Общая физиология Лекция 18. 04. 2012 1. Дыхательная

Общая физиология Лекция 18. 04. 2012 1. Дыхательная система 2. Осморегуляция

Общие положения l. В состоянии покоя тканями организма взрослого человека потребляется примерно 0, 3 л О 2 в 1 мин. l Отношение кол-ва образующегося в тканях С 02 к потребляемому организмом количеству 02 называется дыхательным коэффициентом (=0, 9). l Основная функция ДС: l Поддержание газового гомеостазиса в соответствии со скоростью тканевого дыхания

Дыхательная система человека l Отделы: l Грудная клетка: грудина, 12 пар ребер; l Дыхательные мышцы: межреберные, диафрагма; l Верхние дыхательные пути (ВДП)- до голосовых связок; l Нижние дыхательные пути (НДП): трахея, бронхиолы--- l Альвеолярный аппарат легких

Внешнее дыхание. Биомеханика дыхания.

Модель пассивного раздувания легких при опускании диафрагмы

Биомеханика мышц вдоха

При вдохе росту объема грудной полости препятствуют: l 1. эластическая тяга легких; l 2. противодействие движению ригидной грудной клетки; l 3. органы брюшной полости, которые должна отодвинуть диафрагма; l 4. сопротивление дыхательных путей движению воздуха в направлении альвеол. l На их преодоление тратится энергия.

Альвеолы l Местом газообмена между организмом человека и внешней средой являются альвеолы легких, общая площадь которых достигает в среднем 100 м 2. Альвеолы (порядка 3 • 108) находятся на конце мелких дыхательных путей легких, имеют диаметр примерно 0, 3 мм и плотно контактируют с легочными капиллярами

Выдох. Биомеханика выдоха.

Участники выдоха l Пассивный выдох в покое – под влиянием эластической тяги легких; l Активный выдох (глубокое дыхание, чихание/кашель) –при сокращении внутренних м/реб-х мышц выдоха и мышц живота

Дыхательные пути и поток воздуха l Газодинамика: Ламинарный поток – скорость зависит от градиента Р вдоль ДП от ротовой полости до альвеол; l Турбулентный поток – в области бифуркаций бронхов. Сопротивление стенок ДП потоку воздуха зависит от диаметра трубки, определяемого тонусом ГМК и секрецией слизи: Максимальное сопр-е в НДП (трахеи, бронхи) и минимальное – в дист НДП и авльвеолах, где !!: суммарный диаметр просвета, нет ГМК и слизи. В трахее линейная скорость воздушного потока составляет около 1 см/с, в дыхательных бронхах -- до 0, 2 см/с, а в альвеолярных ходах и мешочках — до 0, 02 см/с, что снижает сопротивление движущемуся воздуху и уменьшает затраты энергии сокращения дыхательных мышц.

Сопротивление стенок ДП потоку воздуха --зависит от диаметра трубки, определяемого тонусом ГМК и секрецией слизи: Максимальное сопр-е в НДП (трахеи, бронхи) и минимальное – в дист НДП и авльвеолах, где !! суммарный диаметр просвета, нет ГМК и слизи. --В трахее линейная скорость воздушного потока составляет около 1 см/с, в дыхательных бронхах -- до 0, 2 см/с, а в альвеолярных ходах и мешочках — до 0, 02 см/с, что снижает сопротивление движущемуся воздуху и уменьшает затраты энергии сокращения дыхательных мышц.

Давление в дыхательных путях при выдохе.

Давление в альвеолах и внутриплевральное давление в фазу вдоха и выдоха дыхательного цикла

Кривая растяжимости ( комплайенса ) легких

Характеристики внешнего дыхания человека l Частота= п ДЦ/мин (12 -20/мин) l Глубина= (Vвдоха +Vвыдоха) за 1 ДЦ l Минутный объем дыхания = (Vвдоха +Vвыдоха) за 1 мин (6 -8 л в покое); l Вентиляция легких= частота х глубину;

Объемы и емкости воздуха в легких человека и кривая (спирограмма) изменения объема воздуха в легких при спокойном дыхании, глубоком вдохе и выдохе. ФОЕ — функциональная остаточная емкость.

Недыхательные функции ДС: l Секреция: слизь, сурфактант, гепарин, Pg, LT l Иммунная l Активация/инактивация ФАВ (Ang. II, 5 -HT, HA) l Метаболическая l Терморегуляция l Регуляция объема жидкости в организма l Речеобразующая l Познотоническая

Осморегуляция l Изоосмотичность– равенство концентраций осмотически активных веществ (они могут быть различны) по обе стороны мембраны клетки

Клетка растения в разных осмотических средах

Эритроциты в растворах с разным Росм

Содержание темы 1. Факторы, определяющие Росм клетки; 2. Клеточные механизмы регуляции Росм и объема клетки; 3. Регуляция Росм на уровне органов; 4. 4. Типы полисистемной регуляции Росм; 5. 5. Регуляция Росм на уровне 6. «организм-окружающая среда»

1. Факторы, определяющие i/c Росм: l 1. Трансмембранный осмотический градиент, определяемый неорганическими и органическими осмолитиками. l 1. 1. Механизмы трансмембранного переноса неорганических осмолитиков; l 1. 2. Механизмы переноса органических осмолитиков. l 2. Трансмембранный гидравлический и р. Н-градиенты: транспорт воды и Н+.

Сенсоры изменения объема клетки: l Изменение гидратации белков ПЛМ; l Растяжение или сжатие ПЛМ, вызывающее перестройки цитоскелета; l Изменение активности энзимов, рецепторов, транспортеров и ионных каналов, ассоциированных с ПЛМ; l Изменение мембранного потенциала; l Изменение осмотического и р. Н- градиентов.

2. Клеточные механизмы регуляции Росм и Объема клетки (Vс) l 2. 1. Регулируемое увеличение Vc (RIV): l - увеличение входа ионов Na+, Cl-, K+ и воды; l синтез осмолитиков; l - эндоцитоз l 2. 2. Регулируемое уменьшение Vc (RDV): l Ca – зависимые механизмы, в том числе - экзоцитоз; l Са- независимый механизм.

l Регулируемое увеличение Vc (RIV): l - синтез осмолитиков; - увеличение входа ионов Na+, Cl-, K+ и воды: l Na/ K/ 2 Cl-, электро- и р. Н-нейтральный перенос; l После входа Na+ активируется 3 Na+/2 K+ -АТФаза и выводит Na+ , но входящий К+ также переносит в клетку воду; l Аквапорины – каналы поступления воды; l - эндоцитоз

Регулируемое уменьшение Vc (RDV): Ca – независимые механизмы l В эпителии почечных канальцев: увеличение Vc подавляет активность протеинкиназ и активирует дефосфатазы, к-рые дефосфорилируют переносчик К+/ Cl-, он активируется: ионы вместе с водой выходят из клетки. l Также синтезируются фосфолипиды, гликоген, увеличивается i/c концентрация Glu, Asp, т. е. снижается трансмембранный градиент Росм. l В других эпителиях, ИКК – эндоцитоз.

Регулируемое уменьшение Vc (RDV): Ca –зависимые механизмы (в нейроцитах) l Увеличение Vc вызывает натяжение ПЛМ и активацию Са/мех И. К. , l Са входит в клетку (деполяризация ПЛМ) и акцептируется белками К/са и Cl/са- И. К. – ионы выходят вместе с водой. l Cl/са- И. К. – big. Cl-И. К. : открыты 200 пикосек, с водой выходят продукты гликолиза и НСО 3 -. l Са-зависимый экзоцитоз холина, АК, миоинозитола, метиламинов, нейропептидов.

Осморегуляция в органах l Органы дыхания –жабры, кожа, легкие: регуляция объема жидкости и концентрации продуктов окисления; l Пищеварительная система: l Мальпигиевы канальцы, ПЩТ позвоночных – реабсорбция/экскреция воды, ионов, органики; функции печени. l нефридии, почки - реабсорбция/экскреция воды, ионов, органики;

Клетки, богатые МТХ, в коже жабы: активный транспорт хлора, сопряженный с Н+-АТФазой, обеспечивает поступление воды

Модель γ-типа клеток, богатых МТХ, в кожном эпителии жабы (Sørensen and Larsen, 1996)

l Благодаря этому свойству кожи (активный транспорт неорганических ионов + поляризация клеток) l жаба может накапливать в жидкостях тела натрий и хлор в 200 -500 раз больших концентрациях, чем в окружающей жидкости. l Это удерживает воду в теле.

Почка (glandula rhenalis) l Почкакак компонент висцерального механизма гомеостатической регуляции: l Почка – пищеварительная система l Почка –сердечно-сосудистая система l Почка-легкие-кожа

l Большинство млекопитающих способны к образованию гиперосмотичной по отношению к плазме крови мочи. Это позволяет постоянно консервировать воду и экскретировать концентрированные растворы. Способность к концентрации мочи (по мочевине и Na. Cl) обусловлена генерацией возрастающего градиента Росм во всех медуллярных структурах от коры к кончику сосочка. Этот градиент образуется благодаря накоплению растворов в клетках, интерстиции, тубулярных пространствах и сосудах медуллы.

1 — приносящая клубочковая артериола; 2 — выносящая артериола; 3 — клубочковая капиллярная сеть; 4 — внутренняя и наружная части капсулы почечного клубочка (Шумлянского—Боумена); 5 — просвет капсулы; 6 — проксимальный каналец; 7 — нисходящая часть петли Генле; 8 — восходящая часть петли Генле; 9 — дистальный каналец; 10 — собирательная трубка.

Почки

Локализация аквапоринов

Локализация транспортеров мочевины

Пути рециклирования в медулле почек мочи: голубые линии слева - короткопетельный нефрон, справа –длиннопетельный. Переход мочи между сегментами нефрона указан красными стрелками a, b, c –разные пути рециклирования; t. AL- тонкая восходящая; CD- собирающий проток; DCT- дистальная нисходящая трубочка, DL –нисходящая; PST- проксимальная утолщенная трубочка, TAL- толстая восходящая, vr, v. DCT (Dasa recta)

Осмопротекторные гены: SMIT- sodium-myo-inositol co-transporter; AR- aldose reductase; BGT 1 -Na-Cl-betaine co-transporter; Ton. EBP-tonity RE-BP (TF)

Кластеры собирающих протоков (голубые) в окружении нисходящих трубочек (бел) на границе внешней и внутренней границ медуллы

Поперечный срез CD- кластера у основания внутренней медуллы: CD – голубой; AVR- красный; AVT- зеленый; Х - интерстиций

Мембранные структуры почечного эпителия l Транспортеры глюкозы: Glut-1, -4, -5 l Транспортеры аминокислот: l Na-зависимые l Na-независимые l Обменники органических анионов l Na/K/2 Cl, Na/HE (NHE-1) l Na-K-ATPase l UT-A 1/2, UT-B транспортеры мочевины l Na-, Cl-, K- ионные каналы

Сод-е плазма Нефро- моча концент фильтрат рация Мочевина 0. 03 1. 8 60 x ПАГ 0. 004 0. 05 12 x глюкоза 0. 10 Нет - АК 0. 05 Нет - Неорг-е 0. 9 <0. 9 -3. 6 <1 -4 x соли Макромоле 8. 0 нет -

Механизмы закисления и концентрации мочи l Н- АТФаза l NHE-1, -3 l Выход мочевины (UT) и Nа в интерстиций l Реабсорбция воды через аквапорины 2 l Рециркуляция мочи

Системные механизмы осморегуляции l ПЩС – нутриенты. Синтез мочевины, ЛП, регуляция глюкозы. Всасывание воды l ДС – выделение воды l ССС – транспорт l Осморегуляция на уровне «организм- окружающая среда» : пищевое, питьевое поведение, физические упражнения/работа.

А ты – готов к экзамену? ?

l БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!