fizjologia i regulacja metabolizmu - biol.uw.edu.pl · w fizjologii poszukuje si ę odpowiedzi na...
Post on 28-Feb-2019
223 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Fizjologia i regulacja metabolizmu
Wykład 1. Zwierz ę w środowisku
dr Magdalena MarkowskaZakład Fizjologii Zwierz ąt
Fizjologia to nauka o funkcjonowaniu ciała organizmów; w fizjologii poszukuje się odpowiedzi na pytania:
dlaczego? jak?
Procesy fizjologicznych opierają się napodstawowych zasadach chemicznych i fizycznych
Procesy fizjologiczne sąregulowane homeostatycznie
Procesy fizjologiczne są wypadkową wpływugenotypu i środowiska
Różnorodność fizjologiczna wśród zwierząt jest wynikiemewolucji
Podstawowym kanonem w fizjologii jestzwiązek struktury z funkcj ą
Dwuznaczno ść terminu „ środowisko”
Środowisko zewn ętrzne organizmu –„... zwierzę korzystając z zasobów jakiegoś środowiska musi sobie radzić z jego uciążliwościami...” (Schmidt Nielsen, 1997).
Reakcja „Fight or flight”
Środowisko wewn ętrzne (milieu interieur) - „....stałość środowiska wewnętrznego warunkiem wolnego i niezależnego życia...” - Claude Bernard.
Środowisko
• Przestrzeń zewnątrzkomórkowa, z którą komórki wymieniają gazy i metabolity stanowi ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE ORGANIZMU.
• W ŚRODOWISKU WEWNĘTRZNYM skład jonowy, ciśnienie osmotyczne, prężność tlenu, skład metabolitów utrzymywane są na STAŁYM POZIOMIE.
Homeostaza
Koncepcję tę rozszerzył Walter Canon wprowadzając w książce: The wisdom of the body (1932) termin homeostaza.
Homeostaza jest to tendencja do utrzymywania lub utrzymywanie właściwej organizmowi wewnętrznej stabilności, na drodze skoordynowanych reakcji narządów wewnętrznych, automatycznie kompensujących zmiany środowiska.
za Rafał Skoczylas
Każdy ma taką homeostazę jaką umożliwia precyzja jego mechanizmów regulacyjnych czyli
mechanizmów homeostatycznych .
Środowisko wewnętrzne organizmu
Znacznym wahaniom wskaźników środowiska zewnętrznego odpowiadają
małe wahania wewnętrzne
Eckert et al., 1988 Eckert et al., 2002
za Rafał Skoczylas
Sprzężenia zwrotne
Są jednym z głównych mechanizmów homeostatycznych
Ujemne – utrzymuj ą homeostaz ę
Dodatnie – nasilaj ą proces
Konformi ści fizjologiczni i zwierz ęta zdolne do regulacji
Stężenie niektórych jonów (w mmolach/kg, zaokrąglone) w wodzie i płynach ustrojowych wybranych organizmów
+ - ilości śladowe
Konformiści: chełbia, kalmar
Zwierzęta regulujące: płastuga, karaś, żaba, człowiek.
Rodzaj wody Organizm Na Mg Ca K Cl
Morska ------------------ 475 54 10 10 554
Chełbia 474 53 10 10 580
Kalmar 456 55 11 22 578
Płastuga 180 1 3 4 160
Słodka ------------------ 0,4 0,2 0,5 + 0,2
Karaś złoty 142 3 6 2 107
Żaba trawna 92 1,6 2,3 3 70
Człowiek 141 2 5 4 104
za Rafał Skoczylas
Eckert et al., 2002
To, że ktoś jest zdolny do regulacji pod jednym względem, nie oznacza, że jest do niej zdolny pod każdym.
Np. żaba trawna – osmoregulacja dobra,
termoregulacja słaba.
Woda - Ląd
Czynnik środowiskaŚrodowisko
wodne l ądowe
�Gęstość ośrodka Wysoka Niska�Opór Duży Mały�Wyporno ść Duża Mała�Zawarto ść O2 3,5% 21%�Zawarto ść CO2 1,7% 0,03%�Wahania temperatury Niewielkie Duże�Światło Rozproszone Pełne�Rozpuszczalno ść związków
Duża Mała
Gęstość – opór – wyporno ść
Rozmiar
Płetwal błekitny (max. 31 m i 200 ton) Słoń afryka ński (max. 7,5 m i 6 ton)
Gęstość – opór – wyporno ść
Ruch
Bierny
Plankton
Aktywny
Tuńczyk
Organizmy wodne zwi ększaj ą swoj ą wyporno ść zmieniaj ąc skład ciała:
• krople tłuszczu gromadzone przez zooplankton
• duże ilo ści tłuszczu w w ątrobie rekinów
• pęcherz pławny wypełniony gazami
Gęstość – opór – wyporno ść
Kształt ciała maksymalnie zmniejszaj ący opór wody
Tuńczyk (100 km/godz.) Marlin (110 km/godz.)
Ruch
Delfin
Gęstość – opór – wyporno ść
Szkielet i mi ęśnie
Na lądzie silniej odczuwane jest przyciąganie ziemskie, któremu w wodzie przeciwstawia się siła
wyporności.
Na lądzie szkielet i mięśnie „przeciwstawiają się” przyciąganiu ziemskiemu.
Temperatura
WODA LĄD
Małe, stopniowane, zmiany temperatury. Środowisko względnie stałe termicznie.Nie ma temperatur ujemnych.Duże przewodnictwo cieplne.
Duża rozpiętość temperaturowa.Temperatury sięgają bardzo wysokich wartości jak i bardzo niskich.Mniejsze niż w wodzie przewodnictwo cieplne
Temperatura otoczenia
Gorąca pustynia(dobowe wahania)
Wilgotne lasy tropikalne(wysoka)
Góry (bardzo niskie)
Strefa umiarkowana(wahania sezonowe)
Jeziora, rzeki(stratyfikacja termiczna, zimowe zamarzanie)
Podziemne kryjówki(umiarkowana i stabilna)
Pasmo pływów strefy przybrze żnej(gwałtowne zmiany)
Zróżnicowana
Stabilna
Niska i stabilna
Ujścia źródeł hydrotermalnych (>100°C)
Zawarto ść O2 i CO2 -wymiana gazowa
Wymiana gazowa zachodzi na zasadzie dyfuzji!!!
Przez powierzchni ę ciała lub dzi ęki wyspecjalizowanym strukturom.
Układ rozprowadzaj ący gazy.
Woda
• Największym problemem na lądzie jest brak wody.
• Problem z wodą słodką i słoną – susza w wodzie.
• W wodzie związki organiczne i nieorganiczne dość łatwo się
rozpuszczają.
• Rozpuszczone sole zmniejszają rozpuszczalność gazów.
Życie wywodzi si ę z wody i bez wody nie mo że się obejść.
NARZĄDAMI służącymi do wymiany wody i jonów z otoczeniem są: nerki lub ich odpowiedniki, oraz skóra i nabłonki tkanek pozanerkowych: skrzeli, płuc, układu pokarmowego.
Woda
Woda Śluz NabłonekPłyn śródmiąższowyPłyn zewnątrzkomórkowy Naczynie krwionośne
Płyn zewnątrzkomórkowy (osocze)Komórka (erytrocyt)
Rozmna żanieW wodzie u ni ższych kr ęgowców zapłodnienie zewn ętrzne.
Na lądzie zapłodnienie wewn ętrzne i powstawanie twardych skorup jajowych a tak że błon płodowych.
Owodnia to błona otaczaj ąca bezpo średnio zarodek,
zapewnia środowisko wodne.
Omocznia to błona, która rozwija si ę między owodni ą a
komórk ą, zbiera szkodliwe produkty przemiany materii.
Kosmówka to zewn ętrzna błona płodowa, uczestniczy w
wymianie gazowej.
Błony płodowe
Wróćmy do homeostazy
• Jest to samoregulujący się proces, dzięki któremu układy żywe (organizmy) zdążają do
utrzymania stałości przy jednoczesnym dostosowywaniu się do warunków
optymalnych dla przeżycia.
• Jeśli homeostaza jest skuteczna – życie toczy się dalej. Jeśli zawodzi – następuje śmierć
lub kataklizm.
środowisko wewn ętrzne
środowisko zewn ętrzne
UKŁAD ENDOKRYNOWY
UKŁAD ODPORNOŚCIOWY
UKŁAD NERWOWY
czynniki psychiczne, stres
antygeny
SZYSZYNKA
światło - ciemność
Układy utrzymuj ące homeostaz ę
Rodzaje komunikacji pomi ędzy komórkami
Bezpośrednia Autokrynowa i parakrynowa
Dokrewna Nerwowa
Chemiczny przeka źnik
Łącze niskooporowe
Odpowied ź
Odpowied ź
Odpowied ź
Chemiczny przeka źnik
Chemiczny przeka źnik (neurotransmiter)
Receptor
Receptor
Przekaźnictwo sygnału
Przekaźnictwo sygnału
Przekaźnictwo sygnału
Chemiczny przeka źnik
Receptor
Przekaźnictwo sygnału
Odpowied ź
Krwioobieg
Wróćmy do homeostazy
Jeśli homeostaza jest skuteczna – życie toczy się dalej.
Jeśli zawodzi – następuje śmierć lub kataklizm.
Streswywoływany przez wszelkie niezwykłe warunki otoczenia,
stanowiące zagrożenie realne lub domniemane
Definicja : sekwencja zdarzeń, zaczynających się bodźcem(stresor ), uruchamiającym reakcję OUN (percepcja stresu ),która z kolei uruchamia procesy fizjologiczne (reakcjastresowa )
Reakcja stresowa : reakcja adaptacyjna na niezwykłe warunkiotoczenia lub niewłaściwa reakcja na warunki zwyczajne
Nieodłączny element życia większości organizmów – skutecznejego przezwyciężanie umożliwia przeżycie.
Reakcja stresowa
• Natychmiastowa odpowiedź motoryczna i świadomościowa – rozpoczęcie procesu „wyzwalania się” z sytuacji stresowej
• Późniejsza reakcja neuro-endokrynowa –trwająca dłużej odpowiedź na czynnik stresowy, prowadząca do uniknięcia lub zwalczenia sytuacji stresowej
Mobilizacja organizmu pod wpływem stresu
Mózg zwiększone ukrwienie, zwiększona przemiana glukozy
Układ sercowo-naczyniowy zwiększona częstotliwość pracy serca, zwiększona siła skurczu, obwodowy skurcz naczyń, wzrost ciśnienia krwi
Układ oddechowy rozszerzenie oskrzeli, wzrost wentylacji, wzrost pobierania tlenu
Mięśnie zwiększona glikogenoliza, wzmożona kurczliwość
Wątroba zwiększona glikogenoliza i glukoneogeneza
Tkanka tłuszczowa zwiększona lipoliza, wzrost poziomu kwasów tłuszczowych we krwi
Skóra zmniejszone ukrwienie
Kościec zmniejszony wychwyt glukozy
Przewód pokarmowy zahamowanie funkcji
Co się dzieje w organizmie
Stres długotrwały
wydolność oczekiwana
spadek aktywności obronnej organizmu
wyczerpanie
załamanie się funkcji obronnych organizmufaza stabilna
zmęczenie
rozluźnienie pobudzenie przeciążenie
układ współczulnyrdzeń nadnerczykatecholaminy
noradrenalina (walka)
adrenalina (niepokój, ucieczka)
CRH-ACTH-kortykoidy (bezradność, depresja)oś HPA
gonadotropiny testosteron (trwanie popędu płciowego)
układ oksytocynoergiczny
oksytocyna, prolaktyna (więzi socjalne, behawior socjalny, macierzyński, seksualny)
wyd
olno
ść o
rgan
izm
u
czas
Plan ćwiczeń i tematów kowersatoriów
data Wykład i ćwiczenia Konwersatorium
22.02 Sposoby pobierania pokarmu, trawienie, wchłanianie.
Otyło ść. Cukrzyca. Zespół metaboliczny. Anoreksja i bulimia.
8.03 Układy kr ążenia i wymiany gazowej. Przystosowania kr ążenia i oddychania w skrajnych warunkach środowiskowych. Nurkowanie, życie w górach.
29.03 Gospodarka wodna i mineralna. Czy istnieje pusty nia lodowa?
19.04 Przekazywanie sygnału. Narz ądy zmysłu.
10.05 Ruch. Czy rzeczywi ście sport to zdrowie?
17.05 Stres. brak
24.05 Rozród. brak
top related