NERVI I MIŠIĆI

1. FUNKCIONALNA GRAĐA ĆELIJSKE MEMBRANE

Plazmalema je visokoorganizirana struktura koja ograničava svaku celulu, a morfološki je definišemo kao dvoslojnu strukturu trilaminarnog izgleda.Plazmalemu čine lipidni matrix tečne konzistencije u koga su uložene molekule proteina, te, na površini plazmaleme, karbohidratni lanci koji formiraju poseban sloj - glikokaliks.Plazmalema ima slijedeće uloge:

- daje oblik ćeliji- odvaja extracelularnu od intracelularne tečnosti- reguliše transport (razmjenu) materijala- uspostavlja i održava razliku u koncentraciji malih molekula i iona između celule

i njene okoline (visokoselektivni filter)- prima signale iz okoline i osigurava definisanje odgovora na te signale- omogućava međusobno povezivanje ćelija u veće formacije, a da se pri tom ne

gubi funkcionalna i morfološka individualnost.

Matrix formiraju lipidi koji su jedini gradivni element koji osigurava integritet i kontinuitet plazmaleme a, pored toga, lipidi daju pslonac i psnovnu strukturu u koju su uloženi svi drugi gradivni elementi plazmaleme. Sve biološke membrane imaju lipidni matrix izgrađen od dva monomolekularna sloja – vanjskog i unutrašnjeg.Lipidni se dvosloj sastoji od fosfolipida i holesterola. Molekula fosofolipida liči na asimetričnu zvučnu viljušku. Ima glavicu i dva repića. Glavicu čine glicerol, fosfat i holin i to je hidrofilni (polarni) dio molekule. Za glicerol se, preko njegovih COOH grupa vežu dvije masne kiselina i to jedna zasićena, a druga nezasićena. Dvije masne kiseline predstavljaju hidrofobni (nepolarni) dio fosfolipidne molekule.Holesterol je također odgovoran za očuvanje matrixa u tečnom stanju. Ima malu molekulu te se utiskuje između dvije fosfolipidne molekule i na taj način spriječava kristalizaciju tj. zbijanje fosfolipidnih molekula. Ovakva povezanost fosfolipida i holesterola povećava fleksibilnost i mehaničku stabilnost plazmaleme, a čini je i manje propusnom za male, u vodi topive molekule.

1

Proteini plazmaleme su globularne mase koje lebde u lipidnom dvosloju. Obavljaju najveći broj specifičnih funkcija plazmaleme. Po hemijskom sastavu to su čisti proteini, glikoproteini i proteoglikani. Vrše ulogu enzima, receptora, transportnih proteinskih kanala i nosača, aparata za intercelularne veze. Dijelimo ih na integralne i periferne.Integralni proteini su čvrsto vezani za matrix. Prema položaju u strukturi matrixa dijelimo ih u tri grupe:

- transmembranski proteini- proteini sa ekspozicijom prema extracelularnom prostoru- proteini sa ekspozicijom prema citoplazmi.

Periferni proteini nisu strukturna komponenta membrane već su sa unutrašnje strane labavo i tranzitorno vezani. To su proteini citosola pričvršćeni nekovalentnim vezama za unutrašnju stranu membrane. Zbog tečne konzistencije matrixa, proteini se mogu nesmetano bočno pomjerati.Proteinski kanali su građeni uglavnom od jedne, a rjeđe od dvije transmembranske molekule. Predstavljaju cjev kroz koju prolazi neka tvar, na taj način zaštićena od lipidnog dvosloja. U funkcionalnom smislu dijelimo ih na:

- akveusne pore i- jonske kanale.

Akveusne pore su konstantno otvorene, relativno slabo selektivne i kroz njih nesmetano prolazi voda i u njoj otopljene materije.Jonski kanali su zaduženi isključivo za transport jona. Ima ih oko 55 vrsta. Imaju oblik pješčanog sata, pri čemu se suženi dio naziva selektivni jonski filter, koji je svojom veličinom i oblikom prilagođen prolasku jedne vrste ili manje grupe srodnih jona. Osim selektivnog jonskog filtera na transport kroz ove kanale utiče i naboj u njihovoj unutrašnjosti. Tako, ako su jonski kanali u unutrašnjosti negativno nabijeni, kroz njih prolaze pozitivni joni i obrnuto.Osim selektivnosti i specifičnosti, jonski kanali imaju i osobinu regionalne lociranosti, što znači da pojedine ćelije ili dijelovi njihovih membrana imaju veći broj jedne vrste kanala nego drugih (npr aktivni kanali za Na+ na aksonskom brežuljku).

2

Jonske kanale možemo podijeliti na:- pasivne – konstanto su otvoreni- aktivne – povremeno otvoreni.

Aktivni jonski kanali u svojoj strukturi imaju aktivirajuća vrata (kanali za Na+ imaju i inaktivirajuća vrata), a s obzirom na koji način se ta vrata otvaraju, razlikujemo:

1) voltažno ovisne aktivne kanale – kanale ovisne o promjeni napona na ćeliskoj membrani i

2) ligandno ovisne kanale – ovisne o vezivanju hemijske supstance.

Ugljeni hidrati se nalaze na vanjskoj strani plazmaleme i formiraju glikokaliks. Sa lipidima i proteinima grade glikolipide, glikoproteine i preteoglikane i imaju ulogu receptora, antigena itd.

2. TRANSPORT KROZ ĆELIJSKU MEMBRANU (PASIVNI)

Transporte kroz ćelijsku membranu možemo podijeliti u skupine: pasivni , aktivni i vezikularni .Pasivni transport kroz ćelijsku membranu Pasivni transport predstavlja transport kroz membranu niz koncentracijski gradijent , tj. s mjesta veće ka mjestu manje koncentracije. Ovakav vid transporta se odvija bez utroška dodatnog vida energije, jer je kinetička energija tvari koja se transportira dovoljna da se izvrši ovaj vid transporta. Pasivni transport su difuzija, osmoza i filtracija.Difuzija je prijelaz čestica s mjesta veće ka mjestu manje koncentracije. Difuzija se može podijeliti na:

a) Prostu (jednostavnu) difuziju. Ovom vrstom difuzije prolaze: -tvari topive u lipidima, -tvari topive u vodi kroz proteinske kanale

b) Olakšanu (facilitiranu) difuziju ili nosačem posredovanu difuziju. Ovaj vid difuzije koriste tvari koje su djelomično topive u lipidima, a zbog svoje veličine ne mogu proći kroz proteinske kanale, te se za svoj transport koriste proteinskim nosačima. Tvar se veže za nosač pri čemu kompleks tvar - nosač postaje topiv u lipidima, dolazi do konformacione promjene nosača, i na taj način se vrši transport te tvari. Ovaj vid difuzije koriste tvari kao što su glukoza, aminokiseline, itd. Za razliku od jednostavne difuzije gdje brzina ovisi o razlici koncentracija, olakšana difuzija doseže neku maksimalnu brzinu, nakon čega se ta brzina smanjuje. Odlučujući faktor za brzinu olakšane difuzije je br o j slobod nih mjesta na proteinskom nosaču.

Neto difuzija tj. količina tvari koja difundira kroz membranu zavisi od niza faktora koje možemo podijeliti na:

3

1) Fakto re o d strane m embran e : a) p ovr š in a membrane (direktno proporcionalno) b) debljina membrane (obrnuto proporcionalno) c) broj proteinskih kanala i proteinskih nosač a (dir ektno proporcionalno)

2) F a ktore od str a n e tvari koj a d if u nd u j e: a) koncentracijski gradijent (direktno proporcionalno) b) veličina molekule (obrnuto proporcionalno) e) molekulska masa (obrnuto proporcionalno) d) topivost tvari u lipidima (direktno proporcionalno)

3) Temperatura (direktno proporcionalno) Difuzijski potencijal je potencijal na membrani koji nastaje zbog difuzije jona. Na difuziju jona utiču dvije sile: koncentracijski i električni gradijent, koji se jedan drugom suprostavljaju i koji je veći određuje smijer kretanja jona. Kada se ove sile izjednače, prestaje difuzija, tj. Neto difuzija je jednaka nuli. Tada se na membrani uspostavlja ravnotežni potencijal. Difuzijski potencijal se izračunava pomoću Nernstove jednačine:

EMS(mV) = +61 log conc int.c. / conc. exst.c.

Za izračunavanje difuzijskog potencijala, kada se difuzijom transportuje nekoliko različitih jona, koristi se Goldmanova jednačina. Ona pored razlike koncentracija jona, vodi računa i o permeabilnosti membrane i naboju jona.

EMS(mV)= -61 log c N a + i* PN a + +cKi * PK+ + e CI e * P CI C Na+e*PNa+ +cK+e*PK+ +c CI i*PCI

(još jedna definicija Nernstovog potencijala: razina potencijala na membrane koja spriječava neto difuziju jona u bilo kojem smjeru kroz membranu)

Osmoza je prolazak čestica rastvarača kr oz semip e rme a bilnu m e mbran u s mjesta manje na mjesto veće koncentracije rastvorene supstance. Semipermeabilna membrana je takva membrane koja propušta samo čestice rastvarača - vode, a ne propušta čestice rastvorene u njoj - molekule ili jone. Sila koja se suprostavlja osmozi naziva se osmotski pritisak. Njega stvaraju nedifuzibilne čestice na membrani. Vrijednost osmotskog pritiska ne zavisi od veličine već isključivo zavisi od broja rastvorenih čestica i direktno je proporcionalan tom broju, zbog toga je uveden pojam osmol koji koncentraciju izražava brojem čestica a ne masom. 1 osmol označava broj molekula u 1 molu nedisocirane rastvorene supstance. Tako 1 mol glukoze jednako 1 osmolu glukoze, jer glukoza ne disocira , a 1 mol NaCl-a iznosi 2 osmola jer NaCI disocira na Na+ i Cl־.

4

Filtracija je kretanje rastvorenih čestica i rastvarača (H2O) kroz semipermeabilnu membranu pod gradijentom hidrostatičkog pritiska.

TRANSPORT KROZ ĆELIJSKU MEMBRANU (AKTIVNI)

Aktivni transport predstavlja prijenos tvari s mjesta manje na mjesto veće koncentracije, odvija se uz utrošak dodatnog vida energije, jer kinetička energija tvari koja se kreće nije dovoljna da savlada silu koncentracijskog gradijenta. Aktivni transport se dijeli na dva tipa, prema izvoru energije koji se koristi da izazove transport:

- primarni aktivn i tra nsp o rt,- sekundarni aktivni transport.

Kod primarnog aktivnog transporta, energija se dobiva direktno iz razlaganja ATP-a ili nekog drugog visoko energetskog fosfatnog jedinjenja, Pr-l: Na-K-ATP-azna pumpa postoji u svim ćelijama tijela. Njena osnovna komponenta je proteinski nosač - kompleks dva odvojena globularna proteina, većeg i manjeg. Funkcija manjeg proteina je da pričvršćuje proteinski kompleks u lipidnoj membrani, a veći protein ima tri specifične karakteristike značajne za funkciju pumpe: - Na unutrašnjoj strani ima tri receptorska mjesta za vezivanje Na+ - Na vanjskoj strani ima dva receptorska mjesta za K+ - Ima ATP-aznu aktivnost. Tako, kada se 3 Na+ jona vežu za unutrašnji dio proteinskog nosača i 2 K+ za spoljašnji dio, aktivira se ATP-azna aktivnost proteina. Ona cijepa ATP na ADP i oslobađa visokoenergetsku fosfatnu vezu. Ova energija izaziva konformacionu promjenu molekule proteinskog nosača, što izbacuje 3 Na+ napolje, a ubacuje 2 K+ unutra.

Kod sekundarnog aktivnog transporta energija se dobiva sekundarno iz jonskih koncentracionih gradijenata. Znači, kod sekundarnog aktivnog transporta se ne koristi energija ATP-a nego energija koja se oslobodi prelaskom neke tvari, najčešće jona s mjesta veće na mjesto manje koncentracije. Oslobođena energija omogućava da se na nosač veže i druga tvar koja ide uz svoj koncentracijski gradijent. Tako razlikujemo dva oblika sekundarnog aktivnog transporta: • Kotransport - pri transportu Na+ i glukoze i Na+ i aminokiselina u proksimalnim kanalićima bubrega,

5

• Kontratransport - pri transportu Na+ i jona H+ u proksimalnim kanalićima bubrega.Zasićenje aktivnog transporta, kao i kod olakšane difuzije, posljedica je ograničenja brzine kojom se mogu odigravati hemijske reakcije vezivanja, otpuštanja konformacijskih promjena nosača.

Vezikularni transport

Predstavlja vid transporta kojim se pren os e v e lik e č estice koje ne mogu proći kroz membranu nego membrana oko njih formira omotač - vezikulu. S obzirom na smjer kretanja vezikule, razlikujemo: 1) e g zocitozu i 2) end o citozu - Ako se transportuju čvrste čestice onda se govori o fagocitozi, a kada se

transportuje tečni material, onda je to pinocitoza.

MIRUJUĆI MEMBRANSKI POTENCIJAL

Postojanje polarizacije stanične membrane u mirovanju je preduslov za prijem, prijenos podražaja i/ili odgovor stanice na njega.Ustanju mirovanja u stanicama razdražljivih, ekscitabilnih tkiva, postoji prirodni ili mirujući membranski potencijal (MMP). Polarizacija stanične membrane, koja je u osnovi MMP, je razlika potencijala između intra i ekstracelularne površine stanične membrane. Stanična membrana je sa unutrašnje strane elektronegativna, a sa spoljašnje elektropozitivna. Unutrašnja strana je elektronegativna zbog nagomilavanja negativno nabijenih čestica (veliki nedifuzibilni anjoni: albumini, fosfati). Vanjska strana je elektropozitivna zbog nagomilavanja

6

pozitivno nabijenih čestica. Po dogovoru MMP se označava negativnim predznakom. Vrijednost mu zavisi od vrste organizma i vrste stanica (u rasponu od –9 do –100 mV). MMP u debelim nervnim vlaknima i u mišićnim vlaknima poprečno prugastih mišića iznosi od -70 do -90 mV.

Uzroci nastanka mirujućeg membranskog potencijala su : 1) Semipermeabilnost membrane Membrana je u mirovanju 50-100 puta permeabilnija za K+ nego za Na+. Razlog tome je veći broj pasivnih kanala za K+ nego za Na+ 2) Raz l ika u koncentraciji jon a na staničnoj membrane - koncentracioni gradijent

ext intNa+ 140 mmol/L 14 mmol/L

K+ 4 mmol/L 140 mmol/L

Cl- 109 mmol/L 10 mmol/L

Buduć da je za K membrana i do 100 puta propusnija u mirovanju, joni K se kreću niz svoj koncentracijski gradijent prema vani i redaju se sa vanjske strane stanične membrane stvarajući pozitivan naboj. Njihovim izlaskom na unutrašnjoj strani membrane se nagomilavaju negativno naelektrisani anjoni proteina i fosfata. To su makromolekule koje ne mogu izaći pa se redaju sa unutrašnje strane i tako formiraju negativan naboj.

Budući da je MMP dinamičan proces, mijenja se pri djelovanju neke draži, bitno je da se on nakon djelovanja draži ponovo uspostavi kako bi membrana bila ponovo podražljiva. Pri narušavanju MMP- se uključuje Na-K pumpa koja izbacuje 3 Na , a ubacuje 2K, uz korištenje energije ATP-a.

Koncentracija jona kalija unutar stanice iznosi oko 140 mmol/L, a van nje je oko 4 mmol/L. Hemijski, koncentracioni gradijent za kalij usmjeren je iz stanice prema vanjskoj sredini. Joni kalija zbog toga difundiraju kroz svoje kanale niz koncentracioni gradijent. Izlazeći u vanjsku sredinu, pozitivni joni kalija nose iz stanice pozitivne naboje, pa se stvara elektropozitivnost sa vanjske strane membrane. Ovu difuziju jona K ne prati difuzija anjona, čije su hidratisane čestice suviše velike da bi mogle proći kroz kanale.Sa unutrašnje površine membrane se zbog toga nakupljaju negativno nabijene čestice i uspostavlja se i električni gradijent. On uvjetuje difuziju jona kalija u suprotnom smjeru, iz vanjske sredine nazad u stanicu. Obje sile zajedno se označavaju kao elektrohemijski gradijent.

Koncentracija natrija van stanice je oko 142 mmol/L,a unutar stanice oko 14 mmol/L. Koncentracijski gradijent za natrij je usmjeren u stanicu. S’obzirom na to da je membrana sa unutrašnje strane elektronegativni električni gradijent za pozitivni natrijev jon usmjeren je u istom pravcu.

AKCIONI POTENCIJAL

7

Akcioni pot e ncijal p re d stav lj a brz e, kra t kotraj n e izmj ene m i ru j u ćg membranskog p ote ncijal a n as t a le djelovanjem odgovarajuce draži. Jedan od osnovnih preduslova koji draž mora zadovoljiti, da bi dovela do pojave akcionog potencijala, je da mora im a t i odgovarajucu jačinu . Taj minimalni intenzitet draži koji dovodi do pojave akcionog potencijala naziva se pražna vrijednost , a to je minimalni intenzitet draži koji je dovoljan da izazove redukciju MMP-a za1/6 njegove vrijednosti. Za nastanak akcionog potencijala su odgovorni aktivni napon ovisni jonski kanali za natrij. Oni imaju dvoja vrata : aktivirajuća - voltažna(napon) ovisna, koja su u mirovanju zatvorena, i inaktivirajuća-vremenska vrata ,koja su u stanju mirovanja otvorena.Kada draž djeluje na membranu, na tom dijelu dolazi do otvaranja aktivirajućih vrata na određenom broju aktivnih kanala za jone Na+. Potom joni Na+ ulaze u ćeliju i na tom dijelu membrane dolazi do inverzije potencijala – lokalna inverzija. Ukoliko je draž dovoljne jačine, tj ukoliko je ulazak natrija dovoljan da izazove promjenu MMP- a za 1/6 njegove vrijednosti nastaće akcioni potencijal tj dostigne se nivo okidanja. U tom momentu dolazi do eksplozivnog o tv ara n j a velikog broja aktivnih jonskih kanala za Na+ , po sistemu strujnih krugova i joni Na+ ulaze u stanicu. To je stadij d e p o l ar iz ac i j e. Tada je membrana oko 1000 puta permeabilnija za jone Na+ nego za K+.

Kako potencijal raste, tj. postaje sve više pozitivan, to uzrokuje zatvaranje inaktivirajućih vrata na aktivnim kanalima za jone Na+ i u jednom trenutku prestaje ulazak jona Na+ , na čitavoj membrani se desila inverzija potencijala.

Da bi se vratila normalna razlika potencijala potrebno je da se iz stanice izbace pozitivni joni. Budući da u stanici ima najviše K+, dolazi do otvaranja njegovih aktivnih kanala, pri cemu K+ izlazi iz s t anic e i to je stadijum r e pol a riz aci j e. Potencijal na membrani opada ali pada ispod vrijednosti MMP-a, što se naziva hiperpolarizacija ili negativni naknadni potencijal. Nastaje zbog sporog otvaranja i zatvaranja aktivnih kanala za kalij.

8

To ispravlja Na-K pumpa. U toku depolarizacije i početnog dijela repolarizacije membrana je apsolutno refraktorna. To znači da se ne može uopšte podražiti nikakvom draži. U ostalom dijelu repolarizacije je relativno refraktarna ali samo na draži puno većeg intenziteta od pražne.

Ako draž nema pražnu vrijednost, dolazi do otvaranja određenog broja Na –kanala ali taj ulazak Na+ jona nije dovoljan da se dosegne pražna vrijednost pa akcioni potencijal ne nastaje. Nastaje lokalna reakcija (elektronički potencijal) koji se ne širi po zakonu sve ili ništa.

Kad nastane, akcioni potencijal se širi po zakonu s v e il i ni šta , s jednog dijela membrane duž čitave membrane, uvidu strujnih krugova, gdje jedan kanal otvara drugi, itd Širenja akcionog potencijala duž nervnih vlakana ovisi o vrsti nervnog vlakna. Postoje debela i tanka nervna vlakna. Debela su vlakna mijelinizirana a tanka su nemijelinizirana.

NEURON

je osnovna morfofunkcionalna jedinica građe nervnog sistema. Morfološki na njemu razlikujemo tijelo- somu, koja sadrži jedro i organele, te 2 vrste nastavaka, kratke- dendrite, i duge – aksone( neurite) – obično jedan akson. Na aksonu razlikujemo aksonski brežuljak , aksonsko vlakno i aksonsi završetak – telodendron.

Funkcionalno neuron možemo podijeliti na receptivni dio- dio koji prima podražaj – to su tijelo i dendriti, i konduktivni dio- dio koji prenosi podražaj- to je akson. Da bi se mogle vršiti ove funkcije, na neuronu su raspoređeni jonski kanali. Pasivni jonski kanali su raspoređeni po cijelom neuronu. Napon ovisni jonski kanali, koji su neophodni za nastanak akcionog potencijala su raspoređeni duž aksona, dok su medijator-ligand ovisni jonski kanali raspoređeni duž tijela i dendrita. Njihovim otvaranjem nastaje lokalna promjena potencijala, koja se ne širi, ali ako je dovoljnog intenziteta može izazvati pojavu akcionog potencijala na aksonskom brežuljku, koji će se širiti duž aksona. Širenja akcionog potencijala duž nervnih vlakana ovisi o vrsti nervnog vlakna. Postoje debela i tanka nervna vlakna. Debela su vlakna mijelinizirana a tanka su nemijelinizirana. Kod mijeliniziranih vlakna, srčiku čini akson, a membrana axona zapravo je vodljiva membrana, koja provodi akcioni potencijal. Središnji dio axona ispunjava aksoplazma, viskozna intracelularna tečnost. Oko axona se nalazi mijelinska ovojnica. Na razmacima od 1-3 mm uzduž axona, mijelinsku ovojnicu prekidaju Ranvierovi čvorovi.

Mijelinsku ovojnicu oko axona sačinjavaju Schwannove ćelije. Na mjestu na kojem se sastaju dvije Schwannove stanice nalazi se maleno područje bez izolacije, a to su upravo Ranvierovi čvorovi.

Akcioni potencijal se javlja samo na tim čvorovima i dalje se prenosi od čvora do čvora. To se zove skokovito vođenje i korisno je iz dva razloga. Prvo, povećava se brzina širenja impulsa u mijeliniziranim vlaknima do 50x. Drugo, štedi se energija axona. Naime, depolarizuju se samo suženja – čvorovi, pa se gubi 100x manje jona nego inače.

DRAŽI, KVALITET DRAŽI, HRONAKSIMETRIJA

9

Draži su promjene u unutrašnjoj i vanjskoj sredini koji dovode do podražaja odgovarajucih struktura. Prema prirodi draži mogu biti: mehanicke hemijske svjetlosne itd.Draži posjeduju 3 glavne osobine : intenzitet , vrijeme trajanja brzinu uvođenja Ove tri kvalitete se odnose recipročno, promjena jedne uzrokuje promjenu druge dvije kvalitete, da bi došlo do podražaja.

Intenzitet draži - svaka draž mora imati minimalni intenzitet da bi dovela do podražaja. Taj minimalni intenzitet mora biti dovoljan da promijeni vrijednost mirujućeg membranskog potencijala za 1/6 njegove početne vrijednosti. Draž koja nema tu jačinu je podpražna draž. Vrijeme trajanja draži - draž mora imati određeno vrijeme trajanja da bi dovela do podražaja. Odnos između intenziteta i vremena trajanja draži proučava hronoksimetrija, a krivulja koja pokazuje taj odnos je Weiss Lapique - krivulja.

Pri izvođenju vježbe uzme se galvo n sko p ska n oga (spoj nerva i mišića) i priključi na izvor struje. Intenzitet struje se polako povećava sve dok se ne dobije pražni odgovor u vidu kontrakcije mišića. Taj minimalni intenzitet draži pri beskonačnom vremenu trajanja draži naziva se r e obaza. Ako vrijeme trajanja draži produžavamo, pražni odgovor se ne mijenja (poslije reobaze ravna crta). Ako se vrijeme trajanja draži skraćuje, neće se desiti ništa sve dok se vrijeme ne skrati ispod korisnog vremena. A, korisno vrijeme je najkraće vrijeme trajanja draži pri intenzitetu reobaze koja daje odgovor. Ako se vrijeme trajanja draži skrati ispod korisnog vremena, da bismo dobili pražni odgovor, intenzitet draži moramo povećati. Vrijeme trajanja draži pri intenzitetu dvostruke reobaze naziva se h ronaksija .

VRSTE MIŠIĆA I NJIHOVE FIZIOLOŠKE KARAKTERISTIKE

Prema srukturnoj podjeli, razlikujemo dvije vrste mišića popre čn o pruga s te i glatke mišiće, Prema funkcionalnoj podjeli, razlikujemo: skeletne mišiće, glatke mišiće i srčani mišić.

Fiziološka građa skeletnog mišića

10

Osnovne karakteristike skeletnog mišića su: 1)poprečna ispruganost i 2)voljna inervacija.Skeletni mišići su građeni od mišićnih vlakana- to su izdužene stanice, sa više periferno postavljenih jedara. Svako mišićno vlakno posjeduje sopstvenu ćelijsku ovojnicu - Sarkolemu. Na njoj se nalaze uvrnuća- T-tubuli koji omogućavaju širenje akcionog potencijala ka unutrašnjosti mišićnog vlakana. Sa strana T tubula se nalaze cisteren sarkoplazmatskog retikuluma, koje su bogate jonima kalcija. Ovaj kompleks 1 tubul i 2 cisterne se naziva trijada.Svako mišićno vlakno sadrži nekoliko stotina do nekoliko hiljada m io f i br i l a . Svaka miofibrila ima oko 1.500 miozinskih i 3000 aktinskih filamenata koji leže jedni uz druge, a u njihovu građu ulaze kontraktilni proteini aktin i miozin. Niti miozina se jednim dijelom preklapaju i tako uzrokuju naizmjenično svi j etle i t a mne pr u ge miofibrila.

SARKOMERAMeđusobni odnos miozinskih i aktinskih niti uzrokuje poprečnu ispruganost skeletnih mišića, a najbolje se pokazuje pomoću sarkomere. Ona je osnovna morfo l oško- funkc i onalna jedinica mišićnog vl a kna . To je prostor između dvije susjedne Z-membrane prosječne duzine 2 mikrometra. Za ove membrane se jednim svojim krajem vežu aktinske niti, dok su drugim krajem slobodne, a između njih se nalaze miozinske niti. Dio sarkomere koji sadrži samo aktinske niti se označava kao I-pruga (izotropna za polarizovanu svjetlost), dio sarkomere koji sadrži miozinske niti i krajeve aktinskih niti koje se preklapaju sa miozinskim označava se kao A-pruga (anziotropna za polarizovanu svjetlost), a dio sarkomere koja sadrži samo miozinske niti označava se kao H-z o n a u čijem je središtu M-linija koja predstavlja središte miozinske niti. Sarkomere su u skeletnom mišiću pravilno raspoređene i to uzrokuje poprečnu ispruganost.

11

FIZIOLOŠKA ULOGA KONTRAKTILNIH PROTEINA

Svako mišićno vlakno sadrži nekoliko stotina do nekoliko hiljada miofibrila. Svaka miofibrila ima oko 1500 miozinskih i 3000 aktinskih filamenata, a u njihovu građu ulaze kontraktilni proteini aktin i miozin. Miozinska nit se sastoji od oko 200 miozinskih molekula.Molekula miozina je sastavljena od 6 polipeptidnih lanaca, dva teška i četiri laka, odnosno od teškog i lakog meromiozina. Dva teška lanca - teški meromiozin, formiraju dvostruki heliks i tako čine tijelo miozinske molekule. Jedan kraj svakog od ovih lanaca se nabira u globularni protein nazvan miozinska glava, kojih je zato dvije. Četiri laka lanca - laki meromiozin, po dva za svaku glavu, su dio miozinske glave i pomažu u kontroli njene funkcije prilikom mišićne kontrakcije. Na miozinskim molekulama opisujemo: glavice, vratni i repni dio. Između glavica i vrata, i između vrata i repa nalaze se zglobovi koji omogućavaju savijanje. Glavice sa vratnim djelovima čine poprečne mostove. Osim ATP-azne uloge, na glavicama se nalazi i tzv. mjesto vezivanja koje ima veliki afinitet za molekulu aktina. Miozinske molekule samo svojim repnim dijelom ulaze u sastav miozinske niti, dok glavice i vratni dio ostaju izvan. Aktinska nit je sastavljena od tri proteinske komponente: aktin, tropomiozin i troponin. Aktin grade dva lanca F-aktina u vidu dvostukog heliksa, a svaki lanac F-aktina grade molekule G-aktina. Za svaku G-aktinsku molekulu je prikacena po jedna molakula ADP-a koji predstavljaju aktivna mjesta koja se pod određenim uvjetima vezuju sa glavicom poprečnih mostova. Tr o pom ioz in je polipeptidni lanac koji je labavo vezan za lance F-aktina u dvostrukom heliksu. Tropo nin je kompleks od tri labavo povezane proteinske subjedinice I, T i C. Troponin T zajedno sa tropomiozinim gradi troponin - tropomiozinski kompleks koji u mirovanju prekriva aktivna mjesta na molekuli aktina. Zbog toga ne moze doći do privlačenja aktinskih i miozinskih filamenata da bi se izazvala kontrakcija (troponin-tropomiozinski inhibitomi kompleks). Troponin I ima snažan afinitet prema aktivnim mjestima na aktinu. Troponin T se spaja sa tropormozinom, a troponin C ima afinitet za Ca++ jone čime inicira proces kontrakcije.

MEHANIZAM MIŠIĆNE KONTRAKCIJE

12

Kontrakcija započinje oslobađanjem jona Ca++ iz cisterni sarkoplazmatskog retikuluma. Ca++ se veže za C podjedinicu troponina uzrokujući konformacionu promjenu troponin-tropomiozinskog kompleksa koji se uvlači dublje u aktinsku nit čime se aktivina mjesta na aktinu otkrivaju. Prethodno na miozinsku glavicu dolazi molekula ATP-a koja se zbog ATP-azne aktivnosti glavice razlaže na ADP i P koji ostaju na glavici i uzrokuju pojavu napetosti glavice i vrata (ATP energizira glavicu).

Kada se aktivno mjesto na aktinskoj niti oslobodi, dolazi do reverzibilnog spajanja aktina i miozina, pri čemu energija nastala razgradnjom ATP-a dovodi do savijanja glavice i vrata miozinske molekule prema repnom dijelu. Ovo savijanje miozinske glavice'i vrata se naziva zaves l aj, kojim se aktinske niti povlače prema središtu sarkomere. Na taj način ona povuče za sobom i aktinske niti.

Nakon savijanja na miozinsku glavicu dolazi nova molekula ATP-a (ADP i P su se otpustili sa glavice), što uzrokuje da se miozinska glavica vrati na prvobitno mjesto gdje se ATP opet razlaže na ADP i P i čeka novo aktivno mjesto na aktinu. Na taj način dolazi do skraćivanja sarkomere uzrokovano klizanjem aktinskih i miozinskih niti, dolazi do skraćivanja miofibrila, odnosno mišićne stanice. Iako se aktin i miozin nazivaju kontraktilnim bjelančevinama, oni se ne skraćuju nego samo kližu jedni između drugih. Do relaksacije dolazi odvajanjem Ca++ od troponina C, čime kompleks troponin - tropomiozin ponovo prekrije aktivna mjesta na aktinu, Ca++ se vraca u cisterne sarkoplazmatskog retikuluma primarnim aktivnim transportom, pomoću Ca++ pumpe (3.molekula ATP-a).

ODNOS SNAGE I DUŽINE MIŠIĆA

Ako je sarkomera jako rastegnuta tako da je aktinska nit potpuno izvučena do krajeva miozinske niti tj uopće nema preklapanja snaga koju razvija aktivirani mišić jednaka je nuli Skraćivanjem sarkomere, preklapanje miozinske niti sa aktinskom niti se poveć- ava.U isto vrijeme se i napetost u mišiću povečava, sve dok se sarkomera ne skrati na približno 2,2 m. Tada je stepen preklapanja miozinskih i aktinskih niti optimalan pa će snaga mišićne kontrakcije biti maksimalna. Ako se sarkomera i dalje skraćuje, pa se krajevi aktinskih niti počinju preklapati jedan s drugim, a ujedno preklapaju i miozinsku nit, tada se snaga mišićne kontrakcije znatno smanjuje.

Maksimalna kontrakcija se postiže onda kada su aktinska i miozinska nit u optimalnom odnosu, tj. kada aktinska nit optimalno preklapa poprečne mostove miozinske niti. Ovaj mehanizam je prisutan u procesu autoregulacije srčanog rada. Njime se omogućava da se u fiziološkim granicama sva krv koja dođe u srce ispumpa iz njega. U slučaju zatajivanja srca, kada se poveća inicijalna dužina mišićnih vlakana izvan fizioloških granica ovaj mehanizam postaje nedjelotvoran

ENERGETIKA MIŠIĆNE KONTRAKCIJE

Misićna kontrakcija predstavlja visoko energetski proces tj. za njeno odvijanje je potrebna odgovarajuća količina energije. Neposredni donator energije za mišićni rad je ATP. U mišićnim stanicama postoji ograničena količina ATP-a koja se brzo troši i mora

13

se nadoknaditi iz drugih izvora da bi se održala mišićna aktivnost. Postoje 3 metabolička sistema koji mišićima daju energiju :

1. fosfageni izvor2. sistem glikogen-mliječna kiselina3. aerobni sistem

1. fosfageni sistem čine ATP i kreatinfosfat. Obje molekule posjeduju energijom bogate fosfatne veze čijom se hidrolizom oslobađa energija. U svakoj fosfatnoj vezi ATP-a je pohranjeno oko 30,5 kJ energije po molui, a u kreatinfosfatu 43 kJ po molu. Većina stanica ima 2 do 4 puta više kreatinfosfata nego ATP-a. Količina ATP-a u mišićnoj stanici dobro treniranih sportista je dovoljna za održavanje maksimalne snage mišića za samo oko 3 sekunde. Fosfageni sistem je odgovoran za maksimalni, ali kratkotrajni rad u toku 8-10 sekundi.

2.Glikogen koji je pohranjen u mišićima može se razgraditi procesom glikoogenolize dajući molekule glukoze. Početna faza razgradnje glukoze, glikoliza se odvija bez prisustva kisika. Glukoza se pri tome razlaže na 2 molekule pirogrožđane kiseline, a energija osobođena iz svake molekule glukoze daje 4 molekule ATP-a, od kojih se samo dvije koriste za mišićni rad. Kad nema dovoljno kisika većina pirogrožđane kiseline se pretvara u mliječnu kiselinu. Sistem glikogen-mliječna kiselina namiče energiju 2 puta sporije nego fosfageni mehanizam. Osigurava dodatnih 1-1,5 minuta maksimalnog mišićnog rada.

3.Pirogrožđana kiselina međutim obično ulazi u mitohondrije mišićnih stanica, i u prisustvu kisika, aerobnom glikolizom nastaje 38 mola ATP-a. Aerobni sistem podrazumijeva okidaciju hranljivih materija u mitohondrijama radi namicanja energije. Glukoza, masne kiseline i aminokiseline iz hrane uz utrošak kisika oslobađaju energiju za sintezu ATP-a. Aerobni sistem je odgovoran za dugotrajni napor.

IZOMETRIJSKA I IZOTONIČNA MIŠIĆNA KONTRAKCIJA

U odnosu da li se u toku mišićne kontrakcije mijenja tonus ili dužina mišića, opisujemo dvije vrste mišićnih kontrakcija:1) izometrijska kontrakcija- je takva kontrakcija gdje se dužina mišića ne mijenja, ali se tonus povećava, npr: stajanje, podizanje tereta kojem ne možemo da savladamo težinu.2) izotonična kontrakcija – je ona kontrakcija gdje se tonus mišića ne mijenja, a dužina se smanjuje, npr: bilo kakvo dizanje.

U organizmu su u principu sve kontrakcije kombinirane, tj kombinuju se izotonična I izometrijska kontrakcija, npr: podizanje teškog predmeta rukom, hodanje.Izotonična kontrakcija troši manje energije jer nema klizanja između aktinskih I miozinskih niti.

14

Osim toga i mišićne relaksacije možemo podijeliti na izometrijske i izotoničke. Izometrijska relaksacija je relaksacija gdje dužina ostaje ista, a tonus mišića se smanjuje, dok je izotonička relaksacija- tonus isti , a dužina se povećava.

MOTORNA JEDINICA

Skeletne mišiće inerviraju vlakna iz prednjih rogova kičmene moždine (aksoni α-moto neurona). Svako vlakno se na svom kraju grana na nervne završetke, pri čemu svako mišićno vlakno dobija po jedan nervni završetak. Sva mišićna vlakna koja inervira jedno nervno vlakno čine motornu jedinicu. Broj mišićnih vlakana unutar motorne jedinice varira i zavisi od funkcije samog mišića. Postoje male i velike motorne jedinice. Ako mišić vrši precizan rad kao sto je to slučaj kod mišića šake i larinksa, unutar njihovih motornih jedinica ima vrlo malo mišićnih vlakana To je potrebno zbog toga što informacija koja dolazi za njihovu kontrakciju iz kore velikog mozga mora biti jako precizna (informacija je preciznija što se nervno vlakno manje grana). Za razliku od ovih mišića, mišići koji ne vrše tako preciznu radnju (mišići leđa), unutar motornih jedinica imaju i do 100 mišićnih vlakana,tj imaju male motorne jedinice, jer i informacija koja dolazi za njihovu kontrakciju ne mora biti precizna.

Postoji mogućnost udruživanja motornih jedinica u istovremenu kontrakciju , kako bi se povećala snaga mišićne kontrakcije- ova pojava je označena kao regrutacija motornih jedinica.

NEUROMUSKULARNI SPOJ

Mišićna kontrakcija počinje oslobađanjem jona Ca++ iz cisterni sarkoplazmatskog retikuluma, a onda se Ca++ veže za troponin C. Da bi se Ca++ oslobodio iz cistemi sarkoplazmatskog retikuluma, potreban je odgovarajući podražaj - impuls. Taj impuls dolazi sa nervnog vlakna na mišićno vlakno preko motorne ploče - neuramuskularne veze. To je sinapsa između nervnog i mišićnog vlakna. Kao i svaka sinapsa ima 3 dijela :

1.Presinaptička membrana - čini je membrana aksonskog završetka u kojem se nalaze vezikule sa neurotransmiterom – acetilholinom i veliki broj mitohondrija 2.Sinaptička pukotina - prostor između 2 membrane širine 20-30nm. U njoj se nalazi veliki broj Ca++ jona i enzim acetilkolin esteraza. 3.Postsinaptička membrana - čini je membrana mišićnog vlakna, na kojoj se nalaze receptori za acetilholin

15

Kada impuls koji dolazi putem aksona dođe do aksonskog završetka, on uzrokuje ulazak jona Ca++ iz sinaptičke pukotine u aksonski završetak. To dovodi do toga da se vezikule sa acetilholinom približe membrani, spoje sa njom i nastaje egzocitoza acetilholina u sinapticku pukotinu. Zatim acetilholin dolazi do postsinaptičke membrane gdje se veže za receptore, a to su aktivirajuća vrata na medijator ovisnim aktivnim kanalima, te dolazi do njihovog otvaranja.

Ti kanali su u unutrašnjosti negativno nabijeni tako da spriječavaju prolazak klora, kroz ove kanale prolaze joni Na+, jer ih osim negativnosti u unutrašnjosti kanala privlači i negativan naboj proteina sa unutrašnje strane membrane. Ulaskom jona Na+ dolazi do porasta potencijala, odnosno javlja se potencijal motorne ploče. To je elektrotonički potencijal, odnosno potencijal spoja, koj i se ne širi , dok akcioni potencijal nastaje tek na krajevima motorne ploče. On se širi duž membrane i ulazi u T-tubule. Zbog bliskosti membrane T tubula i cisterni taj se akcioni potencijal širi s jedne membrane na drugu i uzrokuje otvaranje napon ovisnih kanala za kalcij koji izlazi iz cisterni u citoplazmu.

16

PROSTA MIŠIĆNA KONTRAKCIJA

Je ona kontrakcija koja se dobija samo u eksperimentalnim uslovima, tj. kada se primjeni samo jedan impuls na mišićno vlakno. Ona prosječno traje lOOms i obuhvata 3 perioda:

1) latentni period, predstavlja širenje električnih procesa tj. širenje akcionog potencijala duž nervnog vlakna preko motorne ploče na mišićno vlakno i oslobađanje jona Ca++. Traje prosječno lOms, 2) aktivna faza - faza kontrakcije, predstavlja mehaničke procese tj. klizanje aktinskih i miozinskih niti i skraćenje mišića. Traje prosječno 30ms, 3) pasivna faza - faza relaksacije, predstavlja relaksaciju mišića , tj.vraćanje aktinskih i miozinskih niti na prvobitna mjesta i vraćanje jona Ca++ u cisterne sarkoplazmatskog retikuluma, traje prosječno 60ms.

SLOŽENE MIŠIĆNE KONTRAKCIJE; TETANUSI

To su sumirane, produžene mišićne kontrakcije koje nastaju zbog produženog izlaska Ca++ iz cisterni sarkoplazmatskog retikuluma. Sumacija znači zbrajanje pojedinih mišićnih trzaja radi povećanja intenziteta ukupne mišićne kontrakcije. Sumacija nastaje na dva načina: 1) povećanjem broja motoričkih jedinica koje se kontrahuju istovremeno – sumacija većeg broja vlakana i 2) povećanjem frekvencije kontrakcija – sumacija frekvencija.U zavisnosti u koju fazu proste mišićne kontrakcije pada naredni impuls, dešava se sljedeće:

a) ako naredni impuls padne u latentni period, neće doći do pojave nove mišićne kontrakcije, to je zbog toga što su membrane u fazi depolarizacije apsolutno refraktarne,

17

b) ako naredni impuls padne u aktivnu fazu, doći će do pojave nove mišićne kontrakcije, pri čemu se ova kontrakcija sumira sa prethodnom i dobija se jednogrba krivulja.

c)ako naredni impuls padne u pasivnu fazu, doći će do pojave nove mišićne kontrakcije koja će se sumirati sa prethodnom pri čemu ćemo dobiti dvogrbu krivulju.Tetanusi To su sumirane, produžene mišićne kontrakcije koje nastaju zbog produženog izlaska Ca++ iz cisterni sarkoplazmatskog retikuluma. Kad frekvencija dosegne kritični nivo, uzastopne kontrakcije tako su brze da se bukvalno stapaju, pa kontrakcija postane kontinuirana. To se zove tetanizacija.

1. trajno potpuni (TP) – nastaju kada su frekvenca i intenzitet impulsa visoki, a svaki impuls pada u aktivnu fazu prethodne kontrakcije

2. trajno nepotpuni (TN)– frekvenca I intenzitet impulsa niži I svaki naredni impuls pada u pasivnu fazu prethodne kontrakcije

TP prelazi u TN kada je frekvenca visoka, a intenzitet nizak. TN prelazi u TP kada je frekvenca niska, a intenzitet visok

OSNOVNI MEHANIZMI KONTRAKCIJE GLATKOG MIŠIĆA

Glatki mišić za razliku od skeletnog grade puno tanja i kraća mišićna vlakna. Dvije osnovne karakteristike glatkih mišića su: n e m aj u popr ec nu is prug a no s t, n e stoje p od ut ica j em naše volje .Razlikujemo 2 vrste glatkih mišića:

a) Višejedinični glatki mišić - izgrađen je od v eliko g b ro j a m eđ u sob n o o d i j e lj e n ih mišić n i h v l aka n a koja imaju inervaciju od vegetativnog nervnog sistema (autonomnog) npr:cilijami mišić oka i piloerekcijski mišić dlake

b) Jedn o j e dini č n i g lat ki mišić - je izgrađen od mase ve l iko g _br o j a m e đu s o bn o

18

s t o plj e nih mišićnih v l a kan a . Na membranama tih vlakana postoji jako puno pukotinastih spojeva koji omogućavaju da joni prelaze iz jedne stanice u drugu. Zbog toga se glatki mišić kontrahira poput mase tj. sincicija. Ova vrsta glatkog mišića izgrađuje zid unutrašnjih organa, pa se jos naziva i visceralni glatki mišić.

Glatka mišićna stanica se razlikuje od skeletne mišićne stanice po sljedećim karakteristikama: stanice su kraće, vretenaste i imaju jedno centralno postavljeno jedro. Na membrani nema T-tubula. Imaju slabo razvijen sakroplazmatski retikulum u kojem nema dovoljno Ca++ za mišićnu kontrakciju pa se on unosi dodatno iz ekstracelularne tekućine. Nemaju sarkomere, nemaju Z-membranu, nego se aktinske niti jednim svojim krajem vežu za zgusnuta tjelašca, a između aktinskh niti se nalazi jedna miozinska nit; U sastavu aktinskih niti nemaju troponin C , nego se Ca++ veze za kalmodulin; dolazi do aktivacije miozinske niti.

Mehanizam kontrakcije glatkog mišića

1) nakon sto uđe ucitoplazmu, Ca++ se veže za k a lmodul in , 2) kompleks Ca - k a lm o dul in aktivira enzim mi oz in- k in az u ,3) miozin-kinaza fo s for ili r a jedan od lakih lanaca na miozinskoj glavici koji se naziva r e gul a cij s ki l a na c . To dovodi do pojave k l i z a nja aktin s kih i mi o zin s kih niti , 4). do r e l a ksa ci j e dolazi ak ti v i ra njem mi oz in-fo s f ata z e , enzima smještenog u tekućini glatke mišićne stanice, koja deformiše regulacijski lanac što uzrokuje prestanak kontrakcije i vraćanje Ca++ u ekstracelularnu tekućinu.

Medjutim proces razdvajanja aktivna i miozina traje znatno duže nego kod skeletnih vlakana, zbog slabe ATP-azne aktivnosti miozinske glavice. Zbog toga kontrakcija traje duže i troši manje energije. Ovaj produženi kontakt aktina i miozina se naziva zaključani most. Za razliku od skeletnih mišića do čije kontrakcije mogu dovesti samo nervni impulsi, kontrakciju glatkih mišića mogu proizvesti različiti faktori, a to su :

1. nervni faktori- nervni impulsi iz VNS-a tj simpatikusa i parasimpatikusa.2. humoralni faktori- hormoni, neurotransmiteri, promjene u sastavu ekstracelularne

tekućine3. mehanički faktori- rastezanje mišićnih vlakana.

USPOREDBA KONTRAKCIJE GLATKOG I SKELETNOG MIŠIĆA

Većina se skeletnih mišića kontrhuje i relaksira brzo, a kontrakcija je većine glatkih mišića tonična i dugo traje, katkad satima ili čak danima. Za razliku od kontrakcije skeletnog mišića,

- kontrakcije glatkih mišića znatno duž e traju. To je zbog toga što glavice miozinskih molekula imaju slabu ATPaznu aktivnost, pa aktinske i miozinske niti ostanu duže vezane jedne uz druge. Osim toga, u toku kontrakcije glatkih mišića, iz istog razloga

19

- troši se i manje energij e. Glatki mišić za postizanje iste kontrakcijske napetosti troši 10-300 puta manje energije. Ekonomičnost trošenja energije vrlo je važna za cjelokupnu energetiku organizma, jer organi poput crijeva, mokraćnog mjehura itd., moraju gotovo neprekidno održavati toničnu mišićnu kontrakciju.

- Glatki mišići stvaraju znatno veću silu pri svom skraćivanju nego skeletni, znatno se više skrate u toku mišićne kontrakcije i brže se oporavljaju od skeletnih mišića nakon mišićne kontrakcije.

- Glatki mišići posjeduju sposobnost stres-relaksacije. Naime, sila kontrakcije se, nekoliko sekundi ili minuta nakon produživanja ili skraćivanja mišića, vrati gotovo na isti nivo. Npr. mišići mokraćnog mjehura: kad se mokraćni mjehur napuni urinom, porastom volimena u njemu raste pritisak i dolazi do rastezanja njegovih zidova. Međutim, tokom slijedećih 15s – 1min, uprkos neprekidnom rastezanju zida mjehura, pritisak se vraća gotovo na isti nivo prije rastezanja. Ako se volumen naglo smanji, pritisak se znatno snizi, ali se u sljedećih nekoliko sekundi ili minuta vrati na početni nivo. Te pojave nazivamo stress-relaksacijom odnosno obrnutom stress-relaksacijom.

FUNKCIONALNA ORGANIZACIJA RESPIRATORNOG SISTEMA

Respiratorni sistem je složeni organski sistem. U funkciju ovog sistema su pored disajnih puteva i pluća uključeni i respiratorna muskulatura, kardiovaskularni sistem te nervna i humoralna kontrola . Disajni putevi su nos, nazofarinks, larinks, traheja, bronhi i bronhiole do nivoa terminalnih bronhiola gdje započinje respiratorna zona. Disajni putevi imaju ulogu provođenja zraka do respiratorne površine, njegovo čišćenje, vlaženje i zagrijavanje. Neprekidna opskrba oksigenom i neprekidno izbacivanje karbondioksida potrebno je za održavanje normalnog metabolizma u stanicama ljudskog organizma.

Proces disanja započinje ventilacijom pluća kojom se do respiratorne membrane doprema zrak iz atmosfere. Za kretanje zraka u i iz pluća, ventilaciju, neophodna je usklađena funkcija respiratornih mišića, struktura zida grudnog koša i pluća. Za proces disanja neophodno je i zajedničko djelovanje respiratornog i kardiovaskularnog sistema. Zrak u alveolama je bogat oksigenom i siromašan karbon dioksidom. Krv koja dolazi u pluća ima visoki parcijalni pritisak CO i nizak parcijalni pritisak O Na respiratornoj mebrani se vrši razmjena tako da oksigen, O difundira u krv i transportira se od pluća do tkiva. CO koji je došao iz tkiva do plućnih kapilara difundira u alveole i izbacuje se u atmosferu. U tkivu se dešava obrnuti proces O iz krvi odlazi u tkiva, aCO iz tkiva prelazi u tkivne kapilare.Respiratorni sistem, pored kontinuiranog snabdijevanja organizma oksigenom i eliminacije karbon dioksida, učestvuje i u održavanju acidobazne ravnoteže.

U dišnom sistemu postoje,osim prisustva cilindričnog epitela koji putem pomjeranja trepetljika tjera strane čestice prema farinksu, i dva protektivna ili zaštitna refleksa. To su refleks kašlja i refleks kihanja. Bronhi i traheja su veoma osjetljivi na prisustvo stranih čestica, pa iritacija ovih dijelova disajnih puteva dovodi so pojave retleksa kaslja.

Posebno osjetljivo mjesto je bifurkacija traheje Kada strana čestica podraži sluznicu, aferentni impulsi se putem vagusa prenose do moždanog stabla, odakle potiču eferentni impulsi koji uzrokuju slijedeće: udahne se 2,5 litra zraka; zatim se epiglotis

20

zatvori i glasnice približe ćime se spriječava izlazak zraka iz pluća. Dijafragma i drugi ekspiratorni mišići se kontrahuju, čime se povečava pritisak u plućima i do 13 kPa. Dolazi do naglog otvaranja epiglotisa i do eksplozivnog izlaska vazduha velikom brzinom iz pluća. Struja zraka sa sobom nosi i čestice koje iritiraju sluznicu. Refleks kihanja nastaje iritacijom sluznice nosne šupljine, a slijed događaja je isti kao kod refleksa kaslja s tim što zrak na kraju izlazi kroz usta ili kroz nos. Za razliku od refleksa kašljanja gdje se aferentni impulsi prenose n.vagusom; kod refleksa kihanja oni se prenose petim moždanim nervom

INTRAPLEURALNI I INTRALVEOLARNI PRITISAK

Pluća su elastične građe i teže da se skupe, tj. izbace zrak u vanjsku sredinu-imaju težnju kolabiranju (kao balon).

To znači da mora postojati sila koja će držati pluća stalno otvorenim, tj. raširenim. Ta je sila intrapleuralni pritisak. To je pritisak koji vlada u intrapleuralnom prostoru, tj. prostoru koji zatvaraju pleura parietalis, koja oblaže unutrašnju stranu rebara i-pleura visceralis koja oblaže vanjsku površinu pluća.Intrapleuralni pritisak je normalno negativan – normalno iznosi od -4 mmHg do -7mmHg, a za njegov nastanak odgovorna je lilmfna drenaža tekučine iz intrapleuralnog prostora. Time se dvije pleure drže jedna uz drugu, tj kližu jedna preko druge, te na taj način drže pluća otvorenim. U toku inspirija i inspirija, shodno Bojlovom zakonu ovaj se pritisak mijenja : u toku inspirija zbog širenja grudnog koša on postaje još negativniji, a u toku ekspirija dobija nešto pozitivnije vrijednosti.Intrapleuralni prostor je potencijalni prostor (onaj prostor u kojem ima veoma malo tekučine, ali u pojedinim stanjima organizma se može napuniti jako puno tekučine-tzv hidrotoraks).

Intraalveolarni pritisak je pritisak koji vlada u alveolama. Kada zrak ne struji kroz disajne puteve tj između udisaja i izdisaja on je jednak atmosferskom prtitisku tj 0 mmHg. U toku inspirija ovaj pritisak, shodno Bojlovom zakonu, zbog povečanja volumena pluća postaje nešto negativniji u odnosu na atomosferski što omogućava ulazak zraka u alveole. U toku ekspirija, ovaj pritisak postaje nešto pozitivniji u odnosu na atmosferski pritisak, te stvorena razlika pritisaka uzrokuje potiskivanje zraka iz alveola u atmosferu.

MEHANlKA VENTILACIJE

21

Zrak se u pluća ili iz njih kreće zbog gradijenta (razlike) pritiska između atmosfere i pluća. Stvaranje gradijenta pritiska je posljedica kontrakcije respiratorne muskulature koja uzrokuje promjenu volumena grudnog koša. Po Boyl-ovom zakonu pritisak gasa je obrnuto proporcionalan volumenu u kojem se nalazi. Porast volumena grudnog koša vodi sniženju pritiska u plućima i obrnuto smanjenje volumena grudnog koša vodi povećanju pritiska. Prilikom udisaja, u inspiriju, volumen grudnog koša se povećava, pritisak se smanjuje te zrak sa mjesta većeg pritiska (iz atmosfere) ulazi u pluća. U ekspiriju se volumen grudnog koša smanjuje, pritisak u plućima se povećava te zrak izlazi u pluća, jer je sad pritisak u plućima veći nego u atmosferi.

Ventilacija sastoji od 2 procesa: udisaja (inspirija) i izdisaja (ekspirija). Udisaj je aktivni proces koji nastaje kontrakcijom dijafragme i vanjskih interkostalnih misića. Dijafragma je glavni respiratomi mišić. To je pločasti mišić koji odvaja abdominalnu od torakalne šupljine. Ima oblik kupole čiji je konveksitet okrenut prema torakalnoj šupljini. Kada se kontrahira, konveksitet se izravnava tj spušta prema dolje pri čemu se torakalna šupljina i pluća šire u uzdužnom smjeru.

Pomjeranje dijafragme za 1 cm mijenja volumen torakalne šupljine za 250-300 cm3. U toku ekspirija, dijafragma se nalazi na nivou IV-V rebra, a u toku inspirija u nivou VII-VIII rebra.

U nastanku mirnog inspirija pored dijafragme učestvuju vanjski interkostalni mišići. Njihove niti su postavljene tako da idu od gore i natrag prema dole i naprijed, i kada se kontrahuju podižu rebra prema gore. Na taj način se torakalna šupljina širi u anteroposteriornom promjeru.

Kontrakcijom ovih mišića širi se zid grudnog koša ( torakalne šupljine), koji za sobom povlači pleuru parijetalis. Ona usljed negativnog interpleuralnog pritiska ( koji tada postaje još negativniji), povlači pleuru visceralis. Ovo dovodi do širenja pluća, u njima se povećava volumen, što prema Bojlovom zakonu ( pV = const. tj proizvod pritiska i volumen uvijek mora biti konstantan – to znači ako se smanji pritisak mora se povećati volumen i obratno) dovodi do smanjivanja intraalveolarnog pritiska, te on postaje negativniji u odnosu na atmosferski pritisak. Zbog nastale razlike pritisaka omogućena je struja zraka iz atmosfere u pluća.Za razliku od inspirija, mirni ekspirij je potpuno pasivan proces koji nastaje relaksacijom dijafragme i vanjskih interkostalnih misića. Zbog smanjivanja volumena pluća dolazi do povećanja intraalveolarnog pritiska koji nadvladava atmosferski pritisak i zrak izlazi iz pluća.

22

U toku forsiranog i inspirija i ekspirija uključuje se i dodatna muskulatura - to je rezervna respiratorna muskulatura. Rezervnu inspiratomu muskulaturu čine mišići koji učestvuju u podizanju grudnog koša: m. sternocleidomastoideus mm.scaleni mm.serrati, mm. pectorali.U rezervnu ekspiratomu muskulaturu: mišići prednjeg trbušnog zida- trbušna presa (potiskuje organe abdomena prema gore, a samim time i dijafragmu guraju prema gore) unutrašnji interkostalni mišići-njihove niti su raspoređene tako da idu od gore i naprijed prema dole i natrag. Kada se kontrahuju.,vuku rebra prema dole.

Popustljivost pluća predstavlja mogućnost širenja pluća pri promjeni transpulmonalnog pritiska ( on je razlika između pleuralnog i alveolamog pritiska). Normalno, plućna popustljivost iznosi 200ml po 0,1 kPa. Znači, pri promjeni transpulmonalnog pritiska za 0,1 kPa, volumen pluća se promijeni za 200 ml . Na plućnu popustljivost utiču elastične sile, koje se suprostavljaju širenju pluća , a dijelimo ih u 2 skupine:

1) elastične sile samog plućnog tkiva – one su odgovorne su za 1/3 elastičnih sila, a uzrokuju ih kolagena i elastična vlakna od kojih je građen plućni parenhim;

2) elastične sile uzrokovane povrsinskom napetošću molekula vode koje u tankom sloju oblažu unutrašnjost alveola. Molekule vode usljed dodira sa zrakom teže da se zbiju jedne uz druge i ta sila njihovog međusobnog zbijanja se naziva površinska napetost. Na taj način formiraju kontraktilnu membranu koja nastoji izbaciti zrak iz alveola i dovesti do kolapsa alveola. Da se to ne bi desilo, alveolarne stanice tipa II (pneumociti II) luče surfaktant. On je mješavina fosfolipida, proteina i jona kalcija . Surfaktant se raspoređuje između molekula vode i molekula zraka i smanjuje sile privlačenja izmedu molekula vode,te na taj način smanjuje površinsku napetost molekula vode na 1/10 njene vrijednosti. To omogućava da alveole budu uvijek otvorene. Popustljivost grudnog koša i pluća zajedno je nešto manja nego popustljivost samih pluća, jer i zid grudnog koša sadrži elastične elemente koji se moraju savladati u toku udisaja.Tako, plućna popustljivost u grudnom košu iznosi 110ml po 0,1kPa.Alveolarna ventilacija predstavlja onu količinu zraka koja dođe u područje alveola. Sa svakim udisajem,samo 350 ml zraka dolazi do alveola. Ostatak od 150ml se zadržava u području mrtvog prostora. Struja zraka je dovoljna da čestice zraka dospiju samo do područja terminalnih bronhiola. Ostatak puta od terminalnih bronhiola preko alveolarnih duktusa i sakusa do alveola, zrak prelaze difuzijom. Budući da je ova vrlo kratko rastojanje i brzina difuzije je jako velika. Minutna alveolarna ventilacija predstavlja količinu zraka koja svake minute dospije u područje alveola. Predstavlja proizvod respiratornog volumena umanjenog za mrtvi prostor i frekvencije disanja. Iznosi 4300ml/min. Procenat ventilacije (%v) predstavlja odnos između zraka udahnutog u alveole u toku mirnog disanja umanjen za volumen mrtvog prostora koji iznosi oko 150ml, i zraka koji se nalazi u plućima nakon završenog inspirija. U miru je procenat ventilacije oko 12%,što znaći da se mirnim disanjem sa svakom respiracijom obnovi oko 12% zraka u plučnim alveolama, a pri disanju vitalnim kapacitetom oko 7%.

23

Koeficijent ventilacije (KV) predstavlja odnos između zraka udahnutog u toku mirnog disanja umanjenog za mrtvi prostor i zraka koji ostaje u plućima nakon slijedećeg mirnog ekspirija. Normalno iznosi od 0,15-0,18

Spirometrija je metoda kojom se određuje volumen udahnutog odnosno izdahnutog zraka pomoću sprave-spirometra. Postoje statička i dinamička spirometrija kojima registrujemo plućne volumene i plućne kapacitete.

Plućni volumeni

Disajni, respiratorni ( Tidalov) volumen, je volumen zraka koji osoba udahne ili izdahne pri mirnom disanju i iznosi oko 500 mL. Od ovih 500 ml, samo 350 ml dolazi do alveola. Ostatak od 150 ml se zadržava u dijelovima pluća u kojima nema razmjene gasova, a to je mrtvi prostor.

Mrtvi prostor može biti anatomski i fiziološki. Anatomski mrtvi prostor predstavljaju dišni putevi u kojima nema razmjene gasova zbog nepostojanja respiratornih membrana. Fiziološki mrtvi prostor obuhvata i alveole čije su kapilare zatvorene, pa se na njima ne vrši razmjena gasova. U toku mirnog disanja oko 20 % alveola nije u funkciji jer su im kapilare zatvorene. Pri mišićnom radu otvaraju se i ove kapilare, čime se povećava površina respiratorne membrane.

Mjerenje mrtvog prostora Pri mjerenju ispitanik iz aparata duboko udahne kisik. Mrtvi prostor se tada ispuni čistim kisikom, a nešto kisika se pomiješa sa alveolarnim zrakom, ali ga ne zamijeni u cjelosti. Zatim ispitanik izdahne kroz aparat za brzo mjerenjeazota. Prvi dio izdahnutog zraka dolazi iz dišnih puteva koji čine mrtvi prostor i u kojim je sav zrak zamjenjen kisikom. Zbog toga je postotak azota u tom izdahnutom zraku na nuli.

Kada u aparat počne stizati alveolarni zrak koncentracija azota se naglo povisi jer se alveolarni zrak, koji sadrži velike količine azota počne miješati sa zrakom u mrtvom prostoru. U nastavku izdisaja sav se zrak iz mrtvog prostora izdahne te ostaje samo alveolarni zrak. Zato koncentracija azota dostiže plato koji odgovara koncentraciji azota u alveolama. Mjerenjem količine zraka koji ne sadrži azot dobijemo volumen mrtvog prostora.Inspiratorni rezervni volumen (IRV) je volumen zraka koji se može udahnuti maksimalno inspiracijom nakon inspiracije pri mirnom disanju. Iznosi oko 3,5 L kod muškaraca i oko 2 L kod žena.

24

Ekspiratorni rezervni volumen (ERV)je volumen zraka koji se može izdahnuti maksimalnom ekspiracijom nakon mirne ekspiracije i iznosi oko 1 L kod muškaraca i oko 0,7 Lkod žena.Rezidualni volumen (RV)je volumen zraka koji ostaje u plućima nakon maksimalnog ekspirijuma. Iznosi oko 1,2 L kod muškaraca i nešto manje kod žena. Mjeri se posebnimmetodama.

Plućni kapaciteti su zbir dva ili više plućnih volumena. Samo neki se mogu izmjeriti spirometrijski.Inspiratorni kapacitet (IC) je maksimalni volumen zraka koji se može udahnuti poslije ekspirijuma u mirovanju. Jednak je zbiru respiratornog i rezervnog inspiratornog volumena. Iznosi približno 4 L.

Ekspiratorni kapacitet (EC) je maksimalni volumen zraka koji se može izdahnuti maksimalnom ekspiracijom nakon inspirija u mirovanju. Jednak je zbiru respiratornog i rezervnog ekspiratornog volumena. Iznosi približno 1,5 L.Funkcionalni rezidualni kapacitet (FRC) je volumen zraka koji ostaje u plućima nakon mirnog ekspirijuma. Jednak je zbiru ekspiratornog rezervnog volumena i rezidualnog volumena. Iznosi približno 2,3 L.Vitalni kapacitet (VC) je najveći volumen zraka koji se može izdahnuti poslije maksimalne inspiracije. Sastoji se iz respiratornog, inspiratornog rezervnog i ekspiratornog rezervnog volumena. Prosječna vrijednost je 4,5-5 L.Totalni kapacitet (TC) je volumen zraka koji se nalazi u plućima poslije maksimalnog inspirijuma. Sastoji se od sva četiri plućna volumena. Iznosi oko 6,0-6,5 L.Sastav atmosferskog i alveolarnog zraka

Iako im je sastav isti atmosferski i alveolarni zrak imaju različite koncentracije gasova. Nekoliko je razloga za to .

25

alveolarni zrak se samo djelomično izmeni atmosferskim zrakom pri svakom udisaju,

kisik se konstantno apsorbira iz alveola u plućnu krv, tako da mu se koncetracija u alveolarnom zraku smanjuje u odnosu na onu u atmosferskom zraku

CO2 konstantno difundira iz krvi u alveole što mu povećava koncentraciju u alveolarnom zraku u odnosu na atmosferski

Suhi atmosferski zrak pri prolasku kroz disajner puteve se obogati vodenom parom

Parcijalni pritisci gasova ( u mm Hg) u zraku koji dolazi i koji napušta pluća

Iz tabele se može vidjeti da je atmosferski zrak gotovo u cjelosti sastavljen od azota i kisika, sa vrlo malo karbon dioksida i vodene pare. Međutim kako atmosferski zrak prolazi kroz disajne puteve dolazi u kontakt sa tekučinom koja oblaže respiratorne površine, tako da i prije no što uđe u područje alveola on postaje totalno obogaćen tekučinom tj vodenom parom. Parcijalni pritisak vodene pare pri normalnoj tjelesnoj temperaturi je 47 mm Hg, što je ujedno i parcijalni pritisak vodene pare u alveolarnom zraku. Budući da ukupni pritisak u alveolama ne može se povećati iznad vrijednosti atmosferskog pritiska (760 mm Hg), ova vodena para razrjeđuje sve ostale gasove u udahnutom zraku. To dovodi do promjene njihovih parcijalnih pritisaka, npr parcijalni pritisak kisika sa 159 mm Hg se smanjuje na 104 mmHg, azota sa 597 mm Hg na 569mm Hg.

Građa respiratorne membrane Faktori koji utječu na difuziju gasova kroz respiratornu membranu

Osnovni funkcionalni dijelovi pluća se nazivaju respiratorne jedinice koje se sastoje od respiratornih bronhiola, alveolarnih duktusa, sakusa i alveola. U plućima ima oko 30 milijuna alveola. Njihov zid je pokriven veoma gustom mrežom razgranatih kapilara, tako da se dobija dojam da krv u neprekinutom sloju teće duž zida alveole.

26

Spoj zida alveole sa zidom kapilara se naziva alveokapilarna, odnosno respiratorna membrana. Ona ima sljedeće slojeve: 1) sloj surfaktanta, 2) sloj alveolarnih stanica, 3) bazalna lamina zida alveole 4) intersticijski prostor, 5) bazalna lamina kapilara, 6) endotel kapilara.

Prosječna debljina zida respiratorne membrane je od 0,2 do 0,6 μm, a ukupna površina respiratorne membrane je oko 70 m2. Na tu površinu je raspoređeno oko 60-140 ml krvi u neprekinutom sloju. To je bitno zbog veoma brze razmjene gasova. Na brzinu difuzije gasova kroz membranu utiču faktori od strane respiratorne membrane i faktori od strane gasa koji difundira. Brzina kojom će neki gas prolaziti kroz respiratornu membranu određena je : 1.razlikom parcijalnih pritisaka gasa između obe strane membrane, - za kisik je parcijalni pritisak u alveolama 13,9 kPa, a u plućnoj kapilari 5,3 kPa. Zbog te razlike kisik iz aleola difundira u kapilare. Krv se obogati kisikom već u prvoj trećini kapilare. Ovo se naziva faktor sigurnosti koji omogućava da se krv dovoljno obogati kisikom bez obzira na brzinu proticanja krvi kroz kapilare. Npr.u toku mišićnog rada dolazi do bržeg protoka krvi kroz organizam, pa i kroz plućne kapilare. Kada ne bi bilo faktora sigurnosti, krv se zbog bržeg proticanja ne bi uspjela dovoljno obogatiti kisikom. Parcijalni pritisak CO2 u alveolama je 5,3 kPa, a u krvi koja dolazi u pluća 6,0 kPa. Zbog razlike u parcijalnim pritiscima CO2 iz krvi ide u alveole. Iako je ima manju razliku parcijalnih pritisaka CO2 brže difunduje kroz respiratornu membranu od O2, jer je 20 puta topiviji u lipidima i vodi u odnosu na 02.

2.površinom membrane- može se smanjivati u različitim stanjima ( uklanjanje plućnog krila, plućni emfizem,itd)3.debljinom membrane – može se povećavati pri povećanju intersticijskog prostora npr kod nakupljanja tekućine ( plućni edem)4.difuzionim koeficijentom gasa - predstavlja utjecaj svojstava gasa na brzinu difuzije. Proporcionalan je topivost gasa u lipidima, a obrnuto proporcionalan kvadratnom korijenu molekulske mase gasa. Difuzioni koeficijent za CO2 je dvadeset puta veći nego za 02, zbog toga što je CO2 20 puta topljiviji u lipidima nego 02.

Difuzioni kapacitetDifuzioni kapacitet predstavlja sposobnost membrane da vrii razmjenu gasova između alveola i kapilara, tj. predstavlja kolicinu gasa koja u toku jedne minute pri razlici pritisaka od 1 kPa prođe kroz respiratornu membranu. Difuzioni kapacitet za 02 iznosi 7 mmola/min/kPa. Kako je srednja razlika pritisaka za O2

u području respiratorne membrane 1,5 kPa, množenjem 7 sa 1,5 dobijemo difuzioni kapacitet 10,5 mmola/min/kPa. U toku mišićnog rada, difuzioni kapacitet za kisik se poveća i do 22 mmola/min/kPa a razlog tome je sto se u tijeku misicnog rada otvaraju dotad zatvorene kapilare, ćime se

27

povečava i površina respiratorne membrane, pa i difuzioni kapacitet. Osim toga, u toku misićnog rada se usklađuje aleolarna ventilacija i perfuzija alveolarnih kapilara krvlju tj poboljšava se ventilacijsko-perfuzijski omjer. Zbog vrlo male razlike pritisaka koja za CO2 vlada na membrani, koja je posljedica brzog difundiranja CO2 kroz membranu , ona se ne može izmjeriti, te se ni difuzioni kapacitet C02 ne može izmjeriti. Budući da je difuzioni kapacitet proporcionalan difuzionom koeficijentu, a difuzioni koeficijent za C02 je 20 puta veći od 02. a onda će i njegov difuzioni koeficijent biti 20 puta veći- oko 135-150 mmol/min/kPa.

PRIJENOS GASOVA

Prijenos kisika putem krviNakon difuzije kroz respiratornu membranu kisik se putem krvi doprema do tkiva.

Normalno se oko 97 % kisika prenosi do tkiva hemijski vezano s hemoglobinom eritrocita. Ostalih 3% se prenosi otopljeno u vodi plazme i stanica. Molekula kisika se labilno i reverzibilno veže za dvovalentno željezo hema u molekuli hemoglobina. Svaka molekula hemoglobina transportuje 4 molekule kisika jer sadrži 4 hema u čijoj strukturi se nalazi po jedan dvovalentni atom željeza. Parcijalni pritisak kisika u krvi utiće na saturaciju hemoglobina kisikom. Kada je pritisak O2 visok, kao što je to u plućnim kapilarima, kisik se veže za hemoglobin, a kad je pritisak O2 nizak, kao u tkivnim kapilarima ,kisik se oslobađa iz hemoglobina.

Krv čovjeka normalno sadrži oko 150 g hemoglobina u svakoj litri krvi, a svaki gram hemoglobina može vezati najviše 0,06 mmola ( 1,34 ml ) kisika. Pri potpunom zasićenju hemoglobin u jednom litru krvi može u prosjeku vezati ukupno 9 mmola kisika ( oko 200 ml kisika ). Ovo se može prikazati na krivulji disocijacije oksihemoglobina na kojoj se uočava da sa porastom pritiska O2 u krvi raste i procenat zasićenja hemoglobina. Takođe se može uočiti da zasićenje sistemske arterijske krvi kisikom je 97% pri pritisku kisika od 13,5 kPa ( 105 mm Hg ), a s druge strane u normalnoj venskoj krvi koja se vraća iz perifernih tkiva pritisak O2 je 5,3 kPa ( 40 mm Hg ), a zasićenje hemoglobina je 75 %. Iz krivulje disocijacije oksihemoglobina se vidi da se i pored relativno velike promjene parcijalnog pritiska kisika unutar fizioloških raspona vrijednosti između arterijske i venske krvi ( 13,5 kPa : 5,3 kPa ), procenat zasićenja hemoglobina mijenja relativno malo ( 97% : 75% ).

Ukupna količina kisika koji je vezan za hemoglobina pri zasićenju od 97 % iznosi 8,6 mmola ( 194ml). Pri prolasku kroz tkivne kapilare ta se količina smanjuje u prosjeku na 6,4 mmola ( 144 ml) jer se zasićenje smanjuje na 75 %. U normalnim uslovima svaka litra krvi iz pluća donosi tkivima oko 50 ml kisika. U toku mišićnog rada putem krvi se doprema znatno više kisika od normalnih 50 ml, što se postiže smanjivanjem zasićenja hemoglobina kisikom. Tokom napornog mišićnog rada mišićne stanice vrlo brzo troše kisik, što uzrokuje da se više kisika otpušta iz hemoglobina, čime se i zasićenje hemoglobina smanjuje.

28

Različiti faktori mogu dovesti do pomjeranja krivulje disocijacije udesno ili ulijevo. Pomjeranje krivulje u desno znači da pri istom parcijalnom pritisku smanjuje se procenat zasićenja Hb-a kisikom. ( Borov efekat) To uzrokuju sljedeći faktori:

1) acidoza 2) visoka temperatura 3) povećan parcijalni pritisak C02 4) povećana koncentracija 2,3- difosfoglicerata Ovi faktori smanjuju afinitet hemoglobina za kisik, pa ga on lakše otpušta u tkiva

Pomjeranje krivulje ulijevo znači da pri istom parcijalnom pritisku povećava se procenat zasićenja Hb-a (Haldenov efekat) , što uzrokuju sljedeći faktori. 1) alkaloza 2) niska temperatura 3) smanjenje parcijalni pritisak C02 4) smanjenje koncentracije 2,3- difosfoglicerata.Ovi faktori povećavaju afinitet hemoglobina za kisik, pa ga on jače veže u plućima

Prenos CO2 putem krviU normalnim uslovima krv može prenositi mnogo veće količine CO2 nego O2 pa prenos CO2 ne stvara velike teškoće kao prenos O2. Svaka litra krvi prenosi iz tkiva u pluća prosječno oko 1,8 mmol/l CO2.Proces prenosa CO2 počinje njegovom difuzijom iz tkivnih stanica u otopljenom molekularnom obliku. Kada uđe u kapilare prenos CO2se odvija na 3 načina:

29

1. u otopljenom stanju – u ovom obliku se prenosi samo 7% CO2 ili 0,13 mmola2. u vidu HCO3 - CO2 u krvi ulazi u eritrocit i spaja se sa vodom pod djelovanjem

enzima karboanhidraze i nastaje H2CO3. Ona disocira na H i HCO3 jone, H joni se spajaju sa hemoglobinom jer je on jak acidobazni pufer. HCO3 joni difundiraju u plazmu , a na njihovo mjesto difudiraju joni hlora. Na ovaj način se prenosi 70% CO2 , što je ujedno i najvažniji način prenosa.

3. vezan za hemoglobin pri čemu nastaje karbaminohemoglobin. Ovo je reverzibilna reakcija koja se ostvaruje labavom vezom tako da se CO2 lako oslobađa u alveole gdje je parcijalni pritisak CO2 znatno niži. Ovako se prenosi 23% CO2 ili 0,7 mmola.

Nervna regulacija disanjaOva regulacija disanja je pod kontrolom

rada disajnog centra ( centralna kontrola) i aktivacije perifernih receptora na istezanje( periferna kontrola)Disajni centar je smješten u području moždanog stabla,tj. u području medullae oblongatae i donje polovine ponsa. Građen je od tri skupine jedara:

1) dorzalna respiracijska skupina; Odgovorna je za nastanak inspiracijskih signala tj. odgovorna je za osnovni ritam ovih signala. Ove stanice su smještene u području traktus solitariusa, gdje završavaju vlakna vagusa i glossopharyngeusa koja donose informacije sa periferije. Ova skupina samostalno stvara impulse,što znaći da ako bi se moždano stablo hipotetski presjeklo ispod i iznad ove skupine ona bi i dalje stvarala signale. Ove signale šalje preko nervnih vlakana do respiratornih mišića : dijafragme i v.interkostalnih mišića, dovodeći do njihove kontrakcije i nastanka inspirija.

Inspiratorni signal nije suma pojedinačnih akcionih potencijala, nego je to rastući signal, tj. on se povećava u toku dvije sekunde, a zatim se prekida da bi se javio opet nakon 3 s. Ovo je bitno da bi se omogucilo skladno širenje pluća.

2)druga skupina jedara je pneumotaksijski centar Smješten je u donjoj polovini ponsa i vlakna njegovih stanica završavaju u dorzalnoj respiracijskoj skupini. Ta vlakna nose inhibicijske signale koji utiču na trajanje inspiratornog signala, pa posredno utiče na frekvenciju i dubinu disanja.

30

3) ventralna respiracijska skupina Njene stanice imaju različite uloge: •U toku mirnog disanja stanice ventralne skupine su inaktivne •U toku forsiranog inspirija, dio signala iz dorzalne skupine se preliva u ventralnu skupinu, pa i ona učestvuje u nastanku forsiranog inspirija; •Dio neurona ventralne skupine se aktivira i pri forsiranom ekspiriju. Pored ove centralne nervne kontrole disanja postoji i periferna nervna kontrola disanja preko receptora na istezanje koji se nalaze u zidu velikih disajnih puteva i plućnom tkivu. Kada se pluća previše rastegnu , ovi receptori se podraže i putem vagusa šalju inhibicijske signale u dorzalnu skupinu što prekida inspirij i nastaje ekspirij Ovo je tzv. Hering-Brojerov refleks. Humoralna regulacija disanjaPredstavlja utjecaj promijena konc. H jona, C02 i 02 u krvi na veličinu disanja. Za razliku od 02 čija promjena koncentracije ima perifemo djelovanje, C02 i joni H imaju centralno djelovanje. Za ovu vrstu regulacije disanja odgovorne su specijalizirane stanice koje registriraju promjene koncentracija ovih faktora. Označene su kao hemoreceptori, koje djelimo na centralne i periferne.Centralni hemoreceptori su smješteni u hemosenzitivnom području moždanog stabla i njih iskjučivo podražuju H joni, međutim, joni H slabo prolaze kroz krvno-moždanu, odnosno krvno-likvorsku barijeru , tako da promjena njihove konc. u tjelesnim tekućinama tj krvi nema veliki učinak na centralne hemoreceptore u hemosenzitivnom području . Za razliku od jona H, C02 jako dobro prolazi kroz ove barijere, tako da kada prođe kroz njih, u međustaničnoj tekućini hemosenzitivnog područja spaja se sa H20 i nastaje H2C03, koja disocira na H i HC03. Ti nastali H joni podražuju centralne hemoreceptore a onda oni šalju signale u disajne centre i mijenjaju veličinu ventilacije.Iako ima indirektan učinak, C02 stvara veći efekat, jer se više jona H oslobodi u hemosenzitivnom području sa porastom C02 u krvi nego kada poraste konc. samih H.

Za razliku od jona H i C02, 02 nema centralnog djelovanja nego promjene njegove konc. djeluju na periferne hemoreceptore. Ovi hemoreceptori su smješteni u zidovima velikih krvnih žila-luk aorte i arterija karotis i najosjetljiviji su na promjenu koncentracije 02 u

31

krvi( to znači da na njih može djelovati i promjena koncentracije H i C02 ali u puno manjoj mjeri)Kada dođe do pada konc. 02, ovi receptori se podraže. Impulsi koji odlaze od njih putem vagusa i glosofaringeusa uzrokuju podražaj disajnog centra.

Regulacija acidobazne ravnoteže putem pluća

Plućna ventilacija predstavlja brzu i efikasnu reakciju koja u toku 1-3 min može da kompenzira nastale promjene acidobazne ravnoeže ili da u toku reanimacije spriječi teže promjene acidobaznog statusa. CO2 stvoren u metaboličkim procesima ili iz ugljene kiseline u procesima puferovanja metaboličkih kiselina,eliminiše se plućnom ventilacijom. Promjene koncentracije H-jona utiču na aktivnost respiratornog centra. Povećana stimulacija respiratornog centra omogućuje eliminaciju CO2 dok smanjena stimulacija omogućuje njegovo zadržavanje.Pluća vrše regulaciju acidobazne ravnoteže preko održavanja konc. C02. U toku povećanog metabolizma nastaju velike količine C02 , tako da njegova konc.u krvi raste.C02 reaguje sa H2O i nastaje H2CO3 koja disocira na H i HC03.Time raste konc. H jona, odnosno pada pH. Ova reakcija C02 i H2O se dešava i u hemosenzitivnom području moždanog stabla budući da C02 prolazi krvno moždanu barijeru. Nastali H joni djeluju na centralne hemoreceptore u hemosenzitivnom području, uzrokuju njihovu aktivaciju te oni šalju signale u disajne centre povečavaju ventilaciju .Time se veća količina C02 izbacuje iz organizma i njegova konc. u krvi se smanjuje. Da bi se nadoknadio nivo C02 u krvi se javlja povratan tok reakcije: tj. H se spaja sa HC03 i nastaje H2C03 koja se razlaže na H2O i C02. Prilikom ove reakcije troše se H joni,njihova konc. se smanjuje, a pH polako raste. Pluća ne mogu potpuno vratiti pH na normalnu vrijednost -imaju kapacitet 70-75 %.Potpuno vraćanje pH nastaje radom bubrega. Preko pluća se mogu izbaciti samo isparljive kiseline tipa H2C03.Međutim, u toku metabolizma nastaju i neisparljive kiseline koje se ne mogu izbaciti preko pluća a uzrokuju promjenu pH. Za njihovo izbacivanje su zaduženi bubrezi.

HemoglobinHemoglobin je osnovni funkcionalni sastojak eritrocita. Muškarci imaju u prosjeku u litri krvi oko 150, a žene oko 135 g Hb, a svaki gram Hb-a vezi 1,34 ml 02. Molekularna masa Hb je oko 68000 daltona. To je složeni proteina koji se sasoji od proteinskog dijela – globina i prostetičke grupe Hema-a. Globin je građen je od 2 alfa i 2 beta polipeptidna lanca. Alfa lanci sadrže po 141 a beta lanci 145 amino kiselinskih ostataka. Za svaki lanac kovalentno vezana 1 prostetička grupa Hem. U svakom molekulu Hb-a nalaze se 4 Hem-a. Hemoglobin fetusa u globinskom dijelu ima 2 alfa i 2 gama lanca. Sinteza Hem-a počinje iz glicina i sukcinil koenzima A Njegove osnovne uloge su: 1) prijenos kiseonika iz plućnih kapilara u tkiva – na ovaj način se prenosi 97 % 02

pri ćemu je vezan za željezo hema i nastaje oksihemoglobin

32

2) transport ugljen-dioksida iz tkivnih u plućne kapilare - na ovaj način se prenosi 30 % C02 - veže se za amino - grupe globina i nastaje karbaminohemoglobin3) regulacija acido bazne ravnoteže - 80 % puferskog kapaciteta krvi otpada na hemoglobin. Venska krv bi u organizmu trebala biti kiselija od arterijske jer sadrži veću količinu C02

koji sa vodom daje H2C03 i njenom disocijacijom povećava se konc. H jona. Organizam kompenzira ovaj efekt time što oksihemoglobin , koji se nalazi u arterijskoj krvi, se ponaša kao kiselina i to 70 puta jača kiselina od H2C03 i redukovanog Hb-a. To znači da koliko on sam otpusti H jona u arterijsku krv , toliko isto otpuste H2C03 i redukovani Hb u vensku krv, te se na taj način napravi ravnoteža kiselosti.Kada krv bogata kisikom dođe do tkivnih kapilara (02 se prenosi na 2 načina : otopljen u plazmi – 3% i vezan za Hb – 97 % u vidu oksihemoglobina koji je u eritrocitu vezan za jone kalija i nastaje kalijoksihemoglobinat) dešava se sljedeće:Zbog razlike u pritiscima kisik iz plazme prelazi u tkivo. Zbog istog razloga hemoglobin otpušta kisik u plazmu, koji zatim prelazi u tkivo i ostaje deoksihemoglobin. U isto vrijeme CO2 zbog razlike pritisaka ide iz tkiva u plazmu, a zatim u eritrocit. Tamo se spaja sa vodom, pod djelovanjem enzima karboanhidraze i nastaje H2CO3, koja zatim disocira na H i HCO3 jone. Kako je ona jača kiselina od deoksihemoglobina daje mu H jone, a uzima K jone, i nastaje HHb-redukovani hemoglobin. Pošto je u eritrocitu porasla koncentracija HCO3 jona, oni dijelom izlaze u plazmu , a na njihovo mjesto radi elektroneutralnosti ulaze Cl joni iz plazme. Na kraju zbog porasta osmotskog pritiska u eritrocitu, H2O iz plazme ulazi u eritrocit i on bubri. Nakon toga eritrocit iz tkiva ide u pluća i tamo se dešava sljedeće: Kisik pošto ga je puno više u alveolama nego u plazmi ide iz alveole u plazmu, a iz plazme ide u eritrocit gdje se spaja sa hemoglobinom i nastaje oksihemoglobin. On je jača kiselina od H2CO3 pa joj uzima K, a vraća H jone. H joni se spajaju sa HCO3 , nastaje H2CO3, koja se razlaže na vodu i CO2 . CO2 izlazi iz eritrocita u plazmu, a iz plazme u alveolu , i izbacuje se vani. Kako je sada pala koncentracija HCO3 jona u eritrocitu oni se iz plazme vraćaju nazad u eritrocit, a joni Cl koji su ih mjenjali izlaze u plazmu . Na kraju zbog pada osmotskog pritiska u eritrocitu, H2O izlazi iz eritrocita i on se smežurava

Cirkulacija, protok i distribucija krvi kroz plućaPluća dobijaju opskrbu putem A.pulmonalis pri čemu je količina krvi koja prolazi

kroz pluća jednaka količini krvi u sistemskom krvotoku. Pluća imaju dva krvotoka - funkcionalni koji čini A.pulmonalis i nutritivni koje čine Aa. bronchiales.

A.pulmonalis se odbaja od desnog ventrikula i grana na mrežu manjih ogranaka, pri čemu su arterijski ogranci plućne cirkulacije dosta tanji i kraći u odnosu na arterijske ogranke u sistemskoj cirkulaciji.Međutim,ovi ogranci imaju veliku popustljivost , tako da mogu primiti 2/3 krvi koju potisne desni ventrikul. U desnom ventrikulu vladaju manje vrijednosti sistolnog i dijastolnog pritiska nego u lijevom ventrikulu. tako da je sistolni pritisak 3,3kPa a dijastolni 0 – 0,1kPa.U A.pulmonalis vrijednost sistolnog pritiska je jednaka pritisku u desnom venrtikulu, dok je dijastolni pritisak zbog sporijeg oticanja krvi nešto viši nego pritisak u desnom ventrikulu i iznosi 1,1 kPa. Srednji arterijski pritisak je 2 kPa a kapilarni 0,9 – 1,1 kPa. Pritisak u lijevom atriju u koji dolazi krv iz pluća je nizak i iznosi 0,1 – 0,7 kPa. Budući da je količina krvi koja prolazi kroz pluća jednaka srčanom

33

minutnom volumenu, tako će svi faktori koji djeluju na njega djelovati i naprotok krvi kroz pluća. Na protok krvi djeluju i drugi faktori.

Da bi krv protjecala kroz određena područja pluća neophodno je da je alveolarni kapilarni pritisak viši od vrijednosti pritiska alveolarnog zraka ( on vrši pritisak s vanjske strane na kapilare čime smanjuje protok krvi kroz njih)Zbog toga u plućnom krvotoku postoje 3 zone protoka:

1. zona 1 – nema protoka tokom cijelog srčanog ciklusa jer lokalni alveolarni kapilarni pritisak u tom području pluća ni u jednom dijelu srčanog ciklusa ne postaje viši od pritiska alveolarnog zraka

2. zona 2 – intermitentni protok krvi- samo u razdoblju najvećeg plućnog arterijskog pritiska jer je sistolički tada viši,a dijastolički niži od pritiska alveolarnog zraka

3. zona 3 – kontinuirani protok krvi – jer je alveolarni kapilarni pritisak viši od pritiska alveolarnog zraka tokom cijelog srčanog ciklusa.

U normalnim uslovima u plućima postoje samo zone 2 i 3 u plućnim vrhovima, a zona 3 u svim donjim područjima. Zona 1 se javlja samo u patološkim prilikama kada je plućni arterijski pritisak prenizak ili je alveolarni pritisak previsok da bi krv mogla protjecati.Kada padne koncentracija kiseonika u alveolama , dolazi do vazokonstrikcije kapilara (u sistemskoj cirkulaciji je obrnuto). Krev se preraspoređuje u ona područja gdje je bolja oksigenacija. U toku mišićnog rada povećava se protok kroz pluća 4-7 puta. Razlog tom povećanju je otvaranje do tada zatvorenih kapilara i povećanje brzine protoka krvi kroz kapilare. Kao i kod sistemske cirkulacije i u plućnoj cirkulaciji postoji djelovanje hidrostatskog pritiska. Gornja tačka pluća je od donje tačke pluća udaljena 30 cm. To uzrokuje razliku pritisaka od 3 kPa, 1kPa iznad razine srca a 2 kPa ispod razine srca. Zbog toga je protok kroz donje dijelove pluća veći nego kroz gornje dijelove pluća.Na nivou alveokapilarne membrane vrši se razmijena gasova, dok je na kapilarnoj membrani rezmjena regulisana vrijednostima 4 sile:

1. kapilarni pritisak – 0,9 kPa2. hidrostatski pritisak intersticijske tekucine – 1,1 kPa3. koloido-osmotski pritisak plazme – 3,7kPa

Razlika u korist sila prema vani iznosi 0,2 kPa i ta sila potiskuje tekućinu iz kapilara u intersticij. Tu tekućinu crpi limfa i zato nikada nema puno tekućine u tom prostoru. Plućni edem će nastati kada se ove sile povećaju.

34