Homeostaza. Regulacja hormonalna i nerwowa środowiska wewnętrznego. Rozwój odporności organizmu

Transkrypt

1 Homeostaza. Regulacja hormonalna i nerwowa środowiska wewnętrznego. Rozwój odporności organizmu HOMEOSTAZA zdolność do utrzymywania stałości środowiska wewnętrznego ustroju, mimo zmian zachodzących w środowisku zewnętrznym U człowieka równowaga środowiska wewnętrznego gwarantuje niezawodność wszystkich funkcji i ich wzajemne powiązania. Duża liczba wewnętrznych sprzężeń zwrotnych tkanek i różnych organów sterowana jest przez system nerwowy i regulację hormonalną, odbywające się za pośrednictwem krwi. Bodźce zmiany zachodzące w organizmie oraz w środowisku zewnętrznym, które rejestrowane są przez układ nerwowy Reakcja na bodźce: odbiór (recepcja) komórki nerwowe i wyspecjalizowane narządy zmysłów przewodzenie (transmisja) przekazywanie bodźca wzdłuż neuronu, pomiędzy sąsiednimi neuronami, lub z komórki nerwowej do mięśnia lub gruczołu integracja sortowanie i interpretowanie docierających informacji oraz podejmowanie decyzji o sposobie reagowania odpowiedź (reakcja) efektory (mięśnie i gruczoły) Funkcjonalną jednostką układu nerwowego wszystkich zwierząt wielokomórkowych jest neuron. Tworzenie się osłonki mielinowej wokół aksonu neuronu obwodowego: komórka Schwanna wielokrotnie owija się wokół aksonu, tworząc ochronną warstewkę mielinową. Pozostałe komórki Schwanna tworzą osłonkę komórkową. Nerw zbudowany jest z wiązek aksonów otoczonych warstwą tkanki łącznej. Ciała komórek tych aksonów skupione są w zwojach. Błona komórek nerwowych jest elektrycznie spolaryzowana. W neuronach pozostających w stanie spoczynku różnicę między ładunkiem wewnątrz komórki i na jej powierzchni określa się jako potencjał spoczynkowy. Nierównomierna dystrybucja jonów powoduje, że wewnętrzna powierzchnia błony komórkowej jest ujemnie naładowana w stosunku do powierzchni zewnętrznej. Potencjał spoczynkowy ustala się głównie dzięki obecności dużych białkowych anionów we wnętrzu komórki nerwowej i odpływowi jonów potasu na zewnątrz komórki, zgodnie z gradientem ich stężenia. Warunki dla tej dyfuzji są wstępnie przygotowane przez pracę pomp sodowo-potasowych. Pompy sodowo-potasowe aktywnie transportują kationy sodu na zewnątrz komórki, a kationy potasu do wnętrza komórki. Na każde trzy kationy sodowe wypompowane na zewnątrz, do wnętrza dostają się dwa kationy potasowe. Więcej zatem kationów pozostaje na zewnątrz, niż wewnątrz komórki Białka w błonie komórkowej tworzą kanały jonowe o specyficznej przepuszczalności dla określonych jonów. Jony dyfundują przez te kanały zgodnie z gradientem stężeń, ze strefy o wyższym stężeniu, do strefy o stężeniu niższym. Błona komórkowa neuronu jest ok. 100-krotnie bardziej przepuszczalna dla potasu niż dla sodu. Jony potasu wydostają się na zewnątrz komórki zgodnie z gradientem stężenia tak

2 długo, dopóki dodatni ładunek na zewnętrznej powierzchni komórki nerwowej nie osiągnie progu, który uniemożliwia dalsze wydostawanie się jonów potasu z komórki. Stan równowagi zostaje osiągnięty, gdy odpływ jonów potasu z komórki jest równy dopływowi jonów sodu do wnętrza komórki. W tym momencie różnica potencjałów pomiędzy wnętrzem komórki nerwowej a jej zewnętrzną powierzchnią ustala się na poziomie -70mV: stabilizuje się jej potencjał spoczynkowy Przewodzenie skokowe: W aksonach posiadających osłonkę mielinową impuls przeskakuje wzdłuż aksonu pomiędzy kolejnymi węzłami Ranviera. Ośrodkowy układ nerwowy zbudowany jest z milionów komórek zorganizowanych w sieci nerwowe. W obrębie sieci nerwowych komórki nerwowe zorganizowane są w obwodach (szlakach) nerwowych. Właściwości obwodów nerwowych konwergencja dywergencja samopobudzanie (samowzbudzanie) Konwergencja pojedyncza komórka nerwowa otrzymuje pobudzenie z dwóch lub wielu włókien presynaptycznych mechanizm koordynujący informacje docierające z rozmaitych źródeł Dywergencja pojedyncze włókno presynaptyczne pobudza przewodzenie impulsu w wielu neuronach postsynaptycznych np. pojedynczy neuron może przekazywać pobudzenie do setek włókien mięśniowych. Torowanie: Pobudzenie docierające z neuronów A i B nie wywołuje wzbudzenia w neuronach 2 lub 3. Dochodzi jednak do częściowej depolaryzacji błony komórkowej w neuronach 2 i 3, niedalekiej od progowej wartości potrzebnej do wzbudzenia. Kolejne pobudzenie docierające z neuronów presynaptycznych bez trudu wzbudza potencjał czynnościowy. Duże znaczenie w różnych procesach nerwowych w OSU. Obwody samowzbudzające się rytmiczna akcja oddechowa stany czuwania pamięć krótkotrwała Boczne odgałęzienie aksonu tworzy połączenie synaptyczne z własnymi dendrytami. Neuron pośredniczący tworzy połączenie synaptyczne z dwoma neuronami. Impulsy będą generowane dopóki nie dojdzie do zmęczenia synaps. Układ nerwowy kręgowców ośrodkowy (centralny) układ nerwowy: mózg, rdzeń kręgowy obwodowy układ nerwowy: receptory zmysłowe, nerwy czaszkowe i rdzeniowe część somatyczna: receptory oraz nerwy, których czynność związana jest z rejestracją zmian w środowisku oraz podejmowaniem stosownych reakcji część autonomiczna: nerwy kontrolujące pracę organów wewnętrznych Nerwy układu somatycznego i autonomicznego nerwy czuciowe (wstępujące) przewodzą impulsy od receptorów do ośrodkowego układu nerwowego

3 nerwy ruchowe (zstępujące) przekazują informację z ośrodkowego układu nerwowego do właściwych organów układ autonomiczny: dwa typy nerwów ruchowych sympatyczne (współczulne) parasympatyczne (przywspółczulne) Mózg i rdzeń kręgowy człowieka osłonięte są fragmentami szkieletu kostnego i otoczone trzema oponami, a zanurzone są w płynie mózgowo rdzeniowym. Krew opuszczająca mózg wpływa do zatok krwionośnych i dociera do dużych żył szyjnych. Krążenie płynu mózgowo rdzeniowego w mózgowiu i rdzeniu kręgowym. Płyn jest produkowany w mózgu i rdzeniu kręgowym przez splot naczyniówkowy w ścianach komór. Płyn mózgowo rdzeniowy krąży w komorach i jamie podpajęczynówkowej. Jest stale wytwarzany i resorbowany do krwi w zatokach opony twardej. Rdzeń kręgowy przewodzi impulsy do mózgu i z mózgu oraz kontroluje wiele czynności odruchowych Rdzeń kręgowy zbudowany jest z istoty szarej i istoty białej. Istota szara zbudowana jest głównie z ciał komórek nerwowych, istota biała z aksonów osłoniętych warstwą mieliny. ODRUCH jest to utrwalony, automatyczny i powtarzalny sposób reakcji na prosty bodziec. Łuk odruchowy w odruchu cofania (3 neurony) Neuron czuciowy przewodzi impuls od receptora do ośrodkowego układu nerwowego; tam tworzy połączenie synaptyczne z neuronem kojarzeniowym (pośredniczącym). Dalej, właściwy neuron ruchowy przewodzi impuls do mięśni, których skurcz powoduje natychmiastowe odsunięcie ręki od płomienia. Mózg podzielony jest na dwie półkule: lewą i prawą. istota biała aksony łączące różne partie mózgu i komórki glejowe istota szara kora mózgowa ciała komórek nerwowych, dendryty i część aksonów oraz komórki glejowe nowa kora 90% kory mózgowej człowieka funkcje percepcyjne i kojarzeniowe oraz sterowanie złożonymi formami zachowania Kora mózgowa człowieka podzielona jest funkcjonalnie na trzy rejony: pola czuciowe, do których dociera pobudzenie z narządów zmysłów pola ruchowe, które kontrolują ruchy zależne od woli pola kojarzeniowe, które pośredniczą pomiędzy ośrodkami czuciowymi i ruchowymi oraz kierują procesami myślenia, uczenia się, mową pamięcią, osądami oraz cechami osobowości płat czołowy pola ruchowe kontrolują pracę mięśni szkieletowych płat ciemieniowy pola czuciowe odbierają bodźce termiczne i mechaniczne płat skroniowy ośrodki słuchu płat potyliczny ośrodki wzroku Rozmiar pól ruchowych w mózgu jest proporcjonalny do stopnia komplikacji wykonywanych ruchów Systemy czynnościowe mózgu Układ siatkowaty (RAS = reticulate activating system szlak nerwowy w pniu mózgu i wzgórzu) układ aktywujący pnia mózgu odpowiada za utrzymanie stanu czuwania; filtruje docierające informacje i kieruje tylko ważne informacje do ośrodków w korze mózgowej Układ limbiczny (elementy mózgu i międzymózgowia) reguluje emocjonalne aspekty zachowania, zachowania seksualne, rytmy biologiczne Procesom metabolicznym mózgu towarzyszą zmiany potencjałów elektrycznych. Pomiar aktywności mózgu polega na rejestracji potencjałów elektrycznych ( fal mózgowych ) wysyłanych przez różne partie mózgu.

4 EEG elektroencefalogram zapis czynności mózgu UCZENIE SIĘ I PAMIĘĆ Proces uczenia się polega na przystosowawczej zmianie zachowania, podyktowanej doświadczeniem. Pamięć polega na przechowywaniu informacji oraz na zdolności ich odtwarzania w miarę potrzeby. Rodzaje pamięci Pamięć sensoryczna (natychmiastowa) Pamięć krótkotrwała Pamięć długotrwała Pamięć sensoryczna Polega na krótkotrwałym (1 sek.) przechowywaniu doświadczeń zmysłowych przez utrzymywanie się stanów pobudzenia w odpowiednich neuronach. Ważną składową pamięci sensorycznej jest uwaga. W pamięci sensorycznej rejestrowane są te spośród bodźców, które przyciągają naszą uwagę. Identyfikacja i rozpoznanie znaczenia informacji z pamięci sensorycznej wymaga odniesienia ich do wcześniejszych doświadczeń lub posiadanej wiedzy. Pamięć krótkotrwała Jest doraźnym magazynem niewielkiej ilości informacji (np. kilka słów), przechowywanych od kilku sekund do kilku minut. Opiera się na aktywności samowzbudzających się obwodów (impuls krąży przez kilka minut dopóki nie ulegną zmęczeniu połączenia synaptyczne lub dopóki nowe bodźce nie przesłonią poprzednich doznań). Pamięć długotrwała Przekazanie istotnych informacji z pamięci krótkotrwałej do pamięci długotrwałej obejmuje powtórzenie materiału i przechowywanie go z innymi informacjami, należącymi do tej samej kategorii doznań. Pamięć długoterminowa ma nieograniczoną pojemność. Polega prawdopodobnie na powstaniu trwałych zmian biochemicznomorfologicznych (np. tworzenie się nowych połączeń synaptycznych, zwiększenie aktywnej powierzchni synaps, wewnątrzkomórkowe zmiany metaboliczne, powstawanie polipeptydowych modulatorów, swoiste substancje chemiczne białka lub kwasy nukleinowe). Obwody pamięci rozrzucone są w całej korze mózgowej, a często angażują także inne obszary mózgu. W procesach uczenia się i zapamiętywania biorą udział ośrodki kojarzeniowe w korze mózgowej, zakręty hipokampa w płacie skroniowym oraz wzgórze. Proces przetwarzania informacji ma charakter hierarchiczny Zapamiętywana informacja wędruje od pamięci sensorycznej do pamięci krótkotrwałej, a stąd do pamięci długotrwałej. Somatyczny układ nerwowy Receptory reagowanie na zmiany w środowisku zewnętrznym Nerwy (czaszkowe 12par i rdzeniowe 31 par) Neurony czuciowe przekazywanie informacji do ośrodkowego układu nerwowego Neurony ruchowe przekazywanie informacji do określonych mięśni szkieletowych

5 Nerwy czaszkowe I węchowy II wzrokowy III okoruchowy IV bloczkowy V trójdzielny VI odwodzący VII twarzowy VIII słuchowy IX językowo gardłowy X błędny XI dodatkowy XII - podjęzykowy Nerwy rdzeniowe 1 8 nerwy szyjne 9 20 nerwy piersiowe nerwy lędźwiowe nerwy krzyżowe 31 nerw guziczny Autonomiczny układ nerwowy Pomaga w utrzymaniu homeostazy wewnątrzustrojowej. Funkcjonuje w sposób automatyczny i niezależny od woli. Zorganizowany jest w postaci łuków odruchowych Dwa typy neuronów ruchowych: nerwy współczulne pobudzanie aktywności narządów wewnętrznych i mobilizowanie komórkowych źródeł energii nerwy przywspółczulne hamowanie aktywności narządów wewnętrznych i tworzenie rezerw energetycznych REGULACJA HORMONALNA ŚRODOWISKA WEWNĘTRZNEGO HORMON związek organiczny produkowany w jednej okolicy ciała i transportowany do innej okolicy, gdzie wywiera specyficzny wpływ na metabolizm. Hormony dostają się do tkanek docelowych za pośrednictwem krwi systemu naczyń krwionośnych. Budowa chemiczna hormonów: hormony sterydowe pochodne aminokwasów peptydy i białka pochodne kwasów tłuszczowych Hormony mogą być wydzielane przez komórki gruczołów dokrewnych lub przez komórki neurosekrecyjne. Hormony są transportowane do komórek docelowych systemem naczyń krwionośnych Wydzielanie hormonów regulowane jest na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego Hormony łączą się z białkami receptorowymi w komórkach docelowych. Cząsteczki niektórych hormonów łączą się z receptorami na powierzchni błony komórkowej w komórkach receptorowych i działają przez pobudzenie przekaźnika hormonalnego

6 (drugiego przekaźnika), którego funkcję spełniać mogą cząsteczki cyklicznego AMP lub jony wapniowe. Hormony peptydowe wiążą się z receptorem w błonie cytoplazmatycznej komórki docelowej. W reakcji pośredniczy drugi przekaźnik. Gdy cząsteczka hormonu wiąże się z receptorem w błonie cytoplazmatycznej komórki docelowej i w efekcie wzrasta ilość camp w komórce, dochodzi do aktywacji kinaz białkowych. Kinazy białkowe katalizują proces fosforylacji białek, co wywołuje różnorodne efekty. Mechanizm działania drugiego przekaźnika 1. Hormony peptydowe wydzielane przez gruczoł dokrewny są transportowane systemem naczyń krwionośnych do komórki docelowej. 2. Cząsteczki hormonu wiążą się z receptorem w błonie cytoplazmatycznej komórki docelowej. 3. Kompleks hormon-receptor aktywuje enzym cyklazę adenylanową na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej. Cyklaza katalizuje przemianę ATP do camp, drugiego przekaźnika. 4. Cykliczny AMP aktywuje jedną lub kilka kinaz białkowych. 5. Kinazy białkowe katalizują fosforylację specyficznych białek. 6. Aktywność komórki ulega zmianie. Cząsteczki hormonów sterydowych łączą się z receptorami białkowymi wewnątrz komórek docelowych. Kompleks hormon-receptor może stymulować specyficzne geny do zapoczątkowania procesu syntezy białek. Prostaglandyny pomagają w regulacji czynności hormonów przez stymulowanie lub hamowanie syntezy cyklicznego AMP Aktywacja genów przez hormony sterydowe 1. Hormony sterydowe wydzielane są przez gruczoł dokrewny i transportowane do komórki docelowej. 2. Hormony sterydowe są niewielkimi, rozpuszczalnymi w tłuszczach cząsteczkami, które swobodnie przekraczają barierę błony komórkowej. 3. Cząsteczka hormonu przechodzi z cytoplazmy do jądra komórkowego. 4. W jądrze cząsteczka hormonu wiąże się ze sowistym receptorem. Ten kompleks łączy się z białkiem związanym z DNA. 5. Połączenie to aktywuje specyficzne geny prowadząc do transkrypcji mrna. 6. Kolejnym etapem jest synteza białek. 7. Białka te wywołują reakcję, rozpoznawaną jako wynik aktywności określonego hormonu. Podwzgórze wydziela specyficzne hormony uwalniające i hormony hamujące uwalnianie innych hormonów, które docierają do przysadki żyłą wrotną. Każdy hormon uwalniający stymuluje syntezę określonego hormonu w komórkach przedniego płata przysadki mózgowej. Hormony uwalniane przez tylny płat przysadki mózgowej są produkowane w podwzgórzu. Aksony neuronów podwzgórza ciągną się aż do tylnego płata przysadki. Cząsteczki hormonu upakowane są w ziarnistościach, które przemieszczają się wzdłuż tych aksonów i przechwytywane są w ich zakończeniach. Hormon w miarę potrzeby uwalniany jest do płynu tkankowego i transportowany dalej przez układ krążenia.

7 Rdzeń nadnerczy inicjuje reakcję alarmową (hormony: adrenalina, noradrenalina) Kora nadnerczy pomaga w stanach permanentnego stresu (hormony: androgeny, mineralokortykoidy, glikokortykoidy) ROZWÓJ ODPORNOŚCI ORGANIZMU Odporność zdolność organizmu do zachowania integralności zagrożonej przez potencjalne niebezpieczne czynniki pochodzenia zewnętrznego (np. chorobotwórcze drobnoustroje) lub wewnętrznego (komórki nowotworowe, starzejące się, uszkodzone). Rozpoznawanie elementów własnego organizmu i elementów obcych warunkowane jest przez obecność specyficznych makrocząsteczek na powierzchni komórek. Te makrocząsteczki są specyficzne dla każdego osobnika. Gdy bakteria atakuje organizm zwierzęcy, te makrocząsteczki pobudzają mechanizmy obronne zwierzęcia. Substancja, która wyzwala odpowiedź immunologiczną nazywa się antygenem (substancją niezgodną z własnymi genami). Rozpoznawanie antygenów jest skutkiem doświadczeń nabytych w procesie ewolucji. Odporność nieswoista zapobiega wnikaniu patogenów do wnętrza ustroju i szybko niszczy te, które pokonały bariery obrony zewnętrznej (np. fagocytowanie atakujących bakterii) Odporność swoista rozpoznaje i zwalcza specyficzne antygeny związane z określonymi patogenami Nieswoiste mechanizmy obronne mechanizmy zapobiegające lub utrudniające patogenom dostanie się do wnętrza organizmu: bariera skórna kwaśne wydzieliny żołądka śluzowa wydzielina dróg oddechowych Inne nieswoiste mechanizmy obronne: Patogeny atakujące tkankę wywołują reakcję zapalną, która sprowadza do zakażonej tkanki komórki fagocytujące i przeciwciała. Leukocyty obojętnochłonne i makrofagi zwalczają bakterie na drodze fagocytozy. Odporność swoista Odporność komórkowa (warunkowana przez komórki) bezpośredni atak limfocytów na patogeny Odporność humoralna (warunkowana przez przeciwciała) wytwarzanie przez limfocyty specyficznych przeciwciał, których zadaniem jest niszczenie komórek patogennych Mechanizmy odporności swoistej = odpowiedzi immunologiczne = reakcje odpornościowe Odporność swoistą warunkują limfocyty. Limfocyty stanowią rodzaj krwinek białych (leukocytów), występują we krwi i chłonce (limfie). Poszczególne ich typy wytwarzają przeciwciała, stymulują lub hamują namnażanie się i aktywność komórek oraz niszczą komórki obce (w tym nowotworowe). Limfocyty T warunkują odporność komórkową. Limfocyty B warunkują odporność humoralną. Oba typy komórek lokują się w różnych okolicach śledziony, węzłów chłonnych, migdałkach i grudkach chłonnych. Limfocyty T pochodzą z pierwotnych komórek macierzystych szpiku kostnego. W drodze do tkanki limfatycznej dojrzewają w grasicy.

8 Grasica rośnie bardzo szybko pod koniec rozwoju płodowego, jej masa przyrasta do okresu pokwitania, po czym zanika ( w jej miejsce pojawia się tkanka tłuszczowa) Limfocyty B powstają i dojrzewają w szpiku kostnym. Limfocyty B wydzielają przeciwciała. Przeciwciała są to białka należące do klasy immunoglobulin. Funkcją przeciwciał jest wiązanie się z antygenem i pobudzanie fagocytów. Wyróżnia się 5 klas immunoglobulin: IgG 75% przeciwciał w ludzkiej krwi; odpowiedzialne za zwalczanie patogenów krwi (wirusów, bakterii, niekt. grzybów) IgM powstaje w śledzionie, występuje we krwi; aktywuje fagocytozę i rozpuszcza bakterie IgA występuje m.in. we łzach, ślinie, wydzielinie z nosa, sokach trawiennych; broni organizm przed drobnoustrojami dostającymi się z wdychanym powietrzem i pokarmem IgD jest receptorem antygenów w błonie komórkowej na powierzchni limfocytów B IgE wywołują reakcje alergiczne Odporność czynna rozwija się w następstwie kontaktu z antygenem; organizm mobilizuje mechanizmy odpornościowe i namnaża komórki pamięci; komórki pamięci pozostają w węzłach chłonnych; w razie powtórnej inwazji tych samych patogenów dochodzi do szybkiej odpowiedzi immunologicznej. Odporność bierna osiągana jest w wyniku podawania gotowych przeciwciał, wytworzonych w innym organizmie; organizm nie mobilizuje sam swoich mechanizmów odpornościowych Reakcje alergiczne stanowią formę nieprawidłowej odpowiedzi immunologicznej. Reakcja alergiczna polega na wytwarzaniu przeciwciał z klasy IgE na łagodne, nieszkodliwe antygeny zwane alergenami, które u zdrowych osób nie prowokują reakcji odpornościowych. W odpowiedzi na powstanie kompleksu: cząsteczka IgE wbudowana w receptor komórki tucznej alergen, z komórki tucznej uwalniane są ziarnistości wypełnione histaminą i innymi związkami, które wywołują symptomy reakcji alergicznej. Cząstki wirusa HIV, które powodują AIDS, atakują pomocnicze limfocyty T, potrzebne do aktywacji limfocytów T i B. W ten sposób upośledzają układ odpornościowy człowieka. Kontakt z nasieniem lub krwią zawierającą wirusy HIV może doprowadzić do zachorowania na AIDS AIDS zespół nabytego upośledzenia odporności Acqiured Immune Deficiency Syndrome wykryty w 1981 roku AIDS jest infekcją atakującą ludzi o osłabionym układzie odpornościowym Indywidualna podatność na zakażenie HIV może być wypadkową czynników genetycznych, środowiskowych i psycho-socjologicznych