Przekazywanie sygnału. Układy utrzymujące homeostazę

Transkrypt

1 Przekazywanie sygnału Układy utrzymujące homeostazę

2 Homeostaza Homeostaza-utrzymanie względnie stałego składu środowiska wewnętrznego organizmu, niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania organizmu: - zawartość wody - stężenia jonów - stężenia glukozy - wartości ph - temperatury organizmu Stan dynamicznej równowagi różnych procesów

3 Układy regulujące homeostazę Układ nerwowy Układ hormonalny Układ odpornościowy generowanie i koordynacja szybkiej oraz precyzyjnej odpowiedzi, szczególnie pod wpływem bodźców pochodzących ze środowiska koordynacja przebiegu i utrzymanie stanu równowagi kontrola funkcji realizowanych przez długi czas

4 Układ nerwowy

5 Cel układu nerwowego układ nerwowy ma za zadanie odebrać informacje ze środowiska zewnętrznego i wewnętrznego organizmu, przetworzyć te informacje i zareagować na nie odpowiednimi impulsami do narządów wykonawczych

6 Podział anatomiczny układu nerwowego 1) Ośrodkowy układ nerwowy (zwany też centralnym układem nerwowym) mózg i rdzeń kręgowy 2) Obwodowy układ nerwowy (zwany też peryferycznym układem nerwowym) nerwy: czaszkowe i rdzeniowe zwoje: czaszkowe, rdzeniowe i autonomiczne

7 Podział anatomiczny układu nerwowego Mózg Ośrodkowy UN Obwodowy UN Móżdżek Rdzeń przedłuzony Nerwy szyjne Rdzeń kręgowy Nerwy piersiowe Nerwy lędźwiowe Nerwy krzyżowe Część ogonowa

8 Ośrodkowy układ nerwowy 1. Mózg i rdzeń kręgowy otoczone są 3 oponami mózgowymi, które je chronią. Opona miękka jest unaczyniona, tak, aby możliwe było odżywianie tkanki nerwowej. czaszka twarda pajęczynówka miękka opony mózgowe twarda pajęczynówka miękka opony rdzeniowe kręgi rdzeń kręgowy

9 Ośrodkowy układ nerwowy 1. Między oponami a tkanką nerwową przepływa płyn mózgowordzeniowy, który: amortyzuje wstrząsy rozprowadza substancje odżywcze odprowadza produkty przemiany materii 2. Płyn mózgowo-rdzeniowy tworzony jest z osocza krwi przez splot naczyniówkowy znajdujący się w układzie komorowym mózgu

10 Ośrodkowy układ nerwowy 1. Mózg obszary odpowiedzialne za myślenie, węch, mowę, wzrok, słuch, ruch ciała płat czołowy płat ciemieniowy płat potyliczny kora przedruchowa kora przedczołowa (myślenie) pole Broca (mowa) I rzędowa kora ruchowa kora czuciowa kora czuciowa asocjacyjna kora wzrokowa asocjacyjna kora wzrokowa kora węchowa płat skroniowy limbiczna kora asocjacyjna kora słuchowa

11 Ośrodkowy układ nerwowy 1. Mózg część limbiczna odpowiedzialna za pamięć, uczenie się, emocje wzgórze hipokamp opuszka węchowa ciało migdałowate

12 Ośrodkowy układ nerwowy 2. Móżdżek obszar odpowiedzialny za koordynację ruchów płat czołowy płat ciemieniowy płat potyliczny płat skroniowy móżdżek

13 Ośrodkowy układ nerwowy 3. Pień mózgu obszary odpowiedzialne za regulację tętna, przełykania, oddychania, ciśnienia krwi płat czołowy płat ciemieniowy płat potyliczny płat skroniowy móżdżek pień mózgu

14 Ośrodkowy układ nerwowy 4. Rdzeń kręgowy obszary odpowiedzialne za wydalanie, erekcję i ejakulację, odruchy, przesyłanie informaci od mózgu na obwód organizmu

15 Obwodowy układ nerwowy To wszystkie nerwy pozostające poza mózgiem i rdzeniem kręgowym. Dzielimy je na: nerwy czaszkowe (12 par), które są m.in odpowiedzialne za odczucia smakowe, węchowe, wzrokowe nerwy rdzeniowe (31 par), które doprowadzają informację od receptorów do rdzenia (droga czuciowa) i od rdzenia do narządów docelowych (droga efferentna)

16 Podział obwodowego układu nerwowego Obwodowy układ nerwowy Droga czuciowa (dośrodkowa, afferentna) Droga motoryczna (odśrodkowa, efferentna) Somatyczna Autonomiczna Współczulna Przywspółczulna Jelitowa (visceromotoryczna)

17 Drogi odśrodkowe - efferentne OŚRODKOWY UKŁAD NERWOWY SOMATOMOTORYCZNA Postawa Lokomocja Oprawa ruchowa AUTONOMICZNA Regulacja czynności narządów wewnętrznych Koordynacja procesów metabolicznych ENDOKRYNOMOTORYCZNA Regulacja czynności wydzielniczej gruczołów dokrewnych

18 Droga czuciowa (dośrodkowa, afferentna) zwój czuciowy nerw czuciowy rdzeń kręgowy receptor

19 Droga motoryczna somatyczna (odśrodkowa, efferentna) motoneuron rdzeń kręgowy nerw rdzeniowy mięsień szkieletowy

20 Droga motoryczna autonomiczna (odśrodkowa, efferentna) rdzeń kręgowy zwój autonomiczny motoneuron II rzędu motoneuron I rzędu jelito grube

21 Autonomiczny układ nerwowy Współczulny Przywspółczulny Pobudzanie (+) Hamowanie (-) szyjne piersiowe lędźwiowe krzyżowe

22 Organizacja funkcjonalna układu nerwowego Ośrodkowy UN Neuron dośrodkowy Integracja, interpretacja Interneuron Neuron odśrodkowy Obwodowy UN Odbiór Receptory, zmysły Ośrodki integracji informacji Odpowiedź Drogi odśrodkowe

23 Organizacja funkcjonalna układu nerwowego

24 Ale jak to działa?

25 Nerw akson pęczek neuronów naczynia krwionośne nerw

26 Komórka nerwowa - neuron dendryty jądro siateczka endoplazmatyczna akson osłonka mielinowa Zakończenie aksonu

27 Komórka nerwowa - mielinizacja

28 Komórki glejowe Ependyma Astrocyty - transport substancji odżywczych, rozwój neuronów, regulacja poziomu neurotransmiterów i komunikacji synaptycznej; uszczelnianie bariery krew-mózg Mikroglej - funkcje odpornościowe Oligodendrocyty Ependyma - wyściełają komory mózgu Komórki Schwanna- wzrost prędkości przekazywania sygnału, regeneracja i wzrost neuronów Neuron Astrocyty Oligodendrocyty Oligodendrocyt Mikroglej Komórki Schwanna

29 Bariera krew-mózg 1. Fizyczna i biochemiczna bariera pomiędzy naczyniami krwionośnymi a tkanką nerwową. 2. Umożliwia wybiórczy transport substancji z krwi do płynu mózgowordzeniowego. 3. Specyficzna budowa śródbłonka naczyń krwionośnych bardzo szczelne połącznia. 4. Astrocyty gęsto oplatają naczynia, dlatego też związki przedostają się z naczyń do płynu mózgowo-nerwowego i komórek nerwowych poprzez astrocyty.

30 Sygnały elektryczne Komórki nerwowe wytwarzają sygnały elektryczne zwane potencjałami czynnościowymi Umożliwiają one propagację sygnału z jednej części ciała do drugiej Wytworzenie sygnałów elektrycznych jest możliwe dzięki istnieniu różnicy stężeń jonów pomiędzy zewnętrzna i wewnętrzną częścią błony komórkowej

31 Błona komórkowa Zewnętrzna część (dodatni ładunek, głównie jony Na + ) Wewnętrzna część (ujemny ładunek, głównie aniony białkowe)

32 Przemieszczanie się potencjału czynnościowego Na + zew. kom. >> Na + wew. kom. K + zew. kom. << K + wew. kom

33 Przewodzenie skokowe

34 Synapsa Neurotransmiter Receptor Efekt Potencjał czynnościowy Acetylocholina Nikotynowy Muskarynowy Pobudzenie lub hamowanie Pęcherzyki synaptyczne Glicyna Hamowanie Ca 2+ Neurotransmiter Glutaminian AMPA NMDA Pobudzenie lub hamowanie Kainowy Miejsce wiązania neurotransmitera GABA GABA A GABA B Hamowanie Receptor Dopamina Hamowanie lub pobudzenie Noradrenalina α I β Hamowanie lub pobudzenie

35 Mnogość synaps Integracja informacji

36 Układ hormonalny

37 Swą funkcję układ wydzielania wewnętrznego pełni dzięki cząsteczkom sygnałowym uwalnianym z wyspecjalizowanych komórek do przestrzeni zewnątrzkomórkowej W toku ewolucji zwiększa się liczba oraz stopień złożoności procesów, które kontrolowane są na drodze endokrynnej......, a to z kolei związane jest z zaznaczonym w czasie ewolucji wzrostem wydajności i skomplikowania układów krążenia

38 Tkanka zewnątrzwydzielnicza Tkanka wewnątrzwydzielnicza

39 naczynie krwionośne receptor na tkance docelowej kompleks hormon receptor

40 Chemiczny przekaźnik Przekaźnictwo sygnału Krwioobieg Chemiczny przekaźnik Receptor Receptor Przekaźnictwo sygnału Przekaźnictwo sygnału Odpowiedź Odpowiedź Autokrynowa i parakrynowa Dokrewna

41 Pod względem struktury molekularnej hormony przynależą do 4 grup związków 1. Amin, jak adrenalina i noradrenalina, a także powstające z aminokwasów hormony tarczycy (T 3 i T 4 ) 2. Eikozanoidów, 20-węglowe pochodne kwasu arachidonowego, ale także linolowego i linolenowego, jak prostaglandyny, leukotrieny, tromboksany i lipoksyny 3. Steroidów, pochodnych cholesterolu, jak hormony płciowe i hormony kory nadnerczy 4. Peptydów i białek, jak hormony tropowe przysadki, ale również insulina czy VIP (wazoaktywny peptyd jelitowy)

42 Klasyfikacja hormonów a) białkowe (peptydy, rozpuszczalne w wodzie) b) lipidowe (steroidowe, rozpuszczalne w tłuszczach)

43 Losy hormonów rozpuszczalnych w tłuszczach

44 Losy hormonów rozpuszczalnych w wodzie białko preprohormon prohormon peptyd sygnałowy hormon

45 peptyd sygnałowy preprowazopresyna siateczka cytoplazmatyczna odcinanie peptydu sygnałowego prowazopresyna pęcherzyk wydzielniczy rozcinanie prohormonu wazopresyna

46 PODWZGÓRZE Wazopresyna (ADH), oksytocyna Hormony regulujące syntezę hormonów tropowych PRZYSADKA Narządy wewnątrzwydzielnicze Część gruczołowa: ACTH, TSH, GH, PRL, FSH, LH, MSH Część nerwowa: wydzielanie oksytocyny i ADH SZYSZYNKA Melatonina PRZYTARCZYCE Parathormon SERCE Natriuretyczny peptyd przedsionkowy (ANP) TARCZYCA Tyroksyna (T4) Trójjodotyronina (T3) Kalcytonina NERKI Erytropetyna Kalcytrol GRASICA Tymozyna, tymulina TKANKA TŁUSZCZOWA Leptyna NADNERCZA Rdzeń:Adrenalina, noradrenalina Kora: Kortyzol, kortykosteron, aldosteron, androgeny GONADY - JĄDRA Androgeny, głównie testosteron Inhibina UKŁAD POKARMOWY Cała gama hormonów WYSEPKI TRZUSTKOWE β insulina α - glukagon GONADY - JAJNIKI Estrogen, progesteron, inhibina

47 stymulują przysadkę, która wydziela hormony, które Hormonalna Humoralna Nerwowa Podwzgórze wydziela hormony, które przedni płat przysadki Niski poziom jonów wapnia w krwi stymuluje przytarczyce naczynie krwionośne Zazwojowe włókna współczulnego UN stymulują rdzeń nadnerczy rdzeń kręgowy włókno współczulne tarczyca, kora nadnerczy, gonada przytarczyce rdzeń nadnerczy wydzielanie parathormonu (PTH) stymulują gruczoły dokrewne do wydzielania hormonów do wydzielania adrenaliny naczynie krwionośne

48 tarczyca przytarczyce

49 tarczyca wydziela kalcytoninę kalcytonina stymuluje odkładanie Ca 2+ w kościach obniża odzyskiwanie Ca 2+ w nerkach BODZIEC Ca 2+ w krwi Ca 2+ w krwi spada do poziomu wyjściowego Regulacja humoralna Ca 2+ w krwi rośnie do poziomu wyjściowego HOMEOSTAZA Ca 2+ w krwi (~ 10 mg/ 100ml) BODZIEC Ca 2+ w krwi stymuluje wydzielanie Ca 2+ z kości PRZYTARCZYCE PTH wzmaga wchłanianie Ca 2+ w jelitach aktywuje wit.d stymuluje odzyskiwanie Ca 2+ w nerkach

50 trzustka komórki zewnątrzwydzielnicze trzustki (wydzielają enzymy trawienne) komórki beta (β) wydzielają insulinę naczynia krwionośne komórki alfa (α) wydzielają glukagon

51 wzmożone pobieranie glukozy prze komórki organizmu wzrost wydzielania insuliny magazynowanie glukozy w wątrobie w postaci glikogenu poziom glukozy w krwi wraca do poziomu podstawowego; spada wydzielanie insuliny wysoki poziom glukozy w krwi BODZIEC podwyższenie glukozy w krwi (np kaloryczny posiłek.) HOMEOSTAZA glukoza w krwi (~ 90 mg/ 100 ml) BODZIEC obniżenie glukozy w krwi (np. ominięcie posiłku) poziom glukozy w krwi wraca do poziomu podstawowego; spada wydzielanie glukagonu rozkład zmagazynowanego glikogenu do glukozy niski poziom glukozy w krwi wzrost wydzielania glukagonu

52 Cukrzyca Typu 1 insulinozależna, pojawia się u dzieci, autoagresja układu odpornościowego skierowana przeciwko komórkom β trzustki Typu 2 insulinoniezależna, polega na insulinooporności głód w sytości

53 nadnercza rdzeń (adrenalina, noradrenalina) kora (glukokortykoidy - kortyzol, mineralokortykoidy - aldosteron)

54 Regulacja wydzielania adrenaliny przez rdzeń nadnerczy regulacja nerwowa 1) Rejestracja sygnału alarmowego 2) Informacja o zagrożeniu dociera do mózgu 3) Mózg integruje informację i wysyła sygnał do rdzenia nadnerczy 4) Rdzeń nadnerczy wydziela adrenalinę 5) Adrenalina wpływa na serce i mięśnie

55 podwzgórze tylny płat przysadki Regulacja hormonalna przedni płat przysadki

56 System hierarchiczny Podwzgórze syntetyzuje 1. Hormony uwalniające hormony przysadki (RH releasing hormones) TRH, CRH, GnRH 2. Hormony hamujące uwalnianie hormonów przysadki (RIH release-inhibiting hormones) HORMONY TE NAZYWAMY HIPOFIZJOTROPOWYMI 3. Hormony uwalniane poprzez tylny płat przysadki nerwowej: oksytocynę i wazopresynę

57 Podwzgórze- przysadka neurony podwzgórza wydzielają hormony do krwi krew pobudzona przysadka wydziela hormony do krwi układ wrotny neurony podwzgórza wydzielają hormony do krwi bezpośrednio na terenie przysadki wazopresyna, oksytocyna przedni płat przysadki (część gruczołowa) tylny płat przysadki (część nerwowa)

58 układ wrotny hormon wzrostu (GH) część gruczołowa przysadki hormon adrenokortykotropowy (ACTH) kości, mięśnie prolaktyna (PRL) hormon hormon tyreotropowy folikulotropowy (FSH) (TSH) i luteotropowy (LH) gruczoł mlekowy tarczyca gonady kora nadnerczy glukokortykoidy (kortyzol) estrogeny, progesteron, androgeny tyroksyna (T4), trójjodotyronina (T3)

59 PODWZGÓRZE PRH PIH/ dopamina TRH CRH GHRH GHIH GnRH PRZYSADKA (przedni płat) prolaktyna (PRL) TSH CSH GH FSH LH Tarczyca Kora nadnerczy Wątroba Gonady T3, T4 Kortyzol Somatomedyna Androgeny Estrogeny, Progesteron Piersi Tkanki Gonady

60 Układ sprzężeń zwrotnych System sprzężeń zwrotnych to rodzaj funkcjonalnych powiązań jakie występują między poszczególnymi elementami układu wewnątrzwydzielniczego oraz elementami układu wewnątrzwydzielniczego i tkankami docelowymi

61 Relacje te można zobrazować w formie pętli oddziaływań: 1. Krótkiej, gdy tkanka docelowa wpływa na narząd wewnątrzwydzielniczy, który bezpośrednio regule jej aktywność 2. Długiej, gdy tkanka docelowa wpływa na narząd wewnątrzwydzielniczy, który pośrednio reguluje jej aktywność 3. Ultrakrótkiej, gdy produkty narządu wewnątrzwydzielniczego bezpośrednio regulują jego aktywność 4. Otwartej, gdy tkanka jest jedynie odbiorcą informacji pochodzącej z narządu wewnątrzwydzielniczego Układ sprzężeń zwrotnych

62 tarczyca

63 Tętnica szyjna Tarczyca Tarczyca Tchawica Aorta

64 Oś regulacyjna podwzgórze-przysadka-tarczyca Podwzgórze wydziela hormon uwalniający tyreotropinę (TRH) Przedni płat przysadki wydziela tyreotropinę (TSH) Tyreotropina stymuluje tarczycę do produkcji oraz uwalniania trójjodotyroniny (T 3 ) i tetrajodotyroniny, czyli tyroksyny (T 4 ) Uwalnianie hormonów tarczycy jest kontrolowane na drodze ujemnego sprzężenia zwrotnego poprzez wpływ T 3 i T 4 na przysadkę (krótka pętla) i podwzgórze (długa pętla)

65 podwzgórze otrzymuje sygnał, że w organizmie jest zapotrzebowanie na energię i wydziela TRH tarczyca wstrzymuje wydzielanie tyroksyny przysadka wydziela TSH przysadka przestaje wydzielać TSH tarczyca wydziela tyroksynę podwzgórze otrzymuje sygnał, że w organizmie jest wystarczająca ilość energii i przestaje wydzielać TRH

66 Gonady jajniki jądra

67 GnRH GnRH LH FSH LH FSH estrogeny progesteron androgeny

68 Regulacja wydzielania testosteronu LH: pobudza wytwarzanie testosteronu przez komórki Leydiga FSH: działa na komórki Sertoliego pobudzanie spermatogenezy wpływa na uwalnianie spermy stymuluje wydzielanie inhibiny aktywuje aromatazę T-E (-) (-) testosteron PODWZGÓRZE GnRH LH FSH (+) (+) (+) płat przedni przysadki (-) inhibina komórki śródmiąższowe (Leydiga) komórki podporowe (Sertoliego)

69 Cykl menstruacyjny LH FSH estradiol progesteron

70 Źródłem hormonów u kręgowców jest wiele wyspecjalizowanych gruczołów oraz tkanek wchodzących w skład narządów pełniących także inne funkcje niż wewnątrzwydzielnicza Serce: przedsionkowy peptyd natriuretyczny Nerki: kalcytriol Wątroba: kalcydiol, somatomedyna Skóra: kalcyferol Przewód pokarmowy: gastryna, cholecystokinina, sekretyna, wazoaktywny peptyd jelitowy Tkanka tłuszczowa: leptyna

71 Cykle okołodobowe i okołoroczne

72 Rytmy okołodobowe synchronizatory społeczne szyszynka melatonina RYTMY OKOŁODOBOWE ciśnienie krwi podziały komórek metabolizm kości odporność

73 szyszynka

74 Melatonina jako zegar i kalendarz ZEGAR KALENDARZ noc zima dzień zima noc wiosna dzień wiosna lato lato noc dzień noc dzień jesień jesień poziom melatoniny we krwi ciemość