ff11

Pojam fiziologije i koncept homeostaze

• Humana fiziologija se definira kao nauka koja proučava funkcije zdravog ljudskog organizma. Dok morfologija objašnjava strukturu, fiziologija razmatra mehanizme putem kojih organi i tkiva sprovode aktivnosti, uz poseban fokus na procese kontrole, regulacije i usklađivanja.
• Nivoi strukturne organizacije čovjeka:
  • Hemijski nivo: Atomi formiraju molekule poput proteina, lipida i nukleinskih kiselina.
  • Ćelijski nivo: Ćelije su izgrađene od molekula kao osnovnih gradivnih jedinica.
  • Tkivni nivo: Različita tkiva sastoje se iz sličnih tipova ćelija.
  • Organski nivo: Organi su sačinjeni iz različitih tkiva.
  • Sistemi organa: Sastoje se od međusobno funkcionalno povezanih organa.
  • Organizam: Čine ga svi sistemi organa.
• Fiziološke funkcije organskih sistema:
  • Nervni sistem: Regulacija aktivnosti mišića, žlijezda i viša nervna djelatnost.
  • Endokrini sistem: Regulacija metaboličkih procesa putem sekrecije hormona.
  • Imunski sistem: Kontrola odbrane organizma od patogena.
  • Kardiovaskularni sistem: Transport hranjivih materija, $O_2$, $CO_2$, metabolita, hormona i elektrolita.
  • Respiratorni sistem: Snabdijevanje organizma kiseonikom i eliminacija ugljen-dioksida.
  • Urinarni sistem: Eliminacija produkata metabolizma, regulacija prometa vode, elektrolita, krvnog pritiska i acido-bazne ravnoteže.
  • Gastrointestinalni sistem: Varenje i apsorpcija hranjivih materija.
  • Reproduktivni sistem: Obezbjeđivanje održanja vrste.
• Homeostaza je održavanje relativno stalnih ili stabilnih unutrašnjih uslova ($unutrašnja sredina$) uprkos promjenama u spoljašnjoj sredini. Parametri poput telesne temperature, krvnog pritiska, nivoa glukoze, sadržaja $O_2$ i $CO_2$ aktivno se održavaju u uskim fiziološkim granicama.
• Unutrašnja sredina je u dinamičkoj ravnoteži, što znači da se stalno mijenja (npr. trošenje glukoze u metabolizmu), ali se optimalni uslovi održavaju fiziološkim mehanizmima.
• Sistemi povratnih sprega čine tri komponente:
  • Receptor (senzor): Registruje promjenu/stimulus.
  • Kontrolni centar: Procjenjuje informacije i šalje komandu.
  • Efektor: Izvršava prilagođavanje.
• Negativna povratna sprega: Mehanizam koji se suprotstavlja stimulusu (npr. povećanje krvnog pritiska stimuliše arterijske baroreceptore, što CNS-u šalje signal za smanjenje srčane frekvencije i vraćanje pritiska na početnu vrijednost).
• Pozitivna povratna sprega: Mehanizam koji povećava veličinu promjene parametra (npr. kontraktilnost miometrijuma tokom porođaja).
• Primjena u farmaciji: Bolesti nastaju kada unutrašnji ili spoljašnji faktori naruše homeostazu. Lijecima se pomaže tijelu da vrati sistem u normalu:
  • ACE inhibitori (enalapril) i beta-blokatori (propranolol) snižavaju krvni pritisak.
  • Glibenklamid održava glukozu kod dijabetesa tipa II.
  • Furosemid (diuretik) smanjuje zapreminu krvi kod srčane insuficijencije.

Nervni sistem - Uvod i organizacija

• Nervni sistem je dio tri kontrolna sistema organizma (uz endokrini i imunski). Oni komuniciraju putem signala, glasnika i receptora.
• Uloge nervnog sistema:
  • Senzorne: Registrovanje promjena u spoljašnjoj sredini ($somatski senzibilitet$) i unutrašnjoj sredini ($visceralni senzibilitet$).
  • Motorne: Regulacija pokreta tijela i prenos komandi skeletnim i glatkim mišićima.
  • Regulacija unutrašnjih organa: Modulacija rada srca, disanja i prometa materija.
  • Viša nervna djelatnost: Apstraktno razmišljanje, moral, etika, učenje, pamćenje i odlučivanje.
• Podjela nervnog sistema:
  • Anatomski: Centralni nervni sistem (CNS - $mozak i kičmena moždina$) i Periferni nervni sistem (PNS - $nervi, ganglije, receptori$).
  • Funkcionalno: Somatski (voljne aktivnosti, somatski senzibilitet) i Autonomni/Vegetativni (regulacija rada unutrašnjih organa, srca, žlijezda).
• Enterični nervni sistem (ENS): Smješten u digestivnom traktu, sastoji se od oko $500 miliona neurona$; predstavlja bazu komunikacije digestivnog sistema i CNS-a (uticaj mikrobiote na raspoloženje).
• Neuroni: Osnovne funkcionalne ćelije koje komuniciraju nervnim impulsima. Sastoje se od some, jednog aksona (može imati kolaterale) i više dendrita (primaju informacije).
• Funkcionalna podjela neurona:
  • Senzorni (aferentni): Donose informacije sa periferije.
  • Motorni (eferentni): Šalju komande ka periferiji.
  • Interneuroni (asocijativni): Čine $99\%$ svih neurona, smješteni u CNS-u.
• Glija ćelije (potporne ćelije):
  • Švanove ćelije: Mijelinski omotač aksona u PNS.
  • Oligodendrociti: Mijelinski omotač aksona u CNS.
  • Mikroglije: Makrofage CNS-a, imaju fagocitnu aktivnost.
  • Satelitne ćelije: Formiraju kapsulu oko gangliona.
  • Ependimske ćelije: Obilažu zidove moždanih komora i učestvuju u stvaranju likvora.
  • Astrociti: Održavaju homeostazu jona (posebno $K^+$), učestvuju u razmjeni materija i sprečavaju nespecifično širenje impulsa.

Krvno-moždana barijera i Cerebrospinalna tečnost

• Krvno-moždana barijera (KMB): Visoko selektivan proces prolaska supstanci zahvaljujući tesnim vezama između endotelnih ćelija kapilara (isključivo transcelularni transport).
  • Propustljiva za: Vodu, gasove ($O_2, CO_2$), steroidne hormone, alkohol i liposolubilne materije.
  • Nepropustljiva za: Kateholamine (adrenalin, noradrenalin), žučne boje i jone.
  • Glukoza se transportuje olakšanom difuzijom preko proteina $GLUT1$ (nezavisno od insulina).
  • Aminokiseline koriste specifične transportere ili sekundarni aktivni transport sa $Na^+$.
• Klinički značaj KMB: Za terapiju je ključno znati prolazi li lijek barijeru. Penicilin ne prolazi, ali eritromicin prolazi. Lijekovi za alergije koji djeluju periferno ne bi trebali proći KMB da bi se izbjegla neželjena dejstva u CNS-u.
• Cerebrospinalna tečnost (likvor): Ispunjava prostor između mozga i kostiju. Uloga je mehanička zaštita („uronjenost“ mozga) i održavanje hemijskog sastava okruženja neurona.
  • Stvaranje: Dnevno se stvara oko $500\,mL$, dok je zapremina cirkulacije oko $200\,mL$. Najveći dio nastaje u horoidnim pleksusima filtriranjem plazme.
  • Sastav: Sličan plazmi, ali sa manje $Na^+, K^+, Ca^{2+}$ i više $Mg^{2+}, Cl^{-}$. Ima znatno manje aminokiselina i zanemarljivo proteina (samo tragovi albumina).

Komunikacija na ćelijskom nivou - Plazma membrana i transport

• Plazma membrana: Lipidni dvosloj (fosfolipidi) sa uronjenim proteinima i glikoproteinima. Služi kao selektivna barijera.
• Membranski transport zavisi od: Veličine čestica, naelektrisanja, koeficijenta rastvorljivosti i koncentracionog gradijenta.
• Vrste transporta:
  • Pasivna difuzija: Kretanje u pravcu koncentracionog gradijenta. Voda prolazi kroz akvaporine. Liposolubilne materije prolaze brzo, dok hidrosolubilne prolaze teško.
  • Osmoza: Prolazak vode sa mjesta manje na mjesto veće koncentracije soli.
  • Olakšana difuzija: Transport putem proteinskih nosača u pravcu gradijenta (npr. glukoza).
  • Primarni aktivni transport: Koristi energiju ($ATP$) za transport nasuprot gradijentu (npr. jonske pumpe).
  • Sekundarni aktivni transport: Jedna supstanca se prenosi u pravcu gradijenta dajući energiju drugoj koja ide nasuprot njemu.
• Proteinske nosače dijelimo na: Uniportere, Simportere i Antiportere.
• Jonski kanali:
  • Pasivni kanali (stalno otvoreni).
  • Aktivni kanali (poseduju „vrata“): Voltažno-zavisni, Hemijski (ligand) zavisni i zavisni od mehaničkih nadražaja.
• Raspored kanala na neuronu: Voltažno-zavisni na aksonu, hemijski-zavisni na dendritima i somi.
• $Na/K$ pumpa: Hidrolizom jednog molekula $ATP$ transportuje $3Na^+$ van ćelije i $2K^+$ u ćeliju. Odgovorna je za održavanje gradijenata i zapremine ćelije. U neuronima troši $70\%$ energije.

Potencijal membrane u mirovanju i Akcioni potencijal

• Potencijal membrane u mirovanju (PMM): Razlika u naelektrisanju membrane. Unutrašnjost je negativna. Vrijednost kod neurona je oko $-75\,mV$. Kod skeletnih mišića ide do $-100\,mV$.
• Faktori PMM: Razlika u koncentraciji jona ($Na^+$ ekstracelularno, $K^+$ intracelularno) i razlika u permeabilnosti ($K^+ > Cl^- > Na^+$).
• Akcioni potencijal (AP): Brza inverzija potencijala koja služi komunikaciji. Samo ekscitabilne ćelije (nervne, mišićne, neke endokrine) ga generišu.
• Faze AP:
  • Spora depolarizacija: Dostizanje praga nadražaja (oko $20\,mV$ iznad PMM).
  • Brza depolarizacija: Otvaranje voltažno-zavisnih $Na^+$ kanala, ulazak $Na^+$ u ćeliju, potencijal dostiže oko $+35\,mV$.
  • Repolarizacija: Inaktivacija $Na^+$ kanala („vremenska vrata“) i otvaranje sporijih voltažno-zavisnih $K^+$ kanala (izlazak $K^+$ iz ćelije).
  • Hiperpolarizacija: Posljedica sporog zatvaranja $K^+$ kanala, potencijal postaje negativniji od PMM.
• Refraktarni period:
  • Apsolutni: Neuron ne može odgovoriti ni na jedan stimulus (od otvaranja do inaktivacije $Na^+$ kanala).
  • Relativni: Veoma jak stimulus može izazvati AP (nakon inaktivacije $Na^+$ kanala).
• Prenošenje AP: Generiše se na aksonskom brežuljku.
  • Kontinuirano: Kod nemijeliziranih aksona ($1\,m/s$).
  • Skokovito (saltatorno): Kod mijeliziranih aksona, AP se regeneriše u Ranvijerovim suženjima ($do 120\,m/s$).
• Podjela nervnih vlakana:
  • A vlakna ($\alpha, \beta, \gamma, \delta$): Mijelizirana, najbrža.
  • B vlakna: Najtanja mijelizirana (preganglijska).
  • C vlakna: Amijelinizirana, najtanja i najsporija ($<1\,m/s$).

Sinaptička transmisija i mehanizmi regulacije

• Sinapsa: Funkcionalna veza između dva neurona ili neurona i mišića.
  • Električne sinapse: Pukotinaste veze, direktan kontakt, brz prenos u oba smera.
  • Hemijske sinapse: Postoji sinaptička pukotina (oko $5\,5um$), koristi se neurotransmiter (NT).
• Faze hemijske transmisije:
  1. Sinteza i deponovanje NT u vezikulama.
  2. Oslobađanje: Dolazak AP otvara voltažno-zavisne $Ca^{2+}$ kanale. $Ca^{2+}-kalmodulin$ kompleks raskida vezu sinapsina 1 sa vezikulom, omogućavajući egzocitozu.
  3. Interakcija sa receptorom: Jonotropni (brzi, jonski kanali) ili Metabotropni ($G-protein$, sporiji).
  4. Uklanjanje NT: Preuzimanje u presinaptički završetak, razgradnja enzimima ili difuzija u krv.
• Sinaptički potencijali:
  • EPSP (Ekscitatorni): Depolarizacija (približava pragu).
  • IPSP (Inhibitorni): Hiperpolarizacija (udaljava od praga).
• Sumacija: Vremenska (jedan neuron u kratkim razmacima) i Prostorna (više neurona simultano).
• Modulacija:
  • Facilitacija: Pojačan odgovor zbog velike učestalosti impulsa.
  • Posttetanička facilitacija: Može trajati minutima, baza učenja i plastičnosti.
  • Inhibicija: Direktna (postsinaptička) i Presinaptička (putem akso-aksonskih sinapsi ili autoreceptora npr. $\alpha_2, D_2$).
• Uticaji: Alkaloza povećava, a acidoza smanjuje ekscitabilnost neurona. Hipoksija dramatično usporava nervnu aktivnost (gubitak svesti nakon par sekundi obustave dotoka krvi).

Specifični neurotransmiteri

• Acetilholin (ACh): Sinteza u reakciji koju katališe holin-acetil transferaza ($ChAT$). Razgradnja preko acetilholin esteraze ($AChE$).
  • Nikotinski receptori: Jonotropni ($Na^+, K^+$), nalaze se u završnoj motornoj ploči, ganglijama i CNS.
  • Muskarinski receptori: Metabotropni ($M1-M5$). $M1, M3, M5$ ($G_q \rightarrow IP_3, DAG, Ca^{2+}$), $M2, M4$ ($G_i \rightarrow \downarrow cAMP, \uparrow K^+$).
• Kateholamini (Derivati tirozina): Dopamin (DA), Noradrenalin (NA), Adrenalin (A).
  • Adrenergički receptori: $\alpha_1$, $\alpha_2$, $\beta_1$, $\beta_2$, $\beta_3$.
  • Dopaminergički receptori: $D1, D5$ (ekscitatorni) i $D2, D3, D4$ (inhibitorni).
  • Uklanjanje: Transporteri ($NET, DAT, VMAT$) i enzimi ($MAO$ na mitohondrijama i $COMT$).
• Serotonin ($5-HT$): Nastaje iz triptofana. Regulacija raspoloženja i spavanja. Receptor $5-HT_3$ je jonotropni, ostali su metabotropni.

- Histamin: Iz histidina, regulacija ciklusa spavanja. $H_1$ (alergije), $H_2$ (lučenje $HCl$ u želucu).