Fizjologia - Notatki - Turystyka, Notatki z Hotelarstwo i turystyka

Pobierz Fizjologia - Notatki - Turystyka i więcej Notatki w PDF z Hotelarstwo i turystyka tylko na Docsity! Fizjologia jest nauką o zasadach działania organizmów żywych. Przedmiotem jest ustalenie praw rządzących materią ożywioną. Określana jest jako nauka o prawach odpowiedzialnych za utrzymanie homeostazy organizmu, tj. stałego składu chemicznego i stałych parametrów fizycznych żywego organizmu. Wszystkie zjawiska życiowe dają się sprowadzać do reguł znanych z fizyki, chemii, matematyki. Jest syntezą wiedzy z innych dziedzin: - Biochemii: reakcje chemiczne na poziomie komórek - Anatomii - Biofizyki - Genetyki Elementarną jednostką żywych organizmów jest komórka: - Pobieranie i przyswajanie składników pokarmu - Metabolizm energetyczny - Wydalanie produktów przemiany materii - Tworzenie innych jednostek przez podział - Wzrost tj. tworzenie nowego materiału - Pobudliwość, czyli zdolność reagowania na zmiany Organizm człowieka składa się z ok. 100 biliardów komórek. Czynność organizmu wielokomórkowego jest sumą aktywności wszystkich komórek. Komórki pełniące te same funkcje tworzą tkanki. U człowieka są cztery tkanki: nabłonkowa, mięśniowa, nerwowa, łączna (chrzęstna, kostna, tłuszczowa, łączna właściwa). Wyodrębnioną część ustroju składającą się z różnych tkanek, ale pełniące te same funkcje nazywamy narządem. Układem nazywamy zespół narządów wykonujących jedną z podstawowych czynności organizmu, tj. pozyskiwanie i dystrybucja związków energetycznych, utrzymywanie homeostazy, odporność, zdolność poruszania się, przetrwanie gatunku. Aby organizm funkcjonował jako całość i mógł zachować stałość środowiska wewnętrznego, konieczne jest porozumiewanie się komórek ze sobą, czyli: - Zbieranie informacji ze środowiska wewnętrznego i zewnętrznego - Przetwarzanie danych - Właściwe na nie reagowanie Komórki komunikują się ze sobą przy pomocy: - Potencjałów elektrycznych (czynność fizyczna) - Sygnałów chemicznych(transmitery) - Hormonów Komórki, które odbierają sygnały nazywamy pobudliwymi. Sygnały, czyli nośniki odpowiedniej energii nazywamy bodźcami. Komórka pobudliwa reaguje na bodźce o określonej sile i czasie działania. Bodziec o najmniejszej sile, która może wywołać reakcję nosi miano progowego. Słabszy od progowego jest podprogowy- za słaby, by wywołać reakcję. Bodziec silniejszy niż progowy to nadprogowy. Ten bodziec może uszkodzić komórkę. Taki bodziec nie zwiększa reakcji komórki, ponieważ komórka pobudliwa reaguje zgodnie z prawem: „wszystko, albo nic”, tj. progowy wywoła reakcję maxymalną, a podprogowy nie wywoła reakcji w ogóle. Jedną z podstawowych cech czynnościowych jest zdolność do wytwarzania różnic potencjału elektrycznego w poprzek błony komórkowej. U podstaw genezy zjawisk bioelektrycznych komórek pobudliwych leży struktura i czynność błony komórkowej. Warunkiem czynności bioelektrycznych jest istnienie w niej spoczynkowej różnicy potencjałów między wnętrzem komórki, a jej otoczeniem. Tą różnicę potencjałów określa się jako potencjał spoczynkowy lub potencjał błonowy. Czynnikiem odpowiedzialnym za wytworzenie różni potencjałów pomiędzy wnętrzem komórki i powierzchnią błony jest nierównomierne stężenie jonów po obu stronach błony komórkowej. W cytpolaźmie znajdują się znaczne ilości niedyfundujących anionów organicznych, są to głównie fosforany organiczne (ATP, GTP, AMP, itp.), aminokwasy. Spośród jonów nieorganicznych są głównie kationy potasu. Jego stężenie w cytoplaźmie jest od 10 do 100-krotnie większe niż w płynie zewnątrzkomórkowym. W przestrzeni zewnątrzkomórkowej przeważają kationy sodowe i aniony chlorkowe. Ich stężenie w cytoplaźmie komórek jest niewielkie. CYTOPLAZMA PŁYN ZEWNĄTRZKOMÓRKOWY Na+ 12 mmol/l Na+ 142 mmol/l K+ 160 mmol/l K+ 4 mmol/l Cl- 4 mmol/l Cl- 120 mmol/l HCO3- 8 mmol/l HCO3- 27 mmol/l Anion org 155 mmol/l Anion org 7 mmol/l Ta asymetria w dystrybucji jonów po obydwu stronach błony komórkowej powstaje i jest utrzymywana na skutek działania dwóch mechanizmów: - Transport bierny - Transport czynny (aktywny) Błona komórkowa: - W spoczynku jest tylko w nielicznym stopniu przepuszczalna dla jonów (Na+), które mogą przechodzić zgodnie z gradientem stężeń, tj. z płynu zewnątrzkomórkowego do wnętrza komórki ECF błona ICF Na+ • 142 mmol/l 12 mmol/l - Jest nieprzepuszczalna dla jonów białczanowych i fosforowych organicznych, których stężenie jest wysokie w cytoplaźmie komórkowej ECF błona ICF Białczany i fosforany organiczne 7 mmol/l 155 mmol/l - W spoczynku jest stosunkowo przepuszczalna dla jonów potasu, które mogą przechodzić zgodnie z gradientem stężeń z cytoplazmy komórek do płynu zewnątrzkomórkowego, jony potasu dyfundują z komórek i wynoszą ładunki dodatnie, co powoduje, że wnętrze kom staje się bardziej ujemne ECF błona ICF K+ • K+ 4 mmol/l 160 mmol/l - Nierównomierne rozmieszczenie jonów między wnętrze komórki i płynem zewnątrzkomórkowym a tym samym potencjał spoczynkowy na błonie komórkowej, może się utrzymywać dzięki stałemu: o Usuwaniu jonów sodu z wnętrza komórki do płynu zewnątrzkomórkowego – transport wbrew gradientowi stężeń o Usuwaniu jonów potasu z płynu zewnątrzkomórkowego do cytoplazmy – transport wbrew gradientowi stężeń Czyli aktywny transport jonów kosztem energii z rozkładu ATP. ATP-aza ATP+H2O== ADP+Pi+energia Uzyskiwana energia służy do wtłaczania wbrew gradientowi stężeń jonów sodu i potasu. Pompa sodowo-potasowa utrzymuje potencjał spoczynkowy na końcach błony ECF ICF 2K+ 3Na+ Elektrolit- płyn, ma właściwości przewodzenia prądu, otacza komórkę, rozpuszcza aniony i kationy i sole mineralne, rozmieszczone w sposób nierównomierny. Przyczyną potencjału jest nierównomierne rozmieszczenie jonów. Czynność ATP-azy nie dopuszcza do wyrównania stężeń. Geneza potencjału czynnościowego Wszystkie żywe komórki wykazują potencjał spoczynkowy, jednak tylko komórki pobudliwe mogą zmienić przewodnictwo jonowe błony w odpowiedzi na bodźce o sile progowej, czego następstwem są zmiany potencjału na błonie komórkowej. Jeżeli bodziec jest progowy, to na błonie powstanie potencjał czynnościowy, który spowoduje przejście komórki ze stanu spoczynkowego w czynnościowy. W komórce nerwowej będzie to rozprzestrzeniający się w postaci fali depolaryzacyjnej impuls nerwowy. W komórce mięśnia szkieletowego, sercowego i gładkich następuje skurcz miofilamentów. Mechanizm powstawania potencjału czynnościowego 1. Na skutek działania na błonę komórkową bodźca o sile progowej -adekwantnego- dochodzi do otwarcia kanałów sodowych na błonie i szybkiego napływu jonów Na+ do wnętrza komórki. Przepuszczalność błony dla jonów Na+ wzrasta 500-krotnie – proces nosi nazwę aktywacji sodowej. W wyniku wkroczenia Na+ do komórki i wnoszenia ładunków dodatnich błona staje się zdepolaryzowana, a różnica potencjałów może osiągnąć wartości dodatnie, sięgające aż do +20, +30 mV. czasowych. Wtedy powstają potencjały postsynaptyczne, które sumują się i depolaryzują komórki postsynaptyczne jest dostarczająca by wyzwolić potencjał czynnościowy. o Hamowanie presynaptyczne- ma miejsce w synapsach aksonowo-aksonowych. Wyzwalany jest transmiter hamujący i powodujący hiperpolaryzację błon w miejscu styku neuronów. Taka synapsa może być w rejonie presynaptycznym aksonowo-dendrycznej lub aksonowo- somatycznej synaps pobudzonych. Transmitery synaptyczne zwykle: - Syntetyzowane w neuronie - Dzieli stymulację do szczelin - Może być wiązany przez receptory błony postsynaptycznej - Może być wydalany przez czynniki zlokalizowane w pobliżu receptorów Regulacja hormonalna Hormon- to związek chemiczny, wytwarzany przez wyspecjalizowane komórki, uwalniany do krwi i tą drogą transportowany do wielu komórek i narządów gdzie reguluje metabolizm oraz czynności tych narządów i tkanek. Hormon nazywany jest przekaźnikiem chemicznym humoralnym – oddziałującym na komórki poprzez specjalne receptory. Cechy hormonów - Okres utajonego pobudzenia, czyli czas, jaki upływa od wydzielenia hormonu do krwi do wystąpienia objawów działania jest dłuższy niż w przypadku pobudzenia nerwowego - Efekt wpływu hormonu jest dłuższy niż pobudzenia nerwowego, może być widoczny nawet w ciągu kilku dni lub tygodni - Hormon regulują homeostazę – dzieje się to na zasadzie sprzężeń zwrotnych - Hormon regulują procesy kluczowe dla metabolizmu - Działanie fizjologiczne hormonów występuje przy małych stężeniach we krwi(od 1x10-9 do 1x10-6) - Charakteryzują się dużą swoistością do receptorów, za pośrednictwem, których oddziałuje na komórkę - W warunkach fizjologicznych istnieje równowaga między szybkością syntezy i rozpadu hormonu. Zaburzenie tej równowagi może być tylko chwilowa, wzrost stężenia prowadzi do zahamowania jego produkcji lub zwiększenia aktywności procesu rozpadu w wątrobie, nerkach lub jelitach, co prowadzi do przywrócenia równowagi hormonalnej Główne rodzaje hormonów Podział ze względu na miejsce i zakres działania - Hormony miejscowe to związki chemiczne wytwarzane przez różnie komórki i działające w najbliższym sąsiedztwie miejsca ich powstania - Hormony tkankowe to związki syntetyzowane przez komórki nie skupione w gruczołach wpływają na czynność komórki budujących tkankę. Do tej grupy należą hormony wytwarzane w przewodzie pokarmowym i nerki. Przykładem są erytropoetyna i renina - Hormony o działaniu ogólnym – wydzielane przez swoiste zbiory komórek tworzących gruczoł wydzielane do krwi. Za pośrednictwem krwi związki te są niesione do wielu komórek i tkanek. Natomiast na komórki docelowe oddziałują tylko za pośrednictwem odpowiednich receptorów. Podział hormonów ze względu na budowę chemiczną - Hormony pochodne aminokwasom, np.: adrenalina, noradrenalina, trójjodotyronina, melantonina. Hormony te są rozpuszczalne w wodzie i dlatego trudno penetrują błonę komórki w warstwach lipidowych - Hormony polipeptydowe, np.: wzrostu, tyreotropowy, insulina, kalcytonina, oksydocyna, wazopresyna. Hormony te są rozpuszczalne w wodzie, dlatego też trudno penetrują błonę komórkową. Nie można podawać tych związków doustnie, ponieważ są trawione i tracą swoją aktywność biologiczną - Hormony sterydowe w cząsteczce mają pierścień gonanu, czyli cyklopentanoperhydrofenontrenu. Są produkowane przez korę nadnerczy i gonady męskie i żeńskie. Do tej grupy należy także witamina D3. Związki te rozpuszczalne są w tłuszczach i dlatego łatwo przechodzą przez błonę komórkową a także wywierają wpływ na ośrodkowy układ nerwowy. Kontrola wydzielania hormonów Uwalnianie hormonów z komórek dokrewnych następuje pod wpływem bodźców nerwowych, hormonalnych i metabolicznych - Kontrola nerwowa uwalniania hormonów polega na wpływie układu nerwowego wegetatywnego. Przykładem jest uwalnianie katecholamin przez rdzeń nadnerczy po pobudzeniu układu współczulnego - Regulacja hormonalna to wpływ tzw. hormonów tropowych na wydzielanie gruczołów dokrewnych np. ACTH pobudza wydzielanie kory nadnerczy - Regulacja metabolizmu to wpływ substratów na produkty metabolizmu, np.: wpływ glukozy na wydzielanie insuliny, wpływ stosunku stężenia sodu do potasu we krwi na wydzielanie aldosteronu. Mechanizm działania hormonów Wpływ hormonów na komórki docelowe zachodzi za pośrednictwem odpowiednich receptorów zlokalizowanych na błonach komórkowych, w cytoplaźmie o jądrze komórkowym. Receptory mają zdolność „rozpoznawania” odpowiedniego hormonu i „przekładania” jego działania na funkcje biochemiczne komórki Wpływ hormonów na komórki docelowe: - Zmiana aktywności procesu syntezy enzymu - Zmiana aktywności już istniejących enzymów poprzez wpływ na jego konformację, tj. budowę przestrzenną - Działanie na powierzchnię błony komórkowej zmieniając przepuszczalność dla substratów reakcji enzymatycznej lub związków spełniających rolę aktywatorów lub inhibitorów enzymu Hormon Budowa Gruczoł Działanie Adrenalina i noradrenalina (katecholaminy) Aminokwasowa Rdzeń nadnerczy Rozkład glikogenu i tłuszczu, zmiany w czynności serca, wzrost HR Tyroksyna Aminokwasowa Tarczyca Podwyższa przemianę materii Parothormon Peptydowa Przytarczyce Obniżenie stężenia Ca2+ w surowicy krwi Insulina Peptydowa Trzustka Zwiększa transport glukozy do mięśni, odkładanie glikogenu w mięśniach i wątrobie, czyli obniżenie poziomu cukru we krwi, odkładanie tłuszczu Glukagon Peptydowa Trzustka Rozpad glikogenu, aktywacja glukoneogenezy, podniesienie poziomu glukozy we krwi Mineralokortykoidy: aldosteron Sterydowa Kora nadnerczy Regulacja gospodarki mineralnej i wodnej, zatrzymywanie Na+ Glikokortykoidy: kortyzon, glikortyzon, kortyzol Sterydowa Kora nadnerczy Aktywacja glukogenezy, podniesienie poziomu glukozy we krwi, aktywacja rozpadu białek Estrogeny: progesteron Sterydowa Jajniki Rozwój drugorzędnych cech płciowych żeńskich, rozwój śluzówki macicy, zamiatacz wolnych rodników Androgeny: testosteron Sterydowa Jądra Rozwój drugorzędnych cech płciowych męskich, aktywacja biosyntezy białek kurczliwych mięśnia szkieletowego Hormon wzrostu Peptydowa Przysadka mózgowa Podwyższenie przemiany materii, wzrost, zwiększenie biosyntezy białek strukturalnych Hormon kortykotropowy (ACTH) Peptydowa Przysadka mózgowa Pobudzenie kory nadnerczy do syntezy hormonów sterydowych Hormon tyreotropowy Peptydowa Przysadka mózgowa Pobudzenie tarczycy do syntezy hormonów Hormon lipotropowy Peptydowa Przysadka mózgowa Mobilizacja rezerw tłuszczu Hormon melanotropowy Peptydowa Przysadka mózgowa Regulacja syntezy pigmentów skóry Oksydocyna Peptydowa Przysadka mózgowa Skurcz macicy i wywołanie bólów porodowych Wazopresyna hormon ADH antydinretyczny Peptydowa Przysadka mózgowa Kontrola wydalania wody przez nerkę, reguluje ciśnienie krwi Wysiłek fizyczny a poziom hormonów Uwalnianie hormonów do krwi w czasie wysiłku fizycznego zależy od: - Intensywności, tj. obciążenia względnego i bezwzględnego - Czasu trwania wysiłku fizycznego - Warunków otoczenia Zmiany poziomu hormonów we krwi są związane z funkcją hormonów regulującą metabolizm i czynności narządów. Regulacja hormonalna jest mechanizmem utrzymującym homeostazę organizmu, czyli mechanizmem umożliwiającym przystosowanie się organizmu do zmienionych warunków, w tym wypadku przystosowanie się organizmu do wykonywania wysiłku fizycznego. Katecholaminy To hormony wydzielane przez rdzeń nadnerczy. Ich poziom wzrasta podczas wykonywania wysiłku fizycznego, ponieważ zwiększa się aktywność układu nerwowego wegetatywnego – a nadnercza są zakończeniem układu współczulnego, czyli rośnie także pobudzenie układu adrenergicznego. - Noradrenalina (NA) Podczas wysiłków dynamicznych zwiększa się stężenie NA we krwi proporcjonalnie do obciążenia względnego, tj. %VO2 max . I czasu trwania wysiłku. Podczas krótkich wysiłków stężenie NA we krwi wyraźnie zwiększa się u ludzi o małej wydolności już przy obciążeniu 30% VO2 max, a u ludzi o dużej wydolności ten wzrost jest widoczny przy obciążeniu przekraczającym 50-70 % VO2 max . Podczas wysiłków długotrwałych stężenie NA zwiększa się progresywnie ze wzrostem czasy trwania pracy. Trening fizyczny obniża poziom NA podczas wysiłku fizycznego. - Adrenalina Zwiększenie stężenia A jest także zależne od intensywności i czasu trwania wysiłku fizycznego. Widoczny wzrost A jest przy obciążeniu wyższym niż te, które powodują wzrost NA. o stężenie A zwiększa się ewidentnie gdy obciążenie osiągnie 80% pułapu tlenowego podczas wysiłku krótkotrwałego u ludzi o niższej wydolności i pułap przekracza 70% VO2 max u ludzi o wysokiej wydolności o podczas wysiłków długotrwałych widoczny jest wzrost A po 30-60 min pracy. Natomiast wysiłek trwający kilka godzin może prowadzić do obniżenia A we krwi. To daje dowody na to, że może dojść do wyczerpania się nadnerczy. Wydzieliny nadnerczy szczególnie wysoki wzrost stężenia katecholamin stwierdza się podczas wysiłków statycznych. Katecholaminy są rozkładane przez takie narządy jak: wątroba, nerki, a produkty rozkładu wydalane są do moczu. Zwiększanie poziomu katecholamin podczas pracy można otrzymać poprzez podawanie glukozy. Gospodarka energetyczna organizmu w spoczynku i pracy fizycznej Energia wydatkowana na podtrzymanie podstawowych procesów życiowych (Basel Metabolic Rate – BMR) wynosi ok. 8380 kJ/24h = 2000 kcal/24h = 40 kcal/m2/h Całkowita ilość energii wydatkowana przez organizm w ciągu doby wynosi: - BMR - Energia wydatkowana na podtrzymywanie aktywności ruchowej, której wartość zależy od intensywności wysiłku fizycznego, czasu trwania, masy ciała, wzrostu, wieku i płci Energia w organiźmie zwierząt, w tym człowieka jest uwalniania ze związków chemicznych: - fosfagenów: ATP, ADP, PCr - cukrów - tłuszczów - białek W spoczynku ilość energii uwalnianej ze związków chemicznych równa się energii wydatkowanej na podtrzymywanie procesów życiowych tj. bilans energetyczny = 0 – (+) 5% Wszystkie procesy życiowe: - podstawowe praca serca, praca mięśni wdechowych, pobudzenie centralnego układu nerwowego, synteza białek i zapasowych związków energetycznych (glikogenu, tłuszczów) oraz hormonów, praca nerek itp. - inne np. praca mięśnia szkieletowego Obciążenie bezwzględne można też wyrazić w jednostkach objętości tlenu pochłanianego przez nasz organizm w l/min. 1 l O2/min – 5 kcal energii/ min Obciążenie względne oznacza proporcję między zapotrzebowaniem na tlen podczas wykonywania pracy a maksymalnym pochłanianiem tlenu podczas wysiłku, czyli VO2max (pułapem tlenowym). Obciążenie względne wyrażamy w % VO2max. Pułap tlenowy To maksymalny pobór tlenu przez organizm człowieka w ciągu pracy maksymalnej. Wysiłki fizyczne, podczas których zapotrzebowanie na tlen jest równe indywidualnej wartości VO2max, to wysiłki maksymalne. Wysiłki fizyczne, podczas których zapotrzebowanie na tlen przekracza wartość VO2max określa się jako supramaksymalne (skoki, podnoszenie ciężarów). Wysiłki fizyczne, podczas których zapotrzebowanie na tlen jest niższe niż wartość VO2max określamy jako wysiłki submaksymalne. Dokładniejszą klasyfikację wysiłków fizycznych wyrażamy w %VO2max Wysiłki submaksymalne dodatkowo dzielą się na: - wysiłki o I-ej intensywności – na ich wykonanie potrzeba do 30% VO2max - wysiłki o II-ej intensywności – na ich wykonanie potrzeba od 30 – 60% VO2max - wysiłki o III-ej intensywności – na ich wykonanie potrzeba powyżej 60% VO2max Kolejny podział wysiłków submaksymalnych: - poniżej progu przemian anareobowych - powyżej progu przemian anareobowych Próg przemian anareobowych AP jest granicą intensywności wysiłków fizycznych po przekroczeniu, której energia potrzebna do wykonania wysiłku fizycznego jest brana też z przemian beztlenowych. Tlenowe procesy są zbyt wolne do wytworzenia energii dlatego włączają się beztlenowe. Tlenu nie brakuje, ale mało jest energii. Jest on ok. 60% VO2max. Wysiłki statyczne (skurcze izometryczne, siłowe wysiłki, energia beztlenowa, szybkie gry zespołowe – siatkówka, koszykówka). Intensywność tych wysiłków w kryterium obciążeń bezwzględnych można mierzyć wartością siły niezbędnej do pokonania oporu zewnętrznego (np. wielkość utrzymanego ciężaru). Ocena obciążeń w kryterium względnym, należy określić wielkość siły zaangażowanej przy pokonywaniu oporu wewnętrznego w procesach siły uzyskiwanej podczas maksymalnego skurczu dowolnego określonej grupy mięśni. Wysiłki statyczne wymagające użycia siły: - nie przekraczającej 15% MVC (max siły skurczu mięśni) – to wysiłki lekkie, - 15-30% MVC – wysiłki średnio ciężkie, - 30-50% MVC – wysiłki ciężkie, - powyżej 50% MVC – wysiłki bardzo ciężkie, Energia jest tworzona drogą beztlenową!! Źródła energii do pracy mięśniowej i metabolizm wysiłkowy Bezpośrednim źródłem energii do skurczu mięśni (pracy mięśni) jest ATP. Energia zmagazynowana w wiązaniach wysokoenergetycznych jest uwalniana w następującej reakcji: ATP + H2O = ADP + fosforan + energia Reakcję katalizuje enzym ATP-aza miozynowa ATP w mięśniach jest niewiele – 23,5 -+0,9 mmol suchych mięśni. Kosztem tej ilości ATP można wykonywać pracę o intensywności 70% VO2max w ciągu 1,8 sekundy. ADP jest też źródłem energii do resyntezy ATP w następującej reakcji: ADP + ADP = ATP + AMP Reakcję katalizuje enzym miokinaza – kinaza adenykanowa ATP w mięśniach nie może być wyczerpane całkowicie, bo dla metabolizmu mięśni ma duże znaczenie nie tylko ilość ATP, ale też odpowiedni stosunek stężenia ATP do stężenia ADP. Reakcja miokinezowa ma duże znaczenia w utrzymaniu stosunku ATP:ADP oraz dostarcza AMP, który jest aktywatorem glikolizy. W mięśniach zmagazynowany jest jeszcze jeden ważny substrat od resyntezy ATP – jest to fosfokreatyna (Pcr). Stężenie jej wynosi w mięśniach 83,8 -+4,4 mmol/kg suchej masy mięśniowej. PCr + ADP = Cr (kreatyna) + ATP Reakcję katalizuje enzym kineza kratynowa Kosztem energii z rozpadu PCr w mięśniach można wykonać pracę o intensywności 70% VO2max w ciągu 30 sekund. ATP, ADP, PCr nazywamy fosfagenami Sprinter może kosztem energii z rozkładu fosfagenów pokonać 0,5 dystansu (50m) Glikogenozliza – kolejne źródło energii do pracy mięśniowej (rozkład glikogenu) daje energię na 3,5 minut. Glikogen = kwas mlekowy + 3 ATP Procesy tlenowe 2H + H2O = H2O + energia (3 ATP) Reakcja oddychania tkankowego. W chemii nazywana reakcją gazu piorunującego. W komórkach reakcja jest zlokalizowana w mitochondrium – na błonie wewnętrznej. Warunkiem prawidłowego przebiegu przemian tlenowych w organizmie jest transport odpowiedniej ilości tlenu z powietrza do tkanek (organizm człowieka nie magazynuje tlenu, jedynie niewielki jego zapas jest zmagazynowany w połączeniu z mioglobiną). W początkowym okresie wysiłku fizycznego trwającego od 3-5 minut, zanim przepływ krwi przez pracujące mięśnie wzrośnie w stopniu dostatecznym zwiększone zapotrzebowanie na tlen pokrywane jest tylko nieznacznie – mamy do czynienia z tzw. deficytem tlenowym (niedobór tlenu w mięśniach). Zużycie tlenu zależy od masy tkanek aktywnych metabolicznie (głównie mięśni szkieletowych) i zdolność tych tkanek do wykorzystywania tlenu w procesach metabolicznych, czyli ich „pojemności tlenowej”. Czynniki decydujące o sprawności zaopatrzenia tlenowego mięśni: - maksymalna wentylacja płuc - pojemność dyfuzyjna płuc - objętość i pojemność tlenowa krwi - maksymalna objętość minutowa serca = HR max, SV max - tętniczo-żylna różnica nasycenia krwi tlenem - gęstość naczyń krwionośnych w mięśniach U ludzi zdrowych i młodych zarówno wentylacja płuc jak i dyfuzja pęcherzykowa płuc, zwykle nie są czynnikami w istotny sposób ograniczającymi transport tlenu. Szybkość dyfuzji gazów z płuc do krwi może być ograniczona jedynie w szczególnych warunkach np. przy obniżonej prężności tlenu w powietrzu pęcherzykowym lub podczas hiperwentylacji. Na sprawność funkcji zaopatrywania tlenowego wpływa w sposób istotny ograniczająco – pojemność tlenowa krwi (ilość erytrocytów i hemoglobiny) oraz sprawność układu krążenia. Stwierdzona jest duża korelacja między wartością pułapu tlenowego i maksymalnym obciążeniem minutowym serca (Qmax). Ponieważ maksymalne HR u ludzi w tym samym wieku jest podobne, to ludzie o dużym pułapie tlenowym w danej grupie wiekowej charakteryzują się wysoką wartością SV – objętością wyrzutową serca. Jak wiadomo wartość SV zależy od: - morfologicznych i czynnościowych właściwości mięśnia sercowego - warunków żylnego dopływu krwi, w tym ważną rolę odgrywają czynniki wpływające na stan i czynność naczyń żylnych Należy podkreślić, że na wielkość wyrzutową serca ma wpływ ilość krwi krążącej. Na zmniejszenie wartości SV a tym samym na zdolność do transportu tlenu możne mieć wpływ: - utrata krwi związana z odwodnieniem podczas wykonywania wysiłków fizycznych w wysokiej temperaturze otoczenia - zmniejszenie krwi w wyniku stosowania leków diuretycznych - krwotok - zmiany tzw. ortostatyczne, związane ze zmianą pozycji ciała z leżącej do stojącej Sprawność regulacji naczynio-ruchowej i gęstość naczyń krwionośnych w mięśniach jest jednym z ważniejszych czynników decydujących o ilości krwi i tlenu doprowadzanej do pracujących mięśni. Istotne znaczenie dla ilości tlenu wychwytywanego przez mięśnie ma także ilość mioglobiny w mięśniach. Mioglobina to białko koloru czerwonego, spełnia rolę transportera tlenu wewnątrz mięśni. Wszystkie wymienione czynniki wpływające na transport tlenu do pracujących mięśni, mają bezpośredni wpływ na zdolność do wykonywania wysiłków o dużej intensywności. Wymienione czynniki oraz sprawność wszystkich procesów odpowiedzialnych za zaopatrzenie mięśni w tlen rozstrzygają o tym czy będzie możliwy do osiągnięcia w czasie pracy stan równowagi czynnościowej, tj. czy ilość pobieranego tlenu pokrywa zapotrzebowanie. Wysiłki, przy których zapotrzebowanie na tlen przekracza zdolności pochłaniania tlenu, to wysiłki supramaksymalne, mogą być wykonywane przez czas nie dłuższy niż kilka minut. Równowaga czynnościowa nie jest jednak jednym czynnikiem decydującym ostatecznie o udziale przemian tlenowych w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego. Po przekroczeniu pewnej granicy intensywności pracy (indywidualna granica obciążeń charakterystyczna dla każdego człowieka) zwiększa się udział procesów beztlenowych w tworzeniu energii, mino, że jest pełne zabezpieczenie tlenowe. To granica obciążeń wysiłkiem fizycznym, po przekroczeniu którego włączają się procesy beztlenowe w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego do pracy nosi nazwę progu przemian anaerobowych AT Anaerobic threshold AT może wystąpić już przy obciążeniu równym 40-50% VO2max, u ludzi o małej wydolności i przy obciążeniu 60-80% VO2max u ludzi o dużej wydolności fizycznej. Wartość AT jest skoordynowana z procentową zawartością włókien ST w pracujących mięśniach. Wartość AT zależy od czynników regulujących przebieg procesów metabolicznych w samych mięśniach. Większa zdolność wykorzystania energii związana jest z aktywnością enzymów mitochondrialnych w mięśniach odpowiedzialnych z jednej strony za pobieranie tlenu, a z drugiej za ilość i szybkość wytwarzania ATP. W sytuacji, kiedy procesy tworzenia ATP są zrównoważone z procesami rozkładu ATP do ADP i fosforanu, zmniejsza się poziom ADP i Pi (fosforanu) w mięśniach, które aktywują glikolizę. U ludzi o dużej wydolności jest także większa aktywność enzymów odpowiedzialnych za wprowadzenie kwasów tłuszczowych do mechanizmu. W wyniku czego oszczędzane są cukry i hamowana glikoliza. Opisane wyżej zależności to czynniki wewnątrzkomórkowe warunkujące udział procesów tlenowych i beztlenowych w uwalnianiu energii do pracy fizycznej. Zakwaszenie Jest to wzrost stężenia jonów wodorowych – protonów (H+) w płynach ustrojowych powyższej normy fizjologicznej. Zakwaszenie – czyli złamanie równowagi między stężeniami kwasów i zasad w naszym organizmie. Organizm człowieka na normalnej diecie wytwarza: 1. kwasy organiczne - słabe tj. takie, które w środowisku wodnym dysocjują (rozpadają się na jony) nie całkowicie np. alfa- ketoglutanowy, bursztynowy, cytrynowy - mocne – całkowicie dysocjują na jony np. kwas mlekowy, pinogronowy 2. kwasy nieorganiczne – silne np. kwas solny – HCl, kwas siarkowy H2SO4, fosforowy – H2PO4, w ilości 50-100 mmol/24h Dysocjacja kwasów H2SO4 = 2H+ + CO42- protony Zasady to związki, które mogą wiązać protony HCO3- + H+ = H2CO3 CO2 +H2O Zmiany stężenia H+ w roztworach wodnych poza naszym organizmem (w chemii) od 1x10-1 do 1x10-14 Stężenie 1x10-1 = 1:10=0,1 Stężenie 1x10-2 = 1:100 = 0,01 itd. Stężenie 1x10-14 = 1:100000000000000 = 0,00000000000001 Wskaźnik pH = - log [H+] [H+] pH = log 1/[H+] – wskaźnik stężenia jonów wodorowych pH – ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych pH H+ + HCO3-  H2CO3  CO2 + H2O 10 mmol /l 10 mmol /l 10 mmol /l Dwutlenek węgla (CO2) jest wydychany. W wyniku wyżej podanych reakcji, we krwi zmniejszyła się ilość rezerwy alkalicznej (składowej buforu węglanowego) 24 mmol /l HCO3- - 10 mmol /l HCO3- = 14 mmol /l HCO3- zostało we krwi. Wartości otrzymane podstawiamy do równania: Ph = 6,10 + log 14 / 0,226 * 5,32 (ciśnienie parcjalne) = 7,17 Kolejna sytuacja: zakładamy, że układ oddechowy zatrzymuje CO2 (utrudnione oddychanie), zwiększa się więc zawartość CO2 we krwi. W spoczynku stężenie wynosiło 1,2 mmol CO2 /l + 10 mmol CO2 /l = 11,2 mmol /l Ph = 6,10 + log 14 / 1,2 + 10 (stężenie) = 6,2 ŚMIERĆ CZŁOWIEKA!!! Choroby układu oddechowego utrudniają oddychanie. Pewne ilości CO2 w tej sytuacji są zatrzymywane, w konsekwencji tego człowiek zakwasza się bardziej niż wtedy, gdy jest zupełnie zdrowy. Rola układu oddechowego w utrzymaniu równowagi kwasowo – zasadowej: usuwanie CO2, który zakwasza. Jednak nadmierne usuwanie CO2 z organizmu w wyniku hiperwentylacji może prowadzić do ALKALOZY (zasadowicy) ROLA NERKI w utrzymaniu równowagi kwasowo – zasadowej: - resorpcja zwrotna NaHCO3 (rezerwy alkalicznej) z przesączu kłębkowatego do krwi, jeżeli jej poziom we krwi jest prawidłowy (24 – 27 mmol /l) - wyrzucenie nadmiaru HCO3- do moczu - odtworzenie HCO3- w ścianie kanalika w reakcji katalizowanej przez anhyrazę węglanową CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- Do moczu do krwi - usuwanie H+ w postaci wolnej i związanej z fosforanem i NH4Cl (kwaśności miareczkowej) w ten sposób regeneracja buforów krwi Zakwaszenie - wpływ na metabolizm Wpływ na efekt: Katabolizm białek Wzrost Lipoliza Wzrost Sekrecja hormonów: katecholamin, hormon wzrostu wzrost Zakwaszenie a czynność narządów Narząd Wpływ Serce Kurczliwość maleje Mięśnie szkieletowe Kurczliwość maleje Naczynia krwionośne Napięcie mięśniówki gładkiej maleje Wyjątek: Naczynia żylne Napięcie mięśniówki gładkiej rośnie Płuca Wzrost oporów w naczyniach krwionośnych płuc, hiperwentylacja Hemoglobina Powinowactwo do tlenu maleje Termoregulacja To dostosowanie ilości ciepła wytworzonego w organizmie i ciepła wymienionego między organizmem a otoczeniem do potrzeb bilansu cieplnego w sposób zapewniający utrzymanie homeostazy cieplnej w zmiennych warunkach środowiska. Organizm człowieka jest stałocieplny w organizmie takim: - zmiany temperatury przekraczające 4oC normalny jej poziom, mogą prowadzić do uszkodzenia struktur komórkowych - termostatowane są tylko komórki wewnętrzne, dlatego też temperatura wnętrza ciała może przekraczać temperaturę skóry nawet o 20oC Równowaga cieplna jest zachowana jeżeli: Produkcja ciepła w procesach metabolicznych + pozyskiwanie ciepła przez organizm z otoczenia = utracie ciepła z organizmu Wymiana ciepła z otoczeniem wnętrze organizmu skóra otoczenie ciepło metaboliczne + ciepło pozyskiwane = radiacja + przewodzenie + parowanie Proces dostarczania ciepła metabolicznego Reakcja oddychania tkankowego, zachodzi na wewnętrznej błonie mitochondriów 2H + ½ O2 H2O + Energia Wymiana ciepła między organizmem a otoczeniem odbywa się na cztery podstawowe sposoby: 1. Konwekcji – czyli przenoszenia ciepła na skutek ruchu cieczy lub gazu ze środowiska cieplejszego do zimniejszego 2. Przewodzenie – czyli wymiana ciepła pomiędzy powierzchniami pozostającymi w bezpośrednim kontakcie 3. Promieniowania – czyli eliminowania ciepła przez powierzchnię ciała 4. Parowanie potu – to główna droga eliminacji ciepła zarówno przy obciążeniu ciepłem egzogennym (ekspozycja na wysoką temperaturę otoczenia) i endogennym (np. wysiłek fizyczny) waga narządy % kcal/h 2,5 kg mózg 18 13 350 g serce 11 8 350 g nerki 7 5 ok. 20 kg trzewia 20 14,5 - mięśnie 20 14,5 4,5 kg skóra 5 3,5 inne 19 13,5 RAZEM 72 Zawartość ciepła = 0,83 Mc (0,62 Tr – 0,35 Ts) w organizmie 0,83 – średnia wartość ciepła właściwego tkanek Mc – Masa ciała Tr – temperatura rektalna Ts – temperatura skóry Całkowita wymiana między organizmem a otoczeniem (S) S = M +- Cr +- Cd + - R – E M – metaboliczna produkcja ciepła Cr –konwekcja ciepła Cd - przewodzenie R – sucha utrata ciepła E – parowanie ciepło całkowite organizmu radiacja przewodzenie parowanie: - niewidzialne - potu białka tłuszcze cukry ciepło ~ ATP enzymy łańcucha oddechowego R A D I A C J a w ciągu godziny 72 kcal energii cieplnej wytwarza nasz organizm Ośrodek termoregulacji Zlokalizowany w podwzgórzu. Składa się z dwóch części: - ośrodka eliminacji ciepła – jest to zbiór komórek nerwowych zlokalizowanych w przedniej części podwzgórza - ośrodek zahamowania ciepła – jest to zbiór komórek nerwowych zlokalizowanych w tylnej części podwzgórza Obie części są ze sobą połączone i współpracują w ocenie informacji dochodzącej do ośrodka z termoreceptorów skóry i mózgu. Łuk odruchowy Bodziec (nośnik energii) Receptor Łuk odruchowy – nerwowa regulacja ciepłoty ciała Różnice temperatury Różnice temperatury powietrza atmosferycznego wewnętrznej Termoreceptory skóry Termodetektory mózgu Efektory = narządy wykonawcze Kontrola ciepłoty ciała Hipotermia Hipertermia Stymulacja Stymulacja termoreceptorów termoreceptorów Zwężenie naczyń Rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry krwionośnych skóry Aktywacja mięśni szkieletowych – Aktywacja gruczołów skurcz (drżenie mięśniowe, dreszcze) potowych Wzrost temperatury ciała Obniżenie temp. ciała Gorączka Podwyższenie wewnętrznej temperatury ciała do poziomu przekraczającego zakres normalnych, dobowych zmian temperatury towarzyszące zwykle procesom infekcyjnym, przy sprawnie działającej termoregulacji. ośrodek nerwowy efektor (narząd wykonawczy) droga eferentna droga aferentna Podwzgórze Ośrodek termoregulacji OEC OZC droga aferentna droga eferentna mózg OEC EZC OTR