Belső környezet és a homeosztázis

Első egysejtűek megjelenése az őstengerekben (3 milliárd éve)

A sejtek külső környezete az állandó összetételű tengervízben – stabil környezet

Minden sejt közvetlen kapcsolatban áll a tengervízzel – anyag felvétel és leadás

Sejtek belső tere az intracelluláris tér, amely eltérő összetételű a tengervíztől

Soksejtűek megjelenése – a sejtek többsége nem érintkezik a külső környezettel →

kialakul a keringési rendszer.

A keringési rendszer feladata: a sejtek, szervek összekötése egymással és a

külvilággal

A keringési rendszer megjelenésének következménye:

A sejtek a velük közvetlenül érintkező belső környezettel állnak kapcsolatban

Claude Bernard „milieu intérieur” = belső környezet = extracelluláris folyadéktér

A testnedvek alkotórészeinek mértékegységei

tömegegység a kémiában: mol

koncentrációk a fizikai kémiában: 1 kg oldószerben oldott mólok mennyisége

mol/kg = molális koncentráció

biológiai rendszerekben az oldószer a víz

mol/ kg H2O

Biológiai tudományokban a koncentrációkat mol/liter (moláris koncentráció) molaritás

dimenzióban adja meg.

A gyakorlatban mmol/liter (10-3 mol/liter) dimenziót használjuk

Híg oldatban a molális konc. ≈ moláris konc.

Töményebb oldatban pl. vérplazma esetében a nagy szárazanyag tartalom miatt

molális konc. < moláris konc.

Ionizált anyagok koncentrációja:

mmol/l vagy mval/l (valencia=töltésszám)

egyértékű ionok esetében (Na+, Cl-, HCO3-)

mmol/l = mval/l

kétértékű ionok esetében (Ca2+ , Mg2+, HPO42-)

mmol/l = 2 mval/l

Az extracelluláris folyadéktér

Extracelluláris folyadék - ereken belül (intravascularisan) – intravazális tér

- ereken kívül – interstitalis tér v. szövet közötti tér

Az extracelluláris folyadék mobilis eleme a vérplazma

A szervezet és a külvilág (külső környezet) között határfelületek vannak, melyeken keresztül anyagok és a hő cserélődhetnek ki.

Fontos: - a tápcsatorna lumene

- a légzőrendszer gáztere

- a vizeletelvezető rendszer „KÜLVILÁG”

A keringő vérplazma csak közvetve, az interstitalis folyadékon és a felszíni hámon keresztül érintkezik a külvilággal.

A transzcelluláris tér: - cerebrospinális folyadék

- a szem csarnokvize

- a belső fül endolimfája

- a pleuraűr

- a hasüreg és perikardiális tér

A homeosztázis fogalma: a belső környezet állandósága, a dinamikus egyensúly (steady-state) biztosítása az un. Cannon paraméterek „set-point” (beállítási érték) körüli szinten tartása

Főbb tulajdonságai: - áramlásra való képesség - viszonylagos állandóság

Homeosztázis főbb tényezői: izozmózis

izoionia

pH állandóság

izovolémia

izotermia

izozmózis: ozmotikusan aktív anyag hatása akkor érvényesül, ha a membrán vele szemben nem átjárható, de vízzel szemben igen

mérése: fagyáspont csökkenés alapjánjelentősége: a sejtek térfogat és alak állandóságának szempontjából

Izoionia: ionok és nem ionos összetevők (pl. glükóz) „set point” körüli értéken tartása

pH-állandóság (izohidria) a plazma fiziol. [H+]=35-40 nmol/lSörensen javaslatára a pH= -log [H+]mol/l

Fiziológiás pH: 7.38-7.42

Pufferrendszerek:bikarbonát-szénsav rendszerhemoglobinplazmafehérjék

Anyagáramlás mechanizmusa a sejtmembránon

diffúzió, facilitált diffúzió, ozmózis, filtráció, aktív pumpa mechanizmusok

Diffúzó: gáz v. folyadék részecskéinek mozgása révén kiterjednagy cc.kis cc.egyenletes

Az egyensúly eléréséhez szükséges idő a diffúziós sebesség négyzetével arányosegyenesen arányos a cc. különbségével (kémiai v. cc. grádiens)km-i felülettelfordítottan a határréteg vastagságával

Facilitált diffúzió: (karrier közvetített transzport)koncentráció grádiens irányábaspecifikus transzport molekula segítségével

telítési kinetikavmax (mmol/min)nem teljesen specifikus, de különböző az affinitáskompetitíve gátolhatópl: GLUT transzporter (glükóz maltóz kompetitíve)Cl-/HCO3- anion kicserélő

Ozmózis: oldószermolekulák diffúziója a koncentráltabb oldat irányába, egy, az oldott anyagra átjárhatatlan membránon keresztül.Az oldószermozgás megelőzéséhez szükséges nyomás: oldat effektív ozmotikus nyomása(oldatban levő részecskék számától függ)1 osmol= 1 molnyi mennyiségben levő molekula szám (6x1023-nem disszociáló anyag esetén)osmolalitás: 1 kg vízben 1 osmol anyag [osmol/kg]osmolaritás: 1 l vízben 1 osmol anyag [osmol/l]osmotikus nyomás: 1 osmol/l= 19300HgmmEC, IC ozmotikus cc: 290mosmol/l=5790 Hgmm

Aktív transzportelektrokémiai grádiens ellenébenEnergiát igényel (ATP)transzport maximumkarrier molekulauniport-antiport-szimport(kotranszport)

primer aktív transzport

integráns fehérje a karrier

Na-K-ATP-áz (Na pumpa) 3Na+ki/2K+beelektrogén (gátlás: ouabain,

szívglikozidok)

Ca2+-pumpa: nem ouabain érzékeny

H/K –ATP-áz

vakuoláris H+pumpa

másodlagos aktív transzport

polarizált sejtek (apicalis-basalis felszín, eltérő pumpák)

aktív transzporttal létrehozott iongrádiens teremti meg a feltételt egyes

részecskék transzportjához

vese, bél hámsejtjei

K+B/[K+

K]=[Cl-K]/[Cl-B]

[K+B][Cl-B]=[K+

K][Cl-K] –Donnan egyenlet: ha a rendszerben csak 1 féle kation ill.

anion van és töltésük száma azonosaz egyik oldalon elhelyezkedő diffúzibilis

ionok cc-jának szorzata egyenlő a másik oldaléval.

Elektromos potenciálokDonnan-egyensúly: feltétele: féligáteresztrő hártya, nem diffúzibilis ion (membrán, fehérje anion)- befolyásolja a diffúzibilis ionok eloszlását a membrán 2 oldalán

Esetünkben: fehérje anion is jelen van: pot. kül. belő negatívabb Donnan

hatás membránpot. -30 - -90mV- sm. szelektív ionperm. ionok egyenlőtlen

eloszlása

Ez a feltétele:

ideg és izomsejtek ingerlékenységének

sejteken belüli anyagtranszportnak

sejteket érő jelzések felvételének

egyes szekréciós folyamatoknak

intracellulárisan (izom)szabadCa2+ néhány 100 nmol/l !!

Na+ 12mmol/lK+ 150 mmol/lCl– 4 mmol/l

Extracellulárisan (vérplazmában) Na+ 142 mmol/lK+ 4 mmol/lCa2+ 2,5 mmol/lCl– 103 mmol/l

Equilibrium (egyensúlyi) potenciál:

egy ionra nézve az a feszültség érték, mely egyensúlyt tart a cc. különbséggel

Nernst egyenlet: 0 = z F EK+RT x ln[K+B]/[K+

K]

EK= -zF/RT x ln [K+B]/[K+

K]

EK= -58 x lg[K+B]/[K+

K]= -75mV

ENa= + 50-60 mV

Nyugalmi membrán pot. kiszámítható:GOLDMAN-HODGKIN-KATZ egyenlet

PK[K+B]+PNa[Na+

B]+PCl[Cl-K]

Em= -58 log ————————————

PK[K+K]+PNa[Na+

K]+PCl[Cl-B]

Na-K pumpaiongrádiens létrehozása

Membránpotenciál változásának az alapja: E ion - E m (ion egyensúlyi és a

membránpotenciál) nyitott ioncsatornák mellett az áramlás addig tart, amíg ez a

különbség el nem tűnik. Ha zár a csat, áramlás megszűnik bár az Eion-Em még nem

tűnt el áramlás hajtóereje megtartott

Akciós potenciál:

helyi depolarizáló inger hatására tovatrjedő AP jöhet létre

Kísérlet: tintahal óriásaxon: (+) töltésket juttattak bedepol. mértéke nő

↓

áramintenzitást növeljük

↓

robbanásszerű AP

↓

teljes depolarizáció elérése után az idegrost belseje átmenetileg (+) (+30-+40mV), majd

a membránpot visszaáll a kiindulási értékre (-60- - 65mV)

AP teljes amplitúdója: 90-105mV

ingerküszöb: a minimális depolarizáció, ami kiváltja az AP-t

amplitúdója a küszöbértéket elérő inger nagyságától függetlenül állandó

AP: membránon átfolyó ionáramok következménye

Na permeabilitás több 100x-ra fokozódik, gyors, ff, TTX szenzitív Na csat.

EC Na grádiensnek megfelelően befelé áramlik

depolarizálják a membránt (csúcspot., spike)

AP maximumának elméleti felső határa: Na egyensúlyi pot.

Na permeabilitás, Na áram lecsökken, ill. megszűnik

ezzel párhuzamosan

a K permeabilitás nő, kifelé áramlanak

membránpotenciált a negatív irányba viszik elrepolarizáció (nyugalminál

kissé negatívabb lesz)

AP nem éri el a Na egyensúlyi pot-t,

Na permeabilitás még az EP elérése előtt lecsökken, közben megindul a K

permeabilitás fokozódása

Repolarizáció: K csat. nyit

membrán depolarizációra megnyíló késői feszültségfüggő K csat-án keresztül

áramlanak ki a K-ok

depol-t követően viszonylag lassan nyílnak és depolarizált állapotban nem

inaktiválódnak, TEA-blokkol