Βιολογία Β λυκείου Θετικής κατεύθυνσης ΑΡΓΥΡΗΣ ΓΙΑΝΝΗΣ Βιολόγος 3 ο λύκ. ηλιούπολης
1. Εισαγωγή
Το κύτταρο αποτελεί τη βασική δομική και λειτουργική μονάδα των οργανισμών. 1.1 Το κύτταρο. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 3
Χαρακτηριστικά των κυττάρων Κυτταρική αναπαραγωγή, (κυτταρική διαίρεση). Μεταβολισμός. Πρόσληψη ερεθισμάτων από το περιβάλλον και ικανότητα αντίδρασης σ αυτά. Διαφοροποίηση. Σχηματίζουν ιστούς 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 4
Κύτταρα μικρού μεγέθους κυβοειδούς, ή κυλινδρικής μορφής πολύ στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Σχηματίζονται στοιβάδες που καλύπτουν μεγάλες επιφάνειες του σώματος όπως: το δέρμα, οι βλεννογόνοι, Από τα επιθηλιακά κύτταρα αποτελούνται οι αδένες. Διαιρούνται πολύ συχνά (κάθε 3 5 ημέρες). 1.2 Επιθηλιακός Ιστός 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 5
Κυριότερες λειτουργίες του επιθηλίου Μεταφορά ουσιών Κάλυψη επιφανειών του σώματος Έκκριση ουσιών όπως οι ορμόνες, βλέννα, (π.χ. από το πάγκρεας, τους σιελογόνους αδένες, ) 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 6
1.3 Συνδετικός Ιστός Είναι ο ιστός με την μεγαλύτερη ποικιλία κυτταρικών μορφών. Ανάμεσά στα κύτταρά του παρεμβάλλεται άφθονη μεσοκυττάρια ουσία. Σχηματίζονται ίνες (ινοβλάστες, π.χ. κολλαγόνου), καθώς και λιποκύτταρα. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 7
Από συνδετικό ιστό είναι κατασκευασμένα: Τένοντες. Χόνδροι Οστά. Σύνδεσμοι. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 8
Κυριότερες λειτουργίες του συνδετικού ιστού Στήριξη (οστά, χόνδροι) Πλήρωση των ενδιάμεσων κενών Αποθήκευση λιπαρών οξέων στα λιποκύτταρα, καθώς και to 99% του Ca 2+ του σώματος. Άμυνα του οργανισμού. Επιδιόρθωση των βλαβών, (π.χ. επούλωση πληγών) 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 9
1.4 Μυϊκός Ιστός Ιστός από κύτταρα που έχουν την ικανότητα της συστολής. Υπάρχουν τρία είδη μυϊκών ινών, οι γραμμωτές, οι λείες και οι ίνες του μυοκαρδίου. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 10
Από μυϊκό ιστό είναι κατασκευασμένα: Οι σκελετικοί (γραμμωτοί) μύες. Οι λείοι μύες. Η καρδιά. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 11
1.6. Τα όργανα. Οι ιστοί του σώματος διαπλέκονται κατάλληλα μεταξύ τους και σχηματίζουν όργανα, που επιτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 12
1.7 Συστήματα Πολλά όργανα μαζί που συνεργάζονται και εξυπηρετούν μια λειτουργία, αποτελούν ένα σύστημα του οργανισμού. 1. Πεπτικό σύστημα 2. Ερειστικό σύστημα. 3. Μυϊκό σύστημα 4. Νευρικό και αισθητηρίων οργάνων 5. Αναπνευστικό 6. Κυκλοφορικό 7. Λεμφικό 8. Ουροποιητικό 9. Γεννητικό 10. Ενδοκρινών αδένων 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 13
1.8. Οργανισμός Κύτταρα και εξωκυττάριο υγρό Ομοιόσταση. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 14
2. Συστήματα συντονισμού
2.1. Ο ρόλος του Νευρικού Συστήματος Συντονίζει τη λειτουργία όλων των υπολοίπων συστημάτων του οργανισμού. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 16
2.1.1. Το νευρικό κύτταρο (ή νευρώνας) και η δομή του. Αποτελείται από τέσσερις περιοχές: 1. Το κυτταρικό σώμα. 2. Οι δενδρίτες. 3. Ο νευράξονας. 4. Οι συνάψεις. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 17
Οι νευρώνες ανάλογα με την λειτουργία τους διακρίνονται σε αισθητικούς σε ενδιάμεσους και σε κινητικούς. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 18
2.1.2. Η λειτουργία των νευρικών κυττάρων. Το σημαντικότερο χαρακτηριστικό των νευρικών κυττάρων είναι η ικανότητά τους να διεγείρονται στιγμιαία και να μεταδίδουν τη διέγερση αυτή σε άλλα κύτταρα. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 19
Το δυναμικό ηρεμίας των νευρώνων Σε συνθήκες ηρεμίας παρατηρούνται τα ακόλουθα μέσα και έξω από την μεμβράνη των νευρικών κυττάρων: Δημιουργείται περίσσευμα αρνητικών φορτίων στο εσωτερικό των κυττάρων. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 20
Στις μεμβράνες όλων των κυττάρων υπάρχουν πρωτεϊνικοί πόροι μέσα από τους οποίους μπορούν να διέρχονται μικρά ιόντα. Σε συνθήκες ηρεμίας οι πόροι αυτοί είναι κλειστοί. Διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τους πόρους Na + και, τους πόρους Κ + Αποτέλεσμα αυτού είναι να συσσωρεύονται ιόντα Κ + στο εσωτερικό της μεμβράνης του κυττάρου ενώ αντίθετα ιόντα Να + στο εξωτερικό της. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 21
Στην μεμβράνη όλων των κυττάρων υπάρχει μια πρωτεΐνη που ονομάζεται αντλία ιόντων Κ + Να +. Η αντλία αυτή διατηρεί διαφορετική συγκέντρωση των Κ + και Να + στο εσωτερικό και το εξωτερικό της μεμβράνης αντίστοιχα, με κατανάλωση ενέργειας. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 22
Η λειτουργία της αντλίας έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση χαμηλής της συγκέντρωσης Να + στο εσωτερικό της μεμβράνης εξωτερικό. και αυξημένη του Κ + στο Αποτέλεσμα των ανωτέρω είναι η δημιουργία διαφοράς δυναμικού (ΔV) του εσωτερικού με το εξωτερικό περιβάλλον, που ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 23
Με την αντλία ιόντων Κ + Να +, που υπάρχει σε όλα τα κύτταρα, μεταφέρεται Να + προς τα έξω και Κ + προς το εσωτερικό του κυττάρου. ΗμεταφοράτωνΚ + και Να + γίνεται από ένα πρωτεϊνικό φορέα και με κατανάλωση ενέργειας (ενεργητική μεταφορά). Μία ιδιομορφία της αντλίας ιόντων, είναι ότι για κάθε δύο ιόντα Καλίου που εισέρχονται με τον φορέα, εξέρχονται τρία ιόντα Νατρίου. Η λειτουργία της αντλίας ιόντων Κ + Να + 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 24
H διαφορά δυναμικού που εμφανίζεται μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής επιφάνειας της μεμβράνης ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας. Είναι της τάξης μερικών δεκάδων μιλιβόλτ (mv), ανάλογα με το είδος του κυττάρου. Το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης πολλών νευρικών και μυϊκών ινών (γραμμωτών) βρίσκεται συνήθως ανάμεσα σε 70mV και 100mV με πιθανότερο μέσο όρο μετρήσεων τα 90mV. Δυναμικό ηρεμίας 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 25
Δυναμικό ενέργειας ή νευρική ώση. Δυναμικό ενέργειας εκλύεται σε μία νευρική ίνα από οποιοδήποτε παράγοντα (π.χ ηλεκτρική διέγερση, μηχανική συμπίεση, χημική ουσία κ.λ.π), ο οποίος προκαλεί απότομη αύξηση της διαπερατότητας της μεμβράνης για τα Να +, συγκεκριμένα η [Να + ] στο εσωτερικό αυξάνει περίπου 5000 φορές, για να ελαττωθεί αμέσως, επανερχόμενη στα φυσιολογικά επίπεδα. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 26
Αποτέλεσμα των αλλαγών αυτών είναι η απότομη μεταβολή του δυναμικού της μεμβράνης από την κανονική αρνητική τιμή του, σε μία στιγμιαία θετική και μετά, γρήγορα πάλι στην αρνητική. Αυτό το θετικό δυναμικό που αναπτύσσεται στιγμιαία στο εσωτερικό της μεμβράνης λέγεται δυναμικό ενέργειας. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 27
Η απότομη απώλεια του φυσιολογικού αρνητικού δυναμικού του εσωτερικού της μεμβράνης και κατ' επέκταση της νευρικής ίνας, ονομάζεται εκπόλωση. Αμέσως μετά την εκπόλωση, οι πόροι της μεμβράνης γίνονται πάλι σχεδόν αδιαπέραστοι για τα Να + και ταυτόχρονα πολύ περισσότερο διαπερατοί, από το φυσιολογικό, για τα Κ +. Συνέπεια του ανωτέρω είναι να σταματήσει η μετακίνηση Να + προς το εσωτερικό της ίνας και να αρχίσει η μετακίνηση προς τα έξω Κ + λόγω της μεγάλης συγκέντρωσής τους στο εσωτερικό. Κατ αυτό τον τρόπο αποκαθίσταται και πάλι το φυσιολογικό δυναμικό ηρεμίας. Αυτό το γεγονός ονομάζεται επαναπόλωση 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 28
Η νευρική ώση Η μεταβίβαση της διαδικασίας της εκπόλωσης (δηλαδή του δυναμικού ενέργειας) κατά μήκος μίας νευρικής, ονομάζεται νευρική ώση. Ηαρχήτου"όλου ή ουδενός". Όταν σε κάποιο σημείο της μεμβράνης μίας φυσιολογικής ίνας εκλυθεί ένα δυναμικό ενέργειας, η εκπόλωση θα κινηθεί σε όλη την έκταση της ίνας. H ανερέθιστη περίοδος. Για το χρονικό διάστημα κατά το οποίο μία ίνα είναι εκπολωμένη από ένα δυναμικό ενέργειας, δεν μπορεί να εκλυθεί και δεύτερο δυναμικό ενέργειας όσο ισχυρό και να είναι το ηλεκτρικό ερέθισμα που τυχόν θα ασκηθεί πάνω της πριν την εξαφάνιση του προηγούμενου. Έτσι δε θα προκληθεί νέο δυναμικό. Αυτό το χρονικό διάστημα ονομάζεται ανερέθιστη περίοδος και διαρκεί περίπου έως 2,5 msec. Δηλαδή μία τέτοια ίνα μπορεί να μεταφέρει το μέγιστο 2.500 ώσεις ανά sec.
2.1.3. Η αγωγή της νευρικής ώσης Η δημιουργία του δυναμικού ενέργειας (ΔΕ) παρατηρείται μόνο σε ένα σημείο του σώματος του νευρικού κυττάρου, το αξονικό λοφίδιο στην αρχή του νευράξονα. Έτσι το ΔΕ προχωρά κατά μήκος του νευράξονα πάντοτε με κατεύθυνση από το σώμα προς τις συνάψεις. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + K + Νa + αξονικό λοφίδιο 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 30
2.1.4. Σύναψη και μεταβίβαση της νευρικής ώσης Η σύνδεση ενός νευρικού κυττάρου με ένα άλλο λέγεται σύναψη. Κάθε νευρικό κύτταρο μπορεί να δέχεται συνάψεις από χιλιάδες άλλα νευρικά κύτταρα και να συνάπτεται επίσης με χιλιάδες άλλα. Στο σημείο που δύο κύτταρα συνάπτονται μεταξύ τους, οι μεμβράνες τους έρχονται πολύ κοντά η μία στην άλλη αφήνοντας μεταξύ τους μία λεπτή σχισμή (συναπτική σχισμή). 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 31
Στο σημείο της σύναψης η μεμβράνη του κυττάρου που βρίσκεται σε διέγερση λέγεται προσυναπτική ενώ αυτού που θα διεγερθεί, μετασυναπτική. Η μετάδοση της διέγερσης γίνεται με τη βοήθεια χημικών ουσιών των νευροδιαβιβαστικών ουσιών όπως, η ακετυλοχολίνη, και η επινεφρίνη. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 32
Λειτουργία των συνάψεων. Κάθε νευρική ίνα παράγει και εκκρίνει μία μόνο νευροδιαβιβαστική ουσία. Η νευρική ώση φθάνει στην περιοχές της σύναψης. Μετά την εκπόλωση της μεμβράνης ανοίγουν ειδικοί πόροι Ca 2+ και τα Ca 2+ εισέρχονται στο εσωτερικό της προσυναπτικής μεμβράνης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να απελευθερωθεί η νευροδιαβιαστική ουσία στη συναπτική σχισμή. Η νευροδιαβιβαστική ουσία συνδέεται με ειδικούς υποδοχείς (π.χ. της ακετυλοχολίνης) της μετασυναπτικής μεμβράνης, μεταβάλλοντας έτσι τη διαπερατότητά της για τα Να +. Αυτή η διαδικασία οδηγεί στη μεταβίβαση των νευρικών ώσεων προς τα εκτελεστικά όργανα, ή προς τα διάφορα κέντρα επεξεργασίας πληροφοριών του εγκεφάλου. Η μεταβίβαση αυτή της νευρικής ώσης γίνεται μόνο προς μία κατεύθυνση και όχι και αντίστροφα. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 33
Αντανακλαστικά Χαρακτηρίζονται οι ιδιότητες των διεγέρσιμων κυττάρων (μυϊκών, νευρικών), να αντιδρούν ταχύτατα και στερεότυπα σε κάποια ερεθίσματα. Τα αντανακλαστικά εκτός της διεγερσιμότητας των κυττάρων οφείλονται και σταθερή διάταξη των νευρώνων μεταξύ τους, επιτρέποντάς τους την σταθερή κατεύθυνση της νευρικής ώσης. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 34
Η διάρκεια ενός μυοτακτικού αντανακλαστικού (από την στιγμή της διάτασης του μυ μέχρι την συστολή του είναι περίπου 40msec), χρόνος μικρότερος από το «άνοιξε κλείσε» των βλεφάρων μας. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 35
2.2. Δομή του Νευρικού Συστήματος Τα κύτταρα του νευρικού συστήματος (Ν.Σ.) μετά τη γέννηση σταματούν να διαιρούνται και ο αριθμός τους μειώνεται προοδευτικά μέχρι και την γεροντική ηλικία. Το Ν.Σ. οργανώνεται σε: Σωματικό Ν.Σ. που αποτελείται από το Κεντρικό Ν.Σ. και τα Περιφερικά νεύρα. Το Αυτόνομο Ν. Σ. που φροντίζει την ομοιόσταση του οργανισμού. Διακρίνεται σε δύο ανταγωνιστικά σκέλη, το συμπαθητικό και το παρασυμπαθητικό σύστημα. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 36
2.2.2. Τα περιφερικά νεύρα. Μεταφέρονται οι εντολές του Κ.Ν.Σ. στην περιφέρεια υπό μορφή νευρικών ώσεων. Το Κ.Ν.Σ. περιλαμβάνει: Τον εγκέφαλο Το νωτιαίο μυελό. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 37
2.2.3. Ο νωτιαίος μυελός Εξελικτικά είναι το αρχαιότερο τμήμα του Κ.Ν.Σ. των σπονδυλωτών. Περικλείεται από την σπονδυλική στήλη. Εκτείνεται από την βάση του εγκεφάλου μέχρι τον 2 ο οσφυϊκό σπόνδυλο. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 38
Ο νωτιαίος μυελός (συνέχεια) Εξωτερικά διακρίνεται η λευκή ουσία, ενώ εσωτερικά της βρίσκεται η φαιά ουσία. Στη φαιά ουσία υπάρχουν πολλά σώματα νευρικών κυττάρων, ενώ στη λευκή σχεδόν αποκλειστικά εμμύελες νευρικές ίνες. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 39
Ο νωτιαίος μυελός (συνέχεια) 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 40
2.2.4 Ο εγκέφαλος Αποτελεί συνέχεια του νωτιαίου μυελού. Διακρίνονται τρεις περιοχές (όπως εξελίχθηκαν): 1. το στέλεχος, 2. ο διεγκέφαλος (διάμεσος εγκέφαλος), 3. τα ημισφαίρια. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 41
2.2.4 Ο εγκέφαλος (συνέχεια) 1. Το στέλεχος Αποτελείται από: i. Τον προμήκη μυελό ii. iii. Την γέφυρα Τον μεσεγκέφαλο Στο στέλεχος χιάζονται οι νευρικές ίνες (αισθητήριοι άξονες) που φέρουν τις πληροφορίες προς τις ανώτερες περιοχές του εγκεφάλου. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 42
2.2.4 Ο εγκέφαλος (συνέχεια) Στο στέλεχος χιάζονταιεπίσηςοινευρικέςίνες (κινητικοί άξονες) που φέρουν τις εντολές των κινητικών κέντρων προς τις μυϊκές ίνες. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 43
2.2.4 Ο εγκέφαλος (συνέχεια) 2. Η παρεγκεφαλίδα συνδέεται με: Τη γέφυρα Τον προμήκη Τον νωτιαίο μυελό Τα κινητικά κέντρα των ημισφαιρίων του εγκεφάλου 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 44
2.2.4 Ο εγκέφαλος (συνέχεια) Η παρεγκεφαλίδα παίζει σημαντικό ρόλο στον συντονισμό των κινήσεων του σώματός μας (π.χ. βλάβη μπορεί να προκαλέσει παρεγκεφαλιδική αταξία). 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 45
2.2.4 Ο εγκέφαλος (συνέχεια) 3. Ο διεγκέφαλος περιβάλλεται από τα ημισφαίρια και αποτελείται από: Τον θάλαμο (κέντρο διέλευσης όλων των νευρικών ώσεων από και προς την περιφέρεια) Τον υποθάλαμο (περιέχει κέντρα ρύθμισης και ελέγχου σημαντικών για την ομοιόσταση λειτουργιών) Την υπόφυση (ενδοκρινής αδένας που ελέγχει και συντονίζει την λειτουργία των άλλων αδένων). 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 46
2.2.4 Ο εγκέφαλος (συνέχεια) 4. Τα ημισφαίρια του εγκεφάλου που θεωρείται η πιο πρόσφατη εξελικτικά περιοχή του Κ.Ν.Σ. Στην επιφάνειά τους εμφανίζονται πτυχές και αύλακες αυξάνοντας έτσι πολύ την επιφάνειά τους. Διακρίνεται σε λοβούς, όπως: Ο μετωπιαίος (περιέχει το κινητικό κέντρο) Ο βρεγματικός (εντοπίζονται οι σωματοαισθητικοί χάρτες) Ο ινιακός (περιέχει το κέντρο της όρασης) Ο κροταφικός (περιέχει το κέντρο της ακοής) 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 47
2.2. 5. Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ) παράγεται από κύτταρα των τοιχωμάτων των κοιλιών του εγκεφάλου και φιλτράρεται προς το πλάσμα του αίματος. Κυκλοφορεί στον υπαραχνοειδή χώρο που σχηματίζεται μεταξύ δύο μηνίγγων (χοριοειδή, αραχνοειδή) από τις τρεις (σκληρή, αραχνοειδής, χοριοειδής) που περιβάλλουν τον εγκέφαλο εσωτερικά των οστών του κρανίου. Προστατεύει τον εγκέφαλο από μηχανικές και άλλες καταπονήσεις ενώ τροφοδοτεί τα κύτταρα του με τα απαραίτητα στοιχεία. 3ο λύκ. ηλιούπολης Επιμέλεια: Γιάννης Αργύρης 48