcz błony mięśniowej małych tętniczek prowadzi do zjawiska przeciwnego. Opór naczyniowy zmniejsza się, przepływa więcej krwi ze zbiornika tętniczego do żylnego i ciśnienie w zbiorniku tętniczym się obniża.
Światło małych tętniczek jest kontrolowane ogólnie na drodze:
�ó nerwowej - przez ośrodek naczynioruchowy (vasomotor center) za pośrednictwem nerwów naczynioruchowych,
�ó humoralnej - przez ośrodki nerwowe kontrolujące wydzielanie hormonów, szczególnie przez układ reninowo-angiotensynowy,
i kontrolowane miejscowo przez:
�ó wyzwalane miejscowo odruchy i odruchy aksonowe,
�ó działające miejscowo czynniki naczyniorozszerzające i naczyniozwę zające.
Ośrodek naczynioruchowy znajduje się w rdzeniu przedłużonym w two rze siatkowatym i składa się z dwóch części;
�ó presyjnej (pressor area) - zwężającej naczynia krwionośne,
�ó depresyjnej (depressor area) - rozszerzającej naczynia krwionośne.

Część presyjna

Neurony części presyjnej ośrodka naczynioruchowego w rdzeniu przedłużonym wysyłają wypustki do neuronów w rogach bocznych rdzenia kręgowego w części piersiowej i lędźwiowej. Neurony rogów bocznych przekazują pobudzenie do mięśni gładkich w ścianach naczyń krwionośnych za pośrednictwem neuronów w zwojach współczulnych. Włókna nerwowe naczyniozwężające typu Cs przewodzą impulsy do naczyń krwionośnych, utrzymując błonę mięśniową w stałym skurczu. Dzięki temu przepływ krwize zbiornika tętniczego do zbiornika żylnego jest regulowany na drodze ner wowej.
Pobudzenie neuronów części presyjnej ośrodka naczynioruchowego wzmaga impulsację we włóknach naczyniozwężających, przepływ krwi ze zbiornika tętniczego do żylnego zmniejsza się i ciśnienie w zbiorniku tętniczym wzrasta.
Część presyjna ośrodka naczynioruchowego jest pobudzana przez:
�ó ośrodki z wyższych pięter mózgowia - z kory mózgu i układu limbiczne-go, za pośrednictwem podwzgórza i tworu siatkowatego śródmózgowia,
�ó ośrodek oddechowy w rdzeniu przedłużonym,
�ó aferentne impulsy: bólowe i z chemoreceptorów kłębków szyjnych i kłębków aortowych,
�ó zmniejszenie prężności tlenu (Po2) we krwi tętniczej,
�ó zwiększenie prężności dwutlenku węgla (Pco2) we krwi tętniczej.

Część depresyjna

Pobudzone neurony części depresyjnej ośrodka naczynioruchowego hamują aktywność neuronów w rogach bocznych rdzenia kręgowego i tym samym hamują impulsację we włóknach nerwowych naczyniozwężają-cych. Małe letniczki rozszerzają się, opór naczyniowy zmniejsza się i więcej krwi przepływa ze zbiornika tętniczego do zbiornika żylnego. Ciśnienie krwi w zbiorniku tętniczym się obniża.
Część depresyjna ośrodka naczynioruchowego w rdzeniu przedłużonym jest aktywowana pod wpływem:
�ó impulsacji z baroreceptorów ze ścian łuku aorty i zatoki tętnicy szyjnej wewnętrznej,
�ó zmniejszonej prężności dwutlenku węgla (Pco2) we krwi tętniczej.
W pewnej niezależności od ośrodka naczynioruchowego w rdzeniu przedłużonym pozostaje współczulny układ rozszerzający naczynia krwionośne w mięśniach szkieletowych (sympathetic vasodilator system). Zaczyna się on w korze mózgu, skąd impulsy biegną za pośrednictwem neuronów podwzgórza i tworu siatkowatego śródmózgowia do neuronów rogów bocznych rdzenia kręgowego. Impulsy biegnące od tych neuronów powodują rozszerzenie naczyń krwionośnych w mięśniach szkieletowych i zwiększają przepływ krwi przez nie.

Regulacja ciśnienia tętniczego krwi

Ciśnienie w zbiorniku tętniczym dużym stanowi wypadkową:
�ó dopływu do zbiornika krwi tłoczonej przez serce,
�ó odpływu krwi, który w znacznym stopniu zależy od stanu błony mięśniowej małych letniczek.

Odruchy i ośrodki

Dopływ krwi do zbiornika tętniczego przede wszystkim jest kontrolowany przez ośrodek sercowy, odpływ zaś przez ośrodek naczynioru-chowy. Oba te ośrodki współdziałają ze sobą, pozostając stale pod wpływem impulsacji aferentnej z baroreceptorów.

Nasilenie impulsacji z baroreceptorów pobudza:
�ó ośrodek zwalniający pracę serca,
�ó część depresyjną ośrodka naczynioruchowego.
Jednocześnie hamuje:
�ó ośrodek przyspieszający pracę serca,
�ó część presyjną ośrodka naczynioruchowego.

Przeciwny skutek występuje po zmniejszeniu się impulsacji z baroreceptorów.
Po każdym skurczu serca i przesunięciu się fali tętna wzdłuż tętnic biegnie salwa impulsów od baroreceptorów do rdzenia przedłużonego. Dzięki temu ciśnienie w zbiorniku tętniczym stale jest regulowane w zależności od zapotrzebowania organizmu. W stanie spoczynku jest ono utrzymywane na stałym poziomie. Największe skupienia baroreceptorów znajdują się w zatokach tętnic szyjnych wewnętrznych i w łuku aorty, ale występują one również w innych miejscach układu sercowo-naczyniowego: w ścianach przedsionków, w ścianach lewej komory i w ścianach naczyń krążenia płucnego. Baroreceptory są wrażliwe na rozciąganie. W związku z tym wskutek zwyżki ciśnienia krwi zostają podrażnione rozciągnięciem ścian naczyń krwionośnych i jam serca.

Odruchy neurohormonalne

Zapotrzebowanie ze strony organizmu prowadzi do wydzielania hormonów działających na układ sercowo-naczyniowy. Silne emocje, znaczny wysiłek fizyczny, utrata krwi, oziębienie wywołują wydzielanie adrenaliny i noradrenaliny przez rdzeń nadnerczy. Impulsy z kory mózgu i układu limbicznego biegną przez podwzgórze, śródmózgowie do części piersiowej rdzenia kręgowego, gdzie znajdują się neurony, których aksony biegną w nerwach trzewnych do rdzenia nadnerczy (medulla glandulae suprarenalis). Pod wpływem wydzielonych do krwi hormonów rdzenia nadnerczy ciśnienie skurczowe w zbiorniku tętniczym się podwyższa. Choć opór naczyń obwodowych może się zmniejszyć, to jednak częstość skurczów serca ulega przyspieszeniu i pojemność minutowa serca się zwiększa.
W czasie silnych emocji lub utraty znacznej ilości krwi, połączonej z dużym obniżeniem ciśnienia w zbiorniku tętniczym, zostaje również wydzielony w większych ilościach hormon podwzgórza - wazopresyna. Ośrodki w podwzgórzu wyzwalające stany emocjonalne jednocześnie powodują uwalnianie wazopresyny z części nerwowej przysadki (pars nervosa hypophysis).
Utrata krwi prowadzi do zmniejszenia się objętości krwi w zbiorniku żylnym i w zbiorniku tętniczym, co powoduje brak stałej impulsacji z:
�ó receptorów objętościowych w ścianach dużych żył,
�ó baroreceptorów zatok tętnic szyjnych i łuku aorty.
Następuje odruchowe wydzielanie wazopresyny. Hormon ten, działając kurczące na mięśnie gładkie naczyń krwionośnych, zwiększa całkowity obwodowy opór naczyniowy (TPR) oraz zmniejsza pojemność zbiorników krwi: tętniczego i żylnego, dostosowując je do objętości krwi krążącej w łożysku krwionośnym.

Układ reninowo-angiotensynowy

Układ reninowo-angiotensynowy (renin-angiotensin system) stale uczestniczy w ogólnej regulacji ciśnienia tętniczego krwi. Komórki wydzielające proreninę występują w wątrobie, w mózgowiu i w innych narządach, ale zasadniczym miejscem wydzielania aktywnej reniny są komórki aparatu przykłębuszkowego nerek (apparatus iuxtaglomerularis). Komórki wydzielające reninę znajdują się pomiędzy plamką gęstą (macula densa) kanalika nerkowego krętego dalszego oraz błoną mięśniową tętnicz-ki doprowadzającej i letniczki odprowadzającej kłębuszka nerkowego.
Renina jest glikoproteiną o masie cząsteczkowej 37,3 kDa i 340 aminokwasach, o właściwościach enzymatycznych i okresie połowicznego rozpadu (T1/2) wynoszącym 80 minut. Renina odcina dziesięciopeptydowy łańcuch od angiotensynogenu - białka osocza należącego do alpha2-globulin. Dziesięciopeptyd, czyli angiotensyna I, jest związkiem nieczynnym fizjologicznie. Przepływając we krwi przez naczynia krwionośne w płucach, jest zamieniana na ośmiopeptyd - angiotensynę II, fizjologicznie aktywną. Zachodzi to pod wpływem enzymu konwertującego angiotensynę I do angiotensyny II (ACE - angiotensin-converting enzyme) znajdującego się na komórkach śródbłonka naczyniowego.
Angiotensyna II wiąże się z kilkoma typami receptorów błonowych. Receptorem występującym w błonie komórkowej komórek mięśniowych gładkich w ścianach naczyń krwionośnych jest receptor AT1A. Angiotensyna II, wiążąc się z tym receptorem, aktywuje fosfolipazę C za pośrednictwem białka błonowego G i wywołuje zwiększenie stężenia wolnych jonów Ca2+ w cytoplazmie komórek mięśniowych oraz skurcz tych komórek. Angiotensyna II jest hormonem najsilniej kurczącym błonę mięśniową naczyń krwionośnych, zwiększającym całkowity obwodowy opór naczyniowy (TPR) i podwyższającym ciśnienie tętnicze krwi zarówno skurczowe, jak i rozkurczowe.
Angiotensyna II szybko jest rozkładana we krwi. Okres jej połowicznego rozpadu (T1/2) wynosi 1-2 minuty i zachodzi pod wpływem enzymów objętych wspólną nazwą angiotensynaz krwi. Powstający pod wpływem angio-tensynaz jeden z peptydów - siedmiopeptyd - zachowuje część aktywności angiotensyny II i nosi nazwę angiotensyny III.
Bezpośrednim czynnikiem wywołującym wydzielanie reniny z nerek jest spadek ciśnienia tętniczego krwi w tętniczkach nerkowych. Istnieją liczne czynniki pośrednie, które obniżają ciśnienie tętnicze w tętniczkach nerkowych. Są to:
�ó zmniejszenie objętości płynu zewnątrzkomórkowego (ECF),
�ó zmniejszenie całkowitej objętości krwi krążącej (TBV),
�ó zmniejszenie stężenia jonów Na+ w płynach ustrojowych,
�ó obniżenie ciśnienia tętniczego krwi w zbiorniku tętniczym dużym, występujące nawet przy zmianie pozycji ciała z leżącej na stojącą,
�ó zmniejszenie przepływu krwi tętniczej przez nerki na skutek skurczu błony mięśniowej tętnic nerkowych pod wpływem impulsacji współczulnej lub krążącej we krwi adrenaliny i noradrenaliny.

Miejscowa regulacja przepływu krwi

Miejscowe mechanizmy regulujące (local regulatory mechanisms) przepływ krwi przez poszczególne narządy wiążą się z:

�ó czynnikami nerwowymi,
�ó czynnikami humoralnymi,
�ó miejscową autoregulacją.
Stopień rozciągnięcia ścian naczyń tętniczych warunkuje siłę skurczu mięśni gładkich. Zróżnicowana wrażliwość na rozciąganie błony mięśniowej tętnic doprowadzających krew do poszczególnych narządów stabilizuje przepływ krwi przez te narządy i w pewnym stopniu uniezależnia go od ogólnego ciśnienia tętniczego.
Podrażnienie interoreceptorów w narządach wewnętrznych wywołuje na drodze odruchowej rozszerzenie lub zwężenie światła naczyń tętniczych. Zazwyczaj następuje osłabienie eferentnej impulsacji naczyniozwężającej, wysyłanej przez ośrodki nerwowe, i błona mięśniowa tętnic się rozkurcza. Impulsacja od receptorów, biegnąca we włóknach aferentnych, może również być przewodzona antydromowo do mięśni gładkich naczyń krwionośnych i wywołać ich rozkurcz na drodze odruchu aksonowego (axon reflex). Rozszerzenie naczyń skórnych po podrażnieniu skóry zachodzi na zasadzie odruchu aksonowego.
Pod wpływem wielu czynników fizycznych i chemicznych błona mięśniowa małych letniczek rozkurcza się i światło tych naczyń się powiększa, lub też kurczy i światło tych naczyń się zmniejsza.
Do czynników rozkurczających (vasodilators) działających miejscowo bezpośrednio na komórki mięśniowe gładkie należą:
�ó wzrost temperatury,
�ó zwiększenie prężności dwutlenku węgla (Pco2),
�ó zwiększenie wartości pH,
�ó wzrost ciśnienia osmotycznego,
�ó miejscowe zwiększenie stężenia mleczanów, histaminy, adenozyny, jonów K+, prostaglandyn (PGE2), prostacykliny (PGI2) i przedsionkowego peptydu natriuretycznego (ANP).

Zmniejszenie prężności tlenu (Po2) w tkance działa również rozkurczające na błonę mięśniową małych tętniczek.
Działanie przeciwne, to jest bezpośrednio kurczące błonę mięśniową małych tętniczek (vasoconstrictors), mają:
�ó miejscowe obniżenie temperatury,
�ó zmniejszenie prężności dwutlenku węgla (Pco2)
�ó zmniejszenie wartości pH,
�ó zmniejszenie stężenia mleczanów, histaminy, adenozyny, jonów K+, prostaglandyny, prostacy kliny i przedsionkowego peptydu natriuretycznego.

Zwiększenie prężności tlenu i stężenia serotoniny ma działanie kurczące.

Przepływające wraz z krwią przez letniczki substancje fizjologicznie aktywne działają za pośrednictwem przekaźników chemicznych uwalnianych z komórek śródbłonka naczyniowego. Początkowo uważano, że pod wpływem przekaźników chemicznych rozkurczających ze śródbłonka uwalnia się śródbłonkowy czynnik rozkurczający - EDRF (endolhelium--derived relaxant factor), a pod wpływem przekaźników chemicznych kurczących śródbłonkowy czynnik kurczący - EDCF (endothelium-derived contracting factor). Dalsze badania wykazały jednak, że śródbłonkowym czynnikiem rozkurczającym jest powstający w komórkach śródbłonka tlenek azotu (NO), a śródbłonkowy czynnik kurczący stanowią trzy polipep-tydy o 21 aminokwasach i zbliżonej budowie: endotelina pierwsza - ET-1 (endothelin 1), endotelina druga - ET-2 (endothelin 2) i endotelina trzecia - ET-3 (endothelin 3).
Pod wpływem acetylocholiny (ACh), bradykininy, wazoaktywnego pep-tydu jelitowego (VIP) i Substancji P uwalnia się z komórek śródbłonka naczyniowego tlenek azotu (NO) i tęlniczki rozkurczają się. Przeciwnie -adrenalina, wazopresyna, angiotensyna II i interleukina 1 (IL-1) pobudzają komórki śródbłonka naczyniowego do uwalniania endoteliny pierwszej (ET-1) i wywołują skurcz letniczek. Endotelina pierwsza jest przekaźnikiem chemicznym najsilniej kurczącym błonę mięśniową lelniczek w porównaniu z innymi fizjologicznie aklywnymi przekaźnikami chemicznymi.

Autoregulacja

Autoregulacja, czyli samoregulacja, dolyczy zarówno odpływu krwi z całego zbiornika lęlniczego dużego, jak i przepływu krwi przez poszczególne obszary naczyniowe. Wraz ze wzrostem ciśnienia lęlniczego ściany małych lelniczek są silniej rozciągane i w odpowiedzi na to silniej się kurczą. Dzięki temu wzrost ciśnienia w zbiorniku lelniczym wywołuje dalsze zwężenie świalła naczyń oporowych i ilość krwi odpływająca ze zbiornika nie ulega zmianie.

Krążenie płucne

Prawa komora serca Iłoczy do pnia płucnego około 5,4 L krwi na mi-nulę (SI: 90 mL/s), czyli lyle samo co lewa komora do aorty. Pojemność minutowa obu komór serca jesl jednakowa zarówno w czasie spoczynku, jak i w czasie wysiłku fizycznego. Nalomiasl objętość krwi, klóra wypełnia krążenie płucne, jesl mniejsza niż w krążeniu dużym. W krążeniu płucnym, to jesl w zbiorniku lelniczym płucnym (pulmonary arterial reservoir), w zbiorniku żylnym płucnym (pulrnonary venous reservoir) i w sieci naczyń włosowatych, znajduje się tylko około 18% całkowitej objętości krwi krążącej w organizmie (TBV).
Ciśnienie w zbiorniku tętniczym płucnym wynosi: skurczowe - 3,3 kPa, rozkurczowe - 0,9 kPa i średnie ciśnienie - około 2,0 kPa. W zbiorniku żylnym płucnym średnie ciśnienie jest prawie takie samo jak ciśnienie skurczowe w lewym przedsionku, czyli wynosi około 0,9 kPa. Różnica ciśnień pomiędzy obu zbiornikami płucnymi, tętniczym i żylnym, jest niewielka -średnio około 1,0 kPa.

Sieć naczyń włosowatych łączących oba zbiorniki oplata pęcherzyki płucne. Ciśnienie krwi w naczyniach włosowatych zależy od pozycji ciała i okolicy płuc. W pozycji pionowej w górnych partiach płuc większość naczyń włosowatych jest zamknięta. To powoduje mniejszy przepływ krwi w porównaniu z partiami środkowymi i dolnymi płuc.

W czasie wydechu ciśnienie powietrza w pęcherzykach płucnych jest wyższe od ciśnienia atmosferycznego, uciska naczynia włosowate i zmniejsza przepływ krwi. W górnych partiach płuc ciśnienie powietrza pęcherzykowego (PA) przewyższa ciśnienie krwi w naczyniach włosowatych przytętniczych (Pa), a to z kolei jest wyższe od ciśnienia w naczyniach włosowatych przyżylnych (Pv), czyli PA > Pa > Pv. W środkowych i dolnych partiach płuc rozkład ciśnień jest inny. W środkowych: Pa > PA > Pv, w dolnych zaś Pa > Pv > PA. W dolnych partiach płuc naczynia włosowate są rozszerzone i tamtędy przepływa większość krwi. W pozycji leżącej na plecach w tylnych partiach płuc naczynia są rozszerzone i większość krwi przepływa przez nie.
Małe tętniczki, w przeciwieństwie do krążenia dużego, mają słabo rozwiniętą błonę mięśniową i nie spełniają funkcji naczyń oporowych. Krew wtłoczona do zbiornika tętniczego płucnego przepływa do zbiornika żylne-go płucnego, natrafiając jedynie na opór ze strony sieci naczyń włosowatych.
W naczyniach włosowatych płuc w warunkach prawidłowych nie dochodzi do filtracji osocza. Ciśnienie onkotyczne białek osocza jest stale wyższe od ciśnienia hydrostatycznego krwi i może zachodzić wyłącznie resorpcja płynu tkankowego. Wzrost ciśnienia w krążeniu płucnym powyżej granicy fizjologicznej stwarza warunki do wystąpienia ciśnienia filtracyjnego i do gromadzenia się przefiltrowanego płynu w świetle pęcherzyków płucnych. Stan ten nazywa się obrzękiem płuc (oedema pulmonum).

Krążenie krwi w mózgowiu

Przepływ krwi przez całe mózgowie - CBF (cerebral blood flow), w przeciwieństwie do przepływu krwi przez inne narządy, nie zmienia się istotnie w czasie pracy fizycznej i umysłowej, jak również w okresie czuwania i snu. Przez mózgowie przepływa około 750 mL krwi na minutę. Choć przepływ krwi przez całe mózgowie jest stały, to jednak w zależności od fizjologicznego stanu organizmu występują zmiany w miejscowym przepływie krwi przez poszczególne pola w korze mózgu.
Przepływ krwi przez całe mózgowie zależy przede wszystkim od ciśnienia śródczaszkowego (intracranial pressure). Wzrost ciśnienia śródczaszkowego zmniejsza przepływ krwi przez mózgowie.
Ciśnienie śródczaszkowe wzrasta wskutek:
�ó wzrostu ciśnienia tętniczego w obrębie tętnic mózgowych,
�ó wzrostu ciśnienia żylnego w naczyniach żylnych mózgowych,
�ó zwiększenia lepkości krwi,
�ó miejscowego zwiększenia prężności dwutlenku węgla (Pco2),
�ó miejscowego zmniejszenia prężności tlenu (Po2).

Zwiększenie PCO2 i zmniejszenie PO2 w obrębie mózgowia wpływają silnie rozkurczające na mięśnie naczyń tętniczych. Naczynia rozszerzają się i przepływ krwi znacznie się zwiększa. Po pewnym czasie wzrasta ciśnienie śródczaszkowe i przepływ krwi się zmniejsza. Zmniejszenie w mózgu PCO2 i zwiększenie PO2 wywołują umiarkowany skurcz naczyń mózgowych i zmniejszenie przepływu krwi.
Prężność dwutlenku węgla i tlenu w tkance mózgowej stanowi zasadniczy czynnik regulujący przepływ krwi przez mózgowie (CBF). Unerwienie współczulne i przywspółczulne naczyń mózgowych ma znaczenie drugorzędne w regulacji przepływu krwi.

Krążenie płynu mózgowo-rdzeniowego

W obrębie splotów naczyniówkowych (plexus choroideus) komór mózgowych bocznych, komory trzeciej i komory czwartej oraz wokół naczyń włosowatych w tkance mózgowej tworzy się płyn mózgowo-rdzeniowy (ce-rebrospinal fluid). Płyn powstający wokół naczyń włosowatych odpływa wzdłuż przestrzeni Yirchowa-Robina wokół naczyń krwionośnych jamy podpajęczynówkowej. Płyn wytworzony w komorach mózgowych odpływa również do jamy podpajęczynówkowej, skąd jest wchłaniany do zatok żylnych w obrębie ziarnistości pajęczynowki (Pacchioniego).

Płyn mózgowo-rdzenlowy jest izotoniczny w stosunku do osocza, różni się jednak pod względem zawartości niektórych składników. Zawiera nieznaczne ilości białek i cholesterolu oraz mniej jonów wapnia, glukozy i kwasu moczowego. Bierze udział w wymianie składników pomiędzy tkanką mózgową a krwią oraz spełnia funkcję amortyzatora dla całego mózgowia.
Komory mózgowe, zbiorniki podpajęczynówkowe i jama podpajęczy-nówkowa wypełnione są u ludzi dorosłych płynem mózgowo-rdzeniowym o objętości około 200 mL. U ludzi dorosłych pozostających w pozycji leżącej jego ciśnienie wynosi około 6,86 do 15,68 kPa. Zmiana pozycji ciała z leżącej na stojącą wywołuje zmianę ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowe-go. W komorach mózgowych ciśnienie obniża się, w kanale rdzeniowym zaś wzrasta.

Bariera mózgowa

Naczynia włosowate w mózgowiu są dodatkowo otoczone wypustkami komórek neurogleju. Są to astrocyty, które za pomocą wypustek szczelnie otaczają od zewnątrz naczynia włosowate. Dzięki temu astrocyty tworzą dodatkową warstwę, którą muszą pokonać związki chemiczne krążące we krwi. Wiele związków pokonuje barierę mózgową (blood-brain barrier) dość szybko, inne wolno, jeszcze inne bardzo wolno. Woda, dwutlenek węgla, tlen i glukoza przenikają przez barierę szybko. Większość jonów przechodzi przez barierę mózgową znacznie wolniej, a niektóre związki, jak np. aminy katecholowe (adrenalina, noradrenalina) przenikają przez barierę w minimalnych ilościach. Bariera mózgowa spełnia funkcję ochronną. Zabezpiecza tkankę mózgową przed wahaniami stężenia poszczególnych składników, występującymi w osoczu krwi, oraz przed związkami szkodliwymi krążącymi we krwi.


Krążenie wrotne

W obrębie jamy brzusznej krew, po przepłynięciu przez pierwotną sieć naczyń włosowatych żołądka, dwunastnicy, jelita cienkiego, jelita grubego, trzustki i śledziony, wpada do żyły wrotnej wątroby (vena portae hepatis), poprzez którą dostaje się do wątroby i tam przepływa przez wtórną sieć naczyń włosowatych. Z wątroby krew kieruje się do żyły głównej dolnej (yena cava inferiof) przez żyły wątrobowe (venae hepaticae).
W spoczynku, w pozycji leżącej, przez wątrobę przepływa około 1,5 L krwi na minutę, czyli około 28% pojemności minutowej lewej komory serca (cardiac output). Przeciętnie 4/5 krwi dopływa do wątroby przez żyłę wrotną i 1/5 przez tętnicę wątrobową (arteria hepatica). Stosunki te zmieniają się w zależności do fazy trawienia pokarmów w przewodzie pokarmowym, od pozycji ciała i aktywności fizycznej.
W pozycji leżącej ciśnienie w żyle wrotnej wynosi od 0,9 do 1,3 kPa, w żyłach wątrobowych około 0,6 kPa. Przepływ krwi przez wątrobę zwiększa się w czasie trawienia pokarmów w przewodzie pokarmowym, a zmniejsza w pozycji wyprostnej. W czasie pracy fizycznej przepływ krwi przez wątrobę znacznie się zmniejsza - aż do 350 mL na minutę.


Oddychanie

Istotą procesu oddychania jest wyzwolenie energii zgromadzonej w organizmie. Do wyzwolenia energii ze związków chemicznych w organizmie człowieka niezbędny jest tlen atmosferyczny. Proces ten, czyli oddychanie, dzieli się na:
�ó oddychanie zewnętrzne (external respiration) - polegające na doprowadzeniu cząsteczek tlenu atmosferycznego do wnętrza komórek,
�ó oddychanie wewnętrzne (internal respiration), czyli wewnątrzkomórkowe - w czasie którego cząsteczki tlenu wchodzą w reakcje chemiczne.

Oddychanie zewnętrzne

Oddychanie zewnętrzne jest procesem złożonym, w którym biorą udział: układ oddechowy, składający się z dróg oddechowych i płuc, mięśnie poprzecznie prążkowane szkieletowe, krew i układ sercowo-naczyniowy oraz ośrodki nerwowe sterujące oddychaniem.
Oddychanie zewnętrzne polega na doprowadzeniu tlenu atmosferycznego do komórek zgodnie z gradientem ciśnienia parcjalnego tlenu. Jednocześnie zostaje usuwany z komórek dwutlenek węgla powstający w wyniku utleniania komórkowego związków organicznych. Dwutlenek węgla jest usuwany również zgodnie z gradientem ciśnienia parcjalnego.


Oddychanie zewnętrzne dzieli się na szereg procesów:
�ó wentylacja płuc,
�ó dyfuzja gazów pomiędzy powietrzem pęcherzykowym i krwią,
�ó transport gazów za pośrednictwem krwi,
�ó dyfuzja gazów pomiędzy krwią i komórkami.

Wentylacja płuc

Wdechy i wydechy

W czasie wentylacji płuc (pulmonary ventilation) do pęcherzyków płucnych (alveoli pulmonis) jest wciągane powietrze atmosferyczne zawierające tlen i inne gazy oraz bardzo mało dwutlenku węgla. Powietrze wydychane zawiera mniej tlenu, a zawartość dwutlenku węgla jest w nim znacznie większa niż w powietrzu wdychanym.
Wentylacja płuc jest uzależniona od ruchów oddechowych klatki piersiowej. Polegają one na wdechu i wydechu. W czasie wdechu powiększa się objętość klatki piersiowej. Skurcz mięśni wdechowych, którymi są: przepona (diaphmgma) i mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne (musculi in-tercostales extemi), powoduje powiększenie wymiarów wewnętrznych klatki piersiowej: pionowego, strzałkowego i czołowego.
Opłucna płucna (pleura pulmonaliś) przylega do opłucnej ściennej (pleu-mparietalis) i w czasie wdechu podąża za nią, wypełniając całą jamę opłucnej (cavum pleurale), w której panuje ujemne ciśnienie w czasie spokojnego oddychania od 0,3 do 0,8 kPa. Powoduje to rozciągnięcie tkanki płucnej, obniżenie się ciśnienia w pęcherzykach płucnych, w drogach oddechowych i napływ powietrza do płuc w celu wyrównania powstałej różnicy ciśnień.

Na szczycie wdechu mięśnie wdechowe rozkurczają się i klatka piersiowa zaczyna zmniejszać swoją objętość dzięki sile wywieranej przez rozciągnięte elementy sprężyste w tkance płucnej. Ciśnienie w pęcherzykach płucnych wzrasta powyżej ciśnienia atmosferycznego i powietrze jest usuwane na zewnątrz.
Spokojny wydech jest aktem biernym, niewymagającym skurczu mięśni, natomiast w czasie nasilonego wydechu kurczą się mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne (musculi intercostales interni) oraz mięśnie przedniej ściany jamy brzusznej, przede wszystkim mięśnie proste brzucha (musculi recti abdominis).
W nasilonych wdechach biorą udział mięśnie wdechowe dodatkowe; mięśnie mostkowo-obojczykowo-sutkowe (musculi stemocleidomasto-idei), mięśnie piersiowe mniejsze (musculi pectorales minores), mięśnie zębate przednie (musculi serrati anteńores), mięśnie czworoboczne (musculi trapezii), mięśnie dźwigacze łopatki (musculi levatores scapulae), mięśnie równoległoboczne większe i mniejsze (musculi rhomboidei maiores et mi-nores) i mięśnie pochyłe (musculi scaleni).
W okresie spoczynku klatka piersiowa wykonuje rytmiczne ruchy wdechowe i wydechowe o częstotliwości 0,26 Hz, czyli średnio 16 oddechów na minutę.

Pojemność płuc

U mężczyzn w płucach na szczycie najgłębszego wdechu znajduje się około 6 L powietrza. Jest to pojemność płuc całkowita - TLC (total lung capacity). Pojemność płuc całkowita dzieli się na pojemność wdechową-IC (inspiratory capacity) - i pojemność zalegającą czynnościową - FRC (functional residual capacity).
Pojemność wdechową (IC) stanowi powietrze wciągane do płuc w czasie najgłębszego wdechu po spokojnym wydechu. Pojemność zalegająca czynnościowa (FRC) jest to powietrze pozostające w płucach po spokojnym wydechu. Każda z tych dwóch pojemności (IC i FRC) dzieli się z kolei na dwie objętości.
Objętość oddechowa - TV (tidal volume) - wdychana i wydychana w czasie swobodnego wdechu i wydechu oraz objętość zapasowa wdechowa - IRV (inspiratory reserve volume) - wciągana do płuc w czasie maksymalnego wdechu wykonywanego na szczycie swobodnego wdechu tworzą łącznie pojemność wdechową (IC).
Po swobodnym wydechu można wykonać maksymalny wydech, usuwając z płuc objętość zapasową wydechową - ERY (expiratory reserve volume). W czasie maksymalnego wydechu zawsze pozostaje w płucach objętość zalegająca - RV (residual volume). Objętość zapasowa wydechowa i objętość zalegająca łącznie tworzą pojemność zalegającą czynnościową (FRC).
Po najgłębszym wydechu, wykonując maksymalny wdech, wciąga się do płuc powietrze stanowiące pojemność życiową wdechową - IVC (inspira-tory vital capacity). Jest ona nieco większa od pojemności życiowej - VC (vital capacity), a więc od ilości powietrza, które można usunąć z płuc po maksymalnym wdechu w czasie maksymalnego wydechu. W czasie maksymalnego wydechu poprzedzonego maksymalnym wdechem przewodziki pęcherzykowe zamykają się wcześniej, zanim powietrze wypełniające pęcherzyki zostanie usunięte. Z tego względu pojemność życiowa wdechowa (IVC) może być większa od pojemności życiowej (VC) mierzonej w czasie wydechu.
Objętość zalegająca (RV) obejmuje powietrze znajdujące się w pęcherzykach płucnych (alveoli pulmonis) i przewodzikach pęcherzykowych (ductuli alveolares), a więc tam, gdzie istnieją anatomiczne warunki do wymiany gazów.
W czasie swobodnego wdechu wprowadzane jest do dróg oddechowych około 500 mL powietrza stanowiącego objętość oddechową (TV). Z tej objętości powietrza wdychanego do pęcherzyków płucnych dostaje się około 350 mL, a pozostałe 150 mL wypełnia przestrzeń martwą anatomiczną (anatomical respiratory dead space). Przestrzeń tę tworzą drogi oddechowe, w których nie ma warunków anatomicznych do wymiany gazów pomiędzy powietrzem a krwią: jama nosowa (cavum nasi), gardło (pharynx), krtań (larynx), tchawica (trachea), oskrzela (bronchi) i oskrzeliki (bronchioli).
Część powietrza wdychanego może dostawać się do pęcherzyków płucnych i nie podlegać wymianie gazowej. W naczyniach włosowatych w ścianie tych pęcherzyków krew nie przepływa lub przepływa jej zbyt mało, aby całe wprowadzone powietrze mogło być wykorzystane do wymiany gazowej. Powietrze pęcherzykowe niepodlegające wymianie stanowi tzw, przestrzeń martwą fizjologiczną (physiological respiratory dead space).

U ludzi zdrowych przestrzeń martwa fizjologiczna jest mała, natomiast u chorych znacznie się zwiększa.
W czasie spoczynku jest wdychane i wydychane około 8 L powietrza na minutę - 16 oddechów x 500 mL powietrza objętości oddechowej. Jest to wentylacja płuc minutowa (pulmonary ventilation). Może ona znacznie zwiększyć się w czasie wykonywania szybkich i głębokich oddechów. Maksymalna dowolna wentylacja płuc - MW (maximal voluntary ven-tilation) - może być od kilkunastu do dwudziestu kilku razy większa od wentylacji płuc minutowej w czasie spoczynku.
W celach diagnostycznych do badania sprawności układu oddechowego stosuje się pomiar objętości powietrza wydychanego w czasie pierwszej sekundy po najgłębszym wdechu, czyli natężonej objętości wydechowej w pierwszej sekundzie - FEVlj0 (forced expiratory volume in the first sec.).

Wentylacja pęcherzyków

Suche powietrze atmosferyczne, bez pary wodnej, wciągane do płuc zawiera 21% tlenu, 78% azotu i 0,04% dwutlenku węgla (patrz tab. 30, str. 383). Powietrze wciągane do płuc, stanowiące objętość oddechową (TV), miesza się z powietrzem stanowiącym pojemność zalegającą czynnościową (FRC), jednocześnie ogrzewa się i wy sycą parą wodną.
W czasie każdego wdechu do pęcherzyków płucnych dostaje się tylko około 350 mL powietrza oddechowego. Pozostała część objętości oddechowej, stanowiąca około 150 mL powietrza, wypełnia przestrzeń martwą anatomiczną. Ostatecznie powietrze pęcherzykowe ma średnie ciśnienie parcjalne gazów [Prężność gazów - w cieczach, ciśnienie parcjalne - w powietrzu]:
Po2 = 13,3 kPa,
Pn = 76,4 kPa,
Ph2o = 6,3 kPa,
Pco2 = 5,3 kPa

Powietrze o takim składzie styka się ze ścianą pęcherzyków płucnych i przewodzików pęcherzykowych, których łączna powierzchnia wynosi około 70 m2. Jest to powierzchnia, przez którą dyfundują gazy.
Tkanka płucna jest elastyczną, co wiąże się z:
�ó elementami sprężystymi występującymi pomiędzy pęcherzykami,
�ó napięciem powierzchniowym cienkiej warstwy płynu wyściełającego wnętrze pęcherzyków płucnych.
W czasie wdechu napięcie powierzchniowe w pęcherzykach wzmaga się, a w czasie wydechu maleje. Zapobiega to zlepianiu się ścian pęcherzyków na szczycie wydechu. Napięcie powierzchniowe w pęcherzykach zmniejsza czynnik powierzchniowy, czyli surfaktant (surfactant). Czynnik ten stanowią cząsteczki lipoprotein (wśród których najwięcej jest dipalmitoilofosfatydylocholiny) wydzielane przez ziarniste pneumocyty, czyli komórki pęcherzyka oddechowego duże. W czasie wdechu powierzchnia pęcherzyków zwiększa się, cząsteczki czynnika powierzchniowego ulegają rozsunięciu i napięcie powierzchniowe się wzmaga. Zjawiska przeciwne zachodzą w czasie wydechu.

Dyfuzja gazów w płucach

W pęcherzykach płucnych zachodzi wymiana gazów pomiędzy powietrzem a krwią przepływającą przez sieć naczyń włosowatych otaczających pęcherzyki. W tych naczyniach stale znajduje się około 100 mL krwi. Ilość ta przepływa przez naczynia włosowate w czasie około 0,8 s. Podczas pracy fizycznej i związanego z nią zwiększenia pojemności minutowej serca krew przepływa znacznie szybciej przez naczynia włosowate pęcherzyków płucnych.
Dyfuzja gazów przez ścianę pęcherzyków odbywa się zgodnie z gradientem prężności cząsteczek gazów. Cząsteczki tlenu dyfundują ze światła pęcherzyków do krwi, ponieważ w powietrzu pęcherzykowym ciśnienie parcjalne tlenu jest większe, we krwi dopływającej ze zbiornika tętniczego płucnego zaś jest mniejsze. W przeciwnym kierunku dyfundują cząsteczki dwutlenku węgla. We krwi dopływającej do naczyń włosowatych pęcherzyków PCO2 jest większe, w powietrzu pęcherzykowym zaś PCO2 jest mniejsze.

Cząsteczki O2, dyfundując do krwi, muszą pokonać ścianę pęcherzyka płucnego i ścianę naczynia włosowatego. Przegroda ta, której grubość nie przekracza l (im, zaczynając od światła pęcherzyka płucnego jest utworzona przez: warstwę płynu pokrywającą powierzchnię pęcherzyków, nabłonek pęcherzyków, błonę podstawną i śródbłonek naczyń włosowatych. Cząsteczki O2 po przejściu przez tę przegrodę rozpuszczają się w osoczu wypełniającym naczynia włosowate na zasadzie rozpuszczalności fizycznej. Z osocza O2 natychmiast dyfunduje do erytrocytów.
Cząsteczki CO2 dyfundują z osocza krwi przepływającej przez naczynia włosowate do światła pęcherzyków, tj. w kierunku przeciwnym niż cząsteczki O2.
Wartości średnie PO2 i PCO2 występują w powietrzu pęcherzykowym wypełniającym środkowe partie płuc. W górnych partiach płuc powietrze pęcherzykowe ma wyższe PO2 i niższe PCO2 niż wartości średnie. Przeciwnie, w dolnych partiach płuc powietrze pęcherzykowe ma niższe P02 i wyższe Pco2- Różnice w ciśnieniu parcjalnym w powietrzu pęcherzykowym 02 i CO2 zależą od ilości krwi przepływającej przez sieć naczyń włosowatych w górnych, środkowych i dolnych partiach płuc.

Transport gazów

Cząsteczki O2 dyfundujące do osocza krwi w niewielkiej ilości rozpuszczają się w nim na drodze fizycznej. Przy ciśnieniu parcjalnym tlenu w pęcherzykach równym 13,3 kPa w l L krwi odpływającej do zbiornika żylnego płucnego tylko 3 mL O2 jest rozpuszczone na zasadzie rozpuszczalności fizycznej. Jest to ilość niedostateczna do zapewnienia oddychania wewnętrznego na minimalnym poziomie. Podobnie w tkankach - przy prężności dwutlenku węgla równej 6,1 kPa na drodze fizycznej rozpuszcza się w 1 L krwi tylko 35 mL CO2.
Zarówno cząsteczki O2, jak i CO2 wiążą się we krwi na drodze chemicznej i w tej postaci są przede wszystkim transportowane zgodnie z gradientem prężności.

Transport tlenu

Cząsteczki O2 rozpuszczone w osoczu na drodze fizycznej dyfundują przez otoczkę do erytrocytów i wiążą się z hemoglobiną, tworząc hemoglobinę utlenowaną, czyli oksyhemoglobinę (oxygen-hemoglobin). Jedna cząsteczka hemoglobiny Hb4 wiąże się z czterema cząsteczkami tlenu, tworząc hemoglobinę utlenowaną:
Hb4 + 4O2 <--> Hb4O8
Dzięki występowaniu hemoglobiny zdolność krwi do transportu tlenu wzrasta około 70 razy. W powietrzu pęcherzykowym w warunkach PO2 = = 13,3 kPa w 1 L krwi odpływającej z naczyń włosowatych pęcherzyków płucnych jest rozpuszczone na drodze fizycznej 3 mL O2, a około 190 mL 02 jest związane z hemoglobiną.
Krew w zbiorniku żylnym płucnym ma PO2 =12,1 kPa i hemoglobina jest wysycona tlenem w 97%. Mniejsze PO2 w zbiorniku żylnym płucnym w stosunku do POz w naczyniach włosowatych pęcherzyków płucnych związane jest z przepływem pewnej ilości krwi ze zbiornika tętniczego dużego do zbiornika żylnego płucnego przez naczynia krwionośne oskrzeli z pominięciem pęcherzyków płucnych, czyli z przeciekiem płucnym krwi (pulmonary shunt).
Krew zawierająca hemoglobinę wysycona tlenem (hemoglobin saturated) odpływa z płuc, kierując się przez zbiornik żylny płucny, lewy przedsionek serca, lewą komorę serca, zbiornik tętniczy duży do sieci naczyń włosowatych krążenia dużego. W naczyniach włosowatych w tkankach prężność tlenu jest mała i z hemoglobiny utlenowanej znajdującej się w erytrocytach uwalnia się około '/4 transportowanego tlenu. Krew żylna odpływająca do zbiornika żylnego dużego zawiera hemoglobinę wysyconą tlenem średnio w 15% i PO2 = 5,3 kPa.
Zależność pomiędzy ciśnieniem parcjalnym tlenu a stopniem wy sycenia hemoglobiny tlenem przedstawia krzywa dysocjacji hemoglobiny utleno-wanej. Krzywa ta przesuwa się w lewo i staje się bardziej stroma w miar? obniżania się temperatury, zwiększania wartości pH i zmniejszenia prężności dwutlenku węgla we krwi. Warunki, w których krzywa dysocjacji hemoglobiny utlenowanej przesuwa się w lewo i staje się bardziej stroma, panują w naczyniach włosowatych pęcherzyków płucnych. Przy tym samym Po2 więcej hemoglobiny wiąże się z tlenem. Przeciwnie - w sieci naczyń włosowatych krążenia dużego panują warunki przesuwające w prawo i spłaszczające krzywą dysocjacji hemoglobiny utlenowanej, które sprzyjają uwalnianiu się cząsteczek O2 ze związku z hemoglobiną.

Transport dwutlenku węgla

We krwi przepływającej przez sieć naczyń włosowatych krążenia dużego zawartość dwutlenku węgla zwiększa się o 50 mL CO2 na litr krwi i jego prężność zwiększa się o 0,8 kPa. Krew tętnicza w zbiorniku tętniczym dużym zawiera około 470 mL CO2/L krwi i PCO2 = 5,3 kPa, a w zbiorniku żylnym dużym krew zawiera około 520 mL CO2/L krwi i PCO2 = 6,1 kPa.
Dwutlenek węgla dyfundujący z tkanek do krwi przepływającej przez naczynia włosowate jest transportowany do płuc:
�ó około 6% w postaci CO2 rozpuszczonego na zasadzie rozpuszczalności fizycznej w osoczu i w cytoplazmie erytrocytów,
�ó około 88% w postaci jonów HCO3- związanych przez wodoroweglanowy układ buforowy osocza i erytrocytów,
�ó około 6% w postaci karbaminianów, CO2 związanego z wolnymi grupami aminowymi białek osocza i hemoglobiny.
Cząsteczki CO2 dyfundujące z tkanek do krwi rozpuszczają się w osoczu na zasadzie rozpuszczalności fizycznej i przenikają w tej postaci do wnętrza erytrocytów. Tam pod wpływem enzymu anhydrazy węglanowej (carbonic anhydrase) dwutlenek węgla wiąże się z wodą i powstaje kwas węglowy:

C02 + H20 <--> H2CO3 <--> H+ + HCO3-

Kwas węglowy dysocjuje na wolne jony H+ i HCO3-. Jony H+ wiążą się z hemoglobiną, większość jonów HCO3- dyfunduje zaś do osocza.
Zwiększenie stężenia jonów HCO3- w osoczu krwi żylnej i zmniejszenie we krwi tętniczej powoduje wędrówkę jonów CF przez otoczkę erytrocytów. We krwi żylnej jony HCO3- przechodzą z erytrocytów do osocza, jony Cl- zaś wchodzą do ich wnętrza. We krwi tętniczej jony Cl- wychodzą z erytrocytów do osocza.
Dwutlenek węgla rozpuszczony w osoczu i znajdujący się w erytrocytach wiąże się z grupami aminowymi aminokwasów, z których są zbudowane białka osocza i hemoglobina. W wyniku reakcji:

CO2 + R-NH2 daje R-NHCOOH

tworzą się karbaminiany. Większość karbaminianów powstaje w erytrocytach po połączeniu się CO2 z grupami aminowymi hemoglobiny.

Dyfuzja gazów w tkankach

Krew tętnicza dopływająca do wszystkich tkanek ma większą prężność tlenu i mniejszą prężność dwutlenku węgla w porównaniu z odpływającą krwią żylną. Zgodnie z gradientem prężności uwolniony z hemoglobiny tlen dyfunduje do komórek, dwutlenek węgla zaś dyfunduje w kierunku przeciwnym - z komórek do osocza.
Cząsteczki O2 uwolnione z hemoglobiny przechodzą przez otoczkę erytrocytów do osocza, następnie przez komórki śródbłonka naczyń włosowatych do płynu międzykomórkowego i dopiero z tego płynu dyfundują przez błonę komórkową do poszczególnych komórek.
W zależności od intensywności metabolizmu wewnątrzkomórkowego występują dość znaczne różnice w prężności tlenu w poszczególnych tkankach. W tkankach o intensywnym metabolizmie prężność tlenu w komórkach jest mała i jednocześnie te tkanki zużywają więcej tlenu. Krew żylna odpływająca z tkanek o intensywnym metabolizmie zawiera mniej tlenu i więcej dwutlenku węgla.
Stopień zużycia tlenu (oxygen consumption) przez poszczególne tkanki wyraża się różnicą tętniczo-żylną w zawartości tlenu (arteriovenous oxy-gen difference). Krew tętnicza dopływająca do wszystkich tkanek ma jednakową zawartość tlenu, natomiast krew żylna może zawierać go więcej lub mniej.
W spoczynku pojemność minutowa serca wynosi około 5,4 L, a różnica tetniczo-żylna w zawartości tlenu we krwi pomiędzy zbiornikiem tętniczym dużym a zbiornikiem żylnym dużym wynosi około 46 mL O2 na l L krwi. Na tej podstawie można obliczyć zużycie tlenu przez cały organizm:
5,4 L krwi x 46 mL O2/L krwi = 248 mL O2/1 min.
W okresie aktywności ruchowej, a zwłaszcza w czasie pracy fizycznej, zwiększa się znacznie pojemność minutowa serca i wentylacja minutowa płuc. Mimo to zużycie tlenu przez pracujące mięśnie szkieletowe jest tak duże, że zwiększa się różnica tętniczo-żylna w zawartości tlenu we krwi pomiędzy zbiornikiem tętniczym dużym a zbiornikiem żylnym dużym. Zużycie spoczynkowe tlenu na minutę może zwiększyć się do 16 razy w czasie wysiłku fizycznego.

Regulacja oddychania
Ośrodek oddechowy

Regulacja oddychania, czyli częstotliwość i głębokość oddechów, odbywa się za pośrednictwem ośrodka oddechowego (respiratory center) w rdzeniu przedłużonym (medulla oblongata). W skład tego ośrodka wchodzą dwa rodzaje neuronów tworzące dwa ośrodki o przeciwnej funkcji. Ich umiejscowienie częściowo się pokrywa. Oba rodzaje neuronów należą do tworu siatkowatego rdzenia przedłużonego (formatio reticularis medullae oblongatae). Są to neurony wdechowe tworzące ośrodek wdechu (inspiratory center), znajdujące się w jądrze samotnym (nucleus solita-ńus) i w części przedniej jądra tylno-dwuznacznego nerwu błędnego (pars anterior nucleus retroambigualis nervi vagi), oraz ośrodek wydechu (expi-ratory center) w jądrze dwuznacznym nerwu błędnego (nucleus ambiguus nervi vagf) i w części tylnej jądra tylno-dwuznacznego nerwu błędnego (pars posterior nucleus retroambigualis nervi vagi).

Ośrodek wdechu wysyła impulsy nerwowe do rdzenia kręgowego, do neuronów ruchowych unerwiających mięśnie wdechowe, ośrodek wydechu pobudza zaś neurony ruchowe unerwiające mięśnie wydechowe.
Neurony ośrodka wdechu stanowią rozrusznik dla czynności oddechowej. Kilkanaście razy na minutę, średnio 16 razy, neurony ośrodka wdechu pobudzają się i wysyłają salwę impulsów nerwowych. Impulsy od neuronów wdechowych biegną przez gałązkę zstępującą aksonu do neuronów ruchowych w rdzeniu kręgowym i jednocześnie przez gałązkę wstępującą aksonu do neuronów tworu siatkowatego mostu (pons), tworzących ośrodek pneumotaksyczny (pneumotaxic center). Ośrodek pneumotaksyczny hamuje zwrotnie ośrodek wdechu na 1-2 s, po czym neurony ośrodka wdechu ponownie pobudzają się i wysyłają salwę impulsów do rdzenia kręgowego. Rytmiczność oddechów związana jest z występującymi po sobie kolejno okresami pobudzania i hamowania ośrodka wdechu.

Modulacja aktywności ośrodka wdechu

Pobudzenie powstające samoistnie w ośrodku wdechu jest modulowane, a więc oddechy przyspieszają się i są pogłębione lub zwalniają się i spłycają na skutek:
�ó impulsów wysyłanych przez receptory i odbieranych przez neurony wdechowe,
�ó zmiany wartości pH w bezpośrednim sąsiedztwie neuronów wdechowych, czyli po podrażnieniu chemodetektorów.
Impulsy nerwowe modulujące aktywność neuronów ośrodka wdechu biegną od:
�ó chemoreceptorów kłębków szyjnych (glomus caroticuni) i kłębków aortowych (glomus aorticum),
�ó interoreceptorów w tkance płucnej oraz proprioreceptorów klatki piersiowej,
�ó ośrodków znajdujących się w wyższych piętrach mózgowia: z kory mózgu, układu limbicznego i ośrodka termoregulacji w podwzgórzu.

Chemoreceptory

Zasadniczym modulatorem aktywności ośrodka wdechu są impulsy aferentne biegnące od chemoreceptorów kłębków szyjnych i kłębków aortowych. Przez kłębki stale przepływają duże, w stosunku do niewielkiej ich masy, ilości krwi tętniczej. Bodźcem drażniącym chemoreceptory jest nie znaczne zwiększenie PCO2 i koncentracji jonów wodoru lub znaczne zmniejszenie PO2 we krwi tętniczej.

Impulsacja aferentna jest przewodzona od kłębków aortowych do rdzenia przedłużonego za pośrednictwem włókien biegnących w nerwie języko-wo-gardłowym (n. IX) i w nerwie błędnym (n. X). Impulsacja wysyłana przez podrażnione chemoreceptory pobudza ośrodek wdechu i oddechy stają się przyspieszone i pogłębione.
Pod wpływem impulsacji współczulnej komórki chromochłonne kłębka szyjnego uwalniają dopaminę, która zmniejsza pobudliwość chemorecep-torów stanowiących zakończenia gałązki nerwu językowo-gardłowego. Na skutek zmiany pobudliwości chemoreceptorów dochodzi do zmiany afe-rentnej impulsacji biegnącej do ośrodka oddechowego w rdzeniu przedłużonym.

Interoreceptory i proprioreceptory

Rozciągnięcie tkanki płucnej pobudza interoreceptory - mechanorecep-tory inflacyjne (inflation receptors) - znajdujące się pomiędzy mięśniami gładkimi oskrzeli i wyzwala wydech. Przeciwnie - zmniejszenie stopnia rozciągnięcia płuc w czasie wydechu pobudza inne mechanoreceptory deflacyjne (deflation receptors) i wyzwala wdech. Są to odruchy Heringa--Breuera. Podrażnienie receptorów pod nabłonkiem dróg oddechowych wyzwala odruch kaszlu; receptory J, występujące pomiędzy pneumocytami i naczyniami włosowatymi otaczającymi pęcherzyki, są wrażliwe na pojawienie się płynu międzykomórkowego. Podrażnienie płuc, któremu towarzyszy ich przekrwienie, pobudza te receptory i powoduje początkowy bezdech, po którym występują szybkie i płytkie oddechy. Impulsacja od intero-receptorów w płucach przewodzona jest do rdzenia przedłużonego przez aferentne włókna nerwu błędnego.
Wdechowe lub wydechowe ustawienie klatki piersiowej drażni odpowiednie proprioreceptory i wpływa modulujące na częstość i głębokość oddechów. Im głębszy jest wdech, tym głębszy wydech po nim następuje.

Chemodetektory w rdzeniu przedłużonym

W rdzeniu przedłużonym na powierzchni brzusznej znajdują się neurony wrażliwe na zmianę wartości pH płynu mózgowo-rdzeniowego. Zwiększona dyfuzja CO2 z krwi do płynu mózgowo-rdzeniowego powoduje zwiększenie w nim stężenia kwasu węglowego (H2CO3) i zwiększenie koncentracji jonów wodoru w bezpośrednim otoczeniu chemodetektorów.

Zwiększenie koncentracji jonów wodoru podrażnia chemodetektory, które z kolei pobudzają ośrodek wdechu. Wrażliwość chemodetektorów na zmianę wartości pH zmniejsza się w czasie snu oraz w czasie ogólnej narkozy.

Oddychanie wewnętrzne

Przemiana pośrednia w komórkach

Cząsteczki O2 dyfundujące do wnętrza komórki wychwytywane są przez mitochondria. W obrębie błony zewnętrznej mitochondriów znajdują się wszystkie enzymy cyklu kwasów trikarboksylowych, czyli cyklu Krebsa, na błonie wewnętrznej zaś enzymy łańcucha oddechowego.
Metabolity heksoz, aminokwasów i kwasów tłuszczowych w cyklu kwasów trikarboksylowych utleniane są do dwutlenku węgla i wody z jednoczesnym uwolnieniem wolnych atomów wodoru lub wolnych elektronów. Enzymy łańcucha oddechowego przenoszą atomy wodoru na tlen. W procesie tym powstają cząsteczki wody.

Gromadzenie energii w komórce

Komórki nie czerpią bezpośrednio energii z utleniania produktów energetycznych wprowadzonych do organizmu z zewnątrz. Związki, takie jak węglowodany, aminokwasy i tłuszcze, utleniając się, wyzwalają energię zużywaną do syntezy związków fosforowych wysokoenergetycznych. Wśród związków fosforowych wysokoenergetycznych najważniejszym, uniwersalnym przenośnikiem energii jest adenozynotrifosforan - ATP. Adenozynotrifosforan rozszczepia się w komórce na drodze hydrolizy na adenozynodifosforan (ADP) i ortofosforan. Uwolnienie ortofosforanu wyzwala znaczne ilości energii.
Komórki czerpią energię z ATP do biosyntezy związków, do aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego przez błony komórkowe przeciw gradientowi stężeń oraz do ruchu całej komórki.
Do resyntezy ATP z ADP i ortofosforanu dostarczana jest energia z ka-tabolizmu węglowodanów, białek i tłuszczów. Zwiększenie zawartości w komórce ADP przyspiesza transport elektronów i atomów wodoru w jednostce czasu przez łańcuch oddechowy i przyspiesza przenoszenie ich na tlen. Zwiększa się zużycie tlenu w komórce wraz z resyntezą ATP. Resyntezą 3 cząsteczek ATP z ADP i ortofosforanu wiąże się z wytworzeniem l cząsteczki wody, do czego potrzebne jest pół cząsteczki tlenu.

Glikoliza

Niezbędnym materiałem energetycznym zużywanym przez komórki w organizmie jest glukoza. Poza rozpadem glukozy pewne ilości energii są czerpane przez komórki z innych cukrów prostych oraz aminokwasów i kwasów tłuszczowych.
Rozpad glukozy zachodzi w warunkach:
�ó beztlenowych w cytoplazmie - ostatecznym produktem jest mleczan,
�ó tlenowych w cytoplazmie i w mitochondriach - ostatecznymi produktami są dwutlenek węgla i woda.

W czasie glikolizy beztlenowej według schematu Embdena-Meyerhofa w stadiach początkowych następuje zużycie energii czerpanej z ATP. W stadiach końcowych natomiast znacznie więcej ATP jest resyntetyzowane. W wyniku ostatecznym energia wyzwolona z rozpadu glukozy do mleczanu przenosi się na ATP. Z rozpadu jednej cząsteczki glukozy w warunkach glikolizy beztlenowej są resyntetyzowane netto 2 cząsteczki ATP.
Glikoliza w warunkach tlenowych przebiega do pirogronianu. Pirogronian jest wprowadzany do cyklu kwasów trikarboksylowych przy udziale acetylo-CoA. Glikoliza w warunkach tlenowych jest znacznie wydajniejsza energetycznie od glikolizy beztlenowej. Z rozpadu jednej cząsteczki glukozy w warunkach tlenowych do dwutlenku węgla i wody resyntetyzuje się 38 cząsteczek ATP. W warunkach tlenowych glikoliza przebiega również przez cykl pentozowy.

Przemiana w organizmie

Wyzwolenie energii z węglowodanów, białek i tłuszczów wiąże się z utlenianiem produktów ich rozpadu. Mierząc zużycie tlenu w jednostce czasu, można pośrednio oznaczyć energie wytworzoną w organizmie. Zużycie l L tlenu przez organizm wyzwala przeciętnie około 20,2 kJ. Jest to energetyczny równoważnik tlenu oznaczony metodą kalorymetrii pośredniej, w odróżnieniu od kalorymetrii bezpośredniej polegającej na oznaczeniu energii wytworzonej w organizmie na podstawie wartości energetycznej spożytych pokarmów.

Współczynnik oddechowy

Współczynnik oddechowy - RQ (respiratory ąuotient) - wskazuje na stosunek objętościowy pomiędzy uwolnionym z organizmu dwutlenkiem węgla i pochłoniętym tlenem w jednostce czasu. Współczynnik oddechowy dla węglowodanów wynosi 1,0, dla białek średnio około 0,82 i dla tłuszczów około 0,7. W każdej cząsteczce węglowodanów jest jednakowy stosunek atomów wodoru do atomów tlenu. Cały tlen pochłaniany w czasie utleniania węglowodanów jest zużywany do wytwarzania dwutlenku węgla. Utlenianie tłuszczów wymaga więcej tlenu. Jest on zużywany w organizmie do wytwarzania jednocześnie dwutlenku węgla i wody.

Podstawowa przemiana materii

Mierząc zużycie tlenu przez organizm w ściśle określonych warunkach, można uzyskać dane porównawcze odnoszące się do przemiany materii w organizmach różnych ludzi.
Warunki pomiaru zużycia tlenu w jednostce czasu są następujące:
�ó całkowity spoczynek fizyczny i psychiczny, pozycja leżąca,
�ó od 12 do 14 godzin po ostatnim posiłku,
�ó temperatura otoczenia +20°C.
Zużycie tlenu w jednostce czasu w tych warunkach wiąże się z wyzwoleniem energii dla procesów fizjologicznych niezbędnych do utrzymania człowieka przy życiu i nosi nazwę podstawowej przemiany materii - BMR (basal metabolic rate).
Podstawowa przemiana materii zależy od:
�ó powierzchni ciała,
�ó wieku badanego człowieka,
�ó płci.

Powierzchnie ciała u ludzi oblicza się na podstawie wzrostu i masy ciała według wzoru:
S = 0,007184 x W0,425 x H0,725
gdzie:
S - powierzchnia ciała w metrach kwadratowych,
W - masa ciała w kilogramach,
H - wzrost w centymetrach.

Podstawowa przemiana materii w przeliczeniu na metr kwadratowy powierzchni ciała zmniejsza się w miarę przybywania lat. U płci męskiej jest ona większa, a u płci żeńskiej mniejsza. U mężczyzn w wieku 20 lat podstawowa przemiana wynosi 48,15 J/m2/s, a u kobiet w tym samym wieku 41,98 J/m2/s. Przeciętnie u ludzi dorosłych podstawowa przemiana materii wynosi u mężczyzn około 7,28 MJ na dobę, u kobiet zaś 5,62 MJ na dobę.

Czynniki wpływające na przemianę materii

Wiele czynników pobudza przemianę materii i zwiększa zużycie tlenu przez organizm w jednostce czasu. Są to:
�ó praca fizyczna,
�ó praca umysłowa i stany emocjonalne,
�ó niska lub wysoka temperatura otoczenia,
�ó zwiększenie zawartości niektórych hormonów we krwi, zwłaszcza hormonów gruczołu tarczowego i hormonów rdzenia nadnerczy,
�ó trawienie i przyswajanie pokarmów. .
Praca fizyczna zwiększa zużycie energii w mięśniach szkieletowych. U ludzi pracujących fizycznie przemiana materii jest 0,5-2 razy większa od podstawowej przemiany materii.
Zapotrzebowanie na energię u "standardowego" mężczyzny w wieku od 20 do 39 lat, o masie ciała 70 kg, o odpowiednim wzroście w stosunku do masy ciała i wykonującego umiarkowany wysiłek fizyczny w ciągu doby wynosi 13,5 MJ. Umiarkowany wysiłek fizyczny w ciągu doby obejmuje: 8 godzin pracy fizycznej o umiarkowanej ciężkości, 6 godzin zajęć siedzących, 2 godziny chodzenia i 8 godzin leżenia w łóżku. Dla tego samego mężczyzny wykonującego mały wysiłek fizyczny zapotrzebowanie na energię wynosi 12,3 M J/d, duży wysiłek fizyczny - 15,8 MJ/d i bardzo duży wysiłek-l 8,2 MJ/d.
U "standardowej" kobiety w wieku od 20 do 39 lat, o masie ciała 55 kg i o odpowiednim do masy ciała wzroście, umiarkowany wysiłek fizyczny w ciągu doby wymaga energii w ilości 9,2 MJ, odpowiednio mały wysiłek-8,4 MJ/d, duży wysiłek - 10,9 MJ/d i bardzo duży wysiłek - 12,6 MJ/d. Ciąża wymaga dodatkowej energii w ilości około 335 MJ w ciągu całego jej trwania. W pierwszym trymestrze ciąży dodatkowo - 0,6 MJ/d, w drugim i w trzecim trymestrze dodatkowo - 1,5 MJ/d. W okresie laktacji zapotrzebowanie na energię jest większe niż w czasie ciąży o dodatkowe 2,3 MJ/d.
Poza ogólnym zapotrzebowaniem na energię konieczne jest białko w pokarmach, na które zapotrzebowanie u "standardowego" mężczyzny wynosi 0,57 g na l kg masy ciała na dobę, u "standardowej" kobiety zaś 0,52 g na l kg masy ciała na dobę.
Niska temperatura otoczenia, poniżej 20°C, zwiększa utratę ciepła i przyspiesza metabolizm w organizmie w celu utrzymania stałej temperatury ciała. Temperatura otoczenia wyższa o kilkanaście lub kilkadziesiąt stopni od 20°C wymaga dodatkowej energii potrzebnej do odprowadzenia ciepła z organizmu i zapobieżenia przegrzaniu.

Trawienie i przyswajanie składników pokarmowych zwiększają przemianę materii, co nosi nazwę swoistego dynamicznego działania pokarmów - SDA (specific dynamie action of foods). W warunkach pomiaru zużycia tlenu, wykonanego tak jak przy oznaczaniu podstawowej przemiany materii (BMR), po spożyciu węglowodanów lub tłuszczów w ilości równoważnej 419 kJ następuje zwiększenie przemiany o kilkanaście kilodżu-lów. Po spożyciu białka w ilości równoważnej 419 kJ przemiana zwiększa się o 126 kJ. Świadczy to o tym, że białka wymagają znacznie większego zużycia energii do ich przyswojenia niż węglowodany i tłuszcze.

7 Układ trawienny

Odżywianie

Równowaga energetyczna

Funkcje życiowe organizmu człowieka wymagają stałego dostarczania energii i wody ze środowiska zewnętrznego. Spożywanie pokarmów, a więc ilość energii wprowadzana do organizmu (energy intake) wyrażona w dżulach (J) zależy przede wszystkim od metabolizmu i zużycia energii (energy utilization) wewnątrz organizmu. Podobnie ilość wypijanej wody ściśle wiąże się z ilością wody wydalanej z organizmu przez nerki, skórę i płuca.
W ciągu doby, która stanowi jeden pełny cykl w życiu człowieka, powinna być zachowana równowaga energetyczna (energy balance) pomiędzy energią wprowadzoną w postaci pokarmów a energią zużytą. U dorosłego człowieka bilans wprowadzonej i zużytej w ciągu doby energii powinien równać się zeru. Ilości spożywanych pokarmów i wody są uwarunkowane zapotrzebowaniem.
Odżywianie obejmuje:
�ó przyjmowanie pokarmów,
�ó trawienie pokarmów,
�ó wchłanianie składników pokarmowych i wody,
�ó przyswajanie składników pokarmowych.

Przyjmowanie pokarmów

Kontrolę nad ilością spożywanych pokarmów, czyli nad ilością wprowadzonej do organizmu energii, mają ośrodki pokarmowe (feeding centers) w podwzgórzu, z których jeden - �śośrodek głodu" (hunger center) - wyzwala mechanizm poszukiwania, zdobywania i przyjmowania pokarmów, drugi zaś - �śośrodek sytości" (satiety center) - hamuje apetyt. Układ lim-biczny hamuje �śośrodek głodu", kora mózgu i inne ośrodki podkorowe zaś wywierają wpływ pobudzający lub hamujący na ten ośrodek. Występujący w podwzgórzu neuropeptyd Y (NPY) pobudza �śośrodek głodu" i może być uważany za �śczynnik głodu".
Zasadniczym czynnikiem wpływającym na pobudliwość ośrodków pokarmowych jest leptyna (leptin), hormon białkowy wydzielany przez komórki tkanki tłuszczowej (adipocyty), działająca jak �śczynnik sytości". Spożyte i wchłonięte w przewodzie pokarmowym składniki pokarmowe pobudzają adipocyty do wydzielania leptyny bezpośrednio i pośrednio poprzez insulinę z wysp trzustkowych. Leptyna, na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego, poprzez ośrodki pokarmowe w podwzgórzu hamuje przyjmowanie pokarmów i tym samym zmniejsza magazynowanie energii w tkance tłuszczowej.
U ludzi z nadwagą występuje duże stężenie leptyny we krwi, proporcjonalne do masy tkanki tłuszczowej, i jednoczesny brak hamowania spożywania pokarmów. Świadczy to o niewrażliwości ośrodka sytości na zwiększające się stężenie leptyny we krwi i na przewagę oddziaływania podwzgórzowego neuropeptydu Y na �śośrodek głodu". ;
Impulsacja odbierana z interoreceptorów w ścianach przewodu pokarmowego zmienia pobudliwość �śośrodka sytości". Rozciągnięcie ścian przewodu pokarmowego pobudza ten ośrodek. Łaknienie jest hamowane również przez zwiększone pragnienie wywołane wzrostem ciśnienia osmo-tycznego osocza krwi na skutek utraty wody z organizmu lub jej wydzielaniem przez gruczoły przewodu pokarmowego wraz z innymi składnikami soków trawiennych.

Trawienie pokarmów

Pokarmy spożywane zostają w układzie trawiennym (systema digesto-riwri) poddane działaniu czynników mechanicznych i chemicznych, co doprowadza je do postaci, w której mogą być wchłonięte.
Pokarmy zawierają składniki odżywcze, jakimi są węglowodany, białka i tłuszcze oraz witaminy, sole mineralne i woda. Węglowodany, białka i tłuszcze spożywane są zazwyczaj w postaci wymagającej obróbki mechanicznej pokarmów, tak aby enzymy soków trawiennych mogły rozłożyć je na podstawowe wchłanialne składniki, którymi są cukry proste, aminokwasy i kwasy tłuszczowe.
Witaminy i sole mineralne są uwalniane z pokarmów dzięki obróbce mechanicznej, a tylko w mniejszym stopniu na skutek działania czynników chemicznych.

Jama ustna i przełyk

Pokarmy o stałej konsystencji wprowadzone do jamy ustnej (cavum oris) są rozdrabniane i mieszane ze śliną w procesie żucia. Żucie pokarmów trwa tak długo, aż zostaną one odpowiednio rozdrobnione i nasycone śliną, aby uformowane w postaci kęsa mogły zostać połknięte.

Wydzielanie śliny

Zetknięcie się pokarmu, zwłaszcza suchego, z powierzchnią błony śluzowej jamy ustnej powoduje wydzielanie śliny na drodze odruchu bezwarunkowego. Ślina i inne soki trawienne mogą wydzielać się na sam widok lub zapach pokarmu. W tym przypadku wydzielanie soków trawiennych następuje dzięki uprzednio wytworzonemu odruchowi nabytemu, czyli odruchowi warunkowemu.
Ślina w ilości około l ,5 L na dobę i pH około 7,0 (SI: 100 nmol/L H+) jest wydzielana do jamy ustnej przez trzy parzyste gruczoły: śliniankę podjęzy-kową (glandula sublingualis), śliniankę podżuchwową (glandula subman-dibulańs) i śliniankę przyuszną (glandula parotis). Włókna nerwowe przy-współczulne unerwiają wydzielniczo ślinianki. Włókna biegnące wraz z nerwem twarzowym (n. VII) unerwiają ślinianki: podjęzykową i podżuchwową, a wraz z nerwem językowo-gardłowym (n. IX) biegną włókna do ślinianki przyusznej.
Najwięcej śliny surowiczo-śluzowej wydzielają ślinianki podżuchwowe. Ślinianki przyuszne wydzielają w mniejszych ilościach ślinę surowiczą, najmniej śliny śluzowej wytwarzają ślinianki podjęzykowe.
Ślina surowicza zawiera enzym trawiący wielocukry - alpha-amylazę ślinową. W ślinie śluzowej występują mucyny - glikoproteidy ułatwiające połykanie uformowanego kęsa.

Połykanie

Połykanie dzieli się na trzy fazy, z których pierwsza, ustno-gardłowa, jest fazą dowolną i polega na przesunięciu kęsa z jamy ustnej (cavum oris) do gardła (pharyruc), w czym uczestniczą mięśnie języka i policzków.
Fazy druga i trzecia są odruchowe. W fazie drugiej, gardłowo-przety-kowej, mięsień zwieracz górny gardła (musculus constńctor pharyngis superior) początkowo rozkurcza się, przepuszczając kęs. Następnie kurczy się i rozpoczyna falę perystaltyczną przesuwającą kęs wzdłuż gardła i przełyku.
W fazie trzeciej połykania, przełykowo-żołądkowej, kęs przesuwany przez falę perystaltyczną zbliża się do wpustu (cardid), wywołuje jego rozkurcz i dostaje się do jamy żołądka (cavum ventriculi).

Żołądek

Żołądek (gaster) spełnia w organizmie człowieka trzy zasadnicze funkcje:
�ó gromadzi i przechowuje spożywane pokarmy,
�ó trawi pokarmy,
�ó wyjaławia pokarmy.

Gromadzenie pokarmów w żołądku

Pokarmy płynne po dostaniu się do pustego żołądka spływają wzdłuż krzywizny mniejszej (curvatum gastńca minor) do części odźwiernikowej (pars pylońca gastńca). Pokarmy o stałej konsystencji początkowo wypełniają trzon żołądka (corpus gastricum), a następnie w miarę ich przybywania zajmują dno żołądka (fundus gastńcus). Kolejne spożywane porcje pokarmów zajmują część środkową jamy żołądka, rozpychając w kierunku ścian żołądka znajdujący się w nim wcześniej przyjęty pokarm. Pierwsze porcje pokarmu stykają się z błoną śluzową (tunica mucosa) żołądka, a ostatnie porcje wypełniają środek jamy żołądka.

Trawienie pokarmów w żołądku

Pokarmy wypełniające część środkową żołądka, niestykające się z błoną śluzową, są trawione początkowo przez alpha-amylazę ślinową. Zmieszanie się treści pokarmowej z sokiem żołądkowym rozpoczyna właściwe trawienie w żołądku.
Sok żołądkowy jest wydzielany przez gruczoły błony śluzowej żołądka średnio w ilości 3 L w ciągu całej doby, o pH około 1,0 (SI: 100 mmol/L H+). Sok żołądkowy zawiera kwas solny, enzymy trawienne, śluz, sole mineralne i wodę.
Kwas solny (HC1) powstaje w kanalikach wewnątrz komórek okładzinowych gruczołów błony śluzowej pod wpływem histaminy działającej na receptory H2. Jony wodoru powstające w czasie dysocjacji kwasu węglowego są aktywnie wydzielane do światła kanalików komórkowych. W tym aktywnym transporcie jonów wodoru do światła kanalików biorą udział cy-klaza adenylanowa i cykliczny AMP oraz prawdopodobnie również adeno-zynotrifosfataza. Jednocześnie z jonami wodoru wydzielane są jony chloru i w świetle kanalików tworzy się kwas solny.
W komórkach głównych gruczołów błony śluzowej żołądka znajdują się w cytoplazmie ziarnistości zawierające pepsynogen - nieczynny enzym proteolityczny. Wydzielony do światła gruczołów błony śluzowej zamienia się pod wpływem kwasu solnego na aktywny enzym - pepsynę.

Komórki dodatkowe gruczołów błony śluzowej wydzielają śluz, który, pokrywając ściany żołądka, zabezpieczają przed działaniem kwasu solnego i enzymów.
�ó Pepsyna zawarta w soku żołądkowym rozkłada duże cząsteczki białek na mniejsze cząsteczki polipeptydów. Przerywa wiązania peptydowe w cząsteczkach białek i powstające z nich cząsteczki mają zarówno krótkie, jak i długie łańcuchy. Największa aktywność pepsyny występuje w granicach pH od 1,6 do 3,2 (SI: 21,88 mmol/L H+ do 631 umol/L H+).

Motoryka żołądka

Pusty żołądek po upływie kilku lub kilkunastu godzin od opróżnienia wykazuje okresowo występujące silne skurcze błony mięśniowej, tzw. skurcze gtodowe. Po dostaniu się pierwszych porcji pokarmu do żołądka następuje chwilowy rozkurcz mięśni ścian żołądka. Następnie skurcze błony mięśniowej powracają i przyczyniają się zarówno do mieszania się treści pokarmowej z sokiem żołądkowym, jak i do opróżnienia się żołądka.
Wyróżnia się dwa rodzaje aktywności ruchowej błony mięśniowej żołądka:
�ó nasilenie i osłabienie napięcia całej błony mięśniowej żołądka występujące naprzemiennie, z czym wiążą się wahania ciśnienia w jamie żołądka,
�ó skurcze perystaltyczne rozpoczynające się w okolicy części wpustowej (pars cardiaca) i przesuwające się wzdłuż ścian żołądka aż do odźwiernika (pylorus).
W części wpustowej żołądka średnio co 20 sekund występuje skurcz warstwy okrężnej, który posuwa się wzdłuż ścian w postaci fali perystaltycznej i dochodząc do odźwiernika, powoduje jego otwarcie i przejście z żołądka do dwunastnicy płynnej treści żołądkowej.

Fala perystaltyczna, przesuwając się wzdłuż ścian żołądka, po dotarciu do części odźwiernikowej (pars pylońca) staje się znacznie silniejsza dzięki skurczowi grubszej warstwy mięśni w tej części żołądka. Silny ucisk wywierany przez skurczoną ścianę tej części żołądka przenosi się na treść wypełniającą jamę odźwiernikową (antrum pylońcum). Następuje wyciśnięcie treści płynnej do dwunastnicy przez otwierający się odźwiernik i cofnięcie treści stałej do jamy żołądka. Powtarzające się w ciągu kilku godzin trawienia w żołądku cofanie się treści stałej do jamy żołądka powoduje jej mieszanie, rozdrobnienie i stopniową zamianę na treść płynną. Wyciskanie płynnej treści do dwunastnicy i cofanie do żołądka treści stałej nosi nazwę �śpompy odźwiernikowej".
Regularne występowanie skurczów perystaltycznych wyzwalane jest przez rozrusznik, który tworzą komórki mięśniowe gładkie warstwy podłużnej błony mięśniowej żołądka znajdujące się w sąsiedztwie krzywizny większej. W komórkach rozrusznika regularnie i spontanicznie występuje stan czynny, który rozprzestrzenia się na całą błonę mięśniową, o czym świadczy podstawowy rytm bioelektryczny - BER (basie electric rhythm) - występujący w tej okolicy żołądka. Transmittery uwalniane na drodze odruchowej z komórek nerwowych splotów autonomicznych żołądka i hormony żołądkowo-jelitowe przyspieszają lub zwalniają częstotliwość występowania stanu czynnego w komórkach rozrusznika.
Pokarmy płynne szybko przechodzą przez żołądek. Pokarmy składające się z węglowodanów pozostają w żołądku kilka godzin. Dłużej pozostają pokarmy o przewadze białek, a najdłużej bogate w tłuszcze.

Kontrola motoryki żołądka

Na skurcze tonłczne błony mięśniowej i perystaltykę żołądka mają wpływ czynniki nerwowe i humoralne. Nerw błędny (n. X) poprzez przy-współczulne neurony śródścienne nasila skurcze i przyspiesza perystaltykę żołądka. Przeciwnie działają nerwy współczulne.
Czynniki hamujące na drodze odruchowej i humoralnej perystaltykę żołądka i zwalniające jego opróżnianie to:
�ó rozciągniecie ścian dwunastnicy przez pokarm przechodzący z żołądka, czemu towarzyszy zmniejszenie wartości pH w dwunastnicy,
�ó zawartość kwasów tłuszczowych, częściowo strawionych białek i węglowodanów w treści pokarmowej przechodzącej do dwunastnicy,
�ó sekretyna i cholecystokinina powstające w dwunastnicy,
�ó wysokie ciśnienie osmotyczne treści żołądkowej dostającej się do dwunastnicy.

Kontrola wydzielania soku żołądkowego

Wydzielanie soku żołądkowego dzieli się na trzy fazy, które w warunkach fizjologicznych występują często prawie jednocześnie i zachodzą na siebie. Są to:
�ó faza głowowa,
�ó faza żołądkowa,
�ó faza jelitowa.

W fazie głowowej (cephalic phase), nazywanej dawniej fazą nerwową, występuje wydzielanie soku żołądkowego pod wpływem impulsów biegnących przez nerwy błędne. W fazie tej uczestniczą zarówno odruchy warunkowe, czyli nabyte, jak i odruchy bezwarunkowe, wrodzone, kiedy pokarm znajduje się już w jamie ustnej i drażni receptory w błonie śluzowej. Acety-locholina (Ach) uwolniona z zakończeń śródściennych neuronów przy-współczulnych działa na:
�ó komórki główne błony śluzowej żołądka - bezpośrednio i pośrednio -poprzez neurony zawierające peptyd uwalniający gastrynę (GRP) i gastrynę wydzielaną przez komórki dokrewne G,
�ó komórki okładzinowe błony śluzowej żołądka za pośrednictwem histaminy i receptora histaminowego H2.
W fazie żołądkowej (gastric phase) na skutek podrażnienia błony śluzowej przez pokarm wypełniający żołądek zachodzi zarówno odruchowe, jak i bezpośrednie oddziaływanie na komórki dokrewne G znajdujące się w błonie śluzowej żołądka. Wydzielają one do krwi gastrynę. Krążąca we krwi gastryna na drodze humoralnej pobudza do wydzielania gruczoły błony śluzowej żołądka.
W fazie jelitowej (intestinal phase) pod wpływem treści pokarmowej przechodzącej z żołądka do dwunastnicy, na drodze nerwowej i humoralnej, zachodzi zarówno pobudzanie, jak i hamowanie czynności żołądka. Wytwarzana w dwunastnicy gastryna i cholecystokinina (CCK) pobudzają wydzielanie soku żołądkowego, natomiast sekretyna działa hamująco (patrz Hormony żołądkowo-jelitowe). Za pośrednictwem odruchu jelitowo-żołądkowego następuje hamowanie opróżniania żołądka i wydzielania soku żołądkowego.
Hormony wytwarzane przez gruczoły dokrewne mają również wpływ na wydzielanie soku żołądkowego. Hormony kory nadnerczy (glikokortyko-idy) zwiększają wydzielanie soku żołądkowego, natomiast hormony rdzenia nadnerczy (adrenalina i noradrenalina) hamują jego wydzielanie.

Jelito cienkie

Jelito cienkie (intestinum tenue) stanowi niezbędny odcinek przewodu pokarmowego. Treść pokarmowa jest tam trawiona do składników prostych, które są w tym odcinku wchłaniane do krwi.

Motoryka jelita cienkiego

Błona mięśniowa jelita cienkiego wykazuje:
�ó okresowe zmiany napięcia,
�ó skurcze odcinkowe (segmentation contractions), zaznaczające się okresowym pojawianiem się i zanikaniem okrężnych przewężeń jelita,
�ó skurcze perystaltyczne (peristaltic contractions).

Skurcze perystaltyczne rozpoczynają się w dwunastnicy i przesuwają w postaci fali perystaltycznej z różną prędkością od 2 do 25 cm/s przez kolejne odcinki jelita cienkiego i jelita grubego aż do odbytnicy (rectum). Płynna treść przechodząca z żołądka do dwunastnicy (duodenum) gromadzi się w części górnej dwunastnicy (pars superior duodeni). Po zgromadzeniu się w części górnej dwunastnicy trzech kolejnych porcji treści żołądkowej występuje przeciętnie jeden raz na minutę okrężny skurcz błony mięśniowej rozpoczynający falę perystaltyczną.
Fala perystaltyczną w postaci przesuwającego się okrężnego skurczu błony mięśniowej jest zasadniczym czynnikiem zapewniającym przesuwanie się treści jelitowej w kierunku od żołądka do odbytnicy. Powstaje ona pod wpływem mechanicznego podrażnienia receptorów znajdujących się w błonie śluzowej i pobudzenia komórek nerwowych splotu warstwy mięśniowej za pośrednictwem komórek dwubiegunowych splotu podśluzowego. Komórki splotu warstwy mięśniowej, unerwiając mięśnie gładkie jelita, powodują przesuwanie się skurczu perystaltycznego, za którym postępuje rozkurcz.
Treść jelitowa przesuwana przez fale perystaltyczne gromadzi się w części jelita krętego (ileum) w pobliżu jego połączenia z jelitem ślepym (cecum). Zastawka krętniczo-kątnicza (valva ileocecalis) jest zamknięta i nieprzepuszcza treści jelitowej do jelita ślepego. Po podniesieniu się ciśnienia w jelicie krętym w pobliżu zastawki krętniczo-kątniczej treść jelitowa zaczyna przechodzić do jelita ślepego.

Przechodzenie treści żołądkowej do dwunastnicy powoduje błyskawiczne ruchy perystaltyczne jelita cienkiego, jednoczesne otwieranie się zastawki krętniczo-kątniczej i opróżnianie jelita krętego z treści jelitowej. Otwieranie się zastawki krętniczo-kątniczej z chwilą rozpoczęcia opróżniania się żołądka nosi nazwę odruchu żołądkowo-krętniczego (gastroileal reflex), który powstaje za pośrednictwem nerwów błędnych.
Błona śluzowa jelita cienkiego pokryta jest kosmkami (villi intestinales) o długości 0,5-1 mm. Występują one w liczbie 20�"40 na 1 mm2 błony śluzowej. Każdy kosmek ma kilka mikrokosmków. Łączna powierzchnia jelita cienkiego po uwzględnieniu powierzchni kosmków i mikrokosmków wynosi około 300 m2.

Kontrola motoryki jelita cienkiego

W czasie trawienia pokarmów występują zarówno skurcze błony mięśniowej jelita, jak i ruchy kosmków. Ruchy kosmków polegają na ich skracaniu się i wydłużaniu. Zmiany napięcia mięśni, ruchy wahadłowe, skurcze odcinkowe, a zwłaszcza skurcze perystaltyczne, występują na skutek pobudzenia komórek nerwowych w splotach jelitowych.
W splocie podśluzowym jelita (plexus submucosus) i w splocie warstwy mięśniowej jelita (plexus myenteńcuś) występują neurony o różnorodnej funkcji. Są to neurony:
�ó przewodzące pobudzenie od receptorów w błonie śluzowej,
�ó pośredniczące,
�ó unerwiające komórki gruczołowe błony śluzowej,
�ó unerwiające błonę mięśniową jelita,
�ó unerwiające naczynia krwionośne.
W neuronach tych transmitterami są: acetylocholina (ACh) oraz prawdopodobnie serotonina (5-HT) i kwas gamma-aminomasłowy (GABA). W neuronach cholinergicznych wraz z acetylocholina koegzystuje jeden lub kilka modulatorów. Są neurony, w których występuje Substancja P (SP), w innych zaś cholecystokinina (CCK), dynorfina (Dyn), enkefalina (Enk), peptyd uwalniający gastrynę (GRP) i wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP), w jeszcze innych - cholecystokinina (CCK), peptyd pochodny od genu kal-cytoninowego (CGRP), neuropeptyd Y (NPY) i somatostatyna (SRIF). Neurony o niezidentyfikowanym transmitterze zawierają dynorfinę, enke-falinę, neuropeptyd Y (NPY) i wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP).
Impulsacja przewodzona przez nerwy błędne i nerwy współczulne wywiera wpływ za pośrednictwem neuronów splotów jelitowych. Impulsacja nerwu błędnego nasila skurcze błony mięśniowej jelita i ruchy kosmków, przewodzona przez nerwy współczulne zaś ma działanie przeciwne -hamujące.

Trawienie w jelicie cienkim

W trawieniu treści wypełniającej jelito cienkie biorą udział:
�ó sok jelitowy,
�ó sok trzustkowy,
�ó żółć.

Wydzielanie soku jelitowego

W błonie śluzowej początkowego odcinka dwunastnicy występują gruczoły dwunastnicze podśluzówkowe (Brunnera) wydzielające gęsty śluz. Zabezpiecza on błonę śluzową dwunastnicy przed działaniem silnie zakwaszonej treści żołądkowej. Znajdujące się w błonie śluzowej jelita cienkiego gruczoły jelitowe (Lieberkiihna) wytwarzają sok jelitowy, zawierający enzymy trawienne rozkładające związki znajdujące się w treści jelitowej do składników prostych, wchłanialnych.
W soku jelitowym występują: :
�ó aminopeptydazy rozkładające peptydy do aminokwasów,
�ó enzymy rozkładające kwasy nukleinowe do pentozy, zasad purynowych i pirymidynowych oraz kwasu fosforowego,
�ó enzymy rozkładające wielocukry i dwucukry do jednocukrów,
�ó lipaza hydrolizująca tłuszcze obojętne do kwasów tłuszczowych i glicerolu.
Sok jelitowy ma odczyn słabo zasadowy lub zasadowy. Ilość jego wydzielana w ciągu doby wynosi od 3 do 6 L, zmienia się również jego skład. Sok jelitowy poza hydrolizą składników pokarmowych i alkalizacją treści jelitowej doprowadza jej ciśnienie osmotyczne do ciśnienia izotonicznego. Sok jelitowy wydziela się pod wpływem bezpośredniego mechanicznego podrażnienia błony śluzowej przez przesuwającą się treść jelitową i pośrednio pod wpływem pobudzającego działania hormonów żołądkowo-jelitowych.

Wydzielanie soku trzustkowego

Sok trzustkowy jest wydzieliną zewnętrzną trzustki (pancreas), która przez przewód trzustkowy (ductus pancreaticus) i bańkę wątrobowo-trzust-kową (ampulla hepatopancreaticd) dostaje się do dwunastnicy. W ciągu doby wydziela się około 2 L soku trzustkowego o odczynie zasadowym -pH w granicach 7,1-8,4 (SI: 79,43-83,98 nmol/L H+). Ponieważ sok trzustkowy jest szczególnie bogaty w wodorowęglany, pod jego wpływem kwaśna treść żołądka dostająca się do dwunastnicy zostaje szybko zobojętniona.

Sok trzustkowy zawiera:
�ó trypsynogen i chymotrypsynogen - nieaktywne enzymy proteolityczne,
�ó rybonukleazę i deoksyrybonukleazę - enzymy trawiące kwasy rybonukleinowy i deoksyrybonukleinowy,
�ó alpha-amylazę - enzym rozkładający wielocukry do dwucukrów,
�ó lipazę - enzym hydrolizujący tłuszcze roślinne i zwierzęce (o punkcie topnienia niższym od 46°C) do kwasów tłuszczowych i glicerolu.

Trypsynogen znajdujący się w soku trzustkowym po dostaniu się do dwunastnicy zostaje zamieniany pod wpływem enzymu enteropeptydazy (enterokinazy) na enzym aktywny. Enterokinaza wydzielana przez błonę śluzową dwunastnicy aktywuje nieaktywny trypsynogen na aktywną tryp-synę, która z kolei aktywuje następne porcje trypsynogenu dostające się do dwunastnicy oraz zmienia nieaktywny chymotrypsynogen na aktywną chymotrypsynę.

Kontrola wydzielania soku trzustkowego

Trzustka wydziela sok trzustkowy zarówno pod wpływem impulsów nerwowych, jak i czynników humoralnych. Wyróżnia się trzy fazy wydzielania:
�ó głowową,
�ó żołądkową,
�ó jelitową.
Sok trzustkowy zaczyna wydzielać się na drodze odruchowej już wtedy, kiedy pokarm znajduje się w jamie ustnej. Nerwem wydzielniczym dla trzustki jest nerw błędny.
Opróżnianie się żołądka i przechodzenie treści żołądkowej do dwunastnicy wywołuje wydzielanie do krwi przez błonę śluzową dwunastnicy cholecystokininy (CCK), która, krążąc we krwi, pobudza komórki trzustki do wydzielania soku trzustkowego bogatego w enzymy.

Zwiększenie się odczynu kwaśnego w dwunastnicy poniżej pH 5 (SI: 10 umol/L H+) pod wpływem większej, silnie zakwaszonej porcji treści żołądkowej powoduje wydzielanie do krwi przez błonę śluzową drugiego aktywnego hormonu żołądkowo-jelitowego - sekretyny. Polipeptyd ten po dostaniu się za pośrednictwem krwi do trzustki pobudza ją do wydzielania dużych ilości soku trzustkowego ubogiego w enzymy, ale o znacznej zawartości wodorowęglanów. Receptory dla cholecystokininy znajdują się w błonie komórkowej komórek zewnątrzwydzielniczych pęcherzyków trzustki. Receptory dla sekretyny natomiast występują zarówno w błonie komórkowej komórek zewnątrzwydzielniczych pęcherzyków trzustki, jak i w błonie komórkowej komórek przewodów wyprowadzających trzustki.
Sekretyna zwiększa również wydzielanie żółci, hamuje skurcze błony mięśniowej żołądka i zatrzymuje wydzielanie kwasu solnego przez gruczoły błony śluzowej żołądka. Sok trzustkowy powstający pod wpływem sekretyny ma przede wszystkim znaczenie zabezpieczające dwunastnicę przed uszkadzającym działaniem silnie kwaśnej treści żołądkowej.

Wydzielanie żółci

Żółć wytwarzana w wątrobie przez komórki wątrobowe (hepatocyty) zawiera liczne katabolity, które przez drogi żółciowe i przewód pokarmowy wydalane są z organizmu. Jednocześnie te katabolity mają duże znaczenie dla procesu trawienia i wchłaniania w jelicie cienkim.
W czasie trawienia pokarmów w jelicie cienkim żółć wytwarzana przez komórki wątrobowe odpływa do dwunastnicy przez przewodziki żółciowe (ductuli billifeń), przewód wątrobowy prawy i lewy (ductus hepaticus dexteret sinister), przewód wątrobowy wspólny (ductus hepaticus communiś), przewód żółciowy wspólny (ductus choledochus) i bańkę wątrobowo-trzustkową (ampulla hepatopancreatica). W okresach pomiędzy trawieniem pokarmów mięsień zwieracz bańki wątrobowo-trzustkowej (Oddiego; musculus sphincter ampullae hepatopancreaticae) jest skurczony i żółć gromadzi się w pęcherzyku żółciowym (vesicafellea).
W czasie opróżniania się żołądka do dwunastnicy występuje odruchowy - za pośrednictwem nerwów błędnych - rozkurcz mięśnia zwieracza bańki wątrobowo-trzustkowej i jednoczesny skurcz błony mięśniowej pęcherzyka żółciowego. Następnie tworząca się w błonie śluzowej dwunastnicy i krążąca we krwi cholecystokinina (CCK) wywołuje również skurcz błony mięśniowej pęcherzyka i jego opróżnianie się z żółci odpływającej do dwunastnicy.
Żółć gromadząca się w pęcherzyku żółciowym ulega kilkakrotnemu zagęszczeniu dzięki resorpcji wody oraz traci część zasad i jej pH się zmniejsza. Żółć wytwarzana w wątrobie ma pH około 8,0 (SI: 10 nmol/L H+), a pH żółci w pęcherzyku żółciowym waha się od 5,0 do 7,4 (SI: 10 jimol - 39,81 nmol/L H+).

Udział żółci w trawieniu

W ciągu doby wydziela się około 0,5 L żółci. Najważniejszymi jej składnikami są: sole kwasów żółciowych, barwniki żółciowe, cholesterol i sole mineralne. W trawieniu w jelicie cienkim współdziałają sole kwasów żółciowych. Są to sole sodowe i potasowe kwasu cholowego, deoksycholowe-go i chenodeoksycholowego.
Komórki wątrobowe wydzielają kwasy żółciowe w postaci związanej z tauryną lub glicyną, jako np. kwasy taurocholowe i glikocholowe. W przewodach żółciowych następuje tworzenie się odpowiednich soli po związaniu się tych kwasów z sodem lub potasem.
Sole kwasów żółciowych wydzielone do światła jelita:
�ó zmniejszają napięcie powierzchniowe,
�ó łączą się z produktami lipolizy: kwasami tłuszczowymi o długich łańcuchach i monoglicerydami,
�ó aktywują lipazę - enzym hydrolizujący tłuszcze.
Niektóre związki wydzielane do żółci przez komórki wątrobowe są wchłaniane do krwi w jelicie cienkim. Wchłonięte do krwi powracają przez żyłę wrotną do wątroby, gdzie są ponownie wychwytywane przez komórki wątrobowe i wydzielane do żółci.
Do związków kilkakrotnie krążących pomiędzy jelitem cienkim a wątrobą należą sole kwasów żółciowych, cholesterol, bilirubina i urobilinogen. Dzięki temu krążeniu jelitowo-wątrobowemu (entero-hepatic circulation) cząsteczki kwasów żółciowych do 8 razy na dobę krążą pomiędzy jelitem a wątrobą, biorąc udział w transporcie i wchłanianiu tłuszczów w jelicie cienkim.

Jelito grube

Treść jelita cienkiego przedostaje się do jelita ślepego (cecurri), części początkowej jelita grubego (intestinum crassum), w momencie otwierania się zastawki krętniczo-kątniczej (valva ileocecalis). Zastawka otwiera się wtedy, kiedy przechodzi przez nią fala perystaltyczna. Występuje to zwłaszcza w okresie opróżniania się żołądka (odruch żołądkowo-krętniczy). W warunkach fizjologicznych zastawka krętniczo-kątnicza uniemożliwia cofanie się treści z jelita grubego do jelita cienkiego.
W jelicie grubym zachodzą cztery zasadnicze procesy:
�ó woda zawarta w treści jelita grubego jest zwrotnie wchłaniana,
�ó wchłaniane są elektrolity, witaminy i aminokwasy,
�ó niestrawione produkty są w nim czasowo magazynowane i formowany jest kał,
�ó drobnoustroje stale się mnożą, wytwarzając związki dla organizmu zarówno niezbędne (niektóre witaminy), jak i toksyczne (np. tyraminę, amoniak itp.).
Gruczoły błony śluzowej jelita grubego nie wytwarzają enzymów trawiennych. Jedyną ich wydzieliną jest śluz.

Motoryka jelita grubego

Podobnie jak w jelicie cienkim błona mięśniowa jelita grubego wykazuje okresowe zmiany napięcia, skurcze odcinkowe i skurcze perystaltyczne. Od 2 do 3 razy na dobę, na skutek rozciągnięcia się jelita grubego przez wypełniającą go treść, dochodzi do silnych skurczów perystaltycznych, czyli ruchów masowych (mass movements). Treść wypełniająca jelito grube zostaje przesunięta w kierunku odbytnicy (rectum). Ruchy masowe występują w pierwszej godzinie po spożyciu pokarmów na drodze odruchu żołądkowo-okrężniczego.

Oddawanie kału

Treść jelita grubego przesuwana do odbytnicy zawiera: wodę, błonnik, ciała bakterii, sole mineralne, tłuszcze, złuszczone komórki nabłonka jelita cienkiego i jelita grubego oraz śluz. Kał wypełniający odbytnicę rozciąga jej ściany i może dojść na drodze odruchowej do mimowolnego oddawania kału, jak to występuje u dzieci w pierwszym roku życia. W późniejszym okresie życia wykształca się w obrębie wyższych pięter ośrodkowego układu nerwowego mechanizm kontrolujący oddawanie kału.
Podrażnienie receptorów w ścianie odbytnicy odbierane jest przez ośrodek w części krzyżowej rdzenia kręgowego, który z kolei za pośrednictwem przywspółczulnych nerwów trzewnych miednicznych zmniejsza napięcie mięśnia gładkiego - mięśnia zwieracza wewnętrznego odbytu (musculus sphincter ani internus) - i rozkurcza mięsień poprzecznie prążkowany - zwieracz zewnętrzny odbytu (musculus sphincterani externus) - unerwiany przez nerw sromowy (nervus pudendus).
Jednocześnie z rozluźnieniem obu zwieraczy występują skurcze przepony i mięśni brzucha, ciśnienie w jamie brzusznej wzrasta i kał usuwany jest na zewnątrz.

Hormony żołądkowo-jelitowe

Hormony żołądkowo-jelitowe (gastrointestinal hormones) są wydzielane przez komórki rozsianego układu wydzielania wewnętrznego występujące w Wonie śluzowej żołądka i jelit. Mają one budowę peptydową i krążą we krwi, tak jak hormony wydzielane przez gruczoły dokrewne, lub też działają miejscowo. Wydzielone do światła gruczołów błony śluzowej żołądka i jelita cienkiego pobudzają lub hamują czynność zewnątrzwydzielniczą tych gruczołów.
Hormony żołądkowo-jelitowe można podzielić na dwie grupy, mając na uwadze ich budowę chemiczną i właściwości. Jedną grupę stanowi gastryna i cholecystokinina (CCK), drugą zaś - sekretyna, glukagon, peptyd gluka-gonopodobny, glicentyna (GLI), wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP) i peptyd hamujący czynność żołądka (GIP).

Gastryna

Gastryna jest zasadniczym hormonem żołądkowo-jelitowym kontrolującym motorykę żołądka i jelit oraz wydzielanie soku żołądkowego i jelitowego. Komórki G wewnątrzwydzielnicze błony śluzowej żołądka i jelit wydzielają trzy peptydy: gastrynę �śdużą" - G-34 - zbudowaną z 34 aminokwasów, gastrynę �śmałą" - G-17 - zbudowaną z 17 aminokwasów i gastrynę �śmini" - G-14 - zbudowaną z 14 aminokwasów. Mają one identyczną sekwencję aminokwasów karboksylowego końca łańcucha peptydowego.
Gastryna G-34 ma najdłuższy okres połowicznego rozpadu we krwi - T1/2 = 15 minut. Gastryna G-17 i G-14 mają znacznie krótszy okres połowicznego rozpadu we krwi - T1/2 = 2-3 minuty. Z tego względu ich działanie jest słabsze.
Gastryna jest hormonem pobudzającym najsilniej wydzielanie soku żołądkowego. W mniejszym stopniu pobudza gruczoły w błonie śluzowej jelita cienkiego do wydzielania soku jelitowego, komórki zewnątrzwydziel-nicze trzustki do wydzielania soku trzustkowego i komórki wątrobowe do wydzielania żółci. Nasila również motorykę żołądka i jelit oraz skurcze ścian pęcherzyka żółciowego.

Cholecystokinina

Cholecystokinina (CCK) wytwarzana jest przez komórki I wewnątrz-wydzielnicze błony śluzowej dwunastnicy i początkowych odcinków jelita czczego. Wydzielana jest do krwi w postaci cząsteczek o identycznym końcu karboksylowym, ale o różnej długości łańcucha peptydowego - o 8, 12, 33 i 39 aminokwasach. Ostatnie pięć aminokwasów końca karboksylowego cholecystokininy jest identyczne z końcem karboksylowym gastryny. Cho lecystokinina pobudza wydzielanie soku trzustkowego, w mniejszym stop niu soku żołądkowego, soku jelitowego i żółci. Silnie kurczy ścianę pęche rzyka żółciowego i rozkurcza mięsień zwieracz bańki wątrobowo-trzustkowej, wzmaga perystaltykę jelit, hamuje zaś perystaltykę żołądka.

Sekretyna

Sekretyna, o łańcuchu peptydowym zbudowanym z 27 aminokwasów, wydzielana jest do krwi przez komórki S wewnątrzwydzielnicze błony śluzowej dwunastnicy i jelita cienkiego pobudzone przez bardzo kwaśną treść żołądkową dostającą się do dwunastnicy. Jest hormonem silnie pobudzającym trzustkę do wydzielania dużych ilości zasadowego soku trzustkowego oraz wątrobę do wydzielania żółci. Hamuje perystaltykę żołądka i jelit.

Działanie hormonów i przekaźników chemicznych w przewodzie pokarmowym

Komórki wewnątrzwydzielnicze błony śluzowej dwunastnicy i jelita cienkiego wydzielają hormony o pewnym podobieństwie w budowie chemicznej do sekretyny. Są to: glukagon, peptyd glukagonopodobny -glicentyna (GLI - glucagon-like peptide), wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP - vasoactive intestinal peptide) i peptyd hamujący czynność żołądka (GIP - gastric inhibitory peptide). Glukagon i glicentyna uczestniczą w metabolizmie węglowodanów. Wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP) rozszerza naczynia krwionośne w przewodzie pokarmowym, hamuje motorykę żołądka i wydzialanie soku żołądkowego oraz zwiększa wydzielanie soku jelitowego, trzustkowego i żółci. Peptyd hamujący czynność żołądka (GIP) hamuje perystaltykę i wydzielanie soku żołądkowego.
W błonie śluzowej przewodu pokarmowego wytwarzane są również: motylina, wzmagająca motorykę i wydzielanie soku żołądkowego, oraz so-matostatyna (SRIF) o działaniu przeciwnym - hamującym motorykę i wydzielanie soków trawiennych. Hormony te działają przede wszystkim miejscowo - parakrynnie - na komórki sąsiadujące z komórkami wewnątrzwy-dzielniczymi.
Motoryka i wydzielanie żołądka i jelit przebiega przy stałym, często antagonistycznym oddziaływaniu hormonów żołądkowo-jelitowych wydzielanych przez komórki rozsianego układu wydzielania wewnętrznego i przekaźników chemicznych, czyli transmitterów i modulatorów, uwalnianych przez neurony przywspółczulne, współczulne oraz neurony splotów podślu-zowego i warstwy mięśniowej jelita.
Transmitterem uwalnianym przez neurony zwojowe przywspółczulne jest acetylocholina (ACh), przez neurony zwojowe współczulne - nor-adrenalina (NA), a przez neurony splotów jelita: acetylocholina (ACh), serotonina (5-HT) i kwas gamma-aminomasłowy (GABA). Neurony te uwalniają również modulatory: Substancję P (SP), cholecystokininę (CCK), dynorfinę (Dyn), enkefaliny (Enk), peptyd uwalniający gastrynę (GRP), wazoaktywny peptyd jelitowy (VIP), peptyd pochodny od genu kal-cytoninowego (CGRP) i neuropeptyd Y (NPY).

Wchłanianie w przewodzie pokarmowym

Substancje odżywcze, po ich rozłożeniu do związków prostych przez enzymy soków trawiennych (digestive juices), oraz woda, witaminy i sole mineralne są wchłaniane do krwi lub chłonki. Mechanizm wchłaniania polega na dyfuzji lub aktywnym transporcie.
Odcinkiem przewodu pokarmowego, w którym najwięcej wchłania się składników pokarmowych, jest jelito czcze. Komórki nabłonkowe jelita czczego z rąbkiem prążkowanym, czyli enterocyty, zachowują się w stosunku do związków wchłanianych tak, jakby miały pory o średnicy 750 pm. Natomiast błona śluzowa jelita krętego zachowuje się tak, jak gdyby miała mniejsze pory, o średnicy 350 pm.
Związki dobrze rozpuszczalne w tłuszczach mogą być wchłaniane z każdego odcinka przewodu pokarmowego. Cząsteczki o średnicy mniejszej lub równej średnicy porów i ładunku elektrycznym obojętnym lub ujemnym dyfundują zgodnie z gradientem stężeń. Do tych związków należy woda, która wchłania się zgodnie z gradientem ciśnienia osmotycznego, dyfundu-jąc przez błonę śluzową w kierunku od niższego do wyższego ciśnienia osmotycznego.
Związki o średnicy większej od średnicy porów wchłaniają się na zasadzie dyfuzji ułatwionej (facilitated diffusion) lub transportu aktywnego
(active transport) dzięki przejściowemu wiązaniu się z nośnikiem (carrier substance) znajdującym się w błonie komórkowej enterocytów. Transport aktywny wymaga zużycia energii i zazwyczaj zachodzi wbrew gradientowi stężenia. Enterocyty mogą również wchłaniać niektóre duże cząsteczki na zasadzie pinocytozy.

Węglowodany

Węglowodany wchłaniają się w postaci monosacharydów, heksoz i pentoz w dwunastnicy i w jelicie czczym. Większość monosacharydów, a zwłaszcza glukoza i galaktoza, jest wchłaniana na zasadzie transportu aktywnego. Niektóre z monosacharydów, do których należy fruktoza, dostają się do krwi dzięki dyfuzji ułatwionej.
Aktywny transport glukozy przyspiesza się w obecności jonów sodu. Istnieje wzajemna zależność pomiędzy transportem glukozy i jonów sodu. Wchłanianie tych jonów również ulega przyspieszeniu (symport) w obecności glukozy.
Jednorazowe spożycie dużych ilości bisacharydów powoduje ich wchłanianie bez uprzedniej hydrolizy do monosacharydów. Bisacharydy wnikają do rąbka prążkowanego enterocytów, gdzie zostają zhydrolizowane przez enzymy tam występujące do monosacharydów. Większość powstających monosacharydów z enterocytów dyfunduje do krwi, część zaś powraca do światła jelita.

Tłuszcze

Tłuszcze spożywane w przeważającej części jako triacyloglicerole są hy-drolizowane w przewodzie pokarmowym do monoacylogliceroli i wolnych kwasów tłuszczowych. Sole kwasów żółciowych tworzą wraz z monoacy-loglicerolami i wolnymi kwasami tłuszczowymi agregaty umożliwiające utrzymanie ich w wodzie w postaci roztworu micelarnego.
Monoacyloglicerole i wolne kwasy tłuszczowe wnikają do enterocytów. Monoacyloglicerole i kwasy tłuszczowe o dużej cząsteczce podlegają w enterocytach estryfikacji do triacylogliceroli. W tych komórkach tworzą się chylomikrony, wraz z którymi triacyloglicerole wydzielane są następnie do naczyń chłonnych.

Wolne kwasy tłuszczowe o krótkich łańcuchach, zawierających nie więcej niż 10-12 atomów węgla, dyfundują przez enterocyty i w postaci niezmienionej dostają się do krwi. Z krwią przez żyłę wrotną przepływają do wątroby.
Cholesterol spożywany w pokarmach zostaje w obecności soli kwasów żółciowych zemulgowany i zestryfikowany z wolnymi kwasami tłuszczowymi. Następnie dostaje się do enterocytów, gdzie tworzy chylomikrony i w tej postaci trafia do naczyń chłonnych.
Triacyloglicerole, cholesterol i fosfolipidy są transportowane za pośrednictwem chłonki do krwi w postaci kompleksów z białkami, tworząc kropelki chylomikronu. Krążące we krwi chylomikrony osadzają się na powierzchni śródbłonka naczyniowego. Występująca tam lipaza lipoproteinowa hydrolizuje triacyloglicerole do wolnych kwasów tłuszczowych (FFA) i glicerolu. Związki te wnikają do komórek tłuszczowych, gdzie zachodzi resynteza triacylogliceroli. Pozostałość chylomikronu jest interna-lizowana w komórkach wątrobowych.

Pomiędzy komórkami wątrobowymi i komórkami innych tkanek zachodzi stała wymiana cholesterolu i triacylogliceroli. Krew transportuje te związki w postaci lipoprotein pomiędzy wątrobą i tkankami.
Występujące we krwi lipoproteiny o bardzo małej gęstości - VLDL (very Iow density lipoproteins) pochodzą z wątroby. Osadzają się na powierzchni śródbłonka naczyń krwionośnych, stopniowo tracą triacyloglice-role i zamieniają się w lipoproteiny o pośredniej gęstości - IDL (interme-diate density lipoproteins) i o małej gęstości - LDL (Low density lipoproteins). W rniarę ubywania triacylogliceroli zwiększa się w kompleksach procentowa zawartość cholesterolu, który zostaje zatrzymywany w komórkach wszystkich tkanek. Natomiast cholesterol pochodzący z komórek wątrobowych występuje w lipoproteinach o dużej gęstości (HDL - high density lipoproteins), o małej zawartości triacylogliceroli i cholesterolu oraz o dużej zawartości białek.
Lipoproteiny o małej gęstości (LDL) zawierają dużo cholesterolu i mało białek. Są utleniane w czasie przechodzenia przez śródbłonek naczyń tętniczych. Utlenione LDL uszkadzają komórki śródbłonka, jednocześnie wywołując dodatnią chemotaksję monocytów i makrofagów, które skupiają się pod komórkami śródbłonka i pożerają utlenione lipoproteiny LDL, same zamieniając się w komórki piankowate (foam cells). W miejscu uszkodzenia śródbłonka naczyń tętniczych trombocyty krążące we krwi przylepiają się, tworząc agregaty.

Białka i kwasy nukleinowe

W jelicie cienkim podlegają wchłanianiu produkty trawienia białek egzogennych, znajdujących się w spożytych pokarmach, oraz białek endogennych, występujących w sokach trawiennych i w złuszczonych komórkach nabłonka przewodu pokarmowego.
Wchłaniane są tam przede wszystkim za pomocą transportu aktywnego L-izomery aminokwasów oraz w niewielkich ilościach dipeptydy i w jeszcze mniejszych oligopeptydy w obecności jonów sodu, co nosi nazwę �śpompy aminokwasowej". Wewnątrz komórek nabłonka jelita cienkiego dipeptydy i oligopeptydy rozkładane są do aminokwasów i w tej postaci dyfundują do krwi. D-izomery aminokwasów są znacznie wolniej wchłaniane na zasadzie biernej dyfuzji.
Kwasy nukleinowe są rozkładane przez wiele enzymów trawiennych do pentoz, zasad purynowych i pirymidynowych oraz fosforanów. Zasady purynowe i pirymidynowe są aktywnie transportowane do komórek jelita cienkiego.
U osesków część białka jest wchłaniana z przewodu pokarmowego na drodze pinocytozy. Następnie nierozłożone cząsteczki białka przenoszone są w wakuolach przez komórki nabłonka i wydzielane do krwi.

Witaminy, sole mineralne i woda

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach - A, D, E i K - są wchłaniane z przewodu pokarmowego w obecności tłuszczów oraz żółci. Witaminy rozpuszczalne w wodzie nie wymagają szczególnych warunków i są szybko wchłaniane do krwi.
Witamina B12 wchłania się wyłącznie w jelicie krętym, tworząc kompleks z czynnikiem wewnętrznym.
Cząsteczki wody dyfundują bez przeszkód przez nabłonek żołądka i jelita w obu kierunkach zgodnie z gradientem ciśnienia osmotycznego. W przypadku treści hipertonicznej woda dyfunduje z krwi do światła przewodu pokarmowego, aż do wyrównania ciśnienia osmotycznego. W jelicie grubym jony sodu są aktywnie wchłaniane i tam też woda dyfunduje do krwi.
Jony wapnia, magnezu i żelaza (Fe2+) są aktywnie transportowane przez nabłonek górnego odcinka jelita cienkiego. Jony żelaza w komórkach błony śluzowej dwunastnicy i jelita czczego wiążą się z białkiem apoferrytyną i są tam magazynowane w postaci ferrytyny. W czasie zwiększonej syntezy hemoglobiny jony te są uwalniane z nabłonka jelita do krwi, w której krążą związane z białkiem osocza jako transferryna.

Czynność wątroby

Wątroba (hepar) jest w organizmie największym gruczołem o złożonej czynności. Zbudowana jest z komórek miąższowych, czyli hepatocytów, stanowiących 80% komórek, w 16% z komórek siateczkowo-śródbłonkowych gwiaździstych (reticuloendotheliocytus stellatus), czyli Browicza-Kupffera, i w 4% z komórek nabłonka dróg żółciowych.
Hepatocyty są komórkami gruczołowymi zewnątrz- i wewnątrzwy-dzielniczymi o złożonym metabolizmie. Komórki siateczkowo-śródbłonkowe gwiaździste, wyściełające zatoki żylne w zrazikach wątroby, są komórkami żernymi. Wychwytują z krwi fragmenty komórek, rozpadające się krwinki czerwone oraz pośredniczą w wymianie składników pomiędzy krwią przepływającą przez zatoki a hepatocytami.

Wątroba pełni w organizmie funkcje:
�ó filtru zarówno dla związków wchłoniętych z przewodu pokarmowego do krwi, jak i dla związków uwolnionych do krwi w innych układach i narządach;
�ó zewnątrzwydzielniczą, związaną z powstawaniem żółci i jej wydzielaniem do dwunastnicy;
�ó wewnątrzwydzielniczą, polegającą na wydzielaniu do krwi i chłonki ich składników;
�ó magazynu związków niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmu.

Filtr wątrobowy

Krew dopływająca do wątroby w 80% stanowi krew z żyły wrotnej (vena portae) i w 20% krew tętniczą z tętnicy wątrobowej (arteria hepatica). Krew dopływająca przez żyłę wrotną zawiera składniki wchłonięte w przewodzie pokarmowym oraz wydzielone do krwi przez narządy, od których krew odpływa do żyły wrotnej.
Do składników zatrzymywanych przez wątrobę należą monosacharydy, wolne kwasy tłuszczowe, aminokwasy i pozostałości chylomikronów (chylomicron remnants).
Monosacharydy, przede wszystkim glukoza, zatrzymywane są przez komórki wątrobowe, w obrębie których następuje polimeryzacja cząsteczek glukozy i powstawanie glikogenu wątrobowego.
Wolne kwasy tłuszczowe (FFA) dostają się do komórek wątrobowych, w których częściowo zamieniane są na tłuszcze obojętne - triacyloglicerole - i częściowo są przekształcane w acetylokoenzym A. Następnie cząsteczki acetylokoenzymu A podlegają kondensacji i powstaje aceto-acety-lokoenzym A. Z kolei jest on rozkładany do zredukowanego koenzymu A i uwalnianych do krwi ciał ketonowych: kwasu acetylooctowego, betahydroksymasłowego i acetonu.
Komórki wątrobowe odznaczają się zdolnością wychwytywania aminokwasów. Stężenie aminokwasów w komórkach wątrobowych może być do dziesięciu razy większe w porównaniu z ich stężeniem w osoczu.
Hepatocyty wychwytują z krwi dopływającej przez żyłę wrotną bilirubinę, wydzieloną z żółcią do dwunastnicy i zwrotnie wchłoniętą w jelicie cienkim, oraz inne związki powstające w jelitach, jak skatol, indol itp.

Wątroba stanowi także filtr dla związków wytwarzanych w innych tkankach, poza przewodem pokarmowym. Stale wychwytywane są z krwi amoniak, glutamina i kwas glutaminowy powstające we wszystkich tkankach w procesie deaminacji białek. Z amoniaku lub z glutaminy i kwasu glutaminowego syntetyzowany jest w wątrobie mocznik uwalniany następnie do krwi.
Bilirubina krążąca we krwi jako katabolit hemu, czyli bilirubina nie-związana, pośrednio reagująca z odczynnikiem dwuazowym, jest zatrzymywana w wątrobie, wiązana z kwasem glukuronowym lub kwasem siarkowym i wydzielana z żółcią. Część związanej z kwasami bilirubiny trafia z wątroby do krwi i krąży w niej jako tzw. bilirubina bezpośrednio reagująca z odczynnikiem dwuazowym.
Wątroba stanowi również filtr zatrzymujący większość krążących we krwi hormonów i w ten sposób pośrednio reguluje ich stężenie we krwi. Hormony polipeptydowe są rozkładane do aminokwasów, a hormony pochodne cholesterolu metabolizowane i wiązane z kwasem glukuronowym. Glikokortykoidy i testosteron metabolizowane są w wątrobie do 17-ketoste-roidów i w tej postaci wydalane z moczem. Mineralokortykoidy, estrogeny, progesteron i ich pochodne ulegają związaniu z kwasem glukuronowym i w postaci glukuronianów są wydalane z moczem.
Estrogeny, glikokortykoidy i bilirubina (bezpośrednio reagująca) związane z kwasem glukuronowym są również wydzielane wraz z żółcią i w jelitach zwrotnie wchłaniane, krążąc pomiędzy wątrobą a jelitem cienkim w obrębie tzw. krążenia jelitowo-wątrobowego (enterohepatic circulation).

Czynność zewnątrzwydzielnicza

Komórki wątrobowe tworzą ściany kanalików żółciowych i wydzielają do ich światła wszystkie składniki żółci, w tym również związane z kwasem glukuronowym: bilirubinę, biliwerdynę, hormony kory nadnerczy i gruczołów płciowych oraz ich pochodne. Pozostałymi składnikami żółci są: sole kwasów żółciowych, cholesterol, kwasy tłuszczowe, tłuszcze obojętne, sole nieorganiczne i woda.

Czynność wewnątrzwydzielnicza

Białka osocza krwi, a więc albuminy, alpha- i beta-globuliny oraz fibrynogen, syntetyzowane są w wątrobie. Jedynie gamma-globuliny nie są syntetyzowane w wątrobie, lecz w układzie limfoidalnym, przede wszystkim w węzłach chłonnych. Komórki wątrobowe wydzielają również do krwi enzymy osocza oraz czynniki krzepnięcia krwi.

Magazynowanie

Składnikiem magazynowanym w największych ilościach w komórkach wątrobowych jest glikogen. Powstaje on w wyniku kondensacji wchłoniętej w jelitach glukozy oraz, w znacznie mniejszym stopniu, z glukozy resynte-tyzowanej z krążącego we krwi kwasu mlekowego.
Zwiększenie stężenia glukozy we krwi sprzyja magazynowaniu się gli-kogenu w wątrobie. Przeciwnie - zmniejszenie stężenia glukozy we krwi powoduje glikolizę i przechodzenie glukozy z wątroby do krwi. Na tej zasadzie wątroba utrzymuje stałe stężenie glukozy we krwi, co jest nazywane �śglukostatem wątrobowym" (hepatic glucostate).

Duża zawartość glikogenu w wątrobie hamuje deaminację aminokwasów. Aminokwasy wchłonięte z przewodu pokarmowego nie podlegają deaminacji i są zużywane do syntezy białek w wątrobie. W wątrobie magazynowane są witaminy rozpuszczalne w tłuszczach: A, D, E i K.
Żelazo magazynowane w organizmie w postaci ferrytyny znajduje się w komórkach błony śluzowej jelita cienkiego i w wątrobie. Zmniejszenie stężenia żelaza krążącego w osoczu w postaci transferryny powoduje przechodzenie jonów żelaza z obu magazynów do osocza.

Regulacja czynności

Czynność wątroby uzależniona jest od przepływu krwi oraz od związków zmieniających metabolizm komórek wątrobowych. Przepływ krwi i metabolizm są ze sobą ściśle związane. Przepływ krwi przez wątrobę oznaczany jest u ludzi metodą pośrednią na podstawie obliczonego �śwskaźnika oczyszczania" krwi przepływającej przez wątrobę lub zatrzymywania się w niej gazów obojętnych (np. ksenonu) na skutek ich dyfuzji w wątrobie. Do tych oznaczeń niezbędna jest kateteryzacja żył wątrobowych.
Z różnicy tętniczo-żylnej w zawartości składnika zatrzymywanego przez wątrobę uzyskuje się tzw. obliczony przepływ krwi przez wątrobę -EHBF (estimated hepatic blood flow). U ludzi zdrowych EHBF wynosi około 1500 mL krwi na minutę.
Unerwienie naczynioruchowe ma niewielki wpływ na objętość krwi przepływającej przez wątrobę w ciągu minuty. Nerw błędny nie ma wpływu na przepływ krwi, natomiast pod wpływem impulsów z nerwów trzewnych ulegają zwężeniu naczynia krwionośne w wątrobie, wzrasta ciśnienie w żyle wrotnej i zmniejsza się przepływ krwi.
Zasadniczy wpływ na przepływ krwi ma pozycja ciała i praca fizyczna. W pozycji siedzącej EHBF zmniejsza się o 20%, w stojącej o 40%, a w czasie pracy fizycznej o 80-85%. Wraz ze zmniejszeniem przepływu krwi przez wątrobę zmniejsza się prężność tlenu PO2 w komórkach wątrobowych i zwalniają się wszystkie procesy wymagające stałego dopływu tlenu. iv"
Przepływ krwi przez wątrobę znacznie się zwiększa pod wpływem se-kretyny i wchłoniętych w jelitach kwasów żółciowych, a w mniejszym stopniu pod wpływem adrenaliny, glukagonu i insuliny, która wtórnie wywołuje wydzielanie się adrenaliny. Przepływ krwi przez wątrobę zmniejsza wazopresyna i w stopniu nieznacznym - noradrenalina.
Hormony krążące we krwi i wpływające na metabolizm węglowodanów, białek i tłuszczów zmieniają odpowiednio funkcję filtracyjną, zewnątrzwy-dzielniczą i wewnątrzwydzielniczą wątroby.

8 Płyny ustrojowe i czynność nerek

Płyny i elektrolity ustrojowe

Woda

Woda jest składnikiem ustrojowym stanowiącym ponad połowę masy ciała. U kobiet na wodę przypada przeciętnie 52%, a u mężczyzn 63% masy ciała. Odchylenie od przeciętnego procentowego udziału wody w masie ciała zależy od stopnia rozwoju tkanki tłuszczowej. U ludzi otyłych procent masy ciała przypadający na wodę jest mniejszy. Tkanka tłuszczowa zawiera tylko około 10% wody, tkanka kostna około 22%, a pozostałe tkanki miękkie od 68 do 82%.
Całkowita woda organizmu - TBW (total body water) - występuje w trzech zasadniczych przestrzeniach (body fluid compartments) wypełnionych:
�ó płynem wewnątrzkomórkowym - ICF (intracellular fluid),
�ó płynem zewnątrzkomórkowym - ECF (extracellular fluid),
�ó płynem transkomórkowym �" TCF (transcellular fluid).
Płyn w przestrzeni wewnątrzkomórkowej (ICF) stanowi ponad połowę wody znajdującej się w organizmie, co odpowiada 30-40% masy ciała. Pozostałe 23% przypada na wodę wchodzącą w skład płynu przestrzeni ze-wnątrzkomórkowej (ECF) i transkomórkowej (TCF).
Płyn w przestrzeni zewnątrzkomórkowej (ECF) stanowi osocze krwi, płyn tkankowy i chłonka.
Płyn w przestrzeni transkomórkowej (TCF) obejmuje płyn mózgowo+rdzeniowy, płyn w komorach oka, płyn w jamach ciała (opłucnej, osierdziu, otrzewnej), płyn w torebkach stawowych i soki trawienne znajdujące się w przewodzie pokarmowym (ślina, sok żołądkowy, sok trzustkowy, żółć i sok jelitowy).

Stosunek objętości płynu w przestrzeni wewnątrzkomórkowej do objętości płynu w przestrzeni zewnątrzkomórkowej i przestrzeni transkomórko-wej podlega zmianom w zależności od ilości wypijanej wody i od ilości soli mineralnych wprowadzonych do organizmu wraz z pokarmami oraz od utraty wody przez organizm. Ze względów praktycznych płyn w przestrzeni zewnątrzkomórkowej i transkomórkowej określa się łącznie jako płyn ze-wnątrzkomórkowy - ECF (extracellular fluid).
Po wypiciu płynu hipotonicznego zwiększa się objętość płynu zewnątrzkomórkowego i wewnątrzkomórkowego. Towarzyszy temu obniżenie się ciśnienia osmotycznego obu płynów.
Wypicie płynu hipertonicznego lub jego dożylna infuzja zwiększa objętość płynu zewnątrzkomórkowego, zmniejszając jednocześnie objętość płynu wewnątrzkomórkowego. Wzrasta ciśnienie osmotyczne obu płynów.
Płyny izotoniczne wypijane lub wprowadzane bezpośrednio dożylnie, np. jako krew konserwowana, zwiększają tylko objętość ECF.
Utrata jonów nieorganicznych w czasie długotrwałych wymiotów lub w czasie biegunki zmniejsza objętość płynu zewnątrzkomórkowego i zwiększa objętość płynu wewnątrzkomórkowego. Ciśnienie osmotyczne obu płynów się obniża.

Elektrolity

W organizmie dorosłego człowieka znajduje się około 60 mmol sodu w przeliczeniu na l kg masy ciała. Ponad połowa sodu w organizmie znajduje się w płynie zewnątrzkomórkowym. Sód występujący w płynach ustrojowych zewnątrz- i wewnątrzkomórkowym oraz częściowo w kościach stanowi tak zwany sód wymienialny (exchangeable), w ilości około 42 mmol/kg masy ciała. Pozostałe 18 mmol/kg masy ciała stanowi sód niewymienialny (nonexchangeable) związany w tkance kostnej.

Potas

Potas występuje prawie wyłącznie w płynie wewnątrzkomórkowym w ilości około 42 mmol/kg masy ciała. Prawie cały potas występuje w organizmie w postaci wymienialnej. W osoczu znajduje się on w ilości około 4 mmol/L. Podwojenie się stężenia potasu w osoczu może być przyczyną śmierci. Zwiększenie zawartości jonów potasu w płynie zewnątrzkomór-kowym powoduje utratę pobudliwości komórek mięśniowych, zwłaszcza mięśnia sercowego i komórek nerwowych.

Wapń i magnez

W organizmie dorosłego człowieka znajduje się około 27,5 mol wapnia, czyli około 400 mmol wapnia w przeliczeniu na 1 kg masy ciała. W 99% jest to wapń zmagazynowany w tkance kostnej. Pozostałe 1% wapnia znajduje się w płynie zewnątrzkomórkowym i w komórkach. Całkowita zawartość wapnia, wolnego i związanego z białkami osocza, wynosi około 2,5 mmol/L osocza. Z albuminami i globulinami osocza związane jest 1,16 mmol/L wapnia. Wapń zjonizowany występuje w osoczu w stężeniu 1,18 mmol/L, związany z anionami - 0,16 mmol/L.
Prawidłowe stężenie wapnia zjonizowanego w osoczu ma istotne znaczenie dla czynności wszystkich komórek, szczególnie dla komórek tkanek pobudliwych i komórek gruczołowych. Jony Ca2+, przechodząc do cytoplazmy z płynu zewnątrzkomórkowego lub ze zbiorników wewnątrzkomórkowych, są drugim przekaźnikiem informacji wewnątrzkomórkowej dzięki aktywacji wielu enzymów. Ruch komórek i egzocytoza pęcherzyków cytoplazmatycznych, w tym również pęcherzyków synaptycznych, zależą od stężenia jonów Ca2+.
Zmagazynowane w tkance kostnej 99% wapnia organizmu tworzy dwie pule:
�ó pulę wapnia łatwo wymienialnego (readily exchangeable pool),
�ó pulę wapnia niewymienialnego (stable pool).
Wapń łatwo wymienialny w ilości około 500 mmol wymienia się w ciągu doby pomiędzy tkanką kostną a płynem zewnątrzkomórkowym. Wapń z puli niewymienialnej w tkance kostnej również podlega wymianie, ale znacznie wolniej. U ludzi dorosłych połowa wapnia z tej puli wymienia się w ciągu 3-5 lat.
U dorosłego człowieka w całym organizmie znajduje się około 1 mol magnezu. Z tego połowa występuje w tkance kostnej, a druga połowa w płynach ustrojowych: zewnątrzkomórkowym (ECF) i wewnątrzkomórkowym (ICF). Magnez występuje w osoczu w stężeniu o połowę mniejszym (0,8-1,3 mmol/L) w stosunku do wapnia. W płynie wewnątrzkomórkowym stężenie magnezu jest około dziesięć razy większe niż stężenie w osoczu.
Jony magnezu współzawodniczą z jonami wapnia, działając antagonistycznie w stosunku do nich.
Jony magnezu hamują:
�ó aktywność ATP-azową miozyny,
�ó uwalnianie jonów wapnia ze zbiorników siateczki sarkoplazmatycznej,
�ó otwieranie kanałów potasowych w błonie komórkowej i otwieranie kanałów wapniowych poprzez receptory NMDA dla aminokwasów pobudzających.

Chlor i wodorowęglany

W organizmie człowieka znajduje się średnio około 33 mmol jonów chloru na l kg masy ciała. W 70% znajdują się w osoczu i w płynie tkankowym. Pozostałe 30% występuje w tkance łącznej we włóknach kolagenowych oraz w komórkach. Spośród wszystkich komórek w organizmie najwięcej jonów Cl" zawierają erytrocyty.
Anionów wodorowęglanowych jest w organizmie średnio 10-12 mmol na 1 kg masy ciała. Ich zawartość w płynach ustrojowych waha się. Zwiększenie zawartości jonów wodoru w organizmie powoduje tworzenie się z wodorowęglanów kwasu węglowego, który następnie rozpada się na usuwany przez płuca dwutlenek węgla i na wodę. Przeciwnie - alkalizacja płynów ustrojowych wywołuje zwiększenie zawartości anionów wodorowę glanowych w organizmie.

Utrata wody i elektrolitów

Organizm człowieka traci wodę:
�ó wraz z moczem wydalanym przez nerki,
�ó wraz z potem wydzielanym przez gruczoły potowe,
�ó z powierzchni skóry w wyniku parowania,
�ó wraz z kałem przez przewód pokarmowy,
�ó z powietrzem wydychanym przez płuca.

Najwięcej wody i elektrolitów, około 1,5 L na dobę, organizm traci wraz z moczem. Utrata wody na skutek parowania z powierzchni skóry i wydzielania gruczołów potowych zależy od temperatury własnej ciała i otoczenia oraz wilgotności powietrza. W temperaturze nie wyższej niż +28°C organizm traci w ciągu doby około 500 mL wody wydzielanej z potem przez parowanie z powierzchni skóry.
Utrata wody przez płuca zależy również od temperatury własnej ciała i otoczenia oraz od wilgotności powietrza. W warunkach przeciętnych człowiek traci w ten sposób około 300 mL wody na dobę.
Z kałem wydalane jest z organizmu 100-200 mL wody na dobę.

Czynność nerek

Jednostką funkcjonalną nerki (ren) jest nefron składający się z ciałka nerkowego (corpusculum renale) i kanalików nerkowych (tubuli renales). W ciałku nerkowym zachodzi filtracja kłębuszkowa, czyli przenikanie części osocza przepływającego przez kłębuszek naczyniowy ciałka nerkowego (glotnerulus corpusculi renalis) do światła torebki kłębuszka (lumen capsulae glomeruli). Ultrafiltrat gromadzący się w świetle torebki kłębuszka kolejno przepływa przez część bliższą kanalika nerkowego
(pars proximalis tubuli nephroni), składającą się z kanalika nerkowego głównego (tubulus renalis cardinalis) i z części zstępującej pętli nefronu (pars descendens ansae nephroni), i część dalszą kanalika nerkowego (pars distalis tubuli nephroni), utworzoną z części wstępującej pętli nefronu (pars ascendens ansae nephroni) i z wstawki (pars intercalata). Mocz tworzący się w nefronie odpływa przez kanalik nerkowy zbiorczy (tubulus renalis colligens) i przewód brodawkowy (ductus papillaris) do miedniczki nerkowej (pelvis renalis).

W każdej nerce człowieka znajduje się około 1 miliona nefronów, czyli w obu nerkach około 2 milionów. Prawidłowa czynność wydalnicza nerek jest zachowana wtedy, kiedy nie mniej niż 30% nefronów, czyli 600 tysięcy nefronów, jest w pełni sprawnych.

Czynność nerek wiąże się z:
�ó tworzeniem moczu, z którym usuwane są z organizmu metabolity i nadmiar płynów i elektrolitów, czyli z czynnością zewnątrzwydzielniczą,
�ó wydzielaniem do krwi związków biologicznie czynnych, co jest czynnością wewnątrzwydzielniczą.
W tworzeniu się moczu biorą udział wszystkie odcinki nefronu oraz kanaliki nerkowe zbiorcze.

Tworzenie się moczu związane jest z trzema procesami:
�ó filtracją kłębuszkową,
�ó resorpcją kanalikową,
�ó sekrecją kanalikową.

Przepływ krwi

Przez nerki przepływa w spoczynku 1,08 L/min (SI: 18 mL/s) krwi, co stanowi 20% pojemności minutowej serca. Do kłębuszków krew dopływa przez letniczki doprowadzające (arterioli glomemlares afferens) i odpływa przez letniczki odprowadzające (arterioli glomerulares efferenś). Ciśnienie w naczyniach kłębuszka jest wyższe w porównaniu z ciśnieniem w naczyniach włosowatych w innych narządach i wynosi 6 kPa przy średnim ciśnieniu w zbiorniku tętniczym dużym (Ras) równym 13,3 kPa.
Komórki błony mięśniowej tętnic nerkowych kurczą się pod wpływem impulsacji przewodzonej przez współczulne nerwy nerkowe i uwalnianą noradrenalinę z zakończeń tych nerwów. Skurcz błony mięśniowej tętnic zmniejsza przepływ krwi przez nerki i przez naczynia kłębuszków nerkowych.

Przepływ krwi przez naczynia kłębuszków zależy również od przekaźników chemicznych i hormonów dopływających z krwią tętniczą do kłe-buszków. Hormony i przekaźniki działają na komórki mezangium (mesan-giocytus) występujące w kłębuszkach nerkowych i otaczające od zewnątrz naczynia włosowate kłębuszków. Skurcz komórek mezangium zmniejsza przepływ krwi przez naczynia włosowate kłebuszków.

Komórki mezangium kurczą się pod wpływem dopływających z krwią tętniczą: noradrenaliny, hormonów peptydowych - endoteliny, wazopre-syny (AVP), angiotensyny II (Ang II), eikozanoidów - tromboksanu A2 (TXA2), prostaglandyny F2 (PGF2), leukotrienów C4 (LTC4) i D4 (LTD4). Na komórki mezangium działają rozkurczające, zwiększając przepływ kłę-buszkowy krwi: dopamina, przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP) i prostaglandyny E2 (PGE2).

Niektóre związki wprowadzone do osocza krwi, np. kwas para-aminohi-purowy (PAH), przepływając przez nerki, zostają w nich prawie całkowicie wychwytywane i wydalane z moczem. Osocze krwi przepływającej przez nerki prawie całkowicie �śoczyszcza się" z tych związków.
Klirens nerkowy PAH (renal clearance of PAH) oblicza się wg wzoru:
CPAH = (UPAH x V)/(PPAH)

gdzie:
CPAH - klirens dla kwasu para-aminohipurowego (PAH),
PAH - stężenie PAH w moczu w mg/mL moczu,
V - objętość moczu wydalana przez nerki w ciągu l minuty,
PPAH - stężenie PAH w osoczu krwi w mg/mL osocza.

Na podstawie klirensu nerkowego PAH można obliczyć efektywny przepływ osocza przez czynny miąższ nerkowy. Tym samym klirens nerkowy PAH równy jest efektywnemu przepływowi osocza przez nerki - ERPF (effective renal plasma flow).
Efektywny przepływ osocza przez nerki (ERPF), obliczany na podstawie klirensu dla kwasu para-aminohipurowego, wynosi około 625 mL/min (SI: 10,41 mL/s). Znając wartość ERPF oraz wskaźnik hematokrytu (Het), łatwo obliczyć efektywny przepływ krwi przez nerki - ERBF (effective renal blood flow).

ERBF = CPAH x 100/(100 - Hct)

Część krwi (około 10%) przepływającej przez nerki pomija nefrony, przez co nie podlega oczyszczeniu np. z PAH. Dlatego też całkowity przepływ krwi przez nerki - TRBF (total renal blood flow) jest średnio o 10% większy od wartości ERBF.
Całkowity przepływ krwi przez nerki (TRBF) można obliczyć, znając wartość ERBF oraz stężenie PAH we krwi tętniczej (a) i żylnej (v) nerek, posługując się wzorem:

TRBF = ERBF : (aPAH - vPAH)/aPAH = (ERBF x aPAH)/(aPAH - vPAH)

Filtracja kłębuszkowa

Część osocza krwi przepływającej przez naczynia włosowate kłębuszków nerkowych ulega przefiltrowaniu do światła torebki kłebuszka. W naczyniach włosowatych kłebuszka panuje ciśnienie filtracyjne około 1,4 kPa (6,0 kPa ciśnienie hydrostatyczne - 3,3 kPa ciśnienie onkotyczne - 1,3 kPa ciśnienie w świetle torebki kłebuszka) i dzięki temu ciśnieniu filtracyjnemu 1/5 część osocza przepływająca przez nerki zostaje przefiltrowana.
Wielkość filtracji kłębuszkowej - GFR (glomerular filtration ratę) -można oznaczyć u człowieka, wprowadzając do krwi substancje niepodlegające resorpcji lub sekrecji kanalikowej. Taką substancją egzogenną, niewchłaniającą się i niewydzielaną w kanalikach, jest wielocukier - inulina, która ma masę cząsteczkową 5,5 kDa.
Nerkowy klirens inuliny - Cin (clearance of inulin) -jest odzwierciedleniem wielkości filtracji kłębuszkowej (GFR).

Cin = (Uin x V)/Pin

gdzie:
Cin - klirens dla inuliny (in) w mL/min,
Uin - stężenie inuliny w moczu w mg/mL moczu,
V - objętość moczu wydalona przez nerki w ciągu l minuty,
Pin - stężenie inuliny w osoczu w mg/mL osocza.

W ciągu 1 minuty powstaje u mężczyzn o przeciętnej budowie ciała 125 mL/min ultrafiltratu, u kobiet zaś o 10% mniej.
GFR u mężczyzn = 125 +- 15 mL/min/1,75 m2 powierzchni ciała (SI: 2,08 +- 0,25 mL/s/1,75 m2).
GFR u kobiet = 110 +- 15 mL/min/1,75 m2 powierzchni ciała (SI:1,83 +- 0,25 mL/s/1,75 m2).
W ciągu doby tworzy się w kłębuszkach nerkowych u mężczyzn 180 L przesączu kłębuszkowego, czyli ultrafiltratu.

Przepuszczalność naczyń kłębuszka

Filtracja w kłębuszkach nerkowych przebiega tak, jak gdyby pory w ścianie naczyń włosowatych kłębuszka miały średnicę 10 nm. W przesączu kłębuszkowym występują związki o masie cząsteczkowej poniżej 70 kDa. Nieznaczne ilości albumin filtrują się do przesączu kłębuszkowego i w częściach bliższych kanalików nerkowych są wchłaniane na zasadzie pinocytozy.
Hemoglobina uwolniona z erytrocytów w czasie zwiększonej hemolizy również filtruje się w kłębuszkach nerkowych i występuje w moczu.


Frakcja filtracyjna

Frakcja filtracyjna (filtration fraction) jest to stosunek wielkości filtracji kłębuszkowej (GFR) do efektywnego przepływu przez nerki osocza (ERPF) i wynosi u mężczyzn od 0,12 do 0,20 (SI: volfr. 0,12-0,20 mL/mL), średnio około 0,18.

Frakcja filtracyjna = (GFR 125 mL/min)/(ERPF 625 mL/min) = 0,18

Resorpcja i sekrecja kanalikowa

Resorpcja kanalikowa (tubular resorption) i sekrecja kanalikowa (tubu-lar secretion) są to zasadnicze funkcje części bliższych i dalszych kanalików nerkowych.
Związki chemiczne krążące we krwi i przefiltrowane w kłębuszkach nerkowych do przesączu kłębuszkowego następnie przepływają przez kanaliki nerkowe, gdzie:
�ó nie są wchłaniane w kanalikach ani wydzielane przez nabłonek kanalików, np. inulina,
�ó zostają wchłaniane całkowicie lub częściowo, np. glukoza,
�ó zostają dodatkowo wydzielane przez nabłonek kanalików, np. kwas para-aminohipurowy,
�ó są jednocześnie wchłaniane i wydzielane, np. jony potasu.

Związki należące do pierwszej grupy występują w moczu ostatecznym w tej samej ilości, w jakiej zostały przefiltrowane w kłębuszkach. Dzięki temu klirens dla tych związków wskazuje na wielkość filtracji kłębuszkowej.
Resorpcja kanalikowa

Resorpcja kanalikowa ma charakter:
�ó resorpcji biernej, zgodnej z gradientem stężenia i potencjału elektrycznego,
�ó resorpcji czynnej zachodzącej wbrew gradientom.
Do związków, które są w kanalikach wchłaniane biernie wraz z wodą, należą mocznik i jony chloru.
Związki resorbowane czynnie dzielą się na związki, których maksymalna wchłanialność ograniczona jest:
�ó stężeniem,
�ó stężeniem i czasem wchłaniania.
Związki pierwszej grupy są aktywnie transportowane przez nabłonek kanalików nerkowych proporcjonalnie aż do określonego ich stężenia w przesączu kłębuszkowym. Największe stężenie tych związków w przesączu kłębuszkowym, przy którym ulegają one jeszcze całkowitej resorpcji w kanalikach nerkowych, określa wartość Tm (transport maximum). Wartość Tm określa tę maksymalną ilość danej substancji, jaka może być zresorbowana w ciągu jednej minuty.
Glukoza jest związkiem transportowanym aktywnie przez błonę komórkową nabłonka kanalika. Przekroczenie stężenia glukozy w osoczu ponad 10,0 mmol/L, z czym wiąże się zwiększenie jej stężenia w przesączu kłębuszkowym, jest równoznaczne z przekroczeniem Tm dla niektórych nefronów. Wówczas w moczu pojawia się glukoza. Progowe stężenie glukozy w osoczu, przy którym pojawia się ona w moczu, nosi nazwę progu nerkowego dla glukozy (renal threshold).
Poza glukozą wchłaniane są aktywnie w kanalikach nerkowych z udziałem nośnika: kationy potasowe, aniony fosforanowe i siarczanowe, aminokwasy, kreatyna, kwas moczowy, kwas askorbinowy, kwas acetylooctowy i ciała ketonowe.
Do związków resorbowanych czynnie o największej wartości Tm (proporcjonalnej wchłanialności ograniczonej stężeniem i czasem wchłaniania) zalicza się jony sodu.

Sekrecja kanalikowa

Przez komórki nabłonka wydzielanych jest do światła kanalików wiele związków endogennych i egzogennych. Wydzielanie każdego z tych związków odbywa się na zasadzie jednego z trzech mechanizmów:

�ó biernego wydzielania (passive secretion), czyli dyfuzji, zgodnej z gradientem stężenia,
�ó aktywnego wydzielania o bezwzględnie ograniczonej najwyższej pojemności wydzielniczej (transport maximum limited mechanism),
�ó aktywnego wydzielania, którego pojemność zależna jest od gradientu stężenia i czynnika czasu (grandient-time limitation).
Bierne wydzielanie na zasadzie dyfuzji dotyczy wydzielania słabych zasad, np. soli amonowych, i słabych kwasów, np. kwasu salicylowego. W przypadku gdy mocz przepływający przez kanaliki osiąga pH 5 (SI: 10 umol/L H+), to słabe zasady dyfundują z przestrzeni okołokanalikowych przez nabłonek do światła kanalika. Alkalizacja moczu przepływającego przez kanaliki do pH 8,0 (SI: 10 nmol/L H+) powoduje dyfuzję słabych kwasów z przestrzeni okołokanalikowych do światła kanalików.
Na zasadzie mechanizmu aktywnego wydzielania o bezwzględnie ograniczonej najwyższej pojemności wydzielniczej wydzielane są przez kanaliki związki egzogenne, takie jak kwas para-aminohipurowy, penicylina, sulfonamidy, oraz endogenne, do których należą kreatynina i hormony ste-roidowe w postaci glukuronianów i siarczanów.

Drugi mechanizm aktywnego wydzielania o pojemności wydzielniczej ograniczonej przez gradient stężenia i czynnik czasu odnosi się do wydzielania jonów potasu i wodoru przez części dalsze kanalików nerkowych i kanaliki nerkowe zbiorcze. Jony K+ i H+ są wydzielane do światła kanalików nerkowych, a jednocześnie jony Na+ zostają wchłaniane do komórek nabłonka.

Wchłanianie wody

Przesącz kłębuszkowy przepływający ze światła torebki kłębuszka do kanalika krętego bliższego jest izoosmotyczny w stosunku do osocza i jego ciśnienie osmotyczne jest równe 300 mOsm/L H2O.
W części bliższej kanalika nerkowego wiele związków, przede wszystkim jony sodu, jest aktywnie wchłanianych przez nabłonek i woda biernie podąża wraz z nimi do przestrzeni okołokanalikowej. W ramieniu zstępującym pętli nefronu (Henlego) ciśnienie osmotyczne wzrasta, osiągając w miejscu jej zagięcia 1200 mOsm.
Wzrost ciśnienia osmotycznego jest spowodowany wzrostem ciśnienia osmotycznego w przestrzeni okołokanalikowej w okolicy szczytów piramid nerkowych (pyramides renales).

Nabłonek części wstępującej pętli nefronu jest nieprzenikliwy dla wody. W tym odcinku nefronu są aktywnie wchłaniane jony sodu, które po przejściu przez komórki nabłonka części wstępującej pętli nefronu (Henlego) gromadzą się w przestrzeni okołokanalikowej, wytwarzając w niej wysokie ciśnienie osmotyczne.
W dalszych odcinkach kanalików nerkowych, jeżeli nie występuje wazopresyna, nabłonek jest również nieprzenikliwy dla wody i ciśnienie osmotyczne moczu obniża się do 100 mOsm.
W kanalikach nerkowych zbiorczych w miarę zbliżania się do ich ujścia do miedniczki nerkowej ciśnienie osmotyczne moczu ponownie wzrasta do 1200 mOsm.
Zagęszczanie się moczu u dołu pętli nefronu i w kanalikach nerkowych zbiorczych dzięki nagromadzonym jonom sodu w przestrzeni okołokanalikowej przy szczytach piramid nosi nazwę przeciwprądowych wzmacniaczy (countercurrent multipliers).
Naczynia krwionośne włosowate sieci wtórnej, otaczające pętlę nefronu w postaci naczyń prostych (vasa rectd), zachowują się tak sarno jak prze-ciwprądowy wymiennik (countercurrent exchanger). Jony sodu wchłonięte do krwi w miarę jej przepływu przez naczynia proste w kierunku do szczytu piramid wychodzą następnie z krwi do przestrzeni okołokanaliko-wych w miejscu zawracania naczyń w kierunku kory nerki. Naczynia proste, jako wymiennik przeciwprądowy, odprowadzają wodę i inne związki z przestrzeni okołokanalikowych, jednocześnie pozostawiając w nich duże stężenie jonów sodu.

Czynniki wpływające na zagęszczenie moczu

Wazopresyna krążąca we krwi aktywuje enzym cyklazę adenylanową w komórkach nabłonka części dalszej kanalików nerkowych. Pod wpływem tworzącego się w tych komórkach cyklicznego AMP woda zostaje również resorbowana w części dalszej kanalików nerkowych. W następstwie postępującej resorpcji wody w kanalikach nerkowych zbiorczych tylko 1% wody przefiltrowanej w kłębuszkach nerkowych podlega ostatecznie wydaleniu z moczem.
Po wypiciu dużych ilości płynów hipotonicznych ciśnienie osmotyczne osocza obniża się, uwalnianie wazopresyny z części nerwowej przysadki zostaje zahamowane i następuje diureza wodna, charakteryzująca się wydalaniem dużych ilości hipotonicznego moczu.
Wprowadzenie do organizmu związków niewchłaniających się w kanalikach nerkowych powoduje, że więcej wody jest zatrzymywane w ich świetle. W wyniku tego dochodzi do wydalania zwiększonej objętości moczu, co nosi nazwę diurezy osmotycznej.

Regulacja tworzenia się moczu

Tworzenie się moczu w nerkach zależy od optymalnego średniego ciśnienia tętniczego w naczyniach kłębuszków. Czynniki obniżające znacznie średnie ciśnienie w zbiorniku tętniczym dużym lub kurczące tętnice nerkowe, jak np. impulsacja biegnąca przez nerwy współczulne, zmniejszają filtrację kłębuszkową. Wzrost do pewnych granic ciśnienia w zbiorniku tętniczym dużym nie wpływa na ciśnienie w kłębuszkach dzięki samoregulacji przepływu krwi przez nerki.
Na filtrację kłębuszkową wpływają pośrednio liczne hormony krążące we krwi, zmieniając średnie ciśnienie w zbiorniku tętniczym dużym. Natomiast wazopresyna (AVP), mineralokortykoidy, parathormon - hormon gruczołów przytarczycznych (PTH) i przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP) bezpośrednio wpływają na czynność kanalików nerkowych.
Wazopresyna aktywuje cyklazę adenylanową w nabłonku części dalszych kanalików nerkowych. Pod wpływem tworzącego się cyklicznego AMP nabłonek staje się bardziej przenikliwy dla wody i w kanalikach zwiększa się wchłanianie wody.
Mineralokortykoidy, a szczególnie aldosteron, zwiększają wchłanianie jonów sodu i wydzielanie jonów potasu w częściach dalszych kanalików nerkowych. Hormon gruczołów przytarczycznych (PTH) zwiększa wydalanie fosforanów z moczem dzięki zmniejszeniu ich wchłaniania w kanalikach.
Prekursor przedsionkowych peptydów natriuretycznych jest polipeptydem o 151 aminokwasach wytwarzanym przez komórki mięśniowe przedsionków serca. Aktywne fragmenty prekursora, tworzące pierścień z jedenastu aminokwasów i dwóch krótkich łańcuchów peptydowych (zbudowane z 22, 23, 24 lub 28 aminokwasów), uwalniane są do krwi po rozciągnięciu ścian przedsionków serca, przede wszystkim pod wpływem zwiększonej całkowitej objętości krwi krążącej (TBV). Przedsionkowe peptydy na-triuretyczne (ANP) zwiększają wydalanie przez nerki jonów sodu i wody i jednocześnie obniżają ciśnienie tętnicze krwi. Ich działanie rozkurczające mięśnie gładkie naczyń krwionośnych jest antagonistyczne w stosunku do wazopresyny i układu hormonów renina-angiotensyna-aldosteron. Hamują również wydzielanie tych hormonów do krwi.

Czynności wewnątrzwydzielnicze

Obniżenie się ciśnienia tętniczego krwi lub osłabienie prężności tlenu w nerkach powoduje wydzielanie przez nerkę związków podwyższających ciśnienie tętnicze lub zwiększających erytropoezę w szpiku kostnym.

Renina

Mięśnie gładkie tętniczki doprowadzającej w miejscu przylegania do plamki gęstej (macula densd) kanalika krętego dalszego tworzą aparat przy-kłębuszkowy (apparatus iwctaglomerulańs). W czasie niedokrwienia nerek aparat przykłębuszkowy wydziela do krwi reninę, która jest enzymem proteolitycznym działającym na alpha2-globulinę osocza (angiotensynogen), odczepiając od niej nieaktywny dekapeptyd - angiotensynę I. Pod wpływem enzymu konwertującego nieaktywna angiotensyna I ulega przekształceniu w aktywny oktapeptyd - angiotensynę II.
Zasadniczymi czynnikami wywołującymi wydzielanie reniny przez nerki są:
�ó obniżenie się ciśnienia w zbiorniku tętniczym dużym,
�ó zmniejszenie się przepływu nerkowego krwi wskutek skurczu błony mięśniowej tętnic nerkowych,
�ó zmniejszenie się stężenia NaCI w moczu pierwotnym przepływającym przez kanalik kręty dalszy koło plamki gęstej,
�ó napływające z krwią tętniczą eikozanoidy, takie jak prostaglandyny E2 (PGE2) i prostacy klina (PGI2) oraz kininy.

Erytropoetyna

Miejscem wytwarzania erytropoetyny, która jest jednym z czynników wzrostowych, są komórki śródbłonka naczyń włosowatych otaczających kanaliki nerkowe w korze nerek. Erytropoetyna jest glikoproteiną o masie cząsteczkowej około 19 kDa i okresie połowicznego rozpadu we krwi (T'/2) około 5 godzin. Pobudza erytropoezę w szpiku kostnym. W wyniku utraty krwi lub przewlekłej hipoksji, spowodowanej na przykład przebywaniem na dużej wysokości, zwiększa się wydzielanie erytropoetyny. Również aminy katecholowe, działając poprzez receptory beta-adrenergiczne, zwiększają wydzielanie erytropoetyny.

Metabolizm cholekalcyferolu

W skórze pod wpływem światła ultrafioletowego prowitamina D, czyli 7-dehydrocholesterol, zamieniana jest na witaminę D3 - cholekalcyferol. Witamina D3 wchłonięta do krwi zostaje przekształcona w wątrobie w 25-hydroksycholekalcyferol (HD3) i następnie w nerkach w dwa związki: 1,25-dihydroksycholekalcyferol (1,25-DHD3) i 24,25-dihydroksycholekal-cyferol (24,25-DHD3). Pod wpływem 1,25-DHD3, działającego na nabłonek jelita i na tkankę kostną, zwiększa się stężenie Ca2+ i PO43- w osoczu krwi. Zwiększenie stężenia tych jonów w osoczu krwi powoduje, że w nerkach tworzy się mało aktywny 24,25-DHD3 kosztem zmniejszonego wytwarzania aktywnego związku 1,25-DHD3.
Metabolizując pochodne cholekalcyferolu, nerki uczestniczą w regulacji przemiany wapniowo-fosforanowej w organizmie.

Wydalanie moczu

Mocz wydostający się z kanalików nerkowych zbiorczych gromadzi się w miedniczce nerkowej (pelvis renalis). Na skutek ruchów perystaltycz-nych moczowodu (ureter) porcje moczu przemieszczane są z miedniczki nerkowej do pęcherza moczowego (vesica urinaria).
Wypełnianie się pęcherza moczowego powoduje rozciąganie jego ścian i podrażnienie receptorów. Na drodze odruchowej, poprzez ośrodek oddawania moczu w części krzyżowej rdzenia kręgowego, występuje jednoczesny skurcz mięśnia gładkiego w ścianie pęcherza moczowego, zwanego mięśniem wypierającym (musculus detrusor), rozkurcz mięśnia gładkiego zwieracza wewnętrznego cewki moczowej (musculus sphincter urethrae in-ternus) i rozkurcz mięśnia poprzecznie prążkowanego stanowiącego zwieracz zewnętrzny cewki moczowej (musculus sphincter urethrae externus). Na skutek zwiększonego ciśnienia w pęcherzu moczowym i rozkurczu zwieraczy mocz zostaje wydalony przez cewkę moczową na zewnątrz.
Odruchowy mechanizm oddawania moczu na skutek pobudzenia ośrodka w części krzyżowej rdzenia kręgowego występuje u niemowląt i u ludzi dorosłych po przerwaniu ciągłości rdzenia kręgowego. U dzieci w obrębie pnia mózgu wykształcają się ośrodki nadrzędne, kontrolujące ośrodek oddawania moczu.

U ludzi dorosłych wydalanie moczu z pęcherza moczowego jest czynnością dowolną. Wypełnienie pęcherza moczowego 250-300 mL moczu pobudza receptory w ścianie pęcherza moczowego, wywołuje impulsację afe-rentną przewodzoną przez drogi rdzeniowo-wzgórzowe i następnie ze wzgórza do pól czuciowych w korze mózgu. Czucie to nasila się po dalszym zwiększeniu objętości moczu w pęcherzu do 400-500 mL.
Eferentna impulsacja biegnąca z kory płatów czołowych do ośrodków mikcji w moście powoduje:
�ó pobudzenie neuronów przyśrodkowego ośrodka mikcji w moście (medial pontine micturition center) i zależnych od tego ośrodka neuronów przywspółczulnych, w rogach bocznych w części krzyżowej rdzenia kręgowego, unerwiających mięsień wypierający w ścianie pęcherza moczowego;
�ó hamowanie neuronów bocznego ośrodka mikcji \v moście (lateral pontine micturition center) i kontrolowanych przez ten ośrodek neuronów ruchowych w części krzyżowej rdzenia kręgowego, unerwiających mięsień zwieracz zewnętrzny cewki moczowej. Skurcz mięśnia wypierającego pęcherza i rozkurcz mięśnia zwieracza zewnętrznego cewki moczowej rozpoczyna opróżnianie pęcherza moczowego.

Mikcja

Wypływ moczu z pęcherza moczowego przez cewkę, w czasie dowolnej mikcji, poprzedza wzrost ciśnienia w jamie brzusznej spowodowany odruchowym skurczem mięśni w ścianach jamy brzusznej i wzrost ciśnienia śródpęcherzowego. Dynamika procesu mikcji jest badana nieinwazyjnie metodą pomiaru przepływu cewkowego. Polega ona na automatycznym pomiarze i wykreśleniu krzywej objętości wydalonego przez cewkę moczu w każdej sekundzie mikcji.
Zapisana krzywa przepływu cewkowego wykazuje maksymalną i średnią szybkość przepływu i czas przepływu moczu przez cewkę. Przy 400 mL wydalanej objętości moczu u kobiet maksymalna szybkość przepływu wynosi od 20 do 60 mL/s, a średnia szybkość przepływu 10-30 mL/s. U mężczyzn przy tej samej objętości wydalanego moczu maksymalna szybkość przepływu wynosi od 18 do 46 mL/s, a średnia od 11 do 28 mL/s. Czas potrzebny do osiągnięcia maksymalnej szybkości przepływu zarówno u kobiet, jak i u mężczyzn wynosi 1/3 czasu mikcji.

Rozród

Determinacja płci

Połączenie się dwóch odmiennych komórek płciowych, czyli gamet (ga-metes), powstanie zygoty i rozwój nowego ustroju potomnego są podstawą rozrodu (reproduction). Komórka płciowa męska, czyli plemnik (sper-mium), wytwarzana jest w jądrze (testis), a komórka płciowa żeńska, czyli jajo (ovuni), powstaje w jajniku (ovańum).
Zarówno komórki płciowe męskie, jak i żeńskie w czasie dojrzewania wykazują podział redukcyjny (meiotic division), w czasie którego liczba chromosomów zmniejsza się o połowę. W organizmie mężczyzny i kobiety w jądrze komórkowym komórek somatycznych jest 46 chromosomów. U mężczyzny są to 22 pary autosomów i 2 chromosomy płciowe: X i Y. U kobiety występują również 22 pary autosomów i 2 chromosomy płciowe X.
W czasie podziału redukcyjnego w cewkach nasiennych krętych jąder powstają komórki płciowe męskie zawierające 22 chromosomy (auto-somy) i l chromosom płciowy X lub Y. W jajnikach dojrzałe komórki płciowe żeńskie mają 22 chromosomy i l chromosom płciowy X. Od informacji genetycznej zawartej w chromosomach płciowych zależy płeć osobnika. Po połączeniu się dwóch dojrzałych komórek płciowych, czyli po zapłodnieniu (fertilization), i powstaniu zygoty determinuje się płeć genetyczna (genetic sex) przyszłego organizmu. Jeżeli zygota zawiera chromosomy XY, będzie to genetycznie organizm męski, jeśli zaś zygota ma chromosomy XX - genetycznie organizm żeński.
W 9 tygodniu życia płodowego pod wpływem hormonów wydzielanych przez gruczoły płciowe - testosteronu u płodów męskich i estrogenów u płodów żeńskich - tworzy się płeć gonadalna (gonadal sex). Garnitur chro-mosomalny i hormony płciowe warunkują płeć somatyczną (somatic sex), na którą składa się rozwój narządów płciowych wewnętrznych i zewnętrznych oraz budowa ciała i zachowanie typowe dla płci męskiej lub żeńskiej.
Gruczoły płciowe nie wykazują większej aktywności w organizmach wzrastających aż do czasu osiągnięcia dojrzałości płciowej, która występuje u chłopców średnio w 14 roku życia i u dziewcząt w 12 roku życia. W okresie pierwszych kilkunastu lat życia wytwarzanie i wydzielanie do przysadkowych naczyń wrotnych hormonu uwalniającego gonadotropiny z przysadki (GnRH) jest hamowane m.in. przez melatoninę powstającą w szyszynce. Osiągnięcie dojrzałości płciowej jest uwarunkowane zwiększeniem wydzielania gonadotropin przez część gruczołową przysadki.

Rozród u płci męskiej

Spermatogeneza

Po osiągnięciu dojrzałości płciowej w cewkach nasiennych krętych (tubuli seminifeń contorti) jąder zachodzi spermatogeneza. Komórki płciowe w cewkach nasiennych tworzą kilka warstw. Pomiędzy nimi występują komórki podporowe. Komórki płciowe, dojrzewając, zbliżają się do światła cewek nasiennych. Najdalej od światła w cewkach nasiennych są rozmieszczone sper-matogonie, następnie występują spermatocyty I i II rzędu, spermatydy i w samym świetle cewek znajdują się dojrzałe komórki płciowe męskie, czyli plemniki. Dojrzewanie męskiej komórki płciowej trwa około 74 dni.
Plemniki są transportowane wraz z innymi składnikami nasienia przez cewki nasienne proste i przewodziki odprowadzające jądra do najądrza (epididymis), w którego przewodzie są magazynowane.
Hormon folikulotropowy (FSH) pobudza czynność komórek podporowych w cewkach nasiennych. Spermatogeneza jest kontrolowana przez hormon folikulotropowy, hormon luteinizujący i testosteron wytwarzany przez komórki śródmiąższowe jądra.
Wzwód prącia i wytrysk nasienia
Wzwód prącia (erection) zachodzi w następstwie pobudzenia neuronów przywspółczulnych w rogach bocznych segmentów krzyżowych (S2-S4) rdzenia kręgowego. Pod wpływem impulsacji przywspółczulnej rozkurczają się letniczki doprowadzające krew do ciał jamistych prącia (corpus cavernosum penis) i ciała gąbczastego prącia (corpus spongiosum penis) i następuje wzwód prącia.
Unerwienie współczulne ma działanie przeciwne, jeśli chodzi o wypełnienie się ciał jamistych krwią, natomiast wywołuje skurcz najądrzy (epididymis), nasieniewodów (ductus deferens), pęcherzyków nasiennych (vesicula seminalis) i gruczołu krokowego (prostata). Dzięki tym skurczom nasienie wypełniające przewód najądrza i nasieniowód jest wydalane do cewki moczowej wraz z wydzieliną pęcherzyków nasiennych i gruczołu krokowego. Skurcz zwieracza wewnętrznego cewki moczowej zapobiega przepływowi nasienia do pęcherza moczowego.
Po emisji nasienia do cewki moczowej następuje wytrysk nasienia, czyli ejakulacja. Pobudzenie receptorów w cewce moczowej i w gruczole krokowym powoduje na drodze odruchowej skurcz toniczno-kloniczny mięśni opuszkowo-jamistego (musculus bulbocavernosus) i kulszowo-jamistego (musculus ischiocavernosus). Rytmiczne skurcze tych mięśni powodują wyrzucanie nasienia z cewki moczowej na zewnątrz. Ośrodki odruchowe w rdzeniu kręgowym związane ze wzwodem prącia i wytryskiem nasienia są kontrolowane przez ośrodki w mózgowiu.

Rozród u płci żeńskiej

Cykl płciowy żeński

Cykle płciowe (sexual cycles) zaczynają występować u dziewcząt w okresie pokwitania (puberty) w wieku od 11 do 14 lat. Przekwitanie (me-nopause) objawia się wydłużeniem się i zanikaniem cykli płciowych, co zachodzi u kobiet w wieku od 45 do 55 roku życia. Zasadniczym objawem wskazującym na występowanie cykli płciowych są krwawienia miesiączkowe. W czasie krwawienia dochodzi do utraty łącznie około 70 mL krwi. Dzień, w którym pojawia się krwawienie, rozpoczyna cykl miesiączkowy, trwający przeciętnie 28 dni.
W cyklu płciowym żeńskim wyróżnia się:
�ó krwawienie miesiączkowe (menstruation), które trwa przeciętnie 4 dni,
�ó fazę folikularną (follicular phase), która trwa około 9 dni,
�ó owulację (ovulation), która trwa l dzień,
�ó fazę lutealną (luteal phase), która trwa 14 dni.
Poszczególne dni cyklu miesiączkowego charakteryzują się określoną czynnością wewnątrzwydzielniczą podwzgórza, przysadki i jajników oraz towarzyszącymi im zmianami morfologicznymi i czynnościowymi w obrębie jajników, macicy, pochwy i w sutkach.

Hormonalne sprzężenie zwrotne

Regularne występowanie cykli płciowych u dojrzałych płciowo kobiet zależy od fizjologicznego mechanizmu kontrolowanego przez żeński ośrodek rozrodczy w podwzgorzu. Ośrodek ten pozostaje pod wpływem różnorodnych oddziaływań. Przed osiągnięciem dojrzałości płciowej szyszynka i wydzielana przez nią melatonina hamują czynność ośrodka rozrodczego w podwzgorzu, opóźniają pokwitanie i wystąpienie pierwszych cykli miesiączkowych. Układ limbiczny, a zwłaszcza należące do niego ciało migdałowate, działają przeciwnie - przyspieszają pokwitanie.
Regularna owulacja i występowanie krwawienia miesiączkowego u dojrzałych płciowo kobiet zależy od kolejnego oddziaływania wielu hormonów na ośrodek rozrodczy w podwzgorzu. Ośrodek ten stanowi zasadnicze ogniwo w humoralnym sprzężeniu zwrotnym dla pętli zarówno zewnętrznego, jak i wewnętrznego sprzężenia zwrotnego.
Ogniwami pętli zewnętrznego sprzężenia zwrotnego (external feed-back loop) są podwzgórze, płat gruczołowy przysadki i jajniki. W sprzężeniu tym hormony wytwarzane w jajniku oddziałują na podwzgórze, hamując wydzielanie hormonu uwalniającego gonadotropiny z płata gruczołowego przysadki (GnRH). Prawidłowe, czyli pulsacyjne, wydzielanie GnRH przez podwzgórze do przysadkowych naczyń wrotnych w fazie folikularnej cyklu miesiączkowego powoduje również prawidłowe, czyli pulsacyjne, wydzielanie przez płat gruczołowy przysadki hormonów: luteinizującego (LH) i folikulotropowego (FSH) oraz przez jajnik - estrogenów. W ostatnich dniach fazy folikularnej zawartość estrogenów we krwi się zmniejsza. Jest to prawdopodobnie spowodowane zwrotnym, hamującym działaniem estrogenów na komórki płata gruczołowego przysadki wytwarzające hormony gonadotropowe. Również zwrotnie hamuje wydzielanie FSH czynnik zwany inhibiną wytwarzany przez komórki warstwy ziarnistej pęcherzyka jajnikowego dojrzałego.
W wyniku zmniejszenia się zawartości estrogenów we krwi komórki podwzgórza przestają być zwrotnie hamowane przez estrogeny i zaczynają uwalniać do przysadkowych naczyń wrotnych większe ilości GnRH. W następstwie zwiększonego uwalniania przez podwzgórze tego neurohormonu przysadka wydziela do krwi w ciągu kilku godzin większą ilość hormonu luteinizującego (LH), co powoduje owulację.
Wydzielanie pulsacyjne GnRH przez podwzgórze i gonadotropin przez przedni płat przysadki występuje w odstępach 90-120 minut. Częstotliwość występowania i amplituda stężenia we krwi hormonów gonadotropowych są modulowane przez kilka czynników. Największa amplituda wydzielanych pulsacyjnie gonadotropin występuje we krwi w pierwszych dniach fazy folikularnej w porze dziennej.
Systematyczne wprowadzanie do organizmu egzogennych estrogenów w fazie folikularnej cyklu miesiączkowego hamuje czynność podwzgórza. Nie dochodzi do znacznego zwiększenia wydzielania LH i pęcherzyki jajnikowe dojrzałe nie pękają - nie ma więc owulacji.
Wprowadzane egzogenne estrogeny hamują wydzielanie GnRH przez podwzgórze i powodują występowanie bezowulacyjnych cykli miesiączkowych (unovulatory menstrual cycles).
W pętli wewnętrznego sprzężenia zwrotnego (internal feedback loop) uczestniczą: podwzgórze, podwzgórzowy hormon uwalniający gonadotro-piny - GnRH, płat gruczołowy przysadki i wydzielane przez przysadkę go-nadotropiny - FSH i LH. Znaczenie wewnętrznego sprzężenia zwrotnego w regulacji żeńskiego cyklu płciowego nie zostało dotychczas dostatecznie poznane.

Cykl jajnikowy i maciczny

W czasie krwawienia miesiączkowego dochodzi do złuszczania się warstw powierzchniowych błony śluzowej macicy i ich wydalania na zewnątrz wraz z krwią.

W fazie folikularnej, zwanej również proliferacyjną, następuje odnowa błony śluzowej macicy. W końcu tej fazy, trwającej przeciętnie około 9 dni, błona śluzowa macicy osiąga taką grubość, jaką miała bezpośrednio przed złuszczaniem się. Odnowa dotyczy również gruczołów błony śluzowej macicy, które w fazie folikularnej mają przebieg prosty: od powierzchni błony aż do mięśnia macicznego. Na początku tej fazy kilka pęcherzyków jajnikowych pierwotnych (folliculi ovarici pńmarii) zaczyna w obu jajnikach przekształcać się w pęcherzyki jajnikowe wzrastające (folliculi ovand crescendi). Następnie zazwyczaj jeden, a czasami dwa pęcherzyki dojrzewają, osiągając średnicę co najmniej 10 mm. Pęcherzyk jajnikowy dojrzały (folliculus ovańcus maturus) zajmuje całą szerokość kory jajnika i uwypukla się na jego powierzchni. Pozostałe pęcherzyki zmniejszają swoje rozmiary i uwsteczniają się. Proces ten nosi nazwę atrezji.
W cyklu 28-dniowym zazwyczaj 14 dnia cyklu miesiączkowego następuje pękanie pęcherzyka jajnikowego dojrzałego pod wpływem hormonu luteinizującego (LH) i komórka jajowa, owocyt II rzędu, zostaje wydalona przez jajnik. W czasie jednego cyklu miesiączkowego stadium pęcherzyka jajnikowego dojrzałego osiąga w obu jajnikach jeden lub dwa pęcherzyki jajnikowe wzrastające. Tym samym z obu jajników zostaje wydalona jedna lub rzadziej dwie komórki jajowe. Po owulacji zmniejsza się w mięśniu macicy liczba receptorów błonowych wiążących oksytocynę i zmniejsza się jego wrażliwość na oksytocynę.
Komórka jajowa w postaci owocytu II rzędu trafia do bańki jajowodu. W jajowodzie niezapłodniona komórka jajowa pozostaje około 4 dni, a następnie zostaje wydalona do jamy macicy, gdzie podlega cytolizie.
Po owulacji rozpoczyna się faza lutealna, zwana również fazą sekrecyjną. W końcu pierwszej połowy tej fazy błona śluzowa macicy osiąga swoją maksymalną grubość około 6 mm. W tej fazie gruczoły błony śluzowej macicy mają przebieg kręty i wydzielają duże ilości śluzu. Błona śluzowa macicy jest przygotowana do zagnieżdżenia zapłodnionej komórki jajowej.
Jama pęcherzyka jajnikowego dojrzałego po wydaleniu komórki jajowej początkowo jest wypełniona krwią. Następnie zapełniają ją komórki lute-inowe (luteocyti) i pęcherzyk zamienia się w ciałko żółte miesiączkowe (corpus luteum menstruationiś), które wytwarza żeńskie hormony płciowe: estrogeny i progesteron oraz oksytocynę. W końcu fazy lutealnej, jeżeli nie nastąpiło zapłodnienie, ciałko żółte miesiączkowe przestaje wydzielać progesteron, natomiast w dalszym ciągu wydziela oksytocynę. Zwiększa się jednocześnie liczba receptorów wiążących oksytocynę i mięsień macicy staje się na nią bardziej wrażliwy. Pod jej wpływem tworzą się w macicy substancje luteolityczne, głównie prostaglandyny PGF2a i ciałko żółte miesiączkowe przekształca się w ciałko białawe miesiączkowe (corpus al-bicans menstruationiś). Po upływie 14 dni od dnia owulacji pojawia się krwawienie miesiączkowe i rozpoczyna się nowy cykl płciowy.
Pod wpływem hormonów płciowych wydzielanych przez jajnik w różnych dniach cyklu miesiączkowego dochodzi do zmian w ilości i konsystencji śluzu wypełniającego szyjkę macicy. W fazie lutealnej powiększają się sutki, w końcu tej fazy, przed wystąpieniem krwawienia miesiączkowego, następuje zatrzymanie wody w organizmie.
W czasie cyklu miesiączkowego stwierdza się zmiany temperatury ciała mierzonej w godzinach porannych. W fazie folikularnej temperatura ciała mierzona w godzinach porannych nie przekracza 37°C. W dniu owulacji temperatura ciała obniża się, a następnego dnia, już w fazie lutealnej, jest podwyższona i przekracza 37°C. Do końca fazy lutealnej temperatura w godzinach rannych jest stale podwyższona, a przed wystąpieniem miesiączki się obniża.

Ciąża

Zapłodnienie (fertilization), czyli połączenie się męskiej komórki płciowej z żeńską komórką płciową, następuje w jajowodzie. Zapłodniona komórka jajowa przemieszcza się przez jajowód do jamy macicy w czasie 3-4 dni. W tym okresie podlega podziałom i przemianom.
Zapłodnione jajo zagnieżdża się (implantation) w błonę śluzową macicy około 7 dnia od dnia owulacji, czyli w połowie fazy lutealnej. Prawdopodobnie implantowane jajo oddziałuje hamująco na tworzenie się i uwalnianie z macicy czynnika luteolitycznego - prostaglandyn. Dzięki temu ciałko żółte miesiączkowe nie zanika, lecz przeciwnie, powiększa swoje wymiary i przekształca się w ciałko żółte ciążowe (corpus luteum graviditatis). Wydzielanie progesteronu przez ciałko żółte ciążowe zwiększa się kilkakrotnie w czasie pierwszych kilkunastu tygodni ciąży (pregnan-cy).
Największe wydzielanie progesteronu przez jajniki stwierdzono w 12 tygodniu ciąży, licząc czas trwania ciąży od dnia owulacji. Następnie wydzielanie progesteronu przez jajniki zmniejsza się w miarę zbliżania się porodu. Rozwijające się łożysko przejmuje funkcję wydzielniczą jajników, wydzielając do krwi znaczne ilości progesteronu i estrogenów.

Czynność łożyska

Łożysko (placenta), tworzące się w pierwszych tygodniach ciąży, w 10 tygodniu ciąży, licząc od dnia owulacji, waży około 10 g, w 20 tygodniu -około 170 g, w 30 tygodniu - około 430 g i największą swą masę osiąga w 40 tygodniu ciąży - 500-600 g.
Zasadniczą funkcją łożyska jest wymiana gazów (O2 i CO2), produktów energetycznych i budulcowych oraz ich metabolitów pomiędzy krwią matki a krwią płodu. Przez łożysko w ciągu jednej sekundy przepływa 8,3 mL krwi matki i 6,6 mL krwi płodu. Wymiana pomiędzy krwią matki a krwią płodu zachodzi dzięki dyfuzji, aktywnemu transportowi i pinocyto-zie. W łożysku dyfundują zgodnie z gradientem koncentracji lub prężności: tlen, dwutlenek węgla i większość soli mineralnych. Na zasadzie aktywnego transportu, wbrew gradientowi koncentracji, przechodzą przez łożysko: glukoza, aminokwasy oraz jony wapnia i żelaza. W wyniku pinocy-tozy w łożysku są transportowane z krwi matki do krwi płodu nieznaczne ilości białek.
Drugą ważną funkcją łożyska jest wytwarzanie hormonów. Począwszy od 8 tygodnia ciąży, łożysko stopniowo przejmuje wytwarzanie progesteronu, zastępując w ten sposób czynność ciałka żółtego ciążowego. O dobowym wytwarzaniu progesteronu pośrednio można wnioskować na podstawie oznaczania zawartości pregnandiolu - metabolitu progesteronu wydalanego z moczem. Zawartość pregnandiolu w dobowej porcji moczu zwiększa się od około 2 mg w 8 tygodniu ciąży do około 40 mg w 36-40 tygodniu ciąży. Ilość dobowa pregnandiolu wydalana z moczem stanowi około 15% wytwarzanego progesteronu. Tym samym w końcu ciąży łożysko wytwarza dziennie około 300 mg progesteronu.
We krwi tylko około 10% progesteronu znajduje się w postaci wolnej i wykazującej aktywność fizjologiczną. Pozostałe ponad 90% progesteronu jest związane z białkami osocza i nie wykazuje aktywności fizjologicznej. Progesteron osłabia pobudliwość mięśnia macicy oraz obkurcza ujście wewnętrzne szyjki macicy. Dzięki temu zapobiega wystąpieniu poronienia lub porodu przedwczesnego. Działa synergicznie wraz z estrogenami na wzrost sutków w czasie ciąży.
W czasie ciąży również znacznie zwiększa się wydzielanie estrogenów, które powstają głównie w łożysku. Spośród trzech estrogenów: estriolu, estronu i estradiolu w dobowej porcji moczu najbardziej zwiększa się zawartość estriolu, znacznie mniej zaś estronu i estradiolu. Zawartość estriolu w dobowej porcji moczu i we krwi stale się zwiększa od początku ciąży aż do porodu. Również zwiększeniu ulega jego zawartość w wodach płodowych. W końcu ciąży koncentracja jego we krwi jest około 1000 razy większa w porównaniu z koncentracją we krwi w czasie cyklu miesiączkowego.
Pod wpływem estrogenów następują podziały komórek mięśnia macicznego i zwiększenie jego masy w czasie ciąży. Jednocześnie estrogeny zwiększają pobudliwość mięśnia macicznego i tym samym mają działanie antagonistyczne w stosunku do progesteronu, tak że mięsień ten zaczyna kurczyć się pod wpływem krążącej we krwi oksytocyny.
Poza hormonami steroidowymi łożysko wytwarza również hormony białkowe. Są to: ludzka gonadotropina kosmówkowa (hCG) i ludzki laktogen łożyskowy (hPL) oraz w nieznacznych ilościach hormony stale wytwarzane przez płat przedni przysadki.
Największe wydzielanie ludzkiej gonadotropiny kosmówkowej (hCG) przypada na 8 tydzień ciąży i w następnych tygodniach zaczyna się zmniejszać. Od 12 tygodnia ciąży aż do dnia porodu zawartość hCG we krwi matki stopniowo się zmniejsza w porównaniu z zawartością w 8 tygodniu ciąży. Pod wpływem hCG ciałko żółte ciążowe wzrasta i wydziela progesteron. Zmniejszeniu się wydzielania hCG towarzyszy stopniowe zanikanie ciałka żółtego ciążowego w jajnikach.
Działanie ludzkiego laktogenu łożyskowego (hPL) jest podobne do działania hormonu wzrostu. Pod jego wpływem następuje wzrost sutków w czasie ciąży.

Poród

Po upływie 280 dni ciąży, licząc od pierwszego dnia ostatniej miesiączki, następuje poród (parturition). Tylko 5-10% kobiet rodzi w tym czasie. Znaczny procent kobiet (66%) rodzi w czasie do 11 dni krótszym lub dłuższym.
Mechanizm rozpoczynający poród nie jest w pełni poznany. Przypuszcza się, że podwzgórze płodu po osiągnięciu określonego stadium rozwoju zaczyna wydzielać podwzgórzowe hormony uwalniane do przysadkowych naczyń wrotnych. Pod wpływem tych hormonów płat gruczołowy przysadki zwiększa wydzielanie hormonów tropowych, wśród nich również hormonu kortykotropowego. Hormon ten pobudza korę gruczołu nadnerczowego płodu do znacznego wydzielania kortyzolu, który - krążąc we krwi płodu -przechodzi do wód płodowych i działa na mięsień maciczny antagonistycz-nie w stosunku do progesteronu.

Inny przypuszczalny mechanizm rozpoczynający poród wiąże się ze zwiększeniem koncentracji estrogenów w wodach płodowych. Zwiększenie koncentracji estrogenów, zwłaszcza estriolu, w wodach płodowych powoduje ich większe przenikanie do mięśnia macicznego, zwiększenie jego pobudliwości, wystąpienie pierwszych skurczów i rozpoczęcie porodu.
W czasie porodu następuje wydalanie płodu wraz z błonami płodowymi i łożyskiem. W większości fizjologicznych porodów częścią przodującą jest główka płodu ustawiona potylicowo. Poród fizjologiczny dzieli się na trzy okresy. W pierwszym okresie rozpoczyna się czynność porodowa, która kończy się pełnym rozwarciem szyjki macicy. W drugim okresie, następującym bezpośrednio po pierwszym, płód zostaje wydalony z macicy poza drogi rodne. Okres trzeci kończy się porodem łożyska i błon płodowych.

Na początku pierwszego okresu porodu odpływają wody płodowe i rozpoczyna się rozwieranie szyjki macicy. Pełne rozwarcie szyjki macicy następuje po upływie 8-15 godzin. Okres ten jest krótszy u wieloró-dek, a dłuższy u pierworódek. W czasie jego trwania występują regularnie silne skurcze mięśnia macicznego subiektywnie odczuwane jako bóle porodowe.
W drugim okresie porodu, pod wpływem skurczów mięśnia macicznego i jednoczesnych skurczów mięśni ściany jamy brzusznej wzmagających ciśnienie w jamie brzusznej, następuje przesuwanie się płodu przez kanał rodny i wydalenie go na zewnątrz poza drogi rodne. Płód urodzony pozostaje w łączności z organizmem matki za pośrednictwem sznura pępowinowego. Drugi okres porodu trwa od kilku minut do kilku godzin i kończy się w momencie odpępnienia płodu. Następuje to wtedy, kiedy tętnice pępowinowe przestają tętnić. Sznur pępowinowy zostaje przecięty i łączność pomiędzy noworodkiem a organizmem matki zostaje całkowicie przerwana.
W trzecim okresie porodu łożysko i błony płodowe zostają wydalone z jamy macicy poza drogi rodne. Po urodzeniu się płodu w dalszym ciągu występują skurcze macicy. Powoduje to oddzielenie się łożyska od ściany macicy. Pomiędzy ścianą macicy a łożyskiem zaczyna się gromadzić krew. Następujące po sobie kolejne skurcze mięśnia macicznego powodują wydalenie łożyska z macicy. Zazwyczaj częścią przodującą łożyska w porodach fizjologicznych jest powierzchnia płodowa łożyska. Po urodzeniu się łożyska poza drogi rodne zostają również wydalone błony płodowe. Trzeci okres porodu trwa średnio około pół godziny.

Połóg i laktacja

Po porodzie następuje okres połogu i laktacji. Okres połogu trwa 6 tygodni od dnia porodu i charakteryzuje się przede wszystkim zwijaniem się macicy. Pod koniec tego okresu macica osiąga zbliżoną wielkość, jaką miała przed ciążą, i jej zwijanie zostaje zakończone.
Laktacja, czyli wydzielanie mleka, rozpoczyna się po upływie 48 godzin od zakończenia porodu i może trwać kilka miesięcy. W końcowym okresie ciąży i bezpośrednio po porodzie sutki wydzielają siarę. Dopiero po dwóch dniach rozpoczyna się wydzielanie mleka, w czym bierze udział prolaktyna (PRL). Hormon ten, wydzielany przez przedni płat przysadki, pobudza komórki gruczołowe gruczołów sutkowych. W wydalaniu mleka natomiast bierze udział oksytocyna uwalniana do krwi z tylnego płata przysadki.

Osesek, ssąc brodawkę (papilla mammae), drażni receptory, co za pośrednictwem impulsów nerwowych biegnących przez rdzeń kręgowy, rdzeń przedłużony oraz śródmózgowie przyczynia się do pobudzenia neuronów oksytocynoergicznych podwzgórza. Z ich zakończeń w tylnym płacie przysadki uwalnia się oksytocyna, która krąży we krwi i dostając się do gruczołów sutkowych, działa kurcząco na ściany przewodów mlecznych. Ten odruch neurohormonalny sprzyja opróżnianiu się gruczołów sutkowych z nagromadzonego w nich mleka.