Εισαγωγή στην Φυσιολογία

Transcript

1 Εισαγωγή στην Φυσιολογία Φυσιολογία του κυττάρου- Μεμβρανική μεταφορά Ομοιόσταση Αδαμαντία Μητσάκου Εργαστήριο Φυσιολογίας, Τμήμα Ιατρικής Πανεπιστήμιο Πατρών

2 Τι είναι η φυσιολογία;

3 Η φυσιολογία εστιάζει σε μηχανισμούς Γιατί τρέμω όταν κρυώνω; Γιατί απεκκρίνουμε μεγάλο όγκο αραιών ούρων όταν πιούμε πολλές μπύρες;

4 Η φυσιολογία συνδέεται στενά με την ανατομία Οι πνεύμονες έχουν 500 εκατομμύρια αεροφόρους σάκουςκυψελίδες που περιβάλλονται από τριχοειδή αγγεία Τα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου διαθέτουν λάχνες Ο νεφρός περιέχει 1,2 εκατομμύρια νεφρώνες που περιλαμβάνουν τα σπειραματικά τριχοειδή

5 Επίπεδα οργάνωσης του οργανισμού Σύστημα ενός οργανισμού: Σύνολο οργάνων που συνεργάζονται για την εκτέλεση μιας λειτουργίας

6 Πώς θα διδαχθείτε την φυσιολογία; Φυσιολογία Ι Κυτταρική Φυσιολογία Αυτόνομο νευρικό σύστημα Φυσιολογία των μυών Αίμα Καρδιαγγειακό σύστημα Αναπνευστικό σύστημα Φυσιολογία ΙΙ Ουροποιητικό σύστημα Γαστρεντερικό σύστημα Ενδοκρινικό σύστημα Αναπαραγωγικόσύστημα Νευροεπιστήμες Φυσιολογία και Ανατομία του νευρικού συστήματος Διαλέξεις Εργαστηριακές ασκήσεις Παρουσίαση κλινικών προβλημάτων Καρδιαγγειακό σύστημα Πεπτικό σύστημα Αναπνευστικό σύστημα Ουροποιητικό σύστημα Μυοσκελετικό σύστημα Ανοσοποιητικό σύστημα Νευρικό σύστημα Ενδοκρινικό σύστημα Αναπαραγωγικό σύστημα

7 Από ποιους θα διδαχθείτε την Φυσιολογία Ι Παπαθεοδωρόπουλος Κώστας Ταραβήρας Σταύρος Σταθόπουλος Γιώργος Αντωνία Μαραζιώτη Ηλίας Κούβελας Φυσιολογία ΙΙ Μητσάκου Αδαμαντία Βουκελάτου Γεωργία Ταραβήρας Σταύρος Παπαθεοδωρόπουλος Κώστας Ηλίας Κούβελας Νευροεπιστήμες Παπαθεοδωρόπουλος Κώστας Ταραβήρας Σταύρος Φυσιολογία;

8 Μηχανισμοί μεμβρανικής μεταφοράς Ποιες είναι οι κύριες κατηγορίες μεμβρανικών μεταφορέων; 1. Δίαυλοι ύδατος 2. Ιοντικοί διαύλοι 3. Πρωτεϊνικοί μεταφορείς 4. Μεταφορείς εξαρτώμενοι από το ATP

9 1. Δίαυλοι ύδατος- Υδατοπορίνες- AQP βραβείο Nobel Χημείας ισομορφές αριθμός/διαπερατότητα ph

10 2. Ιοντικοί διαύλοι εκλεκτικότητα ως προς ιόν αγωγιμότητα (1-2 ps, >100 ps) ανοικτός-κλειστός Παράγοντες ελέγχου: μεμβρανική τάση εξωκυττάριος προσδέτης (νευροδιαβιβαστές) ενδοκυττάριος προσδέτης (Ca ++, ATP, cgmp) μηχανική τάση μεμβράνης Ιοντικός δίαυλος K εκ. ιόντα / sec Υποδοχέας ACh -Δίαυλος Na + ελεγχόμενος από την ακετυλοχολίνη Δίαυλος Κ + μηχανοϋποδοχέας τριχωτού κυττάρου έσου ωτός

11 3. Πρωτεϊνικοί μεταφορείς >300 ειδικοί μεταφορείς μονομεταφορείς π.χ. μεταφορέας γλυκόζης, GLUT2 συμμεταφορείς π.χ. 1Na +, 1K +, 2Cl - και Na + -γλυκόζη αντιμεταφορείς π.χ. Na + - Η + Απορρόφηση γλυκόζης από το λεπτό έντερο Επαναρρόφηση NaCl στο νεφρικό σωληνάριο

12 4. Μεταφορείς εξαρτώμενοι από το ATP 1. μεταφορείς ABC έχουν περιοχές δέσμευσης ATP (ATP binding cassettes) 2. ιοντικοί μεταφορείς ATPασης φωσφορυλιώνονται μέσω υδρόλυσης ΑΤP παραδείγματα: H + -ATPάση, Na + -K + -ATPάση Δίαυλος Cl - CFTR: διαμεμβρανικός ρυθμιστής κυστικής ίνωσης Μετάλλαξη του CFTR επηρεάζεται τη μεταφορά από τις βλεφαρίδες του κροσσωτού του πνεύμονα

13 αντλία Νa + -K + ATPάσης 3 2 Ρόλος: Ιοντική και ηλεκτρική κλίση Κυτταρικός όγκος

14 Η Νa + -K + ATPάση μειώνει ενδοκυττάρια [Νa + ] και αυξάνει ενδοκυττάρια [Κ + ] 1. διαρροή ιόντων καλίου και δημιουργία μεμβρανικού δυναμικού 2. μόρια όπως γλυκόζη και αμινοξέα χρησιμοποιούν την ηλεκτροχημική κλίση του Na 3. η ηλεκτρική κλίση εξωθεί ιόντα Cl 4. διατήρηση χαμηλής συγκέντρωσης Ca μέσω συνεργασίας δύο μεταφορέων

15 Υπάρχει άλλο είδος μεταφοράς; Μεταφορά μέσω κυστιδίων: Ενδοκυττάρωση - Εξωκυττάρωση πινοκυττάρωση φαγοκυττάρωση ενδοκυττάρωση μέσω υποδοχέων Παραδείγματα εξωκυττάρωσης: Εκκριση ορμονών, νευροδιαβιβαστών, πεπτικών ενζύμων, ρενίνης από τα παρασπειραματικά κύτταρα των νεφρών Η έκκριση οφείλεται σε αύξηση του ενδοκυττάριου Ca++ με εξαίρεση την έκκριση ρενίνης και παραθυρεοειδικής ορμόνης

16 Φυσιολογία της μεταφοράς διαλυτών και ύδατος 1. διάχυση 2. ηλεκτροχημική διαφορά δυναμικού 3. ώσμωση και ωσμωτική κλίση

17 Διάχυση Αυθόρμητη μετακίνηση ουσίας από περιοχή υψηλής σε περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης J = P (C i C o ) Εξίσωση του Fick για κυτταρικές μεμβράνες J: καθαρός ρυθμός διάχυσης σε γραμμομόρια ανά μονάδα χρόνου και επιφάνεια P: συντελεστής διαπερατότητας C i : συγκέντρωση του μορίου μέσα στο κύτταρο C ο : συγκέντρωση του μορίου έξω από το κύτταρο Η απλή διάχυση είναι σημαντική για τις υδρόφοβες ουσίες, χωρίς φορτίο Σημαντική στην ανταλλαγή αερίων διαμέσου των αεραγωγών του πνεύμονα, αναισθητικά Τα περισσότερα βιολογικά σημαντικά μόρια διασχίζουν την μεμβράνη μέσω συγκεκριμένων μεμβρανικών πρωτεϊνών

18 Ηλεκτροχημική κλίση (ή διαφορά δυναμικού) κινητική ενέργεια που ασκείται σε ένα μόριο για να μετακινηθεί διαμέσου της μεμβράνης Δμ : ηλεκτροχημική κλίση Εξαρτάται από χημική διαφορά δυναμικού και ηλεκτρική διαφορά δυναμικού Το Κ μετακινείται προς τα έξω γιατί η καθαρή κινητική ενέργεια στην κλίση του Κ+ είναι αντίθετη και μεγαλύτερη από την μεμβρανική τάση (30.8 mv)

19 Εξίσωση Nerst - Δυναμικό ισορροπίας του κάθε ιόντος E x = 61.5 mv/z x log[x i ]/[X o ]

20 Ενεργός και παθητική μεταφορά αντίθετα ή σύμφωνα με την ηλεκτροχημική κλίση

21 Ώσμωση και ωσμωτική πίεση Παθητική ροή ύδατος διαμέσου μεμβρανών λόγω διαφοράς ωσμωτικής πίεσης Η ωσμωτική πίεση (π) καθορίζεται από τον αριθμό των σωματιδίων στο διάλυμα (συγκέντρωση διαλελυμένης ουσίας) Η ωσμωτική πίεση εκφράζεται ως ωσμωγραμμοριακότητα (mosm) Ωσμωγραμμοριακότητα κατ όγκο (mosm/l Η 2 Ο) και ωσμωγραμμοριακότητα κατά βάρος (mosm/kg Η 2 Ο)

22 Τονικότητα σχετίζεται με επίδραση στο κύτταρο Ποια διαλύματα χαρακτηρίζονται ισοτονικά, υποτονικά, υπερτονικά; Παράδειγμα: επίδραση ισοωσμωτικών διαλυμάτων σουκρόζης και ουρίας σε ερυθροκύτταρα (περιέχουν μεταφορείς ουρίας αλλά όχι σουκρόζης) Το διάλυμα σουκρόζης είναι ισοτονικό και της ουρίας υποτονικό, γιατί; Τι συμβαίνει στα κύτταρα σε κάθε διάλυμα; Ποιο μόριο χαρακτηρίζεται ωσμωτικά ενεργό και ποιό ωσμωτικά ανενεργό;

23 Ογκωτική πίεση mmhg στο πλάσμα ή 1,4 mosm/kg ύδατος Κινητήριος δύναμη της μετακίνησης υγρών κατά μήκος των τριχοειδών αγγειών

24 Ομοιόσταση Φυσιολογική κυτταρική λειτουργίαπρόσληψη τροφής, νερού και αποβολή παραπροϊόντων-διατήρηση σταθερής κατάστασης ισορροπίας με την συμμετοχή όλων των συστημάτων Η ικανότητα του σώματος να διατηρεί σταθερό τον όγκο και τη σύσταση των σωματικών υγρών (ενδοκυττάριου και εξωκυττάριου υγρού) Για κάθε ουσία στον οργανισμό μας που πρέπει να διατηρηθεί εντός στενού εύρους υπάρχει μηχανισμός παρακολούθησης της απόκλισης από σημείο αναφοράς (set point) και μηχανισμός επαναφοράς στην ισορροπία

25 Ενδοκυττάριο και εξωκυττάριο διαμέρισμα των σωματικών υγρών του σώματος 60% Εξωκυττάριο υγρό: Ενδιάμεσο υγρό και πλάσμα 20% 40% Σύσταση των διαμερισμάτων

26

27 Ομοιόσταση του καλίου Μηχανισμός αρνητικής παλίνδρομης ρύθμισης

28 Ρύθμιση του ισοζυγίου του ύδατος Σημείο αναφοράς: ωσμωγραμμοριακότητα του εξωκυττάριου υγρού, mosm/kg Μηχανισμός αρνητικής παλίνδρομης ρύθμισης

29 Μεταβολική ομοιόσταση Βρόγχος αρνητικής ανάδρασης μεταξύ γλυκόζης του αίματος και ινσουλίνης, γλυκαγόνης και των κατεχολαμινών Εικόνα 38-17, Φυσιολογία B+L

30 Αλλαγές στην αρτηριακή πίεση (π.χ. οξεία απώλεια αίματος) θέτουν σε λειτουργία πολλούς μηχανισμούς αρνητικής και θετικής ανάδρασης Αντανακλαστικά τασεοϋποδοχέων Αντισταθμιστικοί μηχανισμοί ή αρνητικής ανάδρασης: η προκαλούμενη μεταβολή είναι αντίθετη στην αρχική μεταβολή Αντι-αντισταθμιστικοί μηχανισμοί ή θετικής ανάδρασης : η προκαλούμενη μεταβολή διογκώνει την αρχική μεταβολή

31 Απαντήστε στις ερωτήσεις Δώστε ένα παράδειγμα όπου είναι σημαντική η σχέση δομής και λειτουργίας ενός οργάνου ή ιστού; Ποιες είναι οι κύριες κατηγορίες μεμβρανικών μεταφορέων; Αναφέρατε παράδειγμα ιοντικού διαύλου, πρωτεϊνικού μεταφορέα και μεταφορέα εξαρτώμενου από το ATP. Αναφέρατε τις άμεσες δράσεις της αντλίας Na-K-ATPάσης στο κύτταρο και παραδείγματα των έμμεσων δράσεων αυτής; Με ποια διαδικασία εκκρίνονται οι νευροδιαβιβαστές; Η έκκριση της ρενίνης στους νεφρούς οφείλεται σε αύξηση ή μείωση του εξωκυττάριου Ca ++ ; Πώς ορίζεται η διάχυση; Ποια εξίσωση μας δίνει τον ρυθμό διάχυσης μιας ουσίας διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών; Η ηλεκτροχημική κλίση της γλυκόζης εξαρτάται από τη μεμβρανική τάση ή όχι; Η ηλεκτροχημική κλίση της καλίου προς ποια κατεύθυνση το ωθεί; Σε τι μονάδες μετράται η ωσμωτική πίεση και από τι καθορίζεται; Τι διαφέρει η τονικότητα από την ωσμωτικότητα; Σε τι οφείλεται η ογκωτική πίεση; Αναφέρετε και περιγράψτε τα στοιχεία ενός ομοιστατικού μηχανισμού. Τι διαφέρει η αρνητική από την θετική ανάδραση; Γιατί είναι σημαντική η αρνητική ανάδραση από την άποψη της φυσιολογίας;