Podstawy fizjologii zwierząt

Podstawy fizjologii zwierząt DR MAGDALENA MARKOWSKA ZAKŁAD FIZJOLOGII ZWIERZĄT, INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII, UNIWERSYTET WARSZAWSKI ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 1

Plan wykładu Fizjologia jako nauka. Podstawowe pojęcia fizjologiczne. Układy zapewniające komunikacje wewnątrz organizmu. Anatomia i fizjologia układu nerwowego. Anatomia i fizjologia układu hormonalnego. Krążenie i funkcje krwi. Homeostaza. Anatomia i fizjologia układu oddechowego. Anatomia i fizjologia układu pokarmowego. Anatomia i fizjologia układu wydalniczego. Zjawisko ruchu. Budowa i działanie mięśni. Komunikacja ze środowiskiem zewnętrznym. Zmysły. Termoregulacja. Układ odpornościowy i procesy odpornościowe. Rozmnażanie i rozród. Reakcja stresowa. ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 2

Fizjologia Fizjologia (gr. φυσιολογία, od φύσις - natura + λόγος - nauka) Physiology: study of the functioning of living organisms, animal or plant, and of the functioning of their constituent tissues or cells Nauka o funkcjonowaniu zwierząt Knut Schmidt Nielsen Budowa i funkcja poszczególnych części ciała W jaki sposób te części ciała ze sobą współpracują Różnorodność w świecie zwierząt Na Ziemi żyje ponad milion gatunków zwierząt ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 3

Historia fizjologii zwierząt Hipokrates (460-circa 377 A.C.) Ojciec medycyny i baczny obserwator natury Arystoteles (384-322 A.C.) Ojciec nauk biologicznych Dostrzegał zależność pomiędzy strukturą a funkcją Claudius Galenus, Galen (A.D. 129-ok. 199) Pierwszy fizjolog przeprowadzający doświadczenia Ibn al-nafis (1213-1288) średniowiecze Anatomia serca i płuc Jean-Francois Fernal (1497-1558) renesans Znajomość zdrowia i choroby ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 4

Historia fizjologii zwierząt Andreas Versalius (1514-1564) Pierwszy podręcznik anatomii William Harvey (1578-1657) Opisał krążenie krwi i serce jako pompę Herman Boerhaave and Albrecht von Haller (1700s) Działanie organizmu opiera się na procesach fizycznych i chemicznych Matthias Schleiden and Theodor Schwann (1838) Komórka podstawową jednostką funkcjonalną i strukturalną ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 5

Historia fizjologii zwierząt Claude Bernard (1813-1878) Milier interieur (środowisko wewnętrzne) Walter Cannon (1871-1945) homeostaza Per Scholander (1905-1980) Twórca fizjologii porównawczej ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 6

Poziomy organizacji biologicznej ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 7

Poziomy organizacji biologicznej ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 8

Wspólne zasady Procesy fizjologiczne opierają się na podstawowych zasadach chemicznych i fizycznych Procesy fizjologiczne są regulowane homeostatycznie Procesy fizjologiczne są wypadkową wpływu genotypu i środowiska Różnorodność fizjologiczna wśród zwierząt jest wynikiem ewolucji Podstawowym kanonem w fizjologii jest związek struktury z funkcją ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 9

Wspólne zasady ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 10

Homeostaza Walter Cannon, 1920: pojęcie homeostazy..jest to względna stałość parametrów fizjologicznych oraz podtrzymujące ją mechanizmy... Homeostaza jest to samoregulujący się proces, dzięki któremu układy żywe (organizmy) zdążają do utrzymania stałości przy jednoczesnym dostosowywaniu jej do poziomu optymalnego dla przeżycia. Jeśli homeostaza jest skuteczna życie toczy się dalej. Jeśli zawodzi następuje śmierć lub kataklizm. Encyclopedia Britannica ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 11

Środowisko wewnętrzne Claude Bernard, 1859: środowisko wewnętrzne.stałość środowiska wewnętrznego stanowi konieczny warunek życia wolnego i niezależnego..organizm reaguje stosownym przeciwdziałaniem na wszystkie czynniki, zakłócające równowagę jego środowiska wewnętrznego ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 12

Sprzężenia zwrotne System sprzężeń zwrotnych to rodzaj funkcjonalnych powiązań jakie występują między poszczególnymi elementami układu wewnątrzwydzielniczego oraz elementami układu wewnątrzwydzielniczego i tkankami docelowymi ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 13

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 ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 14

Związek struktury z funkcją Tkanka to zespół komórek o: określonej budowie pełniących określone funkcje i zajmujących określone miejsce w organizmie ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 15

Tkanki człowieka Tkanka łączna Tkanka nerwowa Tkanka mięśniowa prążkowana Tkanka mięśniowa serca Tkanka nabłonkowa Tkanka mięśniowa gładka ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 16

??? komórki tej tkanki tworzą zwarty układ i ściśle przylegają do siebie; wszystkie komórki leżą na błonie podstawnej; komórki są biegunowo zróżnicowane (biegun szczytowy i biegun podstawny mają inną budowę); tkanka ta nie ma własnych naczyń krwionośnych; odżywianie tkanki zachodzi na drodze dyfuzji z naczyń krwionośnych leżących poniżej warstwy podstawnej; tkanka jest dobrze unerwione, znajdują się w nich liczne zakończenia nerwowe (receptorowe); ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 17

Tkanka nabłonkowa ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 18

Komunikacja wewnątrz organizmu Układ nerwowy generowanie i koordynacja szybkiej oraz precyzyjnej odpowiedzi Układ hormonalny koordynacja przebiegu i utrzymanie stanu równowagi kontrola funkcji realizowanych przez długi czas Układ krwionośny TRANSPORT hormonów składników odżywczych gazów oddechowych metabolitów ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 19

naczynie krwionośne receptor na tkance docelowej kompleks hormon receptor ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 20

Układ nerwowy DR MAGDALENA MARKOWSKA ZAKŁAD FIZJOLOGII ZWIERZĄT, INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII, UNIWERSYTET WARSZAWSKI

Budowa komórki zwierzęcej za Chorąży 2011 ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 22

Błona komórkowa Zewnętrzna część Wewnętrzna część ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 23

Błona komórkowa ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 24

Błona komórkowa Cząsteczki fosfolipidów mają polarną (hydrofilną) główkę i hydrofobowy ogon http://www.ib.bioninja.com.au/_media/phospholipid_bilayer_med.jpeg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/phospholipid_tvanbrussel.jpg ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 25

Samoorganizacja micelle liposome http://commons.wikimedia.org/wiki/file:micelle_scheme-en.svg http://commons.wikimedia.org/wiki/file:liposome_scheme-en.svg ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 26

Co to daje http://commons.wikimedia.org/wiki/file:phospholipids_aqueous_solution_structures.svg ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 27

Błona komórkowa http://commons.wikimedia.org/wiki/file:cell_membrane_detailed_diagram_en.svg?uselang=en-gb ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 28

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 29

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT Cel układu nerwowego Układ nerwowy ma za zadanie odebrać informacje ze środowiska zewnętrznego i wewnętrznego organizmu, przetworzyć te informacje i odpowiednio zareagować na nie impulsami do narządów wykonawczych 30

Ale jak to działa? ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 31

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT Sygnały elektryczne Komórki nerwowe wytwarzają sygnały elektryczne zwane potencjałami czynnościowymi Umożliwiają one przenoszenie sygnału z jednej części ciała do drugiej Wytworzenie sygnałów elektrycznych jest możliwe dzięki istnieniu różnicy stężeń jonów pomiędzy zewnętrzna i wewnętrzną częścią błony komórkowej 32

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT Nerw akson pęczek neuronów naczynia krwionośne nerw 33

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT dendryty Neuron jądro siateczka endoplazmatyczna akson osłonka mielinowa zakończenie aksonu 34

Neuron ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 35

Rodzaje neuronów neurony Purkiniego motoneuron neuron w siatkówce neuron węchowy ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 36

Rodzaje neuronów ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 37

Neuron ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 38

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT Mielinizacja Mielina to glikolipid świetna izolacja 39

Polaryzacja błony ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 41

Potencjał czynnościowy ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 42

Po co mielina? ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 43

Skokowe przemieszczanie się potencjału czynnościowego ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 44

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT Przewodzenie skokowe 45

Potencjał czynnościowy ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 47

Synapsa Potencjał czynnościowy Pęcherzyki synaptyczne Ca 2+ Neurotransmiter Miejsce wiązania neurotransmitera Receptor ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 48

Synapsa Neurotransmiter Receptor Efekt Acetylocholina Nikotynowy Muskarynowy Pobudzenie lub hamowanie Potencjał czynnościowy Glicyna Hamowanie Ca 2+ Pęcherzyki synaptyczne Neurotransmiter Glutaminian AMPA NMDA Kainowy Pobudzenie lub hamowanie GABA GABA A Hamowanie GABA B Miejsce wiązania neurotransmitera Dopamina Hamowanie lub pobudzenie Receptor Noradrenalina I Hamowanie lub pobudzenie ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 49

Synapsa ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 50

Mnogość synaps ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 51

Komórki glejowe Astrocyty - transport substancji odżywczych, rozwój neuronów, regulacja poziomu neurotransmiterów i komunikacji synaptycznej; uszczelnianie bariery krewmózg Mikroglej - funkcje odpornościowe Ependyma Neuron Astrocyty Oligodendrocyty tworzą osłonkę mielinową w OUN Ependyma - wyściełają komory mózgu Komórki Schwanna- wzrost prędkości przekazywania sygnału, regeneracja i wzrost neuronów Copyright 2006 Pearson Education Inc. Publishing as Benjamin Cummings Oligodendrocyt Mikroglej Komórki Schwanna ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 53

ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT Bariera krew-mózg 1. Fizyczna i biochemiczna bariera pomiędzy naczyniami krwionośnymi a tkanką nerwową. 2. Umożliwia wybiórczy transport substancji z krwi do płynu mózgowo-rdzeniowego. 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. 54

Dziękuję ANTROPOZOOLOGIA - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 55