Schémata a animace zpracovalo
Servisní středisko pro e-learning na MU
http://is.muni.cz/stech/
FYZIOLOGIE
• Nauka o živých organismech (Fernel, 1642)
• Experimentální věda (W. Harvey, 1643; C. Bernard, J.E. Purkyně)
Život je dynamická soustava s cílovým chováním,
s autoreprodukcí, charakterizovaná tokem látek,
energií a informací
Cíle studia oboru:
1. Zvládnutí terminologie
2. Zvládnutí základní faktografie
3. Porozumění funkčním vztahům
4. Pochopení klinického významu oboru
BIOFYZIKA BIOCHEMIE BIOLOGIE MOLEKULÁRNÍ
BIOLOGIE
FYZIOLOGIE
PATOLOGICKÁ FARMAKOLOGIE FUNKČNÍ KLINICKÉ PREVENTIVNÍ
FYZIOLOGIE DIAGNOSTIKA OBORY MEDICÍNA
Výukové formy – přednášky, semináře, praktická cvičení, demonstrace
FYZIOLOGIE
•Obecná
•Speciální
•Srovnávací
•Evoluční
•Aplikovaná lékařská normální (normativní)
patologická
klinická
• FUNKČNÍ ORGANIZACE TĚLA
• PŘEMĚNAA TRANSPORT LÁTEK V TĚLE
• MEZIBUNĚČNÉ KONTAKTY A SIGNALIZACE
Funkce se odehrávají na 5 úrovních: molekulární, buněčné, tkáňové,
orgánové, na úrovni organismu
STRUKTURA A FUNKCE BUŇKY, ORGANELY
Molecular biology of the cell. B. Alberts et al., Garland Science 2002
ligand
hydrofilní
glykokalyx iont
hydrofobní
I – integrální bílkovina
R – receptor
E – enzym
K – kanál
P – pumpa (ATP-áza)
Membránové
molekuly
Proteiny
PLAZMATICKÁ MEMBRÁNA
KOMPARTMENTALIZACE TĚLESNÝCH TEKUTIN
GIT, plíce, ledviny, kůže
Plazma 5% - 3,5 litru
Intersticiální 15% - 10,5 litru
tekutina
Intracelulární 40% - 28 litrů
tekutina
Evansova modř, 131J
Inulin, manitol, sacharoza
Antipyrin, D2O
Celkový objem
tekutin
Extracelulární
tekutina (vč. plazmy)
Distribuční objem
VD = (mn.podané látky – mn.vyloučené látky) : plazm.konc.
TĚLESNÉ TEKUTINY
SLOŽENÍ TĚLA
Voda 60% (80-50%) hmotnosti těla
Proteiny 18%
Lipidy 15%
Minerální látky 7%
Koncentrace kationtů a aniontů v tělesných tekutinách
152
5 2
117
27
0 0
14
157
30
5 10
74
113
0
20
40
60
80
100
120
140
160
mEq/l
Extracelulárně
Intracelulárně
Na K Ca Cl HCO3 Prot. PO4
PASIVNÍ TRANSPORTNÍ MECHANISMY
Rozdíly ve složení tělesných tekutin jsou důsledkem vlastností
bariér a sil odpovědných za transport.
DIFUZE
Transport plynů, substrátů, metabolitů do m.h. 60 tis. ve
směru koncentračního spádu rozpuštěné látky.
Závisí na rozpustnosti ve vodě a lipidech.
OSMOZA
Transport vody přes semipermeabilní membránu ve
směru k vyšší koncentraci rozpuštěné látky (tj. ve
směru k nižší koncentraci vody). Závisí na počtu
částic.
Osmolarita x osmolalita
Iso-, hyper-, hypotonicita
Onkotický tlak
FILTRACE
Pohyb rozpouštědla jako výsledek osmotického a
hydrostatického tlaku.
Tvorba a resorpce tkáňového moku (Starlingovy síly).
REGULOVANÉ TRANSPORTY
KOTRANSPORT Transportovaná látka využívá
koncentrační spád Na+ jako hnací
sílu
FACILITOVANÁ DIFUZE
Selektivní nosič
Limitovaná kapacita AMK, fosfát
SYMPORT ve stejném směru
ANTIPORT v protisměru
glukóza, AMK
Ca2+, H+
AKTIVNÍ TRANSPORT
Na+K+ ATP-áza (pumpa)
Podobné pumpy:
•Ca2+/H+
•Na+/K+
•K+/H+
•Na+/H+
proti koncentračnímu spádu
ligand
hydrofilní
glykokalyx iont
hydrofobní
I – integrální bílkovina
R – receptor
E – enzym
K – kanál
P – pumpa (ATP-áza)
Membránové
molekuly
Proteiny
PLAZMATICKÁ MEMBRÁNA
IONTOVÉ KANÁLY
Molecular biology of the cell. B. Alberts et al., Garland Science2002
Membránová elektrofyziologie myokardu, P. Pučelík, Avicenum, 1990
„GATING“
G-proteiny
Molecular biology of the cell. B. Alberts et al., Garland Science2002
Molecular biology of the cell. B. Alberts et al., Garland Science2002
K+
ClSIGMA
RBI, www.sigma-aldrich.com
Na+
SIGMA RBI, www.sigma-aldrich.com
Ca+
SIGMA RBI, www.sigma-aldrich.com
KOMUNIKACE MEZI BUŇKAMI
SPOJENÍ TĚSNÉ - MECHANICKÉ (tight junctions) – zonula
occludens
• desmosomy, hemidesmosomy, zonula adherens; zajišťuje
buněčnou adhezi a mechanickou stabilitu tkání – epidermis, játra,
myokard
SPOJENÍ ŠTĚRBINOVÉ - ELEKTRICKÉ (gap junction)
• (nexus)(v interkalárních discích; tvořeno konexony)
HUMORÁLNÍ VAZBY
• autokrinie
• parakrinie
• endokrinie
NERVOVÁ SPOJENÍ
Receptor, ligand, druhý posel.
Integrace humorálního a nervového řízení v organismu
1. Synapse
2. Hypotalamohypofyzeální systém
3. Dřeň nadledvin
HOMEOSTÁZA - ZACHOVÁNÍ
STÁLOSTI VNITŘNÍHO PROSTŘEDÍ
REGULOVANÉ PARAMETRY
Stálá tělesná teplota, objem tělesných tekutin,
osmotický tlak, pH, obsah kyslíku a oxidu uhličitého,
obsah iontů, obsah glukózy a řady další látek…
(izohydrie, izovolémie, izoionie, izoosmie, …)
V ŠIRŠÍM SMYSLU – v tělesných tekutinách
V UŽŠÍM SMYSLU - v jednotlivých kompartmentech
až po úroveň organel nebo udržení stálosti určité
vlastnosti (např. udržení krevního tlaku nebo napětí
svalů)
REGULACE ŽIVÝCH SYSTÉMŮ
Živé systémy – otevřené systémy, jejichž existence
je vázána na tok energie, látek a informací mezi
organismem a prostředím v obou směrech.
Probíhá na všech úrovních systému (buňka – celý
organismus).
ADITIVNÍ PŮSOBENÍ REGULACE A AUTOREGULACE
Systémová regulace – nervová a humorální
Lokální regulace – chemická – pO2, pCO2,pH,
prostaglandiny
Autoregulace
•myogenní – konstantní průtok danou oblastí během změn
perfusního tlaku
•metabolická vazodilatace – zvýšení průtoku krve např. při práci
•homeometrická a heterometrická autoregulace srdce
HOMEOSTÁZU VYCHYLUJE:
. Kontakt se zevním prostředím
plíce, GIT, kůže, ledviny
. Vnitřní zdroje změn (nestability)
metabolismus, fyzická aktivita
Extracelulární tekutiny představují transportní
systém
ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI REGULAČNÍCH
SYSTÉMŮ
• Systém je stabilní alespoň v rozsahu svého funkčního
uplatnění
• Žádný reálný regulační systém nereguluje ideálně
• Regulační doba = čas do okamžiku, než se
regulovaná veličina vrátí k původním (klidovým)
hodnotám
ZÁKLADNÍ TYPY VAZEB
SÉRIOVÁ
PARALELNÍ
ZPĚTNÁ PŘÍMÁ ZPĚTNÁ NEPŘÍMÁ
VAZBA
ZÁPORNÁ
KLADNÁ
Odchylka osciluje nebo se plynule zvětšuje.
KLADNÁ ZPĚTNÁ VAZBA
FYZIOLOGICKÁ
Zajištění systémů, aktivace
PATOLOGICKÁ
Nestabilita - smrt
ZÁPORNÁ ZPĚTNÁ VAZBA
•Uplatňuje se v regulacích
•Kompenzuje odchylku regulované veličiny
•Minimalizuje rozdíl mezi skutečnými hodnotami regulované
veličiny a tzv. žádanou hodnotou
Regulovaná
soustava
Regulátor
Výstupní
veličina
regulátoru
Regulační odchylka
Regulovaná
veličina
Žádaná hodnota
KLADNÁ ZPĚTNÁ VAZBA
•Nemá regulační účinek
•Odchylku nekompenzuje, ale zesiluje
+
+
POZITIVNÍ ZPĚTNÁ VAZBA
Příklady FYZIOLOGICKÉ pozitivní vazby:
• dozrávání Graafova folikulu – preovulační vyplavení LH
• porod - vyplavení oxytocinu
• akční potenciál – otevírání sodíkových kanálů
odchylka parametru vede ke gradování odchylky – urychlení děje nebo zesílení
KRVÁCENÍ  PLNĚNÍ SRDCEMINUTOVÉHO VÝDEJE
TK  KORONÁRNÍHO PRŮTOKU  KONTRAKTILITY
MINUTOVÉHO VÝDEJE TK  KORONÁRNÍHO
 PRŮTOKU   KONTRAKTILITY
Srdečnívýdej
krvácení Regulace
- zpětná vazba
Circulus viciosus
+ zpětná vazba
PATOLOGICKÉ pozitivní zpětné vazby –
BLUDNÝ KRUH a SMRT