Medicínske základy 1 Všeobecná biológia a somatológia MUDr. Orgonášová Mária , PhD

1. Prednášky pre poslucháčov Teologickej fakulty Katolíckej univerzity v Ružomberku, jednoodborové štúdium II. st., šk. r. 2009/2010 • Medicínske základy 1 • Všeobecná biológia a somatológia • MUDr. Orgonášová Mária, PhD

2. Všeobecné základy biológie človeka Základnou stavebnou jednotkou živého organizmu je bunka. Každá bunka má génový potenciál celého organizmu. V priebehu ontogenézy diferencovaním vznikajú 4 základné typy buniek: svalové, nervové, spojivové a epitelové bunky podľa toho, ktoré gény sa aktivujú, podľa toho, akú funkciu budú plniť v budúcnosti. Súbor buniek určitého typu vytvára tkanivá, priestor medzi bunkami vypĺňa medzibunková tekutina Kombináciou rozličných tkanív vznikajú orgány (napr.: pečeň, obličky, pľúca). Spojením viacerých orgánov vzniká systém (respiračný systém, kardiovaskulárny, uropoetický a i.)

3. Bunka - štruktúra 1 Jadierko 2. Jadro 3. Ribozómy 4. Vakuola 5. Endoplazmatické retikulum 6. Golgiho aparát 7. Cytoplazmatická membrána 9. Mitochondrie 10.-13. Lyzozómy

4. Obsah bunky Jadierko – obsahuje DNA, RNA a proteíny Jadro – prenos a expresia genetickej informácie (RNA), genom – 23 párov chromozómov Ribozómy – RNA a proteíny Mikrotubuly a filamenty – aktín, myozín (svalová bunka) Endoplazmatické retikulum – súbor tubulov alebo vezikúl Golgiho aparát – transportný systém Cytoplazmatická membrána – fosfolipidy a proteíny Mitochondrie – enzýmy, ATP – zdroj energie Lyzozómy - enzýmy

5. Bunka - funkcie • Transport kyslíka, živín, solí a sekrécia iných látok (CO2, splodiny metabolizmu, aktívne sekréty) von z bunky – udržovanie homeostázy vnútorného prostredia. • Transport sa uskutočňuje viacerými formami: - pasívny transport (difúzia, osmóza) - aktívny, sprostredkovaný transport * Homeostatická regulácia neuro-endokrinno-imunitného systému – integračný systém organizmu

6. Kmeňové bunky Kmeňové bunky (vajíčka, spermie, embryonálne, bunky z krvi pupočníka, ale aj dospelé kmeňové bunky kostnej drene) nemajú ešte znaky buniek konkrétneho orgánu, ale majú obrovský potenciál rastu a diferenciácie. Delením dokážu obnovovať sami seba a meniť sa na bunky rôznych tkanív. V súčasnosti sa skúmajú možnosti využitia kmeňových buniek na regeneráciu zlyhávajúcich orgánov, na liečenie Alzheimerovej a Parkinsonovej choroby, cukrovky a iných chorôb. Pri liečbe pacienta jeho vlastnými kmeňovými bunkami nehrozí, že by ich telo odmietlo, ako sa to môže stať pri transplantácii cudzích orgánov. Pokiaľ by sa využívali dospelé kmeňové bunky, mohol by sa vyriešiť eticky sporný problém získavania kmeňových buniek z ľudských embryí.

7. Krv – definícia a funkcie krvi Krv je tekutý orgán, ktorý navzájom spája všetky tkanivá organizmu. Cirkuluje v uzatvorenom krvnom obehu. Základné funkcie krvi: • privádza k bunkám kyslík a živiny • odvádza odpadové produkty metabolizmu z buniek do vylučovacieho systému • je nosičom chemickej informácie (napr. hormóny) • vyrovnáva teplotné rozdiely – účasť na termoregulácii • účasť na obranyschopnosti organizmu (nešpecifická a špecifická imunita) • účasť na udržovaní homeostázy vnútorného prostredia (izohydria, izoiónia, izoosmia) • účasť na udržiavaní a regulácii krvného tlaku

8. Zloženie krvi - hematokrit Podiel krvnej plazmy: 〜 55% Podiel krvných elementov: 〜 45% Centrifu-govanie plazma Krvné elementy

9. Krvná plazma Zloženie: • Voda (90 – 92%) • Organické a anorganické látky (8 – 10%) Organické látky: bielkoviny (albumín, globulín, fibrinogén) cukor (glukóza) tuky (lipidy) nebielkovinný dusík (močovina, kyselina močová, kreatín, kretinín a i.) Anorganické látky - elektrolyty: sodík, draslík chloridy hydrouhličitany

10. Červené krvinky – tvar a funkcie Tvar: bikonkávny disk (zboku ako piškóty) Obsahuje niekoľko stoviek molekúl hemoglobínu Na obrázku: * červené krvinky v cieve * molekula hemoglobínu - bielkovina globín - hem (tetrapyrolový prstenec + Fe2+) - väzba kyslíka na hem

11. Funkcie erytrocytov Erytrocyt je nepravá bunka, nemá jadro, Normálny počet u ženy: 3,8 – 4,8.1012/liter krvi u muža: 4,3 – 5,3.1012/liter krvi Metabolizmus: anaeróbna glykolýza (90%), produktom je ATP a 2,3-difosfoglycerát (podporuje uvoľňovanie kyslíka do tkanív) Hlavná funkcia: Transport krvných plynov (O2 a CO2)

12. Zánik erytrocytov Životnosť erytrocytov je asi 120 dní. Zostarnuté erytrocyty strácajú elasticitu a mononukleárnym fafocytárnym systémom sú zachytávané v sínusoch sleziny a pečene. Globín sa rozkladá na aminokyseliny, ktoré sa opäť syntetizujú na bielkoviny. Pri enzýmovom štiepení hemu sa uvoľní železo (železo sa znova využíva pri syntéze hemu) a vzniká biliverdín. Tento sa potom redukuje na žlčové farbivo bilirubín, ďalej sa mení na konjugovaný bilirubín, ktorý sa vylučuje do žlče a potom odchádza do čriev. Časť bilirubínu sa znova vstrebá do krvi, väčšina sa mení na sterkobilinogén a vylučuje sa z hrubého čreva ako sterkobilín a urobilín (hnedé sfarbenie stolice). Malá časť zostarnutých erytrocytov sa rozpadá priamo v cievach

13. Zánik erytrocytov - schéma

14. Biele krvinky – tvar a funkcie Celkový počet: 4-10.109/l * Granulocyty: - neutrofilné – 56 – 64% - eozinofilné – 1 – 3% - bazofilné - 0,5% * Agranulocyty: - lymfocyty - 24 – 40% - monocyty - 3 – 8%

15. Funkcie leukocytov Nešpecifická imunita - fagocytóza - mikrofágy (neutrofilné a eozinofilné granulocyty) - makrofágy (monocyty) Špecifická imunita: - humorálna (B-lymfocyty) - celulárna (T-lymfocyty) Inaktivácia mediátorov pri alergických reakciách (eozinofily) Účasť na regulácii hemokoagulácie (zrážania krvi) a fibrinolýzy (rozpustenia krvnej zrazeniny)

16. Krvné doštičky – tvar a funkcie Krvné doštičky - Trombocyty sú bezjadrové krvné elementy diskoidného tvaru Počet: 150 – 350.109/l krvi Funkcie: - účasť na procesoch zrážania krvi, podpora hojenia rán - účasť na zápalových procesoch

17. Zastavenie krvácania - Zrážanie krvi

18. Proces zrážania krvi Pri poranení cievnej steny dochádza v mieste poranenia k adhézii trombocytov a nasleduje súbor mechanických a humorálnych reakcií, pri ktorých sa rozpustný, plazmatický proteín fibrinogén premieňa na nerozpustný, vláknitý fibrín, ktorý vytvorí sieť. Tejto reakcie sa zúčastňujú mnohé faktory. Najznámejších je XIII faktorov. V okách fibrínovej siete sa ukladajú zhluknuté trombocyty, ale aj erytrocyty a leukocyty, vzniká krvná zrazenina – trombus. Etapy zrážania krvi: • tvorba aktivátora protrombínu • vznik trombínu • trombín + fibrinogén + faktor XIII -----fibrín

19. Krvné skupiny – A, B, AB, 0; Rh faktor Označujú sa podľa prítomnosti, alebo neprítomnosti aglutinogénov na povrchu erytrocytov Aglutinogény: A, B, Aglutiníny: anti A, anti B Rh faktor – pozitívny Rh faktor – negatívny Platí zásada, že za prítomnosti nadbytku anti-aglutinínu v plazme sú príslušné krvinky zhlukované a následne hemolyzované – význam pri transfúzii krvi

20. Imunitný systém Imunitnú odpoveď vyvoláva prítomnosť cudzorodej látky v organizme (antigén) Imunitný systém je difúzny orgán, ktorý tvoria: • biele krvinky – leukocyty • kostná dreň • slezina, lymfatické uzliny • špecializované bunky v týmuse Nešpecifická imunita: fagocytóza (zabezpečujú neutrofilné granulocyty) Špecifická imunitná odpoveď: - B lymfocyty - imunoglobulíny - T lymfocyty – majú na povrchu antigénové recerptory (naivné bunky, efektorové a pamäťové bunky)

21. Srdce - štruktúra

22. Srdce – stavba Stavba srdca: pravá a ľavá predsieň, pravá a ľavá komora, medzi oboma polovicami srdca je prepážka. Medzi predsieňami a komorami, ako aj medzi komorami a veľkými cievami sú chlopne, ktoré umožňujú prúdenie krvi z predsiení do komôr, z komôr do a. pulmonalis a do aorty a bránia jeho návratu. Základné vlastnosti srdcového svalu: • excitabilita (schopnosť reagovať na vnútorné alebo vonkajšie podnety tvorbou vzruchov) • automacia a rytmickosť (schopnosť vytvárať vzruchy automaticky a v pravidelnom rytme) • kontraktilita (schopnosť reagovať na vzruchy mechanickou akciou - kontrakciou)

23. Srdce – funkcia Funkcia: Srdce pracuje ako dvojkomorové tlakové čerpadlo (pumpa). S frekvenciou cca 72/min sa striedajú kontrakcie (systoly) a relaxácie (diastoly). Pre srdce platí zákon „všetko alebo nič“ (t.j. vždy sa kontrahuje celé srdce – postupne najprv obe predsiene, potom obe komory). Elekrokardiogram (EKG) – zápis šírenia sa elektrickej aktivity srdca smerom od pravej predsiene, kde sa impulzy tvoria, cez špecifický prevodný systém srdca až do komôr.

24. Prevodný systém srdca Srdcový sval – syncytium. Vzruchová aktivita vzniká a šíri sa cez prevodný systém: * sínusový uzol * atrioventrikulárny uzol * Hisov zväzok * Tawarove ramienka * Purkyňove vlákna

25. Srdce – elektrická aktivita (EKG) P –systola predsiení QRS – systola komôr T – repolarizácia srdcového svalu

26. Cievny systém – hemodynamika Je to systém, ktorý vedie krv zo srdca do tkanív a späť. Poznáme veľký a malý krvný obeh Typy ciev: • Aorta - srdcovnica • Artérie - tepny • Arterioly - tepničky • Kapiláry - vlásočnice • Venuly - žilky • Vény - žily • V.cava caudalis a cranialis - dolná a horná dutá žila

27. Srdcovo-cievny systém – malý a veľký krvný obeh Malý krvný obeh: * pravá srdcová komora, a. pulmonalis * pľúcne cievy, ľavá predsieň Veľký krvný obeh: * ľavá srdcová komora, aorta, artérie - mozog, vnútorné orgány, končatiny * horná a dolná dutá žila, pravá predsieň

28. Tlak krvi (TK) a jeho meranie Systolický TK: 16 kPa (120 mmHg) Diastolický TK: 9,3 kPa (70 mmHg) Stredný TK: priemerný tlak počas srdcového cyklu Tlaková amplitúda: rozdiel medzi systolickým a diastolickým tlakom

29. Dýchací systém – štruktúra dýchacích ciest, pľúca

30. Dýchací systém – stavba Horné dýchacie cesty: -nosová dutina – ohriatie a čistenie vzduchu - nosohltan – význam pre ochranu pred infekciou - hrtan (larynx) – tvorba hlasu Dolné dýchacie cesty: - priedušnica (trachea) - priedušky (bronchy) - priedušničky (bronchioly) - pľúcne lalôčiky (alveoly) Pľúca – dve polovice sú oddelené mediastinom, povrch je obalený pohrudnicou Anatomickou respiračnou jednotkou je pľúcny acinus (bronchiolus + alveolus). Významnou funkčnou súčasťou pľúc sú pľúcne cievy .

31. Dýchací systém – výmena dýchacích plynov v pľúcach Výmena dýchacích plynov prebieha v pľúcnych alveolách formou difúzie, na základe fyzikálnych zákonov. Veľkosť výmeny závisí od: * rozdielu v parciálnych tlakoch O2aCO2na obidvoch stranách alveolokapilárnej membrány * plochy alveolokapilárnej membrány * hrúbky membrány (význam surfaktanu, zápalových procesov).

32. Percentuálne zastúpenie a parciálne tlaky O2, CO2 (a N2) vo vzduchu a v krvi

33. Tráviaci systém – štruktúra tráviaceho traktu Zabezpečuje: Ústna dutina príjem potravy Hltan transport Pažerák spracovanie Žalúdok vstrebávanie Dvanástnik vylučovanie Tenké črevo zbytkov Hrubé črevo Konečník

34. Tráviaci systém – transport a trávenie potravy Ústna dutina – žuvanie, hltanie Slinné žľazy – začiatok trávenia (zloženie slín: voda, mucín, lyzozím,enzym amyláza, anorganické látky) Transport potravín – hltanie má 2 fázy: vôľová fáza (hltan) a reflexná fáza – pažerák až žalúdok Žalúdok – trávenie (obsah: kyselina chlorovodíková,, pepsinogén - pepsín, hormón somatostatín, žaludočná lipáza, žaludočná amyláza, mucín, gastrín, gastroferín, vnútorný faktor) Pankreas – ( do dvanáctníka vylučuje: trypsín, chymotrypsín, amyláza, cholesterolesteráza, fosfolipáza) Tenké črevo – ukončenie trávenia, peristaltika Hrubé črevo – vstrebávanie vody, vylučovanie

35. Vylučovací systém - štruktúra • Obličky – párový orgán, v jednej obličke je cca 1-1,3 miliónov nefrónov • Nefrón – základná morfologická a funkčná jednotka obličiek (. Nefrón sa skladá: • z Bowmanovho púzdra • z glomerulu (klbko kapilár) • z kanálikov – tubulov • Zberné kanáliky • Vývodné močové cesty: (obličková panvička, močovody, močový mechúr, močová rúra)

36. Vylučovací systém - funkcia Základné funkcie obličiek: • filtrácia krvnej plazmy z glomerulu do Bowmanovho púzdra a exkrécia odpadových produktov a škodlivých látok – tvorba primárneho moču • spätná resorpcia, ale aj exkrécia v kanálikoch – hospodárenie s vodou a minerálmi, resorpcia glukózy, bielkovín a peptidov • udržovanie stability (homeostázy) vnútorného prostredia – úprava moču, tvorba definitívneho moču • endokrinná funkcia – tvorba renínu, ktorý má vplyv na udržovanie krvného tlaku (systém renín-angiotenzín-aldosterón)

37. Endokrinný systém – žľazy s vnútornou sekréciou Hypotalamo - hypofýzový systém Epifýza Štítna žľaza Thymus Pankreas Nadoblička Pohlavné žľazy HHy

38. Endokrinný systém – najvýznamnejšie hormóny • Hypotalamo - hypofýzový regulačný systém(špecifické neurohormóny hypotalamu regulujú funkcie hypofýzy, hypofýza – rastový hormón, regulácia ostatných endokrinných žliaz) • Epifýza – melatonín a serotonín • Štítna žľaza – aktívne vychytáva jód, produkuje tyroxín, kalcitonín (podpora rastu, stimulácia metabolizmu) • Pankreas – inzulín a glukagón (regulácia metabolizmu cukrov) • Nadoblička – kôra produkuje kortikosteroidy (glukokortikoidy, mineralokortikoidy,androgény a estrogény), - v dreni sa tvoria katecholamíny (adrenalín, noradrenalín a dopamín) • Pohlavné žľazy- produkujú ženské a mužské pohlavné hormóny

39. Nervový systém – stavba neurónu Nervová bunka - neurón: * telo bunky s jadrom * nervové vlákna (dendrity a neurit - axón) * nervové obaly (Schwannova pošva, myelinová pošva prerušovaná Ranvierovými zárezmi) * zakončenia axónu Základnou stavebnou jednotkou nervového systému je neurón

40. Nervový vzruch – akčný potenciál Akčným potenciálom označujeme krátkodobé zakolísanie pokojového napätia bunkovej membrány - membránového potenciálu, spôsobené dočasnou zmenou permeability membrány pre minerálne látky, prítomné v bunke i mimo bunky. Príčinou tejto zmeny a vzniku akčného potenciálu môže byť mechanický, chemický alebo elektrický podnet. Akčný potenciál – nervový vzruch vzniká pri činnosti každého živého útvaru, šíri sa po útvare, cez synapsy prechádza z jednej bunky na druhú. Konečným prejavom môže byť kontrakcia svalov, zmyslový vnem, vyššia nervová činnosť a pod.

41. Akčný potenciál – zápis zmien elektrického napätia na membráne buniek Snímacie elektródy: jedna je v bunke, druhá na povrchu bunky Depolarizácia – náhla zmena permeability „Overeshoot“ – hrotový potenciál Repolarizácia – návrat k východiskovému stavu Hyperpolarizácia – následný stav

42. Synapsa Synapsa – funkčné prepojenie membrán dvoch buniek, z ktorých je aspoň jedna bunka nervová Rôzne typy synaps: • Interneurónové spojenia – medzi neurónami • Neuroreceptorové spojenia – zmyslová bunka a neurón • Neuroejektorové spojenia – svalová bunka a neurón

43. Synapsa - Prenos vzruchov Vzruchy medzi jednotlivými neurónmi sú prenášané chemickou cestou Schéma synapsy: - vezikuly v presynaptickom zakončeni neurónu - mediátory v synaptickej štrbine - receptory na postsynaptickej membráne

44. Svaly Sval patrí spolu s nervovým tkanivom k vzrušivým tkanivám, ktoré na podnety reagujú zmenou pokojového stavu na stav aktívny. Aktivitou svalu je jeho skrátenie – kontrakcia, ktorá umožňuje pohyb. Svalový systém zahrňuje * kostrové, priečne pruhované svaly – môžeme ich ovládať vôľou * srdcový sval – mimovôľový, jeho vlákna sú navzájom prepojené a kontrahujú sa naraz (zákon „všetko alebo nič“), rytmické podnety prichádzajú z centra - „pacemakera“, uoženého v pravej predsieni * hladké svaly – mimovôľové, svalové vlákna sú zväčša izolované, podnety prichádzajú z autonómneho nervového systému

45. Sval – štruktúra kostrového svalu Sval pozostáva z týchto častí: * na povrchu svalu je obal, ktorý na oboch koncoch prechádza do šľachy, ktorá sa upína na kosť * vo svalových snopcoch sú paralelne usporiadané svalové vlákna * vo svalových vláknach sa nachádzajú svalové vlákienka - myofibrily * každé svalové vlákienko obsahuje dva druhy myofilamentov – aktín a myozín Pri kontrakcii myozínové vlákna posúvajú k sebe aktínové vlákna, čím sa sval skracuje

46. Svaly sú motoricky inervované nervovými vláknami – motoneurónmi, ktoré vychádzajú z predných rohov miešnych. Axóny buniek motorických nervov sa na konci rozvetvujú a končia na nervovosvalových platničkách viacerých svalových vlákien. Svalové vlákna spolu s príslušným axónom motoneurónu tvoria motorickú jednotku svalu Sval – motorická jednotka

47. Nervovosvalová platnička – neuroefektorová synapsa Nervovosvalová platnička: 1. Motoneurón motorický nerv 2. receptory subsynaptickej membrány (membrána svalovej bunky) 3. synaptické vezikuly - obsahujú mediator 4. synaptická štrbina 5. Mitochondrie, vo svale

48. Autonómny (vegetatívny) nervový systém Inervuje hladké svaly vnútorných orgánov a nemožno ho riadiť vôľou Delí sa na časť: * sympatikovú * parasympatikovú Obidve časti sú funkčne antagonistické

49. Zmysly Somatické zmysly: - exteroreceptívne zmysly – receptory sú uložené na povrchu tela (citlivosť na dotyk, tlak, teplo, chlad, bolesť) - proprioceptívna citlivosť – receptory sú uložené vo svaloch (vnímanie polohy tela, končatiny, hlavy, trupu) Špeciálne zmysly: - Zrakový zmysel - Sluchový zmysel - Rovnovážny zmysel - Chuťový a čuchový zmysel

50. Zrakový zmysel - stavba oka Očné pozadie: