Przekazywanie sygnału

Układy utrzymujące homeostazę

Homeostaza

• Homeostaza -utrzymanie względnie stałego składu środowiska wewnętrznego organizmu, niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania organizmu:

- zawartość wody- stężenia jonów- stężenia glukozy- wartości pH- temperatury organizmu…

Stan dynamicznej równowagi różnych procesów

Układy regulujące homeostazę

Układ nerwowy

Układ hormonalny

generowanie i koordynacja szybkiej oraz precyzyjnejodpowiedzi, szczególnie pod wpływem bodźców pochodzących ze środowiska

koordynacja przebiegu i utrzymanie stanu równowagi–kontrola funkcji realizowanych przez długi czas

Układ odpornościowy

Układ nerwowy

www.greenspine.ca/media/neurons_and_glial_cel...

„Cel” układu nerwowego

• układ nerwowy ma za zadanie odebrać informacje ze środowiska zewnętrznego i wewnętrznego organizmu, przetworzyć te informacje i zareagować na nie odpowiednimi impulsami do narządów wykonawczych

Podział anatomiczny układu nerwowego

1) Ośrodkowy układ nerwowy (zwany też centralnymukładem nerwowym)• mózg i rdzeń kręgowy

2) Obwodowy układ nerwowy (zwany też peryferycznymukładem nerwowym)• nerwy: czaszkowe i rdzeniowe• zwoje: czaszkowe, rdzeniowe i autonomiczne

Podział anatomiczny układu nerwowegoMózg

MóżdżekRdzeń przedłuzony

Nerwy szyjne

Nerwy piersiowe

Nerwy lędźwiowe

Nerwy krzyżowe

Część ogonowa

Rdzeń kręgowy

Ośrodkowy UN

Obwodowy UN

Ośrodkowy układ nerwowy

1. Mózg i rdzeń kręgowy otoczone są 3 oponami mózgowymi, które je chronią. Opona miękka jest unaczyniona, tak, aby możliwe było odżywianie tkanki nerwowej.

czaszka

twardapajęczynówka

miękka

opony mózgowe

twarda

pajęczynówka

miękka

opony rdzeniowe

kręgi

rdzeń kręgowy

Ośrodkowy układ nerwowy1. Między oponami a tkanką nerwową przepływa płyn mózgowo-

rdzeniowy, który:• amortyzuje wstrząsy• rozprowadza substancje odżywcze• odprowadza produkty przemiany materii

2. Płyn mózgowo-rdzeniowy tworzony jest z osocza krwi przez splot naczyniówkowy znajdujący się w układzie komorowym mózgu

Ośrodkowy układ nerwowy

1. Mózg – obszary odpowiedzialne za myślenie, węch, mowę, wzrok, słuch, ruch ciała

płat czołowy płat ciemieniowy

płat skroniowy

płat potyliczny

kora słuchowa

kora wzrokowa

kora czuciowaI rzędowa kora ruchowa

kora przedruchowa

kora przedczołowa(myślenie)

pole Broca(mowa)

kora w ęchowa

limbiczna kora asocjacyjna

kora wzrokowaasocjacyjna

kora czuciowaasocjacyjna

Ośrodkowy układ nerwowy

1. Mózg – część limbiczna odpowiedzialna za pamięć, uczenie się, emocje

opuszka węchowa ciało migdałowate

hipokamp

wzgórze

Ośrodkowy układ nerwowy

2. Móżdżek – obszar odpowiedzialny za koordynację ruchów

płat czołowy płat ciemieniowy

płat skroniowy

płat potyliczny

móżdżek

Ośrodkowy układ nerwowy

3. Pień mózgu – obszary odpowiedzialne za regulację tętna, przełykania, oddychania, ciśnienia krwi

płat czołowy płat ciemieniowy

płat skroniowy

płat potyliczny

móżdżek

pień mózgu

Ośrodkowy układ nerwowy

4. Rdzeń kręgowy – obszary odpowiedzialne za wydalanie, erekcję i ejakulację, odruchy, przesyłanie

informaci od mózgu na obwód organizmu

Obwodowy układ nerwowy

To wszystkie nerwy pozostające poza mózgiem i rdzeniem kręgowym. Dzielimy je na:• nerwy czaszkowe (12 par), które są m.in odpowiedzialne za odczucia smakowe, węchowe, wzrokowe

• nerwy rdzeniowe (31 par), które doprowadzają informację od receptorów do rdzenia (droga czuciowa) i od rdzenia do narządów docelowych (droga efferentna)

Podział obwodowego układu nerwowego

Obwodowy układ nerwowy

Droga czuciowa(dośrodkowa, afferentna)

Droga motoryczna(odśrodkowa, efferentna)

Somatyczna Autonomiczna

Współczulna Przywspółczulna Jelitowa (visceromotoryczna)

Drogi odśrodkowe - efferentne

•Postawa

•Lokomocja

•Oprawa ruchowa

ENDOKRYNOMOTORYCZNA

OŚRODKOWY UKŁAD NERWOWY

SOMATOMOTORYCZNA AUTONOMICZNA

•Regulacja czynności narządów wewnętrznych

•Koordynacja procesów metabolicznych

•Regulacja czynności wydzielniczej gruczołów dokrewnych

Droga czuciowa(dośrodkowa, afferentna)

receptor

nerw czuciowy

zwój czuciowy

rdzeń kręgowy

Droga motoryczna – somatyczna (odśrodkowa, efferentna)

mięsień szkieletowy

motoneuron

rdzeń kręgowy

nerw rdzeniowy

Droga motoryczna – autonomiczna (odśrodkowa, efferentna)

rdzeń kręgowy

motoneuron I rzędumotoneuron II rzędu

zwój autonomiczny

jelito grube

Autonomiczny układ nerwowy

szyjne

piersiowe

lędźwiowe

krzy żowe

Współczulny Przywspółczulny

Pobudzanie(+)

Hamowanie(-)

Ośrodkowy UN

Obwodowy UN

Receptory, zmysły

Ośrodki integracji informacji

Drogi odśrodkowe

Neuron dośrodkowy Neuron

odśrodkowy

Interneuron

Odbiór

Integracja, interpretacja

Odpowied ź

Organizacja funkcjonalna układu nerwowego

Organizacja funkcjonalna układu nerwowego

Ale jak to działa?

aksonNerw

pęczek neuronów

naczynia krwionośne

nerw

Komórka nerwowa - neuron dendryty

jądro

siateczka endoplazmatyczna

akson

osłonka mielinowa

Zakończenie aksonu

Komórka nerwowa - mielinizacja

Komórki glejowe

Astrocyty - transport substancji odżywczych, rozwój neuronów, regulacja poziomu neurotransmiterów i komunikacji synaptycznej; uszczelnianie bariery krew-mózg

Mikroglej - funkcje odpornościowe

Oligodendrocyty

Ependyma - wyściełają komory mózgu

Komórki Schwanna- wzrost prędkości przekazywania sygnału, regeneracja i wzrost neuronów Oligodendrocyty

Mikroglej

Ependyma

Neuron

Astrocyty

Komórki Schwanna

Oligodendrocyt

Bariera krew-mózg1. Fizyczna i biochemiczna bariera pomiędzy naczyniami krwionośnymi a

tkanką nerwową.

2. Umożliwia wybiórczy transport substancji z krwi do płynu mózgowo-rdzeniowego.

3. Specyficzna budowa śródbłonka naczyń krwionośnych – bardzo szczelne połącznia.

4. Astrocyty gęsto oplatają naczynia, dlatego też związki przedostają się z naczyń do płynu mózgowo-nerwowego i komórek nerwowych poprzez astrocyty.

Sygnały elektryczne

• Komórki nerwowe wytwarzają sygnały elektryczne zwane potencjałami czynnościowymi

• Umożliwiają one propagację sygnału z jednej części ciała do drugiej

• Wytworzenie sygnałów elektrycznych jest możliwe dzięki istnieniu różnicy stężeń jonów pomiędzy zewnętrzna i wewnętrzną częścią błony komórkowej

Błona komórkowaZewnętrzna część (dodatni ładunek, głównie jony Na+)

Wewnętrzna część (ujemny ładunek, głównie aniony białkowe)

Przemieszczanie si ę potencjału czynno ściowego

1

2

3

Na+ zew. kom. >> Na+ wew. kom.

K+ zew. kom. << K+ wew. kom.

Przewodzenie skokowe

Synapsa

Pęcherzyki synaptyczne

Neurotransmiter

Receptor

Miejsce wiązania neurotransmitera

Potencjał czynnościowy

Ca 2+

Neurotrans-miter

Receptor Efekt

Acetylocholina NikotynowyMuskarynowy

Pobudzenie lub hamowanie

Glicyna Hamowanie

Glutaminian AMPANMDAKainowy

Pobudzenie lub hamowanie

GABA GABA AGABA B

Hamowanie

Dopamina Hamowanie lub pobudzenie

Noradrenalina α I β Hamowanie lub pobudzenie

Mnogość synaps

Integracja informacji

Układ hormonalny

www.drsachin.co.cc/hormonaldeficiency.html

Swą funkcj ę układ wydzielania wewn ętrznego pełni dzi ęki cząsteczkom sygnałowym uwalnianym z wyspecjalizowanych

komórek do przestrzeni zewn ątrzkomórkowej

W toku ewolucji zwi ększa si ę liczba oraz stopie ń złożono ści procesów, które kontrolowane s ą na drodze endokrynnej...

..., a to z kolei zwi ązane jest z zaznaczonym w czasie ewolucji wzrostem wydajno ści i skomplikowania układów kr ążenia

Tkanka zewnątrzwydzielnicza Tkanka wewnątrzwydzielnicza

naczynie krwiono śne

receptor na tkance docelowej

kompleks hormon – receptor

Autokrynowa i parakrynowa

Dokrewna

Odpowied ź

Chemiczny przeka źnik

Receptor

Przekaźnictwo sygnału

Przekaźnictwo sygnału

Chemiczny przeka źnik

Receptor

Przekaźnictwo sygnału

Odpowied ź

Krwioobieg

Pod wzgl ędem struktury molekularnej hormony przynale żą do 4 grup zwi ązków

1. Amin, jak adrenalina i noradrenalina, a także powstające z aminokwasów hormony tarczycy (T3 i T4)

2. Eikozanoidów, 20-węglowe pochodne kwasu arachidonowego, ale także linolowego i linolenowego, jak prostaglandyny, leukotrieny, tromboksany i lipoksyny

3. Steroidów, pochodnych cholesterolu, jak hormony płciowe i hormony kory nadnerczy

4. Peptydów i białek, jak hormony tropowe przysadki, ale również insulina czy VIP (wazoaktywny peptyd jelitowy)

Klasyfikacja hormonów

a) białkowe (peptydy, rozpuszczalne w

wodzie)

b) lipidowe (steroidowe, rozpuszczalne w

tłuszczach)

Losy hormonów rozpuszczalnych

w tłuszczach

Losy hormonów rozpuszczalnych w wodzie

białko

preprohormon

prohormon

peptyd sygnałowy

hormon

siateczka cytoplazmatyczna

pęcherzyk wydzielniczy

peptyd sygnałowy

preprowazopresyna

prowazopresyna

wazopresyna

odcinanie peptydu sygnałowego

rozcinanie prohormonu

Narządy wewnątrzwydzielniczePODWZGÓRZEWazopresyna (ADH), oksytocyna

Hormony reguluj ące syntez ę hormonów tropowych

PRZYSADKACzęść gruczołowa: ACTH, TSH, GH, PRL, FSH, LH, MSH

Część nerwowa: wydzielanie oksytocyny i ADH

TARCZYCATyroksyna (T4)

Trójjodotyronina (T3)

Kalcytonina

GRASICATymozyna, tymulina

NADNERCZARdzeń:Adrenalina, noradrenalina

Kora: Kortyzol, kortykosteron, aldosteron, androgeny

GONADY - JĄDRAAndrogeny, głównie testosteron

Inhibina

SZYSZYNKAMelatonina

PRZYTARCZYCEParathormon

SERCENatriuretyczny peptyd przedsionkowy (ANP)

NERKIErytropetyna

Kalcytrol

TKANKA TŁUSZCZOWALeptyna

UKŁAD POKARMOWYCała gama hormonów

WYSEPKI TRZUSTKOWEββββ – insulina

αααα - glukagon

GONADY - JAJNIKIEstrogen, progesteron, inhibina

Podwzgórze wydziela hormony, które…

…stymuluj ą przysadk ę, która

wydziela hormony, które…

…stymuluj ą gruczoły dokrewne do

wydzielania hormonów

tarczyca, kora nadnerczy, gonada

Niski poziom jonów wapnia w krwi stymuluje…

…wydzielanie parathormonu (PTH)

przytarczyce

przytarczyceprzedni płat przysadki

naczynie krwiono śne

Zazwojowe włókna współczulnego UN

stymuluj ą rdzeń nadnerczy…

…do wydzielania adrenaliny naczynie

krwiono śne

rdzeń nadnerczy

włókno współczulne

rdzeń kręgowy

Hormonalna Humoralna Nerwowa

przytarczycetarczyca

kalcytonina

stymuluje odkładanie Ca2+

w kościach

tarczyca wydziela kalcytoninę

obniża odzyskiwanie Ca2+ w nerkach

BODZIECCa2+ w krwi

BODZIECCa2+ w krwi

HOMEOSTAZACa2+ w krwi

(~ 10 mg/ 100ml)

Ca2+ w krwi spada do poziomu

wyjściowego

Ca2+ w krwi rośnie do poziomu

wyjściowego

stymuluje wydzielanie Ca2+ z kości

stymuluje odzyskiwanie Ca2+ w nerkach

PTH

aktywuje wit.D

wzmaga wchłanianie Ca2+ w jelitach

PRZYTARCZYCE

Regulacja humoralna

trzustkakomórki zewnątrzwydzielnicze trzustki

(wydzielają enzymy trawienne)

komórki beta (ββββ) –wydzielają insulinę

naczynia krwionośne

komórki alfa (αααα) –wydzielają glukagon

wzmożone pobieranie glukozy prze komórki organizmu

wzrost wydzielania insuliny

magazynowanie glukozy w wątrobie w postaci glikogenu

wysoki poziom glukozy w krwi

BODZIECpodwyższenie glukozy w krwi

(np kaloryczny posiłek.)

BODZIECobniżenie glukozy w krwi (np. ominięcie posiłku)

poziom glukozy w krwi wraca do poziomu podstawowego; spada wydzielanie insuliny

niski poziom glukozy w krwi

wzrost wydzielania glukagonu

rozkład zmagazynowanego glikogenu do glukozy

poziom glukozy w krwi wraca do poziomu podstawowego;

spada wydzielanie glukagonu

HOMEOSTAZAglukoza w krwi (~ 90 mg/ 100 ml)

Cukrzyca

Typu 1 – insulinozależna, pojawia się u dzieci, autoagresja układu odpornościowego skierowana przeciwko komórkom β trzustki

Typu 2 – insulinoniezależna, polega na insulinooporności –„głód w sytości”

nadnercza

rdzeń (adrenalina,

noradrenalina)

kora (glukokortykoidy - kortyzol, mineralokortykoidy - aldosteron)

1) Rejestracja sygnału alarmowego2) Informacja o zagrożeniu dociera do mózgu3) Mózg integruje informację i wysyła sygnał do rdzenia nadnerczy4) Rdzeń nadnerczy wydziela adrenalinę5) Adrenalina wpływa na serce i mięśnie

Regulacja wydzielania adrenaliny przez rdze ń nadnerczy – regulacja nerwowa

podwzgórze

tylny płat przysadki

przedni płat przysadki

Regulacja hormonalna

System hierarchiczny

Podwzgórze syntetyzuje1. Hormony uwalniające hormony przysadki (RH – releasing hormones)

TRH, CRH, GnRH

2. Hormony hamujące uwalnianie hormonów przysadki

(RIH – release-inhibiting hormones)

HORMONY TE NAZYWAMY HIPOFIZJOTROPOWYMI

3. Hormony uwalniane poprzez tylny płat przysadki nerwowej: oksytocynę

i wazopresynę

Podwzgórze- przysadka

przedni płat przysadki(część gruczołowa)

tylny płat przysadki(część nerwowa)

neurony podwzgórza wydzielają hormony

do krwi

krew

układ wrotny

pobudzona przysadka wydziela hormony do

krwi

neurony podwzgórza wydzielają hormony

do krwi bezpośrednio na

terenie przysadki

wazopresyna, oksytocyna

układ wrotny

część gruczołowa przysadki

hormon wzrostu (GH)

kości, mi ęśnie prolaktyna (PRL)

gruczoł mlekowy

hormon tyreotropowy (TSH)

tarczyca

tyroksyna (T4), trójjodotyronina (T3)

hormon folikulotropowy (FSH)

i luteotropowy (LH)

gonady

estrogeny, progesteron, androgeny

hormon adrenokortykotropowy

(ACTH)

kora nadnerczy

glukokortykoidy (kortyzol)

PODWZGÓRZE

PRZYSADKA(przedni płat)

PRH PIH/ dopamina

prolaktyna(PRL)

TRH

TSH

CRH

CSH

GHRH GHIH GnRH

GH FSH LH

Tarczyca Kora nadnerczy

Wątroba Gonady

T3, T4 Kortyzol Somatomedyna AndrogenyEstrogeny, Progesteron

Tkanki GonadyPiersi

Układ sprz ężeń zwrotnych

System sprzężeń zwrotnych to rodzaj funkcjonalnych powiązań jakie występują między poszczególnymi elementami układu wewnątrzwydzielniczego oraz

elementami układu wewnątrzwydzielniczego i tkankami docelowymi

Układ sprz ężeń zwrotnych

Relacje te można zobrazować w formie pętli oddziaływań:

1. Krótkiej, gdy tkanka docelowa wpływa na narząd wewnątrzwydzielniczy, który bezpośrednio regule jej aktywność

2. Długiej, gdy tkanka docelowa wpływa na narząd wewnątrzwydzielniczy, który pośrednio reguluje jej aktywność

3. Ultrakrótkiej, gdy produkty narządu wewnątrzwydzielniczego bezpośrednio regulują jego aktywność

4. Otwartej, gdy tkanka jest jedynie odbiorcą informacji pochodzącej z narządu wewnątrzwydzielniczego

tarczyca

Tarczyca

Tchawica

Tętnica szyjna

Tarczyca

Aorta

Oś regulacyjna podwzgórze-przysadka-tarczyca

Podwzgórze wydziela hormon uwalniający tyreotropinę(TRH)

Przedni płat przysadki wydziela tyreotropinę (TSH)

Tyreotropina stymuluje tarczycę do produkcji oraz uwalniania trójjodotyroniny (T3) i tetrajodotyroniny, czyli tyroksyny (T4)

Uwalnianie hormonów tarczycy jest kontrolowane na drodze ujemnego sprzężenia zwrotnego poprzez wpływ T3i T4 na przysadkę (krótka pętla) i podwzgórze (długa pętla)

przysadka wydziela TSH

tarczyca wydziela tyroksyn ę

tarczyca wstrzymuje wydzielanie tyroksyny

przysadka przestaje wydziela ć TSH

podwzgórze otrzymuje sygnał, że w organizmie jest zapotrzebowanie na energi ę i wydziela TRH

podwzgórze otrzymuje sygnał, że w organizmie jest wystarczaj ąca ilo ść energii i przestaje wydziela ć TRH

Gonady

jajnikijądra

GnRH GnRH

LH FSH LH FSH

estrogeny progesteron androgeny

płat przedni przysadki

komórki podporowe(Sertoliego)

PODWZGÓRZEGnRH

LH FSH

komórki śródmiąższowe

(Leydiga)

inhibina

(-)

(-)(-)

(+)(+)

(+)

testosteron

LH:•pobudza wytwarzanie testosteronu przez komórki Leydiga

FSH:•działa na komórki Sertoliego •pobudzanie spermatogenezy•wpływa na uwalnianie spermy•stymuluje wydzielanie inhibiny•aktywuje aromatazę T-E

Regulacja wydzielania testosteronu

LHFSHestradiol

progesteron

Cykl menstruacyjny

Źródłem hormonów u kr ęgowców jest wiele wyspecjalizowanych gruczołów oraz tkanek wchodz ących w skład narz ądów pełni ących

także inne funkcje ni ż wewnątrzwydzielnicza

Serce: przedsionkowy peptyd natriuretyczny

Nerki: kalcytriol

Wątroba: kalcydiol, somatomedyna

Skóra: kalcyferol

Przewód pokarmowy: gastryna, cholecystokinina, sekretyna, wazoaktywny peptyd jelitowy

Tkanka tłuszczowa: leptyna

Cykle okołodobowe i okołoroczne

synchronizatory społeczne

szyszynka

melatonina

RYTMY OKOŁODOBOWE

ciśnienie krwi

podziały komórek

metabolizm kości

odporno ść

Rytmy okołodobowe

szyszynka

Melatonina jako zegar i kalendarz

wiosna

lato

zima

jesień

ZEGAR KALENDARZ

zima

wiosna

lato

jesień

noc

noc

noc

noc

dzień

dzień

dzień

dzień

poziom melatoniny we krwiciemość