Dýchací a oběhová soustava seminář pro Septimu A. 2007

Oběhový systém – úvod Difúze difúze není účinná na vzdálenosti větší než několik milimetrů, protože čas, který určitá látka (třeba dané množství glukózy) potřebuje k pohybu odpovídá druhé mocnině vzdálenosti např. pokud by vzdálenost 100 µm by trvala 1 vteřinu vzdálenost 1 mm by trvala 100 vteřin 1cm skoro tři hodiny oběhový systém řeší tento problém: žádná látka, která vchází nebo vychází do buňky nemusí putovat pomocí pouhé difúze příliš daleko

Oběhový systém - úvod oběhový systém zajišťuje, se z vodního prostředí, ve kterém konkrétní buňky žije, dostává tekutina k orgánům zajišťujícím výměnu plynů, zisk živin a odstraňování odpadů například v plicích savců se kyslík ze vzduchu dostává skrze vlhký epitel do krve, zatímco oxid uhličitý se dostává naopak z krve do vzduchu

Oběhový systém u bezobratlých Cnidaria žahavci nemají oběhový systém v pravém slova smyslu tělní stěna se skládá jen ze dvou vrstev buněk, takže buňky jsou v přímém kontaktu buď s okolní vodou, nebo s vodou v gastrovaskulární dutině gastrovaskulární trakt se u medúz větví do mnoha ramen, takže většina buněk se buď dostává do přímého kontaktu s částečkami potravy, nebo alespoň tyto částečky nemusí putovat dlouho ani k nejvzdálenějším buňkám

Oběhový systém u bezobratlých Cnidaria

Oběhový systém u bezobratlých Platyhelminthes mají rovněž rozvětvenou trávicí soustavu, každá buňka má tedy blízko k vnitřnímu či vnějšímu prostředí… … čemuž napomáhá i plochý tvar těla difúze tedy nemusí probíhat na velké vzdálenosti

Otevřená a uzavřená cévní soustava pro většinu mnohobuněčných organismů je ovšem trávicí soustava s pouhým jedním otvorem příliš nedostatečná pro zásobení všech buněk živinami a kyslíkem a pro odvod zplodin metabolismu většina mnohobuněčných má totiž tkáně tvořené z mnoha buněk – difúze by na tak velké vzdálenosti byla neúčinná tento problém se řeší vznikem oběhové soustavy, která má u živočichů dvě podoby uzavřená otevřená

Srovnání

Otevřená cévní soustava členovci a většina měkkýšů neexistuje rozlišení mezi krví a tzv. intersticiální tekutinou oběhová tekutina je zvána hemolymfa jedno či více srdcí pumpuje hemolymfu do tzv. sinů, které vedou k důležitým orgánům

Otevřená cévní soustava u hmyzu a obecně arthropod je srdce trubice umístěná na hřbetní straně kontrakce srdce pumpuje hemolymfu do sinů

Otevřená cévní soustava hemolymfa proudí zpět do srdce otvůrky zvanými ostie oběhu hemolymfy pomáhají pohyby těla, které tlačí na siny

Uzavřená cévní soustava annelida, cephalopoda a všichni obratlovci krev a intersticiální tekutina jsou odlišeny jedno či více srdcí pumpují krev do velkých cév, které se větví na menší, které vedou mezi orgány zde dochází k výměně materiálů mezi krví a intersticiální tekutinou pomocí difúze

Otevřený a uzavřený cévní systém – výhody a nevýhody obě zřejmě skýtají svým nositelům značné výhody otevřená cévní soustava málo energie na vybudování málo energie na stahy srdce u měkkýšů a čerstvě svléklým vodním členovcům souží jako hydrostatická kostra

Otevřený a uzavřený cévní systém – výhody a nevýhody uzavřená cévní soustava mnohem výkonnější, což je zřejmě nutné u pohyblivějších větších zvířat (z bezobratlých viz právě chobotnice a krakatice) všechna arthropoda mají otevřený systém, ale u větších krabů a humrů je velmi propracovaný systém cév a jsou zde i „přídatná“ srdce, pomáhající s pumpováním hemolymfy

Obratlovci všichni mají uzavřený systém, zde zvaný kardiovaskulární systém obecně mají obratlovci srdce tvořené: jedna či dvě předsíně (atria) jedna nebo dvě síně (ventriculy) třemi hlavními typy cév jsou tepny žíly kapiláry jejich totální délka v lidském těle je 100 000 km arterie se větví v menší arterioly a vedou krev směrem od srdce pryč

Obratlovci arterie se větví v menší arterioly a vedou krev směrem od srdce pryč kapiláry jsou mikroskopické cévky, prorůstající všechny orgány skrze tenkou stěnu kapilárek probíhá výměna dýchacích plynů, živin a odpadů na svém „downstream“ konci se kapiláry slévají do žilek (venuly), které se sbíhají do žil (venae) žíly vedou krev směrem do srdce je třeba si uvědomit, že tepny a cévy odlišujeme podle směru, kterým v nich krev teče a nikoli podle toho, zda obsahují krev okysličenou či odkysličenou

Obratlovci všechny tepny tedy vedou krev směrem ke kapilárám, všechny žíly vedou krev směrem od kapilár důležitou výjimkou je portální oběh: z kapilár kolem střeva se krev sbíhá do portální žíly, která se následně rozvětvuje do kapilár v játrech z jater se krev sbíhá do jaterní žíly, která vede krev do srdce

Obratlovci - přehled obecně je oběhová soustava propracovanější u obratlovců s vyšším metabolickým obratem podobně uvnitř těla konkrétného obratlovce komplexita a počet cév odpovídá metabolickým požadavkům daného orgánu největším rozdílem mezi různými skupinami obratlovců je dýchání žábrami vodních obratlovců na jedné straně a dýchání plicemi u suchozemských obratlovců na straně druhé

Ryby srdce má jednu předsíň a jednu komoru

Žábry lososa

Ryby krev ze srdce teče do žaber, kde získává kyslík a zbavuje se oxidu uhličitého odtud se krev sbíhá do cév, které vedou okysličenou krev do celého těla odtud se krev vrací cévami zpět do srdce značnou nevýhodou systému jest, že krev opouštějící žábry již postrádá krevní tlak – dp těla tak okysličená krev již proudí relativně pomalu (i když jejímu proudění pomáhají pohyby těla)… …což limituje maximální aerobní metabolický obrat u ryb

Obojživelníci srdce má tři prostory: dvě předsíně a komoru existují již dva oběhy: plicní (přesněji pulmocutaneous) a systemický (tělní) k určitému míchání krve s kyslíkem a bez kyslíku dochází v jediné komoře

Obojživelníci kyslík se dostává do krve nejen plícemi, nýbrž i pokožkou i když je komora jen jedna, je zde již hřeben, který víceméně úspěšně odděluje krev z plic bohatou na kyslík s krví z těla, chudou na kyslík dvojitý oběh je výhodný, protože poté, co se po stlačení krve srdcem ztratil krevní tlak v plicích, je krev znovu srdcem stlačena a pumpována pod tlakem do těla… …což je obrovská výhoda oproti rybám, kde se krev již bez tlaku dostává z žaber do těla

„Plazi“ srdce má dvě předsíně a jednu komoru dvojí oběh komora je sice jen jedna, ale přepážka (septum) ji téměř zcela rozděluje

„Plazi“ opět je zde dvojí oběh – plicní oběh a systemický oběh krokodýli (a ptáci…) však již mají komoru zcela rozdělenu, takže můžeme mluvit o čtyřprostorovém srdci (dvě předsíně a dvě komory) s výjimkou ptáků mají všichni „plazů“ ovšem dvě arterie vedoucí do těla systemickým oběhem arteriální chlopně umožňují téměř všechnu okysličenou krev z plicního oběhu hnát do systemického oběhu

Ptáci a savci dvě předsíně a dvě komory zcela oddělen plicní a systemický oběh

Ptáci a savci z levé komory jde okysličená krev do těla levá předsíň a levá komora obsahují pouze okysličenou krev pravá předsíň a pravá komora obsahují pouze odkysličenou krev čtyřprostorové srdce byla zřejmě klíčová adaptace pro vznik endotermie (teplokrevnosti)

Ptáci a savci endotermové spotřebují cca 10x více energie než ektotermové; oběhový systém tak musí transportovat 10 x více paliva a kyslíku kompletní oddělení plicního a systemického oběhu je tedy nutností, podobně jako srdce schopné čerpat požadovaný objem krve ptáci i savci se vyvinuli z „plazů“ a u obou skupin vzniklo srdce s čtyřmi prostory nezávisle, což můžeme chápat jako příklad konvergentní evoluce

Srovnání

Krevní oběh člověka

Krevní oběh člověka pravá komora pumpuje krev do plic skrze plicní arterie. jak krev proudí skrze plicní kapiláry, získává kyslík a zbavuje se oxidu uhličitého. Okysličená krev se vrací plicními žílami do levé předsíně, odtud do levé komory, ze které krev proudí aortou do těla

Krevní oběh člověka 6. krev z aorty zásobuje samotné srdce (na obrázku neukázáno), a dále se větví do dalších tepen 7. a 8. odtud do kapilár, kde krev předává buňkám kyslík a získává oxid uhličitý. Odkysličená krev z hlavy, krku a horních končetin vede do srdce skrze 9. anterior vena cava

Krevní oběh člověka 10. posterior vena cava přivádí krev k srdci z dolních končetin a trupu. Tyto dvě žíly se spojují a vedou krev do 11. pravé předsíně, odkud krev proudí do pravé komory

Stavba srdce Přepážka septum cordis dělí srdce na pravou a levou polovinu mezi síní a komorou jsou cípaté chlopně dvojcípá chlopeň (valvula bicuspidalis) v levé polovině trojcípá chlopeň (valvula tricuspidalis) v pravé polovině při výstupu aorty a plicní tepny ze srdce jsou poloměsíčité chlopně valvulae semilunares

Srdce pod hrudní kostí (sternum), má přibližně velikost zaťaté pěsti dvě předsíně mají relativně slabou svalovinu komory mají silnější vrstvu svaloviny a stahují se mnohem silněji – především levá komora, která posílá krev do těla srdce se stahuje rytmicky – při stahu je krev pumpována do těla, při uvolnění krev přitéká do komor celý cyklus se nazývá cardiac cycle

Srdeční cyklus systola = stah komor diastola = relaxace komor minutový srdeční objem = množství krve, kterou srdce přečerpá za minutu. Závisí na frekvenci systol (počet úderů za minutu) u člověka cca 70 za minutu objemu srdce jedna systola u člověka = cca 75 ml krve minutový srdeční objem = 70 x 75 ml = 5,25 litrů/minutu tento objem se může až 5 x zvýšit při intenzivní námaze

Srdeční cyklus pro zajímavost: během této intenzivní námahy srdce přečerpá za 2 – 3 minuty tolik krve, kolik váží celý organismus

Srdeční cyklus dospělý člověk má cca 70 – 75 tepů za minutu jeden cyklus tedy trvá okolo 0,8 vteřiny

Srdeční cyklus během diastoly proudí krev do předsíní a do komor atriální systola – krátký stah předsíní nažene všechnu krev do komor ventrikulární systola – silný stah pumpuje krev do tepen. Tato fáze je velmi krátká – jen 0,1 s. 7/8 cyklu je tedy srdce relaxováno a přitéká do něj krev

Chlopně chlopně jsou tvořeny z pojivové tkáně a brání zpětnému toku krve mezi předsíní a komorou je atrioventrikulární chlopeň (AV) systola tuto chlopeň uzavře a zabrání se tak pumpování krve zpět do předsíně poloměsíčité chlopně jsou u východu z obou komor jsou tedy u východu aorty z levé komory a plicní tepny z pravé komory zabraňují zpětnému toku krve z tepen do komor

Puls puls je způsoben velkou pružností tepen, které se při každá systole roztahují srdeční „tlukot“ je způsoben uzavíráním chlopní pokud položíme ucho na hruď kamaráda, i bez stetoskopu je možné slyšet známé „lub-dup“ první zvuk „lub“ je způsoben uzavřením atrioventrikulárních chlopní druhý zvuk „dup“ je způsoben uzavřením poloměsíčitých chlopní

Puls poruchu na chlopních je možno vnímat jako tzv. šelesty – syčivý zvuk je způsoben pronikáním krve skrze chlopeň zpět někteří lidé se již s touto vadou narodí u jiných může být chlopeň poškozena infekcí (například revmatickou horečkou) většina šelestů ale není natolik vážná, aby se muselo přistoupit k chirurgickému zákroku

Udržení srdečních stahů mozek bez kyslíku zahyne během několika minut – udržení srdečních stahů je tedy kritická podmínka přežití některé srdeční buňky se stahují bez jakýchkoli nervových příkazů zvenčí – stahují se dokonce i když jsou vypreparované a uložené v tkáňové kultuře sinoatriální uzlík (SA) neboli pacemaker koordinuje stahy všech těchto buněk sinaoatriální uzlík je umístěn ve stěně pravé předsíně protože u obratlovců je SA umístěn přímo v srdci, hovoříme o myogenickém srdci u arthropod pacemaker je mimo srdce a je s ním spojen nervy – hovoříme o neurogenickém srdci

Udržení srdečních stahů sinoatriální uzlík tvoří elektrické impulsy velmi podobně jako je tvoří nervové buňky. protože jsou spolu jednotlivé srdeční buňky elektricky spojeny, impuls se rychle šíří stěnami předsíní a tyto se tak unisono stahují. Impuls se nakonec dostane i k specializovanému místu zvanému atrioventrikulární uzlík, který se nachází mezi pravou předsíní a pravou komorou buňky atrioventrikulárního uzlíku umí impuls pozdržet asi o 0,1 s - což je dost času na to, aby se obě předsíně stáhly a vyprázdnily specializované buňky – zvané Purkyňovy buňky, pak impuls rozšíří až do apexu srdce

Elektrokardiogram tyto elektrické impulsy se pak šíří tělními tekutinami do celého těla, a jsou detekovatelné i na kůži elektrodami připevněnými na kůži pak můžeme zaznamenávat tzv. elektrokardiogram (EKG)

Srdeční rytmus

Sinoatriální a atrioventrikulární uzlík sinoatriální uzlík diktuje tempo celému srdci, ale samo je ovlivňováno řadou dalších podnětů nervy podporují i tlumí srdeční činnost hormon adrenalin zrychluje srdeční činnost zvýšení teploty o 1 stupeň Celsia zvyšuje srdeční frekvenci o deset úderů za minutu – to je důvod, proč nám při horečce bije srdce rychleji při cvičení či těžké práci je třeba více kyslíku a tedy se rovněž se zvyšuje srdeční činnost

Stavba cév stěny tepen i žil se sestávají ze tří vrstev pojivová tkáň na povrchu obsahuje elastická vlákna dávají cévě pružnost uprostřed je vrstva hladké svaloviny s dalšími elastickými vlákny endothelium je tvořeno jedinou vrstvou plochých buněk, která umožňuje hladký průchod krve kapiláry mají pouze endotel, kolem kterého je membrána to umožňuje výměnu látek a plynů mezi intersticiální tekutinou a krví

Stavba cév arterie mají mnohem silnější vrstvu střední svaloviny a vnější pojivovou tkáň tyto dvě silné vrstvy poskytují možnost v sobě uchovat velké množství krve po srdečním stahu a následně uchovat velký krevní tlak i při diastole žíly mají tyto dvě vrstvy slabší – žílami teče krev do srdce malou rychlostí a při slabém tlaku proud krve v žilách je umožněn pohyby svalů, které tlačí na žíly chlopně v žilách zabraňují krvi téci nesprávným směrem

Stavba cév

Tepny vnitřní vrstva – endotel střední vrstva – elastická vazivová a hladká svalová vlákna vnější vrstva - vazivo

Žíly vnitřní vrstva – endotel střední vrstva – elastická vazivová a hladká svalová vlákna vnější vrstva – vazivo = stavba je stejná jako u tepen, ale vnější a střední vrstva je mnohem slabší

Kapiláry postrádají vnější dvě vrstvy a mají pouze endotel

Krevní oběh v žilách teče krev o nízké rychlosti a malém tlaku v žilách krev teče zejména díky náhodným pohybům svalů při chůzi, pohybu atd. uvnitř větších žil dolní poloviny těla jsou kapsovité chlopně, bránící průtoku krve zpět

uvnitř větších žil dolní poloviny těla jsou kapsovité chlopně, bránící průtoku krve zpět

Krevní oběh v aortě teče krev cca 1 000x rychleji než v kapilárách aorta 30cm/vteřinu kapiláry 0,026 cm/vteřinu celkový objem průtoku musí být vždy stejný celkové průměr kapilár je ale mnohem větší než průměr aorty, proto v nich teče krev pomaleji v žilách se rychlost toku krve opět zrychluje

Tlak a rychlost toku krve

Tlak krve tlakem se rozumí síla, kterou krev tlačí na endotel cév tekutiny proudí z míst o větším tlaku do míst s menším tlakem v tepnách je tlak mnohem větší než v žilách, nejvyšší tlak je v tepnách těsně po systole tomuto tlaku říkáme systolický tlak

EKG P = depolarizace atrií QRS = depolarizace komor T = repolarizace komor, začátek diastoly EKG

EKG

Infarkt myokardu

Krevní tlak a jeho měření nejprve ovážeme paži gumovým škrtidlem a nafoukneme jej vzduchem, takže žádná krev nemůže protékat, stetoskopem pod škrtidlem nic neslyšíme systolický tlak = arterií v paži právě začala protékat krev (krevní tlak se vyrovnal síle škrtidla a krev „prorazila“ arterií) diastolický tlak = stetoskopem již neslyšíme nic, krev protéká naprosto volně

Baroreceptory jsou v oblouku aorty a v krkavicích a jejich úkolem je měřit krevní tlak vysílají informace do kardiovaskulárního kontrolního centra v prodloužené míše je-li tlak nízký, nervy způsobí konstrikci arterií v kůži a útrobách, čímž dojde ke zvýšení jedná se tedy o negativní zpětnou vazbu

Krevní tlak typický krevní tlak je 120/75 a je měřen v mm rtuťového sloupce hypertenze = vysoký krevní tlak vzniká za silných stahů komor, systolický tlak je vyšší než 150 a diastolický vyšší než 90

Krevní tlak vysoký krevní tlak může být závisí na jak moc srdce pracuje jak moc je v systému krve vasokonstrikcí – malou průtočností, odporem cév nízký krevní tlak je způsoben srdce bije pomalu krve je málo – hydratací nebo krvácením po úraze

Krevní tlak regulují hormony ADH – antidiuretický hormon = vasopressin aldosteron atriální natriuretický hormon oxid dusnatý (NO)

Krevní tlak regulují hormony ADH – antidiuretický hormon = vasopressin je produkován neurohypofýzou jakožto odpověď na vzrůstající osmotickou koncentraci krevní plasmy… …což může být zapříčiněno např. dehydratací… kterou zachytí osmoreceptory v hypotalamu, které vyvolají pocit žízně a signalizují neurohypofýze, aby produkovala ADH ADH způsobí, že ledviny v sobě zachytí více vody (méně vody tedy půjde do vznikající moči) dehydratovaná osoba tedy bude pít více a močit méně

Krevní tlak regulují hormony aldosteron pokud krevní tlak poklesne, i ledvinami protéká méně krve ledviny pak uvolňují do krve enzym zvaný renin renin aktivuje krevní protein zvaný angiotensin, který stimuluje vasokonstrikce v celém těle stimuluje kůru nadledvin k produkci aldosteronu aldosteron způsobí, že ledviny zachycují více vody a iontů Na+… …což zvyšuje krevní tlak i osmolaritu krve

Krevní tlak regulují hormony atriální natriuretický hormon pokud je v krvi příliš mnoho iontů Na+, je třeba zajistit, aby se uvolňovalo méně aldosteronu a aby se sodík vyplavoval do moči to je způsobeno hormonem, který je překvapivě produkován pravou srdeční předsíní! srdce tedy funguje jako endokrinní žláza pravá předsíň reaguje na velký objem krve uvolněním atriálního natriuretického hormonu, čímž dojde k vylučování sodíku i vody do moči jedná se tedy o zpětnovazební systém

Krevní tlak regulují hormony oxid dusnatý (NO) je plyn a patří mezi tzv. parakrinní hormony v roce 1998 byla za jeho objev udělena Nobelova cena NO je produkován endotelem, proniká do vrstvy hladkého svalstva, které relaxuje již více než 100 let byl pacientům s bolestí srdce aplikován nitroglycerín, ale až nyní je znám mechanismus – z nitroglycerínu vzniká NO

Intersticiální tekutina se nenachází v oběhové soustavě, nýbrž omývá jednotlivé buňky většina této tekutiny je filtrována z kapilárek poblíž jejich arteriálního konce, kde je krevní tlak vyšší a vrací se do kapilárky poblíž jejího venózního konce, kde je krevní tlak nižší návrat tekutiny do kapiláry je umožněn osmózou většina proteinů z krve se nemůže dostat do intersticiální tekutiny z kapiláry, proto je osmotický tlak v kapiláře vždy větší než v intersticiální tekutině, hovoříme o onkotickém tlaku

Intersticiální tekutina intersticiální tekutina tedy vzniká díky krevnímu tlaku a dostává se zpět díky osmóze stává se, že vzniká více intersticiální tekutiny než je schopno se vrátit zpět do kapilárky

Intersticiální tekutina u těhotných žen foetus (plod) tlačí na žíly, čímž zvyšuje krevní tlak a v dolních končetinách vzniká přebytek intersticiální tekutiny – výsledkem je otok, edém podobný edém vzniká, když je v krvi málo proteinů a onkotický tlak je malý – intersticiální tekutina tak nemá důvod se vracet do kapilárky (kwashiorkor – nedostatek proteinů v krvi nebo nesprávná práce jater, které vyrábí většinu krevních bílkovin)

Intersticiální tekutina ale i za normálních podmínek vzniká krevním tlakem více intersticiální tekutiny, než se vrací zpět do kapiláry díky osmóze přebytek této intersticiální tekutiny odvádí lymfatický systém lymfatický systém obsahuje lymfatické kapiláry, lymfatické cévy, lymfatické uzliny a lymfatické orgány (brzlík (thymus) a slezinu) lymfatické kapiláry jsou slepě zakončeny a jejich stěny jsou vysoce propustné

Intersticiální tekutina

Lymfa lymfa proniká do z kapilárek do lymfatických cév, které svou stavbou připomínají žíly a mají chlopně bránící zpětnému toku lymfy

Lymfa lymfa nakonec dvěma velkými lymfatickými cévami ústí v oblasti krku do krevních žil pohyb lymfy je způsoben pohybem svalů při náhodných tělních pohybech, podobně jako u žilné krve u mnoha ryb, všech obojživelníků a „plazů“, ptačích zárodků a některých dospělých ptáků je pohyb lymfy ulehčen lymfatickými srdci

Lymfa lymfa proudí lymfatickými uzlíky a lymfatickými orgány a její složení se mění díky fagocytujícím buňkám, které pokrývají stěny těchto orgánů určitý typ bílých krvinek, lymfocytů se zde aktivuje a nebo přímo vzniká

Kardiovaskulární nemoci nejčastější příčina smrti v USA srdeční infarkt odpovídá za 1/5 všech smrtí v USA

Srdeční infarkt ucpání koronární arterie (= arterie, která zásobuje srdce krví) aretrie je ucpána např. krevní sraženinou arterie může být ucpána aterosklerózou nemusí končit smrtí, pokud je zasažena jen malá část srdce a okolní tepny jsou schopny zvýšit kapacitu a zásobovat krví i zasažené části myokardu

Angina pectoris = bolest hrudníku (doslovný překlad) bolí srdce, bolest vystřeluje do levého ramene a levé paže angina pectoris je vážným varováním, že srdce je krví zásobeno sice ještě dostatečně, aby srdeční buňky ještě neodumřely, ale přece jen méně než by bylo potřeba

Mozková mrtvice tepénka v mozku praskne nebo je naopak tepna v mozku ucpána sraženinou nebo aterosklerózou

Ateroskleróza v arteriích je abnormální množství hladkého svalstva naakomulován materiál tukové povahy naakumulován cholesterol či fibrin naakumulovány rozmanité zbytky buněk průtok krve tepnou je omezen či vůbec znemožněn aterosklerózu způsobují genetické faktory kouření vysoký tlak vysoká hladina cholesterolu v krvi

Ateroskleróza prevence a léčba dieta s nízkým obsahem cholesterolu a nasycených tuků (ze kterých může být cholesterol v těle vyroben) léčba vysokého tlaku stopping smoking a. b. c. koronární arterie je pouze lehce blokována vážná forma aterosklerózy, arterie je silně blokována arterie je kompletně zablokována

Ateroskleróza

Arterioskleróza ztvrdnutí arterií ve stěnách arterií se ukládá velké množství vápníku objevuje se, pokud je silná ateroskleróza nejen že jsou arterie ucpávány, navíc nejsou schopny se roztáhnout, tak jak do nich srdce pumpuje krev; ztrácejí pružnost

Krev krev se skládá z tekutiny zvané plasma a z různých typů buněk, které se v této tekutině nacházejí plasmy je 55 %, buněk 45 % krevní destičky nejsou buňky, jsou to spíše fragmenty buněk, které vznikly v kostní dřeni intersticiální tekutina vzniká z plasmy

Krev

Krevní plasma obsahuje metabolity, odpady, hormony ionty proteiny

Krevní plasma obsahuje metabolity, odpady, hormony glukóza, aminokyseliny, vitamíny, CO2 atd. většina CO2 je převážena v krvi ve formě uhličitanových iontů ionty krevní plasma je v podstatě slaný roztok upomínající na život v mořích. Hlavními ionty jsou Na, Cl, uhličitanové ionty navíc jsou zde v malém množství ionty Ca, Mg, Cu, K, Zn je ovšem třeba říct, že současná plasma má menší koncentraci iontů než současná moře

Krevní plasma obsahuje proteiny většinu těchto proteinů produkují játra. Jedním z nejhojnějších proteinů je albumin α globulin a β globulin, které převážejí lipidy a steroidní hormony fibrinogen, který se účastní procesu srážení krve

Srážení krve při poranění krevní destičky uvolní do krve proteiny, které přemění protrombin na trombin trombin přemění fibrinogen na nerozpustná vlákna fibrinu fibrin vytvoří v místě poranění sraženinu krevní plasma, ze které je odstraněn fibrinogen je zvána sérum

Srážení krve při poranění

erytrocyt s vlákny fibrinu

V krvi jsou erytrocyty, krevní destičky a pět typů leukocytů = bílých krvinek

V krvi jsou erytrocyty, krevní destičky a pět typů leukocytů = bílých krvinek

Hematokrit = objem krve, který v ní zaujímají erytrocyty obvykle 45 % (plasma 55 %)

Erytrocyty u obratlovců se pouze v nich nachází hemoglobin u bezobratlých se hemoglobin, ale i jiné typy pigmentů vázajících kyslík, nachází i volně v plasmě mimo buňky erytrocyty savců již neobsahují jádro erytrocyty ostatních obratlovců jádro obsahují erytrocyty savců rovněž neobsahují mitochondrie energii získávají anaerobně erytrocyt obsahuje 250 miliónů molekul hemoglobinu

Hemoglobin krom kyslíku váže hemoglobin i oxid dusnatý, NO v plicích či žábrách se k hemoglobinu krom O2 váže i NO v kapilárách se uvolňuje NO i O2 NO zřejmě roztahuje stěny kapilár, čímž pomáhá k lepšímu průchodu kyslíku

Erytrocyty každá molekula hemoglobinu váže 4 molekuly kyslíku; každý erytrocyt může převážet přibližně miliardu molekul kyslíku průměr je 7 – 8,5 µm a jsou bikonkávní erytrocyty vznikají z nespecializovaných buněk kostní dřeně, tzv. kmenových buněk (stem cells)

Erytrocyty pokud hladina kyslíku v krvi klesne, ledviny konvertují protein v plasmě na hormon erytropoietin (EPO) erytropoietin pak v kostní dřeni podporuje vznik nových erytrocytů v procesu zvaném erytropoiesis staré erytrocyty jsou odstraňovány ve slezině, kostní dřeni a v játrech

Erytropoietin (EPO) tohoto hormonu lékaři úspěšně používají při léčbě chudokrevnosti, anémie někteří atleti však EPO používají pro zvýšení hladiny erytrocytů a tím k lepším výkonům tyto praktiky, známé jako „krevní doping“ jsou Olympijským výborem zakázány a na olympijských hrách v Salt Lake City byly některým atletům odebrány medaile, neboť v jejich krvi byly nalezeny látky podobné erytropoietinu

Leukémie kmenová buňka se může stát rakovinovou a vytváří rakovinu krve, tzv. leukémii jedná se o rakovinovou řadu leukocytů, které vytlačují tvorbu erytrocytů pacient s leukémií má v krvi nadměrné množství leukocytů, z nichž mnohé jsou abnormální je možno z pacienta vyjmout kostní dřeň, zničit ji, a pokusit se ji osídlit zdravými kmenovými buňkami, pouhých 30 takovýchto buněk nahradí kostní dřeň

Vznik krvinek v kostní dřeni

Krevní destičky vznikají z buněk zvaných megakaryocyty megakaryocyt se rozpadne na mnoho fragmentů cytoplasmy krevní destička má v průměru 2 – 3 µm a je to jen kus cytoplasmy bez jádra obalený plasmatickou membránou krevní destičky mají velký vliv při procesech zástavy krvácení

Kmenové buňky staré erytrocyty jsou rozebrány ve slezině a játrech enzymy natráví mnoho jejich proteinů a jednotlivé aminokyseliny jsou znovu recyklovány rovněž atomy železa z hemoglobinů jsou recyklovány a použity při tvorbě nových erytrocytů nové erytrocyty vytváří tzv. kmenové buňky v dřeni dlouhých nebo plochých kostí, především v žebra, obratle, sternum a pánev pro zájemce: kmenové buňky dělíme na totipotentní, pluripotentní, multipotentní a progenitorové

Respirace a buněčná respirace Respirace = zisk molekul kyslíku z okolí organismu a odkládání molekul oxidu uhličitého do okolí organismus nezaměňovat s tzv. buněčnou respirací

Respirační médium Respirační médium obsahuje kyslík pro suchozemské organismy to je vzduch (21 % kyslíku) pro vodní voda, kde je obsah kyslíku velmi různý, ale vždy menší než ve vzduchu respirační povrch = povrch, skrze který probíhá zisk kyslíku a odstraňování oxidu uhličitého výměna plynů neprobíhá nikdy aktivním transportem, nýbrž vždy difúzí rychlost difúze je přímo úměrná ploše respiračního povrchu a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdáleností, skrze kterou musí molekuly putovat tzn. respirační povrch musí být velký a tenký

Respirační médium protože buňky umí žít jen ve vodním prostředí, musí být respirační povrch vlhký jak u vodních organismů, tak i u suchozemských endodermové mají obecně větší respirační povrch než ektodermové stejné velikosti u jednobuněčných, porifer, cnidarií a platyhelminthes má víceméně každá buňka kontakt s okolním prostředím a organismy tedy nepotřebují specializované dýchací orgány

Respirace složitější organismy tak musí mít tenký a vlhký respirační povrch, skrze který se z respiračního média dostává kyslík do krve mnohé organismy, jako žížaly dýchají celým povrchem těla hned pod pokožkou je hustá síť kapilár organismy, dýchající zcela kůží musí být ploché či tenké, s vysokým poměrem povrch/objem tyto organismy (např. i žáby) musí tedy žít ve vlhkém prostředí, aby pokožka byla vždy vlhká

Respirace u větších organismů není k dispozici dostatek povrchu a proto se vytváří specializované útvary, bohatě členěné a různě větvené, , které zajišťují dostatek respiračního povrchu plíce, tracheje a žábry jsou řešením problému

Žábry

Žábry u mořské hvězdice mají žábry jednoduchou strukturu a jsou rozptýleny po celém povrchu těla u polychaet žábra vybíhají z každého tělního článku nebo jsou dlouhé, pernaté, různě větvené a jsou buď u předního nebo zadního konce živočicha

Žábry mlži či korýši mají žábra na určitém místě těla celkový povrch žaber je tak mnohem větší než celkový povrch těla

Voda jako respirační médium …má své výhody i nevýhody odpadá problém s udržováním vlhkého respiračního povrchu ve vodě je obecně málo kyslíku a čím je voda slanější a teplejší, tím méně kyslíku v ní může být rozpuštěno žábry tak musí pracovat velmi efektivně jedním z řešení je ventilace – proudění respiračního média kolem respiračního povrchu bez ventilace by se kolem žaber ustanovila oblast s nízkým obsahem kyslíku a vysokým obsahem CO2 a žábry by přestaly fungovat

Voda jako respirační médium larvy pošvatek a jepic, raci, humři a další žábry mávají, ryby řeší problém plaváním

Ryby: řešením je protiproud

Ryby: řešením je protiproud

Ryby: řešením je protiproud tento způsob je natolik účinný, že žábry využijí až 80 % kyslíku rozpuštěného ve vodě

Vzduch jako respirační médium na souši by se nemohlo zdařit udržet povrch žaber trvale vlhký, příliš mnoho vody by se ztratilo vypařováním a jemná struktura žaber by zkolabovala suchozemské organismy problém řeší ukrytím respiračních povrchů dovnitř těla respirační povrchy se pak otevírají k respiračnímu médiu jen tenkou trubicí

Řešení hmyzu: tracheje

Řešení hmyzu: tracheje vzduch obsahuje mnohem víc kyslíku než voda a navíc snáze proudí, odpadá tedy problém s ventilací ventilace existuje, ale nevyžaduje tolik energie jako u vodních organismů, vzduch má mnohem menší hustotu než voda protože ale respirační médium musí být vlhké, nastává problém se ztrátami vody vypařováním jedno z řešení nabízí tracheální systém (VIZ obr.)

Řešení hmyzu: tracheje např. vosa po dosednutí musí ještě pumpovat zadečkem, aby dokončila výměnu plynů tracheální systém však funguje jen do určité velikosti těla, největší brouk světa, Titanus giganteus má cca 30 cm a hmyz větších velikostí se vyskytuje pouze v science-fiction

Řešení hmyzu: tracheje malé organismy z říše hmyzu nemají problém, větší již potřebují různě stlačovat tělo, aby v trachejích docházelo k výměně plynů letící hmyz spotřebuje 10 – 200x víc energie než když je v klidu mnoho druhů hmyzu řeší problém tak, že stahování a roztahování létacích svalů stahuje a roztahuje také tracheální systém svalové buňky obsahují množství mitochondrií a tracheální systém jim přináší dostatek kyslíku

Jiné řešení: plíce zatímco tracheální systém se nachází v celém těla hmyzu, plíce jsou omezeny na určitou oblast protože plíce nemají kontakt se všemi buňkami těla, musí být nějak zajištěno, aby se kyslík k těmto všem buňkám dostal amphibia mají relativně malé a nevýkonné plíce, kyslík ale proniká do žáby do značné míry vlhkou pokožkou „plazi“ a ptáci používají plíce výjimkou jsou želvy. Respirace plícemi je doplněna o respirační povrchy v ústech a konečníku plíce mají i dipnoi, což je výhodné, pokud tůň vyschne

Nozdry vzduch filtrují ohřívají zvlhčují testuje se na vůně a pachy

Savci dýchání: výměna plynů stěnou plicních sklípků mezi vzduchem a krví difúzí na základě rozdílů parciálních tlaků vdech (inspirium) zvětšování objemu hrudníku – dýchací svaly: zevní, mezižeberní, diaphragma plíce následují hrudní dutinu do rozpínajících se plic je vzduch nasáván dýchacími cestami

Trasa vzduchu nosní dutina larynx (pokud nepolykáme, glottis je otevřena) v larynx jsou hlasivky, které mohou být rozechvívány vydechovaným vzduchem; svaly napínají hlasivkové vazy, které jsou vzduchem rozechvívány

Trasa vzduchu larynx trachea – chrupavková výztuha udržuje stále otevřenou dvě bronchi mnoho bronchioli bronchioly jsou slepě zakončeny ve váčcích zvaných alveoli

Alveoli

Alveolární struktura plic myši

Alveoli celkový povrch plic je 100 m2 kyslík ze vzduchu se rozpustí v tenkém vlhkém povlaku na povrchu alveoli oxid uhličitý putuje v opačném směru

Proces dýchání – žáby positive pressure breathing žába – dno ústní dutiny se sníží, a takto vytvořeným pod tlakem se skrze nos dostává dovnitř vzduch nozdry a ústa se uzavřou, dno ústní dutiny se zdvihne a vzduch se tak natlačí do plic elasticky roztažené plíce se při výdechu vrátí do normální polohy a vzduch vyženou ven žába tak spíše vzduch polyká

Proces dýchání – savci negative pressure breathing svaly roztáhnou hrudní dutinu a plíce ji pasivně následují diaphragma (bránice) = plocha příčně pruhovaných svalů na spodu hrudní dutiny vdech: diaphragma jde dolů a svaly rozepínají hrudní koš; sternum se pohybuje směrem vpřed a žebra směrem vzhůru výsledek: tlak vzduchu v plicích je nižší než atmosferický tlak a vzduch do nás pasivně proudí

Dýchání při obvyklém mělkém dýchání pracují mezižeberní svaly a bránice při sportu a námaze se přidávají svaly krku, zad a hrudi

Savci výdech (exspirium) zmenšování objemu hrudníku, uvolnění stahu bránice a zevních mezižeberních svalů, stah vnitřních mezižeberních svalů tlak na plíce: vypuzení vzduchu

Ventilace plic dechový objem: 0,5 litru (tidal volume) vitální kapacita plic ženy 3,4 litrů muži 4,8 litrů Inspirační rezervní objem = objem, který lze do plic nadechnout Inspirační objem = maximální objem nadechnutého vzduchu z běžného výdechu. Expirační rezervní objem = maximální objem vydechnutého vzduchu po běžném výdechu. Celkový objem plic nazýváme vitální kapacita plic.

Ventilace Dechová frekvence u novorozenců představuje 40 až 50 vdechů za minutu u dospělých osob 10 až 18 vdechů za minutu. minutová plicní ventilace = množství vzduchu vdechnutého, popř. vydechnutého v klidových podmínkách za jednu minutu, se u dospělé osoby rovná 5 až 9 litrům. Maximální minutová ventilace plic je však mnohem větší, dosahuje až 150 litrů. Při klidovém dýchání pracují tedy plíce hluboko pod úrovní své maximální kapacity. Za jeden den se v plicích vymění při normální činnosti 10 000 až 12 000 litrů vzduchu.

Ventilace Po vdechnutí normálního vdechového objemu (tj. 0,5 litru) je možno s vynaložením úsilí nadechnout další 2 až 3 litry vzduchu (vdechový rezervní objem u muže činí až 3,3 litru, u ženy 1,9 litru). Po normálním výdechu je možno usilovným výdechem odstranit z plic ještě asi litr vzduchu (výdechový rezervní objem u muže až jeden litr, u ženy 0,7 litru).

Ventilace Vitální kapacita plic = Objem vzduchu vydechnutý s maximálním úsilím po předchozím maximálním nádechu Ta je důležitým funkčním ukazatelem každého jedince. Čím větší má kdo vitální kapacitu, tím více může prohlubovat své dýchání, je-li vystaven větší tělesné zátěži. Největší vitální kapacitu plic mají trénovaní sportovci, veslaři, trubači, zpěváci, Karel Gott, Josef Rakoncaj, foukači skla apod. V běžné populaci činí velikost vitální kapacity u mladého muže 4,5 až 5 litrů, u ženy 3,5 litru. Vitální kapacita plic se zmenšuje ve stáří nebo vlivem plicních nemocí.

Ventilace zbytkový = reziduální objem = i po nejusilovnějším výdechu zbývá v plicích asi 1,5 litru vzduchu. Tento objem se s přibývajícím věkem zvětšuje. K vypuzení i tohoto zbytkového vzduchu z plic dojde při jejich úplném smrštění, tedy při pneumotoraxu. celková plicní kapacita = všechny výše uvedené objemy po maximálním vdechu; činí přibližně šest litrů.

Rozedma plic (emfyzém) plíce starších lidí mohou ztrácet pružnost a po vdechu se nejsou schopny zcela se vrátit zpět reziduální objem tak zůstává velký i po maximálním výdechu reziduální objem se zvyšuje, vitální kapacita se snižuje

Dýchání ptáků

Kontrola dýchání u lidí můžeme dýchat rychleji a hlouběji nebo zadržet dech, chceme-li; většinou však na dýchání nemyslíme dvě centra kontroly dýchání jsou v mozku: medulla oblongata pons v karotidách a aort jsou sensory monitorující obsah O2 a CO2 v krvi, rovněž pH centrum v medulle kontroluje pH v cerebrospinální tekutině (=mozkomíšním moku). pH je ovlivněno množstvím CO2, neboť CO2 reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličité, která snižuje pH čím menší pH, tím více povzbuzuje centrum v medulle dýchání

Kontrola dýchání u lidí množství kyslíku v krvi nemá tak velký vliv ne kontrolu dýchání jen při velmi nízkém parciálním tlaku kyslíku (např. ve velehorách), centrum v aortě a karotidách pošlou signál do mozku, který zvýší frekvenci dýchání normálně to není potřeba, neboť množství CO2 je zároveň ukazatelem množství kyslíku; tak jak je kyslík v celulární respiraci spotřebováván, tak je produkován CO2 můžeme tento systém obejít tím, že dýcháme chvíli rychle a zhluboka,čímž se zbavíme oxidu uhličitého z krve, nemáme pak potřebu dýchat

Kontrola dýchání u lidí kontrola dýchání je spojena s kontrolou oběhového systému – nejde jen o to, jak zhluboka a rychle dýcháme, ale též o to, jak rychle protéká krev alveolárními kapilárami N.B. při záchranných operacích musíme nejprve rozběhnout oběhovou soustavu, a až pak má smysl umělé dýchání

Parciální tlak kyslíku tlak vzduchu u hladiny moře je 760 mm rtuťového sloupce kyslíku je ve vzduchu 21 %, parciální tlak kyslíku je tedy 0,21 x 760 = 160 mm parciální tlak CO2 je 0,23 mm rtuťového sloupce když je sklenice vody vystavena atmosférickému tlaku, množství plynu rozpuštěnému ve vodě je v proporci s parciálními tlaky a své rozpustnosti ve vodě říkáme, že plyn má tentýž parciální tlak ve vzduchu i ve vodě

Parciální tlak kyslíku sklenice vody mořské hladiny má tedy PO2 = 160 mm Hg a PCO2 = 0,23 mm Hg plyn se bude vždy pohybovat z místa o vyšším parciálním tlaku do místa o nižším parciálním tlaku. krev přicházející do plic má nižší PO2 a vyšší PCO2

Krev přicházející do alveol má nižší PO2 a vyšší PCO2 než alveolární vzduch Je třeba si všimnout, že alveolární vzduch má nižší PO2 a vyšší PCO2 než vzduch venku, neboť při dýchání se vzduch v alveolách nevyměňuje zcela

V tkáních se oxid uhličitý dostává do krve a kyslík k buňkám, neboť buňky tkání v rámci aerobní respirace spotřebovávají kyslík a produkují oxid uhličitý krev zbavená kyslíku pak teče do plic

Hemoglobin během intenzivního cvičení tělo spotřebuje až 2 litry kyslíku za minutu ovšem za normální teploty a tlaku se v jednom litru krve může rozpustit jen 4,5 mL kyslíku – pokud by se 80% kyslíku z krve dostalo ke tkáním (což je nerealisticky vysoké číslo), pak by srdce muselo za minutu přečerpat 500 litrů krve organismy řeší problém nikoli rozpuštěním kyslíku v krvi, nýbrž jeho navázání na specializované proteiny, jako je hemoglobin

Hemoglobin díky krevním pigmentům, které se často vyskytují ve specializovaných buňkách, se v jednom litru krve přenese až 200 mL kyslíku Hemocyanin – mají mnozí Arthropodi a Mollusca. Hemocyanin obsahuje měď, čímžto je krev modravé barvy. Hemoglobin jsou čtyři proteinové řetězce, vždy dva a dva stejné, každý v sobě obsahuje planární hemovou skupinu s atomem železa uprostřed každé z nich

Hemoglobin každá hemoglobinová molekula tak může převážet čtyři molekuly kyslíku tyto molekuly kyslíku se ale musí vázat reversibilně navázání jedné molekuly kyslíku ale mírně změní tvar molekuly, takže se zbylé tři naváží snadněji podobně když zcela obsazený hemoglobin se zbaví jedné molekuly kyslíku, dojde ke změně tvaru, takže i další tři molekuly kyslíku se uvolní snadněji

Hemoglobin na strmé části křivky stačí jen mírná změna v PO2 aby hemoglobin naložil nebo vyložil molekuly kyslíku pokud tedy nějaká tkáň začne tvrdě pracovat a spotřebovává kyslík, malý pokles PO2 stačí aby se množství kyslíku do tkáně uvolněného z hemoglobinu prudce zvýšilo

Hemglobin hemoglobin je protein a jako u každého proteinu je jeho výkonnost ovlivněna řadou faktorů například pokles pH snižuje afinitu hemoglobinu pro kyslík protože CO2 reaguje s vodou za vzniku H2CO3, aktivně pracující tkáň uvolňuje CO2 čímže snižuje pH a hemoglobin tak může svůj náklad kyslíku v této tkáni lépe uvolnit tomuto jevu se říká Bohrův posun (Bohr shift)

Bohr shift

Transport oxidu uhličitého hemoglobin pomáhá rovněž při transportu CO2 a funguje v krvi jako pufr = vyrovnává a udržuje pH jen asi 7 % CO2 je transportováno krví rozpuštěno v krevní plasmě dalších 23 % CO2 se veze s hemoglobinem, navázáno na jeho různých aminoskupinách dalších 70 % CO2 je transportováno ve formě hydrogenuhličitanových iontů HCO3-

Transport oxidu uhličitého oxid uhličitý z respirujících buněk jde do krve a zní do erytrocytů v eryrocytech CO2 reaguje s vodou za vzniku H2CO3, která se disociuje na H+ a HCO3- většina H+ se naváže na hemoglobin, čímž se pH skoro nemění HCO3- difunduje do krevní plasmy v plicích rychle proběhne opačný proces – z plic tak vydechujeme CO2

it's the deep breath before the plunge...