Fizjologia Człowieka - Kompleksowe Opracowanie Egzaminacyjne

DEFINICJA I PODSTAWOWE MECHANIZMY HOMEOSTAZY

• Definicja homeostazy: Jest to zdolność organizmu do utrzymywania względnie stałych warunków środowiska wewnętrznego, pomimo nieustannie zmieniających się czynników zewnętrznych oraz wewnętrznych. Należy podkreślić, że homeostaza nie oznacza wartości idealnie stałych, lecz takie, które mieszczą się w fizjologicznych granicach normy.

• Kluczowe parametry podlegające kontroli:

  • Temperatura ciała.

  • Odczyn $pH$ płynów ustrojowych.

  • Poziom glukozy we krwi.

  • Ciśnienie tętnicze krwi.

  • Zawartość wody w organizmie.

  • Stężenie elektrolitów.

  • Stężenie gazów oddechowych: tlenu ($O_2$) i dwutlenku węgla ($CO_2$).

• Współpraca układów w ramach homeostazy:

  • Układ nerwowy: Odpowiada za kontrolę i szybkie reakcje organizmu.

  • Układ hormonalny: Reguluje procesy poprzez wydzielanie hormonów.

  • Układ krążenia: Pełni funkcję transportową dla substancji regulacyjnych i odżywczych.

  • Nerki: Kluczowe w regulacji gospodarki wodno-elektrolitowej.

  • Płuca: Utrzymują właściwe stężenie $O_2$ i $CO_2$.

  • Skóra: Odgrywa fundamentalną rolę w procesach termoregulacji.

• Homeostaza na poziomie komórkowym: Aby komórka mogła prawidłowo funkcjonować i nie obumrzeć, muszą zostać jej zapewnione optymalne warunki: odpowiednia ilość tlenu i glukozy, właściwe $pH$, stała temperatura, odpowiednie stężenie jonów sodu ($Na^+$), potasu ($K^+$) i wapnia ($Ca^{2+}$) oraz właściwa ilość wody.

HOMEOSTAZA ODZYNU PH I TEMPERATURY

• Norma pH krwi: Bardzo wąski zakres wynoszący od $7,35$ do $7,45$.

• Zaburzenia pH:

  • Kwasica: Spadek pH < 7,35.

  • Zasadowica: Wzrost pH > 7,45.

  • Skutki zaburzeń: Mogą prowadzić do wadliwej pracy enzymów, serca, mięśni oraz mózgu.

• Mechanizmy utrzymania pH:

  • Płuca: Poprzez wydalanie $CO_2$.

  • Nerki: Poprzez wydalanie jonów wodoru ($H^+$) i zatrzymywanie wodorowęglanów.

  • Układy buforowe: Najważniejszą rolę pełni bufor wodorowęglanowy.

• Temperatury ciała: Prawidłowy zakres to $36,5–37,5\,^{\circ}C$.

• Ośrodek termoregulacji: Zlokalizowany w podwzgórzu.

• Reakcje na zmiany temperatury:

  • Wysoka temperatura: Wazodylatacja (rozszerzenie naczyń krwionośnych), zwiększone wydzielanie potu, zwiększone oddawanie ciepła.

  • Niska temperatura: Wazokonstrykcja (zwężenie naczyń krwionośnych – kluczowy mechanizm ograniczający utratę ciepła), dreszcze, zwiększenie produkcji ciepła.

MECHANIZMY SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

• Sprzężenie zwrotne ujemne: Najważniejszy mechanizm homeostatyczny, powodujący powrót parametru do normy. Polega na tym, że efekt końcowy hamuje proces, który go wywołał.

  • Przykład – regulacja glukozy: Wzrost poziomu glukozy we krwi stymuluje trzustkę do wydzielania insuliny. Insulina powoduje transport glukozy do komórek, co obniża jej poziom we krwi. Gdy poziom cukru wraca do normy, wydzielanie insuliny zostaje zahamowane.

  • Przykład – glukagon: Spadek poziomu glukozy pobudza wydzielanie glukagonu, który zmusza wątrobę do uwalniania zmagazynowanej glukozy, przywracając homeostazę.

• Sprzężenie zwrotne dodatnie: Mechanizm, który wzmacnia reakcję i zazwyczaj nie służy bezpośrednio utrzymaniu homeostazy, lecz szybkiemu zakończeniu konkretnego procesu.

  • Przykłady: Akcja porodowa (wydzielanie oksytocyny wzmacniające skurcze) oraz proces krzepnięcia krwi.

FIZJOLOGIA KRWI – SKŁAD I FUNKCJE

• Charakterystyka ogólna: Krew to płynna tkanka łączna stanowiąca ok. $7–8\%$ masy ciała ($4,5–6\,litrów$ u dorosłego).

• Skład krwi:

  • Osocze (ok. $55\%$): Składa się w $90–92\%$ z wody. Zawiera białka (albuminy – ciśnienie osmotyczne, globuliny – odporność, fibrynogen – krzepnięcie), glukozę, hormony, elektrolity, witaminy i enzymy.

  • Elementy morfotyczne (ok. $45\%$): Erytrocyty, leukocyty, trombocyty.

• Główne funkcje krwi:

  • Transportowa: Przenoszenie $O_2$, $CO_2$, substancji odżywczych, hormonów i produktów przemiany materii.

  • Obronna: Zwalczanie drobnoustrojów (głównie leukocyty).

  • Regulacyjna: Utrzymanie $pH$, temperatury i gospodarki wodno-elektrolitowej.

• Hematokryt ($Hct$): Procentowa objętość erytrocytów w całej objętości krwi.

  • Normy: Kobiety $37–47\%$, Mężczyźni $40–54\%$.

  • Zmiany: Wzrost $Hct$ występuje w stanach odwodnienia (zmniejszenie objętości osocza), czerwienicy oraz podczas przebywania na dużych wysokościach.

HEMOGLOBINA I ELEMENTY MORFOTYCZNE

• Hemoglobina ($Hb$): Białko transportowe zajmujące $1/3$ masy erytrocytu.

  • Oksyhemoglobina ($HbO_2$): Połączona z tlenem (płuca).

  • Karbaminohemoglobina ($HbCO_2$): Połączona z dwutlenkiem węgla.

  • Karboksyhemoglobina ($HbCO$): Połączona z tlenkiem węgla (czadem). Tlenek węgla wiąże się z $Hb$ ok. $200–250$ razy silniej niż tlen, co blokuje transport $O_2$ i powoduje niedotlenienie.

• Erytrocyty (krwinki czerwone): Brak jądra i mitochondriów, kształt dwuwklęsły dla łatwiejszego przepływu w naczyniach włosowatych. Powstają w czerwonym szpiku kostnym, niszczone w śledzionie i wątrobie.

• Leukocyty (krwinki białe): Dzielą się na:

  • Granulocyty: Neutrofile (fagocytoza bakterii), eozynofile (pasożyty, alergie), bazofile (histamina, heparyna).

  • Agranulocyty: Limfocyty ($B$, $T$, $NK$ – odporność swoista), monocyty (przekształcają się w makrofagi).

• Trombocyty (płytki krwi): Najmniejsze elementy, odpowiadają za krzepnięcie i tworzenie czopu płytkowego.

• Grupy krwi: Układ $ABO$ (antygeny na erytrocytach, przeciwciała w osoczu) oraz czynnik $Rh$ (obecność lub brak antygenu $D$).

ANATOMIA I FIZJOLOGIA SERCA

• Położenie: Klatka piersiowa, śródpiersie; $2/3$ po lewej stronie płaszczyzny pośrodkowej.

• Ściany serca: Wsierdzie (wyściółka), śródsierdzie (mięsień sercowy), nasierdzie (zewnętrzna). Ściana lewej komory jest najgrubsza, gdyż tłoczy krew na cały organizm.

• Osierdzie: Podwójny worek surowiczy z płynem redukującym tarcie.

• Jamy serca:

  • Prawy przedsionek i Prawa komora: Zawierają krew odtlenowaną.

  • Lewy przedsionek i Lewa komora: Zawierają krew utlenowaną.

• Zastawki: Zapobiegają cofaniu się krwi.

  • Trójdzielna: Między prawym przedsionkiem a komorą.

  • Dwudzielna (mitralna): Między lewym przedsionkiem a komorą.

  • Półksiężycowate: Aortalna i pnia płucnego.

• Obiegi krwi:

  • Mały (płucny): Prawa komora $\\rightarrow$ pień płucny $\\rightarrow$ płuca $\\rightarrow$ żyły płucne $\\rightarrow$ lewy przedsionek.

  • Duży (ustrojowy): Lewa komora $\\rightarrow$ aorta $\\rightarrow$ tkanki $\\rightarrow$ żyły główne $\\rightarrow$ prawy przedsionek.

AKTYWNOŚĆ BIOELEKTRYCZNA I CYKL PRACY SERCA

• Układ przewodzący serca:

  1. Węzeł zatokowo-przedsionkowy ($SA$): Naturalny rozrusznik ($60–100\,impulsów/min$).

  2. Węzeł przedsionkowo-komorowy ($AV$): Opóźnia impuls, umożliwiając napełnienie komór.

  3. Pęczek Hisa: Przewodzi impuls do komór.

  4. Odnogi pęczka Hisa i Włókna Purkinjego: Powodują skurcz mięśnia komór.

• Etapy cyklu pracy: Skurcz przedsionków, skurcz komór, rozkurcz (odpoczynek).

• Parametry hemodynamiczne:

  • Tętno (puls): Rytmiczne odkształcenie tętnic. Norma: $60–100$ (spoczynkowe typowo $65–85$). Bradykardia (< 60), Tachykardia (> 100).

  • Ciśnienie tętnicze: Norma $120/80\,mmHg$ ($120$ – skurczowe, $80$ – rozkurczowe). Nadciśnienie w pomiarach powtarzalnych to $\\ge 140/90\,mmHg$.

  • Rzut serca ($CO$): Objętość krwi pompowana w ciągu minuty. Wzór: $CO = HR \times SV$.

  • Objętość wyrzutowa ($SV$): Krew wyrzucona podczas jednego skurczu ($ok.\,70\,ml$).

FIZJOLOGIA UKŁADU ODDECHOWEGO

• Budowa: Górne drogi (jama nosowa, gardło) oraz dolne drogi (krtań – struny głosowe, tchawica, oskrzela, oskrzeliki, pęcherzyki płucne).

• Pęcherzyki płucne: Miejsce wymiany gazowej ($ok.\,300\,mln$), oparta na dyfuzji. Powierzchnia wymiany: $70–100\,m^2$.

• Mechanika oddychania:

  • Wdech: Proces aktywny. Skurcz przepony (obniżenie) i mięśni międzyżebrowych zewnętrznych zwiększa objętość klatki i obniża ciśnienie w płucach.

  • Wydech spoczynkowy: Proces bierny. Rozluźnienie mięśni.

  • Mięśnie wydechowe (nasilony wydech): Mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne i mięśnie brzucha (prosty, skośne, poprzeczny).

• Transport gazów: $O_2$ transportowany głównie przez oksyhemoglobinę, $CO_2$ głównie jako jony wodorowęglanowe ($HCO_3^-$).

• Ośrodek oddechowy: W rdzeniu przedłużonym; reaguje głównie na wzrost stężenia $CO_2$ we krwi.

SPIROMETRIA – POJEMNOŚCI PŁUC

• $TV$ (Objętość oddechowa): Spokojny wdech/wydech ($ok.\,500\,ml$).

• $IRV$ (Zapasowa objętość wdechowa): Dodatkowy wdech ($ok.\,3000\,ml$).

• $ERV$ (Zapasowa objętość wydechowa): Dodatkowy wydech ($ok.\,1100–1200\,ml$).

• $RV$ (Objętość zalegająca): Powietrze, którego nie można usunąć z płuc ($ok.\,1200\,ml$); zapobiega zapadaniu się pęcherzyków.

• $VC$ (Pojemność życiowa): $VC = TV + IRV + ERV$ ($ok.\,4600\,ml$).

• $TLC$ (Całkowita pojemność płuc): $TLC = VC + RV$ ($ok.\,5800–6000\,ml$).

SKÓRA – WARSTWY I FUNKCJE

• Budowa: Naskórek (keratynocyty, melanocyty – produkują melaninę chroniącą przed UV), Skóra właściwa (naczynia, zakończenia nerwowe, gruczoły, fibroblasty – produkują kolagen i elastynę), Tkanka podskórna (tłuszczowa).

• Funkcje bierne (ochronne): Mechaniczna, chemiczna, biologiczna, przed UV, przed utratą wody.

• Funkcje czynne:

  • Termoregulacja: Pot i naczynia krwionośne.

  • Wydzielnicza: Łój (natłuszcza, przeciwbakteryjny).

  • Wydalnicza: Woda, mocznik, sole.

  • Czuciowa: Receptory dotyku, bólu, temperatury.

  • Metaboliczna: Synteza witaminy $D_3$ pod wpływem promieniowania UVB.

  • Resorpcyjna: Przenikanie maści i kremów.

UKŁAD POKARMOWY I ENZYMY

• Jama ustna: Amylaza ślinowa (ptyalina) rozkłada skrobię do maltozy.

• Żołądek: Kwas solny ($HCl$, $pH\,1,5–3,5$) niszczy bakterie i aktywuje pepsynę (trawienie białek).

• Wątroba i Żółć: Żółć nie jest enzymem; emulguje tłuszcze (rozbija na mniejsze krople).

• Trzustka: Sok trzustkowy zawiera enzymy (amylaza, trypsyna, lipaza). Część wewnątrzwydzielnicza produkuje insulinę i glukagon.

• Jelito cienkie: Końcowe trawienie i wchłanianie (kosmki).

• Jelito grube: Wchłanianie wody i elektrolitów, produkcja witamin $K$ i $B$ przez bakterie.

• Enzymy szczegółowo:

  • Amylaza: Skrobia $\\rightarrow$ maltoza.

  • Pepsyna / Trypsyna: Białka $\\rightarrow$ peptydy.

  • Lipaza: Tłuszcze $\\rightarrow$ glicerol + kwasy tłuszczowe.

  • Laktaza: Laktoza $\\rightarrow$ glukoza + galaktoza.

  • Sacharaza: Sacharoza $\\rightarrow$ glukoza + fruktoza.

• Gęstość energetyczna: Białka i węglowodany ($4\,kcal/g$), tłuszcz ($9\,kcal/g$), alkohol ($7\,kcal/g$).

UKŁAD WYDALNICZY

• Jednostka strukturalna: Nefron (kłębuszek nerkowy, torebka Bowmana, kanalik bliższy, pętla Henlego, kanalik dalszy, kanalik zbiorczy).

• Filtracja kłębuszkowa: Powstaje mocz pierwotny ($180\,l/dobę$). Przechodzi woda, glukoza, jony; nie przechodzą białka ani krwinki.

• Resorpcja zwrotna: Wchłanianie wody, glukozy i aminokwasów z powrotem do krwi.

• Mocz ostateczny: $ok.\,1,5\,l/dobę$. Nie powinien zawierać glukozy, białka ani krwi.

• Hormony: $ADH$ (zatrzymuje wodę), aldosteron (zatrzymuje sód i wodę).

UKŁAD NERWOWY I MIĘŚNIOWY

• Neuron: Dendryty (odbierają), akson (przesyła), osłonka mielinowa (przyspiesza). Synapsa to miejsce komunikacji za pomocą neuroprzekaźników (np. acetylocholiny).

• Łuk odruchowy: Receptor $\\rightarrow$ droga dośrodkowa (aferentna) $\\rightarrow$ ośrodek $\\rightarrow$ droga odśrodkowa (eferentna) $\\rightarrow$ efektor.

• Układ autonomiczny: Współczulny (walcz/ucieka), Przywspółczulny (odpoczywaj/traw).

• Propriocepcja: Czucie głębokie pozycji ciała.

• Tkanki mięśniowe: Szkieletowa (zależna od woli, poprzecznie prążkowana), Gładka (niezależna), Sercowa (niezależna, poprzecznie prążkowana).

• Skurcze: Izotoniczny (zmiana długości), Izometryczny (zmiana napięcia bez ruchu), Auksotoniczny (oba na raz).

• Mechanizm skurczu: Wymaga ATP oraz jonów wapnia ($Ca^{2+}$). Neuroprzekaźnik: acetylocholina.

UKŁAD HORMONALNY I KOSMETOLOGIA

• Tarczyca: $T_3$, $T_4$ (metabolizm). Niedoczynność: sucha, blada, zimna skóra, zmęczenie. Nadczynność: ciepła, wilgotna skóra, chudnięcie.

• Przysadka: Hormon wzrostu ($GH$). Nadmiar u dorosłych – akromegalia.

• Gospodarka cukrowa: Insulina (obniża), Glukagon (podwyższa).

• Nadnercza: Adrenalina (stres), Kortyzol (hormon stresu – osłabia kolagen, utrudnia gojenie).

• Płciowe: Estrogeny (poprawiają nawilżenie i kolagen), Androgeny (zwiększają łojotok).