1. ÚVOD DO STUDIA FYZIOLOGIE MUDr. Jana Matějková
ÚVOD
Buňka (cellula)
– základní stavební a funkční jednotka všech živých organismů
Funkce buňky – příjem, vedení a výdej látek
- metabolismus
- dráždivost a pohyb
- růst a rozmnožování
- regulace buněčných pochodů
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
- obal buňky – buněčná membrána – dvojvrstva fosfolipidů
- semipermeabilní – prostupují - voda
- ionty
- malé molekuly
Neprostupují – velké molekuly bílkovin
Napětí na membráně – rozdílné rozložení kladných a záporných iontů
na obou stranách membrány.
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
Typy buněčných transportů
Paracelulární – mezi buňkami (okolo buněk)
Transcelulární – přes buněčnou membránu - často potřebuje energii či
- přítomnost speciálních bílkovin v membráně
(transportéry nebo kanály)
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
Difuze
Prostá difuze – nevyžaduje energii
- přestupují látky rozpustné v tucích, kyslík, oxid uhličitý, částečně voda
Facilitovaná difuze – nevyžaduje energii a vlastní přenos je facilitován
speciálním přenašečem
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
Aktivní transport
Vyžaduje energii - probíhá proti elektrochemickému gradientu
- energii dodává ATP
AT – primární
- sekundární
Primární aktivní transport – Sodíko – draslíková pumpa Na+/K+ -ATPáza
- přenáší ven z buňky 3 kationty sodíku a dovnitř 2 kationty draslíku
(uvnitř buňky je draslíkových kationtů více než zevně a naopak)
- přispívá ke vzniku elektrického napětí na membráně
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
Iontový kanál
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
Iontové kanály se dělí – podle typu přenášeného iontu
- draslíkové
- sodíkové
- vápníkové
- podle mechanismu řízení – jak je kanál otevírán
- trvale otevřené – běžné sloučeniny, které nemohou procházet
přes membránu, ale prostupují podél svého
gradientu – aminokyseliny, glukóza
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
IK řízené elektrickým napětím – otevírají se při změně napětí na membráně (vzniká
membránový akční potenciál)
IK řízené chemicky – navázání určité chemické látky – hormon, mediátor
IK řízené napětím – pokud se buňka natáhne, roztáhne
IK mají význam při udržování napětí na buněčných membránách zvl. na buňkách,
u kterých jsou změny tohoto napětí součástí funkce – svalové,
nervové, srdeční
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
Sekundární aktivní transport – k přesunu iontů dochází na podkladě koncentračního
gradientu jednoho z nich, který byl předtím vytvořen
činností primárního AT. Přesun iontů pak může probíhat
ve stejném směru (synport) nebo v opačném (antiport)
Příkladem antiportu je přečerpání glukozy s využitím
energie přenosu sodíku.
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
Endocytóza
Transport látek, které neprojdou membránou ani kanály. (velikost, jiné vlastnosti)
Příslušná látka se uzavře (je obklopena buněčnou membránou)
Vzniká měchýřek (vezikula)
Příkladem je fagocytóza – pohlcovány jsou bakterie, odumřelé bb.
pinocytóza – kapénky tekutých látek
Exocytóza opak endocytózy – obal vezikuly splyne s membránou a látka se dostane
ven z buňky
PŘESUNY TEKUTIN
Lidské tělo se skládá ze 60% z vody. Tzn. že dospělý jedinec vážící 70 kg má asi 42
litrů vody.
Tekutiny v lidském těle – nitrobuněčné – intracelulární – 2/3 tj. 40% těl hm. cca 28l
- mimobuněčné – extracelulární – 1/3, 20% cca 14l
- krevní plazma – ¼, 3,5 litru 5% těl. hm.
- tkáňový mok – ¾, 10,5l 15% těl. hm.
Tkáňový mok vzniká filtrací krevní plasmy – podobné složení - méně bílkovin
PŘESUNY TEKUTIN
Filtrace - tekutina se přesouvá přes membránu z oblasti s vyšším tlakem do oblasti
s nižším tlakem.
- tvorba tkáňového moku – na začátku kapiláry je v kapiláře vyšší tlak než
v intersticiu a tekutina je filtrována do intersticia
- na konci kapiláry je větší část tekutiny filtrována zpět
- ultrafiltrace (filtrace vysokým tlakem) – tvorba primární moči v glomerulech
PŘESUNY TEKUTIN
PŘESUNY TEKUTIN
Osmóza, osmotický tlak
Pasivní transport tekutiny (rozpouštědla) přes polopropustnou membránu, a to z oblasti s méně
koncentrovaným roztokem (nižší osmolarita) do oblasti s více koncentrovaným (vyšší osmolarita)
Tlak rozpouštědla, který vzniká na membráně, je osmotický tlak a rozdíl těchto tlaků na obou
stranách membrány určuje velikost osmózy.
Uplatňuje se při výměně tekutin mezi buňkou a zevním prostředím.
PŘESUNY TEKUTIN
Onkotický tlak
Je to v podstatě osmotický tlak způsobený přítomností bílkovin.
Uplatňuje se při výměně tekutin mezi kapilárou a tkáňovým mokem.
pokud je v krvi málo bílkovin (např. při úniku močí) je i onkotický tlak nižší, méně tekutiny
se vrací do kapiláry, zůstává v intersticiu a vzniká otok – hypalbuminemický nebo
hypoproteinemický otok)
PŘESUNY TEKUTIN
Akvaporiny
Membránové proteiny – kanály pro vodu.
- vysoce specifické pro vodu
- vysoké množství je ve sběracích kanálcích ledvin
ELEKTRICKÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL
ELEKTRICKÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL
Gibbsova – Donnanova rovnováha
Popisuje rozložení molekul (kationtů, aniontů) na semipermeabilní membráně, jsou-li na jedné
straně obsaženy velké anionty (bílkoviny), které membránou neprostupují, zatímco
nízkomolekulární (malé) ionty ano.
ELEKTRICKÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL
Polarita membrány – odlišné rozložení iontů
Vnitřek buněk je elektricky negativní – rozdíl činí cca -30 až -90 mV
Potenciál vzniká rozdílným rozdělením iontů na membráně činností iontových kanálů.
Vyžaduje energii
Hlavním iontem určujícím tento potenciál je draslík – membrána je pro něj relativně propustná
v klidovém stavu, uniká z buněk po koncentračním gradientu
Významný je u dráždivých buněk – nervových, svalových – vzniká membránový akční
potenciál
Je schopen se šířit na sousední buňky a přenášet vzruch po těle
BUNĚČNÁ KOMUNIKACE
Kontakty buněk
Adhezivní molekuly – na povrchu buněk – udržují kontakt s jinými buňkami
- reakce jsou dány strukturou molekul a uspořádáním nábojů, náboj je dán
aminokyselinovými zbytky
- podílejí se na stavbě tkání
- při zánětu nebo imunitní odpovědi – stimulace zánětlivým procesem
zvýší množství adhesivních molekul, likvidace bakterií nebo nekrotické
tkáně.
- úbytek může naopak vést k rozvolnění nádorové tkáně - metastázy
BUNĚČNÁ KOMUNIKACE
Komunikace zprostředkovaná vylučovanými látkami
- hormony
- cytokiny – hlavně při imunitních reakcích
- imunitní buňky jsou velkým producentem
- patří sem interleukiny, interferony
- růstové faktory – podpora růstu buněk či tkání, angiogeneze
ŽIVOT BUŇKY
Buněčné dělení
- mitóza – běžné dělení na dvě dceřinné buňky – geneticky identické – diploidní počet
chromozomů
- meióza – redukční dělení – vznikají dvě dceřinné buňky s haploidním počtem chromozomů
buňky pohlavní (vajíčka, spermie)
Buněčná smrt
- nekróza – těžké poškození – rozpad buněk, obsah se dostane do okolí – zánět
- apoptóza – programovaná buněčná smrt – během vývoje některé buňky mizí, nevyvolá
zánět
ŽIVOT BUŇKY
Kmenové buňky
- nediferencované – dělí se, jsou schopny se diferencovat – vyvinout do určitého typu buněk
- totipotentní – může dát vznik jakékoliv buňce organismu – buňky vzniklé po splynutí
spermie a vajíčka
- pluripotentní a multipotentní – omezení rozsahu cílových buněk
GENY
- Tělesná jaderná buňka má 46 chromozomů, z toho je 44 tvořeno dvěma páry 22 autozomů,
zbylé dva chromozomy jsou tzv. pohlavní chromozomy (gonozomy), XX u ženy, XY u muže
(diploidní buňky). Chromozomy jsou tvořeny deoxyribonukleovou kyselinou (DNA), která je
tvořena cca 9 biliony bazí (A,G,C,T), které kódují genetickou informaci. Ta je uspořádána do
cca 22 tisíc genů, zbylá část DNA není přímo kódující. DNA je spojena s proteiny (např.
histony) a vytváří tak strukturu chromozomů.
- Pohlavní buňky (vajíčko, spermie) mají poloviční (haploidní) počet chromozomů, tj. 22 + X
(vajíčko) a 22 + X nebo 22 + Y (spermie).
- vznikají meiózou – rozdělení je zcela náhodné
GENY
Konkrétní forma genu se nazývá alela (v klasické genetice např. gen pro barvu, alela
pro červenou, resp. žlutou barvu).
- má-li nositel stejnou alelu, je v daném genu homozygotem
- má-li odlišnou, je heterozygot.
- alela, která převáží nad druhou je dominantní, opak je recesivní.
- má-li tedy jedinec dominantní gen pro chorobu, stačí to, aby byl nemocný. Naopak
je-li gen pro chorobu recesivní, uchrání ho druhý (zdravý) gen a je pouze přenašečem
jedné vadné alely.
GENY
- Vyjádření určitého genu, resp. jeho aktivita, je tzv. genová exprese. Je složitě
regulována, uplatňují se jiné geny i signály působící na buňku zvenčí (např. hormony,
růstové faktory).
- Genová exprese představuje přepis (transkripci) daného genu do formy
mediátorové (messenger) ribonukleové kyseliny (mRNA), která danou informaci
přenáší z jádra buňky do cytosolu k ribozomům, kde je přeložena (translace) do
konkrétního řetězce proteinového (pořadí aminokyselin).
- Informace je dána genetickým kódem, tj. tím, že trojice bazí vždy kóduje určitou
aminokyselinu, popř. začátek či konec celého procesu translace.
GENY
- Mutace – změny genetické informace
- postihují celé chromozomy
- často jen jednotlivé geny
- U řady dědičných chorob jde pouze o záměnu jediné báze v DNA, která však změní
pořadí aminokyselin v tvořené bílkovině a tato změna pořadí může zásadním způsobem
změnit vlastnosti bílkoviny, což může mít zásadní důsledky – např. se změní funkce enzymu,
buněčného receptoru atp.
- příčiny mutací – fyzikální – rentgenové, ionizační záření
- chemické – tzv. mutagenní chemikálie
- biologické – zejm. některé viry
REGULACE VE FYZIOLOGII
Zpětná vazba - produkt či výsledek nějakého děje působí zpětně na svého
vykonavatele a ovlivňuje jej-
negativní – produkt tlumí svou další produkci
- pozitivní – produkt podporuje svou další produkci
Primární a sekundární poruchy
- primární –porucha či poškození daného orgánu či děje
- sekundární – orgán či děj by fungovaly „normálně“, ale jsou špatně řízeny
REGULACE VE FYZIOLOGII
Nervová a humorální regulace
- nervový a endokrinní systém
- vegetativní (autonomní) nervový systém – sympatikus
- parasympatikus
- hormonální (humorální) regulace – hormony, působky, lokální hormony
ZÁKLADNÍ POJMY V PATOFYZIOLOGII
Etiologie – příčina nemoci – vnitřní – zejm. genetické
- zevní – choroboplodné zárodky
- kombinovaná
- idiopatický – neznámá příčina
Patogeneze – proces vzniku nemoci, chorobné změny, sled dějů
Insuficience – nedostatečnost orgánu, nebo orgánového systému
Selhání – orgán nebo systém neplní své funkce, ani za klidových podmínek
Kompenzace – nahrazení či doplnění výpadku funkce jiného orgánu
ZÁKLADNÍ POJMY V PATOFYZIOLOGII
Dekompenzace – původní kompenzace již nedostačuje nebo selhala a původní
chorobný stav opět pokračuje.
Akutní – prudký, rychle probíhající, náhle vzniklý
Chronický – vleklý, trvalý. Někdy se vyvine z akutního
Symptom – příznak
Syndrom – soubor příznaků v typické kombinaci