Wypracowania

TiR – zagadnienia do egzaminu z fizjologii człowieka

Przedstaw cechy charakterystyczne włókien ST.

Są to włókna czerwone, charakteryzujące się wolnym metabolizmem tlenowym - aktywność ATP-azy jest w nich około trzykrotnie niższa niż w włóknach FT. Włókna ST wykazują umiarkowaną możliwość magazynowania jonów Ca²⁺ w obrębie siateczki endoplazmatycznej. Właściwa dla nich niewielka aktywność enzymów biorących udział w procesie glikolizy, a w związku z tym umiarkowana wydajność glokolityczna. W komórkach włókien mięśniowych ST występuje nieznaczna ilość fosfagenów oraz glikogenu. W preparatach mikroskopowych wykonanych z omawianych włókien zaobserwowano dużą liczbę mitochondriów. Badania wykazały wysoką zawartość białka mioglobiny i znaczną aktywność utleniającą (oksydacyjną). Włókna ST są dobrze unaczynione. Na przeciętną jednostkę motoryczną (motoneuron) składa się od 10 do 180 włókien. Aksony, komórek nerwowych unerwiających włókna ST, mają średnicę około 12 mikrometrów i przewodzą impulsy nerwowe z prędkością 70 metrów na sekundę. Czas potrzebny do rozwinięcia maksymalnego napięcia wynosi 80 - 120s.

Omów skład oraz funkcje spełniane przez krew.

Krew zaliczana jest do tkanek łącznych. Jak każdy rodzaj tej tkanki zwiera elementy:

- upostaciowane (morfotyczne), czyli krwinki stanowiące około 45% jej objętości,
- nieupostaciowane, czyli osocze krwi stanowiące w przybliżeniu 55% jej objętości.

Wśród elementów morfotycznych wyróżnia się krwinki:

czerwone (erytrocyty) - komórki dwuwklęsłe, okrągłe, bezjądrzaste, o minimalnych nakładach na własny metabolizm. Powstają w czerwonym szpiku kostnym w tempie 2,4x10⁶ komórki na sekundę. Długość ich życia wynosi, w zależności od metabolizmu, 100 - 120 dni. Starzejące się erytrocyty są wyłapywane i degradowane w układzie siateczkowo-śródbłonkowym śledziony. Liczba erytrocytów u przeciętnego młodego mężczyzny wynosi ok. 5,4 mln/mm³, u kobiety ok. 4,5 mln/mm³, natomiast u noworodków ok. 7 mln/mm³. Podstawową funkcją erytrocytów jest transport tlenu, dwutlenku węgla, witaminy C oraz adrenaliny.
białe (leukocyty) - występują nie tylko we krwi ale również w limfie. Ich kształty są zróżnicowane, generalnie kulisty lub owalny. Wielkość, w zależności od rodzaju, wynosi 3 - 20 μm. Liczba leukocytów u człowieka powinna mieścić się w zakresie 6 - 8 tys./mm³ krwi obwodowej. Ilość białych krwinek rośnie w bardzo szybkim tempie po kontakcie z antygenem. Wzrost liczby leukocytów nazywa się leukocytozą i jeśli przekroczy ona wartość 25 tys./mm³ można podejrzewać białaczkę. Białe krwinki są syntetyzowane głównie w czerwonym szpiku kostnym, ale również w grasicy, śledzionie, węzłach chłonnych oraz grudkach limfatycznych układu pokarmowego. Długość życia, w zależności od rodzaju leukocytu, waha się od kilku godzin do kilku lat. Stare leukocyty, podobnie jak erytrocyty, rozkładane są w układzie siateczkowo-śródbłonkowym śledziony. Większość komórek zaliczanych do omawianej grupy posiada zdolność do diapedezy, czyli wywędrowania ze światła naczyń krwionośnych w kierunku chemoatraktantu. Ma to związek ze spełnianą przez nie obronną funkcją organizmu. Komórki te posiadają również różnego kształtu jądra komórkowe (element, na podstawie którego różnicuje się leukocyty), komplet organelli komórkowych, a większość posiada bardzo dużą liczbę lizosomów (ma to związek z ich zdolnością do fagocytozy). Wyróżnia się dwie podstawowe grupy leukocytów - granulocyty (neutrofile, bazofile i eozynofile) oraz agranulocyty (limfocyty B i T oraz monocyty).
płytki krwi (trombocyty) - są oderwanymi fragmentami cytoplazmy szpikowych megakariocytów. Wielkość trombocytów wynosi 2 - 5 μm, a ich liczba powinna mieścić się w przedziale 200 - 400 tys./mm³ krwi. żyją od 8 do 10 dni i jeśli nie zostaną wykorzystane są degradowane w śledzionie. Ich zadaniem jest udział w hemostazie czyli procesach krzepnięcia krwi. Obniżona ilość trombocytów nazywana jest małopłytkowością i w wypadku zranienia może grozić wykrwawieniem.

Osocze krwi jest żółtawą cieczą, o pH 7,4, a jego głównym składnikiem jest woda (stanowi 90% jego objętości). Są w nim rozpuszczone związki organiczne - białka (albuminy, globuliny i fibrynogen), glukoza, kwasy tłuszczowe, bilirubina, hormony i mocznik. Wśród elementów nieorganicznych rozpuszczonych w osoczu znajdują się głównie: chlorek sodu, jony wapnia, potasu, magnezu, żelaza. Taki skład osocza gwarantuje jego izoosmotyczność w stosunku do tkanek ustroju.

Zasadnicze funkcje jakie spełnia krew można zawrzeć w kilku punktach:

a. tworzy płynne środowisko wewnętrzne organizmu i gwarantuje utrzymanie homeostazy (wyrównuje ciśnienie osmotyczne w tkankach oraz zapewnia stałość pH),

b. pozwala na pokonanie ograniczeń wynikających z reguł, według których zachodzi prosta dyfuzja. Dzięki temu tlen jest transportowany z płuc do każdej, nawet najbardziej oddalonej od nich komórki ciała. Substancje odżywcze dostarczane są z jelit do miejsc, w których mają być wykorzystane. Zbędne i szkodliwe produkty przemiany materii (głownie dwutlenek węgla i związki azotu) są transportowane z komórek do narządów wydalniczych lub mogących je zneutralizować. Krew rozprowadza również hormony i witaminy,

c. warunkuje utrzymanie stałej temperatury ciała, krążąc między organami wytwarzającymi duże ilości ciepła, a peryferycznymi i narażonymi na wychłodzenie partiami organizmu,

d. pozwala na utrzymanie swoistości biochemicznej organizmu czyli eliminuje za pomocą przeciwciał lub komórek układu immunologicznego drobnoustroje lub substancje obce która dostały się do organizmu.

Opisz jakie objawy towarzyszą odwodnieniu i w jaki sposób organizm ludzki może się przed nim bronić.

Odwodnieniem nazywa się ubytek wody z wnętrza komórek oraz z przestrzeni międzykomórkowych. Stopień odwodnienia zależy od ilości wody, która została usunięta z poszczególnych kompartmentów. Objawy odwodnienia są zróżnicowane. Przy odwodnieniu rzędu 1,5 -2% pojawia się uczucie pragnienia. 2-4 procentowy ubytek wody z organizmu sprawia, że pojawia się wrażenie suchości w ustach, człowiek staje się apatyczny i odczuwa osłabienie. Dalszy ubytek wody, 6 - 8% sprawia, że wydzielanie śliny zostaje zatrzymane, język staje się suchy i pojawiają się trudności w mówieniu. Zaburzenia świadomości oraz utrata kontroli nad zachowaniem są typowymi objawami przy odwodnieniu rzędu 10-11%. Charakterystyczny dla tego stadium jest także brak możliwości wypowiadania słów. Przy tym stopniu odwodnienia człowiek nie jest zdolny do wykonywania pracy. Utrata wody na poziomie 20% masy ciała stanowi granicę, poniżej której organizm nie jest w stanie funkcjonować.

Utrata wody następuje podczas:

pocenia się - około 5%,
wydychania powietrza - ok. 30%,
wydalania z moczem - ok. 60%,
wydalania z kałem - ok. 5%.

Łączna objętość wody wydalanej dziennie, w trakcie normalnej aktywności fizycznej z organizmu wynosi w przybliżeniu 2500 ml. Ilość ta zależna jest m.in. od warunków otoczenia. Na pustyni, gdzie temperatura powietrza sięga 30 - 40°C, utrata wody na skutek parowania jest znacznie wyższa, a u podstaw intensyfikacji procesów pocenia się leży dążność do obniżenia temperatury ciała, wzrastającej na skutek kontaktu z gorącym i suchym powietrzem. Zwiększenie utraty wody z organizmu ma również miejsce w wysokich górach oraz na obszarach, na których panują niskie temperatury powietrza. W tym wypadku straty wody są skutkiem parowania z dróg oddechowych. Ponadto niskie ciśnienie atmosferyczne panujące w górach wymusza tzw. hiperwentylację, przez co straty wody są jeszcze większe. Obniżenie ciśnienia osmotycznego krwi, będące następstwem utraty wody przyczynia się do zmniejszenia wydzielania syntetyzowanego przez przysadkę mózgową antydiuretycznego hormonu - wazopresyny (ADH), a co za tym idzie nasilenia diurezy i dalszego odwodnienia organizmu.

Ilość wody traconej przez organizm jest ściśle skoordynowana z procesem termoregulacji. Ilość ciepła, którego organizm musi się pozbyć, aby nie doszło do jego przegrzania (hipertermii), zależy z kolei od intensywności procesów metabolicznych oraz od tego ile ciepła zostało mu dostarczone z otoczenia. Ponieważ jednym ze sposobów chłodzenia organizmu jest parowanie wody z powierzchni skóry, zaoszczędzenie płynów kosztem ograniczenia pocenia się mogłoby prowadzić do znacznego wzrostu temperatury ciała i wywierać równie niekorzystny wpłynąć na funkcjonowanie organizmu jak odwodnienie go. Jedną możliwością zniwelowania strat wody jest więc stałe jej dostarczanie do organizmu w postaci napojów i wraz z pokarmem. Należy pamiętać, że wraz ze wzrostem odwodnienia obniża się wydolność organizmu. Utrata wody na poziomie około 5% wagi ciała znacząco zwiększa prawdopodobieństwo omdlenie lub udaru cieplnego. Osobom dorosłym zaleca się przyjmowanie około 1 - 1,5 l płynów dziennie, a wraz z tymi zawartymi w pokarmach do 3 - 3,5 l na dobę. Przeciętny dorosły człowiek potrzebuje ok. 1 ml wody na 1 kcal spożytej energii. Wypite napoje nie zasilają natychmiast przestrzeni wodnej w organizmie. W trakcie intensywnego wysiłku fizycznego należy uzupełnić nie tylko wodę ale i cukry. Zapas węglowodanów w organizmie, szacowany na 400 do 500 g, wystarcza na około 1,5 godz. wysiłku, przy założeniu że ich zużycie utrzymane jest na poziomie ok. 0.8 g/min. Aby utrzymać prawidłowy bilans wodny w organizmie należy pamiętać o tym, że woda przyjmowana w postaci płynów powinna stanowić 60% ogółu, wraz z pokarmami stałymi 30%, a pozostałe 10% stanowi tzw. woda metaboliczna, powstające w wyniku zachodzących w ustroju reakcji.

Omów objawy zmęczenia, pojawiające się w trakcie pracy długotrwałej oraz pracy w wysokich temperaturach.

Zmęczeniem nazywamy taki stan organizmu, który jest następstwem wykonywania pracy fizycznej bądź umysłowej i objawiający się spadkiem zdolności i chęci do kontynuowania pracy, nasilającym się przekonaniem o jej uciążliwości i ogólnym brak motywacji do wykonywania zamierzonych zajęć. Opisany stan utrzymuje się mimo zakończenia wykonywania pracy i przez pewien czas po jej zaprzestaniu (odpoczynku). Wydajność pracy może być utrzymana na określonym, niezmiennym poziomie pomimo narastającego zmęczenia, ale koszty fizjologiczne ponoszone przez organizm w trakcie wysiłku fizycznego wykonywanego w tym okresie są znacznie większe.

Podczas tzw. wysiłków submax, których czas trwania może wynosić od kilkunastu minut do kilku godzin, czynnikami wywołującymi zmęczenie mogą być:

zużycie zapasów glikogenu z wątroby i mięśni,
wzrost temperatury w mięśniach do 43˚C.

Wyczerpanie rezerw cukru wpływa na ograniczenie metabolizmu kwasów tłuszczowych. Ból odczuwany w zmęczonych mięśniach pojawia się w odpowiedzi na obniżenie w nich poziomu glikogenu, czego następstwem jest drażnienie zakończeń nerwów odpowiedzialnych za odczuwanie bólu. Podniesienia temperatury ciała jest czynnikiem indukującym procesy termoregulacyjne, a wśród nich nasilenie produkcji oraz parowania potu. Wraz z nim organizm traci wodę i część jonów. Efektem zaburzenia równowagi jonowej w organizmie (zauważalny jest wzrost ilości jonów potasu we krwi) jest zmiana potencjałów błon komórkowych włókien mięśni szkieletowych i komórek mięśnia sercowego. Inny jest próg pobudliwości wymienionych komórek. Rezultatem pracy długotrwałej jest wyrzut znacznej ilości hormonów katecholowych oraz glikokortykoidów. Są to związki nasilające reakcje rozkładu białek ustrojowych. Skutkiem zmian temperatury oraz składu elektrolitowego może być zmęczenie mitochondriów, a nawet zniszczenie struktury tych organelli. W takiej sytuacji metabolizm tlenowy zostaje zaburzony i generowane są wolne rodniki tlenowe (aktywne formy tlenu), mogące uszkadzać m.in. błony komórkowe, zwiększając tym samym ich przepuszczalność i stwarzając możliwość przedostania się enzymów wewnątrzkomórkowych do krwi.

Inną odmianą zmęczenia jest tzw. zmęczenie obwodowe, charakterystyczne dla pracy, podczas której mięśnie kurczą się izometrycznie. Ten rodzaj zmęczenia narasta w szybkim tempie, jest gwałtowny i często nazywany ostrym. O tym jak szybko pojawi się ten rodzaj zmęczenia decyduje m. in. czas utrzymania mięśni w fazie skurczu nie rozdzielonej fazą rozluźnienia. Podczas skurczu ośrodkowy układ nerwowy bombardowany jest strumieniem impulsów pochodzących ze zlokalizowanych w mięśniach, wrażliwych na rozciąganie zakończeń nerwowych (prioprioreceptory). Nieustająca impulsacja centr nerwowych wywołuje zmęczenie i zaburzenie funkcji. W mięśniach gromadzą się szkodliwe metabolity, a wśród nich: kwas mlekowy, jony wodorowe, czy amoniak. Ich usuwanie z włókien mięśniowych jest utrudnione na skutek zaciskania nieelastycznych i niezbyt sprężystych naczyń krwionośnych. Zaburzenia w krążeniu krwi są przyczyną wystąpienia utrudnień w transporcie hormonów, dostarczeniu tlenu i odbiorze dwutlenku węgla oraz regulacji temperatury. Zaburzenie termoregulacji przyczynia się do szybkiego podniesienia temperatury ciała, zmiany aktywności enzymów należących do szlaku glikolitycznego, będącego zasadniczym źródłem energii zużywanej podczas wykonywania pracy. Włókna mięśniowe, z powodu niedostatecznej ilości energii, stopniowo tracą zdolność kurczenia się, a nasilające się zakwaszenie środowiska zaburza kolejne fazy molekularnego skurczu mięśni. Jeśli praca jest kontynuowana, zdolność włókien mięśniowych do skurczu zdecydowanie się zmniejsza, czego zauważalnym symptomem jest spadek siły oraz szybkości ich skurczu. We wczesnych etapach pracy działają procesy kompensacyjne, polegające na włączaniu do skurczu kolejnych jednostek motorycznych, co nie ma jednak wpływu na wzrost siły skurczu. Tego typu mechanizm kompensacyjny w szybkim tempie prowadzi do wykorzystania całych "rezerw" określonego typu włókien mięśniowych (jeżeli mamy do czynienia z wysiłkiem max, do skurczu włączane są przede wszystkim włókna FT). W chwili kiedy ogół włókien FT zostanie wyczerpany, kontynuowanie pracy jest możliwe jedynie przy wykorzystaniu wolnokurczliwych włókien ST. Rezultatem takiego stanu rzeczy jest obniżenie dynamiki oraz siły skurczu.

Nieco inaczej wygląda sytuacja jeśli wykonujemy wysiłek fizyczny w wysokiej temperaturze. Ilość ciepła generowanego w organizmie jest zależna od intensywności metabolizmu, a podczas wysiłku fizycznego może wzrosnąć nawet 10, 20 razy. Jeśli nie wykonujemy forsownych ćwiczeń fizycznych ciepło metaboliczne produkowane przez organizm ludzki w ciągu jednej godziny dochodzi do 80 kcal. Jeśli nasza aktywność fizyczna wzrasta jego ilość może zostać zwiększona do 1400 kcal na godzinę. W takiej sytuacji temperatura ciała rośnie o 3°C po 3 minutach trwania wysiłku fizycznego i dlatego bardzo istotne jest sprawne funkcjonowanie mechanizmów warunkujących termoregulację. Należy pamiętać, że zmiana temperatury wewnętrznej organizmu o 2°C na plus lub minus zaburza przebieg reakcji metabolicznych i pogarsza funkcjonowanie zarówno pojedynczych komórek, jak i całych narządów. Redukcja ciepłoty ciała jest możliwa wtedy kiedy sprawnie współpracują ze sobą układ krwionośny oraz gruczoły produkujące hormony i pot. Obniżenie temperatury ciała, w sytuacji gdy wysiłek fizyczny jest wykonywany w wysokiej temperaturze, jest jeszcze bardziej utrudnione, ponieważ organizm może pobierać dodatkowe jego ilości z otoczenia lub nie może go sprawnie oddawać do otoczenia jeśli wilgotność powietrza jest wysoka. Szczególnie groźne może być podniesienie temperatury mózgu, do czego może dojść w chwilę po ukończeniu wysiłku fizycznego w wysokiej temperaturze. Odprowadzanie ciepła z okolicy mózgu podczas pracy jest możliwe dzięki występowaniu zjawiska konwekcji ciepła (ruchu powietrza) oraz nasilonemu parowaniu potu z powierzchni głowy. Spadek intensywności procesów obniżania temperatury okolic głowy może spowodować przegrzanie mózgu czyli tzw. udar cieplny. Jest on bardzo groźny dla zdrowia i wymaga leczenia szpitalnego.

Omów jak zmienia się wymiana gazowa (dyfuzja pęcherzykowa) w czasie pobytu w górach.

Dyfuzją pęcherzykową nazywamy wymianę gazową jaka zachodzi między powietrzem wypełniającym pęcherzyki płucne, a krwią płynącą w oplatających go naczyniach włosowatych. W naczyniach tych stale znajduje się około 100 ml krwi. ilość ta przepływa przez naczynia włosowate w ciągu 0,8 s, a w trakcie wysiłku fizycznego tempo przepływu znacznie wzrasta. Wymiana gazów przez ściany pęcherzyków płucnych zachodzi zgodnie z gradientem prężności cząsteczek gazów. Cząsteczki tlenu dyfundują ze światła pęcherzyków płucnych do krwi ponieważ panujące w nich ciśnienie parcjalne tlenu jest większe niż we krwi dopływającej do płuc. Ciśnienie parcjalne tlenu w pęcherzyku płucnym pO₂ wynosi 100 mmHg, natomiast pO₂ we krwi około 40 mmHg. Tlen wnikający do płuc z powietrza atmosferycznego ma ciśnienie parcjalne ok. 160 mmHg.

Z analogiczną sytuacją mamy do czynienia w przypadku wymiany CO₂. Ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla we krwi dopływającej do płuc wynosi 46 mmHg, w pęcherzykach płucnych 40mmHg, natomiast w powietrzu atmosferycznym zaledwie 0,3 mmHg. Im większy gradient ciśnień parcjalnych gazów tym łatwiej zachodzi dyfuzja, mająca na celu wyrównanie istniejących różnic, przy czym zawsze odbywa się ona w kierunku od wartości wyższych do niższych. Analizując podane wyżej wartości z łatwością można zrozumieć dlaczego tlen z atmosfery przenika do pęcherzyków płucnych , a następnie do tkanek, natomiast CO₂ pokonuje tę samą drogę ale w odwrotnym kierunku.

W czasie pobytu w górach wymiana gazowa może być utrudniona ponieważ wraz ze wzrostem wysokości maleje ciśnienie atmosferyczne i zmniejsza się prężność gazów, w tym tlenu. Spadek ciśnienia parcjalnego tego gazu we wdychanym powietrzu skutkuje obniżeniem jego ciśnienia w pęcherzykach płucnych, a więc zmniejszeniem się gradientu ciśnień tlenu pomiędzy pęcherzykami płucnymi, a krwią dostarczającą ten gaz z płuc do narządów. W efekcie obniża się wysycenie krwi tlenem i pogarsza zaopatrzenie w niego tkanek. Małe obniżenie ciśnienia parcjalnego tlenu we wnętrzu pęcherzyków płucnych nie wywołuje znaczących zmian w organizmie, jednak jego spadek do wartości około 80 mmHg wywołuje pewne zmiany w funkcjonowaniu ustroju. Wspomniana wyżej wartość ciśnienia atmosferycznego jest notowana od wysokości ok. 2500 m n.p.m. od tego poziomu ludzie wspinający się po górach są narażeni na wystąpienie tzw. hipoksji wysokościowej czyli niedotlenienia organizmu. Może się ono rozwijać powoli lud nagle, przyjmować formę ostrą lub przewlekłą. Na wysokości 2500 m n.p.m. ciśnienie parcjalne tlenu w pęcherzykach płucnych może obniżyć się z poziomu około 100 mmHg do 50-60mmHg. Na wysokości ok. 6000 m n.p.m. osiąga ono wartość 30 mmHg, co dramatycznie upośledza wymianę gazową. Dodatkowymi czynnikami niekorzystnie oddziałującymi na organizm człowieka przebywającego na znacznych wysokościach są niska temperatura powietrza, ekspozycja na silne promieniowanie ultrafioletowe i kosmiczne oraz niska wilgotność powietrza. Wszystko to sprzyja wyziębieniu i odwodnieniu organizmu oraz sprawia, że w komórkach generowane są większe ilości reaktywnych form tlenu (wolnych rodników tlenowych).

Wyjaśnij czym jest narkoza azotowa i jakie są jej skutki.

W trakcie nurkowania, wraz ze wzrostem głębokości, na człowieka oddziałuje coraz większe ciśnienie. Następstwem tego zjawiska jest powstanie różnic ciśnienia pomiędzy wewnętrznymi jamami ciała, a środowiskiem zewnętrznym. Zmienia się również objętość gazów. Wraz ze wzrostem zanurzenia, na ciało nurka oddziałuje ciśnienie zwiększające się o jedną atmosferę po każdych 10 metrach, co oznacza, że na głębokości 30 m pod powierzchnią wody panuje ciśnienie 4 atmosfer. Zwiększające się ciśnienie jest przyczyną zmniejszania się objętości gazów wypełniających wszystkie jamy ciała, czyli: zatoki, ucho środkowe, drogi oddechowe wraz z płucami, układ pokarmowy. Z prostych obliczeń wynika, że po zejściu na głębokość 20 m pod powierzchnię wody, ciśnienie wywierane przez otoczenie na powierzchnię cała nurka będzie wynosić 3 atmosfery, natomiast objętość gazów wypełniających płuca zmniejszy się do 1/3 początkowej objętości. Z tego powodu należy dostarczać nurkowi powietrze pod coraz większym ciśnieniem. Pod wpływem rosnącego ciśnienia zwiększa się również rozpuszczalność gazów we krwi i innych płynach ustrojowych. Zjawisko to ma szczególnie duże znaczenie w odniesieniu do azotu, który ma największy udział procentowy w powietrzu. W warunkach standardowych, będąc tzw. gazem obojętnym warunkach, nie oddziałuje on w żaden sposób na organizm. Jednak w sytuacji, gdy wzrasta jego prężność, zaczyna się zachowywać jak środek znieczulający. Objawy tzw. narkozy azotowej mogą być podobne do tych, które pojawiają się po zatruciu alkoholem lub wdychaniu niewielkich stężeń podtlenku azotu. Narkoza azotowa jest przyczyną wystąpienia zaburzeń procesów myślowych, pogorszenia zdolności analizowania określonych sytuacji i zmniejszenia zdolności psychomotorycznych u nurków przebywających przez dłuższy czas na głębokości 30m pod powierzchnią wody. Aby zapobiec negatywnemu wpływowi azotu na organizm, w czasie nurkowania na znacznych głębokościach zaleca się oddychanie mieszanką helowo- tlenową zamiast tradycyjnym powietrzem. Hel jest bowiem gazem, który zdecydowanie trudniej niż azot rozpuszcza się w płynach ustrojowych.

Wyjaśnij czym jest potencjał spoczynkowy i jak działają mechanizmy pozwalające go utrzymać.

Potencjał spoczynkowy (błonowy) jest stanem, w którym błona komórkowa jest spolaryzowana elektrostatycznie, a jej powierzchnia po wewnętrznej stronie ma ładunek ujemny (ok. -70 mV), natomiast po zewnętrznej dodatni. Istnienie różnicy potencjałów między środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym komórki jest warunkiem koniecznym do zaistnienia w niej czynności bioelektrycznej. Powstanie potencjału spoczynkowego jest efektem nierównomiernego rozmieszczenia jonów po obu stronach błony komórkowej. W stanie spoczynkowym skład płynu zewnątrzkomórkowego przedstawia się następująco: kationy Na⁺ - stężenie ok. 144 mmol/l, kationy K⁺ - 4,5 mmol/l, aniony: Cl^- - 114 mmol/l, HCO₃^- - 28 mmol/l, organiczne, a zwłaszcza białkowe - 7 mmol/l, organiczne fosforany - 7 mmol/l. Stężenia poszczególnych jonów w stanie spoczynkowym w cytoplazmie komórki wynoszą: kationy sodowe - 7 mmol /l, kationy potasowe - 160 mmol/l, aniony chlorkowe - 7 mmol/l, aniony wodorowęglanowi - 10mmol/l, aniony białkowe i fosforany organiczne - 195 mmol/l. Każdy bodziec nadprogowy powoduje początkowo lokalne zaburzenie elektrochemiczne, polegające na nagłym zwiększeniu przepuszczalności błony komórkowej dla kationów sodowych, przenikających z płynu tkankowego do cytoplazmy, neutralizując ładunek ujemny wnętrza komórki i wywołując depolaryzację.

Opisz molekularny mechanizm skurczu mięśni. Wyjaśnij jakie zachodzą procesy gdy w ustroju wzrasta poziom kationów wodorowych.

W wyniku zadziałania bodźca fizjologicznego, w przypadku mięśni poprzecznie prążkowanych jest nim acetylocholina uwolniona z synaps nerwowo-mięśniowych, dochodzi do depolaryzacji błony komórkowej komórek mięśniowych. Jej rezultatem jest aktywacja i otwarcie kanałów dla dokomórkowego, szybkiego prądu kationów sodowych. Fala depolaryzacji przemieszcza się wzdłuż błony komórkowej za pośrednictwem cewek poprzecznych. W wyniku depolaryzacji z magazynów sarkoplazmatycznych zostają uwolnione kationy wapniowe. Jony te wiążą się z podjednostką C troponiny (białko kurczliwe), zmniejszając tym samym jej powinowactwo do aktyny. Aktyna nie hamowana przez troponinę może oddziaływać z głowami cząsteczek miozyny, indukując ich aktywność enzymatyczną. Cząsteczki miozyny mają zdolność do hydrolizy ATP do ADP i fosforanu. Miozyna w wyniku oddziaływania z aktyną i po przeprowadzeniu reakcji hydrolizy, zmienia swoją konformację (kąt nachylenia jej głowy zmienia się z 90 na 45˚) i przesuwa się względem cząsteczki aktyny, a następnie powraca do swojej pierwotnej konformacji. Cały cykl powtarza się do początku. Nasuwanie się nitek aktyny na włókna miozynowe powoduje skrócenie się komórki mięśnia poprzecznie prążkowanego i skurcz całego mięśnia. Nitki aktyny nasuwają się na grube włókna miozynowe tak długo, jak długo podjednostka C troponiny jest związana z wolnymi jonami wapnia.

Nagromadzenie jonów wodorowych we krwi obwodowej może następować na skutek zwiększonego wysiłku fizycznego, niewystarczającej wentylacji płuc, czy zatrucia organizmu pewnymi lekami.

Mechanizm termoregulacji.

Ssaki są zwierzętami stałocieplnymi i z tego powodu zostały wyposażone w mechanizmy pozwalające na kontrolowanie i regulowanie temperatury wewnętrznej. Ośrodki termoregulacyjne znajdują się w podwzgórzu. W przedniej jego części zlokalizowane są komórki, których głównym zadaniem jest sprawdzanie stabilności temperatury panującej w ustroju. Stanowią one tzw. ośrodek eliminacji ciepła. W tylnej części podwzgórza znajduje się inna grupa komórek, składająca się na tzw. ośrodek zachowania ciepła. Praca obu ośrodków jest ze sobą ściśle skoordynowana. Obniżenie temperatury krwi przepływającej przez podwzgórze przyczynia się do hamowania termodetektorów i zwiększenia wytwarzania ciepła lub ograniczenia jego strat. Jeśli odpowiednie komórki podwzgórza zanotują obniżenie temperatury ciała poniżej 35°C, wysyłają sygnał wywołujący zwężenie się podskórnych naczyń krwionośnych, co znacznie ogranicza straty ciepła, a oprócz tego stymulują mięśnie szkieletowe do tzw. drżenia, podczas którego nasila się metabolizm tlenowy i jest generowana energia cieplna. Jeżeli temperatura rośnie powyżej 37°C z podwzgórza wychodzi sygnał do rozszerzenia podskórnych naczyń krwionośnych, dzięki czemu szybko płynąca, gorąca krew może oddać znaczne ilości ciepła. Stymulowane są równie gruczoły, wydzielające pot, mający za zadanie schładzać powierzchnię ciała. Obniżenie temperatury ciała określa się mianem hipotermii, natomiast jej wzrost nazywany jest hipertermią.

Omów zasady zgodnie z którymi zachodzi pobieranie i transport tlenu do tkanek.

Zjawisko wymiany gazowej ma związek z dyfuzją pęcherzykową. Dyfuzją pęcherzykową nazywamy wymianę gazową jaka zachodzi między powietrzem wypełniającym pęcherzyki płucne, a krwią płynącą w oplatających go naczyniach włosowatych. W naczyniach tych stale znajduje się około 100 ml krwi. ilość ta przepływa przez naczynia włosowate w ciągu 0,8 s, a w trakcie wysiłku fizycznego tempo przepływu znacznie wzrasta. Wymiana gazów przez ściany pęcherzyków płucnych zachodzi zgodnie z gradientem prężności cząsteczek gazów. Cząsteczki tlenu dyfundują ze światła pęcherzyków płucnych do krwi ponieważ panujące w nich ciśnienie parcjalne tlenu jest większe niż we krwi dopływającej do płuc. Ciśnienie parcjalne tlenu w pęcherzyku płucnym pO₂ wynosi 100 mmHg, natomiast pO₂ we krwi około 40 mmHg. Tlen wnikający do płuc z powietrza atmosferycznego ma ciśnienie parcjalne ok. 160 mmHg.

W chwili gdy tlen przeniknie z pęcherzyka płucnego do krwi rozpuszcza się w osoczu i następnie przenika do wnętrza erytrocytu, gdzie wiąże się z hemoglobiną. W tej postaci transportowane jest aż 95% tego gazu, reszta jest transportowana do tkanek za pośrednictwem osocza. Każda cząsteczka hemoglobiny zbudowana jest z czterech podjednostek białkowych i jest w stanie łącznie związać cztery cząsteczki tlenu, przechodząc w formę oksyhemoglobiny (Hb₄O₈). Tworzenie oksyhemoglobiny jest warunkowane wieloma czynnikami, a wśród nich wymienić należy:

prężność tlenu - im wyższa wartość ciśnienia parcjalnego tlenu, tym łatwiej zachodzi jego wiązanie z hemoglobiną,
prężność CO₂ - niższe wartości pCO₂ ułatwiają wiązanie tlenu przez hemoglobinę,
pH - zależność między odczynem krwi, a wiązaniem tlenu jest wprost proporcjonalna,
temperatura - zależność jest odwrotnie proporcjonalna,
obecność 2,3-difosfoglicerynianu (2,3 DFG) w erytrocytach - związek ten wypiera tlen z hemoglobiny, ułatwiając przekazywanie tlenu do tkanek i jego ponowne wiązanie w płucach.

Wymiana gazowa w tkankach zachodzi za pośrednictwem krwi wypełniającej naczynia włosowate. Im wyższy poziom metabolizmu w danej tkance, tym dynamiczniejsza i łatwiejsza jest dyfuzja tkankowa. Zwiększone zapotrzebowanie na tlen oznacza większą produkcję dwutlenku węgla i jego łatwiejszą dyfuzję z tkanek do naczyń krwionośnych.

Wartości ciśnienia parcjalnego dla tlenu i dwutlenku węgla kształtują się następująco:

pO₂ we krwi utlenionej = 100 mmHg,
pO₂ w tkankach = 40 mmHg,
pCO₂ we krwi utlenionej = 40 mmHg,
pCO₂ w tkankach = 46 mmHg.

Trudność w wymianie gazowej stanowi dyfuzja przez tzw. barierę pęcherzykowo-włośniczkową. Wymiana gazów musi zachodzić między wypełnionymi gazem pęcherzykami płucnymi, płynnym środowiskiem jakie stanowi krew znajdująca się w sieci kapilar płucnych. Cząsteczki tlenu, przenikając ze światła pęcherzyka płucnego do naczynia krwionośnego pokonują warstwę surfaktantu, komórki nabłonkowe wyściełające pęcherzyk płucny, płyn zewnątrzkomórkowy miąższu płucnego, komórki śródbłonka naczyń włosowatych, osocze i wreszcie błonę krwinki czerwonej. Tę samą drogę ale w przeciwnym kierunku pokonuje CO₂.

Szybkość dyfuzji gazów zależy w pewnym stopniu od prędkości przepływu krwi, którą można oznaczyć stosując następujące parametry:

HR - oznacza częstość skurczów serca mierzoną w ciągu minuty [skurcz/min, sk/min]. W stanie spoczynku przyjmuje wartość 72 sk/min, natomiast najwyższa wartość szacowana jest na 220 sk/min. Wartość HR maleje wraz z wiekiem.
SV - jest to tzw. pojemność wyrzutowa serca, czyli objętość krwi, tłoczona przez jedną z komór serca od określonego zbiornika tętniczego w trakcie pojedynczego skurczu. Jednostką SV są ml krwi. w stanie spoczynku SV oscyluje wokół wartości 70 - 80 ml, maksymalna objętość wyrzutowa to 120ml.
Q - czyli tzw. objętość minutowa serca, wartość ta oznacza objętość krwi, jaką jest w stanie wpompować do odpowiedniego zbiornika tętniczego jedna z komór serca w czasie 1min. Jednostka l/min. Q przyjmuje wartość spoczynkową około 5 l/min, natomiast jej wartość maksymalna dochodzi do 25l/min.

Szybkość przepływu krwi można zatem opisać równaniem:

Q = HR * SV

Objętość minutowa serca jest każdorazowo uzależniona od tego jakiej jest nasze zapotrzebowanie na tlen. Duże zapotrzebowanie na tlen oznacza wysokie wartości Q i szybszy dopływ krwi do tkanek.

Wyjaśnij czym jest wydolność fizyczna i omów sposób oznaczania pułapu tlenowego i progu przemian anaerobowych.

WYDOLNOŚĆ FIZYCZNA jest miarą teoretycznych możliwości (zdolności) pozwalających na wykonywanie ciężkich i długotrwałych wysiłków fizycznych, w trakcie których pracują duże grupy mięśni, przy założeniu, że pojawiające się zmęczenie jest nieznaczne, a jego skutki mogą być szybko usunięte przez organizm. Prawdziwym miernikiem wydolności fizycznej jest wytrzymałość, czyli czas kiedy wysiłek może być kontynuowany.

Wydolność fizyczną można opisać przy pomocy parametru jakim jest wskaźnik wydolności fizycznej. VO2max (pułap tlenowy) który pozwala na przewidywanie reakcji organizmu na obciążenia wysiłkowe w szerokim ich zakresie. Próba pośrednia określenia VO2: -Nomonogram Astranda -Próba PWC 170 }wykorzystują częstość skurczów serca -Test Coopera> 12 min wysiłek fiz.(bieg pływanie) mierzymy odległość jaką się przebyło -Bieg na 1,5 linii> na 2400m mierzy się czas Próg przemian anaerobowych AT- jest to próg przemian beztlenowych czyli obciążenie pracą przy którym procesy beztlenowe zaczynają być w przewadze nad procesami tlenowymi w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego, im jest wyższy tym większe możliwości do wykonywania wysiłków o charakterze wytrzymałościowym

Dlaczego zwiększa się ilość pobudzeń mięśnia szkieletowego rozciągniecie się i zwiększenie siły skurczu

Opisz w jaki sposób układ nerwowy sprawuje kontrolę nad funkcjami mięśni szkieletowych.

Człowiek może się poruszać dzięki skurczom mięśni szkieletowych. Ich aktywność w standardowych warunkach jest skutkiem pobudzenia budujących je komórek przez impulsy nerwowe przewodzone wzdłuż neuronów ruchowych z odpowiednich ośrodków nerwowych. Ostatnim elementem biorącym udział w kontrolowaniu aktywności ruchowej u ludzi są motoneurony z grupy A, występujące w rdzeniu kręgowym oraz jądrach ruchowych nerwów czaszkowych. Ośrodki ruchowe tworzą uporządkowane struktury pozwalające na pobudzenie określonych grup mięśni szkieletowych w takiej kolejności aby możliwe było wykonanie nawet najbardziej skomplikowanych i precyzyjnych ruchów. Zainicjowanie ruchów oraz ich kontrola odbywa się na zasadzie odruchów nerwowych. W obrębie mięśni szkieletowych znajdują się proprioreceptory, wrażliwe na mechaniczne rozciąganie włókien na których się znajdują. W warunkach doświadczalnych skurcz nawet tak dużych grup mięśniowych jak mięsień czworogłowy uda może zostać zainicjowany przez drażnienie włókien intrafazalnych mięśnia. Ów skurcz będzie rezultatem wywołania odruchu na rozciąganie. Ośrodki kontrolujące ruch zlokalizowane są w różnych częściach ośrodkowego układu nerwowego - w korze mózgowej (ruchy zamierzone), ośrodkach podkorowych, móżdżku, rdzeniu przedłużonym i kręgowym.

TiR – zagadnienia do egzaminu z fizjologii człowieka

Q = HR * SV

Zobacz podobne