Légzés.

Az előadások a következő témára: "Légzés."— Előadás másolata:

1 Légzés

2 A gázcsere alapjai 2/12 Lavoisier mintegy 200 évvel ezelőtt felfedezte, hogy az állatok életműködése és az égés egyaránt O2 fogyaszt, és CO2 termel „felfedezéséért” 51 éves korában, 1794-ben guillotine-al jutalmazták, mert adószedő is volt oxigén felvétele diffúzióval soksejtűekben romlik a felület/térfogat arány - nagyfelületű légzőszervek - diffúziós út és koncentráció különbség kritikus: vékony sérülékeny határfelület (0, ), légzőmozgások, vérkeringés, vérfesték  emberben a légzőfelület m2 között van, a test többi részének felülete 2 m2 a gerincesek méretét alulról a mitokondriumok össztérfogata (max. 45%), a kriszták száma, a légzőfelület nagysága határolja be - kolibri Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

3 A tüdő anatómiája I. 3/12 Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig , 22. 2 tüdőfél, együtt g, a jobboldali valamivel nagyobb, %-ban vér teszi ki légutak: villás elágazás, az keletkező csövek összkeresztmetszete nagyobb, mint a szülőjé elágazás feladatuk: melegítés, vízgőzzel való telítés (lehelet) trachea - hörgő - hörgőcske - légvezeték - léghólyag tracheában és hörgőkben C-alakú porc, majd szabálytalan lemezek - itt igen kevés simaizom 1 mm alatt - hörgőcske, fala kötőszövet simaizommal tüdő térfogatával, ill. az izmok összehúzódásával változik az átmérője a gázcsere a légvezeték+léghólyagban (300 millió) - összfelszín m2 gerincesek evolúciójában egyre több belső szeptum (lásd béka) tüdőtágulás (emfizémia) - dohányzás határfelület: endotel, epitel, rostok 

4 A tüdő anatómiája II. 4/12 Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig a tüdőt kivülről mellhártyák borítják: pleurális (fali) és viszcerális (zsigeri) lemez közöttük folyadék (mellhártyagyulladás, légmell, TBC kezelése) összeesési tendencia (felületi feszültség + rugalmas rostok) ellensúlyoz: alveolusok interdependenciája, surfactant (epitel-II sejt terméke: dipalmitoil-foszfatidilkolin), mellkas expanziós tendenciája nyugalomban pontosan egyensúly van légzőizmok: bordaközi izmok, T1-11, külső~: belégzés, belső~: kilégzés rekeszizom, C3-5 (n. phrenicus), nyugalomban 1-2 cm mozgás: 500 ml, 10 cm is lehet - harántlézió! hasizom (gyertya, trombita, 40/perc felett fontos) segédizmok - diszpnoe (nehézlégzés) esetén belégzést támogatják 

5 5/12 Légzési térfogatok légzési térfogatok - mérés spirométerrel - spirogram anatómiai és fiziológiai holttér zsiráfban, bütykös hattyúban nagy holttér, nagy légzési térfogat légzési térfogat (500 ml) - anatómiai holttér (150 ml) = 350 ml hígitja a funkcionális reziduális térfogatot - viszonylag állandó O2 koncentráció légzési perctérfogat: 14 x 350 ml = 4900 ml/perc Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

6 Gáz koncentrációk légnyomás: 760 Hgmm vízgőz parciális nyomása 47 Hgmm
6/12 Gáz koncentrációk pO2 (Hgmm) pO2 (%) pCO2 (Hgmm) pCO2 (%) száraz levegő 160 21,0 0,3 0,04 nedves levegő 150 19,7 alveolus 102* 13,4 40 5,3 tüdő artéria 46 6,1 tüdő véna 100** 13,2 légnyomás: 760 Hgmm vízgőz parciális nyomása 47 Hgmm * O2 fogyasztás, anatómiai holttér hatása ** bronchiális vénák is ide folynak

7 Az O2 szállítása I. O2 fizikai oldódása igen rossz - 0,3 ml/100 ml
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Az O2 szállítása I. 7/12 O2 fizikai oldódása igen rossz - 0,3 ml/100 ml pisztráng csak hideg hegyi patakokban halpusztulás a víz túlmelegedésekor (bomló szerves anyagok O2 fogyasztása is) egyes halak, pl. ponty, „pipálnak” - levegőt nyelnek hemoglobin 70-szeresére növeli az oldódást - 20 ml/100 ml  oxigenálva (oxihemoglobin) élénk piros, egyébként (deoxihemoglobin) sötét lilás vörös - vénás és kapilláris vér színe vérvételkor gerinctelenekben is előfordul, de más pigmentek is, pl. hemocianin (puhatestűek, ízeltlábúak), réztartalmú, nem sejtbe zárva féltelítettség jellemzi az affinitást: Hgb: 30 Hgmm körül, mioglobin 5 Hgmm; Hgb 100 Hgmm-nél 97,4%-ban, 70 Hgmm-nél 94,1%-ban telített - alig csökken  Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

8 Az O2 szállítása II. az affinitást különböző tényezők befolyásolják
8/12 Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig az affinitást különböző tényezők befolyásolják a diffúzióban a plazma koncentráció döntő tüdőben a magas affinitás előnyös - Hgb könnyen felveszi a plazmából az O2-t, így alacsonyan tartja a plazmakoncentrációt szövetekben alacsony affinitás jó - plazma koncentráció magasabb lesz affinitást csökkenti: hőmérséklet növekedése - működő szövet melegebb pH csökkenés, CO2 növekedés Bohr-effektus: H+ felvétel - affinitás csökken, ill. O2 felvétellel savasság nő Haldane-effektus  szerves foszfát ligandok, pl. 2,3-biszfoszfoglicerát (BPG), ATP, GTP

9 Az O2 szállítása III. 9/12 Hgb affinitása láncösszetételtől is függ: magzatban  lánc  helyett - nagyobb affinitás methemoglobin oxidált vasat (Fe+++) tartalmaz - nem köti az oxigént vvt enzim redukálja - nitrit, klorát, stb. növeli a mennyiségét enzimgátlással, vagy közvetlenül karboxihemoglobin - CO kötés, 200x affinitás, féltelítettség 0,1 Hgmm-nél (autó, városi gáz) - vér piros marad sarlósejtes vérszegénység - valin/glutamát csere a  láncban - polimerizáció - sarló alak, kis kapillárisokon nem jut át - O2 ellátás romlik - de malária kórokozója nem szaporodik benne nyugalomban 70 ml, munka során 200 ml vér a tüdő kapillárisokban, kb. 70 m2-en szétkenve vvt 750 ms-ig van a kapillárisban, 250 ms alatt telődik O2-vel - tartalék!

10 10/12 A CO2 szállítása Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig CO2 fizikailag is jobban oldódik, de kémiailag is reakcióba lép a vízzel szállítás főleg HCO3- formájában (88-90%), de CO2, H2CO3, és CO32-, valamint karbamino alakban is a leadott CO2 80%-a HCO3- -ból CO2 szénsavvá alakulása több másodperc - vvt belsejében szénsavanhidráz enzim gyorsít keletkező H+ iont a deoxihemoglobin köti meg, ami gyengébb sav, mint az oxihemoglobin HCO3- kicserélődik Cl- -ra - facilitált diffúzió antiporterrel - Hamburger-shift, vagy kloridvándorlás tüdőben fordított folyamat zajlik 

11 A légzés szabályozása I.
11/12 emlősök: az összenergia felhasználásuk 5-10%-át fordítják a tüdő perfúziójára és ventilációjára szorosan és együttesen szabályozott folyamatok, elpocsékolt perfúzió vagy ventiláció káros alveoláris hipoxia - lokális vazokonstrikció - magas hegyeken tüdőödéma alakulhat ki a központi szabályozásban mechanizmusa pontosan nem ismert nyúltvelő: belégzési és kilégzési neuronok - az adott folyamattal aktiválódnak (más szerepük is van, nem központ) belégzési neuronok - dorzomediálisan, nucl. tractus solitarius mellett kilégzési neuronok - ventrolaterálisan leszálló hatások: beszéd, ének, sírás, nevetés, stb.

12 A légzés szabályozása II.
12/12 kimenet: a rekeszizmot és a bordaközi izmokat ellátó motoneuronok belégzés ingere: CO2 és H+ koncentráció növekedése - centrális receptorok; bizonyos CO2 küszöb alatt nincs légzés O2 koncentráció csökkenése, CO2 és H+ koncentráció növekedése - glomus caroticum és aorticum szárazföldi állatokban a CO2 kontrollált elsősorban, vizi állatokban az O2 - koncentráció variábilisabb, a jobb oldódás miatt, ha a O2 csere jól megy, akkor biztosan az CO2 is kilégzés ingere: a tüdő feszülési receptorai - Hering-Breuer reflex az input nemcsak a gázcsere és a pH szabályozás szolgálatában áll, a nyelés, köhögés reflexeit is szolgálja

13 Kiválasztás

14 14/21 Az emlős vese Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig az ozmoreguláció szerveiben (bőr, kopoltyú, vese, bél) mindenütt transzporthámot találunk: polarizált - apikális (lumináris, mukózális) és bazális (szerózális) felszín eltérő sajátságú a transzporthám teljesítőképességét speciális struktúrába rendeződés fokozza: tubuláris szerkezet az emlős vese működése jól ismert - bár nem reprezentatív valamennyi gerinces vesére testsúly 0,5%-a, perctérfogat 20-25%-a kéreg, velő, vesepiramis, vesemedence, húgyvezető, húgyhólyag, húgycső  napi 1 l, kissé savas (pH 6) vizelet keletkezik, összetétele, mennyisége táplálék és vízháztartás függő - sör, amidazophen, stb.

15 A vese működési egysége
15/21 A vese működési egysége az emlős vese működési alapegysége a nefron afferens és efferens arteriola, közte glomerulus; Bowman tok, proximális kanyarulatos csatorna, Henle kacs, disztális kanyarulatos csatorna, gyűjtőcsatorna  a többség (85%) kortikális, a maradék (15%) juxtamedulláris nefron a vizelet képződésének lépései: ultrafiltráció reabszorpció szekréció a vese igen fontos szerepet játszik a pH szabályozásában a vese távolítja el a fehérjék bomlása során keletkező ammóniát Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

16 Berne and Levy, Mosby Year Book Inc, 1993, Fig. 41-7
16/21 Ultrafiltráció a víz és az oldott anyagok 15-25%-a filtrálódik, napi 180 l - fehérjék és vérsejtek maradnak a filtráció függ: a kapilláris és a Bowman tok lumene közötti hidrosztatikai nyomástól: = 40 Hgmm a vér kolloid ozmótikus nyomásától: 30 Hgmm - az effektív filtrációs nyomás = 10 Hgmm  a szűrő hidraulikus permeabilitásától: fenesztrált kapillárisok, alaphártya (kollagén+negatív glikoproteinek), podociták (nyúlványaik között hosszúkás rések) ,  a bőséges vérellátás a viszonylag alacsony ellenállásnak köszönhető - afferens arteriola vastag és rövid - magas nyomás a glomerulusban vérátáramlás szabályozása: bazális miogén tónus, juxtaglomeruláris apparátus parakrin hatása, szimpatikus hatás (afferens, glomerulus, podocita)  Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

17 17/21 Clearance egy anyag clearance-e az a plazma mennyiség, amely “megtisztul” az adott anyagtól a vesében VU CP = VU azaz C = P ahol C - clearance, P - plazma koncentráció, V - a vizelet mennyisége 1 perc alatt, U - az anyag koncentrációja a vizeletben ha olyan anyagot nézünk, ami nem szívódik vissza és nem szekretálódik (pl. inulin), akkor megkapjuk az 1 perc alatt képződő szűrlet mennyiségét : GFR ha olyan anyagot nézünk, ami teljes egészében szekretálódik (pl. PAH), akkor megkapjuk a vesén 1 perc alatt átáramló plazma (RPF) mennyiségét, illetve kiszámíthatjuk az RBF-t

18 Tubuláris reabszorpció I.
18/21 Tubuláris reabszorpció I. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig a 180 l elsődleges szűrletből 1 l vizelet lesz, az 1600 g NaCl-ből csak 10 g ürül az egyes szakaszok szerepe: proximális tubulus a Na+ 70%-a aktív transzporttal visszaszívódik, Cl- és víz passzívan követi – obligát visszaszívás  a szürlet izozmótikus, de a vissza nem szívott anyagok koncentrációja megnő (pl. karbamid) a sejteken felületnövelő kefeszegély van glukóz és aminosavak a Na+ gradiense segítségével (synport) szívódnak vissza glukózra jellemző a tubuláris maximum: 1,8 mg/ml alatt teljes visszaszívódás (normális érték: 1,0 mg/ml), 3,0 mg/ml felett teljes telítettség - cukorbetegségben cukor a vizeletben

19 Tubuláris reabszorpció II.
19/21 Tubuláris reabszorpció II. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Henle kacs leszálló szakasza nincs kefeszegély, kevés mitokondrium - nincs aktív transzport alacsony NaCl és karbamid permeabilitás, magas víz permeabilitás Henle kacs vékony felszálló szakasza alacsony víz és karbamid permeabilitás, magas NaCl permeabilitás Henle kacs vastag felszálló szakasza aktív Na+ visszaszívás alacsony víz permeabilitás disztális kanyarulatos csatorna aktív Na+ visszaszívás, passzív vízvisszaszívás K+, H+ és NH3 transzport igényeknek megfelelően - lásd később (pH szabályozás) a transzport hormonális szabályozás alatt - fakultatív gyűjtőcsatorna aktív Na+ visszaszívás a kortikális részen, erős karbamid permeabilitás a belső medulláris részen szabályozott víz permeabilitás (ADH) 

20 20/21 Tubuláris szekréció a nefronban különböző rendszerek, amelyek a plazmából a tubulusba szekretálnak anyagokat legjobban vizsgált: K+, H+, NH3, szerves savak, szerves bázisok a nefron igen sokféle anyagot tud szekretálni: a máj számos molekulát glükuronsavval, vagy annak szulfátjával konjugál, és azt ismeri fel a transzportrendszer K+ felvétele a proximális tubulusban és a Henle kacsban (Na/2Cl/K transzporter) túl magas K+ koncentráció esetén disztális tubulusban szekréció, de Na+ felvétellel kapcsoltan aldoszteron függő módon - K+ közvetlenül hat, Na+ renin-angiotenzinen át  konfliktus esetén inzulin szekréció K+ hatására - főleg zsírsejtek felveszik a K+ többletet a H+ és NH3 kiválasztás a pH szabályozás szolgálatában áll Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Az uronsavakban a cukor végálló CH2OH-ja oxidálódik COOH-vá. a legismertebb a glükózból képződő glükuronsav.

21 pH szabályozás I. normál pH 7,4 - 7,35 már acidózis, 7,45 alkalózis
21/21 normál pH 7,4 - 7,35 már acidózis, 7,45 alkalózis normál működés 7,0 és 7,8 között képzelhető el állandóságát a légzés és kiválasztás + a pufferrendszerek biztosítják Henderson-Hasselbalch egyenlet: [A-] pH = pK + log [HA] a pufferek a pK-val egyező pH-n a legjobbak a legfontosabb puffer a HCO3-/H2CO3 rendszer H2CO3 helyett a nevezőbe PCO2–t írhatunk, ahol  a CO2 oldhatósága pK’ = 6,08, vagyis a vér pH-ján (7,4) nem lenne jó puffer – de mégis jó, mert CO2-t a légzés, HCO3--at a vese gyorsan tudja módosítani vérfehérjék (14-15% Hgb, 6-8% egyéb) pK-ja kb. azonos a vér pH-val - jó pufferek foszfát alárendelt, mert kevés van belőle

22 pH szabályozás II. respiratórikus eltérés metabolikus eltérés
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig 22/21 pH szabályozás II. respiratórikus eltérés alkalózis és acidózis: hiper-, ill. hipoventiláció miatt - a vese kompenzál metabolikus eltérés alkalózis - pl. H+ vesztés hányással acidózis – anaerob energiatermelés, ketogén diéta, ketózis cukorbetegségben rövid távon a légzés, hosszú távon a vese kompenzál proximális csatornában és Henle kacsban Na+/H+ kicserélő disztális tubulusban és gyűjtőcsatornában: A-sejtek - H+ szekréció B-sejtek HCO3- szekréció is  acidózis esetén a szűrletben kevés HCO3-, ilyenkor NH3 szekréció - ez felveszi a protont a HCO3- helyett, NH4+ nem tud visszalépni, H+ szekréció fokozódhat  Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

23 A vizeletkoncentrálás
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, SL 23/21 A vizeletkoncentrálás Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig madarak és emlősök tudnak hiperozmótikus vizeletet készíteni a kéregtől a velőig nő az ozmózisnyomás  a gyűjtőcsatornából kilép a víz a hiperozmótikus velőbe minél hosszabb a Henle kacs, annál töményebb lehet a vizelet - sivatagi ugróegérben a nyomáskülönbség kialakulását az ellenáram mechanizmus segíti  a velőben felszálló Henle kacs ágon passzív, majd aktív Na+ transzport van - Na+ nem lép be a leszálló ágba, de onnan kivonja a vizet, ami ugyanolyan hatású ehhez adódik, hogy a Na+ és víz kilépés miatt felhalmozódott karbamid csak a belső velőrészben léphet ki a gyűjtőcsatornából  a vasa recta párhuzamosan fut a Henle kaccsal, így nem mossa ki az ozmótikus gradienst Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Az ellenáram elv meglehetősen problematikus téma. A lényeg az, hogy energia-befektetés nélkül nem építhető fel gradiens. A felső ábrán aktív Na pumpa mozgatja egyik csőből a másikba a Na-t. Ez jól megfelel a Henle kacs vastag felszálló szárának. A leszálló száron növekszik a Na koncentráció, hiszen a hiperozmótikus velő vizet szív ki, de a Na nem tud kilépni. Egyébként lehet, hogy kilépne, hiszen a magas ozmózisnyomás részben a karbamidnak köszönhető, a Na gradiens lehet, hogy kilépést okozna. A felszálló vékony száron azután megy kifele a Na, részben az ozmotikus, részben a koncentráció gradiens hatására. A leszálló, szelektív permeabilitású szár nélkül lehet, hogy a Na koncentráció alacsonyabb lenne. A külső velőben a Na aktív transzportja könnyebben megy a még mindig magas Na koncentráció miatt. Az ábra alsó részének mondanivalója az, hogy a jég nem hűti le annyira a vizet, mint ellenáram nélkül. Ez a sivatagi ugróegér orra. Teljesen más tészta a lakótelepi ház fűtése, ahol két külön körben folyó víz adja át a hőt egymásnak. Az ellenáram itt azt biztosítja, hogy az egymás mellett folyás végén ne a két kezdeti hőmérséklet középértéke alakuljon ki, hanem a hidegebb belépő víz megközelíthesse a belépő, melegebb víz hőmérsékletét.

24 A veseműködés szabályozása
24/21 Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig a juxtaglomeruláris apparátus sejtjei érzékelik a veseperfúzió és/vagy a NaCl csökkenését - renint adnak le a renin angiotenzinogénből (glikoprotein) angiotenzin I-et (10 aminosav) hasít konvertáló enzim (főleg a tüdőben) angiotenzin I-ből lehasít 2 aminosavat: angiotenzin II angiotenzin II serkenti a mellékvese aldoszteron szekrécióját, vazokonstrikcióval növeli a vér nyomását és fokozza az ADH termelést  az aldoszteron 3 lehetséges úton fokozza a Na+ visszaszívását: pumpa serkentés, ATP termelés, apikális Na+ permeabilitás fokozás az ADH termelő sejtek a vérnyomásra és az ozmolaritásra is érzékenyek (alkohol)  atriális natriuretikus peptid (ANP) - a vénás nyomás növekedésére szabadul fel a pitvarból - gátolja a renin, aldoszteron, ADH felszabadulást Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

25 A gázcsere sémája Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

26 Az emlősök légzőszerve
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig , 22.

27 Légzőizmok Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

28 A hemoglobin szerkezete
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

29 A hemoglobin szaturációja
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

30 Bohr-effektus Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

31 A vvt szerepe a CO2 szállításban
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

32 Az emlős vese szerkezete
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

33 A nefron szerkezete Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

34 Glomeruláris filtráció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

35 A Bowman tok podocitái Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

36 A Bowman tok podocitái - EM
Berne and Levy, Mosby Year Book Inc, 1993, Fig. 41-7

37 Juxtaglomeruláris apparátus
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

38 A Na+ visszaszívása Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

39 A visszaszívás folyamata
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

40 A K+ szekréció mechanizmusa
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

41 A vizelet pH szabályozása
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

42 Ammónia termelés a vesében
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

43 Az ellenáram elv Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, SL

44 A koncentrálás mechanizmusa
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

45 Ozmótikus viszonyok a vesében
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

46 A renin-angiotenzin rendszer
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

47 Az ADH szekréció szabályozása
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig