Eläinfysiologia i l i ja histologia i Luento XII Osmolaarisuus Molaarisuus ilmoittaa aineen moolimäärän litrassa liuosta. Mooli on molekyylipainon osoittama grammamäärä ainetta. Esim. NaCl:lle 58.44 g/mooli Liuos joka sisältää 58.44 g NaCl:ia on 1 molaarinen (1 M). Osmolaarisuus ilmoittaa liuenneen aineen partikkeleiden määrän litrassa liuosta. Vesiliuoksessa sessa NaCl dissosioituu o lähes täydellisesti Na + ja Cl - ioneiksi: NaCl Na + + Cl - Sen vuoksi esim. 1-molaarisen (1M) NaCl-vesiliuoksen osmoottinen väkevyys on 2 osmolaarinen (2 osmm). Glukoosi: 1-molaarisen (1M) glukoosiliuoksen osmoottinen väkevyys on 1 osmolaarinen (1 osmm). Aineen osmoottinen vaikutus riippuu sen vesiliuokseen tuottamien partikkeleiden määrästä. Virtsan väkevöiminen 300 300 KUORI Aktiivinen kuljetus Passivinen kuljetus YDIN (ulko-osa) YDIN (sisäosa) 300 100 100 400 200 600 400 900 700 1200 Osmoottisen paineen gradientti Kudosnesteen kudosnesteessä! osmoottinen väkevyys NaCl ja urea (mosm/l) 300 300 Jukstamedullaariset nefronit: 2/3 suoloista ja vedestä imeytyy proksimaalitiehyen alueella 400 400 Proksimaalitiehyessä suodos on isoosmoottista (300 mosm/l) Henlen lingon kärjessä suodos on hyperosmoottista (1200 mosm/l) 600 600 Distaalitiehyessä suodos on hypoosmoottista (100 mosm/l) 900 Lopullinen väkevöityminen tapahtuu kokoojatiehyessä 1200 1200 (ADH; vasopressiini) säätelee Aivolisäkkeen antidiureettinen hormoni kokoojatiehyen läpäisevyyttä vedelle. Vesitasapaino merivettä juotaessa Nautittu merivesi (ml) Cl - Tuotettu Virtsan Cl - Vesi tasapaino konsentraatio virtsa konsentraatio tai veden (mmol/l) (ml) (mmol/l) menetys (ml) Ihminen 1000 535 1350 400-350 Valas 1000 535 650 820 +350
Virtsanerityksen säätely ADH (antidiureettinen hormoni) Erityksen laukaisee veren kohonnut osmoottinen väkevyys (veden hukka rasituksessa, suolainen ruoka) ADH (vasopressiini) on hypotalamuksen tuottama hormoni, joka erittyy aivolisäkkeen takalohkosta. Laskee veren osmoottista väkevyyttä: (1) Lisäämällä veden takaisinimeytymistä kokoojaputkissa (2) Aiheuttamalla janon tunteen Hypotalamuksen reseptorit Aivolisäke ÄRSYKE ADH vapautuu, kun hypotalamuksen osmoreseptorit havaitsevan veren kohonneen osmoottisen väkevyyden. ADH Jano Kasvanut Läpäisevyys vedelle Kokoojaputki Homeostaasi: veren osmoottinen väkevyys Juominen laskee veren osmoottisen väkevyyden määräarvoon. Distaali tiehyt takaisinotto auttaa estämään osmoottisen paineen kasvun Akvaporiinit eli solukalvon vesikanavat Peter Agre (ja Roderick MacKinnon) Nobel, 2003 4x Akvaporiini on integraalisen kalvoproteiinin muodostama tetrameeri. ADH lisää akvaporiinien määrää kokoojaputken solujen solukalvolla. Bakteereilla, kasveilla, eläimillä. Ihmisellä 13 tunnettua akvaporiinigeeniä, joista 6 ilmenee munuaisissa. Reniini-Angiotensiini-Aldosteroni-Systeemi (RAAS). Säätelee veritilavuutta ja verenpainetta. Maula densa (distaalitiehyen solut) reagoi alentuneeseen verenpaineeseen (munuaisvirtaukseen ja virtsan matalaan suolapitoisuuteen) prostaglandiineja. Jukstaglomerulaarisolut (munuaisvaltimon seinämässä) Havaitsevat veritilavuuden pienenemisen Tuottaa reniini-entsyymiä Reniini pilkkoo maksan tuottaman a angiotensinogeenin angiotensiini-i:ksi. Endoteelisolujen ACE (Angiotensin Convertin Enzyme) muuttaa angiotensiini-i:n angiotensiini-ii:ksi. Angiotensiini-II: Supistaa verisuonia Lisää lisämunuaisen aldosteronin eritystä Lisääntynyt Na + ja takaisin imeytyminen distaalitiehyessä Aldosteroni Lisämunuainen Angiotensiini II Angiotensinogeeni Valtimoiden supistuminen Reniinin tuotanto Reniini Distaalitiehyt Homeostaasi: Verenpaine ja veritilavuus ÄRSYKE Jukstaglomerulaari- apparaatti (JGA) reagoi matalaan veritilavuuteen ja verenpaineeseen (esim. verenvuodon tai ripulin seurauksena) JGA Virtsanerityksen säätely Atriopeptidi (ANF, atrial natriuretic factor) (BNP, brain natriuretic i peptide) Signaalina sydämen eteisen seinämän venytys Erittyy sydämen eteissoluista i t ja pyrkii alentamaan verenpainetta. Vähentää reniinin eritystä Veden natriumin takaisinotto heikentyy Vettä ja suoloja erittyy enemmän virtsaan Veritilavuus pienenee ja siten verenpaine laskee Laajentaa verisuonia (vasodilataatio) verenpaine laskee
Metabolinen vesi Kuivissa ii ympäristöissä i eläimet li saattavat elää pelkän metabolisen veden varassa. C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 180g + 192g 264g + 108g Elämää ilman vettä (= anhydrobioosi) Äärimmäisissä oloissa eläimet voivat muuttua lepoasteiksi. Karhukainen (Pääjakso Tardigrada) Suolaäyriäinen (Artemia salina) Esiintyy suolaisissa sisävesissä (ei merissä) Munasolut voivat vaipua horrostilaan (diapause): Kestävät -190ºC - +100ºC (>2t), hapenpuutetta (anoksiaa) Alkavat kehittyä, kun munasolu laitetaan suolaveteen naupliustoukka aikuinen Artemia salina Aktiivinen karhukainen Vettä 85% Anhydrobioosissa oleva karhukainen Vettä 2% Reniini-Angiotensiini-Aldosteroni-Systeemi (RAAS). Säätelee veritilavuutta ja verenpainetta. Maula densa reagoi alentuneeseen munuaisvirtaukseen ja virtsan matalaan suolapitoisuuteen prostaglandiineja. Jukstaglomerulaariapparaatti Havaitsee veritilavuuden pienenemisen Tuottaa reniini-entsyymiä Reniini pilkkoo maksan tuottaman angiotensinogeenin angiotensiini-i:ksi. Endoteelisolujen ACE (Angiotensin Convertin Enzyme) muuttaa angiotensiini-i:n angiotensiini-ii:ksi. Angiotensiini-II: Supistaa verisuonia Lisää aldosteronin eritystä Lisääntynyt Na + ja takaisin imeytyminen distaalitiehyessä Aldosteroni Lisämunuainen Angiotensiini II Angiotensinogeeni Valtimoiden supistuminen Reniinin tuotanto Reniini Distaalitiehyt Homeostaasi: Verenpaine ja veritilavuus ÄRSYKE Jukstaglomerulaari- apparaatti (JGA) reagoi matalaan veritilavuuteen ja verenpaineeseen (esim. verenvuodon tai ripulin seurauksena) JGA Virtsanerityksen säätely Atriopeptidi (ANF, atrial natriuretic factor) (BNP, brain natriuretic peptide) Signaalina sydämen eteisen seinämän venytys Erittyy sydämen eteissoluista ja pyrkii alentamaan verenpainetta. Vähentää reniinin eritystä Veden natriumin takaisinotto heikentyy Vettä ja suoloja erittyy enemmän virtsaan Veritilavuus ja siten verenpaine laskee Laajentaa verisuonia (vasodilataatio) ti ) verenpaine laskee
Metabolinen vesi Kuivissa ii ympäristöissä i eläimet li saattavat elää pelkän metabolisen veden varassa. C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 180g + 192g 264g + 108g Elämää ilman vettä (= anhydrobioosi) Äärimmäisissä oloissa eläimet voivat muuttua lepoasteiksi. Karhukainen Suolaäyriäinen (Artemia salina) Esiintyy suolaisissa sisävesissä (ei merissä) Munasolut voivat vaipua horrostilaan (diapause): Kestävät -190ºC - +100ºC (>2t), hapenpuutetta (anoksiaa) Alkavat kehittyä, kun munasolu laitetaan suolaveteen naupliustoukka aikuinen Artemia salina Aktiivinen karhukainen Vettä 85% Anhydrobioosissa oleva karhukainen Vettä 2% Eläinfysiologia i l i ja histologia i Hormonaalinen säätely Endokrinologia tutkii umpirauhasten toimintaa. Luento XII U i h t t it lik d k il i t i Umpirauhaset ovet epiteelikudoksen erilaistumia. Ei tiehyttä epiteelin pinnalle (umpirauhanen eli endokriininen rauhanen).
Hormonaalinen säätely Ihmisen umpirauhaset Elimistön koordinoitu toiminta (homeostaasi) vaatii informaation siirtoa. Informaation siirto on joko sähköistä tai kemiallista. 1) Suora siirto solusta toiseen. Aukkoliitosten (gap junctions) kautta 2) Paikallinen kemiallinen viestitys: Parakriinien Ei Esim. Interleukiini-I kiiii (sytokiinit) i (aktivoi i tulehdusvasteen) Autokriininen Esim. Interleukiini-II (sytokiinit) (stimuloi sytotoksisten T-solujen kasvua ja erilaistumista) 3) Kaukoviestintä tapahtuu sähköisten ja kemiallisten signaalien välityksellä. Hermosto Hormonit Sytokiinit ovat proteiinirakenteisia solujen välisen viestinnän välittäjäaineita. Esim. interferonit, interleukiinit. Tärkeitä mm. immuunipuolustuksessa. Sydän, rasvakudos, kohtu, suoli, munuainen Käpylisäke Aivolisäke Kilpirauhanen Lisäkilpirauhaset Lisämunuaiset Haima Ovario Testis Vain ne solut tuottavat vasteen, joilla on reseptori hormonille Vesiliukoisten i hormonien reseptorit ovat solukalvolla Signaalinmuutosprosessi vie viestin i solun sisään. reseptori Rasvaliukoisten hormonien reseptorit sytoplasmassa tai Signaalin muutos tumassa. Tyroksiini, steroidihormonit Veren välityksellä Vaste sytoplasmassa Vaste tumassa Umpirauhassolu Hormoni tai DNA Kohdesolu TUMA Veren välityksellä Reseptori Kohdesolu Umpirauhassolu DNA Signaalinmuutos ja vaste mrna Tietyn proteiinin synteesi Hormoni Tuma Sama signaalimolekyyli voi tuottaa erilaisia vasteita Reseptorit erilaiset Signaalinmuutosprosessi i erilainen i Vastesolu erilainen Asetyylikoliini on autonomisen hermoston parasympaattisten neuronien välittäjäaine. Se on välittäjäaineena i myös hermolihasliitoksessa (motorisen neuronin ja luustolihassolun välillä rauhassolun pinnalla. Reseptori solukalvossa Reseptori tumassa
Eri reseptori Adrenaliini Erilainen vaste Adrenaliini Adrenaliini Reitti Ärsyke Reseptori Esimerkki Matala veren sokeri α-reseptori β-reseptori β-reseptori Suoni supistuu Suoni laajenee Glykogeeni Glykogeeni hajoaa ja glukoosia vapautuu solusta Kohdekudos Umpirauhassolu (haiman alfasolu) Verisuoni Haiman glukagoni Maksa Tavallisen hormonin eritys Suolen verisuoni Luustolihaksen verisuoni Erilaiset solunsisäiset proteiinit Maksa solu Erilaiset vasteet Vaste Glykogeenin hajotus, Glukoosin vapautuminen vereen Endokriininen signaalireitti ja aivolisäke säätelevät hormonieritystä i Neurosekreetio säätelee aivolisäkkeen etulohkon (adenohypofyysi) eritystä porttiverenkierron välityksellä Estäjähormonit (statiinit) ja vapauttajahormonit (liberiinit). tuottaa kahta hormonia: (1) Antidiureettista i hormonia (ADH) eli vasopressiiniä (2) Oksitosiinia Erittyvät verenkiertoon aivolisäkkeen takalohkossa (neurohypofyysi) Neurosekreetiota (hermosolu erittää hormonia verenkiertoon) (2) Oksitosiinia Aivolisäkkeen takalohko HORMONI KOHDE Hypotalamuksen neurosekretoriset solut ADH Munuaistiehyet Oksitosiini Maitorauhaset Kohdun lihakset Aksoni Aivolisäkkeen etulohko Trofinen vaikutus = muiden umpirauhasten toimintaan vaikuttava Ei-trofinen vaikutus = suora vaikutus johonkin elintoiminta Vain trofiset vaikutukset FSH, follikkelia stimuloiva hormoni LH, luteinisoiva hormoni TSH, kilpirauhasta stimuloiva hormoni ACTH, adrenokortikotrooppinen hormoni Vain ei-trofiset vaikutukset Prolaktiini MSH, melanosyyttejä stimuloiva hormoni Endorfiini Ei-trofiset ja trofiset vaikutukset Kasvuhormoni HORMONI KOHDE FSH and LH Testikset ja ovariot Hypotalamuksen vapauttajahormonit (punaiset pisteet) TSH Maitorauhanen Kilpirauhanen ACTH Lisämunuaisen kuori Prolaktiini MSH Melanosyytit Hypotalamuksen neurosekretoriset solut Tuottavat liberiinejä ja statiineja. Porttiverenkierto Porttiverenkierto Aivolisäkkeen etulohkon solut Aivolisäkkeen hormonit (siniset pisteet) Endorfiini Aivojen kipureseptorit Kasvuhormoni Maksa Luut
Reitti Ärsyke Sensorinen hermo Esimerkki Hypothalamuksen neurohormonit, jotka vapautuvat hermosto- ja hormonisignaalien vaikutuksesta. Reitti Ärsyke Esimerkki Vauva imee rintaa. Neurosekreetio: hermosolun (neuronin) erittämä hormoni. Neurosekretoriset solut Veri suoni erittää prolaktiinia vapauttavaa hormonia Aivolisäkkeen etulohko erittää prolaktiinia Umpirauhas- solu Veri suoni Neurosekreetio: hypotalamus erittää prolaktiinia vapauttavaa hormonia,,joka stimuloi aivolisäkkeen etulohkoa erittämään prolaktiinia. Prolaktiini saa aikaan lopullisen asteen aktivoimalla maitorauhasten maidon eritystä. / Aivolisäkkeen takalohko Tuntohermo (sensorinen hermo) Neurosekretoriset solut Aivolisäkkeen takalohko erittää Verisuoni oksitosiinia Tässä tapauksessa hypotalamuksen tuottama oksitosiini. Hormoni vapautuu verenkiertoon aivolisäkkeen takalohkossa. Kohdekudos Maitorauhasen sileälihassolut Kohde kudos Maitorauhaset Vaste Maidon tuotanto Vaste Maidon vapautuminen Endokriininen signaalireitti Endokriininen signaalireitti Kilpirauhanen Lisäkilpirauhanen Kilpirauhasfollikkeli Lisäkilpirauhanen Oikea puolisko Kurkunpää Vasen puolisko Kilpirauhanen Lisäkilpirauhaset Henkitorvi Kilpirauhasta Istmus Tyroglobuliinikolloidia Folikkeliepiteeli
Kilpirauhanen Kilpirauhasen erityksen säätely Tyroksiini (T4) Trijodotyroniini (T3) on pääasiallinen vaikuttava muoto. Vaikutukset: Elimistön tasapainon ylläpito: Metabolianopeuden, verenpaineen, lihasjänteyden, ruuansulatuksen ja lisääntymistoimintojen säätely Lämmöntuotto kylmässä Keskushermoston kehitys (+) Voimistaa sympaattisen hermoston aktiivisuutta Välttämätön normaalille pituuskasvulle (solujen jakautumiselle) Kehitysiässä puutos aiheuttaa kretinismiä (henkinen ja fyysinen jälkeenjääneisyys) Sammakoeläinten muodonvaihdos Hypertyreoosi (kilpirauhasen liikatoiminta): Korkea ruumiin lämpötila, hikoilu, laihtuminen, korkea verenpaine Hypotyreoosi (kilpirauhasen vajaatoiminta): Heikko kylmänsieto, painonnousu, ajattelun ja liikkeiden hitaus Dejodinaasi Jodin puutos aiheuttaa struuman. Negatiivinen palaute TRH Aivolisäkkeen etulohko TSH Kilpirauhanen T 3 T 4 Tyrotropiinia vapauttava hormoni (tyreoliberiini) Tyrotropiini Negatiivinen palaute Kilpirauhasen liikatoiminta (Grave s disease; autoimmuunisairaus; elimistön tuottamat vasta-aineet aktivoivat TSH-reseptorin) Kalsiumtasapainon säätely Kalsiumpitoisuus veressä 10 mg/100 ml Lihasten ja hermojen toiminta on herkkä Capitoisuuden muutoksille. Kilpirauhasen kalsitoniini Alentaa veren kalsiumia. Lisäkilpirauhasen parathormoni Eritys alkaa, kun veren kalsium putoaa alle määräarvon. Se nostaa veren kalsiumia. Kilpirauhanen erittää kalsitoniinia Ärsyke: Korkea veren Ca-taso Veren Ca-taso nousee määräarvoon D-vitamiini lisää Ca:n imeytymistä suolessa Kalsitoniini Stimuloi Ca:n varastoitumista luuhun Veren Ca-taso laskee määräarvoon Homoestaasi: Veren Ca-taso noin 10 mg/100 ml) Ärsyke: Alhainen veren Lisäkilpi Ca-taso Stimuloi rauhaset Ca:n vapautumista luista Aktivoi Stimuloi Ca:n D-vitamiinin imeytymistä munuaisissa PTH Vähentää Ca:n imeytymistä munuaisissa PTH lisää osteo- klastien aktiivisuutta
Sappitiehyt Haima Langerhansin saareke (2) (haiman endokriinista kudosta) (1) Rauhasrakkula Veren glukoosin säätely Haiman betasolut vapauttavat insuliinia ÄRSYKE: Korkea veren glukoositaso (esim. hiilihydraattiaterian jälkeen) Insuliini Maksa ottaa glukoosia ja varastoi sen glykogeeninä Solut ottavat enemmän glukoosia Veren sokeri laskee määräarvoon; Stimulus insuliini eritykselle heikkenee Ohutsuoli (duodenum) Haima (4) Haimalohkojen välistä ä sidekudosta d Eksokriinista haimaa (3) Rauhastiehyt Normaaliarvo: 4-7 mmol/l. Haima: bt betasolujen lj insuliini i alfasolujen glukagoni Tyypin I diabetes mellitus Insuliinin puutos Tyypin II diabetes mellitus Kohdekudokset eivät vastaa insuliiniin Veren glukoosi nousee määräarvoon; stimulus glukagonin eritykselle heikkenee Maksa hajottaa glykogeeniä ja vapauttaa glukoosia vereen Homeostaasi: Veren glukoositaso (noin 90 mg/100 ml) Haima alfasolut erittävät glukagonia Glukagoni ÄRSYKE: Matala veren sokeritaso (ruokailu jäänyt väliin) Lisämunuainen Lisämunuaisen toiminta Ydin Kuori Sidekudoskapseli Ydin ja kuorikerros. Ytimen hormonieritteiset solut ja sympaattisen hermoston postganglioniset g neuronit ovat samaa alkuperää. Glukokortikoidit Hermostopiena Alkion hermostopienan solu Hermojen kasvutekijä Alkion poikkileikkaus Lisämunuaisen ytimen solu Sympaattisen hermoston neuroni
Lisämunuaisen ytimen hormonit (katekolamiinit) muodostuvat tyrosiinista Lisämunuaisen kuori erittää steroidihormoneja Karboksyyliryhmän poisto ja kahden hydroksyyliryhmän lisääminen. Lisämunuaisen kuoren hormoneita Metyyliryhmän lisäys Sukupuolirauhasten hormoneita Adrenaliini (epinephrine) Noradrenaliini (norepinephrine) Esim. kortisoli (glukokortikoidi), aldosteroni (mineralokortikoidi), sukupuolihormonit (androgeenit, estrogeenit, progestiinit) Androgeenit ovat anabolisia vaikutukseltaan Lisämunuainen osallistuu stressivasteisiin Stressi Selkäydin Hermo signaali Vapauttajahormoni Viestinvälitys hermoston kautta (nopeus) hermosolu Hermosolu ACTH Aivolisäkkeen etulohko veriuoni Viestinvälitys aivolisäkkeen hormonierityksen kautta ACTH Lisä munuainen Munuainen Akuuttistressi Adrenaliinin ja noradrenaliinin vaikutukset Pitkäaikainen stressi Mineralokortikoidien vaikutukset: k t 1. Natriumin ja veden talteenotto munuaisissa 1. Maksan glykogeeni hajotetaan glukoosiksi; veren sokeritaso kohoaa. 2. Verenpaine kohoaa. 3. Hengitystaajuus kiihtyy. 2. Veritilavuuden ja 4. Aineenvaihdunta nopeutuu. verenpaineen kasvu 5. Verenkierto muuttuu, valvetila voimistuu ja suoliston ja munuaisten toiminta hidastuvat. Glukokortikoidien vaikutukset: k 1. Proteiinien ja rasvojen hajotus ja muuttaminen glukoosiksi; veren sokeritaso kohoaa 2. Immuunijärjestelmän heikkeneminen
Erittää melatoniinia Säätelee elintoimintojen vuorokausirytmiä Pimeässä melatoniin eritys lisääntyy. Säätelee eläinten elintoimintojen vuodenaikaisrytmejä Hibernaatio Lisääntymisen ajoittuminen Käpylisäke Käpylisäke Hyönteisen yksilönkehitys (1) Aivohormoni on hermosolujen tuottama (so. neurosekreetiota). (2) Aivohormoni Aivohormoni (BH) corpus cardiacum issa varastoidaan issa. Protorakaalirauhanen Ekdysoni Aivot Hyönteisen yksilönkehitys: toukka kotelo aikuinen Kolme hormonia: (1) aivohormoni, (2) ekdysoni ja (3) nuoruushormoni säätelevät muodonvaihdosta. Neurosekretoriset solut (aivohormonin tuotto) Corpus cardiacum (aivohormonivarasto) Corpus allatum (nuoruushormonin tuotto) Nuori toukka Vanhempi toukka Kotelo Aikuinen Aivot Aivot Neurosekretoriset solut Neurosekretoriset solut Aivo hormoni (BH) Corpus cardiacum Corpus allatum Aivo hormoni (BH) Corpus cardiacum Corpus allatum (nuoruushormoni) Protorakaalirauhanen Protorakaalirauhasen ekdysoni edistää nahanluontia ja muodonvaihdoksia. Ekdysoni Ekdysonin eritys on aivohormonin kontrolloimaa. Protorakaali rauhanen Ekdysoni Vähän JH:ta Nuoruus hormoni (JH) Nuoruushormoni (JH) hillitsee ekdysonin vaikutusta; pyrkii ylläpitämään nuoruusvaihetta. - SE erittyy corpora allatumista Nuori toukka vanhempi toukka Kotelo Aikuinen Nuori toukka Vanhempi toukka Kotelo Akuinen
Kilpirauhashormonit säätelevät sammakon muodonvaihdosta