Eläinfysiologia ja histologia

Transkriptio

1 Eläinfysiologia ja histologia Nisäkkään sydän Keuhkovaltimo Aortta Luento VIII Vasen ja oikea puolisko Yläonttolaskimo l Keuhkovaltimo Läpät: Eteiskammioläpät Oikea eteinen Vasen eteinen Kolmiliuskaläppä lä ä (oikea) Keuhkolaskimo Keuhko Kaksiliuskaläppä laskimot (mitraaliläppä, hiippaläppä) Puolikuuläppä Puolikuuläppä (vasen) Puolikuuläpät Kolmiliuskaläppä Mitraaliläppä (kammioiden ja valtimoiden välillä) Alaonttolaskimo Oikea kammio Vasen kammio Verenpaine Verenpaineen mittaaminen Syntyy: 1) Sydämen pumppaustyö 2) Verenkierron vastus Pitää yllä veren liikettä. Minuuttitilavuus (cardiac output): CO = Syketaajuus x Iskutilavuus CO = 70/min x 70 ml = 4900 ml/min ~ 5 L/min. Valtimo Painemansetti Valtimo tukossa Paine Paine mansetin mansetin sisällä sisällä yli 120 alle Pulssi kuuluu stetoskoopissa tt Verenpainelukema: 120/170 Paine mansetin sisällä alle Pulssi häviää kuulumasta

2 Sydämen toimintakierto Sydämen autonominen rytmi Yksi kierto kestää levossa n. 0.8 s (syke = 75/min). Puolikuuläpät kiinni Diastole eli lepovaihe 0.5 s kammioissa Eteiskammioläpät 0.7 s eteisissä auki Systole eli supistusvaihe ih 0.3 s kammioissa 0.1 s eteisissä Eteis- ja kammio- diastolen aikana sydän täyttyy verellä. Eteiskammioläpät kiinni Eteissystole puskee verta kammioihin. Puolikuuläpät auki Kammiosystole työntää verta valtimoihin Sinoatriaalinen solmuke oikean eteisen seinämässä toimii sydämen tahdistimena. Autonomisen hermoston säätelemä Eteiskammiosolmuke vie sähköimpulssin eteisten ja kammioiden välillä olevan sidekudoskerroksen läpi. 0.1 s viive (hidas johtuminen), jotta eteiset ehtivät supistua kokonaan ennen kammioiden supistumista.. Hisin kimpun kaksi haaraa vievät impulssin sydämen kärkeen. Purkinjen syyt tuovat impulssin kohti valtimoita, jolloin supistus aalto leviää kammioista kohti verisuonia. Nopea impulssin johtuminen Sydänsähkökäyrä (electrocardiogram, ECG; Elektrokardiogramm, EKG) Sydämen autonominen rytmi - sydänsähkökäyrä EKG (elektrokardiogrammi) on ihon pinnalta mitattu ja sydämen sähköisestä toiminnasta johtuva jännitekuvaaja. QRS vastaa kammiosolujen jännitteen muutosta (depolarisaatiota). T-heilahdus vastaa kammiosolujen lepojännitteen palautumista (repolarisaatiota). Jolloin Q-T väli kuvaa kammiosolujen keskimääräistä aktiopotentiaalin kestoa. Soluissa tapahtuvat jännitteen muutokset. Ihon pinnalta mitattu tt EKG Kammiosolun aktiopotentiaali

3 Sydämen toiminnan säätely Autonominen hermosto säätelee sydämen toimintaa: 1) Sympaattinen hermosto kiihdyttää: Syketaajuus, supistusvoima ja nopeus nousevat Beta-adrenergisten reseptoreiden kautta (välittäjäaineina): Noradrenaliini (nisäkkäät, linnut) Adrenaliini (kalat, sammakkoeläimet) 2) Parasympaattinen hermosto hillitsee: Nervus vagus (10. aivohermo) Syketaajuus laskee Muskariiniset kolinergiset reseptorit Asetyylikoliini Nervus vagus (kiertäjähermo) Selkäydin Neurogeeninen Neurogeeniset (hermoston tahdittamat sydämet) sydämet Äyriäisten sydämen säätely Neurogeeninen ja myogeeninen Myogeeninen Veren virtaukseen vaikuttavat tekijät Nesteet virtaavat korkeammasta paineesta matalampaan. Virtaama (Q, verimäärä litroissa) on suoraan verrannollinen ( ) paine-eroon (ΔP): Q ΔP Verenkierrossa se on systolisen ja diastolisen verenpaineen ero eli pulssipaine. Virtaama on kääntäen verrannollinen virtausvastukseen R: Q 1/R eli Q ΔP/R Veren virtaama kudoksessa riippuu pulssipaineesta ja virtausvastuksesta. Virtausvastus riippuu viskositeetista (η), verisuonen pituudesta (l) ja säteestä (r): R l η/r 4 Vasokonstriktio (verisuonen supistuminen) i Vasodilataatio (verisuonen laajeneminen) Veren virtausnopeus (V, veren etenemisnopeus suonessa) Suoraan verrannollinen virtaamaan (Q). Kääntäen verrannollinen poikkileikkauspinta-alaan (A) V=Q/A Veri virtaa aortassa lähes 50 cm/s. Veri virtaa kapillaareissa cm/s ala (cm 2 ) Pinta-a 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 opeus (cm/sec) No Paine (mm Hg) Diastolinen paine Systolinen paine Aortt ta Valtim mo Arteriola at Kapillaar rit Venula at Laskimo ot Onttolaskimo ot

4 Verenvirtaus laskimossa kohti sydäntä Laskimoläpät takaavat yksisuuntaisen verivirtauksen Läppä (auki) Luustolihas Aineiden vaihto veren ja kudosnesteen välillä tapahtuu kapillaareissa / endoteeli n. 1 µm paksu Endoteeli Sidekudos Valtimo Endoteeli Kapillaari Laskimo 100 µm Tyvikalvo Sileälihas Sileälihas Sidekudos Endoteeli Läppä Valtimo Laskimo Läppä (kiini) At Arteriola il Venula Kapillaarit voidaan tarvittaessa sulkea ja verenkierto ohjata solujen ohi Kudossolut Sulkijalihakset Suora yhteys Kudosneste Kapillaarit Suodatus / Imeytyminen: Osmoottisen paine-eron aiheuttama nesteen massavirtaus epiteelisolujen väleistä. Valtimon puolella verenpaine on suurempi (32 mm Hg) kuin veren proteiinien aiheuttama kolloidiosmoottinen paine (22 mm Hg) plasman suodatus kudoksiin. Laskimon puolella verenpaine (15 mm Hg) on pienempi kuin kolloidiosmoottinen paine (22 mm Hg) veden imeytyminen takaisin verenkiertoon. Sokerit, suolat, aminohapot, urea, happi

5 Diffuusio endoteelisolun läpi: happi ja hiilidioksidi Transsytoosi (endosytoosi/eksosytoosi): proteiinit Veren koostumus (veri luokitellaan sidekudokseksi) sentrifugointi a) Veren hyytyminen on estetty esim. hepariinilla tai oksalaatilla. plasma valkosolut ja verihiutaleet Punasolut (hematokriitti) Solut Plasma Seerumi Plasma b) Veren hyytymistä ei ole estetty Rakkula- kuljetus Pinosytoosi Eksosytoosi Tuma Kudosneste seerumi Seerumi = plasma - hyytymätekijät hyytymä Veren koostumus Verisolut Plasma 55% Koostumus Tehtävät Solut 45% Pluripotentit kantasolut (luuytimessä) Vesi Liuotin aineiden kuljettamiseen. Solutyypit Lukumäärä Tehtävät per µl (mm 3 ) verta Kantasolut Ionit (veren elektrolyytit) Natrium Kalium Kalsium Magnesium Kloridi Bikarbonaatti Plasman proteiinit Albumiini Fibrinogeeni Immunoglobuliinit (vasta-aineet) Osmoottinen paine ph:n puskurointi ja solukalvon läpäisevyyden säätely Osmoottinen paine, ph:n puskurointi Hyytyminen Puolustus Veren ainesosien erottelu Erytrosyytit (punasolut) Leukosyytit (valkosolut) 5 6 miljoonaa Hapen ja hiilidioksidin kuljetus 5,000 10,000 Lymfosyytti Basofiilinen Eosinofiilinen Puolustus ja immuniteetti B-solut T-solut Lymfosyytit Kantasolut Basofiiliset Eosinofiiliset jyvässolut eli granulosyytit Veren kuljettamat aineet Ravinteet (glukoosi, rasvahapot, vitamiinit) Aineenvaihdunnan lopputuotteet (esim. laktaatti) Hengityskaasut (O 2 ja CO 2 ) Hormonit Neutrofiilinen Monosyytti Verihiutaleet 250,000 veren hyytyminen 400,000 Punasolut Neutrofiiliset Verihiutaleet Monosyytit

6 neutrofiilinen gr. punasolu lymfosyytti Verihiutaleet Fibriini Fibrinogeenin muuttuminen Verisuonen endoteelin vaurio paljastaa Verihiutaleet estävät näin säikeiseksi fibriiniksi lujittaa verihiutaleiden muodostamaa kollageenin, johon verihiutaleet hanakasti ensi tilassa verenvuodon. tukosta. Fibriinin muodostuminen monivaiheinen prosessi. tarttuvat. Tarrautuneet verihiutaleet Verihiutaleiden vapauttamat hyytymätekijät, verihiutaleet vapauttavat yhdisteitä, jotka saavat yhä ja vahingoittuneet solut laukaisevat liikkeelle reaktiosarjan useammat verihiutaleet takertumaan joka aiheuttaa inaktiivisen protrombiinin muuttumisen vauriokohtaan. aktiiviseksi trombiiniksi. Trombiini katalysoi fibrinogeenin muuttumisen fibriiniksi. kollageenisäikeet Verihiutaleiden erittämät Verihiutaleiden yhdisteet saavat muut muodostama fibriinihyytymä punasolu u verihiutaleet tarttumaan tulppa vauriokohtaan. Hyytymätekijöitä: Verihiutaleista Vaurioituneista soluista Plasmasta (Kalsium, K-vitamiini) monosyytti Verisoluja mikroskooppikuvassa verihiutale Protrombiini Fibrinogeeni Trombiini Fibriini 5 µm Valtimon ahtautuma (ateroskelroosi) Hengitys Hengityksen väliaineena on joko ilma tai vesi. Hengityselimistön tehtävän on tukea soluhengitystä. Hengitys - Kolesterolia LDL (low-density lipoprotein) partikkeleista kertyy valtimoiden seinämiin. - HDL (high-density lipoprotein) partikkelit estävät kolesterolin kertymistä. - Liikunta kohottaa HDL/LDL -suhdetta ja tupakointi pienentää sitä. - Ahtaumaan muodostuu myös säikeistä sidekudosta. - Pitkittynyt korkea verenpaine voi vaurioittaa valtimon sisäpintaa. - Epiteelin vaurio saa verihiutaleet takertumaan ahtauman kohtaan ja voivat aiheuttaa valtimon tukkeutumisen.

7 Hengitys Hengitys - hengityselimet Energia saadaan ravintoaineista Energia vapautuu soluhengityksessä Soluhergnityksessä muodostuu hiilidioksidia Hengityksen väliaine: vesi tai ilma Hengityselinten (keuhkot, kidukset, iho) epiteeli Verenkierto kuljettaa elimistössä hapen, hiilidioksidin ja ravintoaineet. Rakenteissa tärkeää suuri pinta-ala suhteessa tilavuuteen. Ei hengityselimiä: iä Pienet (< 1 mm) eläimet eivät tarvitse hengityselimiä. Iho: Ei Esim. sammakkoeläimet Kidukset: Vedessä on vähemmän happea kuin ilmassa. Vesi on raskasta. Poimut lisäävät pinta-alaa. Hengitysliikkeet (ventilaatio) avustavat kaasujenvaihdossa. Rapujen melamaiset lisäkkeet Kalojen kiduskannet Tonnikalojen uinti (ram ventilation) Vastavirta-periaate (counter current exchange) Hengitys - hengityselimet (a) Meritähti. Kidukset ovat ihon putkimaisia jatkeita ja suorassa yhteydessä ruumiinonteloon. Nestekierto kiduksissa avustaa hengityskaasujen vaihdossa. Kidukset (b) Monisukamato. Litteät ruumiin ulokkeet (parapodia) toimivat sekä liikkumisettä hengityseliminä. - Monisukamadot (Polychaeta) - Jotkut merinilviäiset Kalojen kidukset Kussakin kiduskaaressa (rustoa) on kaksi riviä kidusfilamentteja. Kidusfilamentissa on rivi ohuita lamelleja. Lamellien välissä ä vesi ja veri virtaavat vastakkaisiin ii suuntiin (vastavirtavaihdin). ihdi Veden hapesta otetaan talteen noin 80%. Coelom (c) Simpukka. Levymäiset kidukset, joiden pinnalla olevat ripset saavat veden virtaamaan kidusten pinnalla. Parapodia putkijalka Kidus (d) Rapu. Pitkät sulkamaiset kidukset. Erilaistuneet raajat saavat veden virtaamaan kidusten pinnalla. Veden virtaus Kiduskansi Hapekas veri Kiduskaari Kiduskaari Verisuonet Vähähappinen veri Kiduslamelli Kidukset Kidukset Kidusfilamentit Veden virtaus O lamellien välissä 2 (% O 2 ) Veren virtaus lamelleissa (% O 2 ) Vastavirtavaihdin

8 Hyönteisten trakeat (ilmaputket): Trakeat, trakeolat, ilmapussit Happi tulee soluihin ilman verenkiertoa Ilmapussit Trakeat Kudossolu Trakeola Ilmapussi Hengitys - hengityselimet Keuhkot: Ovat eläimen sisällä suojassa kuivumiselta. Hämähäkeillä, maaetanoilla, selkärankaisilla Linnuilla on keuhkojen lisäksi ilmapussit. Keuhkot ovat jäykät, eikä niiden tilavuus muutu hengitettäessä. Etupään ja takapään ilmapussit, jotka laajenevat ja supistuvat hengityksen tahdissa. Ilmavirtaus keuhkossa on yksisuuntaista. Kaasujenvaihto tapahtuu parabronkuksissa. Spiracle (a) The respiratory system of an insect consists of branched internal tubes that deliver air directly to body cells. Rings of chitin reinforce the largest tubes, called tracheae, keeping them from collapsing. Enlarged portions of tracheae form air sacs near organs that require a large supply of oxygen. Air enters the tracheae through openings called spiracles on the insect s body surface and passes into smaller tubes called tracheoles. The tracheoles are closed and contain fluid (blue-gray). When the animal is active and is using more O 2, most of the fluid is withdrawn into the body. This increases the surface area of air in contact with cells. (b) Elektronimikroskooppikuva hyönteisen Lihaksesta, jossa näkyy trakeoloiden poikkileikkauksia. Jokainen mitokondrio on lähellä trakeolaa, etäisyyden ollessa korkeintaan 5 µm. Ilmaputket Ilma Mitokondriot Trakea Ruumiin ulkopinta Myofibrillit 2.5 µm Takapään ilmapussit Etupään ilmapussit Keuhkot Sisäänhengitys: Ilmapussit täyttyvät Henkitorvi Ilma Lungs Keuhkon ilmaputket (parabronchi) Uloshengitys Ilmapussit tyhjenevät; keuhkot täyttyvät Ilma 1 mm Vastavirtavaihdin Hengitys - hengityselimet Ihmisen keuhkot ovat keuhkopussin sisällä. Alveolien pinta-ala noin100 m 2 : 80-90%:sti kosketuksissa kapillaarien kanssa. Verta keuhkoissa on 500 ml, josta 75 ml Keuhkolaskimon haara (hapekasta kapillaareissa. verta) Keuhkovaltimon haara (vähä- happista verta) Päätebronkioli Nielu Kurkunpää Nenäontelo Ruokatorvi Henkitorvi Oikea keuhko Keuhkoputki Bronkioli Vasen keuhko Alveoli Pallea Sdän Sydän SEM Väritetty SEM-kuva