Fizjologia układu oddechowego człowieka

Wentylacja płuc odbywa się poprzez zmianę objętości klatki piersiowej, podczas której ma miejsce wdech i wydech.

• Jest to czynność wykonywana automatycznie, kontrolowana przez ośrodek oddechowy, znajdujący się w rdzeniu przedłużonym.

• Bodźcem dla ośrodka oddechowego jest podwyższony poziom dwutlenku węgla we krwi.

• Wdech jest fazą czynną; spowodowany jest skurczem przepony oraz mięśni międzyżebrowych zewnętrznych - objętość klatki piersiowej zwiększa się, powietrze wsysane jest do płuc.

• Wydech jest aktem biernym; związany jest z rozkurczem mięśni oddechowych i w efekcie zmniejszeniem objętości klatki piersiowej oraz wypchnięciem powietrza z dwutlenkiem węgla na zewnątrz.

Skład powietrza podczas wdechu i wydechu

Gaz	Powietrze wdychane	Powietrze wydychane
N2	78%	78%
O2	21%	17%
CO2	0,03%	4%
pozostałe gazy	0,97%	1%

Fizjologia układu krwionośnego człowieka

- Serce kręgowców i człowieka charakteryzuje się zdolnością do wytwarzania samoistnych skurczów (automatyzm serca) dzięki posiadaniu układu przewodzącego (układ rozrusznikowo-przewodzący).

- Układ przewodzący zbudowany jest z włókien o charakterze tkanki mięśniowej.

- W sercu człowieka w skład układu przewodzącego wchodzą:

• węzeł zatokowo-przedsionkowy - pierwszorzędowy ośrodek automatyzmu serca zwany „rozrusznikiem” serca (powoduje skurcz przedsionków);

• węzeł przedsionkowo-komorowy - ośrodek drugorzędowy;

• pęczek przedsionkowo-komorowy, od którego odchodzą włókna rozgałęziające się na obie komory (węzeł i pęczek p-k powodują skurcz komór).

- Cykl pracy serca (średnio 0,81 s.)

• skurcz przedsionków trwa 0,11 s., wpycha krew do obu komór przez otwarte zastawki przedsionkowo-komorowe;

Rys. Budowa serca człowieka i lokalizacja układu przewodzącego

Fizjologia układu krwionośnego człowieka

• skurcz komór trwa 0,3 s., zastawki przedsionkowo-komorowe zamykają się, co zapobiega cofnięciu się krwi do przedsionków; przedsionki rozkurczają się i z żył wlewa się do nich krew; w czasie skurczu komór wzrasta w nich ciśnienie - otwierają się zastawki półksiężycowate i krew wyrzucana jest do tętnic;

• rozkurcz komór;

• pauza (przerwa) trwa 0,4 s.; serce pozostaje w spoczynku.

Częstość uderzeń serca na minutę (tętno) wynosi około 70.

- EKG

Pracy serca towarzyszą zjawiska elektryczne, które rozprzestrzeniają się w tkankach otaczających serce oraz na powierzchni ciała; elektrody umieszczone na powierzchni ciała rejestrują aktywność elektryczną serca za pomocą elektro-kardiografu w postaci wykresu zwanego elektro-kardiogramem (EKG).

Rys. EKG

• Załamek P powstaje podczas depolaryzacji włókien mięśniowych przedsionka.

• Załamek QRS jest przejawem depolaryzacji włókien mięśniowych komór, pokrywa się z repolaryzacją przedsionków.

• Załamek T jest wyrazem repolaryzacji włókien mięśniowych w komorach.

Fizjologia układu krwionośnego człowieka

Tony serca

Pracy serca towarzyszą dwa główne tony:

• I - towarzyszy zamykaniu się zastawek przedsionkowo-komorowych (wczesna faza skurczu komór); jest niski, cichy, długi;

• II - spowodowany zamykaniem się zastawek półksiężycowatych w czasie rozkurczu komór; jest głośny, wysoki, krótki.

- Pojemność wyrzutowa serca

• Jest to objętość krwi wyrzucana z komory podczas jednego skurczu i wynosi ok. 70 ml.

• Pojemność minutowa równa jest pojemności wyrzutowej pomnożonej przez tętno 72 x 70 = ok. 5 l.

- Ciśnienie krwi w naczyniach krwionośnych

Ciśnienie krwi w tętnicach związane jest z pracą serca.

• Najwyższe ciśnienie podczas skurczu komór nazywa się ciśnieniem skurczowym.

• Najniższe ciśnienie panujące w tętnicach pod koniec rozkurczu komór określa się jako ciśnienie tętnicze rozkurczowe.

Prawidłowa wartość ciśnienia wynosi u człowieka 120/80 mmHg (15-20 kPa/9-12 kPa).

Przyczyny chorób układu oddechowego i profilaktyka

- Zmiany składu chemicznego powietrza:

• CO (czad) - powoduje zablokowanie hemoglobiny (karboksyhemoglobina) i porażenie ośrodka oddechowego.

• Cl, NH₃, FH, fosgen, dym papierosowy - wywołują obrzęki i podrażnienia układu oddechowego.

• Spadek zawartości O₂ do 8-6% może być przyczyną śmierci.

Rys. Schemat wymiany gazowej w płucach

Rys. Schemat wymiany gazowej w tkankach

• Wzrost CO₂ - dopuszczalne stężenie wynosi 0,1% (tzw. wskaźnik Pettenkofera).

- Zanieczyszczenie powietrza:

• przemysłowe - pył, kurz, zawiesiny,

• biologiczne - pyłek roślin, sierść zwierząt, drobnoustroje chorobotwórcze są przyczyną alergii, pylic, astmy, anginy, grypy, gruźlicy, nowotworów, infekcji wirusowych, grzybic, zmian w układzie nerwowym i innych narządach.

- Profilaktyka:

• walka z dymem, spalinami, nałogiem palenia,

• stosowanie odpowiednich urządzeń technicznych i procesów technologicznych.

Funkcje układu krążenia

Funkcje układu krążenia

- transportowa:

• tlenu z narządów oddechowych do tkanek,

• dwutlenku węgla z tkanek do narządów oddechowych,

• substancji odżywczych wchłoniętych z jelita cienkiego do tkanek (przez wątrobę),

• hormonów z miejsca ich syntezy do komórek,

• zbędnych metabolitów z tkanek do wątroby, a stąd do nerek,

• przeciwciał i innych substancji;

- utrzymuje odpowiednie pH organizmu;

- odpornościowa, obronna w procesie krzepnięcia krwi;

- rozprowadza ciepło.

Budowa układu krążenia człowieka

- Układ krwionośny składa się z serca i naczyń krwionośnych.

- Serce to mięśniowy worek wielkości pięści, zawieszony na wielkich naczyniach krwionośnych;

• jest położone w klatce piersiowej pod mostkiem, na wysokości IV-VIII kręgu piersiowego;

• otoczone jest osierdziem;

• jama osierdzia wypełniona jest płynem zmniejszającym tarcie podczas pracy serca;

• serce oplecione jest siecią naczyń wieńcowych doprowadzających do niego substancje odżywcze i tlen;

• podzielone jest na dwa cienkościenne przedsionki i dwie grubościenne komory;

• ściana serca zbudowana jest głównie z tkanki mięśniowej bogatej w mitochondria;

• przedsionki od komór oddzielone są włóknistymi zastawkami - prawa jest trójdzielna, lewa dwudzielna;

• u podstawy tętnicy płucnej i aorty występują zastawki półksiężycowate;

• podstawa serca skierowana jest ku górze w prawo;

• koniuszek serca utworzony jest przez lewą komorę i skierowany ku przodowi w lewą stronę.

- Naczynia krwionośne to zamknięty system rozgałęziających się rurek, prowadzących od tętnicy przez naczynia włosowate do żył.

Rys. Schemat budowy tętnicy i żyły

Budowa układu krążenia człowieka

Rys. Typy sieci naczyń włosowatych

Hormony człowieka

Rys. Lokalizacja gruczołów dokrewnych w organizmie człowieka

Gruczoł	Nazwa hormonu	Rola w organizmie
podwzgórze (neurohormony przechowywane w tylnym płacie przysadki)	wazopresyna (ADH)	reguluje zwrotne wchłanianie wody w kanalikach nerkowych; pobudza skurcze mięśni gładkich
		oksytocyna (OXY)	pobudza skurcze mięśni macicy w czasie porodu, wyzwala wydzielanie mleka
		liberyny (RH)	pobudzają wydzielanie hormonów przysadki
		statyny (IH)	blokują syntezę i uwalnianie hormonów przysadki
część pośrednia przysadki	melanotropina (MSH)	powoduje rozmieszczenie barwnika - melaniny w skórze i syntezę melaniny
przedni płat przysadki	somatotropina (GH = STH)	pobudza wzrost organizmu, wpływa na wzrost kości długich, reguluje metabolizm, podnosi poziom glukozy we krwi
		prolaktyna (PRL lub LTH)	warunkuje rozwój gruczołów mlecznych, pobudza proces laktacji
		hormony tropowe TSH, ACTH, FSH, LH	pobudzają czynności: tarczycy, kory nadnerczy, gonad
szyszynka	melatonina	- hamuje wydzielanie liberyny FSH-RH i LH-RH - powoduje przejaśnienia skóry, wpływa na ośrodek snu i czuwania
tarczyca	tyroksyna - T4, trójjodoty- ronina - T3	przyspiesza przemianę materii, pobudza syntezę białek i przemianę tłuszczów, zmniejsza poziom cholesterolu we krwi
		kalcytonina	obniża stężenie jonów Ca2+ we krwi, odprowadza go z krwi do kości
przytarczyce	parathormon (PTH)	reguluje metabolizm wapnia i fosforu, zwiększa stężenie Ca2+we krwi, a obniża  w kościach, obniża poziom fosforanów we krwi
grasica	tymozyna (THF)	stymuluje różnicowanie i dojrzewanie limfocytów T
trzustkakomórki a	glukagon	podwyższa poziom glukozy we krwi, przyspiesza rozkład glikogenu
komórki b	insulina	obniża poziom cukru we krwi, przyspiesza utlenianie glukozy
kora nadnerczy	glikokorty­koidy (kortyzol, kortykosteron)	zwiększają poziom glukozy we krwi, hamują syntezę białek, ograniczają odporność
		androgeny	przyspieszają syntezę białek  i wzrost organizmu, pobudzają rozwój drugorzędowych cech płciowych
		mineralokortykoidy	regulacja gospodarki wodno- mineralnej (resorpcja jonów Na+ w kanalikach nerkowych i wydalanie K+)
	rdzeń nadnerczy	adrenalina (A) = epinefryna	rozszerza naczynia krwionośne mięśni szkieletowych, przyspiesza akcję serca, oddech, rozszerza źrenice, podwyższa poziom glukozy we krwi
		noradrenalina (NA)	wzrost ciśnienia krwi, uczestniczy w reakcjach stresu
jajniki (pęcherzyki jajnikowe)	estrogeny (estradiol, estron, estriol)	rozwój żeńskich narządów rozrodczych, regulacja cykli menstruacyjnych
ciałko żółte	progesteron   relaksyna	prawidłowy przebieg ciąży rozluźnia spojenie łonowe w czasie porodu
jądra	androgeny (testosteron)	dojrzewanie plemników, rozwój narządów płciowych i drugorzędowych cech płciowych

Skutki	Skutki
Niedoboru	Nadmiaru
moczówka prosta - nadmiar wydalania moczu	duże uwodnienie organizmu - brak pragnienia
karłowatość, charłactwo	gigantyzm, akromegalia (rozrost dłoni, stóp, kości twarzy)
objawy podobne do niedoczynności gruczołów	objawy podobne do nadczynności gruczołów
opóźnia dojrzewanie płciowe	przyspiesza dojrzewanie płciowe
u dzieci kretynizm, u dorosłych obrzęk śluzowaty skóry, wole	choroba Gravesa- -Basedowa: wytrzeszcz oczu, wole, nadmierne tempo metabolizmu, drażliwość
podwyższenie poziomu Ca2+we krwi
tężyczka - nadmierna pobudliwość mięśni i nerwów, spadek poziomu Ca2+, a wzrost fosforanów we krwi	nadmierne stężenie Ca2+ we krwi, zmiękczenie kości, porowatość i łamliwość kości
osłabia mechanizmy obronne
hiperglikemia - prowadzi do cukrzycy, (poliuria, śpiączka cukrzycowa)	wstrząs hipoglikemiczny - (drgawki, omdlenia, śmierć)
obniżenie syntezy białek	chłopcy -  przedwczesne dojrzewanie, dziewczęta -  maskuliniza­cja
choroba Addisona - męczenie się, przebarwienia skóry, osłabienie mięśni	choroba Cushinga - otyłość, wzrost ciśnienia tętniczego, osteoporoza
niekobieca sylwetka, zaburzenia popędu i płodności
kobieca sylwetka, wysoki głos, zaburzenia popędu i płodności

Hormony człowieka

Mechanizm działania hormonów

- Oddziaływanie hormonów na błonę komórek organizmu zależy od obecności w niej receptorów wrażliwych na dany hormon.

- Hormony sterydowe i hormony tarczycy, ze względu na niewielkie cząsteczki, mogą przenikać przez błonę komórkową. Łączą się wówczas ze specyficznymi receptorami w cytoplazmie, stymulując odpowiednie geny do syntezy mRNA i określonych białek.

- Hormony białkowe łączą się z receptorami występującymi w błonie komórkowej i aktywują określone enzymy i procesy metaboliczne komórki.

- Metaboliczna aktywność większości komórek regulowana jest przez kilka hormonów, tak więc komórka musi posiadać receptory dla każdego z nich.

Hormony bezkręgowców

- Wydzielane są przeważnie przez komórki nerwowe.

- Biorą udział w:

• regeneracji,

• procesie linienia,

Rys. Wpływ hormonów na przemiany metaboliczne

• regulacji rozwoju owadów (metamorfozie),

• regulacji zmiany barwy ciała,

• produkcji gamet,

• zachowaniach reprodukcyjnych,

• kontroli tempa metabolizmu.

- Mechanizm ich działania poznano dość dobrze u skorupiaków, owadów i niektórych mięczaków.

Układ ruchu człowieka: układ mięśniowy

- Mięśnie szkieletowe zbudowane są z brzuśca (skupienie włókien mięśniowych) i ścięgien utworzonych z tkanki łącznej włóknistej zbitej.

- Ścięgna łączą mięśnie ze szkieletem.

- Mięsień składa się na ogół z jednego brzuśca, ale wyróżniamy również mięśnie: dwugłowe, trójgłowe, czterogłowe.

- Ze względu na kształt wyróżniamy mięśnie:

• długie - mięśnie kończyn,

• szerokie - mięśnie klatki piersiowej, miednicy,

• krótkie - mięśnie przykręgowe,

• mieszane - zwieracze, mięśnie okrężne ust, oka.

- Pod względem czynnościowym mięśnie dzielimy na:

• synergistyczne - współdziałają ze sobą w wykonaniu określonych ruchów, np. mięśnie międzyżebrowe,

• antagonistyczne - mięśnie wykonujące ruchy przeciwne, np. zginacze i prostowniki.

Fizjologia skurczu mięśni

- Skurcz mięśni możliwy jest dzięki obecności kurczliwych włókienek - miofibryli, zbudowanych z filamentów białkowych cienkich - aktyny - i grubych - miozyny (patrz: Tkanki zwierzęce w: E. Janicka, J. Turczynowicz „ Biologia. Komórka, tkanki, botanika, zoologia”).

- Podstawową jednostką strukturalną i czynnościową włókna mięśniowego jest sarkomer.

Układ ruchu człowieka: układ mięśniowy

W stanie niepobudzonym błona włókna mięśniowego jest spolaryzowana.

- Skurcz mięśni następuje pod wpływem impulsu nerwowego docierającego do synapsy nerwowo-mięśniowej i po uwolnieniu acetylocholiny.

- Pod wpływem impulsu w włóknie mięśniowym zachodzą zmiany:

• depolaryzacja sarkolemmy i przeniesienie pobudzenia do wnętrza włókna,

• jony Ca²⁺ dyfundują z siateczki cytoplazmatycznej do cytoplazmy,

• ATP ulega hydrolizie i uwalnia energię,

• włókienka aktyny wsuwają się między włókienka miozyny, tworząc aktynomiozynę (pod wpływem energii z ATP),

• skróceniu ulegają sarkomery i całe włókna mięśniowe.

- Po skurczu następuje rozkurcz:

• jony Ca²⁺ aktywnie transportowane są do siateczki cytoplazmatycznej,

• aktynomiozyna rozpada się.

- Resynteza ATP zachodzi podczas:

• glikolizy glukozy:

glukoza + ADP + Pi -> kwas mlekowy + ATP

• hydrolizy fosfokreatyny:

fosfokreatyna + ADP <-> kreatyna + ATP

Regulacja hormonalna

Układ hormonalny

Układ hormonalny jest zbiorem rozmaitych gruczołów i tkanek, które za pomocą związków chemicznych - zwanych hormonami - wydzielanych do krwi, regulują wiele funkcji życiowych organizmu, kontrolują procesy długoterminowe, jak tempo wzrostu, dojrzewanie, przebieg ciąży. Nazwa hormon pochodzi z języka greckiego i oznacza „pobudzać”. Hormony z krwią docierają do odpowiednich narządów, zmieniając ich aktywność metaboliczną. Hormony są to endogenne związki organiczne zapewniające homeostazę organizmu. Gruczoły i tkanki wydzielają hormony bezpośrednio do krwi, limfy lub płynu tkankowego, nie posiadają przewodów wyprowadzających. Gruczoły pełniące jednocześnie funkcje endokrynowe i egzokrynowe (trzustka, gonady) nazywamy gruczołami mieszanymi. Nauka o gruczołach dokrewnych i hormonach nosi nazwę endokrynologii.

- Ze względu na budowę chemiczną można wyróżnić cztery główne grupy hormonów:

• hormony sterydowe, np. estrogeny, testosteron,

• pochodne aminokwasów, np. adrenalina, hormony tarczycy,

• peptydy i białka, np. insulina, somatotropina,

• pochodne kwasów tłuszczowych - prostaglandyny, hormony juwenilne owadów.

- Ze względu na miejsce powstawania hormony dzielimy na:

• gruczołowe - wytwarzane przez specjalne gruczoły, np. tyroksyna przez tarczycę,

• neurohormony - produkowane przez podwzgórze (przez komórki sekrecyjne), np. liberyny, statyny, oksytocyna, wazopresyna (ADH),

• tkankowe - produkowane przez wyspecjalizowane komórki różnych narządów, np. gastryna produkowana w żołądku, mediatory.

Regulacja wydzielania hormonów

- Wydzielanie hormonów regulowane jest:

• na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego - informacja o poziomie hormonu jest kierowana zwrotnie do właściwego gruczołu, który reaguje zmniejszonym lub zwiększonym wydzielaniem hormonu,

• współdziałanie dwóch lub większej liczby hormonów,

• antagonistyczne działanie hormonów.

- Nadrzędnym ośrodkiem integracyjnym jest podwzgórze, które hamuje lub pobudza przysadkę mózgową do wydzielania odpowiednich hormonów tropowych pobudzających określone gruczoły dokrewne do wydzielania własnych hormonów.

Rys. Mechanizm sprzężenia zwrotnego: przysadki i gruczołów podległych (pozaprzysadkowych)

---