Fysiologia Syksy 2015

Transkriptio

1 Fysiologia Syksy 2015

2 Anatomia - oppi elimistön rakenteesta Fysiologia - oppi elimistön toiminnasta

3 Käsitteet ja ajattelutapa Mieti miten voit (mahdollisesti) hyödyntää oppimaasi

4 Fysiologian lähitieteet Anatomia Fysiikka Kemia Matematiikka Biologiassa evoluutioteoria

5 Fysiologian ymmärryksen rakentuminen Toiminnan ja rakenteen organisaatiotasot ja vuorovaikutukset Toiminnan ja rakenteen yhteys Miten, millä mekanismilla? Mikä rakenne selittää toiminnan? Mitä toimintoja rakenne voi synnyttää? Käsitteellinen tutkimus, kokeellinen tutkimus

6 Keskeiset käsitteet Rakenne-toiminta vuorovaikutukset Homeostaasi - sisäisen ympäristö, ulkoinen ympäristö - sisäisen ympäristön dynaamista vakioisuutta tai tasapainoa säädetään

7

8

9 Fysiologiset prosessit Metabolia Reagointi, (solu: ärtyvyys) Liikkuminen Kasvu Erilaistuminen Lisääntyminen

10 Fysiologiset järjestelmät Iho ja ihoon liittyvät rakenteet Lihaksisto Endokriininen järjestelmä Lymfaattinen ja immuunijärjestelmä Luusto Hermosto

11 Sydän- ja verenkierto Hengitys Ruuansulatus Virtsaneritys Lisääntyminen

12 Anatomia mikroskoopinen, makroskooppinen Anatomimen termistö kraniaalinen kaudaalinen superiorinen inferiorinen anteriorinen posteriorinen ventraalinen

13 dorsaalinen mediaalinen lateraalinen Raajat proksimaalinen, sentraalinen distaalinen, perifeerinen palmaarinen, dorsaalinen plantaarinen, dorsaalinen

14 Liikkeet adduktio abduktio fleksio ekstensio rotaatio sirkumduktio

15 - kudos muodostuu, kun rakenteeltaan ja toiminnaltaan samanlaisia soluja on rinnakkain / päällekkäin - solujen lisäksi kudoksessa on myös soluväliainetta - histologia = kudosoppi KUDOKSET - päätyypit: * epiteelikudos ( =pintakudos) * tukikudos: side-, rusto-, luu- ja rasvakudos * lihaskudos * hermokudos * veri (soluväliaine nestemäistä) * imuneste (soluväliaine nestemäistä)

16 EPITEELIKUDOS vapailla pinnoilla (iho, limakalvot), rauhasissa, aistinepiteelinä epiteeli kiinnittyy alla olevaan kudokseen aina tyvikalvon (basal lamina = basement membrane) avulla epiteelit luokitellaan toimintansa perusteella: * peittoepiteeli (esim. iho - suoja) * imeytymisepiteeli (suolen sisäseinämä ravintoaineiden imeytys) * rauhasepiteeli (esim. hikirauhanen - hien eritys) * aistinepiteeli (silmän verkkokalvon solut - reagoivat valoon)

17 EPITEELIT: SUOMI/ENGLANTI yhdenkertainen levyepiteeli yhdenkertainen kuutioepit. yhdenkertainen lieriöepit. monirivinen epit. kerrostunut levyepit. kerrostunut kuutiepit. kerrostunut lieriöepit. välimuottoinen epit. simple squamosus epithelium simple cuboidal e. simple columnar e. pseudostratified columnar e. stratified squamosus e. stratified cuboidal e. stratified columnar e. transitional e.

18

19 epiteelit luokitellaan rakenteensa perusteella: * yhdenkertaiset (vain yksi solukerros) - levyepiteeli (esim. hiussuonen seinämä - aineiden diffuusiomatka lyhyt) - kuutioepiteeli (esim. rauhasissa ja niiden tiehyissä - eritys) - lieriöepiteeli (esim. ohutsuolen limakalvolla mikrovilluspeitteisenä - ravintoaineiden imeytyminen) - monirivinen värekarvaepiteeli (esim. hengitystiet - puhdistus)

20 * kerrostuneet (monta solukerrosta) - kun tarvitaan suurta kulutuskestävyyttä - esim. ihon orvaskesi on kerrostunutta levyepiteeliä * välimuotoinen epiteeli - virtsateissä ja virtsarakossa - sekä yhdenkertaisen että kerrostuneen epiteelin ominaisuuksia

21 YHDENKERTAINEN LEVYEPITEELI - veri- ja lymfasuonten sisäpinta (endoteeli), pienet tiehyet, alveolit, munuaistiehyen Henlen linko, kehononteloiden sisäpinta (mesoteeli), tärykalvon sisäpinta - yhdessä kerroksessa usein kahdeksankulmaisia soluja, tumat kohoumina keskellä - diffuusio, filtraatio, niukka suoja hankausta vastaan, sekretaatio (eritys), absorptio (imeytys)

22 YHDENKERTAINEN KUUTIOEPITEELI - rauhasissa ja niiden tiehyissä, pienimmissä keuhkoputkien haaroissa, munuaistiehyissä, aivojen suonipunoksissa, munasarjojen pinnalla - yksi kerros kuutiomaisia soluja; joissakin on värekarvoja (keuhkoputkissa) tai mikrovilluksia (munuaistiehyissä) - värekarvalliset solut kuljettavat limaa ja siihen tarttuneita partikkeleja keuhkoputkissa - imeytyminen ja eritys munuaistiehyissä - eritys rauhasissa Munuaistiehyt

23 YHDENKERTAINEN LIERIÖEPITEELI - rauhaset ja tietyt tiehyet, bronkiolit, korvatorvi, kohtu, munatorvet, mahalaukku, suolet, sappirakko, sappitiehyt, aivokammiot - korkeita kapeita soluja; joissakin värekarvoja (bronkiolit, korvatorvet, munatorvet, kohtu), joissakin mikrovilluksia (ohutsuoli) - hiukkasten ja liman kuljetus keuhkoputkissa, munasolun kuljetus munatorvessa - eritys rauhasissa, mahassa ja suolessa - imeytyminen suolessa Ohutsuolen mikrovilluspeitteinen lieriöepiteeli

24 MONIRIVINEN LIERIÖEPITEELI - kurkunpää, nenäontelo, nenäontelon sivuontelot, nielu, korvatorvi, henkitorvi, pääkeuhkoputket - yksi solukerros, osa soluista ulottuu vapaalle pinnalle, osa ei --> tumat näissä soluissa ovat eri korkeudella --> kerrostuneisuus - solut useimmiten värekarvallisia paitsi limaa tuottavat Gobletin solut - liman ja limaan tarttuneiden partikkelien kuljetus Henkitorven epiteeliä, G = Gobletin solu

25 VÄLIMUOTOINEN EPITEELI - virtsarakko, virtsanjohtimet, virtsaputken yläosa - kerrostuneet solut ovat venymättöminä kuutiomaisia, venytyksessä levymäisiä - muodostaa läpäisyesteen ja estävät virtsan syövyttävän vaikutuksen - sopeutuu nestetilavuuden muutoksiin rakossa ja virtsateissä

26 KERROSTUNUT LEVYEPITEELI - kostea: suu, nielu, kurkunpää,ruokatorvi, peräaukko, emätin virtsaputken alaosa, silmän linssi; keratinisoitunut: iho - useita kerroksia soluja, jotka syvällä kuutiomaisia kohti pintaa tultaessa levymäisiä - keratinisoituneet solut ovat kuolleita ja soluliman paikalla on keratiinia - suoja kulutusta ja infektioita vastaan Ihon keratinisoitunut epiteeli Kohdunkaulan kostea epiteeli

27

28 KERROSTUNUT KUUTIOEPITEELI - hikirauhasten tiehyet, munarakkulan solut - monessa kerroksessa kuutiomaisia epiteelisoluja - eritys, imeytyminen, suoja infektioita vastaan Munasolu munarakkulassa

29 KERROSTUNUT LIERIÖEPITEELI - maitorauhasen tiehyet, kurkunpää, osa miehen virtsaputkesta - monessa kerroksessa lieriömäisiä soluja; kurkunpäässä värekarvallisia - suoja ja eritys

30 TUKIKUDOS - tukirakenteita elimille - side-, rusto-, luu- ja rasvakudos - solut tuottavat soluväliaineeseen eri määriä valkuaisainesäikeitä: kollageeni- eli liimasäikeitä, elastisia kimmosäikeitä sekä verkkosäikeitä - kollageenisäikeet antavat vetolujuutta, ovat taipuisia, mutta eivät veny kuminauhamaisesti (esim. jänteet, nivelsiteet) - elastiset säikeet antavat kuminauhamaisen venymisensä ansiosta joustavuutta (esim. verisuonten seinämät) - iän myötä elastisten säikeiden määrä vähenee, kollageenisäikeet jäykistyvät --> kudosten kimmoisuus vähenee

31 SIDEKUDOS - fibroblasti = epäkypsä sidekudossolu, fibrosyytti = kypsä sidekudossolu - paranee yleensä hyvin 1) Löyhä sidekudos - tilkitsee elinten välejä - muodostaa arpikudoksen - ihonalaiskudoksessa

32 2) Tiivis sidekudos - soluväliaineessa runsaasti kestäviä ja vetolujia kollageenisäikeitä a) tiivis säännöllinen sidekudos muodostaa nivelsiteet ja jänteet, joissa kollageenisäikeet ovat samansuuntaisesti aiheuttaen erinomaisen vetolujuuden säikeiden kulkusuuntaan b) tiivis epäsäännöllinen sidekudos muodostaa kalvot (faskiat) elinten ympärille ja ihon verinahan (kollageenisäikeet risteilevät, jolloin kalvon vetolujuus hyvä eri suuntiin)

33 Löyhä sidekudos SIDEKUDOSTYYPIT Löyhä sidekudos fibrosyytti kimmosäie kollageenisäie plasmasolu Tiivis säännöllinen sidekudos Tiivis epäsäännöllinen sidekudos kollageenisäikeitä fibrosyytti

34 LUUKUDOS - sikiökaudella syntyy luurangon esiaste hyaliinirustosta (suurin osa luista) tai sidekudoksesta (osa kallon luista), joka kehityksen ja kasvun edetessä korvautuu luulla - myös pituuskasvu tapahtuu rustoisista kasvulevyistä, joiden luutuessa hormonaalisista syistä kasvu loppuu - vaikka luiden kasvu loppuu, niiden aineenvaihdunta jatkuu vilkkaana: luun muodostuminen ja hajoaminen jatkuvat normaalisti tasapainoisesti koko elämän ajan, koska osteoblastit (uudet luusolut) ja osteosyytit (kypsät luu-solut) tuottavat uutta luuta samaan tahtiin kuin osteoklastit hajottavat vanhaa luuta pois

35

36

37 - n. 70% luukudoksen kuivapainosta on epäorgaanisia suoloja, pääasiassa kalsiumfosfaattia --> luun puristuslujuus - orgaanisesta osasta suurin osa muodostuu soluväliaineen kalsiumfosfaatissa risteilevistä kollageenisäikeistä --> luun vetolujuus - luiden pintakerros on tiivistä luuta, jossa luusolut asettuvat samankeskisiksi kehiksi verisuonikanavan (Haversin kanavan) ympärille --> näin syntynyt luusolulieriö = osteoni - luiden sisäosa on hohkaluuta (luuhohkaa),joka muodostuu luupalkeista (trabecula) ja niiden välisistä onteloista

38 - hohkaluun ansiosta luut pysyvät kohtuullisen keveinä, mutta siitä huolimatta lujina (koska luupalkit suuntautuvat niihin kohdistuvan kuormituksen mukaisesti) - hohkaluu ympäröi luuydinonteloa, jossa sijaitsee verisoluja tuottava luuydin - luuta peittää sidekudoksinen kalvo (periosteum), jossa on verisuonia ja hermoja ja josta luunmurtumien paraneminen alkaa TIIVIIN LUUN OSTEONI: luumatrix osteosyytti haarakkeineen Haversin kanava

39 - luukudoksen tehtävät: * tukiranka * suoja * vipuvarsijärjestelmä * kivennäisainevarasto - luukudoksen kovuutta ylläpitävät: * riittävä kalsiumin ja D-vitamiinin määrä ravinnossa * liikunta (lisää luuston verenkiertoa, jolloin kudoksen ravinnon ja täten myös kalsiumin saanti tehostuu)

40 RUSTOKUDOS - kovempaa kuin sidekudos, pehmeämpää ja joustavampaa kuin luu - rustokudoksessa ei ole verisuonitusta, vaan se saa ravintonsa ympäröivistä kudoksista --> ruston paranemiskyky on alhainen - lasi- eli hyaliinirusto muodostaa liukkaat ja kitkattomat nivelpinnat luiden päihin

41 - runsaasti kollageenisäikeita sisältävä syy- eli säierusto muodostaa kestävät ja joustavat selkärangan välilevyt ja muiden nivelten nivellevyt (esim. polven nivelkierukat)

42 - runsaasti elastisia säikeitä sisältävä kimmorusto muodostaa nenän ja korvalehden kimmoisan osan

43 RASVAKUDOS - 85 % rasvaa, loput vettä ja proteiineja - toisin kuin muissa tukikudoksissa, rasvakudoksessa on niukasti soluväliainetta: rasva varastoituu siis solujen sisään, ei soluväliaineeseen - pallomaisille rasvasoluille antavat tukea ohuet verkkosäikeet - energiavarasto --> vararavinto - ihonalainen rasvakerros toimii lämpöeristeenä - ympäröi herkkiä sisäelimiä suojaten niitä töytäisyiltä (esim. munuaiset)

44 - valkea rasvakudos = tavallinen rasva, ruskeaa rasvakudosta on imeväisikäisillä ja myös kylmäaltistetuilla aikuisilla etenkin lapaluiden seudulla ja kaulan suurten verisuonten ympärillä (--> tuottaa tehokkaasti lämpöä) VALKEA RASVA: rasvasolu eli veri- rasvaadiposyytti suonia pisara ja sen tuma rasvasolu eli veri- rasvaadiposyytti suonia pisara ja sen tuma = C = N

45 LIHASKUDOS - erityisominaisuutena solujen sisällä oleviin valkuaisainesäikeisiin perustuva supistumiskyky a) Poikkijuovainen lihaskudos - muodostaa luustolihakset - tahdonalaista b) Sileä lihaskudos - muodostaa sisäelinten lihasseinämät (esim. suolet, valtimot, kohtu) - ei tahdonalaista c) Sydänlihaskudos - vain sydämessä - mahdollistaa supistuksen leviämisen lihassolusta toiseen ilman, että solujen väliset rajat estäisivät - ei tahdonalaista

46 POIKKIJUOVAINEN LIHASKUDOS histologiaa supistusmekanismi lihasvoima

47 Poikkijuovaisen lihaksen rakenne lihaksissa on lihassoluja, sidekudosta, verisuonia ja hermoja lihasolut eli lihassyyt ovat monitumaisia ohuen sidekudoskalvon, endomysiumin, ympäröimiä jättisoluja lihassyiden uusiutuminen syntymän jälkeen rajallista lihaksen kasvu hypertrofista; solut kasvavat kokoa, mutta niiden lukumäärä pysyy samana

48 lihassyyt muodostavat sidekudoskalvon, perimysiumin, ympäröimiä lihassyykimppuja lihassyykimput muodostavat lihaksen, jota verhoaa paksu tiivistä sidekudosta oleva peitinkalvo, epimysium eli fascia kaikista lihaksen sidekudosrakenteista porautuu kollageenisäikeitä vahvana kimppuna luuhun; näin muodostuu lihaksen luuhun kiinnittävä jänne, tendo lihaksen verisuonet ja hermot kulkevat lihaksen sisäisissä sidekudosrakenteissa

49 endomysium perimysium epimysium = fascia tendo, jonka kollageenisäigeet porautuvat luuhun

50 - osa lihassolua, jossa poikkijuovat saatu värjäyksellä näkyviin - poikkijuovat johtuvat säännöllisesti vuorottelevista aktiini- ja myosiinifilamenteista, jotka solun supistuessa liukuvat toistensa lomiin - aktiini- ja myosiinifilamentit ovat proteiineja, jotka muodostavat pitkät, lihassolun päästä päähän ulottuvat myofibrillit - myofibrillejä ympäröi solun sisällä sarkoplasmakalvosto, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin solua verhoava solukalvo, sarkolemma - sarkolemmasta lähtee solun sisään putkimaisia painumia, T-putkia, jotka jatkuvat sarkoplasmakalvostoa pitkin tietyille kohdille myofibrillien pinnoille - T-putkien kautta sarkolemman depolarisaatio leviää lihassolun sisään, mikä on edellytys myofibrillien supistukselle - fibrillien väleissä on runsaasti energian tuottoon tarvittavia mitokondrioita

51 -Sarkomeeri = kahden Z-levyn välinen alue, joka on lihassolun supistuva yksikkö Aktiini- ja myosiinifilamentit ovat proteiineja, jotka muodostavat pitkät, lihassolun päästä päähän ulottuvat myofibrillit - myofibrillejä ympäröi solun sisällä sarkoplasmakalvosto, joka on rakenteeltaan samanlainen sarkomeeri kuin solua verhoava solukalvo, sarkolemma - sarkolemmasta lähtee solun sisään putkimaisia painumia, T- putkia, jotka jatkuvat sarkoplasmakalvostoa pitkin tietyille kohdille myofibrillien pinnoille - T-putkien kautta sarkolemman depolarisaatio leviää lihassolun sisään, mikä on edellytys myofibrillien supistukselle H-vyöhyke M-levy

52 - fibrillien väleissä on runsaasti energian tuottoon tarvittavia mitokondrioita ja tumat ovat sarkolemman alla

53 - G = glykogeenijyväsiä - Mi = mitokondrio - S = sarkoplasmakalvostoa

54 - lihassupistuksessa aktiini- ja myosiinifilamentit eivät lyhene, vaan liukuvat toistensa lomiin siten, että sarkomeerit lyhenevät

55 - ohuet aktiinifilamentit rakentuvat pääasiassa pyöreiden aktiinimolekyylien muodostamasta kaksoisketjusta - myosiinifilamentit koostuvat golfmailan muotoisesta molekyylistä: varresta ja nupista (väkäsestä) - myosiiniväkäset kiinnittyvät aktiinimolekyyleihin ja taipuvat, jolloin aktiinifilamentit liukuvat vastakkaisista suunnista toisiaan kohti myosiinifilamentit liukuvat syvemmälle aktiinifilamenttien väleihin

56 - toistuva poikkisiltojen muodostuminen myosiini- ja aktiinifilamenttien välille johtaa lihaksen supistumiseen - kun ATP-molekyyli sitoutuu myosiiniväkäseen, poikkisillan sidos aukeaa (1) - ATP:n pilkkoutuminen suoristaa myosiiniväkäsen (2) - suoristunut väkänen kiinnittyy aktiiniin (3) - väkänen taipuu, aktiini liukuu ja ADP ja fosfaatti irtoavat myosiiniväkäsestä

57 - hermoimpulssin saapuminen lihassolun solukalvolle käynnistää depolarisaation, mikä aloittaa poikkisiltojen muodostuksen filamenttien välille - toistuva poikkisiltojen muodostuminen myosiini- ja aktiinifilamenttien välille johtaa lihaksen supistumiseen - kun ATP-molekyyli sitoutuu myosiiniväkäseen, poikkisillan sidos aukeaa (1) - ATP:n pilkkoutuminen suoristaa myosiiniväkäsen (2) - suoristunut väkänen kiinnittyy aktiiniin (3) - väkänen taipuu, aktiini liukuu ja ADP ja fosfaatti irtoavat myosiiniväkäsestä - poikkisiltojen muodostumiseen tarvitaan ATP:n lisäksi myös kalsiumioneja

58 KALSIUMIONIEN MERKITYS SARKOMEERIN LYHENEMISESSÄ - aktiopotentiaalin (depolarisaation) leviäminen sarkolemmasta T-putkien kautta sarkoplasmakalvostoon aiheuttaa kalvostossa kiinni olevien Ca 2+ -ionien vapautumisen sarkoplasmaan - kalsiumionit sitoutuvat aktiinifilamentteihin siten, että myosiinin kiinnittyminen aktiiniin tulee mahdolliseksi

59

60

61 SUPISTUSVOIMA JA LIHASSYYN PITUUS - lihasyyn supistusvoima on suurin ns. lepopituudessa, jolloin aktiini- ja myosiinifilamenttien keskinäisten poikkisiltojen määrä on maksimissaan - jos lihassyy on venynyt, vain osa myosiiniväkäsistä pääsee tarttumaan aktiiniin - jos lihassyy on lepopituuttaan lyhyempi, aktiinifilamenttien päät ovat osittain limittäin, mikä estää keskimmäisten myosiiniväkästen tarttumisen aktiiniin

62 TETANINEN LIHASSUPISTUS - tiheästi toisiaan seuraavat aktiopotentiaalit johtavat lihassolun yhtäjaksoiseen supistumiseen = tetanisaatio - tämä on mahdollista, koska aktiopotentiaali kestää vain 1-2 ms ja sitä seuraava supistus kymmeniä millisekunteja - näin edellinen supistus ei ole vielä loppunut, kun seuraava alkaa - tetanisaatio on epätäydellinen, jos impulssitiheys on pieni ja täydellinen, jos impulssitiheys on niin suuri, että solut supistuvat tasaisella voimalla

63 MOTORINEN YKSIKKÖ - yksi liikehermosolu hermottaa useita lihassyitä - pienessä motorisessa yksikössä on vain muutamia lihassyitä ja ne mahdollistavat tarkat, täsmälliset liikkeet - isoissa motorisissa yksiköissä saattaa olla yli tuhat lihassyytä - lihaksen supistusasteen määrää se, kuinka monta motorista yksikköä on toiminnassa - maksimaalinen supistus saadaan aikaan, kun kaikki motoriset yksiköt toimivat samanaikaisesti

64 Aksoni

65 HERMO-LIHASLIITOKSEN TOIMINTA

66 LIHASSOLUN ENERGIATALOUDESTA - lihassolu saa verenkierrosta energian lähteeksi glukoosia ja rasvahappoja - lihassolulla on myös oma pieni glykogeenivarastonsa - lihaksen väsyminen lyhytaikaisessa voimakkaassa lihastyössä johtuu lähinnä siitä, että ATP-tuotanto perustuu tällöin suurimmaksi osaksi hapen puutteen takia glykolyysiin, jossa syntyy sarkoplasman ph:ta alentavaa maitohappoa - pitkäaikaisemmassa keskiraskaassa lihastyössä väsymyksen taustalla saattaa olla kalsiumin vähäisempi irtoaminen sarkoplasmakalvostosta; tällöin maitohapon muodostuminen ei ole ongelmana, koska happi riittää glukoosin polttoon oksidatiivisella fosforylaatiolla, josta loputuotteena syntyy vettä ja hiilidioksidia - myös psyykkisillä tekijöillä (motivaatio) on merkitystä lihasväsymyksessä

67 LIHASTYÖTAVAT VASTUKSEN ELI KUORMAN SUHTEEN 1. DYNAAMINEN ELI ISOTONINEN LIHASTYÖ Konsentrinen: Lihas jännittyy, voittaa vastuksen, pystyy liikuttamaan kyseessä olevaa vartalon/raajan osaa, lihas lyhenee. Eksentrinen: Vastus ylittää lihaksen voiman, lihas venyy ja jännittyy samanaikaisesti. 2. STAATTINEN ELI ISOMETRINEN LIHASTYÖ Lihas ei pysty liikuttamaan kyseessä olevaa vartalon/raajan osaa siihen kohdistuvaa vastusta vastaan. Lihaksen pituus ei silminnähtävästi muutu.

68 LIHASTOIMINTAROOLIT SUORITTAJA ELI AGONISTI Vastaa pääasiassa suoritettavasta liikkeestä ja sijaitsee liikkeen puolella. VASTASUORITTAJA ELI ANTAGONISTI Sijaitsee agonistin vastakkaisella puolella suhteessa niveleen. Kun agonisti supistuu, antagonisti venyy. Tämä ei tarkoita, että antagonisti olisi aina rentona, vaan se tekee usein eksentristä lihastyötä säädellen agonistin konsentrista työtä (tarpeen esim. ligamenttivammojen ehkäisemiseksi nopeissa liikkeissä.) AVUSTAJA ELI SYNERGISTI Avustaa agonistin toimintaa ja sijaitsee liikkeen puolella TASAAJA ELI NEUTRALISOIJA Eliminoi toiminnan, joka ei ole tarkoituksenmukainen lihasten yhteistoiminnan kannalta. PAIKALLAANPITÄJÄ ELI FIKSAATTORI Tukee vartalon/raajan osan paikoilleen, jotta toiset lihakset saavat tukevan vetopohjan.