Fizjologia – nauka o czynnościach żywego, zdrowego organizmu; stanowi zbiór praw fizjologicznych, jakim podlega cały organizm oraz poszczególne jego układy, narządy, tkanki i komórki.
Organizm człowieka stale : odbiera informacji z otaczającego środowiska, analizuje odebrane sygnały, reaguje na odebrane sygnały.
W odbiorze i przekazywaniu informacji największą rolę odgrywają wyspecjalizowane układy regulacyjne – układ nerwowy, układ hormonalny, układ immunologiczny i ściśle z nimi powiązane czynnościowo wyspecjalizowane narządy zmysłów
Homeostaza – zdolność do zachowania stałego środowisk wewnętrznym mimo zmieniającego się środowiska zew ; najważniejsze parametry wewnętrznego środowiska organizmu :
temperatura ciała
pH krwi i płynów ustrojowych (stałe pH)
ciśnienie osmotyczne
objętość płynów ustrojowych
stężenie związków chem w płynach ustrojowych (stałe stężenie jonów)
ciśnienie tętnicze krwi
ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla we krwi
Stężenia zwrotne – regulacja procesów fizjologicznych= ujemne sprzężenie zwrotne – podwyższenie poziomu określonej substancji (czynnika) jest ograniczone przez mechanizmy powodujące obniżenie jego poziomu
Temperatura wew organizmu
spadek temp wew termogeneza Drzeniowa, bezdrżeniowa, stroszenie włosów, wzrost temp metabolizmu temp właściwa (set point) czyli 37,0 stopni C
wzrost temp wew utrata ciepła na drodze parowania temp właściwa (set point) czyli 37,0 stopni C
dodatnie sprzężenie zwrotne – wzrost poziomu określonej subst (czynnika) powoduje uruchomienie mechanizmów, które ten wzrost podtrzymują; np. interakcje między hormonami płciowymi
estrogeny hormon luteinizujący LH (przed owulacją)
estrogeny zwiększone wydzielanie LH zwiększone wydzielanie estrogenów sutek = rozwój pęcherzyka jajnikowego i przygotowanie do owulacji
fizjologiczne systemy kontroli (układy regulacji) złożone z elementów spotykanych w inżynierii
detektor z pkt nastawczym (np. podwzgórze – wrażliwe)
jednostka kontrolna (układ nerwowy, analiza zmian)
system efektorowy (różne rodzaje efektorów)
Sprzężenia zwrotne w organizmie człowieka funkcjonują przez :
przewodnictwo nerwowe (cyfrowe przetwarzanie inf) np. odruch zgięcia kończyny pod wpływem bodźca mechanicznego
działanie hormonu (analogowe przetwarzanie inf) np. wydzielanie soku trzustkowego pod wpływem sekretyny
przewodnictwo nerwowe i działanie hormonu (cyfrowo-analogowe przetwarzanie inf) np. regulacja ciśnienia osmotycznego osocza przez wazopresynę
Fizjologia układu nerwowego.
Układ nerwowy odpowiada za :
odbieranie, ocenę, przekazywanie, przetwarzanie inf
gromadzenie inf (pamięć)
kontrolę prawie wszystkich czynności organizmu
Podział ze względu na czynność
= somatyczny :
zapewnia łączność organizmu ze środowiskiem zew
unerwia mięśnie szkieletowe, skórę
czynności zależne od woli zwierzęcia
= autonomiczny (wegetatywny) :
współczulny i przywspółczulny
unerwia mięśnie gładkie, mięsień sercowy, gruczoły wydzielnicze
kontroluje metabolizm
czynności niezależne od woli zwierzęcia
podział pod względem anatomicznym
= układ nerwowy obwodowy – nerwy czaszkowe (12 par), nerwy rdzeniowe (31 par), zwoje i sploty autonomiczne
= układ nerwowy ośrodkowy – skład : rdzeń kręgowy, mózgowie (pień mózgu-rdzeń przedłużony, most, śródmózgowie, układ siatkowy pnia mózgu ; móżdżek ; międzymózgowie ; jądra podstawy mózgu ; kora mózgowa
Neuron – podstawowa jednostka strukturalna i czynnościowa układu nerwowego
- cecha – pobudliwość (zdolność do generowania i przewodzenia impulsów nerwowych)
- cecha neuronu i jego wypustek – jednokierunkowe przewodzenie informacji (ortodromowe : od ciała komórki do zakończeń aksonu)
Dendryt – element neuronu, rozgałęziona(zazwyczaj)struktura, przenosi sygnały otrzymane z innych neuronów przez synapsy do ciała komórki, której jest częścią ; przejmuje inf z receptorów (zgodnie z
kierunkiem) od receptorów do ciała komórki
Neuryt – (akson) – przekazuje informację dalej – w kierunku : od ciała komórki do narządu wykonawczego lub zakończenia synaptycznego
Powstawanie impulsu nerwowego
Pobudzenie i wędrówka impulsu wzdłuż nerwu polega na szybkim przesuwaniu się reakcji fizykochemicznej : zmiana różnicy potencjałów między wnętrzem i zewnętrzną powierzchnią błony komórkowej włókna nerwowego
potencjał spoczynkowy błony
Białka – duże rozmiary, mało ruchliwe – stąd ładunek ujemny(z jonów organicznych
Potencjał (-70mV) dla komórki nerwowej
Na+ - 10 x więcej niż w komórce
Cl- - 30 x więcej niż w komórce
K+ - 30 x więcej iż na zewnątrz , bardzo ruchliwe
Potencjał błonowy utrzymuje się przez :
- różnicę stężeń jonów Na+ i K+ po obu stronach błony kom
- selektywną przepuszczalność błony dla jonów Na+ i K+
- czynny transport jonów Na+ i K+ przez błonę w kierunku przeciwnym gradientowi ich stężeń
2. proces depolaryzacji - pobudzenie
Fragment bony całkowicie zdepolaryzowanej
Depolaryzacja :
- otwarcie furtek sodowych – przepuszczalność błony aksonu dla jonów Na wzrasta ok. 500 x (aktywacja sodu)
- przepuszczalność dla jonów K utrzymuje się na poziomie spoczynkowym (więcej Na+ wnika do komórki niż ucieka z niej K+) – zmiana potencjału wewnątrz kom nerwowej z ujemnego na dodatni … trwa to ułamki sekund
3. repolaryzacja – mechanizm pompy sodowo-potasowej
Na zewnątrz przewaga ładunków dodatnich:
Pompa sodowo-potasowa – układ wymieniający jony, usuwa przeciwko gradientowi stężeń jony Na+ z komórki do płynu zewnątrzkomórkowego i jony K+ z zewnątrz do wnętrza komórki
Enzym błonowy adenozynotrifosfataza aktywowana przez sód i potas (Na-K-ATP-aza) – nośnik transportujący jony, umożliwia działanie pompy sodowo-potasowej (energia z rozkładu ATP do ADP w obecności jonów Mg zawartych w płynie wewnątrzkom.
np. drganie powiek, skurcze-obniżenie poziomu Mg) 1 cząst ATP starczy na przeniesienie 2 cząst K i 3 cząst Na
Optymalna praca pompy wymaga :
- stałego dopływu tlenu i subst energetycznych (glukoza)
- stałego odprowadzania CO2 z komórki
- stałej resyntezy ATP z ADP i fosforanu w procesie oddychania komórkowego
- odpowiedniego stosunku kationów K+ do Na+ w płynie zewkom
- odpowiedniej temp do procesów enzymatycznych zewkom (37stopni C)
Zatrzymanie pracy pompy sodowo-potasowej
- wyrównanie stężeń jonów Na i K po obu str błony neuronu zanim różnicy potencjałów elektrycznych
- utrata pobudliwości komórki (proces nieodwracalny) w komórkach nerwowych (trwa to od kilku sek do kilku min ; w kom mięśni szkieletowych kilkadziesiąt minut)
Praca pompy – nakład 30 % całego metabolizmu komórek, tkanek pobudliwych
Czynniki wpływające na prędkość przewodzenia impulsu we włóknie nerwowym :
= rodzaj włókna
włókna mielinowe – posiadają otoczkę mielinową, rdzenne, przewodzenie skokowe (od cieśni do cieśni) , przewodzenie szybsze- do 120 m/s
włókna bezmielinowe – brak osłonki mielinowej, bezrdzenne, przewodzenie ciągłe wzdłuż nerwu, wolniejsze – 0,5-2m/s
= grubość włókna nerwowego
włókna grubsze – szybsze przewodzenie impulsu, najgrubsze włókna mielinowe, włókna ruchliwe, do 120m/s, czuciowe 25-60m/s, włókna układu współczulnego 0,85-2,5 m/s
Przewodzenie impulsu we włóknach nerwowych (bezrdzennych) – fala depolaryzacji i repolaryzacji przesuwa się w sposób ciągły
Przewodzenie impulsu we włóknach nerwowych (rdzennych) – skokowe przewodzenie impulsu
przewężenie Ranviera – największa gęstość kanałów jonowych
osłonka mielinowa – izolator, mała gęstość kanałów jonowych (brak ruchu jonów przez błonę komórkową)
Temperatura wpływa na przewodnictwo nerwowe
prędkość rośnie wraz ze wzrostem temp – do 40 stopni C
powyżej 40 stopni C – zaczyna maleć prędkość stopniowo
przewodnictwo ustaje
> 50 stopni C (denaturacja białka)
< 5 stopni C (u zwierząt stałocieplnych)
< 0 stopni C (u zwierząt zmiennocieplnych)
Synapsa – przekazywanie impulsu z neuronu na neuron lub narząd wykonawczy odbywa się przez „styki” (czyli synapsę)
Budowa
a. neuron presynaptyczny
b. neuron postsynaptyczny
1. mitochondriom
2. pęcherzyk synaptyczny z mediatorem
3. kanał wapniowy
4. autoreceptor
5. obszar uwalniania neurotransmitera
6.szczelina synaptyczna
7. receptury neurotransmitera (mediatora)
Impuls nerwowy zakończenie presynaptyczne uwalnia z pęcherzyków przy udziale jonów Ca cząst mediatora do szczeliny synaptycznej mediator reaguje z receptorami błony postsynaptycznej wywołując w niej zmiany przepuszczalności jonowej Na i K oraz zmianę potencjału spoczynkowego błony postsynaptycznej (depolaryzację) impuls nerwowy
komórka nerwowa może uwalniać na swych zakończeniach synaptycznych jednocześnie kilka przekaźników chemicznych
mediator po wzbudzeniu potencjału czynnościowego ulega rozkładowi enzymatycznemu lub wtórnej resorpcji w zakończeniach presynaptycznych
przejście impulsu przez synapsę trwa ok. 0,5-1 m/s – tzw opóźnienie synaptyczne
Mediatory pobudzające – depolaryzują błony postsynaptyczne
- acetylocholina, adrenalina, noradrenalina, serotonina, dopomina, kwas asparaginowy i glutaminowy
Mediatory hamujące – hiperpolaryzują błony postsynaptyczne
- kwas gammaaminomasłowy, glicyna, beta alanina
Mediator hamujący zwiększa przepuszczalność tylko dla jonów K+ i Cl- hiperpolaryzacja błony postsynaptycznej (potencja bardziej ujemny) ; błona staje się mniej pobudliwa i trudno wywołać w niej potencjał czynnościowy
Rodzaje połączeń synaptycznych
= nerwowo-nerwowe – połączenia między dwoma kom nerwowymi
= nerwowo-mięśniowe – połączenie między kom nerwową i mięśniową
= nerwowo-gruczołowe – połączenie między kom nerwową i gruczołową
Podział synaps nerwowo-nerwowych ze względu na umiejscowienie ich na neuronach
aksono-aksonalne
aksono-somatyczne
aksono-dendrytyczne
dendryto-dedrytyczne ( w opuszce węchowej i we wzgórzu)
Synapsa nerwowo-mięśniowa
1. akson
2. połączenie synaptyczne
3.mięsień szkieletowy
4.mikrofibryla
Ośrodkowy układ nerwowy
1. mózgowie
2. ośrodkowy układ nerwowy
3. rdzeń kręgowy
Układ nerwowy wegetatywny (autonomiczny)
unerwia mięśnie gładkie, wszystkie narządy wew, naczynia krwionośne, serce, gruczoły wydzielania wew i zew
reguluje metabolizm tkanek i kom organizmu
rozsiany w całym organizmie człowieka
nie jest związany ze świadomością, nie podlega woli
brak ścisłej lokalizacji w ośrodkowym układzie nerwowym
dwuneuronowa droga odśrodkowa dla impulsów (włókno przedzwojowe, zwój obwodowy, włókno zazwojowe)
włókna przedzwojowe – włókna mielinowe, mediator – acetylocholina ( ACh)
włókna zazwojowe – bezmielinowe, mediatory : noradrenalina (NA) w układzie współczulnym, acetylocholina (ACh) w układzie przywspółczulnych ciągły stan napięcia czynnościowego
układ współczulny (sympatyczny) i przywspółczulny (parasympatyczny) – działanie antagonistyczne
wszystkie narządy unerwiane przywspółczulnie mają unerwienie współczulne, ale nie wszystkie narządy unerwiane współczulnie mają unerwienie przywspółczulne (tętnice i żyły)