Fizjologia człowieka
Metabolizm stanowi istotę życia. Jest całokształtem przemian materii i energii zachodzących w organizmie. Wszystkie procesy metaboliczne łączą się w organizmie w całość i wzajemnie się warunkują. Metabolizm składa się z procesów katabolicznych i anabolicznych.
Anabolizmem nazywamy zespół reakcji, w których są syntetyzowane składniki komórkowe o skomplikowanych strukturach, ze składników o prostych strukturach, dopływających do komórki z zewnątrz lub powstających w reakcjach katabolicznych w komórce. Reakcje te wymagają energii, nazywane są endoergicznymi.
Przykładem reakcji anabolicznych jest: fotosynteza, synteza białek, synteza lipidów.
Katabolizm - to zespół reakcji, w których następuje degradacja dużych i skomplikowanych związków do mniejszych. W czasie reakcji katabolicznych wydzielana jest energia, która magazynowana jest w wysokoenergetycznych związkach fosforanowych. Reakcje kataboliczne nazywamy egzoergicznymi.
Produkty reakcji katabolicznych są najczęściej związkami wydalanymi przez organizm. Przykładem reakcji katabolicznych są: utlenianie glukozy, utlenianie lipidów, hydroliza wody.
Intensywność przemian metabolicznych zależy od: wieku organizmu, pory roku, stanu zdrowia, płci.
W organizmie równocześnie część związków ulega rozpadowi, a część odnowie. Mogą występować stany:
Anabolizm > Katabolizm - więcej jest w organizmie reakcji anabolicznych, czyli więcej związków powstaje niż się rozpada. Taka sytuacja występuje w czasie wzrostu, w czasie rekonwalescencji po chorobie, w okresie jesiennym przed zimą.
Anabolizm < Katabolizm - więcej jest w organizmie reakcji katabolicznych niż anabolicznych, czyli więcej się związków rozpada niż powstaje. Taka sytuacja występuje w okresie starzenia się organizmu, w czasie choroby, w czasie wysiłku fizycznego.
Anabolizm = Katabolizm - jest stanem, w którym utrzymuje się w komórce i organizmie zawartość związków chemicznych na stałym poziomie. Jest to stan idealny.
Reakcje metaboliczne zachodzące w komórce są ściśle uzależnione od pobierania przez nie i przekształcania energii. W komórkach istnieją związki określane jako “akumulatory energii”, przez które przepływa strumień energii. Są one przenośnikami energii, która zawarta jest w wysokoenergetycznych wiązaniach fosforanowych. Uwalnianie energii z “akumulatorów” odbywa się w trakcie hydrolizy. Związkami przenoszącymi i magazynującymi energię są:
ATP (adenozynotrifosforan)
GTP (guanozynotrifosforan)
CTP (cytydynotrifosforan)
Powstawanie wiązań wysokoenergetycznych odbywa się przez przyłączenie reszty fosforanowej, nazywane jest fosforylacją.
Enzymy
To proste lub złożone białka nazywane pierwotnie fermentami, obecnie biokatalizatorami.
Powstają w komórce (organizmie), katalizują (wspomagają) przebieg reakcji metabolicznych.
Enzymy zbudowane są z części białkowej nazywanej apoenzymem. W części białkowej występuje centrum aktywne. Jest to przestrzenny układ kilku reszt aminokwasowych
charakterystycznych dla danego enzymu. W niektórych enzymach oprócz centrum aktywnego występuje w apoenzymie centrum allosteryczne, do którego przyłączają się drobnocząsteczkowe związki wpływające na aktywność enzymu, nazywane efektorami.
Część enzymów oprócz grupy białkowej (apoenzymu) zawiera dodatkowo część niebiałkową, nazywaną koenzymem (gdy białko i część niebiałkowa połączone są luźno wiązaniem dysocjującym) lub grupą prostetyczną (gdy białko i część niebiałkowa połączone są trwale).
Cechy enzymów:
- enzymy obniżają energię katalizowanych reakcji, tzw. energię aktywacji (zmniejszają energię potrzebną do rozpoczęcia reakcji),
- enzymy mogą działać wielokrotnie,
- enzymy wykazują dużą aktywność katalityczną, przyspieszają reakcje chemiczne co najmniej milionkrotnie,
- warunkują większą skuteczność przebiegu reakcji.
Na aktywność enzymów wpływa:
- temperatura. Każdy enzym działa w określonej temperaturze. Im wyższa temperatura, tym wzrasta aktywność enzymów. Wysoka temperatura (ok. 40°C) niszczy enzymy powodując denaturację białka.
- kwasowość środowiska (pH). Enzymy działają w określonym środowisku: zasadowym (pH 7,1-14), kwasowym (pH 1-6,9) lub obojętnym (pH=7). Zmiana pH środowiska powoduje obniżanie aktywności enzymów.
- stężenie substratu - wraz ze wzrostem stężenia substratu do określonej wartości, wzrasta aktywność działania enzymu.
Aktywność enzymów jest hamowana przez inhibitory. Są to związki przestrzennie podobne
do substratów, mogą w sposób czasowy lub trwały połączyć się z enzymem.
Odżywianie
Jest procesem polegającym na pobieraniu przez organizm substancji potrzebnych do wzrostu,
rozwoju i utrzymania funkcji życiowych. Odżywianie może być samożywne lub cudzożywne.
Autotrofizm nazywany jest samożywnością. Jest sposobem odżywiania się organizmów, polegający na syntezie związków organicznych z prostych związków nieorganicznych z wykorzystaniem energii świetlnej (fotosynteza) lub chemicznej (chemosynteza).
Heterotrofizm jest procesem polegającym na pobieraniu substancji organicznej z zewnątrz przez organizmy cudzożywne tworzące grupę konsumentów. Do organizmów cudzożywnych zaliczamy: większość bakterii, grzyby, nieliczne rośliny, wszystkie zwierzęta. Organizmy cudzożywne potrzebują organicznych związków węgla i azotu. Cudzożywność występuje pod
różnymi postaciami, wywołując rozmaite przystosowania u poszczególnych organizmów pozwalając zdobyć pokarm. Zdobywanie pokarmu nazywamy odżywianiem, czyli pobieraniem przez organizm substancji potrzebnych do wzrostu, rozwoju i utrzymania funkcji życiowych. Organizmy cudzożywne mają wiele sposobów zdobywania pokarmu.
Istnieją organizmy nazywane:
saprobiontami, drapieżnikami, roślinożercami, pasożytami, glebożercami, mułożercami, płynożercami.
Układ pokarmowy człowieka
służy do pobierania pokarmu, trawienia go (czyli rozkładu związków złożonych na proste, przyswajalne przez organizm) oraz wchłanianie do wnętrza komórek. Wchłonięty pokarm jest
materiałem budulcowym, energetycznym, zapasowym, regeneracyjnym, umożliwiającym przebieg reakcji biochemicznych w komórkach.
Układ pokarmowy rozpoczyna jama ustna, której funkcją jest rozdrobnienie pokarmu przy udziale zębów. U dorosłego człowieka wyróżniamy 32 zęby (w szczęce górnej są 4 siekacze, 2 kły, 4 zęby przedtrzonowe oraz 6 trzonowych). Ząb zbudowany jest z korony, szyjki oraz korzenia. Wnętrze zęba tworzy tkanka łączna (unerwiona, ukrwiona), nazywana miazgą.
Miazgę pokrywa zębina (element kostny), a od zewnątrz szkliwo (składnik wapniowo-fosforanowy). Rozdrobniony przy pomocy zębów pokarm ulega przekształceniu w tzw. kęsy, które mogą być połknięte. W tworzeniu kęsów pomaga język (mięsień pokryty nabłonkiem zaopatrzonym w receptory odbierające bodźce smakowe) oraz ślina. Ślina produkowana jest przez gruczoły ślinowe (śliniankę przyuszną, śliniankę podszczękową i śliniankę podjęzykową). Dziennie powstaje ok. 1,5 litra śliny, która ma odczyn lekko kwaśny.
Funkcją śliny jest:
- trawienie (obecny jest enzym ptialina, rozpoczynający trawienie cukru)
- formowanie śliskich kęsów
- nawilżanie pokarmu
- nawilżanie nabłonka
- niszczenie mikroorganizmów poprzez kwasowe środowisko.
Kolejnym odcinkiem układu pokarmowego człowieka jest gardło. Gardło jest miejscem
łączącym układ oddechowy z pokarmowym. Tutaj następuje połykanie kęsów pokarmowych, czyli przesuwanie ich do przełyku. W czasie przełykania otwór do układu oddechowego
(wejście do tchawicy) przykrywa nagłośnia. Następną częścią jest przełyk. Jest “rurką” mającą długość ok. 30 cm, ułożoną z tyłu tchawicy. Przełyk wykazuje ruchy perystaltyczne (tzw. robaczkowe), umożliwiające przesuwanie pokarmu do żołądka (bez względu na ułożenie ciała). Pokarm wędruje do żołądka ok. 6 sekund. W tym czasie regulowana jest
temperatura (przez układ krwionośny) spożywanego pożywienia, ogrzewanie lub ochładzanie.
Kolejnym odcinkiem jest żołądek. Tworzy niby worek podzielony na trzy części: wpustową, dno żołądka, odźwiernik. Ściana żołądka wysłana jest śluzówką zaopatrzoną w liczne gruczoły produkujące sok żołądkowy (ok. 3 litrów dziennie), mający silnie kwasowy charakter (pH ok. 1,5-2).
Sok żołądkowy zawiera:
- mucynę (śluzowatą glikoproteinę chroniącą śluzówkę przed HCl),
- HCl (kwas solny produkowany przez tzw. okładzinowe komórki gruczołów błony śluzowej żołądka). Kwas ten hamuje rozwój flory bakteryjnej, denaturuje białka, zapewnia odpowiednie pH dla enzymów, aktywuje pepsynogen,
- pepsynogen - nieaktywna forma enzymu, która pod wpływem HCl tworzy enzym rozpoczynający trawienie białek - pepsynę,
- podpuszczka - ścina mleko.
W żołądku pokarm przekształcany jest w papkę pokarmową. W zależności od stopnia złożoności pokarmu różny jest jego czas przebywania w żołądku. Średnia długość trawienia w żołądku wynosi od 1 do 4 godzin. Zdarza się, że pokarm “przebywa” w żołądku do 8 godzin.
Papka pokarmowa małymi porcjami, aby nie zobojętnić zasadowego pH, jest przesuwana do jelita cienkiego. Jelito cienkie ma długość ok. 7 m i średnicę 2,5 cm. Rozpoczyna się dwunastnicą, której długość dochodzi do 25 cm. W tej części pokarm miesza się z żółcią oraz sokiem trzustkowym. W dwunastnicy zachodzi trawienie właściwe: białek, lipidów oraz cukrów. W trawieniu uczestniczą: Żółć - produkowana w wątrobie. Magazynowana w woreczku żółciowym, który pod wpływem hormonu cholecystokininy, wydziela ją do dwunastnicy. Żółć zawiera: kwasy żółciowe, sole kwasów żółciowych, cholesterol, bilirubinę. Funkcją żółci jest emulgacja tłuszczów (rozbijanie dużych cząstek na małe). Enzymy występujące w soku trzustkowym, który dociera do dwunastnicy przewodem trzustkowym z trzustki. Sok ma odczyn zasadowy (pH = ok. 8). Enzymy te to: trypsyna, chymotrypsyna
(rozkładają białka), amylaza (trawiąca cukry), lipaza (trawiąca tłuszcze), deoksyrybonukleaza (trawiąca kwasy nukleinowe). Z dwunastnicy do jelita płynie mleczko pokarmowe zawierające proste związki organiczne, które mogą być przyswajane przez organizm.
Jelito cienkie za dwunastnicą nazywane jest jelitem czczym, a dalej krętym. W jelicie cienkim odbywa się końcowe trawienie oraz wchłanianie. Ścianki jelita cienkiego posiadają liczne (ok. 5 mln) wypustki, nazywane kosmkami jelitowymi. Kosmki jelitowe zwiększają powierzchnię jelita do ok. 10 m2, zwiększając jego powierzchnię chłonną. Każdy kosmek jest cienkościennym wyrostkiem zaopatrzonym w naczynie krwionośne oraz limfatyczne.
Wchłanianie składników pokarmowych odbywa się przez pory w błonie kosmka w procesie transportu aktywnego (tylko niektóre cukry proste mogą przedostawać się biernie do wnętrza
kosmka). Wchłaniane aminokwasy i cukry transportuje krew, a kwasy tłuszczowe limfa do wątroby. Wątroba “podejmuje” dalsze decyzje o “losie” wchłoniętych związków. Wątroba
magazynuje glukozę jako glikogen, przekształca aminokwasy, magazynuje tłuszcze. W
wątrobie zachodzi bardzo dużo procesów metabolicznych. Koniec jelita cienkiego wchodzi z
boku do worka, zwanego jelitem ślepym, na końcu którego jest wyrostek robaczkowy. Jelito ślepe rozpoczyna ostatni odcinek układu pokarmowego - jelito grube. Jest ono krótsze (ok. 1,5 m) i szersze (ok. 6,5 cm) niż jelito cienkie. Ułożone jest w kształcie odwróconej litery “U”. Jelito grube ma grubsze ściany. Jego rolą jest absorbowanie wody (w części zwanej okrężnicą) oraz gromadzenie mas kałowych w jelicie prostym - odbytnicy. Kał to resztki pokarmowe, flora bakteryjna, złuszczony nabłonek. Usuwanie mas kałowych nazywamy defekacją. Rolą przewodu pokarmowego w organizmie człowieka jest strawienie związków złożonych w celu dostarczenia do organizmu (w procesie wchłaniania) potrzebnych składników. Według dietetyków (specjalistów ustalających zapotrzebowanie pokarmowe dla organizmu) codziennie do organizmu powinniśmy dostarczyć ok. 60 różnych składników (w tym aminokwasów egzogennych, niezbędnych do budowy swoistych białek, których nadmiar jest codziennie przekształcany w wątrobie i usuwany w formie składników moczu). Uwzględnianie potrzeb pokarmowych organizmu oraz utrzymanie właściwej masy ciała umożliwia racjonalne żywienie.
Oddychanie
Oddychanie jest procesem wymiany gazowej między organizmem a otaczającym go środowiskiem. Wymiana gazowa zapewnia dopływ tlenu do tkanek oraz stałe usuwanie dwutlenku węgla na zewnątrz. Większość roślin, zwierząt i człowiek w procesie oddychania, nazywanym wewnątrzkomórkowym, czerpią niezbędną do życia, powstającą w procesie
utleniania substancji organicznych energię. Środowiskiem, z którego zwierzęta i rośliny pobierają tlen jest powietrze lub woda. Ilość tlenu w powietrzu jest na stałym poziomie i wynosi 21%, natomiast w wodzie jest wielokrotnie mniejsza i zależy od temperatury wody (w zimne jest go więcej) oraz obecności organizmów.
Płuca ssaków posiadają płuca pęcherzykowe, które są jednoczęściowe lub podzielone na płaty.
Płyny ustrojowe w organizmie człowieka
Płynami ustrojowymi w organizmie człowieka są: krew, limfa, płyny tkankowe.
Rolą płynów ustrojowych jest:
- transport gazów, substancji pokarmowych, produktów przemian metabolicznych, witamin, hormonów, soli mineralnych,
- regulacja ciśnienia osmotycznego
- udział w termoregulacji
- udział w obronie immunologicznej
- scalanie poszczególnych narządów w jedną, dobrze funkcjonującą całość, jaką jest organizm.
Układ krwionośny człowieka
Układ krwionośny u człowieka jest zamknięty. Składa się z naczyń krwionośnych oraz serca.
Wśród naczyń wyróżniamy:
Tętnice - są to elastyczne, dość grube naczynia, których ścianki zbudowane są z tkanki łącznej, mięśni i nabłonka. Wykazują się dużą sprężystością i wytrzymałością. Są naczyniami
wyprowadzającymi krew z serca.
Żyły - to naczynia, którymi doprowadzana jest krew do serca. Wykazują mniejszą sprężystość niż tętnice. Wewnątrz tych naczyń znajdują się zastawki uniemożliwiające cofanie się krwi.
Naczynia włosowate - nazywane tętniczkami lub kapilarami, łączą tętnice z żyłami. Dochodzą do komórek. Są bardzo małe z jedną warstwą śródbłonka, przez który swobodnie odbywa się transport substancji do i od komórki.
Serce - znajduje się w śródpiersiu. Waży ok. 300 g, jest narządem zbudowanym z tkanki mięśniowej, tworzącej 4 części (dwa przedsionki, dwie komory). Otoczone jest mocnym
łącznotkankowym workiem, tzw. osierdziem. Na powierzchni serca znajdują się liczne naczynia krwionośne, nazywane wieńcowymi. Między przedsionkami a komorami występują zastawki (w lewej części dwudzielna, a w prawej trójdzielna), również zastawki występują między komorami a tętnicami (nazywane są półksiężycowatymi). Praca serca polega na skurczach: najpierw przedsionków, następnie komór, po których następuje pauza - wówczas komórki serca “odpoczywają”. Pracujące serce pełni rolę pompy ssąco-tłoczącej krew, która przepływa przez serce z prędkością ok. 130-160 mm3/sek. Ilość “wyrzuceń” krwi z serca
wynosi ok. 70 razy w ciągu minuty i jest wyczuwane, jako tętno, na rytmicznie rozciąganych ściankach naczyń tętniczych, do których wtłaczana jest krew. Praca serca regulowana jest przez układ nerwowy, hormonalny oraz niezależny system, tzw. “rozruszniki serca”. W sercu
znajdują się dwa rozruszniki. Jeden leży w przegrodzie prawego przedsionka - nazywany jest węzłem zatokowo-przedsionkowym. Drugi znajduje się w przegrodzie między komorami - nazywa się węzłem przedsionkowo-komorowym. Drugi węzeł tworzy rozgałęzienia na całe serce w postaci pączka Hisa oraz włókien Purkiniego. Obecność rozruszników pozwala na automatyzm serca, czyli pracę tego narządu po wyizolowaniu z organizmu. Krążenie krwi u
człowieka krew krąży w dwóch obiegach: W obiegu płucnym rozpoczyna wędrówkę od prawego przedsionka do prawej komory, tętnicy płucnej, naczyń włosowatych w płucach, żył
płucnych, dociera do lewego przedsionka, skąd rozpoczyna bieg w krążeniu ustrojowym: po kolei lewy przedsionek, lewa komora, aorta rozgałęziająca się na trzy mniejsze: do mózgu,
do serca i do całego organizmu, naczynia włosowate w poszczególnych narządach, żyły, żyła czcza dolna, prawy przedsionek, prawa komora.
Wydalanie
Jest procesem pozbywania się zbędnych produktów przemiany materii oraz wody. W procesie wydalania zbędnych produktów przemiany materii uczestniczą: nerki, płuca, skóra, układ pokarmowy. Do zbędnych produktów metabolicznych należą: amoniak, mocznik, kwas moczowy, barwniki żółciowe, dwutlenek węgla, nadmiar wody. Gdyby wymienione substancje gromadziły się w organizmie, szybko osiągnęłyby wysokie stężenie (tzw. poziom toksyczny) zagrażający homeostazie wewnątrzustrojowej. Muszą więc być szybko wydalone z organizmu.
Układ wydalniczy człowieka
W wydalaniu zbędnych, szkodliwych składników z organizmu człowieka uczestniczy wiele
narządów. Są to:
- gruczoły potowe w skórze - wydalają zbędne produkty metaboliczne,
- układ pokarmowy - usuwa masy kałowe “wzbogacone” wydalonymi przez wątrobę barwnikami żółciowymi,
- płuca - wydalają CO2 oraz wodę,
- nerki - są najważniejszym narządem wydalniczym, wydalają azotowe produkty przemian materii (amoniak, mocznik, kwas moczowy).
Układ wydalniczy u człowieka tworzą: 2 nerki, 2 moczowody, 1 pęcherz moczowy, cewka moczowa.
Funkcją układu wydalniczego (moczowego) jest:
- wydalanie związków zbędnych, powstałych w procesach metabolicznych,
- regulowanie stężenia składników rozpuszczonych, obecnych w krwi w zależności od potrzeb ustrojowych
- utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej
- utrzymanie stałego ciśnienia osmotycznego, ogólnie określając, utrzymanie homeostazy (równowagi) w organizmie.
Budowa układu wydalniczego.
Nerki to parzyste, wielkości około 10 cm, fasolowatego kształtu narządy, ułożone w tylnej części jamy brzusznej po obu stronach kręgosłupa. Nerka od strony zewnętrznej nazywana jest częścią korową. Ta część jest ciemnoczerwona. Od strony wewnętrznej jest część rdzeniowa, utworzona z piramid nerkowych (trójkątnych struktur), które w części
wierzchołkowatej tworzą brodawkę nerkową. Na końcu brodawki jest otwór przez który
wydostaje się mocz do miedniczki nerkowej. Jednostką funkcjonalną nerki jest nefron, który zbudowany jest z torebki Bowmana połączonej z kanalikiem nerkowym, zbudowanym z trzech odcinków: kanalika I rzędu, pętli Henlego i kanalika II rzędu. Wewnątrz torebki znajduje się kłębuszek nerkowy utworzony z włosowatych naczyń tętniczych. Funkcją nerki jest tworzenie moczu.
Moczowody są parzystymi rurkami łączącymi nerki z pęcherzem moczowym. Wykazują ruchy perystaltyczne, przesuwając mocz do pęcherza.
Pęcherz moczowy - zbudowany z mięśni gładkich, posiada możliwość rozciągania się od wielkości orzecha do wielkości o pojemności 800 ml. W pęcherzu gromadzony jest mocz.
Cewka moczowa - jest ujściem dla moczu z pęcherza moczowego. U kobiet jest krótka i
otwiera się w przedsionku pochwy. U mężczyzn jest długa, ułożona wzdłuż prącia, służy do wyprowadzenia moczu oraz plemników. Pęcherz moczowy i cewka moczowa są unerwione przez układ wegetatywny i somatyczny. Czynność tych narządów może być do pewnego stopnia kontrolowana. Proces oddawania moczu można okresowo powstrzymywać lub
oddawać mocz przy niewypełnionym całkowicie pęcherzu.
Tworzenie moczu
Tworzenie moczu odbywa się w nefronie. Rozpoczyna się od procesu filtracji zachodzącego w torebce Bowmana. Torebka przystosowana jest do tego procesu odpowiednią budową. Ścianki torebki zbudowane są z wyspecjalizowanych komórek nabłonka z licznymi przestrzeniami osłoniętymi błoną o porowatej strukturze.
Wewnątrz torebki znajduje się kłębuszek nerkowy, który tworzą tętniczki doprowadzające, naczynia włosowate w kłębuszku, tętniczki odprowadzające oraz okołokanalikowa sieć naczyń włosowatych. Filtracja zachodzi pomiędzy siecią naczyń włosowatych w kłębuszku nerkowym a ścianą torebki Bowmana. Krew przepływa przez sieć naczyń kłębuszka pod dużym ciśnieniem, które wtłacza część osocza do torebki (do powstania dużego ciśnienia przyczynia się różnica obwodu naczynia krwionośnego wprowadzającego - większa i wyprowadzającego - mniejsza). Nie ulegają filtracji duże cząstki oraz komórki krwi, które nie mieszczą się w porach ściany naczynia włosowatego. Powstały przesącz nazywany jest moczem pierwotnym, a jego ilość w ciągu doby dochodzi do 180 litrów.
Kolejnym etapem w tworzeniu moczu jest resorpcja. Ten proces zachodzi w kanalikach nerkowych i jest możliwy dzięki aktywnemu transportowi i procesom wchłaniania zwrotnego. Resorpcja umożliwia precyzyjną regulację chemicznego składu krwi. Związki potrzebne są pobierane, a niepotrzebne wydalane.
Kolejny etap to zagęszczanie, czyli tworzenie moczu ostatecznego, dziennie około 1-2 litrów. Ilość powstającego moczu ostatecznego zależy od temperatury otoczenia, ilości wypitych płynów i regulowana jest hormonalnie.
Mocz zawiera ok. 96% wody, ok. 2,5% azotowych produktów metabolicznych (głównie mocznik oraz w niewielkich ilościach amoniak i kwas moczowy), zawiera kreatyninę, kwas hipurowy, indykan oraz związki nieorganiczne: siarczan, fosforany, chlorki, magnez, wapń, potas. Śladowe ilości barwników żółciowych nadają mu charakterystyczną barwę oraz zapach. Obecność w moczu białka, cukru, bilirubiny, acetonu świadczy o zmianach chorobowych nerek.
Rozmnażanie człowieka
Człowiek rozmnaża się płciowo. Jest organizmem rozdzielnopłciowym. Dojrzałość, czyli zdolność do rozmnażania, osiąga w wieku 16-18 lat.
Układ rozrodczy męski.
Jądra są parzystymi gonadami produkującymi plemniki. Wnętrze jądra tworzą kanaliki nasienne wysłane nabłonkiem, z którego powstają plemniki (proces ten nazywamy spermatogenezą). Plemniki przechodzą z jądra do systemu większych przewodów tworzących
najądrza, tutaj ostatecznie dojrzewają. Od każdego najądrza odchodzi nasieniowód, kanał doprowadzający plemniki do przewodu wytryskowego, wcześniej nasieniowód łączy się z ujściem pęcherza nasiennego. Dalej wspólnie uchodzą do przewodu wytryskowego. Przewód wytryskowy przechodzi przez gruczoł krokowy, który nazywany jest prostatą; wytwarza on substancje uaktywniające plemniki po ejakulacji (wytrysku nasienia) w drogach rodnych kobiety. Za gruczołem krokowym, przewód wytryskowy łączy się z cewką moczową. W tym miejscu znajdują się gruczoły Cowpera, tzw. opuszkowo-cewkowe, produkujące alkaliczne substancje. Cewka moczowa pełni podwójną funkcję - jest kanałem wyprowadzającym mocz oraz nasienie. Cewka ułożona jest w prąciu. Prącie jest narządem kopulacyjnym służącym wprowadzaniu spermy do żeńskich dróg rodnych. Prącie zbudowane jest z trzonu zakończonego w przedniej części żołędzi, przykrytej luźnym fałdem skórnym, nazywanym napletkiem. Wnętrze prącia tworzą ciała jamiste, które w czasie pobudzenia płciowego wypełniają się krwią umożliwiając wzwód prącia (erekcja). W czasie wzwodu z jednoczesnym pobudzeniem płciowym dochodzi do ejakulacji (wytrysku nasienia). Nasienie nazywane jest spermą, zawiera plemniki (ok. 300 milionów) zawieszone w wydzielinie produkowanej przez pęcherzyki nasienne, prostatę oraz gruczoły Cowpera. Wydzielina pełni funkcję ochronno-odżywczą. Plemnik to haploidalna gameta męska (oogameta), wielkości 80 mikrometrów. Zdolny do życia przez 2-3 dni. Plemnik składa się z główki zawierającej jądro oraz położonego na szczycie komórki akrosomu, zaopatrzonego w enzym ułatwiający “wejście” do komórki jajowej. Za główką znajduje się wstawka, zawierająca liczne mitochondria (magazyny energii, potrzebnej do ruchu) oraz witka, umożliwiająca poruszanie. Rozwój układu rozrodczego męskiego odbywa się pod wpływem hormonów. Rozpoczyna się w okresie płodowym od wytwarzania narządów rozrodczych, zstąpienia jąder do moszny. Później w okresie dojrzewania (ok. 14-16 roku życia) następuje dalszy rozwój, wzrost narządów oraz stymulacja spermatogenezy.
Układ rozrodczy żeński.
Jajniki są parzystymi gonadami produkującymi gamety - komórki jajowe oraz hormony.
Jajniki są owalne, ułożone w dolnej części jamy brzusznej, przymocowane wiązadłami do umięśnionej ściany macicy. Jajnik okryty jest pojedynczym nabłonkiem. Wnętrze zaś tworzy tkanka łączna, w której rozproszone są komórki jajowe w różnych stadiach rozwoju. Rozwijająca się komórka jajowa wraz z otaczającymi ją komórkami tworzy pęcherzyk
jajnikowy, który w dojrzałym stadium nazywany jest pęcherzykiem Graafa. Wydalenie dojrzałej komórki jajowej z pęcherzyka nazywamy owulacją. Proces dojrzewania komórki
jajowej nazywamy oogenezą. Kolejnym narządem są jajowody, tworzące 12-centymetrowe kanały, przez które przechodzą komórki jajowe. W jajowodzie komórka będzie zapłodniona lub degeneruje. Jajowód rozpoczyna lejkowate, orzęsione wejście skierowane do jajnika, a kończy wejście do macicy. Ściany jajowodu są zdolne do wykonywania ruchów perystaltycznych. Macica jest pojedynczym narządem, posiadającym wielkość “pięści” oraz kształt gruszki. Ułożona jest centralnie w jamie miednicznej. Macicę tworzą mięśnie gładkie, które wewnątrz pokryte są błoną śluzową nazywaną endometrium, zmieniającą się w ciągu cyklu miesiączkowego, przygotowując się do ewentualnej ciąży. Macica jest narządem, w którym rozwija się zarodek. Dolna część macicy tworzy tzw. szyjkę, którą łączy się z pochwą. Pochwa to pojedynczy narząd kopulacyjny. Jest mięśniem wysłanym nabłonkiem zaopatrzonym w liczne gruczoły śluzowe. Stanowi miejsce “składania” nasienia w czasie aktu
płciowego oraz drogę narodzin noworodka. Łączy macicę z zewnętrznymi narządami płciowymi, nazywanymi sromem. Wejście do pochwy zasłania elastyczny pierścień nazywany błoną dziewiczą.
Zewnętrzne narządy płciowe tworzą:
- delikatne wargi sromowe mniejsze, otaczające wejście do pochwy i cewki moczowej,
- większe, grubsze, owłosione wargi sromowe większe, otaczające wargi sromowe mniejsze,
- łechtaczka znajdująca się nad wargami sromowymi mniejszymi; ma podobną budowę jak prącie u mężczyzny; zawiera wewnątrz ciała jamiste, które w czasie pobudzenia płciowego wypełniają się krwią. Łechtaczka pełni rolę ośrodka pobudzania płciowego. Nad łechtaczką znajduje się wypukłość tkanki tłuszczowej nazywana wzgórkiem łonowym, na którym w okresie dojrzewania porasta owłosienie.
Komórką rozrodczą żeńską jest komórka jajowa. Jej wielkość dochodzi do 200 mikrometrów. Powstaje już w czasie życia płodowego, jako oogonium oraz oocyt pierwszego rzędu. Dalszy rozwój następuje w okresie dojrzewania (w wieku 12-16 lat). Ustala się wówczas miesięczny cykl rozwoju niektórych komórek jajowych w pęcherzykach jajnikowych.
Rozwój komórek odbywa się pod wpływem hormonów i trwa ok. 10 dni. Dojrzała komórka jest haploidalna, nie posiada zdolności poruszania się (oogameta). W czasie owulacji dostaje się do jamy miednicznej, skąd wychwytywana jest przez lejkowatą część jajowodu. Rozwój układu rozrodczego żeńskiego rozpoczyna się pod wpływem hormonów w okresie płodowym od wytworzenia narządów i komórek płciowych. Kończy się w okresie dojrzewania.
Hormony w organizmie człowieka
U organizmów układy narządów współpracują w podtrzymywaniu procesów życiowych. Ta
współpraca jest możliwa dzięki układowi nerwowemu i hormonalnemu, które pełniąc funkcję nadrzędną wspólnie regulują wszelkie procesy metaboliczne zachodzące w pozostałych układach.
Hormon - jest substancją wydzielaną przez gruczoły dokrewne. Wytwarzany jest w bardzo małych ilościach, rozprowadzany przez krew, działa w innej części organizmu niż powstaje.
Hormony powodują:
- zmianę przepuszczalności błon komórkowych,
- powodują syntezę enzymów,
- wpływają na kolejność przebiegu regulacji biochemicznych,
- koordynują pracę poszczególnych narządów.
Hormony w zależności od:
- miejsca powstania dzielą się na: gruczołowe, tkankowe, neurohormony,
- składu chemicznego dzielą się na sterydowe (są pochodnymi cholesterolu) oraz białkowe (pochodne aminokwasów).
Mechanizm działania hormonów.
Lepiej znany jest naukowcom mechanizm działania hormonu sterydowego. Ten hormon
“wchodzi” do komórki, ale działa tylko w tej, w której znajdzie odpowiedni receptor przestrzennie dopasowany. Powstaje wówczas kompleks hormon-receptor, który przechodzi do jądra komórkowego, inicjując proces transkrypcji, a następnie translacji. Powstaje białko, które np. katalizuje określony typ reakcji. Mechanizm działania hormonu
białkowego nie został całkowicie wyjaśniony. Jest to skomplikowany proces rozpoczynający się od rozpoznania swoistej komórki przez określony hormon po receptorach umieszczonych na błonie komórkowej.
Regulacja wydzielania hormonów.
Ilość wydzielanych hormonów jest regulowana poprzez:
- Ujemne sprzężenie zwrotne.
Wszelkie informacje ze środowiska zewnętrznego i wewnętrznego organizm odbiera przy
pomocy receptorów (narządów zmysłów), czyli elementów układu nerwowego. Informacje te trafiają również do podwzgórza (gruczołu łączącego układ nerwowy z hormonalnym), które produkując odpowiednie neurohormony pobudza przysadkę (gruczoł nadrzędny w stosunku do pozostałych gruczołów dokrewnych). Przysadka wydziela odpowiednie hormony tropowe, docierające do gruczołów docelowych. Gruczoł docelowy produkuje hormon: białkowy lub sterydowy. Uwolniony hormon działa podwójnie - część hamuje wydzielanie hormonu
tropowego (produkowanego przez przysadkę - to jest ujemnie sprzężenie zwrotne), a druga część wyprodukowanego hormonu wywołuje określoną reakcję w komórce, organizmie.
- Hormony sprzężone parami.
W inny sposób odbywa się regulacja ilości tzw. hormonów sprzężonych parami. Są to hormony o przeciwstawnym działaniu. Osiąganie określonego stężenia przez jeden hormon jest bodźcem wywołującym wytwarzanie drugiego. Takimi parami są np.
- kalcytonina (obniża poziom wapnia we krwi) i parathormon (podwyższa poziom wapnia we krwi),
- insulina (obniża poziom glukozy we krwi) i glukagon (podwyższa poziom glukozy we krwi)
Gruczoły dokrewne człowieka
Gruczoły dokrewne są bardzo mocno ukrwione oraz pozbawione kanałów wyprowadzających. Wytwarzane hormony przekazywane są bezpośrednio do krwi. W rozwoju zarodkowym gruczoły wytwarzane są z 3 listków. Z ektodermy powstają np. przysadka mózgowa oraz część rdzenna nadnerczy.
Z entodermy powstają: tarczyca, przytarczyce, wysepki Langerhansa na trzustce.
Z mezodermy powstają: jajniki, jądra, część korowa nadnerczy.
Czynność gruczołów wydzielania wewnętrznego jest podporządkowana układowi nerwowemu. Łączy te dwa układy podwzgórze.
Układ nerwowy
Układ nerwowy jest zespołem wszystkich komórek nerwowych i narządów z nich utworzonych występujących w organizmie. Jednostką strukturalną i funkcjonalną układu nerwowego jest neuron, czyli komórka nerwowa. (budowa komórki nerwowej, patrz: tkanki zwierzęce). Komórki nerwowe charakteryzują się wysoką pobudliwością i zdolnością przewodzenia impulsów.
Impuls nerwowy jest to przetworzona energia bodźca. Impuls ma charakter elektryczno-chemiczny i jest wywoływany bodźcem progowym (czyli minimalną ilością energii, która go wywołuje). Przewodzenie impulsu odbywa się zgodnie z zasadą pompy sodowo-potasowej. Błona komórki nerwowej jest spolaryzowana oraz nieprzepuszczalna dla jonów Na+ i K+. Po zadziałaniu bodźca zmieniają się właściwości błony komórki nerwowej. Błona staje się przepuszczalna na krótkim odcinku dla jonów sodu i potasu, które zmieniają swoje miejsca. Sód przechodzi do wnętrza komórki, a potas wydostaje się na zewnątrz w innych proporcjach niż pierwotne. Te zmiany powodują depolaryzację błony. Po stronie zewnętrznej powstają ładunki ujemne, a wewnątrz dodatnie. Powstaje potencjał czynnościowy. Fala depolaryzacji przebiega wzdłuż całego włókna nerwowego. Komórka szybko wraca do stanu wyjściowego - zachodzi repolaryzacja. Działa tzw. pompa sodowo-potasowa, która usuwa jony sodu na zewnątrz, a wówczas jony potasu wnikają do wnętrza. Pompa sodowo-potasowa pracuje wbrew gradientowi, dlatego jej praca wymaga dużo energii ATP. Komórka jest ponownie spolaryzowana, utrzymuje potencjał spoczynkowy. Może odbierać kolejny bodziec i przekazywać impuls. Komórki nerwowe przekazują impuls wg zasady “wszystko albo nic”, co oznacza, że komórka zawsze reaguje na działanie bodźca w identyczny sposób. Nie ma znaczenia, czy jest to bodziec progowy czy nadprogowy - reakcja jest identyczna. Natomiast intensywność doznań zależy od liczby pobudzonych neuronów oraz częstości, z jaką ulegają one depolaryzacji. Między poszczególnymi neuronami przewodzenie impulsu ma charakter chemiczny i odbywa się w synapsach.
Budowa synapsy.
Neuron dochodzący do synapsy (akson) nazywany jest presynaptycznym, a neuron, który rozpoczyna się w synapsie nazywany jest postsynaptycznym (dendryt).
Wyróżniamy synapsy:
- elektryczne - w tych synapsach neurony prawie się stykają, możliwa jest wędrówka jonów z jednej komórki do drugiej. Szybko przekazywany jest impuls.
- chemiczne - w tych synapsach komórki są od siebie oddalone, między nimi powstaje szczelina synaptyczna. Zakończenie neuronu presynaptycznego tworzy kolbkę synaptyczną, w której są wytwarzane neuroprzekaźniki (mediatory - przekazywane w pęcherzykach synaptycznych), które łączą się z receptorem, powodując depolaryzację błony postsynaptycznej.
Obecnie znanych jest ok. 60 związków, które pełnią funkcję mediatorów. Są to np.: acetylocholina, noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina. Wśród poznanych mediatorów wyróżnia się neuroprzekaźniki pobudzające lub hamujące wzbudzanie potencjału
czynnościowego. Komórki nerwowe tworzą nerwy, wiązki zbudowane z setek aksonów otoczonych osłonką łącznotkankową. Natomiast skupione ciała komórek nerwowych nazywamy zwojami. Układ nerwowy dzieli się na ośrodkowy i obwodowy. W skład ośrodkowego układu wchodzi mózg oraz rdzeń kręgowy. Obwodowy układ nerwowy zbudowany jest z nerwów czaszkowych i rdzeniowych. Obwodowy układ nerwowy dzieli się na: somatyczny (odbierający informacje o zmianach w środowisku zewnętrznym) oraz autonomiczny (kontrolujący pracę organów wewnętrznych).
Mózg
Mózg znajduje się w czaszce. Otoczony jest 3 oponami (od zewnątrz twardą, pajęczą, miękką), między którymi znajduje się płyn mózgowo-rdzeniowy. Płyn ten pełni funkcję ochronną i odżywczą. Mózg średnio waży ok. 1360 gram.
Mózg tworzy pięć podstawowych części:
Kresomózgowie - tworzy półkule mózgowe, które są ważną częścią mózgu. Wyróżniamy półkulę prawą i lewą, oddzielone są podłużną szczeliną. Każda półkula podzielona jest przez bruzdy na 4 płaty: czołowy, ciemieniowy, skroniowy, potyliczny. Półkule od strony zewnętrznej są korą mózgową (tzw. istotą szarą), a ich wnętrze tworzy istota biała, utworzona z mielinowych aksonów komórek neuronowych ułożonych w wiązki.
Kora mózgowa - jest pofałdowana i podzielona funkcjonalnie na trzy rejony: pola czuciowe, pola ruchowe, pola kojarzeniowe. W korze mózgowej znajdują się liczne ośrodki odpowiedzialne za różne funkcje. W płacie potylicznym są ośrodki wzrokowe. W płacie skroniowym (nad uchem) są ośrodki słuchowe. W płacie czołowym znajdują się ośrodki termiczne oraz mechaniczne. Kora mózgowa posiada ośrodki wyższych czynności mózgowych: ośrodek pamięci, świadomości, pisania, kojarzenia, myślenia. W istocie białej mózgu są włókna neuronowe, które tworzą połączenia między ośrodkami komórkowymi a innymi częściami układu nerwowego. Pasmo istoty białej łączące obie półkule mózgowe nazywane jest ciałem modzelowatym lub spoidłem wielkim.
Międzymózgowie - tworzy wzgórze i podwzgórze. Wzgórze przekazuje impulsy czuciowe i ruchowe do kory mózgowej. Ułożone niżej podwzgórze stanowi ośrodek regulujący pracę narządów wewnętrznych. W tej części znajdują się gruczoły dokrewne: przysadka i szyszynka oraz ośrodki: głodu, sytości, termoregulacji, pragnienia, agresji oraz pobudliwości seksualnej.
Śródmózgowie. Tutaj przekazywane są z narządów zmysłów wrażenia słuchowe oraz wzrokowe. W tej części mózgu znajdują się ośrodki regulujące tonus mięśni oraz postawę.
Móżdżek - podobnie jak kresomózgowie, jest podzielony na dwie półkule. Pokryty substancją szarą z licznymi bruzdami. Jest drugą pod względem wielkości częścią mózgu. Odpowiada za koordynację mięśniową i ruchową. Znajdują się w tej części ośrodki równowagi.
Rdzeń przedłużony nazywany jest zamózgowiem. Znajdują się w rdzeniu ośrodki odruchów
bezwarunkowych. Ta część kontroluje pracę serca, proces wymiany gazowej, kichanie, kaszel, wydzielanie potu. Rdzeń przedłużony, śródmózgowie i międzymózgowie tworzą pień mózgu - wydłużoną część, stanowiącą podstawę, na której opiera się cały mózg. Wewnątrz mózgu znajdują się dwa układy pełniące funkcje pobudzające. Są to:
układ siatkowaty - jest skomplikowany szlakiem nerwowym w pniu mózgu. Docierają do niego informacje z rdzenia kręgowego. Komunikuje się z korą mózgową poprzez skomplikowane obwody nerwowe. Jego rolą jest pobudzanie gotowości czynnościowej wielu obszarów kory mózgowej. Ten układ odpowiedzialny jest za utrzymywanie stanu świadomości, czuwania oraz koncentrację uwagi.
układ limbiczny - jest elementem mózgu i międzymózgowia. Układ ten wpływa na emocjonalne aspekty zachowań (behawioru), takie jak zachowanie seksualne, rytmy biologiczne, odczuwanie przyjemności, obawa przed karą. Układ ten wpływa na ogólne wzmożenie aktywności.
Połączenia między ciałem a mózgiem polegają na krzyżowaniu się włókien, w wyniku którego prawa połowa mózgu dysponuje lewą częścią ciała, a lewa - prawą. Polegają również na “odwróceniu czynności” - najwyższe okolice kory mózgowej kierują najniżej położonymi częściami ciała. Znaczna większość ludzi jest praworęcznych (ok. 90%). U tych ludzi lepiej
rozwinięta jest półkula lewa.
Rdzeń kręgowy
Ma kształt grubego sznura ułożonego w kanale kręgosłupa. Otoczony trzema oponami, między którymi przestrzeń wypełnia płyn mózgowo-rdzeniowy. Płyn pełni funkcję ochronne i odżywcze. Funkcją rdzenia kręgowego jest:
- przewodzenie impulsów z mózgu
- kontrolowanie czynności odruchowych
Budowa rdzenia
Wewnątrz rdzenia znajduje się kanał środkowy otoczony istotą szarą ułożoną w kształcie
litery H. Istotę szarą otacza istota biała skupiona w wiązki tworzące drogi nerwowe: wstępujące do mózgu, zstępujące od mózgu.
Obwodowy układ nerwowy
obejmuje:
- receptory - których zadaniem jest odbieranie informacji o zmianach w środowisku zewnętrznym
- nerwy czuciowe - przekazują informację o zmianach w środowisku do ośrodkowego układu nerwowego
- 12 par nerwów czaszkowych - przekazują informację z okolic głowy oraz przesyłają “polecenia” z mózgu do mięśni.
- 31 par nerwów rdzeniowych - zawierają one włókna czuciowe, ruchowe oraz autonomiczne.
Wspólny pień nerwu rdzeniowego dzieli się na 3 gałęzie:
grzbietową - unerwiającą mięśnie grzbietu i skóry
brzuszną - unerwiającą mięśnie i skórę brzuszną, boczne okolice szyi, tułowia i kończyn,
autonomiczną - unerwiającą narządy wewnętrzne.
Autonomiczny układ nerwowy
Autonomiczny układ nerwowy pomaga w utrzymaniu homeostazy wewnątrzustrojowej. Funkcjonuje w sposób automatyczny i niezależny od naszej woli. Zorganizowany jest w postaci łuków odruchowych. Nie posiada włókien nerwowych dwuosłonowych. Informacje z narządów wewnętrznych przewodzą neurony wstępujące, natomiast neurony zstępujące tworzą dwa systemy (układy):
- układ współczulny (sympatyczny), którego funkcją jest pobudzenie aktywności narządów, mobilizowanie komórkowych źródeł energii. Te neurony hamują czynności trawienne, a pobudzają gotowość ruchową, np. zwiększają tempo krążenia krwi, zwiększają tempo wymiany gazowej, uwalniają rezerwy metaboliczne. Ośrodki tego układu znajdują się w piersiowo-lędźwiowej części rdzenia kręgowego.
- układ przywspółczulny (parasympatyczny) - nerwy tego układu pełnią odwrotne funkcje w stosunku do współczulnego. Hamują aktywność narządów wewnętrznych oraz aktywność ruchową. Wspomagają tworzenie rezerw energetycznych. Pobudzają procesy związane z trawieniem. Ośrodki tego układu znajdują się w śródmózgowiu, rdzeniu przedłużonym oraz części krzyżowej rdzenia kręgowego.
Układ współczulny i przywspółczulny działają w stosunku do siebie antagonistycznie. Cechą układu autonomicznego jest wykorzystywanie dwóch neuronów zstępujących przy
przekazywaniu impulsu od ośrodka do efektora.
Narządy zmysłów
Służą do odbierania określonych bodźców. Składają się najczęściej z dużej liczby komórek zmysłowych - receptorów, przy pomocy których rejestrują zmiany zachodzące w środowisku oraz przekazują impulsy do odpowiednich ośrodków mózgu i rdzenia kręgowego. Umożliwiają właściwe reagowanie na otrzymywane sygnały. Receptory wrażliwe na określony rodzaj bodźca nazywane są:
chemoreceptorami - wrażliwe na bodźce chemiczne
mechanoreceptorami - odbierają bodźce fizyczne: dotyk, światło, dźwięk,
termoreceptorami - odbierają wrażenia cieplne (ciepło, zimno).
Receptory smakowe
Receptory smakowe nazywane są kubkami smakowymi. Znajdują się na powierzchni języka.
Aby wywołać wrażenie smaku, substancje pokarmowe muszą być rozpuszczone w wodzie lub
ślinie. Człowiek odczuwa smak: słodki, słony, kwaśny i gorzki przy pomocy różnych kubków smakowych umiejscowionych w różnych częściach języka (po bokach - kwaśny, z tyłu -
gorzki, z przodu - słodki i słony). Lepsze wrażenie smakowe wywołują pokarmy ciepłe.
fizjologia mięśni
W organizmie występują trzy rodzaje tkanki mięśniowej: tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana szkieletowa, tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana sercowa i tkanka mięśniowa gładka. Mięśnie szkieletowe stanowią około 43% masy ciała dorosłego człowieka.
Pojedyncza komórka mięśniowa jest najmniejszą jednostką strukturalną mięśnia szkieletowego zdolną do skurczu. Ze względu na wydłużony kształt komórkę tą nazwano włóknem mięśniowym. Włókno mięśnia szkieletowego można zdefiniować jako: "(…) komórkę zdolną do zamiany energii chemicznej zmagazynowanej w formie ATP w energię mechaniczną skurczu, wynikiem czego jest ruch." Tak więc efektem pracy mięśni jest ruch całego organizmu bądź poszczególnych jego elementów. Powyżej zacytowana definicja nie jest jednoznaczna, gdyż w organizmie człowieka jest wiele innych komórek posiadających zdolność zamiany energii chemicznej, jednak komórka mięśniowa wykazuje wyjątkowo wysoki stopień złożoności związanych z mechanizmem skurczu.
Mięsień przechodzi ze stanu spoczynku w stan czynny objawiający się skurczem pod wpływem podniety (bodźca). Aby nastąpił pojedynczy skurcz włókna mięśniowego bodziec musi mieć odpowiednią siłę, określaną jako siłę progową lub podnietę progową powodującą depolaryzację błony włókna mięśniowego. Tak więc pod wpływem bodźca fizjologicznego dochodzi do pobudzenia błony komórkowej, czyli jej depolaryzacji.
Błona komórkowa mięśnia jest spolaryzowana elektronicznie. Jej powierzchnia zewnętrzna jest elektrododatnia, a wewnętrzna ujemnie. Taki stan nazywamy potencjałem spoczynkowym. Błona posiada różną przepuszczalność dla jonów: sodowych (+), potasowych (+) i chlorkowych (-). Jony sodowe przechodzą przez błonę wolniej niż jony potasowe i chlorkowe. Depolaryzacja owej błony polega na aktywnym transporcie jonów sodowych na zewnętrzną stronę błony, a jonów potasowych do wnętrza na skutek działania pompy jonowej (sodowo-potasowej), dzięki czemu po zewnętrznej stronie błony utrzymane jest duże stężenie jonów sodowych, a małe potasowych. Depolaryzacja przesuwa się po powierzchni błony i za pomocą cewek poprzecznych obejmuje wnętrze komórki.
Każde włókno składa się z wielu miofibryli, a w nich występują dwa rodzaje białek: cienkie nitki aktyny oraz grubsze nitki miozyny. Cząsteczki aktyny uwolnione od wpływu tropiny stykają się z głowami cząsteczek miozyny wywołując jej aktywność. Pod wpływem aktywnej miozyny są rozkładane adenozynotrifosforany (ATP) do adenozynodifosroranów (ADP) i fosforany. Głowy cząsteczek miozyny stykając się z cząsteczkami aktyny hydrolizują ATP i zmieniają swoją konformację wzglądem nitki miozyny, po czym wracają do poprzedniego położenia. Stykają się z innymi dalej położonymi cząsteczkami aktyny i ponownie zmieniają swoją konformację. Dzięki temu cienkie nitki aktyny wsuwają się pomiędzy nitki grubsze miozyny. Takie ślizgowe nasuwanie się nitek aktyny na nitki miozyny powoduje skracanie się komórki mięśnia i skurcz całego mięśnia.
Przejrzyście proces skurczu można przedstawić w kilku punktach:
1. Depolaryzacja błony włókna mięśniowego powoduje otwarcie kanałów jonowych dla wapnia. Wapń przenika z SR do sarkoplazmy (cytozolu).
2. Wapń jest związany przez centrum C w troponinie. Zmienia to konformację troponiny. Tropomiozyna oddzielająca (w stanie spoczynku) aktynę od miozyny zostaje wciśnięta do rowka aktynowego. Następuje odsłonięcie aktywnego obszaru miozyny i aktyny.
3. Miozyna i aktyna reagują ze sobą tworząc labilny kompleks aktyno-miozyny. Aktywność ATP-azy aktyno-miozyny wyzwala energię w wyniku hydrolizy ATP (adenozynotrójfosforan). Warto jednak dodać, iż w stanie spoczynku głowa miozynowa posiada związane ADP-Pi. W chwili reakcji miozyny z aktyną najpierw zostaje uwolnione Pi, a potem ADP. Dopiero uwolnienie ADP zmienia kąt ustawienia głowy miozynowej w stosunku do miofilamentu aktynowego.
4. Kąt ustawienia głowy miozyny względem aktyny ulega zmianie z ostrego na skośny. Jest to powodem mikroprzesuwu (10-nm przesunięcie) aktyny względem miozyny. Efektem tego jest mikroskurcz.
5. Suma mikroskurczów w poszczególnych sarkomerach daje skurcz całego miocytu.
6. Przyłączenie ATP do głowy miozyny i wypompowanie wapnia poza cytozol zmienia konformację troponiny - wybija to tropomiozynę z rowka aktynowego. Tropomiozyna ponownie rozdziela miozynę od aktyny. Kąt ustawienia główki miozynowej staje się znów prosty. Innymi słowy przyłączenie ATP do miozyny powoduje uwolnienie aktyny przez dysocjację kompleksu aktyny z miozyną. W pewnym sensie ATP zajmuje miejsce aktyny w miozynie.
W związku z przesuwaniem się miofilamentów aktynowych względem miofilamentów miozynowych w sposób przypominający ślizganie, Huxley i Hanson w latach sześćdziesiątych XX wieku stworzyli ślizgową teorię skurczu mięśni.
Możemy wyróżnić następujące skurcze:
- izotoniczny- następuje skrócenie mięśnia, a jego napięcie nie ulega zmianie.
- izometryczny- następuje wzrost napięcia mięśnia, ale zmienia się jego długość a przyczepy mięśnia pozostają w tej samej odległości
- tężcowy -silne i długotrwałe napięcie mięśnia
- kloniczny - seria krótkich skurczów mięśnia.
Dla mięśnia podstawowego źródło energii stanowią takie składniki pokarmu jak węglowodany, a po ich wyczerpaniu tłuszcze. Zgodnie z prawem zachowania energii, energia chemiczna zawarta w mięśniach ulega zamianie na mechaniczną i cieplną. Energia mechaniczna, z której może korzystać komórka mięśniowa w celu wykonywania określonej pracy powstaje w toku procesów biochemicznych powstających w związku z utlenianiem substancji pokarmowych. W obecności tlenu powstały w toku glikozy kwas pirogronowy ulega spaleniu na dwutlenek węgla i wodę. Przy braku tlenu proces glikolityczny zatrzymuje się na etapie powstawania kwasu pirogronowego, który ulega redukcji na kwas mlekowy. Im więcej zewnętrznej i wewnętrznej pracy wykonują mięsnie, tym więcej pobierają nośników energii (węglowodany i tłuszcze). Zapasy glikogenu zgromadzone w tkance mięśniowej ulegają stopniowemu wyczerpaniu, a na ich miejscu gromadzi się kwas mlekowy, który przenika następnie do krwi
Tak więc bezpośrednim źródłem energii potrzebnej do skurczów jest ATP. Najwięcej energii do resyntezy ATP dostarcza całkowity rozpad glukozy do końcowych produktów metabolizmu wewnątrzkomórkowego. Dzieje się to w czasie glikolizy tlenowej.
Wyniku narastającego wysiłku fizycznego zapotrzebowanie na energię jest tak duże, że transport do komórek nie nadąża. W tym stanie energia do resyntezy ATP czerpana jest w procesie glikolizy beztlenowej. Czerpanie energii w fazie beztlenowej jest mniej wydajne i ograniczone w czasie ze względu na zmniejszenie się pH w komórce na skutek gromadzenia się mleczanów.
W procesie tym pomocny jest fosforan kreatyny, który jest rodzajem wewnętrznego zapasu wiązań wysokoenergetycznych, z jakiego w razie potrzeby może być wytworzony ATP.
Działanie mięśni:
- kurczą się pod wpływem bodźców z centralnego układu nerwowego ( w warunkach laboratoryjnych skurcz może być wywołany przez drażnienie prądem elektrycznym )
- podlegaj woli
- są jedno -, dwu - bądź wielostanowe
- działają synergistycznie lub antagonistycznie
Położenie:
- mięśnie skórne
- mięsnie szkieletowe
Przyczepy mięśni:
- początkowy ( proksymalny) - końcowy ( dystalny)
- bezpośrednie ( za pomocą ścięgna)
- brzusiec (część kurczliwa, zbudowana z włókien poprzecznie prążkowanych)
- ścięgno / rozcięgno (łączy z kością i przenosi pracę mięśnia na kość)
Kształt mięśni:
- wrzecionowate, płaski, pierzasty, półpierzasty
- półścięgnisty, półbłoniasty, okrężne,
- jedno - lub wielobrzuścowy ( zawiera ścięgna pośrednie)
Narządy pomocnicze mięśni:
Powięzie ( błony z tkanki łącznej włóknistej) - otaczają mięśnie lub grupy mięśni
Kaletki maziowe (kształt pęcherzykowaty) - zmniejszenie tarcia
Pochewki ścięgien (obejmują ścięgna ) - zmniejszenie tarcia
Bloczki mięśni (punkty podparcia ) - zmiana kierunku działania mięśnia
Trzeszczki (kostki włączone w ścięgna mięśni)
Nazwy mięśni :
- od miejsca przyczepu : np. miesień mostkowo - sutkowo - obojczykowy
- położenia : np. miesień naramienny
- kierunku przebiegu włókien: np.. mięsień skośny zewnętrzny
- ogólnej postaci: np. mięsień półścięgnisty
- czynowi : np. mięsień prostownik palców
- ilości głów: np. mięsień dwugłowy ramienia
Miejsca o zmniejszonej odporności ( słabsze utkanie mięśni i powięzi):
- okolica pępka
- kreska biała
- kanał pachwinowy
- rozwór przełykowy przepony
Masa aparatu mięśniowego kręgowców stanowi około 40-50% całkowitego ciężaru ciała. W ciele jednego człowieka znajduje się około 400 mięśni poprzecznie prążkowanych. Większość z nich można podzielić na dwie grupy:
1. Zginacze doprowadzają one do zginania kończyn lub tułowia np. mięśnie proste brzucha
2. Prostowniki prostujące zgięte części ciała np. mięśnie prostowniki grzbietu
Topografia mięśni :
Mięśnie grzbietu:
- kolcowo - ramienne
- kolcowo - żebrowe
- prostownik grzbietu
Mięśnie klatki piersiowe:
- powierzchowne
- głębokie
- przepona
Mięśnie brzucha:
- boczne i przednie
- tylne
Mięsnie szyi.
Mięśnie głowy
- mięśnie wyrazowe (przynajmniej jeden przyczep skórny)
- mięsnie żwaczowe
Mięsnie kończyny górne i mięśnie kończyny dolnej
Zmęczenie mięśni
Podczas intensywnego wysiłku fizycznego, w warunkach deficytu tlenowego w mięśniach kręgowców powstaje kwas mlekowy. Jest to związek silnie toksyczny powodujący wystąpienie objawów zmęczenia mięsni. Kwas mlekowy przenika do krwi, a następnie transportowany jest do wątroby. W wątrobie ulega przemianie w glukozę. Glukoza znów przez krew transportowana jest do mięśni gdzie jest wykorzystywana jako substrat oddechowy. Kiedy spada zapotrzebowanie na ten cukier, jest on zamieniany na glikogen w czasie glikogenogenezy (glikogenezy) .
Objawy zmęczenia mięśni
- zmniejszenie zdolności mięśnia do przywracania pierwotnej długości, pojawienie się jego skłonności do powstawania tak zwanych przykurczy ( pozostawania w stania skurczonym)
- wydłużenie czasu skurczu i rozkurczu ( w tym refrakcji)
- przedłużanie okresu utajonego pobudzenia
- spadek siły skurczu mięśnia, ponieważ liczba kurczących się czyli pracujących włókien maleje
- zmniejszenie stopnia skrócenia mięśnia, czyli tzw. amplitudy skurczu
Tkanka mięśniowa należy do tkanek wysoko pobudliwych. Charakterystyczną jej cechą jest zdolność kurczenia się W zależności od budowy i właściwości fizjologicznych wyróżniamy tkankę mięśniowa gładką i poprzeczni prążkowaną. Szczególna odmiana mięśnia poprzeczni prążkowanego jest mięsień sercowy.
Mięśnie poprzecznie prążkowane stanowią umięśnienie szkieletu, na którym mają miejsce przyczepu. Są one unerwione przez somatyczną cześć obwodowego układu nerwowego. Charakteryzuje asie zdolnością do szybkiego kurczenia się i rozkurczania oraz zapewniają zwierzęciu możliwość ruchu i lokomocji. Aby wyjaśnić zjawisko poprzecznego prążkowania mięśnia i mechanizm skurczu mięśnia należy opisać główne cechy budowy komórki mięśniowej (zwanej włóknem mięśniowym), która jest podstawowa jednostką strukturalna tkanki mięśniowej. Włókna mięśniowe składają asie z kurczliwych elementów - miofibrylli, w których wyróżnia się mniejsze jednostki czynnościowe komórki mięśniowej - sarkomery. W skład sarkomeru wchodzą dwa rodzaje kurczliwych białek - długie i cienkie nici aktyny oraz krótkie i grube nici miozyny. Uporządkowane poprzeczne ułożenie tych dwóch białek daje pod mikroskopem obraz poprzecznego prążkowania (naprzemienne ułożenie jasnych i ciemnych odcinków). Znając ułożenie kurczliwych białek nie trudno wyobrazić sobie mechanizm skurczu mięśnia. Polega on na wciąganiu nici aktyny pomiędzy nici miozyny, co powoduje skracanie asie sarkomeru.
Zjawisku skurczu mięśnia towarzyszy cały szereg zmian w przepuszczalności błon wewnątrzkomórkowych i w metabolizmie komórki.
Zasadniczym warunkiem, który musi być spełniony, aby nastąpił skurcz mięśnia, jest obecność jonów wapnia i źródła energii. Bezpośrednim źródłem energii wykorzystywanym przez mięsień jest ATP. Zapasy jego są jednak niewielkie. Podczas pracy mięśnia energia uzyskiwana jest z przemian glukozy dostarczanej przez krew i uwalnianej z glikogenu mięśniowego.
Przy intensywnej pracy mięsni ilość dostarczanego przez krew tlenu jest niewystarczająca. W wyniku przemiany glukozy powstaje wówczas kwas mlekowy, który nagromadza asie i zakwasza środowisko. Mięśnie pracują coraz wolniej, i na koniec nie są one zdolne do dalszej pracy. Po krótkim wypoczynku, gdy nagromadzone kwaśne produkty przemiany materii zostaną usunięte i nastąpi odnowienie zapasów glikogenu mięśniowego - mięśnie znów mogą podjąć pracę.
Należy zaznaczyć, że nie cała ilość energii uwolnionej z ATP jest wykorzystywana do procesu skurczu mięśnia. Część tej energii (60 - 80%) uwalnia asie w postaci energii cieplnej. A wiec sprawność mięśni (ilość uwolnionej energii przekształconej w energię mechaniczną) wynosi ok. 20 - 40%. Jest ona więc stosunkowo wysoka, jeżeli porównamy ja ze sprawnością silników (maszyna parowa - 10%, silnik samochodowy 30%), tym bardziej że w maszynach parowych czy spalinowych zachodzi utrata energii cieplnej, a w organizmie jest ona wykorzystywana (np. na utrzymanie stałej temperatury ciała).
Tkanka mięśniowa gładka. Mięśnie gładkie nie mają przyczepów kostnych. Występują one w ścianach narządów wewnętrznych (ściany przewodu pokarmowego, ściany naczyń krwionośnych, układu wydalniczego i rozrodczego). Czynność mięśni gładkich jest niezależna od woli zwierzęcia. Mięśni gładkie są unerwione przez układ wegetatywny (zarówno przez część współczulną, jak i przywspółczulną). Zwykle jednak układ nerwowy reguluje tylko czynność mięśni gładkich, natomiast nie warunkuje jej gdyż, charakteryzują się one automatyzmem - zdolnością do samoistnych skurczów. Charakterystyczna cecha mięśni gładkich są ich powolne skurcze i rozkurcze. Zużywają one znacznie mniej energii niż mięśnie poprzecznie szkieletowe i mogą pracować przez długi czas bez objawów zmęczenia. Mechanizm skurczu jest identyczny jak w mięśniu poprzecznie prążkowanym. Jednostkami warunkującymi skurcz są te same elementy białkowe: aktyna i miozyna. Ułożenie ich nie jest tak regularne i uporządkowane jak w mięśniach szkieletowych - stąd brak zjawiska poprzecznego prążkowania.
Wyróżniamy następujące typy skurczów:
Skurcz pojedynczy - występuje, gdy w postaci fali depolaryzacyjnej dotrze do mięśnia impuls pojedynczy. U ssaków skurcz taki trwa 7 - 100 ms w zależności od rodzaju mięśnia i włókien, a niższych kręgowców 2 do 3 razy dłużej. Powstawanie licznych skurczów pojedynczych wymaga, żeby odstępy pomiędzy pobudzającymi je impulsami były większe od czasu trwania pojedynczego skurczu.
Skurcz tężcowy niezupełny - mamy z nim poczynienia, gdy w trakcie rozkurczania mięśnia dotrze do niego kolejny, wywołujący skurcz impuls a potem ponownie w fazie jego rozkurczu przesłany zostanie następny impuls elektryczny i tak dalej. Wymagane jest, aby seria tych impulsów działała z częstotliwością minimalnie większa niż maksymalny czas skurczu pojedynczego. Wtedy kolejne impulsy przypadają na fazę rozkurczu.
Skurcz tężcowy zupełny - mamy z nim docenienia, kiedy częstotliwość impulsów pobudzających uniemożliwia mięśniowi nawet częściowe rozkurczenie się. Pozostaje on wtedy w stanie stałego skurczu, którego wykres przypomina kształtem bardzo wydłużony skurcz pojedynczy.
Typy skurczów w zależności od typu umocowania:
Skurcz izotoniczny, - gdy jeden z zaczepów jest przymocowany a drugi nie ma żadnego mocowania, czyli mięsień niczego nie ciągnie. Stan napięcia pozostaje pomimo skurczu bez zmian.
Skurcz izometryczny, - w którym długość mięśnia nie zmienia się, natomiast napięcie rośnie.
Skurcz auksotoniczny, - w tym typie skurczu początkowa mięsień będzie angażował kolejne elementy kurczliwe, tak że napięcie będzie wzrastało pomimo braku zmiany długości. W momencie, gdy moc pozwoli na pokonanie ciężaru, do którego ten miesień jest przyczepiony zacznie się on skracać, pomimo że napięcie nie będzie już rosło. Ten typ skurczu najbardziej przypomina warunki naturalne.
Podstawą skracania się jakiegokolwiek mięśnia jest skurcz włókienka kurczliwego (miofibryli). W mięśniach prążkowanych poprzecznie włókienka te ułożone równolegle w pęczki zajmują do 85% objętości. Pojedyncza miofibryla składa się z ułożonych w regularny sposób filamentów białkowych dwojakiego rodzaju. Są to:
- zbudowane z miozyny filamenty grube. Jest to ogromne białko budujące batypy podjednostek polipeptydowych:
A) wibrylarna miozyna lekka, która tworzy oś filamentu grubego
B) miozyna ciężka o kształcie magugowatym; - jej tzw. głowy wystając z filamentu tworzą mostki poprzeczne z filamentami aktynowymi
- zbudowane głównie z aktymy filameny ciężkie. W budowie molekularnej takiej mikropałeczki wyróżniamy dwa rodzaje cząsteczek:
a) łańcuchy aktyny, które tworzą oś filamentu oraz przyczepione do ich powierzchni
b) cząsteczki kompleksu troponinowo-tripomiozynowego . Kompleks ten utrudnia kontakt miozyna - aktyna
Rozciąganie sarkomerów przebiega niemal bez oporów tylko do pewnego momentu - alimenty aktynowe mogą swobodnie wysuwać się z pomiędzy miozynowych. Takie rozciąganie mięśnia nie może jednak odbywać się bez końca. W pewnym momencie dalsze wysuwania aktyny napotyka na rosnący opór mechaniczny. Stanowi to ochronę dla układu szkieletowego przed rozerwaniem.
Po śmierci organizmu zapas ATP spada do zera i stopniowo następuje zatrzymanie procesów oddychania wewnątrzkomórkowego. Oznacza to między innymi utrzymanie wysokiego stężenia jonów wapniowych w sarkoplazmie przez ustanie pracy pompy wapniowej. Dochodzi wtedy do tak zwanego skurczu pośmiertnego elementów kurczliwych - mięśnie pozostają w fazie trwałego skurczu aż do rozkładu białek kurczliwych. Wtedy właśnie dopiero następuje ustąpienie skurczu pośmiertnego dzięki rozluźnieniu mięśni.