Élettani alapismeretek
Cseri Julianna (2011)
Debreceni Egyetem
Az alábbi alfejezet célja az, hogy általános áttekintést adjon a homeosztázis meghatározó tényezőiről és a homeosztázist biztosító alapvető szabályozó mechanizmusokról. Nem célja a folyamatok részletes ismertetése, azt a megfelelő fejezetekhez rendelten találjuk meg.
A testnedvek térfogata fiziológiás körülmények között állandónak tekinthető (isovolaemia), a folyadékfelvétel és a folyadékleadás egyensúlyban van. Kóros esetben hypo- vagy hypervolaemia irányába billenhet ki az egyensúly, melyet prompt szabályozó mechanizmusok kompenzálnak.
Extracelluláris hypovolaemia (dehydratio)
Extracelluláris hypovolaemia (dehydratio) az ozmotikus koncentráció változatlan értéke vagy egyidejű változása mellett az alábbi szituációkban alakulhat ki:
hyperosmoticus hypovolaemia a vízkészlet csökkenése miatt jöhet létre (csökkent vízfelvétel, fokozott vízleadás)
isosmoticus hypovolaemiát eredményezhet a vérvesztés vagy nagymennyiségű isosmoticus vizelet ürítése
hyposmoticus hypovolaemia nagyfokú sóvesztés miatt alakulhat ki (hányás, hasmenés)
A vértérfogat csökkenése vérnyomásesést, súlyos esetben vérkeringési shockot hozhat létre, közvetlen életveszélyes állapotot okozva.
Extracelluláris hypervolaemia (hyperhydratio)
Extracelluláris hypervolaemia (hyperhydratio) szintén variálódhat az ozmotikus koncentráció változatlanságával, fokozódásával, ill. csökkenésével.
hyperosmoticus hypervolaemia (pl. vércukor szint emelkedés esetén) az intracelluláris víztér csökkenéséhez vezet (a sejtek zsugorodnak)
isosmoticus hypervolaemia esetén az intracelluláris víztér térfogata nem változik
hyposmoticus hypervolaemia jöhet létre pl. nagymennyiségű folyadékfelvétel esetén
A vértérfogat növekedése a kardiovaszkuláris rendszert terheli, emelkedett vérnyomást eredményez.
A térfogat szabályozás alapjai
A térfogat szabályozás alapja a Na+-háztartás szabályozása, melyet a vízforgalom változása kísér. A vértérfogat csökkenése a keringési szervrendszer különböző területein elhelyezkedő baroreceptorokat és a vesében található baro- és kemoreceptorokat aktiválja, a szabályozásban idegi és hormonális tényezők vesznek részt.
A keringési rendszerben található baroreceptorok ingerülete reflexesen szisztémás vazokonstrikciót vált ki, ami emeli a vérnyomást, ill. a keringő vérmennyiség újra elosztódásával hozza létre az életfontosságú szervek vérellátásának biztosítására.
A Na+-visszaszívás mértékét az aldoszteron, az ürítés mértékét pedig a pitvari natriuretikus faktor (ANF) szabályozza. Az aldoszteron a mellékvesekéreg hormonja, fokozott mértékben termelődik, ha csökken a vértérfogat és/vagy a vér Na tartalma ill. fokozódik a vér K-tartalma. Hypovolaemia ill. hyponatraemia hatására a vesében renin termelődik, ami egy proteolitikus enzim. A renin a vérben keringő angiotenzinogén nevű fehérjéből angiotenzin I-et hasít le, ami konverzió után angiotenzin II-vé alakul. Az angiotenzin II fokozza az aldoszteron termelését. Aldoszteron hatására fokozódik a Na+-visszaszívás, amit vízvisszaszívás is kísér, így a térfogat ill. a Na+ koncentráció normalizálódik.
A testnedvek ozmotikus koncentrációja megegyezik, valamennyi kompartmentben 300 mozmol/l. Az ozmotikus egyensúly annak köszönhető, hogy a kompartmenteket elválasztó határfelületek (sejtmembrán, kapillárisfal) víz számára szabadon átjárhatók. Az átmeneti különbözőség nagyon gyorsan megszűnik, mert a víz mozgása követi az oldott anyagok mennyiségi változásait, így azok koncentrációja állandó marad.
A sejtek ozmométerként viselkednek, ami azt jelenti, hogy alacsonyabb ozmotikus koncentrációjú környezetben megduzzadnak, hiperozmotikus környezetben pedig zsugorodnak. A térfogat és az ozmotikus koncentráció állandósága a sejtműködések szempontjából alapvető jelentőségű, így az állandóságról nagyon érzékeny szabályozó mechanizmus gondoskodik.
A hypothalamusban lévő ozmoreceptorok képesek érzékelni a vér ozmotikus koncentrációjának változását és a hiperozmózisra antidiuretikus hormon (ADH) termeléssel reagálni. Az ADH oligopeptid, hatására a vesében fokozódik a vízvisszaszívás. Az ozmoreceptorok 290 mozmol/l ozmotikus koncentráció felett aktiválódnak, ami azt jelenti, hogy 300 mozmol/l ozmotikus koncentráció mellett már van ADH-termelés. Az ozmotikus koncentráció csökkenésekor (pl. nagy mennyiségű, sóban szegény folyadék fogyasztásakor) kevesebb ADH termelődik, fokozódik a diurézis (a vese hígít). Sófogyasztáskor vagy kiszáradáskor az ozmotikus koncentráció emelkedik, az ADH-termelés fokozódik, a vízvisszaszívás fokozódik (a vese koncentrál).
Az ozmoreceptorok aktiválódása folyadékfelvételt (motivált magatartási reakciót) is kivált, ami szintén hozzájárul az ozmotikus egyensúly fenntartásához.
A belső környezet állandó ionösszetétele is a homeosztázis fontos tényezőjének tekinthető.
Nátriumháztartás
Az extracelluláris tér domináns kationja a Na+, kísérő anionja főleg a Cl-, de a sav-bázis háztartás szempontjából nagy jelentősége van a HCO3--nak és a NaH2PO4-/Na2HPO4- anionoknak is. A [Na+] alapvetően megszabja a folyadéktér ozmotikus aktivitását, így a Na+ háztartásnak kitüntetett jelentősége van az ozmoregulációban is. A határfelületeken keresztül a Na+ ionok mozgását a víz mozgása is kíséri, így a [Na+] szabályozása a térfogat-szabályozástól is elválaszthatatlan folyamat, annak alapját képezi.
A K+ koncentráció jelentősége
Az ideg- és izomsejtek nyugalmi potenciálja nagymértékben függ a az extra- és az intracelluláris K+ koncentrációk arányától. Az extracelluláris hyperkalaemia depolarizációt vált ki, fokozza az ingerlékenységet, bizonyos érték felett pedig depolarizációs blokkot okoz. A szívműködés szempontjából pl. ez a hatás tachycardiában, arrhytmiában, nagyfokú hyperkalaemia esetén szívmegállásban nyilvánulhat meg. Az extracelluláris hypokalaemia hiperpolarizációt okoz, következményesen csökkent ingerlékenység tapasztalható.
Itt is elmondható, hogy a táplálékkal és a folyadékokkal felvett K+ ionok mennyisége nagy szórásokat mutat, az isoionia fenntartása a vesében történő kiválasztás hormonális szabályozásában valósulhat meg, melyben az aldoszteronnak van jelentősége. A K+ kiválasztást a sav-bázis háztartás állapota is befolyásolja: alkalózisban fokozódik a K+ leadás, ami a vér K+ szintjének változásához vezet.
Az extracelluláris tér H+ koncentrációja ([H+]) fiziológiás körülmények között gyakorlatilag állandó (isohydria), ami a homeosztázis fontos tényezője.
A testnedvekben a szabad [H+] 4 x 10-8 mol/l, amely patológiás körülmények között 1 x 10-8 mol/l-től 1,6 x 10-7 mol/l-ig változhat. Ennél nagyobb változások már az élettel összeegyeztethetetlenek.
A [H+] fenti dimenziókban való megadása nehézkessé teszi a gyakorlatban való alkalmazását, helyette a pH fogalom bevezetése vált általánossá. A pH a [H+] negatív logaritmusát jelenti. A pH csökkenése, azaz a [H+] emelkedése acidózist, a pH növekedése, azaz a [H+] csökkenése alkalózist jelent.
Az artériás vér pH-ja fiziológiás körülmények között 7,4, a vénás véré és az interstíciális folyadéké 7,35. A pH 6,8 alá való csökkenése, ill. 8,0 fölé való emelkedése rövid időn belül halálhoz vezet.
A pH állandóságát az anyagcserefolyamatok során képződött savas jellegű termékek vagy kívülről bejutó savak ill. bázikus jellegű vegyületek koncentrációjának változása veszélyezteti. A respiratórikus funkciók változása ugyancsak pH eltolódással jár. Az alkalózist ill. acidózist ennek megfelelően metabolikus vagy respiratórikus eredetűnek nevezik.
A fenti változásokat – pufferkapacitásuk által megszabott mértékben – a pufferrendszerek kompenzálják. Ezen túlmenően a tüdő és a vese eliminálja a savas termékeket, ill. a vesetubulusok HCO3- anionokat reabszorbeálnak a sav-bázis egyensúly védelmében.
A pufferrendszerek, amelyek gyenge savak és gyenge bázisok által alkotott elegyek képesek a szabad [H+] állandó szinten tartására, mivel a savak proton donorként, a bázisok pedig proton akceptorként szerepelnek.
A pK az a pH érték, amelynél a két komponens koncentrációja egyenlő. Ha a pufferkomponenseket egyenlő arányban keverjük össze, az oldat pH -ja a rendszer pK értékének felel meg. A rendszer pufferkapacitása legnagyobb a pK értékkel megegyező pH mellett, mert ilyenkor a rendszer az acidózist és az alkalózist ugyanolyan mértékben képes kivédeni.
Szénsav-bikarbonát rendszer
Az anyagcsere során felszabaduló széndioxid vízzel szénsavvá egyesül, ami protonra és bikarbonátra disszociál, így a szénsav és a bikarbonát pufferelegyet képez.
Ha az élő szervezet zárt rendszerként működne, a szénsav-bikarbonát pufferrendszer kevésbé lenne hatékony, mivel a pK-ja (6,1) relatíve messze esik a vér aktuális pH-jától. A bikarbonát/szénsav arány ekkor 20:1, ami igen alacsony puffer kapacitást biztosítana.
A szervezetben azonban a szénsav bikarbonát rendszer nyitottnak tekinthető, mivel a pufferösszetevők koncentrációját a légzés és a veseműködés kontrollálja. A légzés során CO2 leadás történik, ami az acidotikus irányú eltérésekkel szemben jelent védelmet. A vese protonokat képes a vizeletbe kiválasztani ill. bikarbonátot reabszorbeálni a szükségletnek megfelelő mértékben, vagyis a két komponens aránya konstans szinten tartható.
A légzés nyitottá teszi a rendszert a folyamatos CO2 leadás révén. Nyitott rendszerben (azonos pK érték mellett) a disszociációs görbe lefutása változik, mivel a CO2 (és következésképp a H2CO3- koncentráció) konstans. Ez a pufferkapacitás növekedését eredményezi.
Foszfát pufferrendszer
Az extracelluláris térben a szénsav-bikarbonát pufferrendszeren kívül jelentős a H2PO4-/HPO42- pufferrendszer, melyben a H2PO4- ionok gyenge savként, a HPO42- ionok pedig gyenge bázisként viselkednek. A rendszer pK-ja 6,8.
Plazmafehérjék
A plazmafehérjék ugyancsak rendelkeznek pufferkapacitással, mivel -COOH- csoportjaik gyenge savként, -NH3OH csoportjaik pedig gyenge bázisként viselkednek.
A maghőmérséklet az ember belső szerveinek, szöveteinek hőmérséklete, amely a külső hőmérséklet változásával csak szűk határok között ingadozik. Egy egészséges ember átlagos maghőmérséklete 37°C, ami a legkedvezőbb a sejtműködés szempontjából. Az állandó maghőmérséklet annak az eredménye, hogy a szervezetben lejátszódó hőtermelés és a testfelületen keresztül történő hőleadás kiegyenlíti egymást. Ebben a kiegyenlítődésben több szerv is szerepet játszik, ezeket az idegrendszer hangolja össze.
A „mag” fogalma úgy is definiálható, hogy az a része a testnek, amelynek hőmérséklete konstans. A „köpeny” a test változó hőmérsékletű része. A köpeny temperatúra variábilis, a köpenyen keresztül kialakuló hőmérsékleti gradiens szabja meg a hőkicserélődés mértékét és irányát a mag és a külső környezet között. A mag és a köpeny aránya változik a külső környezeti hőmérséklet és a hőszabályozás effektivitásának függvényében.
A hőháztartás akkor van egyensúlyban, ha a hőleadás és a hőtermelés egymással megegyezik. Ebben az állapotban a maghőmérséklet konstans. A hőszabályozó mechanizmusok a konstans maghőmérsékletet széles külső környezeti feltételek mellett képesek biztosítani.
Csökkenő külső hőmérséklet mellett a hideg ellen védő mechanizmusok, növekvő külső hőmérséklet mellett pedig a meleg ellen védő mechanizmusok aktiválódnak.