Lífeðlisfræði 2 - Sumar 2006

12. kafli – A: Heildarútlit hjarta og æðakerfisins

Yfirlit kerfisBlóðið samanstendur af 55% plasma, 45% rauðkornum, hvítkornum og flögum. Hvítkornin hafa það hlutverk að verja gegn sýkingum og krabbameini en flögurnar eru til þess að þykkja blóðið. Hematókrít er sú prósenta blóðs sem er upptekin af rauðkornum. Blóðið dreifist um líkamann fyrir tilstilli hjartapumpunnar, bulk flow, vegna þess að allir hlutar blóðsins ferðast í sömu átt.Næring og efnaskiptaúrgangar fara á milli háræðablóðs og innanfrumuvökva með diffusion. En diffusion dugir einungis fyrir smæstu og frumstæðustu fjölfrumunga. Á hvaða tíma sem er má gera ráð fyrir að um 5% af öllu blóði líkamans sé í háræðunum, en samt eru þessi 5% að framkvæma mikilvægasta hlutvekrið, koma með nærinug og fjarlægja úrgangsefni, því má segja að öll önnur starfsemi blóðrásarkerfisins miði að því að þetta sé í lagi.

Hringrás blóðs um líkamannÞað eru í raun tvær hringrásir í gangi sem báðar byrja og enda í hjartanu. Efri hluti hjartans eru gáttir en neðri hluti eru sleglar. Lungablóðrásin fær blóð frá hægri slegli um pulmonary trunk æðina sem skiptist í tvær slagæðar sem leiða til sitthvors lunga sem kemur þaðan um pulmonary bláæðar til vinstri gáttar. Meginblóðrásin fær svo blóðið frá vinstri slegli sem fer í aortuna og útí líkamann og kemur þaðan til hægri gáttar. Æðar sem flytja blóð frá hjarta kallast slagæðar, en æðar sem flytja blóð til hjartans kallast bláæðar. Blóðið sem kemur frá lungnabláæðunum, vinstri hluta hjartans og meginslagæðum er súrefnisríkt. Í líffærum eins og lifur, nýrum og heiladingli fer blóðið í gegnum tvö háræðanet, er flokkað í seríur áðuren það fer aftur til hjartans. Þetta kallast portalkerfið.

Þrýstingur, flæði og viðnámÍ öllum hlutum kerfisins er blóðflæði (F) alltaf frá svæði með hærri þrýstingi til svæðis með lægri þrýstingi. Kraftinum er stjórnað með samdrætti hjartans. Til þess að meta flæði er notað magn tímaeiningu, oftast lítrar á mínútu (L/min). Þrýstingsmunur (dP) sem drífur flæðið áfram er mælt í millimetrum kvikasilfurs (mm/Hg). Forsenda flæðis er þrýstingsmunur. Ohms lögmálið. Þrýstingsmunurinn er það sem ákvarðar flæði. En það er ekki nóg, þú þarft líka að vita viðnámið (R) í flæðinu, þeas hversu erfitt það er fyrir blóðið að flæða milli tveggja punkta við ákveðinn þrýstingsmun. Meginjafnan er: F = dP/R.Viðnám er ekki hægt að mæla, en það er hægt að reikna út frá mældu flæði og þrýstingsmun. En hvað er það sem ákvarðar viðnámið? Það er segja vökva, þe núningur mólikúla í vökvanum sem er að flæða, því meiri núningur – því meiri segja. Annað sem hægt er að nota til að ákvarða viðnám eru lengd og radíus pípunnar sem vökvinn flæðir um. Eftirfarandi jafna dregur saman þessa tvo þætti: R = (8Ln)/(pí*r4)n = vökvasegja, L = lengd pípunnar, r = radíus innan í pípunni, 8/pí = stærfræðilegur fasti. Möo þá er viðnám í réttu hlutfalli við bæði vökvasegjuna og lengd pípunnar, einnig í hlutfalli við radíus pípunnar. Segja blóðs er ekki ákveðin, en hún hækkar ef hematókrít hækkar. Breytingar í hematókrít geta þess vegna haft áhrif á viðnám blóðflæðis í ákveðnu ástandi. Eins og td í ofþornun þá leiðir minnkun á vökva í líkamanu til þess að hematókrít hækkar og þar af leiðandi líka segja blóðsins.

1

Lengd æðanna breytist ekki en radíus þeirra getur breyst og eru breytingar í radíus æða mikilvægasta breytingin sem breytir viðnámi í æðum. Ef maður minnkar radíus um helming þá eykst viðnámið sextánfalt. Og ef þrýstingsmuninum í þessu dæmi er haldið sá sami þá minnkar flæðið í pípunni sextánfalt.

12. kafli – B: Hjartað

Líffærafræði hjartansHjartað er vöðvalíffæri sem liggur inní gollurshúsi (sem er trefjapoki sem umlykur hjartað). Á milli pericardium og epicardium og á milli þessa tveggja laga er vökvi sem virkar sem smurning þegar hjartað pumpar. Veggir hjartans eru mestmegnis úr hjartavöðvafrumum (myocardium) en innsta lag þeirra eins og lag æðanna eru endothelial frumur (endothelium).Hægri AV lokan kallast tricuspod lokan, af því hún hefur þrjá “hlera”. En vinstri AV lokan kallast bicuspid lokan, af því hún hefur tvo “hlera” hún er einnig köllun mitral lokan. Lokurnar opnast og lokast vegna þrýstingsmunar í gáttum og sleglum, þegar þrýstingurinn í gáttunum er meiri en í sleglunum opnast lokurnar og blóðið streymir niður í sleglana. Svo þegar þrýstingurinn er orðinn hærri í sleglunum þá lokast lokurnar. Papillary vöðvar sjá til þess að lokurnar opnist ekki uppí gáttirnar, tengt við gáttirniar, virka eins og nokkurs konar mótstaða og varna því að þær opnist í vitlausa átt. Á milli hægri slegils og pulmonary trunk, og milli vinstri slegils og aortu eru líka lokur, þær kallast pulmonary loka og aortic loka. Þessar lokur opnast þegar sleglarnir eru að dragast saman en lokast þegar þeir slaka. Þetta veltur eins og annarsstaðar á þrýstingsmun milli slegla og æðanna. Þegar hjartalokurnar eru opnar þá hafa þær lítið viðnám við flæðið. En í sjúkdómsástandi getur loka þrengst og haft þá mikið viðnám við flæði og þá þarf hjartað að framleiða meiri þrýsting til þess að koma blóðinu í gegn. Það eru engar lokur á milli sup og inf vena cava og hægri gáttar og ekki heldur á milli lungnabláæða og vinstri gáttar. Hlutverk hjartans er að dæla blóði, skynja blóðþrýsting (blóðrúmmál) og það er kirtill (losar hormónið ANP). Það skiptist á systóla og diastóla, dregst saman og slakar á á víxl. Dælingin: Útfall hjarta = hjartsláttartíðni * slagmagn

2

HjartavöðvinnHjartavöðvafrumunum í hjartavöðvanum er raðað í lög sem eru þétt bundin saman og algjörlega saman í blóðfylltum hólfum. Hjartavöðvinn hefur eiginleika bæði sléttra vöðvafruma og beinagrindavöðvafruma. Frumurnar verða til vegna röðunar á þykkum myocin einingum og þunnum actin einingum svipað og í beinagrindavöðvafrumum. Á milli þeirra (hjartavöðvafrumanna) eru gap junctions sem tengja þær saman. Uþb 1% af hjartavöðvafrumum taka ekki þátt í samdrætti en hafa öðrum hlutverkum að gegna í örvun hjartavöðvans eins og td í að örva hjartslátt og dreifa boðum um hjartað.

Ítaugun í hjartanuHjartað fær boð bæði frá sympatískum og parasympatískum (vagus taugin) taugaþráðum. Sympatísku postganglíonísku þræðirnir svipa til norepinephrins en parasympatísku losa acetylchólín. Viðtakarnir fyrir norepinephrin á hjartavöðvum eru beta adrenergic viðtakar en viðtakar fyrir acetílkólín eru múskarín viðtakar.

Blóðflæði til hjartans sjálfsHjartað fær næringu og losar úrgang í kransæðar. Þær koma með næringarefni úr grein frá aortuboganum og úrgangurinn er losaður inn í venur sem losast svo á endanum inní coronary sinus sem losast inní hægri gáttina.

Samstilling hjartsláttarHjartað er í raun tvöföld pumpa sem dælir blóðinu á sama tíma til lungnahringrásar og meginhringrásar.Til þess að dælingin virki sem best þurfa gáttirnar fyrst a dragast saman og sleglarnir þá strax á eftir. Samdráttur hjartavöðvans verður til vegna afskautunar á plasmahimnunni. Gap junctionin sem tengja saman hjartavöðvafrumurnar leiða til þess að hrifspennan fer frá einni frumu til annarar sem þannig leiðir á endanum til spennu allra hjartavöðvafrumanna. Þessi afskautun byrjar venjulega í litlum hópi af conducting frumum, Sino-atrial hnútnum (SA-node), sem er staðsettur í hægri gátt nálægt inngangi superior vena cava. Hrifspennan dreifist svo frá SA-hnútnum í gegnum gáttirnar og þaðan til sleglanna.

Röð spennunnarSA-hnúturinn er í raun gangráður hjartans, afskautun hans ákvarðar hjartsláttinn, þe hversu oft hjartað dregst saman á mínútu.Hrifspennan frá SA-hnútnum dreifist um myocardiumið, frá frumu til frumu milli gap junctiona. Í gáttunum treystir spennan ekki á trefja frá conducting systeminu vegna þess að dreifingin í gáttunum er nógu hröð til þess að gáttirnar tvær afskautast á stama tíma og dragast saman á því sem næst sama tíma. Dreifing hrifspennunnar um sleglana er öllu flóknari.Linkurinn á milli afskautunar í gáttum og afskautunar í sleglum er hluti af systemi, atrioventricular hnútnum (AV-hnútnum), sem er staðsettur neðst í hægri gátt.Hrifspennan sem dreifist um hægri gáttina veldur afskautun í AV-hnútnum. En þessi hnútur hefur mikilvægt hlutverk: hrifspennan sem myndast í honum myndast frekar hægt, og veldur þessi töf því að gáttirnar klára að dragast saman áður en spennan í sleglunum byrjar. Eftir að spennan fer í gegnum AV-hnútinn þá fer hún í millivegginn á milli sleglana. Þessi milliveggur hefur conducting system þræði sem kallast bundle of His. Í þessum millivegg skiptast bundle of His í hægri og vistri hluta bundle of His sem að lokum yfirgefa millivegginn til þess að fara í veggi beggja sleglanna. Þessi þræðir tengast svo Purkinje þráðunum, sem eru stórar frumur sem dreifa spennunni mjög hratt um sleglana. Að lokum tengjast Purkinje þræðirnir hjartavöðvafrumunum í sleglunum semdreifa spennunni um restina af sleglunum. Þessi hraða dreifing veldur svo afskautun í hjartavöðvafrumum sleglanna sem meira eða minna

3

dragast saman á sama tíma. En afskautunin og samdrátturinn byrjar aðeins fyrr í botninum (eins og að kreista tannkremstúpu frá botni og upp).

Hrifspenna hjartans og örvun SA-hnútsinsÓlíkar gerðir hjartavöðvafruma tjá einstaka samsetningu jónaganga sem framleiða mismunandi hrifspennugerðir til að sérgera þær fyrir ákveðin hlutverk í dreifingu boða um hjartað.Hvíldarmarkið er nærri jafnvægi himnuspennu Kalíum (Potassium) (-90mV) en himnuspennu Natríum(Sodium) (+60mV). Þannig verður hrifskautunarfasinn til fyrir tilstilli opnunar á voltage-gated Natríum göngum. Við það að Natríum komist í gegn þá afskautast fruman og viðheldur og veldur opnun á fleirum Natríum-göngum, eins og í nk. positive feedback. Á næstum sama tíma þá minnkar gegndræpi fyrir Kalíum, þegar ákveðin Kalíum-göng lokast og þetta veldur næstum því afksautun himnunnar. Hið aukna Natríumgegndræpi er mjög skammvinnt, þar sem Natríum-göngin afvirkjast fljótt. Í hjartavöðvanum fylgir þessari minnkun á Natríumgegndræpi þó EKKI endurskautun himnunnar, eins og er í öðrum vefjum. Himnan helst afskautuð á stigi “plateau value” sem er um 0mV.Ástæðan fyrir þessari viðheldni í afskautun er 1) að Kalíum gegndræpi helst lægra en viðmiðunarmarkið (þe Kalium-göngin haldast lokuð) og 2) það er merkt aukið gegndræpi himnunnar fyrir Calsíum, en þessi seinni ástæða er mikilvægari. Hér kemur skýringin á því: Í hjartavöðvafrumum þá veldur afskautun hin venjulega afskautun himnunnar því að valtage-gated Calsíum-göng opnast sem veldur flæði á Calsíum jónum niður remmuhallann inní frumuna. Þessi göng opnast mun hægar en Natríum-göngin, og vegna þess að þau eru opin í lengri tíma eru þau oftast kölluð L-type Calcium-göng. (L fyrir lengi opin). Flæði jákvætt hlaðinna Calsíum jóna inní frumuna kemur jafnvægi á flæði jákvæðra Kalíum jóna út úr frumunni og heldur himnunni afskautaðri á “plateau value”, eða 0mV. Að lokum verður svo endurskautun þegar gegndræpi Calsíums og Kalíums fer aftur í sinn reglulega fasa. Hrifspenna í gátta-vöðvafrumum er svipað þessu sem lýst var fyrir slegla-vöðvafrumur, nema hvað að þær staldra styttra við á þessum “plateau value” eða í 0mV.

Á hinn bóginn, þá er mjög mikilvægur munur á hrifspennunni í hjartavöðvafrumum og hrifspennunni í leiðnikerfinu (conducting system). SA-hnúturinn hefur ekki stöðuga hvíldarspennu en verður í staðinn fyrir hægri afskautun. Þessi stigvaxandi afskautun er kölluð “pacemaker potential” eða gangráðsspenna, sem færir himnuspennuna að þröskuldi þar sem hrifspennan verður. Jóna-ganga kerfið leggur sitt af mörkum í gangráðsspennunni. 1) Í fyrsta lagi er markviss minnkun á Kalíum gegndræpi. Kalíum-göngin, sem opnuðust í endurskautunarferlinu í fyrri hrifspennu, lokast stig af stigi vegna endurkomu “negative potentials” hjá himnunni. 2) Í öðru lagi þá hafa pacmaker frumur einstaka gerð af göngum, sem ólíkt öðrum “voltage gated” (spennustýrðum) göngum, opnast þegar himnuspennan er neikvætt hlaðin (is at negative values). Þessi göng stjórna innlægum afskautandi Natríum straumi, sem stendur fyrir If-straumnum. 3) Þriðju gangráðs-göngin eru nk Calsíum-göng sem opnast aðeins stutt en valda innlægum straumi á Calsíumi og mikilvægu loka afskautunarboozti í gangráðsfrumum. Þessi göng eru köllu T-type Calsíum chanels, (t = transient). Þegar gangráðs-mekanisminn hefur náð hnúta-þröskuldi verður hrifspenna. Afskautunin verður svo vegna innflæði á Calsíum gegnum L-type calsium channels, og eftir seinkunina, verður endurskautun vegna opnunar á Kalíum-göngum. Endurkoma að neikvæðri spennu veldur svo því að gangráðsspennan virkjast aftur og hringurinn heldur áfram. Halli himnuspennunnar, þe hversu hratt himnuspennan breytist á tímaeiningu, ákveður hversu hratt þröskuldi er náð og næsta hrifspenna á sér stað. Innbyggð tíðni SA-hnútsins, þe hraðinn sem er til staðar án allrar utanaðkomandi örvunar (hormónar, taugar), er um 100 afskautanir á mínútu.

Spennan ferðast frá SA-hnútnum til beggja slegla AÐEINS í gegnum AV-hnútinn, þannig að ef lyf eða sjúkdómar veikja AV-hnútinn, þá getur það gerst að sending afskautunarboða milli gátta og slegla hættir. Ef

4

þetta gerist , þá byrja sjálftaktaðar frumur í bundle of His að mynda spennu í innbyggðum takti og verða nk gangráðs-gerðar frumur fyrir sleglana. Þeirra tíðni er frekar hæg, 25-40 slög á mínútu og er allgjörlega í ósamræmi við samdrátt gáttanna, sem halda sínum hraða takt ú SA-hnútnum. Við öllum AV-brenglunum er settur gervigangráður.

EKG = hjartalínuritiðÞað metur rafvirkni hjartans.Hrifspennu hjartavöðvafruma er hægt að hugsa sér sem einskonar rafhlöðu sem veldur því að hleðsla flýtur um vökva líkamans. Þessar fljótandi hleðslur – straumar möo – verða vegna hrifspenna sem gerast á sama tíma í mörgum einstökum hjartavöðvafrumum og hægt er að nema það með elektróðum sem nema það á húðinni.P-takkinn, stendur fyrir flæði straums þegar afskautun gátta á sér stað.QRS-takkinn, kemur um 15ms seinna og er þegar afskautun slegla á sér stað. Þetta er flókinn takki vegna þess að leiðin sem afskautunin í sleglunum á sér stað er breytileg frá augnabliki til augnabliks og straumurinn í líkamsvökvanum breytist eftir því. T-takkinn, stendur fyrir endurskautun sleglanna. Endurskautun gátta sést ekki á EKG vegna þess það á sér stað á sama tíma og QRS.Lögun og stærð takkanna fer eftir því hvar elektróðurnar eru staðsettar á líkamanum.EKG gefur aðeins upplýsingar um rafvirkni hjartans og sjúkleika í rafkerfi hjartans. Ef það eru einhverjar mekanískar breytingar að eiga sér stað sem sýna ekkert í EKG getur samt verið eitthvað alvarlegt að, EKG er ekki eina mælitækið á sjúkleika í hjartanu. Partial block: þegar td koma tveir P-takkar á undan QRSComplete block: þegar td koma P- og T-takkar saman og ekki í réttri röð og þh, það er þegar það er engin samhæfing í gátta og slegla rafvirkni.

Spennu – Samdráttar tengslMekanisminn sem tengir spennu – hrifspennu í plasmahimnu vöðvafrumu – og samdrátt í hjartavöðva er aukning í cytosolískum (umfrymis) styrk Calsíums í frumunni. Í hjartavöðvanum eykst cytosólískt Calsíum vegna losunar á calsíumi úr sacraplasmic reticulum (SR). Calsíumið tengist síðan próteininu trópóníni og krossbrúarvirkni verður milli actín og mýosíns. Í bæði beinagrindavöðvafrumum og hjartavöðvafrumum dreifist hrifspennan til innri vöðvafruma gegnum T-tubuli. En í hjartavöðvafrumum þá er framhaldið ólíkt beinagrindavöðvafrumu.Í hjartavöðvafrumum: 1) Í fyrsta lagi þá opnar hrifspennan í T-tubulunum voltage-sensitive calsíum-göng í himnum T-tubulanna sjálfra (L-type channels). Calsíum dreifist svo frá utanfrumuvökvanum gegnum þessi göng, sem veldur smáhækkun í cytosolískum calsíum styrk á svæðinu sem tengist aðlægu SR. 2) Þessi smáhækkun á styrk calsíums veldur því að calsíum binst calsíum-viðtökum á ytra yfirborði SR-himnunnar. 3) Þessi calsíum-næmu viðtakar innihalda intrinsic(eðlislæg) calsíum-göng, og virkjun þessara viðtaka opnar þessi eðlislægu göng, sem leiðir til þess að mikil “net-diffusion” af calsíum flæðir frá SR útí cytosólið(umfrymið). 4) Og það er í megin atriðum þetta calsíum sem veldur samdrætti. Þessi ferill er er allgjörlega háður hreyfingu á calsíum frá utanfrumuvökva inn í vöðvann, og þannig virkar calsíumið eins og nk efni sem gefur merki um að SR eigi að losa sitt calsíum. Samdrætti lýkur svo þegar calsíum í umfymi er komið í samt lag aftur, í sitt ótrúlega lága gildi, með virkum flutningi á calsíumi inní SR aftur.Magn þess calsíums í umfrymi sem eykst við áreynslu er í takt við stærð hjartavöðvanns. En magn calsíums sem er losað frá SR í hjartavöðva er ekki endilega það magn sem mettar alla viðtaka á trópóníni. Þess vegna er hægt að dæla meira calsíumi úr SR og þá virkjast fleiri krossbrýr og hægt er að auka samdráttinn.

Torleiðnitími hjartansGetuleysi hjartans í að framkalla krampakennda samdræddi er afleiðing langs torleiðnitíma hjartavöðvans, sem er skilgreint sem tíminn í og eftir hrifspennu þegar himnan getur ekki endurspennst.

5

Vegna langs tímabils hrifspenna í hjartavöðvanum þá er torleiðnitíminn næstum jafnlangur og samdráttartíminn (250ms), og vöðvinn getur ekki endurspennst á þeim tíma.

Mekanískir atburðir hjartahringsinsRöð afskautanna veldur endurtöku á hjartahringrás gátta og slegla, bæði í slökun og samdrætti. Hringnum er skipt í tvo fasa, sem báðir er kallaðir eftir atburðum sem gerast í sleglunum.Systóla, þegar sleglar dragast saman og blóðið þrýstist út.Díastóla, þegar sleglar slaka á og fyllast af blóði.Meðalhjartsláttartíðni er 72 slög á mínútu og hver hringur er um 0,8s; 0,3s í sys og 0,5 í dia. Í fyrri hluta systólu eru sleglarnir að dragast saman en allar lokur eru lokaðar þannig ekkert blóð spýtist út, þetta tímabil er kalla Isovolumetric Ventricular Contraction, vegna þess að sleglamagn er stöðugt. Þeas vöðvarnir mynda spennu en styttast ekki.Þegar þrýstingurinn í sleglunum verður hærri en í aortunni og pulmonary trunk þá opnast aortu-lokurnar og pulmonary trunk lokunar og útspýting slegla á sér stað. Magnið af blóði sem fer út í einu slagi í systólu er kalla slagmagn (stroke volume).Í fyrri hluta diastólu þá byrja sleglarnir að slaka á og lokurnar lokast. Á þessum tímapunkti eru líka AV-lokurnar lokaðar. Þannig að ekkert blóð flæðir inní eða spýtist útúr sleglunum. Magnið í sleglunum er ekki að breytast og er þetta tímabil kalla Isovolumetric Ventricular Relaxation. Einu tímabilin sem allar lokur eru lokaðar eru isovolumetric ventricular contraction og –relaxation. Síðan opnast AV-lokurnar og fylling slegla á sér stað þegar blóð flæðir í þá frá gáttum. Samdráttur gáttanna á sér stað í enda díastólu, eftir að mest af sleglunum hafa fyllst. EN sleglarnir fá til sín blóð nær alla díastóluna, ekki bara þegar gáttirnar dragast saman, um 80% af fyllingu slegla á sér stað fyrir samdrátt gátta.

6

Mið-díastóla til sein-díastóluVinstri gátt og slegill eru bæði slök, en gáttaþrýstingur er örlítið hærri en sleglaþrýstingur. AV-lokan opnast vegna þessa þrýstingsmunar og blóð flæðir inn í gáttina frá pulmonary veins og þaðan inn í slegilinn. Í gegnum alla díastóluna þá er aorta lokan lokuð, vegna þess að þrýstingurinn í aortunni er hærri en í sleglinum.Í gegnum díastóluna þá er þrýstingurinn í artunni smám saman lækkandi vegna þess að blóðið er að fara út arteriunum og í gegnum æðakerfið. Á móti kemur að sleglaþrýstingurinn fer hækkandi vegna þess að blóðið er að koma í afslappaðan slegilinn frá gáttinni, sem eykur þannig magnið í sleglinum. Nálægt lokum díastólunnar þá afhleðst SA-hnúturinn og gáttin afskautast og dregst saman og litlu magni af blóði er dælt inní slegilinn.Það magn af blóði sem er í sleglinum í lok díastólunnar er kallað end-diastolic volume (EDV).

SystólaFrá AV-hnútnum breiðist bylgja afskautunar inn til og um vef sleglanna (QRS) og það vekur samdrátt sleglanna. Þegar samdráttur verður í sleglunum þá eykst þrýstingurinn í sleglahólfinu sem leiðir til þess að AV-lokurnar lokast til þess að varna bakflæði frá sleglum uppí gáttir. Þar sem aortu þrýstingurinn er ennþá hærri en sleglaþrýstingurinn er aortu lokan ennþá lokuð, og slegillinn getur ekki tæmst þrátt fyrir samdráttinn. Þessi stutti tími isovolumetric ventricular contraction tekur enda þegar hratt vaxandi þrýstingur í sleglunum verður hærri en aortu þrýstingurinn og aortulokan opnast og blóðið

7

flæðir úr sleglinum. Slegillinn tæmist ekki allveg, og það magn sem er eftir þegar samdrætti er lokið er kalla end- systolic volume (ESV). SV = EDV – ESVÍ gegnum alla útspýtinguna er mjög lítill þrýstingsmunur á milli slegils og aortu en lokan helst opin vegna þess að aortulokan veitir lítið viðnám við flæði.Þrýstingstoppi er náð í slegli og aortu áður en að útspýtingin hættir; þe, þrýstingurinn byrjar að falla í seinni hluti systólu þrátt fyrir áframhaldandi samdrátt slegils. Þetta er vegna þess að styrkur samdráttar slegils og hraði útspýtingar blóðs minnka í seinni hluta systólunnar. Þess vegna verður útspýtingarhraðinn minni en hraði blóðs sem fer frá aortunni. Þess vegna byrjar magnið og þrýstingurinn í aortunni að minnka.

Byrjun díastóluDíastóla byrjar þegar samdráttur og útspýting slegla hættir og sleglavöðvinn fer að slaka á. Um leið og þetta gerist þá fer sleglaþrýstingurinn að lækka og aortulokan lokast. En sleglaþrýstingurinn er samt hærri en gáttaþrýstingurinn og AV-lokan er enn lokuð. Þessari fyrri díastólustöðu isovolumetric ventricular relaxation er lokið þegar þrýstingur í slegli fellur niður fyrir gáttaþrýstinginn, AV-lokan opnast, og hröð sleglafylling byrjar.Sú staðreynd að mestallri fyllingu slegla er lokið í byrjun díastólu er mjög mikilvæg. Það tryggir að fylling verður ekki alvarlega sködduð á tímabilum þar sem hjartað er að slá mjög hratt, og tímabil díastólu og þal heildar fyllingatími er minnkaður. Þrátt fyrir það, þegar hjartsláttartíðni 200sl/mín eða meira er náð, þá verður fyllingatími ekki nægur og magn blóðs sem dælist í einu slagi minnkar.

Þrýstingur í lungnahringrásÞrýstingbreytingarnar í hægri slegli og lungnaslagæðum eru frekar líkar þeim sem eru í vinstri slegli og aortu. Það eru þó mikilvægar breytingar engu að síður.Týpískir lungnaslagæðaþrýstingar í systólu og díastólu eru 24mmHg/8mmHg borið saman við 120mmHg/70mmHg. Þannig að lungnahringrásin er lágþrýstingssystem.Þessi munur sést greinilega í þykkt veggja sleglanna, en vinstri slegill er mun þykkri en sá hægri.Þrátt fyrir þennan lága þrýsting þá spýtir hægri slegill sama magni af blóði og sá vinstri á gefnu tímabili.

HjartahljóðinFyrra hljóðið er þegar AV-lokurnar lokast = lub, byrjun systólu.Seinna hljóðið er þegar pulmonary og aorta lokurnar lokast = dubb, byrjun díastólu. Hjarta murmur hljóð geta verið vegna ýmissa vandamála, td óeðlilega þröngum lokum, lokur sem leka, eða vegna þess að blóð flæðir milli tveggja gáttanna eða tveggja slegla. Murmur sem heyrist í systólu bendir til þrengsla í aortu eða lungnalokum, ófullnægjandi Av-loku eða gat í interventricular septum.Murmur sem heyrist í díastólu bendir til þrengsla í AV-loku eða ófullnægjandi aortu eða lungnaloku.

Útfall hjarta = cardiac outputÞað magn sem er pumpað af sleglum á mínútu er kallað útfall hjarta (CO).Það er líka það blóðmagn sem flæðir um meginhringrás eða lungnahringrás á mínútu.Þetta er reiknað með því að margfalda púls og slagmagn: CO = SV * HR.Í hvíld í eðlilegum manni er þetta um 5 lítrar á mínútu. Þeir tveir þættir sem stjórna útfalli hjartans eru hjartsláttartíðni og slagmagn. En hjartsláttartíðni og slagmagn breytast ekki alltaf í sömu stefnu. Td við blóðtap þá minnkar slagmagnið en hjartsláttartíðnin eykst.

8

Stjórn hjartsláttartíðniHjartað slær í taktinum um 100slög/mín án nokkurra afskipta tauga eða hormóna á SA-hnútinn. En margir sympatískir og parasympatískir þræðir enda á SA-hnútnum.Virkni parasympatískra tauga (vagus) veldur lækkun á hjartsláttartíðni.Virkni sympatíkskra tauga veldur hækkun á hjartsláttartíðni.Í hvíld er meiri virkni parasympatískra tauga á hjartað en sympatískra, og þess vegna er venjuleg hjartsláttartíðni í hvíld um 70 slög/mín. Aukin sympatísk virkni eykur halla gangráðsspennunnar með því að auka If og T-type calsíum straumana. Þetta veldur því að SA-hnúturinn nær þröskuldi hraðar og hjartsláttartíðnin eykst.Aukin parasympatísk virkni hefur þveröfug áhrif – halli gangráðsspennunnar minnkar vegna minnkunnar á innleiðslu straums. Þröskuldur næst því hægar og hjartsláttartíðnin minnkar.Parasympatísk örvun hyperpolarizerar líka plasmahimnu SA-hnútsins með því að auka gegndræpi fyrir kalíum. Þannig byrjar gangráðsspennan frá neikvæðara gildi.Aðrir þættir en ítaugun hjartavöðvans hafa líka áhrif á hjartsláttinn. Epinephirne/adrenalín, sem er seytt frá adrenal medulla, hraðar á hjartanu með því að hafa áhrif á beta-adrenergic viðtakana á SA-hnútnum með því að norepinephrin er losað frá taugaendum. Hjartsláttartíðnin fær líka áhrif frá breytingum í hitastigi líkamans, breytingum á electrólýtum í plasma, hormón önnur er adrenalín – adenosin – til dæmis. ↑ adrenalín í plasma, ↑ sympatísk virkni og ↓ parasympatísk virkni → ↑ hjartsláttartíðni. Örvun sympatískrar virkni hefur líka önnur áhrif á hjartað, td að eykur conduction velocity gegnum AV-hnútinn og aðrar frumur conducting kerfisins. Örvun parasympatískrar virkni minnkar tíðni á spennudreifingu gegnum AV-hnútinn.

Stjórn slagmagnsSlagmagn er hin breytan sem stjórnar útfalli hjartans (CO). Það er það magn blóðs sem spýtist útúr hjartavöðvanum í hverjum samdrætti slegla. Breytingar í samdráttarkrafti hjartans geta orðið vegna margra þátta, en þrír þeirra eru mest áberandi undir flestum kringumstæðum.1) Breytingar í end-diastolic magni (þe magn blóðs í sleglunum rétt áður en þeir dragast saman, stundum kallað preload), Frank Starling lögmálið. 2) Breytingar á magni virkni sympatíska kerfisins, þeas inngripi þess, í sleglunum. 3) Afterload (þe þrýstingur slagæða á móti því sem sleglarnir pumpa).

9

Sambandið á milli end-diastolic magns slegla og slagmagns: Frank-Starling lömáliðSleglarnir dragast kröftugar saman í systólu þegar þeir hafa fyllst meira í díastólu. Með öðrum orðum, þegar allir aðrir þættir eru jafnir þá eykst slagmagnið í jafnvægi við það sem end-diastolic magnið eykst. Þetta samband á milli slagmagns og endadíastólu magns er kallað Frank-Starling lögmálið. En hvað segir Frank-Starling lögmálið okkur?Þetta er basically lengar-teygju/spennu samband. Þeas að endadiastólu magnið segir mikið til um það hversu teygðar/spenntar slegla sarkómerurnar eru rétt fyrir samdrátt. Þannig að því meira endadíastólu magn, því meiri er teygjan/spennan, og því öflugari samdráttur. Þetta er aðeins öðruvísi í hjartavöðvanum en í sléttum beinagrindavöðvum. Eðlilegi punkturinn fyrir hjartavöðva í hvíld er ekki hagstæðastur fyrir samdrátt eins og í sléttum beinagrindavöðvum, heldur er það í lága parti kúrvunnar (mynd bls 396). Vegna þessa þá getur aukin teygja/spenna á hjartavöðvanum vegna meiri fyllingar hans valdið öflugari samdrætti. Marktækni Frank-Starling lögmálsins er því eftirfarandi: við ákveðinn hjartslátt, aukið venu-return (blóðflæði frá bláæðum til hjartans), þröngvar ósjálfrátt auknu útfalli hjartans með því að auka endadíastólu magn og þannig líka auka slagmagnið.Eitt mikilvægt atriði þessa sambands er jafnvægi á milli hægri og vinstri helminga hjartans. Ef hægri parturinn, til dæmis, byrjar allt í einu að pumpa meira blóði en sá vinstri, þá veldur þetta aukna blóðflæði til vinstri slegils því að það eykst útfall vinstri slegilsins. Þetta passar upp á að ekki safnist fyrir blóð í lungunum.

Sympatísku taugarnarÁhrif sympatíska taugaboðsins norepinephrins sem virkar á beta-adrenergic viðtakana er að auka samdrátthæfni slegla, skilgreint sem styrkur samdráttar við ákveðið endadíastólu magn. Plasma epinephrine sem tengjast líka á þessa viðtaka auka samdráttarhæfni (contractility). ATH!!! Að breyting á samdráttarkrafti vegna aukins endadíastólu magns (FS lögmálið) endurspeglar ekki aukna samdráttarhæfni. Aukin samdráttarhæfni er skilgreint sérstaklega sem aukinn samdráttur á ákveðið endadíastólu magn. Frank-Starling lögmálið gildir ennþá, en við aukna ítaugun þá er slagmagnið aukið við ákveðið endadíastólu magn (mynd 12-25, bls 397). Með öðrum orðum þá leiðir aukin samdráttarhæfni til meiri fullkominnar losunar á endadíastólu magni. Ein leið til að stærðargera samdráttarhæfni er ejaction fraction (EF), skilgreint sem hlutfall slagmagns (SV) af endadíastólu magni (EDV): EF = SV/EDV. Er venjulega 50-75% undir hvíldarviðmiðum. Aukin samdráttarhæfni veldur auknu losunarmagni/útkastsmagni.Áhrif sympatískra tauga á hjartavöðvan valda ekki aðeins auknum samdráttarkrafti, heldur veldur það því líka að samdráttur og slökun sleglana gerist hraðar, sem er gott til þess að diastólu fylling geti átt sér stað.Það eru nokkrir mekanismar sem fara í gang þegar norepinephrine og epinephrine setjast á viðtaka á taugafrumum: 1) það opnast fleiri plasmahimnu calsíum göng við excitation, 2) það eykst actífur flutningur á calcíum inní SR, og 3) breyting á bindni calcíum með trópóníni. Basically það sem gerist við þessar breytingar er að styrkur calsíums í umfrymi(cytosolic calcium) eykst mikið í spennuástandi (sem veldur samdrætti) og kemst þannig hraðar í slökunarástand eftir samdrátt (slökun). Lítil parasympatísk áhrif eru á sleglana.

AfterloadAukinn slagæðaþrýstingur á það til að draga úr slagmagni. Það er vegna þess að slagæðaþrýstingur myndar álagið (load), yfirleitt kallað afterload, fyrir samdrátt sleglavöðvans. Því meira sem þetta álag er, því minna geta samdráttarvöðvaþræðirnir styst. Þetta hefur fyrst og fremst áhrif þegar fólk hefur háan blóðþrýsting, vegna þess að langtíma aukinn slagæðaþrýstingur getur veikt hjartað og þar af leiðandi haft áhrif á slagmagnið. ↑ endadíastólu magn og ↑virkni symatískra tauga og ↑ plasma epinephrine → ↑slagmagns hjarta.

10

Þar með er hægt að segja að tvö mikilvægustu atriðin sem stjórna slagmagni eru Frank-Starling lögmálið (breytingar endadíastólu magns), og samdráttarhæfni slegla (sympatískar taugar og plasma epinephrine). ATH!!! Mynd 12-28 bls 398.

Áhrif ýmissa hormónaKatekólamín: tiltölulega lítil áhrif.Adrenocortical hormón (sterar): skortur veldur Addisons desease – oft circulatory vandamál, blóðrúmmál minnkar gjarnan. Áhrif steranna á hjartað umdeild, sennilega aukin samdráttarhæfni. Hydrocortisone magnar áhrif catekólamína, hugsanlega vegna hægari endurupptöku á kalsíum.Thyroid hormón: Aukin samdráttarhæfni, margbrotin áhrif gegnum CA2+ búskap og/eða ATP-efnaskipti, próteinefnaskipti. Aukinn fjöldi beta-viðtaka = aukin næmni fyrir katekólamínumInsúlín: aukin samdráttarhæfni. Glúkagon: aukin samdráttarhæfni og aukin hjartsláttartíðni.

12. kafli – C: ÆðakerfiðVirkni og bygging æðakerfisins breytist eftir því sem það skiptist en það er þó eitt sem allt æðakerfið á sameiginegt, frá hjartanu til minnstu háræða, það er sléttur, einsfrumulaga þekjufrumur – endothelium – sem þekur innra borð æðanna (þar sem blóðið snertir þær). Háræðar samanstanda eingöngu af endotheli, þar sem allar aðrar æðar hafa aukalög af connective vef og sléttum vöðva. Þrýstingurinn er mestur í slagæðunum→slagæðlingunum→háræðunum→bláæðlingunum→bláæðum, þar sem þrýstingurinn er minnstur.

SlagæðarÓsæðin og aðrar meginslagæðar hafa þykka veggi sem eru mikinn part úr teygjuvef. Vegna þess að slagæðar hafa breiðan radíus þá virka þær sem eins konar viðnámslágar pípur sem flytja blóð til ýmissa líffæra. Þeirra annað hlutverk, tengist teygjanleikanum, er að vera nokkurs konar “þrýstings geymir” til þess að viðhalda blóðflæði gegnum vefina í díastólu.Slagæðar hafa þykka veggi: mikið af elastiskum vef og lítið af sléttum vöðvum. Þær hafa líka sk Windkessel eiginleika: vegna teygjanleika þeirra þá dempast þrýstingsbreytingar af völdum dælingar hjartans, þær tútna út af útfalli hjartans. Þeas, flæðið er púlserandi inn, en stöðugt út.

Slagæðaþrýstingur (Arterial Blood Pressure)Hægt er að hugsa sér slagæðaþrýsting með því að skoða blöðru sem er fyllt með vatni.Hvaða þættir eru það sem ákvarða þrýsting innan teygjanlegs vefs/efnis, eins og td blöðru sem fyllt er með vatni? Þrýstingurinn innan blöðrunnar er háður 1) magni vatns og 2) hversu auðveldlega veggir blöðrunnar geta teygst. Ef veggirnir eru mjög teygjanlegir þá kemst mikið magn af vatni í þær og þrýstingurinn eykst bara lítið. Og svo ef að lítið magn af vatni er sett í blöðru með lítinn teygjanleika þá hækkar þrýstingurinn mikið. Hugtakið sem er notað um það hversu mikið hlutur teygjist er compliance/seigja.Compliance/segja = dVolume/dÞrýstingÞví hærri compliance/segjan, því auðveldara er að teygja á. Samdráttur sleglanna þrýstir blóði inní lungna og meginhringrás í systólu. Ef að akkúrat jafnt magn mundi flæða á sama tíma um slagæðarnar þá mundi heildarmagn blóðs í slagæðunum haldast það sama og slagæðaþrýstingur mundi ekkert breytast, þannig er það þó ekki.

11

Blóðmagn sem samsvarar um 1/3 af slagmagni fer úr slagæðunum í systólu. Restin af slagmagninu er í slagæðunum út systóluna, það þenur þær og hækkar slagæðaþrýstinginn. Þegar samdrætti slegla lýkur, þá dragast æðarnar saman aftur passivt, eins og teygja, og blóðið heldur áfram til slagæðlinganna út diastóluna. Þegar blóðið fer úr slagæðunum, þá minnkar blóðmagnið í slagæðunum og slagæðaþrýstingurinn fer hægt fallandi, en næsti sleglasamdráttur á sér stað þegar það er ennþá nægt blóð í slagæðunum til þess að teygja þær nægilega út. Þess vegna fellur slagæðaþrýstingurinn ekki niður í núll. (Mynd 12.31 bls 403). Hæsti slagæðaþrýstingurinn næst þegar toppur sleglaútspýtis er, það er kallað systolic pressure (SP). Minnst slagæðaþrýstingurinn næst rétt áður en sleglaútspýtið byrjar og er það kallað diastolic pressure (DP). Slagæðaþrýsting er oftast minnst á sem systólu/díastólu og er meðaltalið 125/75mmHg. Munurinn á systóliskum þrýstingu og díastóluþrýstingi er kallaður púlsþrýstingur og er 125 – 75 = 50 í okkar dæmi. Þeir þættir sem eru mikilvægastir í að meta púlsþrýsting eru: 1) slagmagn, 2) hraði útspýtingar slagmagnsins og 3) segja/eftirgefanleiki slagæðanna. Púlsþrýstingurinn er því meiri sem slagmagnið er meira, hraðinn á því er meiri og seigjan er minni. Atherosclerosis eða æðakölkun á sér stað þegar segjan er orðin mikil!Meðalslagæðaþrýstingur “MAP”. MAP = DP+1/3(SP-DP). Okkar dæmi er því: 75+1/3(125-75)=92.MAP er mikilvægasti þrýstingurinn af öllum vegna þess að hann er þrýstingurinn sem drífur blóðið inní vefina allan hjartsláttarhringinn. Segja hefur ekki áhrif á MAP. Muna svo hvernig á að mæla blóðþrýstinginn.

SlagæðlingarSlagæðlingar hafa tvö meginhlutverk: 1) slagæðlingar í ákveðnum líffærum bera ábyrgð á blóðflæði til ákveðinna líffæra við ákveðinn MAP og 2) slagæðlingarnir, sem held, eru stór þáttir í MAP sjálfum. Þær eru þröngar og þess vegna er hátt viðnám í þeim. Mikið af sléttum vöðvum, aðallega single unit og sjálfvirkir, þe innbyggt myogenic activity. Slagæðlingar stjórna dreifingu CO til hinna ýmsu líffæra. Eru fjöldi hliðartengdra viðnáma. Það er sami þrýstingsfallandi yfir öll viðnámin = flæði um líffæri er algerlega háð hlutfallsegu viðnámi í líffærinu. Hvað ræður því í hvaða æðar blóðið flæðir? F=dP/R. Hugsa þetta sem tank sem tæmist í margar mismunandi pípur (mynd 12-33, bls 405).

Þar sem þrýstingurinn er eins í hverri pípu, þá byggist flæðismunurinn eingöngu á mismuninum í viðnámi flæðis í hverri pípu. Og þar sem lengd pípanna er nánast sú sama og segja vökvans er fasti; þá byggist munurinn í viðnámi pípanna eingöngu á radíusi þeirra.Hægt er að hugsa þennan “tank” líka um hjarta og æðakerfið. Tankurinn er samsvarandi fyrir slagæðarnar sem geyma þrýstinginn. Smæstu slagæðlingarnir eru nógu þröngar til þess að viðhalda nægu viðnámi við flæði, en allra smæstu slagæðlingarnir eru meginstaðurinn sem viðheldur nægu viðnámi við flæði og eru þal samsvarandi fyrir pípurnar. Þetta skýrir hvers vegna MAP lækkar frá 90mmHg niður í 35mmHg er blóðið flæðir gegnum slagæðarnar. Blóðflæði (F) til hvers líffæris er reiknað með eftirfarandi jöfnu:

12

F(líffæri) = (MAP-bláæðaþrýstingur)/Viðnámi líffæris, og þar sem venuþrýstingur er næstum 0 þá er reiknað F=MAP/viðnámi í líffæri.En MAP er tiltölulega stöðugt og því eins um allan líkaman og byggist því flæði blóðs til líffæra í raun á því hversu mikið viðnám er í slagæðlingum til ákveðins líffæris.Slagæðlingar hafa slétta vöðva, sem geta annað hvort valdið auknum radíus (æðaútvíkkun/vasodilation) eða valdið minni radíus (æðasamdráttur/vasoconstriction). Þetta hefur einnig áhrif á blóðflæði til líffæra. En hvernig er hægt að breyta viðnámi?Sléttir vöðvar í slagæðlingum eru með mikla sjálfvirka virkni, þeas að samdráttur er sjálfstæður og óháður taugum og hormónum og kirtlum. Þessi sjálfvirka virkni er kölluð intrinsic tone, eða innri tónn. Hann setur grunnin að samdrætti sem hægt er að auka eða minnka með utanaðkomandi boðum eins og td taugaboðum. Þessi boð hvata breytingum í umfrymis calcíumi í vöðvafrumum þannig að áhrif verða á samdrátt. Aukning í samdráttarkrafti fyrir ofan innri tón æðarinnar veldur æðasamdrætti. Minnkun í samdráttarkrafti fyrir ofan innri tón æðarinnar veldur æðaútvíkkun. Þættir sem stjórna samdráttarkrafti æða eru: 1) local contróls og 2) extrinsic (viðbragða) controls.

Local ControlsÞetta stendur fyrir mekanisma sem er sjálfstæður, þeas ekki stjórnað af taugum og hormónum, þannig að líffæri og vefir stjórna/breyta sínu eigin slagæðlingaviðnámi og stjórna þannig sjálf blóðflæði til og frá sér. Þetta er: 1) active hyperemia, 2) flow autoregulation og 3) local response to injury.

Active HyperemiaHyperemia þýðir mikið blóð.Flest líffæri og vefir sjá til þess að blóðflæði til þeirra eykst þegar efnaskiptahraði þeirra aukast, þetta er kallað active hyperemia, eða virk aukning á blóði. Active hyperemia er bein afleiðing slagæðlinga víkkunar í líffæri eða vef sem er að auka starf sitt. Þeir þættir sem virka á slétta vöðvann í slagæðlingnum í active hyperemiu og láta hann slaka á eru staðbundnar efnabreytingar í utanfrumuvökvanum sem umlykur slagæðlingana. Þetta gerist vegna aukinnar efnaskiptastarfsemi fruma í kringum slagæðlinginn. Augljósasta breytingin þegar vefur fer að starfa hraðar er minnkun í staðbundnum styrk súrefnis. Mörg fleiri efni aukast í styrk þegar efnaskipti aukast og kalla á meira blóðflæði. Það eru td: carbon dioxide, hydrogen jónir, adenósín, potassium jónir, eicosanoids, osmolarity og bradykinin. Staðbundnar breytingar í öllum þessum efnum valda æðavíkkun. Engar taugar eða hormón koma hér við sögu. PO2, PCO2, pH, adenosín, bradikinin, prostaglandín, osmólarity niðurbrotsefna. Einnig hefur nitric oxíð, NO áhrif, það er losað frá endoþeli æðanna. NO hefur þessi áhrif: æðavíkkun, hemill á bólguviðbrögðum, hemill á blóðflöguklumpum, örvar nýmyndun æða, hindrar fjölgun sléttra vöðvafruma og andoxunaráhrif.

Flow Autoregulation/ Þrýstings autoregulationFlæðissjálfsstjórn. Þrátt fyrir þessa activu hyperemiu, getur það líka gerst að staðbundnar breytingar verði á blóðflæði þegar líffæri eða vef skortir blóð vegna breytinga á blóðþrýstingi. Breytingarnar á viðnámi eru í þá átt að halda blóðflæði nokkuð jöfnu þegar blóðþrýstingsbreytingar eiga sér stað og er það kalla flæðissjálfsstjórn. Til dæmis, þegar slagæðaþrýstingur í líffæri lækkar, td vegna hlutalokunnar í slagæðinni sem veitir til líffærisins, þá valda local controls því að slagæðlingar víkka sem heldur þannig blóðflæðinu tiltölulega stöðugu. En hvað er mekaníkin í flæðissjálfsstjórn? Einn mekanismi er sá sami og lýst var fyrir activa hyperemiu. Þegar lækkun í slagæðaþrýstingi minnkar blóðflæði til líffæris, þá minnkar 02 flutningur til líffærisins, og staðbundinn styrkur súrefnis í utanfrumuvökva minnkar. Á sama tíma þá hækkar styrkur koldíoxíðs, vetnisjóna og úrgangsefna í

13

utanfrumuvökva vegna þess að blóðið nær ekki að fjarlægja þau eins hratt og þau myndast. Þannig að staðbundnar efnabreytingar í utanfrumuvökva sem eiga sér stað þegar blóðflæði minnkar eru svipaðar og þær sem eiga sér stað þegar efnaskipti aukast. Flæðissjálfstjórn á líka við þegar blóðþrýstingur hækkar, ekki bara þegar hann lækkar. Í upphafi þegar blóðflæði eykst við hækkun blóðþrýstings þá fjarlægjir blóðið staðbundna æðavíkkunarþætti hraðar en þeir eru framleiddir og eykur einnig staðbundinn styrk súrefnis. Þetta veldur því að slagæðlingarnir dragast saman, og þannig viðhalda þeir blóðflæðinu stöðugu þegar blóðþrýstingur hækkar. Sumir sléttir vöðvar í slagæðlingum bregðast líka strax við aukinni teygju/spennu vegna hækkunar þrýstings, með því að dragast enn meira saman. Þetta kallast myogenic responses. Þetta verður vegna breytinga í calcíumflæði inní slétta vöðvann gegnum teygju-viðkvæm calsíum-göng í plasmahimnunni. Myogenic response er sérstaklega mikilvægt í nýrum og heila.

Reactive hyperemiaEr þegar blóðflæði til líffæri eða vefs er algjörlega stíflað þá verður djúp skammtíma aukning á blóðflæði um leið og stíflan er farin. Þetta er í raun extreme form af flæðissjálfsstjórn.

Response to InjuryVefjameiðsl valda því að mörg efni eru losuð staðbundið úr frumum eða plasta. Þessi efni slaka á slétta vöðvanum í slagæðlingum og valda æðavíkkun á skemmta/meidda svæðinu, oft kallað bólga.

Extrinsic ControlsÞetta er utanaðkomandi stjórn. Er ekki stýring með tilliti til staðbundinna þarfa, heldur er þetta umdreifing á CO við sérstakar aðslæður og stjórnun á blóðþrýstingi via TPR. MAP=CO*TPR.

Sympatískar Taugar - noradrenalínÞessar taugar senda frá sér boðefnið norepinephrine, sem binst alfa-adrenergic viðtökum á sléttum vöðvafrumum slagæðlinga, til þess að valda æðasamdrætti. Þannig er hægt að nota sympatískar taugar til slagæðlinganna til þess að valda æðavíkkun. En það er hægt að gera með því að minnka boð frá sympatískum taugum niðurfyrir grunnstigul og valda þannig æðavíkkun. Til dæmis er hægt að taka húðina, við stofuhita eru slagæðlingar húðarinnar undir áhrifum frá sympatískum taugum, og við ákveðið áreiti eins og kulda og hræðslu þá eykst þessi boðflutningur og æðarnar dragast ennþá meira saman. En svo þegar td líkaminn hitnar þá minnkar taugaboðaflutningur til slagæðlinganna í húðinni, æðarnar víkka og húðin hitnar samsvarandi líkamshitanum. Þessu er stjórnað í meginatriðum með “þörfum” líkamans.

Parasympatískar TaugarLítil sem engin ítaugun til slagæðlinga er frá parasympatískum taugum.

Noncholinergic, Nonadrenergic Autonomic NeuronsÞessar taugar losa taugaboðið nitric oxíð, sem er æðavíkkandi. Þessar taugar eru aðallega í enteric taugakerfinu sem gegnir miklu hlutverki í meltingarfærunum. Þessar taugar ítauga líka slagæðlinga í kynfærum, td typpinu, þar sem þær valda stinningu.

HormónEpinephrine og norepinephrine eru taugaboð frá sympatískum taugum sem tengjast á alfa-adrenergic viðtaka á sléttum vöðvafrumum í slagæðingum og valda æðasamdrætti. Þetta er flóknara en þetta, vegna þess að margir sléttir vöðvar í slagæðlingum hafa beta-2-undirgerð af adrenergic viðtökum og líka alfa-adrenergic viðtaka og binding epinephrins við beta-2 viðtaka veldur slökun frekar en samdrætti.

14

Í flestum æðakerfum skiptir tilvera beta-2 á sléttum vöðvafrumum engu máli þar sem það er miklu meira af alfa-adrenergic viðtökum. En slagæðlingar í beinagrindavöðvum eru þar undantekning. Þar sem þeir hafa fleiri beta-2 adrenergic viðtaka þá veldur epinephrine æðavíkkun þar. En í meltingarvegi, nýrum og húð eru fleiri alfa viðtakar og þar verður samdráttur æða og minna flæði. Annað hormón sem er mikilvægt í slagæðlingastjórn er angiotensin II, sem dregur saman flesta slagæðlinga. Enn annað er vasopressin, sem veldur líka samdætti æða. Síðan er eitt sem heitir atrial natriuretic peptide og það veldur æðavíkkun.

Þekjuvefsfrumur og Sléttir Vöðvar í ÆðakerfinuMörg efni sem er seytt og valda samdrætti eða slökun í slagæðlingum hafa áhrif á ýmist sléttu vöðvana, eða þekjuvefsfrumurnar. Þau verka ýmist beint eða óbeint. Nitric oxíði er td seytt frá þekjuvefsfrumum og veldur æðavíkkun, þetta er ekki það sama og því sem seytt er frá taugaendum. Þetta veldur æðavíkkun á grunnstiginu. Prostaglandíni er líka seytt frá þekjuvefsfrumum og veldur æðavíkkun. Þessu er ekki seytt á grunnstiginu, heldur er því seytt sem viðbragði við einhverju áreiti. Endothelin-1 er seytt frá þekjuvefsfrumum og veldur æðasamdrætti.

ATH svo mynd 12-36 á bls 410. Líka tafla bls 411.

HáræðarSjá um skipti á næringu og úrgangi. Þær eru um 1mm langar og 5míkrómetrar í þvermál. Það er vitað að þekjuvefsfrumur í æðakerfinu gegna mikilvægu hlutverki í að byggja upp ný háræðanet, þær eru örvaðar til þess af angiogenic þáttum. Dreifing og síun (diffusion og filtration).

Líffærafræði HáræðanetsinsHún er mismunandi frá líffæri til líffæris en hin týpíska háræð er þunnveggja pípla úr þekjuvefjafrumum, sem er einslaga þykk og hvílir á grunnhimnu, án nokkra sléttra vöðva eða teygjuvefs. Þessar flötu frumur sem mynda þekjupípuna eru ekki þétt saman, heldur eru þær skildar að og á milli eru þröng vatnsfyllt hólf sem kallast intracellular clefts. Blóðflæði til háræða byggir mjög á stöðu annar æða sem stunda microcirculation. Td veldur æðavíkkun slagæðlings sem er á undan háræð því að það verður meira flæði gegnum háræðina, og öfugt ef slagæðlingur dregst saman. Einnig getur blóðið komið frá sk metarterioles sem tenga slagæðlinga við venur. Á milli metarteriolu og háræðar er hringur úr sléttum vöðva sem kallast precapillary sphincter, sem dregst saman og slakar eftir staðbundnum styrk ýmissa efna. Háræðar eru þröngar veita viðnám þrýstingsfall. Hins vegar er fjöldi þeirra svo mikill að heildarþverskurðarflatarmálið verður mjög mikið og heildarviðnámið því talsvert minna en slagæðlinganna.

Hraði Blóðflæðis í HáræðumÞegar blóðflæði fer úr slagæðlingi (sem er með stærri þvermál en háræð) í margar mjórri háræðar, þá minnkar hraði flæðisins í háræðunum í takt við hvað slagæðlingurinn er víðari. Hraði blóðflæðis í aortunni er mestur, hægist aðeins í slagæðunum og slagæðlingunum og hægist mikið þegar blóðið fer svo í gegnum háræðarnar. Hraði blóðflæðisins eykst svo þegar það fer frá háræðunum í bláæðlingana og bláæðarnar þar sem þar eykst svo aftur þvermálið sem það flæðir um. Og þar sem hver háræð er þröng þá myndar hún mikið viðnám við flæði, en fjöldi háræða gerir það að verkum að heildarviðnámið úr öllum háræðunum er mun minna en í slagæðlingunum.

15

Dreifing (Diffusion) yfir Háræðaveggin: Víxlun á Næringarefnum og ÚrgangsefnumÞað eru þrjár megin leiðir sem efni fara í gegnum háræðar: Dreifing (diffusion), Vesicle transport og Bulk flow. Í öllum vefjum, nema heilanum, er dreifing yfir háræðavegginn aðalleiðin fyrir efni til að komast til og frá líffærinu eða vefnum. Fituleysin efni eins og súrefni og koldíoxíð dreifast auðveldlega gegnum plasmahimnur þekjuvefsfrumanna í háræðaveggnum. En jónir og póluð mólikúl þurfa að fara í gegnum intracellular cleftin á milli frumanna. Einnig er svokallað vesicle transport sem fer fram í gegnum háræðaveggina með prótínum þegar þau fara í gegn. Veggir háræða í lifur eru mest gegndræpir fyrir efnum og stórum prótínum en minnst í heilanum. Í hvaða röð fara efnin frá blóðinu og gegnum vegginn og öfugt?Næringarefni dreifast fyrst frá plasma yfir háræðavegginn inní millifrumuvökvann þaðan sem þau fá aðgang inní frumurnar. Úrgangsefni frá vefjunum fara í gegnum plasmahimnu frumnanna inní millifrumuvökvann þaðan sem þær dreifast í gegnum háræðavegginn og þaðan inní þekjufrumur háræðaveggjarins og inní plasma. Það fer eins mikið af efnum inn og út eins og eftirspurnin er. Aukin notkun frumna á súrefni og næringarefnum lækkar vefjastyrks-þröskuldinn fyrir efnunum, en aukin framleiðsla á koldíoxíði og úrgangsefnum hækkar vefjastyrks-þröskuldinn. Flutningur frá plasma úr háræðum og til millifrumuvökvans er fyrst filtration og svo endurupptaka sem er ca 90%.

Bulk Flow yfir Háræðavegginn: Dreifing UtanfrumuvökvansÞetta er ekki víxlun næringarefnia og úrgangsefna heldur frekar dreifing á utanfrumuvökvanum. Þegar vökvastöðuþrýstingur er ólíkur sitt hvoru megin við háræðaveggin, þá hagar háræðaveggurinn sér eins og gatasigti þar sem próteinfrítt plasma ferðast með bulk flow frá háræðaplasma yfir í millifrumuvökvann í gegnum vatsfyllt göng. Magn þess sem flæðir með bulk flow fer eftir muninum á háræðaþrýstingi og millifrumuþrýstingi. Mótstæð öfl flytja vökva yfir háræðavegginn:1) Munurinn á háræðaþrýstingi og millifrumuþrýstingi hvetur síun úr háræðinni, 2) Munurinn á styrk vatnsins milli plasma og millifrumuvökva, sem kemur vegna muns á styrk próteina, hvetur frásog millifrumuvökva inní háræðina. Þess vegna er net filtration pressure (NFP) háður fjórum breytum: vökvaþrýstingi í háræðinni (Pc, sem hvetur vökva út úr háræðinni), vökvaþrýstingi í millifrumuvökvanum (Pif, sem hvetur vökva inn í háræðina), osmótískum kröftum vegna plasmapróteins styrks (pí-p, sem hvetur vökva inní háræðina) og svo osmótískir kraftar vegna styrks próteina í millifrumuvökvanum (pí-if, sem hvetur vökva út úr háræðinni). Þessir fjórir kraftar kallast Starling kraftarnir.

16

Í byrjun þegar háræðin kemur frá slagæðlingunum er hydrostatic þrýstingur 35mmHg, en þar sem háræðin veitir flæðinu viðnám þá lækkar hydrostatic þrýstingurinn í bláæðaenda háræðarinnar niður í um 15mmHg. Millivefs hydrostatic þrýstingur er mjög lágur, við segjum að hann sé núll. Styrkur plasmapróteins myndar osmótískt flæði INN í háræðina við hydrostatiskan þrýsting 28mmHg. Styrkur millivefspróteins myndar flæði ÚT úr háræðini við hydrostatískan þrýsting 3mmHg. Þannig að munurinn á próteinstyrk hvatar flæði inní háræðina í jafnvægi við það sem hydrostatíski munurinn er 28mmHg – 3mmHg = 25mmHg. Þannig að í byrjun háræðarinnar er síunin út úr háræðinni, en í lok hennar fer vökvi inní hana. Þannig að innsíun og útsíun mínusa hvor aðra út. Samanlagt fyrir allar háræðarnar í líkamanum er lítil síun, uþb 4L á dag. Þessi vökvi verður útskýrður í sogæðakerfinu. Í raun samt, þá er hydrostatic þrýstingurinn í háræðakerfinu breytilegur eftir staðsetningu háræanna í líkamanum. En það á þó alltaf við að ef slagæðlingar víkka þá hækkar hydrostatic þrýstingurinn í háræðinni vegna þess að minni þrýstingur tapast til að yfistíga viðnámið milli slagæðlinga og háræða. Þessi þrýstingshækkun leiðir til meiri útsíunnar. Capillary filtration coefficient, er mæling á hversu mikill vökvi síast á hverja mmHg. Það eru sömu Starling kraftar sem verka fyrir háræðarnar í lungnahringrásinni, nema breyturnar fjórar eru örlítið öðruvísi, aðallega vegna þess að lungnahringrásin er lágþrýstings og lágs viðnáms hringrás. Síun er eftir allri háræðinni í lungnahringrásinni, vegna þess að aðalkrafturinn sem hvetur efni útúr háræðinni er 7mmHg. Blóðmissir er að hluta til bættur upp með tilfærslu á millifrumuvökva inní kerfið. Það gerist vegna mikils samdráttar í slagæðlinum lágs þrýstings í háræðum endurupptöku síun.

BjúgurBjúgur getur stafað af ýmsum orsökum. Td: í háræðaþrýstingi, vegna physiskrar vinnu (slökun á slagæðlingum) eða bláæðaþrenginum. osmótískur þrýstingur vegna þess að það vantar prótín í blóðið, gegndræpi endothelsins í háræðunum, td vegna anaphylactisks shocks, skert flæði um sogæðar vegna td elephantitis, og svo vökvamagn í líkamanum vegna hjartabilunar eða aukins reninst í líkamanum.

BláæðarÍ meginhringrásinni þá er krafturinn sem hvetur flæðið um bláæðar munurinn á milli þrýstings í peripherum bláæðum og svo hægri gátt. Þrýstingurinn í fyrsta hluta peripheral bláæðanna er frekar lágur, 10-15mmHg, vegna þess að mestur þrýstingur sem kemur frá hjartanu verður fyrir svo miklu viðnámi í slagæðlingunum, háræðunum og bláæðlingunum. Þannig að þessi þrýstingur, 10-15mmHg, er sá þrýstingur sem hvetur flæði á bláæðunum til hægri gáttar hjartans. Meginhlutverk bláæða er að vera lágs-viðnáms pípa fyrir blóðflæði til hjartans. Bláæðarnar utan hjartans, peripheru æðarnar, hafa lokur til þess að varna bakflæði um æðina. Veggir bláæða eru mjög teygjanlegir, mikið compliance og mikil rýmd, kallast capacitance vessels. Bláæðarnar hafa líka annað mikilvægt hlutverk: Þvermál þeirra er breytilegt eftir viðbrögðum þeirra við breyttu blóðrúmmáli, þannig viðhalda þær peripheral bláæðaþrýstingi og venu returni til hjartans.

Ákvörðun á bláæðaþrýstingiÞættirnir sem ákvarða þrýsting í teygjanlegri pípu eru magn vökvans inní henni og seigja/teygjanleiki veggjanna. Heildarblóðrúmmál er mikilvægt til þess að ákvarða venuþrýsting,vegna þess að á ákveðnum tíma þá er alltaf mest blóðmagn staðsett í bláæðunum. Um 60% alls blóðs í líkamanum er staðsett í bláæðunum á ákveðnum tíma, en bláæðaþrýstingurinn er um 10mmHg.

17

Veggir bláæðanna hafa slétta vöðva sem eru ítaugaðir sympatískum taugum. Örvun þessara tauga veldur losun á norepinephrini sem veldur samdrætti í slétta vöðvanum, sem minnkar þá þvermál æðarinnar og eykur þannig þrýstinginn. Það hvetur hraðari losun á blóði frá venu til hjartans og eykur aðfall hjartans. Tveir aðrir þættir, auk samdráttar bláæðanna, geta aukið venuþrýsting og þannig venu-return. Það eru 1) beinagrindavöðvapumpa og 2) öndunarpumpa. Þegar beinagrindavöðvar dragast saman, þá eru bláæðarnar sem liggja við þá þrengdar saman, sem minnkar þvermálið og þrýstir þannig meira blóði að hjartanu, svo sjá lokurnar í æðinni um það að blóðið flæði ekki til baka. Öndunarpumpan er aðeins erfiðari að sjá fyrir sér. Þegar við öndum að okkur lofti, þá þenst þindin út, þrýstir á kviðinnihaldið og eykur þannig þrýsting í kviðarholinu. Þessi þrýstingusaukning er send til innankviðs bláæðanna. Á sama tíma minnkar þrýstingurinn í brjóstkassanum sem minnkar þrýstinginn í brjóstkassabláæðunum og hægri gátt. Þessar þrýstingsbreytingar í kvið og brjóstkassa auka þrýstingsmuninn á milli peripheru æðanna og hjartans. Þannig eykst venureturn við innöndun. Eða: innöndun P í brjóstholi + P í kviðarholi aðfalls hjartans. Æðahnútar eru skemmdar lokur í bláæðum.

SogæðakerfiðSamanstendur af neti smárra líffæra (eitlum) og pípum (sogæðar) sem í gegnum flæðir sogæðavökvi. Þetta krefi sér um að millifrumuvökvi flæði um blóðrásarkefið og líkamann. Í nær öllum líffærum og vefjum er fjöldinn allur af sogæða-háræðum sem eru ekki það sama og blóðæðaháræðar. Þessar æðar eru gerðar úr einu lagi af þekjufrumum sem hvíla á grunnhimnu en hafa samt stór vökvafyllt göng sem eru opin fyrir öllum millifrumuvökva og einni próteinum. Litlir skammtar af millifrumuvökva koma inní sogæðarnar með “bulk” flæði. Að lokum endar þetta kerfi allt í tveim stórum sogæðum sem drenast inní tvær venur nálægt mótum subclavian og jugular bláæðanna í brjóstholinu. Lokur við þessi mót sjá til þess að það er bara einstefnu flæði. Hreyfing millifrumuvökva til hjarta og æðakerfisins frá sogæðnum er mjög mikilvægt, vegna þess að magnið sem frásogast úr háræðunum eru 4L á dag, og sogæðakerfið sér um að færa þennan vökva svo aftur inní hjarta og æðakerfisins. Bilun í sogæðakerfinu myndar söfnun á of miklum millifrumuvökva á ákveðnu svæði.

18

12. kafli – D: Stjórn blóðþrýstingsBlóðþrýstingurinn (slagæðaþrýstingurinn), er sú breyta í hjarta og æðakefinu sem þarf að stýra. Blóðrþrýstingur stjórnast af tveim þáttum: 1) útfalli hjartans (CO) og 2) heildar viðnámi æðankerfisins (TPR). MAP = CO x TPR.Þessir tveir þættir stjórna blóðþrýstingnum vegna þess að þeir ákvarða meðalmagn blóðs í meginhringrásinni, og þetta blóðmagn myndar þrýstinginn. Allar breytingar í meginslagæðaþrýstingi verða að vera vegna breytinga í CO og/eða TPR. Á hvaða innflæði í pumpu sem er, þá verður breyting á heildarviðnámi útflæðis að mynda breytingu á magninu og þannig hæðinni (þrýstingnum) í geyminum. Þetta er hægt að hugsa um hjarta og æðakerfið, með því að hjartað sé pumpan, geymirinn er slagæðarnar og útflæðispípurnar eru slagæðlingarnir. Við áreynslu þá víkka beinagrindavöðva slagæðlingarnir, og þar með minnkar viðnámið. En ef slagæðlingar þrengjast á öðrum stað í líkamanum þá helst MAP sá sami. ATH mynd bls 426 og 427.En hvers vegna MAP byggir á CO og TPR er hægt að sjá á þessari jöfnu:dP = F x R, þar sem dP er MAP – þrýstingurinn í hægti gátt, F er útfall hjarta og R er heildarviðnám æðanna. Og þar sem þrýstingurinn í hægra atríum er um 0 þá kemur jafnan okkar: MAP=COxTPR. Hægt er að hugsa það sama fyrir lungnahringrásina, nema það að þar er viðnámið lægra. Við blóðmissi: Mynd bls 429

Baroreceptor ReflexesSlagæða BaroreceptorarEru á tveim stöðum í líkamanum. Þeir eru staðsettir þar sem carotid slagæðin í hálsinum skiptist í tvær minni slagæðar, þar eru veggirnir þynnri og þaktir taugaendum. Þetta er kallað carotid sinus. Þessir taugaendar eru mjög viðkvæmir fyrir teygju eða afbökun einhverskonar. Þar sem teygja á slagæðinni er nátengt þrýstingi í slagæðinni þá þjóna þessir taugaendar því hlutverki að vera þrýstingsnemar, eða baroreceptors. Svipað svæði er að finna í aortuboganum og kallast það aortic arch baroreceptors. Afferent, eða aðlægar, taugabrautir liggja frá þeim og til brainstem og veita inngöngu að taugum sem liggja í stjórnstöð hjarta og æðakerfisins. Við ákveðinn þrýsting, td 100mmHg, er ákveðinn tíðni afspennu hjá tauginni. Þessa tíðni er hægt að hækka með því að hækka slagæðaþrýstinginn, eða lækka með því að lækka slagæðaþrýstinginnÞannig er tíðni boða frá carotid sinusnum í beinu hlutfalli við MAP. Því hærri sem púlsþrýstingurinn er því hraðari tíðni boða eru send frá carotid sinus.

19

The Medullary Cardiovascular CenterÞað er staðsett í brainstem í Medulla Oblangata. Taugarnar í Medullary Cardiovascular Center fá boð frá hinum ýmsu baroreceptorum. Þessi boð ákvarða hrifspennutíðnina frá miðju áfram eftir taugabrautum sem enda svo í taugunum sem ná til hjartans, slagæðlinganna og bláæðanna, vagustaugin (parasymp) og sympatísku taugarnar. Þegar baroreceptorarnir AUKA tíðni afspennu/boða, þá minnkar sympatískt útflæði boða til hjarta, slagæðlinga og bláæða, en eykst parasympatísk boð til hjarta. Og öfugt þegar þeir minnka tíðnina. Angiotensin II og vasopressin seyti breytast líka til þess að hjálpa til við að laga blóðþrýstinginn. Svo að Lækkun á slagæðaþrýstingi, veldur auknum plasmastyrk á báðum þessum efnum, sem Hækka slagæðaþrýstinginn með því að draga saman slagæðlingana.

Virkni Arterial Baroreceptor ReflexinsEf slagæðaþrýstingur lækkar við blóðtap veldur það lækkun á tíðni boða frá slagæða baroreceptorum. Færri boð fara upp aðlægu taugarnar til medullary cardiovascular centers og þeð veldur: 1) aukinni hjartsláttartíðni, 2) auknum samdrætti slegla, 3) samdrátti slagæðlinga og 4) auknum samdrætti í bláæðum. Það sem gerist er að þá eykst útfall hjartans (↑CO), heildarviðnámið eykst (↑TPR), og blóðþrýstingurinn fer aftur í sitt normal gildi. Baroreceptorarnir virka sem skammtíma lausn á breytingum í slagæðaþrýstingi. Þeir fara í gang um leið og blóðþrýstingurinn breytist til að reyna að koma honum í rétt horf sem fyrst. En ef slagæðaþrýstingurinn er hár/lágur lengur en í nokkra daga þá aðlagast baroreceptorarnir sig þessum breytingum, þeas þeir hafa sett sér nýtt normalgildi og senda þannig boð frá sér á ákveðinni tíðni við það gildi.

Aðrir BaroreceptorarBláæðar, æðar í lungum og veggir hjartans hafa líka baroreceptora, sem virka flestir eins og hinir sem lýst var að framan.

RúmmálsnemarEru staðsettir í gáttum, vena cava, lungnablóðrás og vinstri slegli, þeir eru því oft nefndir cardiopulmonary receptors. Þeir eru líka staðsettir lágþrýstimegin í blóðrásarkerfinu – lágþrýstinemar. Þessir lágþrýstinemar eru vel staðsettir til þess að skynja aðfall til hjarta, þeir skynja central venu þrýsting, fyllingu hjartans og þetta er háð blóðþúmmál. Rúmmálsnemar eru mikilvægir í uppréttri stöðu.

20

Áhrif örvunar rúmmálsnema: Aukin boð frá nemum minni sympatískra boða til nýrna, hjarta og æða minna viðnáms. Viðnámsæðar: slökunminna viðnáms í rákóttum vöðvum og iðrumIðrabláæðar: slökun aukin rýmd minna aðfall til hjarta.Hjarta: minni hjartsláttartíðni.Nýru: minni viðnám í afferent slagæðum aukið Q, aukins GFR, minna renin minna angiotensin 2 minna aldosterón. Allt veldur þetta útskilnaði vatns og salta blóðrúmmál, útfall hjarta og TPR MAP.

Blóðmagn og Langtíma Stjórn SlagæðaþrýstingsMegin factorinn sem stjórnar blóðþrýstingi til langs tíma er blóðmagnið. Blóðmagnið hefur áhrif á blóðþrýstinginn með því að hafa áhrif á: venuþrýsting, venureturn, endadíastólu magni, slagmagnið og útfall hjartans. Þannig að ef að blóðmagn eykst, þá hækkar blóðþrýstingurinn. Og ef að blóðþrýstingurinn eykst þá minnkar blóðmagnið með því að auka seyti salts og vatns frá nýrum. Hækkun á blóðþrýstingi veldur minnkun á blóðmagni, sem veldur svo lækkun í þrýstingi. Aukning á blóðmagni veldur hækkun á blóðþrýstingi, sem veldur því svo að blóðmagnið minnkar.Af því að slagæðaþrýstingur hefur áhrif á blóðmagn, en blóðmagn hefur líka áhrif á slagæðaþrýsting, þá getur blóðþrýstingur haldist stöðugur til langs tíma, en bara ef blóðmagnið er líka stöðugt.

Aukning í blóðþrýstingi getur verið af öðrum völdum, td: ↓slagæðasúrefni, ↑slagæðakoldíoxíð, ↓blóðflæði til heila og sársauki í húðinni.

21

12. kafli – E: Hjarta og æðakerfið í heilsu og sjúkdómum

Blóðtap og aðrar ástæður of lágs blóðþrýstingsEin almenn ástæða lágs blóþrýstings er minna blóðmagn í líkamanum, eins og td blóðtap, sem veldur lágum blóðþrýstingi með röð atburða. Alvarlegasta afleiðing lágs blóðþrýstings er minnkað blóðflæði til heila og hjartavöðvans. Um leið og blóðtap verður þá bregst líkaminn við með því að senda boð frá slagæða baroreceptorunum. Það eru fimm þættir sem breytast þegar það er minna blóðmagn í líkamanum: 1) slagmagn hjartans minnkar, 2) hjartsláttartíðnin eykst, 3) útfall hjarta (CO) minnkar, 4) heildar viðnám æðakerfisins eykst (vegna viðbragða til leiðréttingar), 5)MAP lækkar. Hjartsláttur og heildarviðnám æðakerfisins hækkar svo sem leiðrétting, meira en það var fyrir blóðtapið. Aukningin í heildarviðnámi verður vegna aukins sympatísks útflæðis til slagæðlinganna á morgum stöðum í líkamanum, nema hjartanu og heilanum. Annar mikilvægur mekanismi sem fer af stað við blóðtap, er flutningur millifrumuvökva inní háræðarnar. Þetta gerist vegna þess að lækkun blóðþrýstings og aukin samdráttur í slagæðlingum veldur minni hydrostatískum þrýstingi í háræðum, þannig hvetur það upptöku á millifrumuvökva. Þetta kallast autotransfusion, og það getur komið blóðmagni aftur á rétta kjöl innan 12-24 klukkustunda eftir meðal mikið blóðtap. En þegar að lokum þarf að bæta fyrir þetta vökvatap þá eru það stjörn á vökvameltingu og nýrnastarfsemi sem koma að því. Endurnýjun tapaðra rauðra blóðkorna þarfnast aukinnar erythropoiesis (nýmyndunnar RBK) með hjálp hormónsins erythropoietin. Það er önnur ástæða fyrir því líka að lágur blóðrþýstingur getur orðið vegna vökvataps, ekki endilega blóðtaps, og það er saltmissirinn. Sérstaklega natríum og vatnsmissirinn eru þar mikilvægust. Þannig vökvatap getur orðið gegnum húðina, með miklum svita eða bruna, með uppköstum eða niðurgangi, eða vegna heiftarlegra þvagláta. Þannig að vökvatap veldur minna blóðmagni í hringrás blóðs og framkallar einkenni sem svipa til hjarta og æðaeinkenna, svipuð þeim sem sjást við blóðtap. Lágur blóðþrýstingur getur einnig orsakast af öðrum ástæðum, ss: minni getur hjartans til að dragast saman, sterkar tilfinningar geta lækkað blóðþrýsting (vaso vagal syndrome).

22

Shock = LostÞetta er það ástand þar sem minnkað blóðflæði til líffæra og vefja veldur þeim skaða. Slagæðaþrýstingur er yfirleitt lágur í losti. Hypovolemic shock verður vegna minnkaðs blóðmagns vegna blóðtaps eða taps á öðrum vökva en blóði. Low-resistance shock verður vegna minnkunar á heildarviðnámi æðakerfisins vegna mikillar aukningar á æðavíkkandi áhrifum, eins og td í ofnæmi og sýkingum. Cardiogenic shock verður vegna mikillar minnkunar á útfalli hjarta sem getur haft margar ástæður. Hjarta og æðakerfið, sérstaklega hjartað, verður fyrir skemmt ef lostið er lengi. Að lokum verður lostið óafturkræft jafnvel þó að blóðflæði væri aukið og aðrar meðferðir gæti leiðrétt blóþrýstinginn tímabundið.

UppistaðaMinnkun á árangursríkri hringrás blóðmagns verður í hjarta og æðakerfinu þegar manneskja fer úr liggjandi stöðu í standandi stöðu. Hversv vegna þetta gerist þarfnast skilning á þyngdaraflinu sem hefur áhrif á langar æðar sem liggja lóðrétt milli hjarta og fóta. Þegar manneskja er lóðrétt (í standandi stöðu) þá verður innanæðaþrýstingurinn allstaðar jafn þrýstingnum sem samdráttur hjarta framleiðir plús auka þrýstingi sem jafnast á við þyngd blóðsúlunnar frá hjarta til punktsins sem við miðum við. Td í manni þá er blóðsúlan frá hjarta og niður í fætur um 80mmHg, og eykst um 25mmHg í sköflungnum, þannig að þrýstingurinn í sköflungnum er 105mmHg. Aukni þrýstingurinn sem kemur til vegna þyngdarlögmálsins hefur áhrif á árangursríka blóðrás á marga vegu: Í fyrsta lagi þá veldur aukni hydrostatíski þrýstingurinn í fótunum þegar manneskja er uppistandandi því að það þrýstir út á veggi bláæðanna og veldur það aukinni víkkun á bláæðum, þetta er ástæðan fyrir því að blóðið

23

safnast fyrir í bláæðunum. Á sama tíma þá veldur aukni þrýstingurinn í háræðunum vegna þungdarlögmálsins aukinni síun á vökva útúr háræðunum inní millifrumurýmið. Þessir þættir, blóðsöfnun í bláæðum og aukin háræðasíun, minnkar árangursríka blóðrás á mjög líkan hátt og gerist við blóðtap. Þetta skrýrir hvers vegna líður yfir sumt fólk þegar það stendur snögglega upp. Það er hægt að minnka blóðsöfnunina í bláæðunum við það eitt að hreyfa fæturnar, og draga saman vöðvana í fótunum, það þrýstir blóðinu upp til hjartans og minnkar þrýstinginn í blóðsúlunni.

ÁreynslaVið áreynslu þá getur útfall hjartans aukist úr 5L/mín uppí 35L/mín í vel þjálfuðum einstaklingi. Dreifing þessar útfallst hjarta er mest aukning áf blóði til áreynsli vöðvanna, til húðarinnar, og hjartans. Aukið flæði til þessara líkamshluta er vegna æðavíkkunnar í þessum ákveðnu æðabeðum. Bæði í hjartavöðva og beinagrindavöðva er orsök æðavíkkunarinnar staðbundnir efnaþættir, en æðavíkkun í húðinni verður vegna minni tíðni boða frá sympatísku taugunum til húðar. Svo verður einnig á sama hátt minna flæði til þeirra staða sem líkaminn þarf ekki á að halda við áreynslu, eins og td kviðarholslíffæra, meltingarfæra, nýrna. Hvað gerist með slagæðaþrýsting við áreynslu? Í flestum tegundum áreynslu þá eykst útfall hjartans aðeins meira en heildarviðnámið minnkar, þannig að meðal slagæðaþrýstingur hækkar yfirleitt smáveigis. Púlsþrýstingur eykst hinsvegar meira, bæði vegna aukins slagmagn og hraða útsppýtingar. Aukið útfall hjarta í áreynslu er vegna mjög mikillar aukningar í hjartsláttartíðni og minni aukningar á slagmagni. Hin aukna hjartsláttartíðni er vegna blöndu af minni parasympatískum áhrifum á SA-hnútinn og aukningu á sympatískum áhrifum. Hið aukna slagmagn er vegna aukins samdráttar slegla, sem veldur svo því að aukið magn spýtist út úr hjartanu, þessu er stjórnað af sympatískum taugum til slegla hjartavöðvans. Það er aðeins hægt að auka útfall hjartans til þessa high level ef æðakerfis factorinn sem hvetur venureturnið er virkjaður á sama tíma af sama styrk. Þættirnir sem hvetja venu-returnið við áreynslu eru:1) aukin virkni beinagrindavöðvapumpunnar, 2) aukin dýpt og tíðni innöndunnar, 3) sympatísk-hvött aukning í venustyrk, og 4) auðveldara flæði blóðs frá slagæðum til bláæða gegnum vel víða slagæðlingana. Hvað eru stjórnþættirnir sem stjórna breytingum á hjarta og æðakerfinu við áreynslu? Það er æðavíkkun slagæðlina í beinagrindavöðvum og hjartavöðvanum sem sýna virka blóðsókn við áreynslu, sem er orsök staðbundinna efnaþátta í vöðvunum. Þegar áreynsla er byrjuð, þá fara efnabreytingar í vöðvunum að þróast. Þessar breytingar virkja efnanemana í vöðvunum. Aðlægt innslag frá þessum nemum fer til stjórnstöðvar hjarta og æðakefisins í heilanum og veldur útslagi til autonomic tauga sem eru hærra í heilanum. Þetta eykur hjartsláttartíðnina enn meira, eykur samdráttarkraft hjartans og viðnám æða í óvirka líffærinu. Slagæða baroreceptorarnir spila stóra rullu í að hækka slagæðaþrýstinginn meira en í það sem hann er í hvíld. Ástæðan er að eitt tauga”kerfi” í miðlæga stjórnunar útslaginu fer til slagæða baroreceptoranna og “endurstillir” þá á stigið sem áreynslan er. Þessi endurstilling veldur því að baroreceptorarnir svara eins og slagæðaþrýstingurinn hafi minnkað og útslag þeirra sendir boð um minni parasympatísk áhrif og aukin sympatísk árhif.

Hámarks Súrefnisupptaka og ÞjálfunVO2 max eða hámarks súrefnisupptaka er: eins og magn þolæfinga aukast, þá eykst súrefnisupptaka í jöfnu hlutfalli þangað til að toppi er náð og súrefnisupptakan getur ekki aukist meira þrátt fyrir aukið álag. Eftir að VO2 max er náð, er aðeins hægt að auka álagið meira og halda því í smátíma vegna loftfirrtra efnaskipta í vöðvanum sem er að vinna. VO2 max ætti að vera takmörkum háð: 1) útfall hjartans, 2) geta öndunarkerfis til að flytja súrefni til blóðs, og 3) geta vöðvanna sem verið er að nota til að notfæra sér súrefnið.

24

Samt sem áður þá er það útfall hjartans, hjá venjulegu fólki, sem ákvarðar VO2 max. Þegar vinnuálag eykst, þá eykst hjartsláttartíðni stigvaxandi þangað til það nær hámaks slagafjölda. Slagmagn eykst mun minna og á það til að minnka þegar 75% af VO2 max er náð. Þeir þættir sem valda því að slagmagn getur ekki aukist meira og þal útfall hjartans ekki heldur, eru: 1) hinn mjög hraða hjartsláttartíðni, sem minnkar díastólufyllingu, og 2) vangeta æðakerfisins sem hvetja venureturn (beinagrindavöðvapumpan, öndunarpumpan, samdráttur bláæða og víkkun slagæðlinga) til að auka fyllingu slegla á þeim stutta tíma sem fæst til þess.

HáþrýstingurEr skilgreindur sem langvarandi hækkun á slagæðaþrýstingi, 140/90 mmHg. Það helsta sem veldur háþrýstingi er aukið heildarviðnám æðakerfisins sem orsakast af óeðlilega minni slagæðlinga radíus. En hvað veldur þessum samdrætti í slagæðlingunum? Það er ekki að fullu vita, en td renal hypertension: það er þegar orsök háþrýstingsins er aukin losun á renini frá nýrunum, sem hvetur losun á æðasamdráttaranum angiotensin II. En flestur háþrýstingur er háþrýstingur sem ekki er vitað hvers vegna gerist, primary hypertension: það er ýmislegt sem getur aukið líkur á háþrýstingi, eins og td, saltinntaka, calciumsnautt fæði, offita og ýmiskonar soralifnaðarháttur. Það líffæri sem verður fyrir mestum áhrifum er hjartað. Vegna þess að vinstri slegillinn í manneskju með háþrýsting þarf til langtíma að dæla á móti auknum slagæðaþrýstingi (afterload), sem veldur því að vöðvinn stækkar (left ventricular hypertrophy). Ef þetta heldur áfram í langan tíma þá minnkar samdráttarkraftur hjartans og hjartabilun getur átt sér stað. Háþrýstingur getur líka valdið auknum líkum á æðakölkunum og hjartaáföllum, nýrnabilun og rofs á heilaslagæð sem veldur heilablóðfalli. Til eru lyf við háþrýstingi og þau virka þannig til að minnka útfall hjarta og/eða heildar viðnám æðakerfisins.

HjartabilunÞetta er safn einkenna sem gerast þegar hjartað nær ekki að dæla nógu blóði til þess að fullnægja útfalli hjarta. Þetta getur gerst vegna: 1) hjartað er að pumpa á móti hækkuðum slagæðaþrýstingi og 2) skemmdum í byggingu hjartans vegna minnkað kransæðaflæði. Þessu fólki er skipt í tvo flokka: 1) þeir sem hafa diastolic dysfunction (vandamál við fyllingu slegla), og 2) þeir sem hafa systolic dysfunction (vandamál við tæmingu slegla). Diastolic dysfunction: þá hefur veggur slegilsins minni teygjanleika. Hann er óeðlilega stífur og þar af leiðandi minni getu til að fyllast almennilega við eðilegan díastólu-fyllingar þrýsting. Afleiðingin er minna endadíastólu magn, og þal minna slagmagn sbr Frank Starling lögmálið. Ath að samdráttarkrafturinn er í lagi en slegillinn getur ekki gefið eftir og fyllst. Hérna er aðalástæðan háþrýstingur. Systolic dysfunction: þá hefur orðið skemmd á hjartavöðvanum vegna td hjartaáfalls. Þessi bilun lýsir sér með því að hjartað á erfitt með að dragast saman – minna slagmagn í endadíastóli. Slegillinn sem á erfitt með að dragast saman stækkar ekki en endadíastólu magni eykst. Útfall hjartans sem minnkar vegna hjartabilunar vekur slagæða baroreceptorana. Þeir seinda færri boð en venjulega og heilinn túlkar þessa minni boðatíðni sem meiri lækkun á þrýstingi en venjulega. Það veldur: 1) aukinni hjartsláttartíðni, og 2) auknu heildarviðnámi æðakerfisins. Reflexarnir auka hjartsláttartíðni og heildar viðnám með það í huga að útfall hjartans komist á réttan kjöl og líka slagæðaþrýstingur, svipað og þeir hefðu verið triggeraðir af blóðtapi. Af hverju veldur aukin venuþrýstingur bjúgi? Þegar þrýstingur í venu hækkar þá eykst líka háræðaþrýstingurinn, sem veldur aukinni síun á vatni útúr háræðinni inní millifrumuvökvann. Það mikilvægast í þessum kafla er að bilun í vinstri slegli, hvort sem er vegna diastolic eða systolic bilunar, veldur lungnabjúg, sem er uppsöfnun á vökva í innanfleiðruholi lungna eða í loftrýminu sjálfu. Þetta gerist

25

vegna þess að vinstri slegilli nær ekki að dæla blóðinu út eins og hægri slegillinn og þannig að magn blóðs í öllum lungnaæðum eykst. Það veldur stækkun á lungnaháræðunum sem hækkar þrýstinginn í þeim og það eykst síun útúr háræðunum þar.

Kransæðasjúkdómar og HjartaáföllÍ kransæðasjúkdómum þá valda breytingar á einni eða fleiri kransæðum ónægu blóðflæði til hjartavöðvans (ischemia). Afleiðingarnar geta verið skemmd á hjartavöðvanum á því svæði sem æðin nærir, og ef nógu alvarleg þá dauða þess hluta hjartans – myocardial infarction eða hjartaáfall. Margir sjúklingar með ónóg blóðflæði til hjartans, finna fyrir einkennum við æfingar og áreynslu, þessi verkur kallast angina. Einkenni hjartaáfalls eru: langur brjóstverkur, oft með leiðni útí vinstri hendi, ógleði, æla, sviti, slappleiki og stuttur andardráttur. Greining er gerð með EKG og mælingar á CK-MB í hjartanu. Skyndidauði vegna hjartaáfalls stafa oftast af ventricular fibrillation. Meginástæða kransæðasjúkdóma er æðakölkun, sem lýsir sér með þykknunar á æðaveggjum. Lyf sem hægt er að nota eru: nítríð (æðavíkkandi), beta blokkar.

12. kafli – F: Blóð og BlæðingastöðvunBlóðið samanstendur af blóðfrumum og plasma.

PlasmaPlasmaprótínin mynda mest af plasmanu. Þeirra hlutverk er að hvetja síun á utanfrumuvökva inní háræðar. Þeim er skipt í albúmín, glóbúlín og fírbrínógen. Fíbrínógen virkar í storknun. Serum er plasma þar sem fibrínógeni og öðrum prótínum sem hvetja storknun hafa verið frjarlægð. Frumur nota plasma amínósýrur, ekki plasma prótín til þess að búa til sín eigin prótín. Plasma og millifrumuvökvinn eru svipaðir í samsetningu, nema það er mun meira prótínmagn í plasma.

BlóðfrumurnarErythrocytes – Rauð Blauðkorn (RBK)Meginhlutverk RBK er að flytja súrefni frá lungum ot coldíoxíð frá frumum. RBK innihalda mikið af próteininu hemóglóbín sem tengist við súrefni. Súrefni tengist við Fe á hemoglóbíninu.RBK eru framleidd í beinmerg, rauða beinmergnum. Meðallíflengd RBK er 120 dagar. Megin niðurbrotsefni hemoglóbíns er bilirúbín, sem fer til baka í blóðrásina og gefur plasma sinn gula lit.

JárnJárn er það element sem bindur hemoglóbín við súrefni. Stjórn járnbúskaps í líkamanum fer að mestu fram í þekjuvef garna, sem frásogar járn úr meltum mat. Því meira járn sem er til staðar í líkamanum, því minna er frásogað í meltingarveginum. Líkaminn á eitthvað magn af járni í “geymslu” í lifrinni á forminu ferritin. Ferritin virkar sem einskonar búffer gegn járnskorti. Um 50% af öllu járni í líkamanum er bundið hemoglóbíni. Þegar gömlum RBK er eytt í miltanu og lifrinni þá losnar járnið frá þeim inní plasma og binst járnflutnings plasma prtóteini sem kallast transferrin. Næstum allt járn sem binst transferrini fer til beinmergs til að mynda ný RBK.

Fólic sýra og B12 vítamín

26

Fólicsýra er nauðsynleg undirstaða fyrir kjarnabasann thymin, sem myndar DNA. Ef að fólicsýra er ekki í nægu magni, þá virkar frumuskipting ekki sem skyldi í líkamanum, en hefur mest áhrif í frumum sem skipta sér hratt, eins og td RBK. B12 vítamín er líka nauðsynleg undirstaða fyrir framleiðslu á venjulegum RBK.

Stjórnun á Framleiðslu Rauðra BlóðkornaÍ venjulegum manni helst magn RBK í líkamanum tiltölulega stöðugt vegna sveigjanleika í framleiðslu úr beinmerg. En það efni sem hefur beina stjórn á framleiðslu RBK er hormónið erythropoietin, sem er seytt í blóðið aðallega frá hormóna-seytandi stoðvefsfrumum í nýrum. Það verkar á beinmerginn til að örva fjölgun á forvera RBK og skiptingu þeirra til að þróast í þroskuð RBK. Seyti þess eykst yfir grunngildi þegar það er minnkað súrefnisflæði til nýrna. Testósterón eykur einnig seyti á erythropoietini.

Anemia = BlóðleysiÞað er skilgreint sem minnkuð geta blóðs til að flytja súrefni vegna: 1) fækkuðum fjölda á RBK, sem hafa þó nægt hemóglóbín, 2) færri hemóglóbín á hverju RBK, og 3) blanda af bæði 1 og 2. Sickle-cell anemia verður vegna genastökkbreytingar sem breytir einni amínósýru í hemóglóbínkeðjunni. Þetta veldur því að RBK verður skrýtið í laginu. Þetta veldur bæði lokun á háræðum, með tilheyrandi vefjaskemmd og sársauka, og eyðileggingu á afmynduðum RBK sem viðheldur blóðleysinu. Polycytemia er það þegar það eru fleiri RBK en er eðlilegt.

Leukocytes = Hvít Blóðkorn (HBK)HBK skiptast í marga undirflokka eftir því hvernig þau litast. Þau eru flokkuð eftir því og hvernig þau eru í laginu. Polymorphonuclear granulocytes = neutrophils, eosinophils og basophils. Monocytes og Lymphocytes.

Platelets = BlóðflögurBlóðflögur verða til þegar cytoplasmic hlutar úr stórum beinmergsfrumu, sem kallað er megakaryocytes, detta af beinmergsfrumum og fara útí blóðrásina.

Stjórn á Framleiðslu BlóðfrumnaÍ börnum nýmyndar beinmergur nær allra beina blóðfrumur. En á fullorðinsárum eru það bara beinin í brjóstkassanum, höfuðkúpunni og efri hluti lima sem gera það. Allar blóðfrumur eru komnar af einni tegund beinmergsfruma sem kallast pluripotent hematopoietic stem cells, sem eri óbreytilega frumur sem geta myndað forvera allra tegunda blóðfruma. Örvun og breytileiki þeirra ólíku frumfruma er örvuð, á mörgum stigum, með fjölda prótínhormóna og paracrine agenta sem kallast hematopoietic growth factors (HGFs).

Blæðingastöðvun: Vörn Gegn BlóðtapiÞetta eru lífeðlisfræðilegir þættir sem díla við smásár á venum, slagæðlingum, bláæðlingum og háræðum, sem eru aðalorsakir blæðinga í hversdagslífinu. Slagæðablæðingar eru yfirleitt ekki stöðvaðar með líkamssvörun, sú stöðvun þarf að koma utanað.

Myndun Platelet PlugÍ byrjun þarf að myndast sár á æð, sem rýfur þekjuna og gerir undirliggjandi stoðvefinn berskjaldaðann. Blóðflögur (platelets) loða við collagen (vegna vonWilderbrand factors), sem er plasmaprótein sem er seytt af þekjuvefsfrumum og blóðflögum. Þetta próten binst við berskjölduð collagenmólikúlin, breytir lögun þeirra

27

og gerir því kleift að bindast blóðflögunum; þannig mynda vWF brýr milli skemmdu æðarinnar og blóðflaganna. Þessi binding blóðflagana við collagen hvetur blóðflögurnar til að losa ýmis efni. Mörg þessara efna, eins og adenosine difosfat og serotonin, virka þá staðbundið til þess að hvetja breytingar í efnaskiptum, lögun og yfirborði próteina á blóðflögunum, þetta kallast platelet activation. Sumar þessar breytingar valda því að nýjar blóðflögur loða við þær eldri, svokalla jákvætt feedback sem kallast platelet aggregation, sem myndar hratt svokallað platelet plug inní æðinni. Fibrinogen, er plasmaprótín sem spilar stóra rullu í platelet aggregation með því að mynda brýrnar milli samloðandi blóðflaga. Platelet pluggið getur algjörlega lokað smárifum í veggjum blóðæða. Til þess að þetta loki nú ekki allgjörlega æðinni þá seyta ósködduðu þekjuvefsfrumurnar í æðaveggnum prostacyclini, sem hemur platelet aggregation, einni seyta þær nitric oxide sem hvetur æðavíkkun og hemur platelet aggregation.

Blóðstorknun: Myndun BlóðkökksBlóðstorknun er ummyndun blóðs frá því að vera fljótandi yfir í að vera nokkurskonar gel, kalla kökkur og inniheldur aðallega prótínforvera sem heitir fíbrín. Kökkurinn myndast staðbundið kringum platelet plug og er ríkjandi blæðingastövarinn. Atburðir sem leiða til þess að kökkur myndast byrja þegar það myndast sár á æðinni og blóðið getur komist til undirliggjandi vefja. Hvert skref, frá atburði að myndur kekkjar, þá er það óvirkt plasmaprótein sem er virkjað og verður proteolytic ensím, sem þá brýtur niður næsta ensím í röðinni. Þetta virkjar svo næsta plamsaprótín osfrv. Þangað til að plasmaprótínið proþrombín breytist í ensímið þrombín. Þrombín brýtur svo niður reaction þar sem mörg pólýpeptíð splittast frá mólikúlum úr stóra plasmaprótíninu fibrínógeni. Þessar fíbrínógenleifar bindast svo hvorannari og mynda annað form sem kallast fíbrín. Fíbrínið verður fljótt stöðugt og sterkt þessara tenginga á milli fíbrínógenanna. Í blóðstorkuferlinum þá verða mörg RBK og aðrar frumur fastar í “netinu” sem fíbrínið er, en aðalþáttur kekkjarins er fíbrínið, og kökkurinn getur myndast án allra annar efna en bloðflaga. Virkjaðar blóðflögur eru nauðsynlegar vegna þess að mörg þessi efnaskipti sem ég lýsti áðan geta aðeins átt sér stað á yfirborði þessara blóðflaga. Virkjun blóðflaganna lætur þær sýna sérstaka plasmahimnu viðtaka sem bindast mörgum þessum storkuþáttum (sem ég talaði um áðan og mynd 12-74 bls 458) og þetta veldur því að efnaskiptin geta átt sér stað á yfirborði blóðflaganna. Plasma calcium þarf líka í þessi mörgu skref. Ath líka mynd 12-76 bls 460 til að skilja intrinsic og extrinsic leiðirnar að storku.

Anticlotting KerfiÞættir sem Verka á Móti StorkumyndunÞað eru minnst þrjú ólík kerfi sem verka á móti blóðstorkumyndun, eftir að storkuferlið er komið af stað, og hjálpar þannig að hefta þetta ferli og hemja það í að breiðast út:1) Fyrsta storkuvarnar mekanismin virkar þegar storkan er að myndast og notfærir sér plasmaprótín sem kallast tissue factor pathway inhibitor (TFPI), sem er seytt af mörgum þekjuvefsfrumum. Þetta efni binst vefjafactor VIIa sem flækir og hemur getu þessara komplexa til þess að mynda factor Xa. 2) Annar storkuvarnar mekanisminn er virkjaður með þrombíni. 3) Þriðji sorkuvarnar mekanisminn er plasmaprótín sem kallast antiþrombín III, sem óvirkjar þrombín og aðra storkuþætti. Til að gera það þá þarf antiþrombínið sjálft að virkjast og það gerist með bindingu við heparín, sem er efni staðsett á yfirborði þekjuvefsfruma. Antiþrombín III hemur dreifingu storku með því að afvirkja hratt storkuþætti sem fara frá storkustaðnum með blóðinu.

Fibrinolytic Kerfið

28

Þetta kerfi leysir upp kökkinn/storkuna eftir að hún hefur myndast. Þetta kerfi samanstendur af forensímum plasma, plasminogeni, sem virkjast í ensímið plasmin með prótíninu plasminogen activators. Þegar plasmín hefur verið myndar þá meltir það fíbrín, sem þannig leysir kökkinn/storkuna. Þetta kerfi hefur þó mörg milliskref eins og storkukerfið, og einnig eru mörg efni sem hemja þetta kerfi. TD þá er tissue plasminogen activator sem er notað til að bindast fíbríni og svo fer ferlið af stað.

Andstorku LyfEru mest notuð hjá sjúklingum sem eiga á hættu að fá hjartaáfall. Asprín og Heparín.

13. kafli – Öndunarkerfið Lífeðlisfræði öndunar hefur tvær merkingar: 1) notkun súrefnis í efnaskiptum fruma og 2) skipting súrefnis og koldísoxíðs milli lífverunnar og umhverfis, en það er einmitt það sem þetta snýst um.

Skipulagning ÖndunarfærannaLungun samastanda af litlum loft”blöðrum” sem kallast alveoli, en það erum um 300 milljón alveoli í fullorðnum einstaklingi. Þar eiga sér stað gas-skipti við blóðið. Innöndun er hreyfingin á lofti frá ytra umhverfi gegnum öndunarveginn og niður í alveoli í öndun. Útöndun er hreyfing á lofti frá alveoli og gegnum öndunarveginn útí ytra umhverfið. Á meðan þessi hringrás á sér stað þá dælir hægri slegill hjartans blóði gegnum lungnaslagæðarnar og slagæðlingana og inní háræðarnar sem þekja hvern alveoli. Í hvíld í venjulegum einstaklingi er um 4L af fersku blóði að koma og fara frá alveolium á mínútu. Loftskiptayfirborðið er geysistórt, 75 fermetrar í meðalmanneskju.

Blóð og Æðar í LoftveginumNefið, munnurinn, kokið og barkakýlið eru efri öndunarfærin. Inní lungunum eru fleiri en 20 staðir þar sem berkjurnar skiptast í fleiri og smærri berkjur. Alveoli kemur fyrst í ljós hjá respiratory berkjum, fast við veggi þeirra. Loftvegirnir eru þaktir sléttum vöðvum, en breytingar á þeim breyta radíus loftveganna. Frá barkakýli og niðurúr er loftveginum skipt í tvö svæði: 1) Conducting svæðið (safnsvæðið), sem nær frá efri hluta barkar og til byrjunar á respiratory berkjum; þarna er ekkert alveoli og engin skipti milli blóðs og gas. 2) Respiratory svæðið (öndunarsvæðið), sem nær frá respiratory berkjum og niður það inniheldur alveoli og þarna fara hin eiginlegu loftskipti fram, þeas skipti gas og blóðs. Þekjuvefurinn, sem er á efsta lagi alls öndunarvegarins, frá respiratory berkjum, hefur bifhár sem hreinsa óhreinindi og seyta einnig slímvökva til að smurja. Þessi bifhárastarfsemi getur orðið skerrt, eins og td við reykingar. Þekja öndunarvegarins seytir líka vatnskenndum vökva sem slímið getur ferðast í. Þegar seyting á þessum vökva bilar kallast það cystic fibrosis. Þessi bilun er vegna skemmda í klórgöngum sem koma seytuninni við. Macrophagar eru einnig í öndunarveginum, en þessar frumur varna gegn sýkingum. Æðarnar í lungunum greinast eins mikið og berkjurnar. Smæstu æðanna greinast í net háræða sem veita ríkulega til alveolianna. Hringrás lungnanna hefur lítið viðnám, borið saman við meginhringrásina, og vegna þessa er þrýstingur æðanna í lungunum lágur. Þess vegna byggist þvermál æðanna mest á þyngdarlögmálsöflum og passívum lífeðlisfræðilegum kröftum innan lungnanna.

29

Staður Loftskiptanna: AlveolinnAlveolarnir eru pínulitlar holar blöðrur sem opnast innan öndunarkerfis. Þau eru umlukin þéttu háræðaneti og súrefnissnautt blóð kemur frá hægri hluta hjartans, mettast súrefni og fer aftur til vinstri hluta hjartans. Loft í tveim alveolum er aðskilið með einum alveolar vegg. Mest af yfirborðinu sem loftið kemst í tæri við er þakið einfrumu-þykku lagi af þekjufrumum sem kallast týpu I alveolar frumur. Inn á milli þessara fruma eru þykkri, sérhæfðari frumur sem kallast týpu II alveolar frumur og þær framleiða surfactant. Veggir alveolanna hafa háræðar og mjög lítið rými á milli þeirra, sem er aðallega millifrumuvökvi og laus stoðvefur. Heildarsvæði alveolanna sem er í snertingu við háræðar er eins og stærðin á tennisvelli. Þetta risasvæði og þunnleiki bilsins geriri það að verkum að stór og hröð skipti verða á súrefni og coldíoxíði með diffusion. Í sumum alveolar veggjum eru holur/göng sem leyfa flæði lofts á milli alveoli . Í alveolum er mjög lítið interstitial rými.

Tengsl Lungna við BrjóstvegginnHvert lunga er þakið lokuðum “poka”, pleural sac, sem hefur þunnt lag af frumum sem kallast pleura. Þeir eru algjörlega aðskildir. Eins og að kýla hnefa í blöðru. Pleural yfirborðið sem þekur lungun (visceral pleuran) er föst þétt við lungun með stoðvef. Ytra lagið (parietal pleuran) er föst við innri brjóstvegginn og þindina. Þessi tvö lög eru mjög þétt saman, en á milli þeirra er mjög þunnt lag af innanfleiðruvökva, sem er aðeins nokkrir ml í heildina. Breytingar á hydrostatískum þrýstingi innanfleiðruvökvans, inannfleiðruþrýstingur (Pip), veldur því að lungun og brjóstveggurinn hreyfast inn og út í venjulegri öndun.

Öndun og LungnamekanismiSkoða vel mynd 13-6, bls 472. Loftun (ventilation) er skilgreint sem víxlun/flæði á lofti milli andrúmslofts og alveoli. Loftið flæðir með bulk flæði, þeas frá svæði með hærri þrýstingi til svæðis með lægri þrýstingi. Notuð þessi jafna: F= dP/R, þar sem dP eru þrýstingsmunurinn milli tveggja punkta deilt með R sem er viðnámið.

30

Fyrir loftflæði inn eða út úr lungunum þá eru þrýstinganir sem um ræðir: gasþrýstingur í alveoli, alveolar pressure (Palv), og gasþrýstingur í nefi og munni, atmospheric pressure (Patm). Þrýstingurinn sem þekur líkamann er F = (Patm-Palv) / R.

Allur þrýstingur í öndunarfærunum eins og í hjarta og æðakerfinu miðast við þrýsting andrúmsloftsins, sem er 760mmHg við hæð sjávar. Við öndun, þá fer loft inn og útúr lungunum vegna þess að alveolarþrýstingur er gerður meiri en andrúmsloftsþrýstingur (mynd 13-7 bls 472). Þessar þrýstingsbreytingar í alveoli eru vegna breytinga í vídd brjóstveggjar og lunga. Til þess að skilja hvernig þetta virkar þarf að skilja lögmál Boyle’s, sem er sett fram með eftirfarandi jöfnu: P1V1 = P2V2. Við ákveðið hitastig, þá er sambandið milli þrýstingsins sem beitir sér með ákveðnu magni af gasmólikúlum og stærð geymisins sem þau eru í eftirfarandi: Aukning í stærð geymisins minnkar þrýsting gassins, en Minnkun á stærð geymisins eykur þrýsting gassins.

Í innöndun og útöndun er stærð geymisins – lungnanna- gert að breytast, og þessar breytingar valda því, vegna lögmáls Boyle’s, alveolarþrýstingsbreytingunum sem drífa loftflæði inní og útúr lungunum.

Það eru engir vöðvar fastir við lungun sem valda því að þau þenjast út eða dragast saman. Lungun eru passív og teygjanleg – eins og blöðrur – og stærð þeirra byggir því á: 1) þrýstingsmuninum, transpulmonary þrýstingi (Ptp), á milli innra og ytra borðs lungna; og 2) hversu teygjanleg lungun eru. Þrýstingurinn INNÍ lungunum er loftþrýstingurinn inní alveveoli (Palv), og þrýstingurinn UTAN VIÐ lungun er þrýstingurinn í innanfleiðruvökvanum sem þekur lungun (Pip). Þannig að:Ptp = Palv – Pip. Mynd 13-9 bls 473.

Vöðvarnir í brjóstveggnum og þindin dragast saman og valda því að brjóstveggurinn þenst út við innöndun. Og því meira sem brjóstveggurin þenst, þá lækkar Pip, sem hefur áhrif á lungnavegginn og dregur hann með sér út, og gerir þannig lungun stærri. Þetta lækkar Palv (lögmál Boyle’s) og gerir það neikvætt miðað við Patm. Þessi aukning í drifþrýstingi fyrir innflæði lofts (Patm – Palv) veldur því að loft flæðir inn í lungun.

31

Með öðrum orðum: Intrapleural þrýstingur (Pip) lækkar sem dregur út visceral pleuruna sem er föst við lungun, það veldur því að lungun þenjast út. Pip heldur áfram að falla þangað til innöndn lýkur. Skv lögmáli Boyles þá minnkar alveolar þrýstingur þegar rúmmál lungna eykst.

Hvernig Næst Stöðugt Jafnvægi á Milli Andardrátta?ATH mynd 13-10 bls 474,

Það er normal ástand í enda útöndunar, þeas á milli andardrátta þegar öndunarvöðvarnir er slakir og ekkert loft flæðir. Palv er 0mmHg, þeas sami og andrúmslofts Patm. Innanfleiðruþrýstingurinn Pip er 4mmHg minni en Patm, -4. Þannig að transpulmonary þrýstingurinn (Ptp = Palv-Pip) er 4mmHg. Þessi transpulmonary þrýstingur er krafturinn sem þenur lungun út; á móti honum kemur elastic recoil lungans sem er hálfþanið og hálfútstrekkt. Elastic recoil er skilgreint sem sá tendensi hlutar sem tegist, til þess að halda á móti strekkingunni og útþaninu. Með öðrum orðum, innbyggður elastic recoil sem vinnur til að fella saman lungað, er nákvæmlega í jafnvægi með transpulmonary þrýstingnum sem vinnur við að þenja lungun, og stærð lungnanna er stöðug í þessu ástandi. Á samam tíma er líka þrýstingsmunur yfir brjóstvegginn, 4mmHg sem þrýstir inn á brjóstvegginn – það er, að reyna að leggja brjóstið saman. Þessi þrýstingsmunur yfir brjóstvegginn jafnar þá hneigð hálfsamanalagðs brjóstveggjarins að þrýstast út, og þess vegna er brjóstveggurinn, eins og lungað, stöðugt þegar öndunarvöðvarnir eru slakir. Hvað veldur því að innanfleiðruþrýstingurinn verður subatmospheric? Þegar lungun (sem hneigjast inn á við frá þandri stöðu sinni vegna elastic recoils) og brjóstveggurinn (sem hnegjist út á við í átt frá samanþjappaðri stöðu sinni vegna elastic recoils) reyna að færast smávegis í burtu frá hvort öðru, þá verður örsmá stækkun á vökvafyllta intrapleural rýminu á milli þeirra. En vökvi getur ekki þanist út á sama hátt og loft getur, þannig að jafnvel þessi smá stækkun á rýminu – sem er svo lítið að fleiðruyfirborðin helst í sambandi við hvort annað – fellir intrapleural þrýstinginn niður fyrir andrúmsloftsþrýsting. Á þennan hátt býr elastic recoilið, bæði í lungunum og brjóstveggnum, til subatmospheric intrapleural þrýsting sem varnar því að þau færist lengra í sundur en pínulítið. Mikilvægi transpulmonary þrýstingsins til þess að ná þessu jafnvægi er hægt að sjá þegar, í aðgerð eða trauma, þá er stungið á brjóstvegginn án þess að skemma lungun. Þá flæðir andrúmsloftsþrýstingur inní intrapleural rýmið (pneumothorax) og intrepleural þrýstingurinn frá -4 mmHg niður í 0mmHg. Þá er transpulmonary þrýstingurinn sem heldur lungun þöndum farinn, og lungun falla saman.

InnöndunInnöndun byrjar við taugafræðilega örvaðan samdrátt þindar og innöndunar-millirifja vöðva. Þindin er mikilvægasti innöndunarvöðvinn í eðlilegri hægri öndun. Þegar örvun phrenic taugarinnar sem liggur til þindarinnar veldur samdrætti hennar, þá færist hún niður í kviðarholið og stækkar þannig brjóstvegginn. Á saman tíma örva intercostal taugar millirifjavöðvana til að dragast saman, sem veldur upp og út hreyfingu rifjanna og það eykur enn stærð brjóstholsins.

32

Úrslitapunkturinn er að samdráttur innöndunarvöðvanna, með því að stækka aktíft brjóstkassann, upsets stöðugleikanum sem er til staðar vegna elastic krafta á milli andardrátta. Og eftir því sem brjóstkassinn stækkar, þá færist hann aðeins fjær lungnayfirborðinu, og intrapleuralþrýstingurinn verður meira subatmospheric (undir andrúmsloftsþrýstingi) en hann var á milli andardrátta. Þessi lækkun í intrapleuralþrýstingi hækkar transpulmonary þrýstinginn. Þaðer, því sem Pip verður meira neikvæður, þá veðrur Palv-Patm meira jákvæður. Þannig, að krafturinn sem þenur lungun – transpulmonary þrýstingurinn – er nú meiri en elastic recoilið í lungunum á þessu augnabliki, og þess vegna þenjast lungun meira út. Þessi stækkun á lungunum veldur aikinni stærð alveolanna í lungunum. Þannig að, vegna Boyles lögmáls, þá lækkar þrýstingurinn inní alveoli niður fyrir andrúmsloftið. Þetta veldur þrýstingsmun Palv←Patm sem veldur bulk flow á lofti frá andrúmslofti gegnum öndunarveginn og inní alveoli. Í enda innöndunar, er þrýstingurinn í alveoli orðinn jafn andrúmsloftsþrýstingi vegna þessa auka lofts, og loftflæðið hættir.

ÚtöndunÍ enda innöndunar, þá hætta taugarnar að senda boð til þindarinnar og til innöndunarvöðvanna, og þessir vöðvar slaka á. Þá er brjóstveggurinn ekki lengur aktíft þaninn út og upp með vöðvunum, og hann fer að fara aftur til baka inn á við í sína venjulegu stærð sem er á milli andardrátta. Þetta gerir intrapleural þrýstinginn strax minna subatmospheric og þannig lækkar transpulmonary þrýstingurinn. Og lungun fara aftur til baka í sína venjulegu stærð. Eftir því sem lungun minnka, þá verður loftið í alveoli tímabundið samþjappað þannig að, skv Boyle’s lögmáli, verður alveolarþrýstingur meiri en þrýstingurinn í andrúmslofti. Þannig að loft flæðir frá alveoli gegnum loftveginn og út í andrúmsloftið. Útöndun í hvíld er því algjörlega passivt ferli, og fer algjörlega eftir slökunarhæfileika innöndunarvöðvanna og lungnanna.

Lungna ComplianceLungna compliance er skilgreint sem stærð breytinga á rúmmáli lungnanna sem verður vegna gefinna breytinga á transpulmonary þrýstingi: Cl = dV1 / d(Palv-Patm). Þannig að, því meira lungna compliance, því auðveldara er það fyrir lungun að þenjast út við gefnar breytingar á transpulmonary þrýstingi. Hægt er að hugsa þetta sem andhverfu stífleika. Lágt lungna compliance þýðir að það þarf meiri transpulmonary þrýsting yfir lungun til þess að þenja lungun.

33

Með öðrum orðum: þegar lungna compliance er óeðlilega lág (aukinn stífleiki), þá verður að gera intrapleural þrýstinginn meira subatmospheir (enn lægri en andrúmsloftsþrýstinginn) í innöndun til að ná að þenja lungun. Og í það þarf kröftugari samdrátt þindar og innöndunarvöðva sem krefst meiri orku.

Þættir Sem Ákvarða Lungna ComplianceÞað eru tveir meginþættir sem ákvarða að mestu leiti lungna compliance: 1) Einn er teygjanleiki lungnavefsins, sérstaklega teygjanlega stoðvefsins. Þannig að þykknun á lungnavefnum minnkar lungna compliance. 2) Annar jafnmikilvægur þáttur er yfirborðsspenna hjá loft-vatns snertifleti innan alveoli. Yfirborð alveoli frumanna er rakt, hægt að ímynda sér þá eins og loftfyllta belgi með vatni fyrir veggi. Við loft-vatns skilin, gera mótkraftarnir (surface tension) milli vatnsmólikúlanna vatnslínu eins og teygð blaðra sem reynir endalaust að minnka og berjast á móti meiri teygju. Þannig að þan lungnanna þarf orku, ekki bara til þess að teygja stoðvef lungnanna heldur líka til þess að yfirvinna surface tensionið í vatnslínum alveoli. Ef alveoli væri hinsvegar bara með hreint vatn, þá þyrfti ótrúleg átök til þess að þenja lungun og þau ættu það til að falla saman. Þess vegna er mjög mikilvægt að alveolar II frumur seyti sk surfactanti sem minnkar kraftana á milli vatnsmólikúlanna og yfirborðs alveoli. Þannig að surfactanti lækkar yfirborðsspennuna, sem eykur lungna compliance og gerir það auðveldara að þenja lungun. Surfactantið minnkar við grunna og hraða öndun. Þess vegna er mikilvægt fyrir sjúklinga úr brjósthols og kviðarholsaðgerðum að anda djúpt og með mótstöðu.Annað mikilvægt atriði varðandi surfactantið er að það stöðgar alveoliið í öllum stærðum með því að breyta yfirborðsspennunni. Eftir því sem alveoli verður smærra, þeim mun minna eru mólikúl surfactantsin dreift á innra borðinu, og þannig minnkar það yfirborðsspennu.

Viðnám LoftvegarinsÞættirnir sem ákveða viðnám loftvegarins eru þeir sömu og ákvarða viðnám æðakerfisins: lengd pípunnar, radíus hennar og milliverkun hreyfandi mólikúla (gasmólikúla í þessu tilviki). Viðnám loftvegarins er hlutfallslega í takt við radíusinn. En yfirleitt er loftvegaviðnámið við loftflæði mjög lítið, þannig að lítil þrýstingsaukning býr til stórt magn af loftflæði. Radíus loftvega og þá líka viðnámið fá áhrif sín frá lífeðlisfræðilegum, taugafræðilegum og efnafræðilegum þáttum. Einn mikilvægur lífeðlisfræðilegur þáttur er transpulmonary þrýstingurinn, sem veldur því að loftvegirnir falla ekki saman (ekki brjóskið). Annar mikilvægur lífeðlisfræðilegur þáttur til að halda loftvegunum opnum eru teygjanlegu stoðvefsþræir sem tengja ytra borð loftveganna við alveolar vefinn í kring. Þetta kallast lateral traction. Við hraða útöndun

34

(forced) þá þrengjast loftvegir vegna ofangrendra atriða og flæðið getur ekki aukist sama hvað reynt er (spirometria). Ásamt lífeðlisfræðilegum þáttum þá hafa ýmsir neuroendocrine og paracrine þættir áhrif á slétta vöðva í loftveginum og þannig hafa þeir áhrif á viðnámið. Td hormónið epinephrine slakar á þeim(beta-adrenergic viðtakar), en leukotrienes sem framleiddir eru í bólgu í lungum draga þá saman. Histamín, Leukotrín og kuldi valda berkjusamdrætti. En adrenalín og CO2 valda berkjuútvíkkun.

AstmiAstma er sjúkdómur sem er skilgreindur með köstum, þar sem sléttir vöðvar loftvegarins dragast saman og auka þannig viðnámið í loftvegunum. Berkjur dragast saman af ýmsum ásætðum. Megin meingerð astma er krónísk bólga í loftvegunum, sem myndast við ýmis tækifæri. En mikilvægasta atriðið er að undirliggjandi bólga veldur því að sléttir vöðvar loftvegarins verða ofurnæmir og dragast kröftuglega saman þegar einstaklingur reynir á sig, er í miklum reyk, verður fyrir ofnæmisviðbragði og fleiru. Meðferðin eru bekjuvíkkandi lyf og sterar.

COPDChronic obstructive pulmonary disease er 1) emphysema, 2) krónískur bronkítis eða 3) sambland af báðu. Chronic bronchitis er lýst með ofmikilli slímframleiðslu berkjanna og krónískra bólgubreytinga í litlu loftvegunum. Valdurinn af teppunni er samsöfnun slíms í loftveginum og þykknun á bólgna loftveginum.

Lungnastærð og HólfunMagnið af lofti sem fer inní lungun í einni innöndun er um það bil jafnt því magni sem fer út í hverri innöndun og kallast tidal volume (Vt). En það er um 500ml. Mesta magn lofts sem hægt er að auka hærra en þessi tala er í djúpri öndun kallast inspiratory reserve volume og er um 3000ml. Í gegnum mikinn aktífan samdrátt útöndunarvöðvanna, þá er hægt að anda út miklu meira af því lofti sem eftir er eftir að resting tidal volume hefur verið andað út; þetta auka útöndunarloft kallast expiratory reserve volume og er um 1500ml. Jafnvel eftir mestu aktífu útöndun þá er um það bil 1000ml af lofti ennþá í lungunum, það kallast residual volume. Vital capacity er mesta loft sem einstaklingur getur blásið frá sér eftir maximal innöndun. Þá er einstaklingurinn að anda frá sér bæði residual voluminu og inspiratory reserve voluminu. Ein leið til að mæla þetta er forced expiratory volume in 1s, (FEV1), þar sem manneskjan andar max innöndun og blæs svo frá sér eins hratt og hún getur. Eðlilegur einstaklingur getur blásið frá sér um 80% af vital capacatiinu á þessum tíma.Þegar fólk er með obstruktíva lungnasjúkdóma (aukið viðnám í loftvegum) þá er FEV1 minna en 80%.Fólk með restrictiva lungnasjúkdóma hefur minna vital capacity en eðlilegt FEV1 miðað við það.

35

Alveolar Loftun (Va)/Alveolar ventilationHeildar loftun á mínútu, minute ventilation (Ve), er jöfn tidal volume margfölduðu með öndunartíðninni:Minute ventilation (Ve) = Tidal volume (Vt) * Öndunartíðni (f). Til dæmis þá færir eðlileg manneskja í hvíld um 500ml af lofti inn og útúr lungunum með hverjum andardrætti og andar 10x á mínútu. Þá er minute ventilation (Ve) = 5000ml af lofti á mínútu, en vegna dead space þá er ekki allt þetta loft í boði til loftskipta. Alveolar loftunin er það sem skiptir máli: Va= (Vt-Vd)*f.

Dead SpaceLeiðandi loftvegirnir hafa rúmmál um 150ml. Loftskipti við blóðið eiga sér stað bara í alveoli, ekki í þessum 150ml af loftvegi. Ef maður ímyndar sér að maður andi að sér í einni innöndun um 450ml af lofti, þannig að þá fara bara 300ml af lofti til alveoli og eiga loftskipti við blóðið en hinir 150ml eru eftir í loftveginum, þetta kallast anatomic dead space (Vd). Heildar magns fersks lofts sem kemur til alveolu á mínútu er því kallað alveolar ventilation (Va):Alveolar loftun (Va) = (Tidal volume (Vt)-Dead space (Vd)) * öndunartíðni (f). Og þegar verið er að meta gagn öndunarinnar á alltaf að horfa á alveolar loftunina. Aukin dýpt er mun gagnlegra en að auka tíðnina ef bæta á öndunina. Sumir alveolar eru lokaðir af ýmsum ástæðum og kallast að alveolar dead space. Physiological dead space er því summa anatomical dead space og alveolar dead space.

Víxlun Lofttegunda í Alveoli og VefjumSúrefni þarf að flytjast yfir alveolarhimnurnar og inní lungnaháræðarnar, flytjast svo með blóðinu til vefjanna, fara frá vefjaháræðunum og útí utanfrumuvökvann, og að lokum flytjast yfir plasmahimnu til þess að komast inn í frumurnar. Koldíoxíð þarf að fara sömu leið, bara öfuga. Í stöðugu ástandi, þá er magn súrefnis sem fer úr háræðum vefjanna og er tekið upp af blóðfrumum á tímeiningu, það sama og magnið af súrefni sem kemur í blóðið í lungunum á sömu tímaeiningu. Magn þess súrefnis sem er tekið upp af frumum og því magni koldíoxíðs sem frumurnar framleiða er þó ekki endilega það sama. Það magn á CO2 sem er framleitt og þess O2 sem er notað er kallað respiratory quotient (RQ). Í blönduðu fæði þá er RQ um það bil 0,8, 8 mólikúl af CO2 er framleitt fyrir hver 10 mólikúl af O2 sem er notað. Blóðið sem er pumpað með hjartanu flytur súrefni og koldíoxíð milli lungnanna og vefja með bulk flæði, en diffusion er ábyrg fyrir heildar hreyfingu þessara mólikúla milli alveoli og blóðs, og milli blóðs og frumanna í líkamanum. Hlutþrýstingur Lofttegundanna (koldíoxíðs og súrefnis)Lofttegundirnar hreyfast, skella saman og mynda þrýsting, sem hækkar við allt sem eykur hreyfinguna. Þrýstingurinn sem lofttegundir mynda í er í hlutfalli við 1) hitann, vegna þess að hiti eykur hraðann sem mólikúlin hreyfast á, og 2) styrk lofttegundarinnar, þe fjöldi mólikúla á hvert rúmmál.

36

Lögmál Daltons segir, aðheildarþrýstingur loftblöndu er samanlagður þrýstingur allra lofttegundanna.og að í mixtúru af lofttegundum, þá er sá þrýstingur sem myndast með einni lofttegund, óháður þrýstingi sem er myndaður með annari lofttegund í mixtúrunni. Þetta er vegna þess að mólikúl lofttegundanna eru venjulega í svo mikilli fjarlægð hvort frá öðru að þau skipta sér ekki af hinum. Þessi þrýstingur er kallaður hlutþrýstingur (partial pressure (P)) og er hann summa allra einstöku þrýstinganna sem mólikúl einnar lofttegundar myndar í mixtúru. Ef loftþrýstingur er 760 mmHg þá er hlutþrýstingur O2 = 0,21*760 = 160mmHg. Hlutþrýstingur lofttegundar er í beinu hlutfalli við styrk hennar. Net diffusion lofttegundar verður frá svæði þar sem hlutþrýstingur er hærri til svæðis þar sem hlutþrýstingur er lægri. Í andrúmslofti er hlutþrýstingur O2 = 160mmHg og CO2 = 0,3mmHg.

Dreifing (diffusion) Lofttegunda í VökvaÞegar vökvi er berskjaldaður fyrir lofti sem inniheldur tiltekna lofttegund, þá munu mólikúl lofttegundarinnar fara inní vökvann og leystast þar upp. Lögmál Henrys segir, að það magn af lofttegund sem leysist upp sé í beinu hlutfalli við hlutþrýsting lofttegundarinnar þar sem vökvinn er í jafnvægi. Möo: við jafnvægi, verður hlutþrýstingur lofttegunda í vökvanum og gasfasanum að vera sá sami. Td: Segjum sem svo að í lokuðu íláti sé bæði súrefni í gasfasa og vökvafasa. Súrefnismólikúlin í gasfasanum ráðast stöðugt að vökvayfirborðinu, sum komast inn í vökvann og leysast upp. Svo framarlega sem PO2 í gasfasanum sér hærri en PO2 í vökvafasanum mun vera net diffusion á súrefni inní vökvann. Og öfugt ef PO2 í vökvafasa er hærri en PO2 í gasfasa þá verður net diffusion á súrefni útúr vökvanum og inní gasfasann. Þetta verður þangað til hlutþrýstingurinn er jafn í báðum fösum. Þetta er nákvæmlega það sem er að gerast í lungunum, á milli alveolar lofts og háræðablóðs lungna. Að auki, í vökvafasa, þá dreifast uppleyst lofttegundamólikúl frá svæði með hærri hlutþrýsting til svæðis með lægri hlutþrýsting, sem lýsir víxlun loftteguna milli frumna, utanfrumuvökva og háræðablóðs um allan líkamann. Þessi mynd sýnir dreifingu O2 og CO2 um alveolar himnur og plasma himnur.

Alveolar PO2 og PCO2 segja til um systemic arterial PO2 og PCO2.

37

Þrýstingur Lofttegunda í AlveoliEðlilegur þrýstingur lofttegundanna í alveoli eru: PO2 = 105mmHg og PCO2 = 40mmHg. Berum þessar tölur saman við þrýsting lofttegundanna í andrúmsloftinu sem við öndum að okkur: PO2 = 160mmHg og PCO2 = 0,3 (segjum að það sé = 0). Alveolar PO2 er lægri en PO2 í andrúmslofti vegna þess að eitthvað af súrefninu í loftinu sem fer inní alveoli fer úr þeim til þess að fara inní lungnaháræðarnar. Alveolar PCO2 er hærri en PCO2 í andrúmslofti vegna þess að koldíoxíð kemur inní alveoli frá lungnaháræðunum. Þættirnir sem ákvarða nákvæmt gildi á alveolar PO2 eru: 1) PO2 í andrúmslofti, 2) tíðni alveolar ventilation, og 3) tíðni heildar-líkams súrefnisnotkunar. 1) Í fyrsta lagi, lækkun á PO2 í andrúmslofti mun lækka alveolar PO2. 2) Í öðru lagi, minni tíðni alveolar ventilation mun gera það sama, þar sem minna ferskt loft fer inní alveoli á tímeiningu. 3) Að lokum, veldur aukning á súrefnisnotkun frumna lækkun á alveolar PO2, vegna þess að stærri skammtur súrefnisins úr ferska loftinu, fer úr alveoli inní blóðið til að vefirnir geti notað það. Öfugt til að auka alveolar PO2.Eins er það með koldíoxíðið. 1) Það er venjulega ekkert koldíoxíð í andrúmslofti svo við getum ignorað það. 2) Minnkuð alveolar ventilation hækkar alveolar PCO2, vegna þess að það er minna ferskt innöndunarloft til þess að þynna koldíoxíðið sem fer inní alveolí úr blóðinu. 3) Aukin koldíoxíð framleiðsla hækkar líka alveolar PCO2 vegna þess að meira CO2 kemur inní alveoli frá blóðinu á tímeiningu. Öfugt til að lækka alveolar PCO2. Ef fleiri en einn þáttur breytist í einu, þá annað hvort eyða þeir hvor öðrum út eða bætast við hvor annan. Við einhvern ákveðinn PO2 í andrúmslofti, þá er það hlutfallið á milli súrefnisnotkunar / alveolar ventilation sem ákvarðar alveolar PO2 – því hærra hlutfallið, því lægri alveolar PO2. Svipað er það með PCO2, hlutfallið milli koldíoxíðsframleiðslu / alveolar ventilation – því hærra hlutfall, því hærri alveolar PCO2. Koldíoxíð framleiðsla líkamans við efnaskipti hækkar mjög við áreynslu.

Tvö hugtök tákna nægjilega ventilation – það er sambandið á milli efnaskipta og alveolar öndunar. Lífeðlisfræðingar setja þessi hugtök með koldíoxíð í huga, ekki súrefni. Hypoventilation: er þegar það er aukning á hlutfalli koldíoxíðsframleiðslu og alveolar ventilation. Möo, manneskja er sögð hypoventilera ef alveolar ventilation heldur ekki í við framleiðslu koldíoxíðs. Niðurstaðan er að alveolar PCO2 hækkar yfir 40mmHg. Hyperventilation: er þegar það er minnkun á hlutfalli koldíodíoxíðsframleiðslu og alveolar ventilation – það er þegar að alveolar ventilation er of mikil miðað við það magn koldíoxíðs sem er framleitt. Niðurstaðan er lækkun á alveolar PCO2 niður fyrir 40mmHg.

Loftskipti á Milli Alveoli og BlóðsBlóðið sem kemur í lungna kemur frá vefjum líkamans. Þar sem það kemur frá vefjunum þá hefur það frekar hátt PCO2 (46mmHg) og frekar lágt PO2 (40mmHg). Munurinn á hlutþrýstingi súrefnis og koldíoxíðs sitthvoru meginn við alveolar-háræðahimnuna er vegna net diffusionar á súrefni frá alveoli til blóðs og koldíoxíðs frá blóði til alveoli. Eftir því sem þessi diffusion á sér stað, þá hækkar PO2 í háræðinni og PCO2 lækkar. Net diffusionið hættir svo þegar hlutþrýstingar lofttegundanna verður jafn því sem hann er í alveoli (PO2 = 105mmHg og PCO2 = 40mmHg). Þannig að þegar blóðið kemur til hjartað og dælist útí megin hringrásina er hlutþrýstingur loftteganda nákvæmlega sami og í alveoli. Diffusion lofttegundanna getur bilað vegna ýmissa ástæða, td lungnasýkinga og lungnabjúgs.

38

Pörun Loftunar og Blóðflæðis í AlveoliTil þess að öndun sé virkust þá þarf rétt hlutfall af alveolar loftflæði (ventilation) og háræða blóðflæði að vera til staðar til hvers og eins alveolus. Öll misvirkni er kölluð ventilation-perfusin inequality.Megináhrif ventilation-perfusion inequality er að lækka PO2 í systemísku slagæðablóði. Aðallega vegna þyngdarlögmáls áhrifa á öndun og perfusion þá er næg ventilation-perfusion iniquality í eðlilegum manni til þess að lækka slagæða PO2 um 5mmHg. Þetta skýrir af hverju hlutþrýstingur súrefnis er 5mmHg hærri í alveoli en í slagæð. Það er vegna þess að uppistaða eykur fylling æða neðarlega í lungunum vegna þyngdarlögmálsns, sem leiðir til breytilegrar dreifingar blóðflæðis til lungans. Í sjúkdómsástandi geta ýmsir þættir valdið ventilation-perfusion inequality: 1) Það er kannski alveoli sem fær loft en ekkert blóðflæði, eða 2) það er kannski blóðflæði til þess svæðis lungna sem hefur ekkert loftflæði, shunt. Smá aukning á CO2 í slagæð leiðir til aukinnar alveolar ventilation, sem yfirleitt kemur í veg fyrir að slagæða PCO2 hækki. Ef alveolus fær of lítið loft miðað við blóðflæði, þá leiðir það til þess að PO2 í alveolusnum og umhverfinu er lágt. Þessi lækkun í PO2 veldur æðasamdrætti á litlu lungnabláæðunum. Þetta er gert til að minnka blóðflæði til þeirra svæða sem fá lítið loft og auka það til þeirra sem fá meira loft. Skert diffusion súrefnis getur verið vegna: 1) skerts yfirborðs alveoli (lungnaþemba), 2) aujin þykkt alveoli yfirborðs (lungnafíbrósa), 3) aukið interstitial rými sem lengir vegalengd milli háræða og alveoli, og svo 4) vökvafyllt alveoli (lungnabjúgur). Allt þetta hefur áhrif á diffusion súrefnis en lítil áhrif á diffusion koldíoxíðs (hypoxía en ekki hypercapnia).

Loftskipti á Milli Vefja og BlóðsEfnaskipti innan fruma eru stöðugt að nota súrefni of láta frá sér koldíoxíð. Þess vegna er innanfrumu PO2 lægra og PCO2 hærra en í blóðinu. Lægsta PO2 af öllu – minna en 5mmHg – er í hvatberanum, þar sem súrefnið er notað.Vegna þessa er net diffusion á súrefni frá blóðinu og inní frumurnar og net diffusion á koldíoxíði frá frumunum og inní blóðið.

39

Flutningur Súrefnis í Blóðinu

Hver líter af blóði inniheldur yfirleitt fjölda súrefnismólikúla sem samsvarar 200ml af hreinu gasfasa súrefni við andrúmsloftsþrýsting. Súrefnið birtist í tveim formum: 1) uppleyst í plasma og rauðkornavökva, og 2) öfugt samtvinnað hemóglóbín-mólikúlum í rauðkornum. Aðeins 3ml af súrefni getur leyst upp í 1L af blóði við eðlilegan PO2 í slagæð, 100mmHg. Hinir 197ml súrefnisins í einum lítra af slagæðablóði er fllutt með rauðkornum samtvinnað hemoglóbíni. Hvert hemoglobin mólikúl er prótein sem er gert úr 4 undireiningum bundnum saman. Hver undireining samanstendur af mólikúli sem kallast heme og pólipeptíði sem er fast við hemið. Þessi 4 pólípeptíð hemóglóbín mólikúlsins kallast glóbín. Hver þessara 4 heme hópa í hemoglóbínmólikúlinu hefur eitt járnatóm sem súrefnið binst við. Þannig hver hemóglóbínsameind hefur 4 bindistaði við súrefni. Percent hemoglobin saturation = (O2 bundið hemoglobini / maximal capacity of hemoglobin bound to O2) * 100. Td ef að magn súrefnis bundið við hemoglóbín er 40%af því sem það getur mest bundist, þá er sýnið sagt vera 40% mettað.Það sem ákvarðar percent hemoglobin caturation er PO2 blóðs. Heildar magn súrefnis sem er tengt hemoglobini í blóði treystir ekki bara á percent saturation á hemoglobini heldur líka hvað mikið er af hemoglobíni í hverjum lítra af blóði.

Hver eru Áhrif PO2 á Mettun Hemóglóbíns?Með því að hækka PO2 í blóðinu þá ætti samtvinningur súrefnis við hemoglóbín að aukast. Þetta sést best á oxygen-hemoglobin kúrfunni:

40

Umfang þess súrefnis sem binst hemoglóbíni hækkar mjög hratt eftir því sem PO2 hækkar frá 10-60mmHg, svo þegar að PO2 er um 60mmHg þá er 90% af öllu hemoglóbíninu mettað súrefnismólikúlum. Mikilvægi þessa er eftirfarandi: Margar aðstæður eru skilgreindar með meðalminnkun á alveolar PO2og þannig líka slagæða PO2. Jafnvel þó að PO2 félli frá normalgildi (100-60mmHg), þá er mundi heildarmagn súrefnis sem mettar hemoglóbínið minnka um aðeins 10% þar sem hemoglobinmettunin er enn nálægt 90% við PO2 = 60mmHg. Nærvera hemoglóbíns spilar mikilvægt hlutverk í að ákvarða heildar magn súrefnis sem diffuserast yfir himnur. Plasma og rauð blóðkorn sem fara til lungna hafa PO2 = 40mmHg, þá er hemoglobínmettun 75%. Alveolar PO2-105mmHg- er hærra en PO2 í blóðinu þannig að súrefni diffuserast frá alveoli og til plasma. Þetta eykur PO2 í plasma og hvetur diffusion á súrefni inní rauðu blóðkornin, sem hækkar þar með PO2 í RBK og veldur aukinni samtvinningu súrefnis við hemoglóbín. Þannig að, PO2 blóðsins helst lægra en alveolar PO2 þangað til hemoglóbínið eru um 100% mettað. Í háræðum vefjanna er atburðarásinni snúið við. Vegna þess að hvatberar frumnanna eru að nota súrefnið þá er PO2 frumnanna lægra en PO2 í millifrumvökvanum. Þess vegna diffuserast súrefni inní frumurnar. Þetta veldur því að PO2 í millifrumuvökvanum er alltaf minni en PO2 blóðsins sem flæðir um vefina, þannig að net diffusion súrefnis er frá plasma í háræðinni og inní millifrumuvökvann. Þá verður plasma PO2 lægra en RBK PO2 og súrefni diffuserast út úr RBK og inní plasma. Og lækkun á PO2 í RBK veldur því að súrefni losnar frá hemoglóbíninu sem fer þá útúr RBK og í plasmað og þaðan í hvatbera frumanna.

Áhrif PCO2 blóðs, H+ styrks, Hita og DPG styrks á Mettun HemóglóbínsVið hvaða PO2 sem er, þá geta aðrir þættir haft áhrif á magn mettunar hemóglóbíns: PCO2 blóðs, styrkur á H+, hiti og styrkur DPG. Aukning á einhverjum þessara þátta veldur breytingum á hemóglóbínkúrvunni til hægri, sem þýðir að við hvaða PO2 sem er, þá hefur hemoglóbín minni sækni í súrefni.Minnkun á einhverjum þessara þátta veldur breytingum á hemóglóbínkúrvunni til vinstri, sem þýðir að við hvaða PO2 sem er, þá hefur hemoglóbín meiri sækni í súrefni. Því aktífari sem vefurinn er, því hærra er PCO2, H+ styrkur og hitinn. Við hvaða PO2 sem er, veldur þessi hækkun því að meira súrefni losnar frá hemoglóbíni á ferð sinni gegnum háræðar vefjanna og það skaffar fleiri virkum frumum súrefni.

Flutningur á Koldíoxíði í BlóðiKoldíoxíð leysist mun betur í vökva en súrefni, þannig að meira uppleyst koldíoxíð er flutt með blóði en súrefni. Samt er það bara 10 % koldíoxíðs sem fer inní blóðið sem verður eftir í plasma og RBK. 30% koldíoxíðsmólikúlanna sem koma í blóðið bregðast við amonhópum hemóglóbíns og mynda carbamino hemoglobin. 60% sem eru eftir af því koldíoxíði sem fer í blóðið, er breytt í bicarbonat, það hvarf er hvatað af ensíminu Carbonic anhydrasa (gerist í RBK):

41

Andstæðan gerist í lungnaháræðum. Vegna þess að PCO2 í blóðinu er hærra en PCO2 í alveoli þá verður net diffusion á CO2 frá blóði og inní alveoli. Þessi missir á CO2 frá blóðinu lækkar PCO2 blóðs. Mikill hluti vetnisjónanna sem myndast við sundrun carbonic sýrunnar bindast hemoglóbíni og hafa því ekki áhrif á sýrustig blóðs. Sækni hemiglobins í koldíoxíð og vetnisjónir fer eftir PO2: hátt PO2 = minni sækni, lágt PO2 = meiri sækni.

Flutningur Hydrogen-jóna á Milli Vefja og LungnaEftir því sem blóð flæðir gegnum vefina, þá missir súrefnishemoglobín eitthvað af súrefnismólikúlunum sínum og verður deoxyhemoglobin, á meðan á sama tíma þá koma stórar stærðir af koldíoxíði inní blóðið sem gengst undir hvörf sem búa til bíkarbónat og hýdrógen jónir.Hvað verður um þessar hýdrógen jónir? Deoxyhemoglóbín hefur meiri sækni í H+ en oxyhemoglóbín og þannig binst það að mestu leiti þessum hydrogen jónum. Aðeins smábrot hydrogen jónanna sem myndast í blóðinu ganga lausar. Þetta skýrir af hverju sýrustig bláæðablóðs (pH=7.36) er aðeins litlu lægra en slagæðablóðs (pH=7.40). Þegar bláæðablóðið fer svo í gegnum lungum snúast þessi hvörf við:Deoxyhemoglóbín breytist í oxyhemoglóbín og í því ferli losna hýdrógenjónirnar sem það hafði náð í í vefjunum. Hýdrógenjónirnar hvarfast við bíkarbónat sem verður carbonic acid, sem vegna áhrifa frá carbonic anhydrasa, myndar koldíoxíð og vatn. Þetta koldíoxíð diffuses inní alveoli og er anda út. Ekkert af þessum hydrogen jónum birtist í slagæðablóði. Respiratory acidosis: gerist þegar manneskja hypoventilerar, þá hækkar slagæða PCO2 (retination á CO2) og H+ styrkur slagæðablóðs hækkar líka.Respiratory alkalosis: gerist þegar manneskja hyperventilerar, þá lækkar slagæða PCO2 og H+ styrkur slagæðablóðs lækkar líka.

42

Stjórn ÖndunarTaugafræðileg Framleiðsla á Taktfastri ÖndunÖndun byggir algjörlega á örvun öndunarvöðvanna með mótortaugum þeirra. Innöndun er komið af stað með bombu hrifspenna á taugar til innöndunarvöðvanna. Svo hættir hrifspennan, innöndunarvöðvarnir slaka á og útöndun á sér stað þegar lungun fara aftur í normalfarið. Með hvaða mekanisma eru taugaboð til öndunarvöðva aukin og minnkuð?Stjórn þessara taugaboða á sér upphaf í taugum í medulla oblangata. Í nokkrum kjörnum í MO eru taugar sem kallast medullary inspiratory neurons sem senda frá sér samhæfð boð við innöndun og hætta því við útöndun. Þær veita innslagið til mótortauganna sem ítauga innöndunarvöðvana. Einnig er signal sem kemur frá pulmonary strech receptors, sem liggja í slétta vöðvalaginu og eru virkjaðir við mikið þan lungnanna. MO sendir þá boð um að hætta innöndun.

Stjórn Öndunar með PO2, PCO2 og H+ styrkMikilvægustu innslögin fyrir ósjálfráða stjórn öndunar í hvíld eru frá peripheral chemoreceptorum og central chemoreceptorum. Peripheral nemarnir eru carotid og aortic bodies. Carotid Bodies fylgjast fof með súrefnisflæði til heilans. Peripheral cemoreceptorarnir eru samsettir af sérstökum viðtakafrumum sem örvast við það að slagæða PO2 minnkaa, og hækkun á H+ styrk í slagæðablóði. Þeir senda svo boð til brainstem. Þeir þættir sem örva periheru efnanemana eru: ↓PO2 (hypoxia), ↑styrkur H+ (metabolisk acidosa) og ↑PCO2 (respiratorisk acidosa). Carotid bodies eru predominant í stjórn öndunar. Central chemoreceptorarnir eru staðsettir í medulla. Þeir örvast við aukinn styrk H+ í utanfrumuvökva heilans via CO2.

Stjórn með PO2Ef einstaklingur andar að sér lofti með lágum PO2 í nokkrar mínútur þá verður lítil breytng á öndun þangað til súrefnismagnið í innöndunarloftinu er lækkað það mikið að það lækkar slagæða PO2 niður fyrir 60mmHg. Ef farið er lengra en það, þá minnkar PO2 enn meira og það velur marktækri aukinni öndun. Þessu viðbragði er stjórnað af peripheru efnaviðtökunum. Hið lága PO2 eykur tíðni boða frá viðtökunum, sem veltur meiri hrifspennu upp aðlægu taugarnar og örvar medullary inporatin neurons. Hin aukna öndun sem kemur í kjölfarið aflar meira súrefnis til alveoli og minnkar lækkunina á alveolar og slagæða PO2 sem kemur vegna lágrar PO2 loftmixtúrunnar. Peripheral efnanemarnir örvast EKKI þegar styrkur súrefnis í blóðinu minnkar, þeir örvast aðeins við það að PO2 í slagæðablóðinu minnki.

Stjórn með PCO2Ef einstaklingur andar að sér lofti þar sem koldíoxíði hefur verið bætt við í töluverðu magni þá verður hækkun á alveolar PCO2 og þar af leiðandi líka hækkun á slagæða PCO2. Ath skal að jafnvel smáaukning á slagæða PCO2 veldur alltaf aukningu í öndun. Geta til að stjórna öndun vegna breytinga í slagæða PCO2 er mest vegna breytinga á H+ styrk. Peripheru efnanemarnir eru örvaðir vegna aukins slagæða H+ styrks sem koma vegna aukins PCO2. Hið aukna slagæða PCO2 veldur hraðri hækkun á PCO2 í utanfrumuvökva í heilanum. Þetta aukna PCO2 veldur hækkun á styrk H+ í utanfrumuvökva í heilanum sem örvar central efnanemana. Innslög frá báðum efnanemunum örva medullary inspiration neurons til þess að auka öndun. Við það fer styrkur PCO2 og H+ til baka í eðlilegt horf.En mjög hár styrkur koldíoxíðs hemur öndun og getur verið banvænn. Þetta gerist vegna þess að medullan hemur öndunartaugarnar með svæfingarlegum áhrifum.

43

Stjórn með Breytingum á Slagæða H+ styrk Sem Eru Ekki Vegna Breytinga á KoldíoxíðiÞað eru margar aðstæður, aðrar en breytingar á PCO2, sem geta valdið breytingu a styrk H+ í slagæðablóði. Þær kallast metabolic acidosis: þegar H+ styrkur eykst, og metabolic alkalosis: þegar H+ styrkur minnkar. Við áreynslu framleiðum við mjólkursýri. Eftir því sem áreynslan verður merir því meiri verður súrnunin → veldur hyperventilation → ↓PCO2.Hyperventilation vegna metabolic acidosis lækkar slagæða PCO2, sem lækkar slagæða H+ niður í eðlilegt.Hypoventilation vegna metabolic alkalosis hækkar slagæða PCO2 og hækkar slagæða H+ upp í eðlilegt

Stjórn Öndunar í ÁreynsluVið áreynslu þá getur alveolar ventilation aukist allt að tuttugufalt. Það er ekki auðvelt að útskýra þessa auknu loftun en það eru þó 3 atriði sem skipta mestu máli

44

Hækkað PCO2 Sem HvatinnÞað mundi vera lógískt að vöðvarnir sem eru að reyna á sig mundu auka framleiðslu á koldíoxíði og PCO2 í blóði mundi hækka. Þetta gerist, en bara í systemísku bláæðablóði, ekki í systemísku slagæðablóði.Hvers vegna hækkar slagæðablóðs PCO2 ekki við áreynslu? Vegna þess að í hæfilegri áreynslu þá eykst alveolar öndun allveg í takt við aukna framleiðslu á koldíoxíði, þannig að alveolar og slagæða PCO2 breytist ekki. En í mjög mikilli áreynslu þá getur manneskjan farið að hyperventilera og þannig getur alveolar og slagæða PCO2 lækkað. Ef PCO2 hækkar í áreynslu þá er það sjúklegt ástand (hypoventilation). Við of mikla áreynslu förum við að hyperventilera (oflofta) miðaða við metabólískar þarfir = lækkað PCO2 í slagæðablóði.

Minnkað PO2 Sem HvatinnSvipað er í gangi með súrefni, nema að systemískt bláæðablóðs PO2 lækkar í áreynslu, og alveolar PO2 og þess vegna systemiskt slagæðablóðs PO2 helst þá óbreytt. Þetta er vegna þess að súrefnisnotkun frumnanna og alveolar ventilation aukast í réttu hlutfalli við hvort annað, amk í hæfilegri hreyfingu.

Hækkaður H+ styrkur Sem Hvatinn (Lægra sýrustig)Það er ekki hækkun á H+ við hæfilega hreyfingu vegna koldíoxíðs.Hins vegar, þá hækkar styrkur H+ við mjög mikla áreynslu, vegna framleiðslu og losun á mjólkursýru útí blóðið.

Aðtir ÞættirNokkrir aðrir þættir hafa áhrif á alveolar ventilation við áreynslu, þeir eru meðal annars: 1) innslag frá viðtökum í liðum og vöðvum, 2) aukinn líkamshiti, 3) innslög frá innöndunartaugunum í innöndunarvöðvunum, 4) aukið plasma epinephrine, 5) aukið plasma kalíum, 6) lært svar við taugainnslögum á öndunarkerfið.

45

Önnur Loftunar/Öndunar ViðbrögðVarnar ViðbrögðNokkur viðbrögð verja öndunarfærakerfið gegn ertandi efnum. Algengustu eru hósta og hnerra viðbrögðin, sem koma til vegna viðtaka sem staðsettir eru á milli þekjufruma í loftveginum. Viðtakarnir fyrir hnerra viðbragðið eru í nefinu og kokinu, en fyrir hósta viðbragðið eru þeir í bakakýli, barkanum og berkjunu. Hóstaviðbragðið er hamið með áfengi, sem gerir alkóhólista og annað fólk sem drekkur mikið meria útsett fyrir lungnabólgum og köfnun.

Sjálfráð Stjórn ÖndunarSjálfráðri stjórn er náð með frálægum brautum frá cerebral cortex til mótortauga í öndunarvöðvunum. Þessari sjálfráður stjórn er ekki hægt að viðhalda þegar ósjálfráðir hvatar, eins og aukið PCO2 eða H+, verður yfirgnæfandi. Gott dæmi um það er það þegar maður reynir að halda niðri í sér andanum í langan tíma.

Viðbrögð frá J-ViðtökumÍ lungunum, annað hvort í veggjum háræðanna eða interstitium, er hópur viðtaka sem kallast J-viðtakar. Þeir eru venjulega óvirkir en virkjast við aukinn millifrumuþrýsting í lungum vegna vökvasöfnunar í interstitium. Megin viðbragðið eru hröð öndun (tachypnea) og þurr hósti. Þar að auki gefur taugainnslag frá j-viþtökunum aukna tilfinningu á þrýstingi í brjóstholinu og dyspneu – sem er sú tilfinning að það sé fyrirstaða í öndunarveginum.

HypoxiaHypoxia er skilgreind sem skortur á súrefni í vefjum. Það eru margar hugsanlegar ástæður fyrir hypoxiu, en þær er hægt að flokka í fjóra megin hópa: 1) hypoxic hypoxia (hypoxemia) er það þegar slagæða PO2 minnkar. 2) anemic eða carbon monixíð hypoxia, þar sem slagæða PO2 er eðlilegt en heildar súrefnismagn í blóðinu minnkar vegna ónógs magns af rauðum blóðkornum, skorti á hemoglóbíni, eða samkeppni við hemoglóbínmólikúlið með carbon mónoxíði. 3) ischemic hypoxia, þar sem blóðflæðið til vefjanna er ekki nægt. 4) histotoxic hypoxia, þegar magn súrefnis sem berst til vefjanna er eðlilegt, en frumurnar geta ekki notað það vegna eiturefna sem valda því að fruman getur ekki nýtt súrefnið. Vanloftur (hypoventilation) og hypercapnia fylgja. Léleg diffusion verður og misræmi loftunar og blóðrásar.

EmphysemaEmphysema er skilgreint sem eyðilegging á veggja alveoli (aukin compliance), og stækkun og samfall á lægri öndunarvegum – frá bronkíólum og niður. Lungun gangast undir sjálfseyðileggingu með próteolískum ensímum sem seytt er frá leukocytum í lungunum, sem svar við ýmsum þáttum. Sígarettureykur er mikilvægastur þessa þátta.Niðurstaða þessa tjóns á veggjum alveola, þá sameinasta nærlægir alveoli og mynda færri en stærri alveoli og þá fækkar pulmonary háræðum sem voru í veffjunum. Samruni alveolianna, í oft risa blöðrulega belgi, minnka heildaryfirborð svæðis sem er tiltækt fyrir diffusion, og þetta skaðar loftskiptin. Emphysema veldur líka miklum erfiðleiku í öndun, og stundum hypoventilation = COPD. Sjúklingar sem þjást af Emphysema hafa aukið viðnám í öndunarveginum, minna yfirborðssvæði tiltækt fyrir diffusion og ventilation-perfusin inequaliti. Niðurstaðan er oft að einhverju leiti hypoxia. Hvað verður um slagæða PCO2 í Emphisema?

46

Margir sjúklingar með Emphysema hafa eðlilegt slagæða PCO2. Ástæðan fyrir því er að hypoxian og öll hneigð slagæða PCO2 til að hækka mun örva ventilation, og þessi aukna ventilation mun færa slagæða PCO2 aftur í eðlilegt horf.

Umhverfisaðlögun að Aukinni HæðLoftþrýstingur minnkar eftir því sem hæð eykst. Þar af leiðandi minnkar alveolar og slagæða PO2 eftir því sem einstaklingur fer hærra. Afleiðingar skorts á súrefni eru að flestir fjallagöngu menn í hárri hæð fá sk mountain sickness.

Kæfisvefn

14. kafli – A: Almennt um Lífeðlisfræði Nýrna

Starfsemi NýrnaNýrun vinna plasmahluta blóðsins með því að taka úr honum efni og í sumum tilfellum bæta útí hann efni. Með því að gera þetta framkvæma þau marga hluti: 1) Stýra vatnsjafnvægi og ólífrænu jóna jafnvægi. 2) fjarlægja efnaskiptaúrgang úr blóðinu og seyta honum út með þvagi. 3) Fjarlægja óþekkt efni úr blóðinu og seyta þeim út um nýrun. 4) Gluconeogenesis, þeas framleiðsla glúkósa úr amínósýrum. 5) Framleiðsla hormóna/ensíma: a) Erythropoietin, sem stjórnar framleiðslu erythrocytea (RBK), b) Renin, ensím sem stjórnar myndun angiotensins og hefur áhrif á blóðþrýstin gog natríum jafnvægi, c) 1,25-dihydroxyvitamin D, sem hefur áhrif á calsíum jafnvægi.

Uppbygging Nýrna og ÞvagfærakerfisinsNýrun tvö liggja aftarlega og ofarlega við kviðvegginn, ekki allveg niðri í kviðarholinu.Þvagið flæðir frá nýrunum og gegnum nýrnaleiðarann inní blöðruna, þaðan sem það fer úr líkamanum um þvagrásina.

47

Hvert nýra inniheldur uþb 1 milljón undireininga sem kallast nephrons. Hvert nephron samanstendur af 1) byrjunar filter sem kallast renal corpuscles, og 2) tubule sem víkkar út úr renal corpuscle. Renal Corpuscle myndar fíltrate úr blóðinu sem er laust við frumur og prótín. Þetta fíltraða efni fer úr renal corpuscle og inní tubule. Eftir því sem það flæðir um tubule er efnum bætt útí og efni tekin úr. Á endanum þá sameinast efnið sem er eftir í endanum á hverju nephroni inn í safnrásina (collecting duct) og fer útúr nýrunum sem þvag.

Hvert renal corpuscle hefur þétta þúfu af tengdum háræðalykkjum sem kallast glomerulus (glomerular capillaries). Hver glomerulus fær blóð frá slagæð sem kallast afferent arteriole. Glomerulusinn skagar fram inní vökvafylltanbelg sem kallast Bowmanns hylki (capsule). Sambland af glomerulus og Bowmanns hylki er kallað renal corpuscle. Eftir því sem blóð flæðir um glomerulus þá filterast um 20% af plasma inní Bowmanns hylkið. Það blóð sem verður eftir það fer útúr glomerulus í gegnum efferent arterioluna. Blóðið í glomerulusnum er aðskilið frá vökvanum í Bowmanns hylkinu með fíltertálma sem er byggður upp úr þrem lögum: 1) einslaga háræða þekjuvef, 2) grunnhimna á milli þekjulagsins og næsta lags, og 3) einsfrumu þekjulínu Bowmanns hylkis. Þekjufrumurnar á þessu svæði kallast podocytes . Það er þriðja gerðin af frumum, mesangial cells, sem eru ummyndaðar sléttar vöðvafrumur sem umlykja glómerularháræðalykkjuna, en eru ekki hluti af fíltrunarleiðinni.Renal tubule er samfelldur með Bowmanns hylki. Það er mjög þröngur holur sívalningur gerður úr einu lagi af þekjufrumum. Hlutinn sem drenast inní Bowmannshylkið er proximal tubule. Næsti kafli píplunnar (tubulunnar) er loop of Henley, sem er snögg, þröng lykkja sem hefur descending limb sem kemur frá proximal píplunni og ascending limb sem leiðir að næsta tubularhluta, distal convoluted tube.

Það eru mikilvægar svæðisbreytingar í nýrunum: Ytri hluti, renal cortex, og innri hluti, renal medulla. Cortexinn inniheldur allar renal corpuscles. Loop of Henley ná frá cortex og inní medulla. Medullary collecting ducts fara frá medulla á leið sinni til renal pelvis.Alla leið, þá er hver tubula umlukin háræðum, sem eru kallaðar peritubular capillaries. Glomerular háræðar og peritubular háræðar tengjast með efferetnt arteriole.Nýrnablóðrásin er óvenjuleg að því leiti að hún inniheldur tvö sett af slagæðlingum og tvö sett af háræðum. Eftir að hafa veitt blóði til tubulanna, þá sameinsat peritubular háræðarnar bláæðunum þar sem blóðið fer útúr nýrunum. Nálægt endanum þá fer ascending limb á hverri einustu loop of Henle í gegnum afferent og efferent slagæðlinga þeirra nephron. Á þessum punkti er bót frumna í vegg ascending limb, þar sem það verður distal convoluted tubule, sem kallast macula densa, og veggur afferent slagæðlinganna inniheldur seytifrumur sem kallast juxtaglomerular frumur. Sambland af macula densa og juxtalomerular fruma kallast juxtaglomerular apparatus. Juxtaglomerular frumur seyta renini, sem er ensím sem er oft líka talið vera hormón.

Grunnferli NýrnaÞegar plasmað fer í gegnum tubulurnar, er fíltraða efninu breytt með hreyfingum efna frá tubulunum til peritubular háræðanna og öfugt. Þegar ferðin er frá tubularholinu og til peritubular háræðaplasma, er ferlið kalla tubular reabsorption (endurupptaka). Þegar ferið fer í öfuga átt, frá peritubular háræðaplasma og til tubularholsins, er ferlið kallað tubular secretion (seyti). Efni getur fengið aðgang að tubule og verið skolað út í þvagi, með glomerular filtration eða tubular secretion eða bæði. Þegar efni er komið inní tubuluna þá þarf það ekki að losast út heldur er hægt að endurupptaka það. Magn efnis sem losað er út i þvagi, er jafnt því magni sem er fíltrað(síað), plús magnið sem er seytt, mínus það magn sem er endurupptekið.

48

Með því að virkja breytingar í síun, endurupptöku eða seyti, þegar magn efnis í líkamanum fer yfir eða undir eðlilegt magn, þá geta homeostatic mekanismar stýrt jafnvægi efnisins í líkamanum. Til dæmis: Hvað gerist þegar manneskja sem er í vatnsskorti drekkur helling af vatni?Innan 1-2 klst hefur allt vatnið farið út í þvaginu, að hluta til vegna aukinnar síunnar, en aðallega vegna minni tubular endurupptöku á vatni. Fjórði prósessinn – efnaskipti í tubular frumum – er líka mikilvægur fyrir einhver efni. Þessar frumur fjarlægja stundum efni úr blóði eða síunninni og nota þau, eða að þær búa til efni og bæta þeim í blóðið eða fítlratið. Aðalefnin sem bætt er í og búið til eru ammonium, hydrogen ion og bíkarbónat.

Glomerular fíltrun/ Síun í ÆðahnoðraSíun í æðahnoðra er bulk flow ferli þar sem vatn og low molecular efni ferðast saman.

Kraftar í SíuninniSíunin verður yfir háræðarnar vegna andstæðra krafta: Hydrostatic þrýstingurinn yfir háræðaveggin hvetur síun , en munurinn á próteinstyrk yfir veggin veldur osmótískum krafti sem hemur síun. Blóðþrýstingurinn í glomerular háræðum (PGC) – er kraftur sem hvetur síun. Vökvinn í Bowmanns hylkinu myndar hydrostatic þrýsting (PBS) sem hemur síun. Annað sem hemur síun er osmotic kraftur (∏GC) sem kemur vegna próteins í glomerular háræðaplasma. Hin ójafna dreifing próteina, veldur því að vatnsstyrkur í plasma verður aðeins minni en í Bowmannshylkinu, og þessi munur á vantsstyrk hvetur vökvahreyfingu með bulkflæði frá Bowmannshylki inní glomerular háræðar – það er hemur glomerular síun. Ólíkt stöðunni í öðrum háræðu, þá eykst plasmaprótein styrkur og þar af leiðandi osmótískur kraftur, frá byrjun að enda í glomerular háræðum. Net glomerular filtration = PGC – PBS - ∏GCVenjulega er NGF þrýstingurinn alltaf jákvæður vega þess að glomerular capillary þrýstingurinn (PGC) er hærri en summa hydrostatisks þrýstings í Bowmannshylki (PBS) og osmótíkir kraftar sem hamla síun (∏GC) Net glomerular filtration hvetur þvagmyndun með því að þrýsta lífsnauðsynlegu próteinfríu fíltri/síuðu efni úr plasma útúr glomeruli og inní Bowmannshylkið og þannig niður tubule og inní renal pelvis.

Hlutall Glomerular FiltrationÞað magn af vökva sem síaður er frá glomeruli og inní Bowmannshylkið á tímaeiningu kallast glomerular filtration rate (GFR). GFR er ákveðinn ekki bara með net filtration pressure heldur líka með gegndræpi corpuscular himnunnar og yfirbors svæiðsins sem tiltækt er til síunar.

49

MÖO við hvaða net filtration þrýsting sem er, þá mun GFR vera í réttu hlutfalli við gegndræpi himnunnar og yfirborðssvæðið. Í 70kg manni er GFR um 180L/dag (125ml/mín). Og heldar plasmamagn líkamans síast í nýrunum um 60x á dag. GFR er ekki fasti, heldur bregst það við lífeðlisfræðilegum breytingum. Aðallega vegna áhrifa frá taugakerfinu og hormónainnslögum til afferent og efferetn slagæðlinganna, sem veldur breytingu á net glomerular filtration pressure. Þegar afferent og efferent slagæðlingar víkka eða þrengjast þá breytist þrýstingsmunur á milli háræða og Bowmannshylkis og síunin (GFR) breytist. Þegar afferent slagæð þrengist þá minnkar háræðaþrýstingurinn og GFR minnkar. Þegar efferent slagæð víkkar þá minnkar háræðaþrýstingurin og GFR minnkar. Þegar afferent slagæð víkkar, þá eykst háræðaþrýstingurinn og GFR eykst. Þegar efferent slagæð þrengist, þá eykst háræðaþrýstingurin nog GFR eykst.

Ef það verður hormóna eða taugainnslag til mesangial fruma sem umlykja glomerular háræðarnar. Þá dragast þessar frumur saman og minnka yfirborð háræðanna, sem veldur lækkun á GFR við hvaða net filtration sem er. Það er hægt að mæla heildar magn ekki-prótína og ekki-prótínubundna efna sem síast inní Bowmannshylkið með því að margfalda GFR með plasmastyrk efnisins. Þetta er kallað filtret load efnisins. Þegar magn efnis sem fer út í þvagi er minna en filtered load, þá hefur tubular endurupptaka átt sér stað. Þegar magn efnis sem fer út í þvagi er meira en filtered load, þá hefur tubular seyting átt sér stað.

Tubular Endurupptaka

50

Þessi tafla sýnir nokkur efni í plasma sem gangast undir síun og endurupptöku. Það eru amk þrjár mikilvægar tilgátur sem hægt er að setja út frá þessari töflu: 1) síaða magnið er mikið, magnið sem er síað á dag er 180L. 2) Endurupptaka á úrgangsefnum er ólokið, þannig að stórir skammtar af þeim fara út í þvagi. 3) endurupptaka á notanlegum efnum úr plasma er lokið og þau fara því ekki út í þvagi. Endurupptaka flestra lífrænna efnia (td glúkósa) er yfirleitt mikil og er ekki stýrt lífeðlisfræðilega. Þannig að síuðu hlutar þessa efna eru yfirleitt fullkomlega endurupptekin og ekkert af þeim birtist í þvagi. Þannig viðhalda nýrun bara þeim styrk á þessum efnum í plasma sem er fyrir. Þau stýra ekki styrknum.

Til þess að lífrænu mikilvægu efnin sem síast frá plasma og inní tubular vökvann fari ekki út úr líkamanum í þvaginu þá hafa nýrun mikilvæga mekaníska leið til þess að endurupptaka þessi efni og flytja þau aftur útí plasmað. Það eru tvö ferli sem gera þetta: 1) Endurupptaka með diffusion, og 2) Endurupptaka með mediated flutningi. Og sama hvernig endurupptakan fer fram, þá er lokaskrefið í endurupptökunnu – ferðin frá millifrumuvökva og inní peritubular háræðarnar – blanda af diffusion og bulkflæði, bulkflæðið er hvatt með Starlingkröftum háræðanna.

Endurupptaka með DiffusionEndurupptaka þvags með proximal tubule, sýnir gott dæmi um passíva endurupptöku með diffusion. Vegna þess að corpuscular himnur eru freely filterable to urea, þá er þvagstyrkurinn í vökvanum í Bowmannshylkinu sá sami og í peritubular háræðaplasma og í millifrumuvökvanum umhverfis tubuluna. Þá, eftir því sem filtreraði vökvinn flæðir gegnum proximal tubuluna, á endurupptaka sér stað. Þessi fjarlæging á vatni eykur styrk þvags í tubular vökvanum þannig að hann er hærri en í millifrumuvökvanum og peritubular háræðunum. Þess vegna diffuserast þvag niður þenna styrkhalla frá tubularholinu til peritubular háræðarinnar. Þannig er endurupptaka þvags háð endurupptöku á vatni.

Endurupptaka með Mediated flutningiEfni sem er endurupptekið með mediated flutningi þarf fyrst að fara í gegnum luminal membrane, sem aðskilur tubularholið frá innra borði frumunnar, síðan að diffusast gegnum umfrymi frumunnar, og að lokum að fara í gegnum basolateral membarne, sem byrjar við tight junctionin og myndar plasmahimnuna til hliðar við og við grunn frumunnar. Þessi ferð kallast transcellular epithelial transport. Endurupptaka margra efna, er í samvinnu við endurupptöku á natríum. Efnið sem er samferða natríum, fer uppímóti inní frumuna gegnum “secondary”virkan meðflytjanda eftir því sem natríum ferðast niðrímóti inní frumuna með þessum sama flytjanda. Mörg þessara mediatet flutningskerfa í renal tubulunum hafa takmörk fyrir því magni sem þau geta flutt á teímaeiningu (transport maximum). Þetta er vegna þess að bindistaðir á flutningsprótínum himnanna verða mettaðir. Þetta gerist td í diabetis mellitus, þá verður transport maximum of mikið og glúkósi birtist í þvaginu.

Tubular SeytunTubular seytun flytur efni frá peritubular háræðum og inní tubularholið. Seytun getur orðið með diffusion eða mediated transport. Mikilvægustu efnin sem seytt er í tubulunum eru hydrogen jónir og kalíum. Virk seyting á efni þarnast virks flutnings annað hvort frá blóðinu (millifrumuvökvanum) og inní holið (yfir basolateral membarne) eða útúr frumunni og inní holið (yfir luminal membrane). Eins og í endurupptöku, þá er tubular seyting oft í samstarfi, á einn hátt eða annan, við endurupptöku á natríum.

Efnaskipti í TubulunumBæði það að mynda glúkósa úr amínósýrum og það að nýrun geta brotið niður efni, td peptíð, sem eru tekin upp annaðhvort í tubularholinu eða peritubular háræðum.

51

Stýring á Himnugöngum og FlytjendumTubular endurupptaka og/eða seyting margra efna er undir lífeðlisfræðilegri stjórn. Fyrir flest þessara efna er stjórninni náð með því að stýra virkninni eða styrk himnuprótínanna sem taka þátt í flutningu þeirra – göng og flytjendur. Stjórnin er oft hormón, taugaboð og paracrine/autocrine þættir.

Vinnuskipting í TubulunumTil þess að útskilja úrgangsefni nægjilega, þá þarf GFR að vera mjög stórt. Aðal hlutverk proximal tubulunnar er að endurupptaka mest af þessu síaða vatni og lausnum. Henley lykkjan gerir það líka, en ekki jafnmikið.Þessi mikla endurupptaka proximal tubulunnar og Henley lykkjunnar tryggja það að magn lausna og magn vatns sem fer inní tubular segment, fyrir aftan Henley lykkjuna er mjög lítið. Distal hlutar tubulunnar, fínstilla svo magnið sem er skilið út í þvagi með því að aðlaga hlutfall endurupptöku og seyti. Mest af homeostatic stjórn er beitt í distalhluta tubulunnar.

Hugtakið Renal ClearanceRenal Clearance einhvers efnis er það magn efnisins sem er fjarlægt úr plasma gegnum nýrunum á tímeiningu. Fyrir efnið S: Clearance á S = Magn S sem er útkilið á tímaeiningu / Plasmastyrk á S.Hægt er að nota efnið Inulin til þess að mæla hversu gott GFR er. Inúlín útskilst algjörlega í þvagi og þess vegna er Clearance á Inulini = GFR. Þannig að þegar að clearance á efni er meiri en GFR, þá þarf það efni að gangast undir tubular seytingu.

ÞvaglátHvað gerist við þvaglát?Eftir því sem blaðran fyllist af þvagi, þá eykst þrýstingurinn inn í henni. Þessi þrýstingur örvar teygjuviðtakana í blöðruveggnum. Afferent þræðir frá þessum viðtökum fara inní mænuna og örva parasympatísku taugarnar, sem valda því að detrusor vöðvinn dregst saman.

52

Þessi samdráttur opnar líka innra borð urethral sphincter. Á sama tíma, hamlar innslagið frá teygjuviðtökunum sympatísku taugunum til internal urethral sphincter, sem veldur frekari opnun. Að auki þá hemur afferent innslagið líka somatísku hreyfitaugarnar til external urethral sphincter sem slakar á.

14. kafli – B: Stjórn á Natríum-, Vatns- og Kalíumbúskap

Heildarjafnvægi Natríums og Vatns í Líkamanum

Það eru tvær leiðir til þess að líkaminn nái í vatn: 1) vatn sem framleitt er með oxun lífrænna næringarefna, og 2) vatn sem innbyrt er í vökvaformi og fæðuformi. Það eru svo fjórar leiðir fyrir líkamann til að losa sig við vökva: gegnum húðin, öndunarfærin, meltingarveginn og þvagfærin.

Heildarjafnvægi líkamans fyrir natríumklóríð. Útskilnaður natríums og klóríðs gegnum húðina og meltingarfærin er venjulega lítill en eykst við mikla svitnun, uppköst eða niðurgang. Undir eðlilegum kringumstæðum er salt og vatntap allveg í jafnvægi við hagnað á vatni og salti. Þessi samvinna er aðallega vegna stjórn á þvaglátum.

53

Megin Ferli Natríums og Vatns í NýrumBæði natríum og vatn síast frjáls frá glomerular háræðunum og inní Bowmannshylkin vegna þess að þau hafa low-molecular þyngd og ferðast um plasma óbundin prótínum. Þau eru 99% endurupptekin. Mestur partur endurupptöku natríums og vatns (um 2/3) eiga sér stað í proximal tubulum, en aðal hormónastýrða endurupptakan á þeim á sér stað í distal convuluted tubulum og collecting duct. Mekaník endurupptöku natríums og vatns er hægt að taka saman í tvo þætti: 1) Endurupptaka natríums er aktíft ferli í öllum tubulunum NEMA descending limb í loop of Henle, og 2) endurupptaka vatns er með diffusion og er háð endurupptöku natríums.

Primary Aktíf Endurupptaka NatríumsMegin þátturinn sem liggur að baki endurupptöku natríums gegnum tubuluna er primary actifur flutningur á natríum útúr frumunni og inní millifrumuvökvann. Þessi flutningur næst með Na/K-ATPasa pumpunni í basolateral himnu frumunnar. Aktívi flutningur natríums útúr frumunni heldur styrk natríums í millifrumuvökvanum lágum miðað við tubular holið, og þannig flyst natríum “niður” útúr holinu og inní þekjufrumur tubulanna. Þessi “niður” flutningur er mismunandi milli svæða, og byggir á hvaða göng eða flutningsprótín eru til staðar á luminal himnunni. EN þrepið þar sem basolateral himnan kemir inní er alltaf eins í öllum enduruppsogum á natríum, megin aktíva flutnings”tækið” á natríum útúr frumunni er um Na/K-ATPasa pumpuna í þessari himnu.

Tenging Endurupptöku Vatns og Endurupptöku NatríumsHvenig leiðir aktív natríum endurupptaka, passíva endurupptöku á vatni?

1) Natríum er flutt frá tubularholinu til millifrumuvökva yfir þekjufrumur, 2) Þessi fjarlæging á lausn lækkar staðbundinn osmólarity, þe hækkar vatnsstyrkinn, á vökvanum við frumuna, það síðan lækkar osmolarity( þe lækkar vatsstyrkinn), 3) Mismunurinn á vatnsstyrknum milli holsins og millifrumuvökvans veldur net diffusion á vatni frá holinu, yfir tubular frumur plasma himnunnar og/eða tight junctions inní millifrumuvökvann, 4) Þaðan fer vatn , natríum og annað uppleyst efni í millifrumuvökvanum með bulkflæði inní peritubular háræðarnar sem lokaskrefið í endurupptökunni. Vatnsflæði yfir þekjuvef tubulanna getur bara átt sér stað ef að þekjan er gegndræp fyrir vatni. Vatnsgegndræpi er mismunandi milli tubularsvæða og er aðallega háð því hvort það eru vatnsgögn, sk aquaporins, í plasmahimnunni. Gegndræpi vatns í proximal tubulunni er alltaf mjög hátt þannig að vatnsmólikúl eru endurupptekin næstum jafnhratt og natríumjónir. Þal endurupptekur proximal tubulan jafnmikið vatn og natríum.

54

Gegndræpi vatns í síðustu hlutumm tubulanna, cortical og medullary collecting ducts, getur verið mikið eða lítið, því er stýrt af lífeðlisfræðilegum þáttum, þetta eru einu tubularsvæðin þar sem gegndræpi vatns er undir þessari stjórn. Aðalákvarðinn í þessu stjórnaða gegndræpi, og þannig líka endurupptöku vatns, er peptíð-hormón sem er seytt í aftari pituituary og kallast vasopressin eða ADH. Vasopressin örvar það að aquaporin vatnsgöng myndist í collecting duct frumun. Þegar hár styrkur vasopressins er í plasma, þá er gegndræpi vatns í collecting duct mikið, þess vegna er líka endurupptaka vatns mikil, og loka þvagmagnið eru lítið. Án vasopressins, er gegndræpi vatns í collecting duct mjög lítið og mjög lítið vatn er endurupptekið á þessum stöðum. Þannig verður mikið vatn eftir í tubulunum og er útskilið í þvagi. Diabetis insipidus er það þegar vasopressin kerfið bilar.

Styrkur Þvags: Mótstreymis Stuðull KerfisinsÍ þessum kafla er því lýst hvernig nýrun framleiða lítið magn af þvagi þegar plasamstyrkur vasopressins er hár. Undir þessum kringumstæðum er þvagið sterkt (hyperosmotic) miðað við plasma. Geta nýranna til þess að framleiða hyperosmotískt þvag er mikilvægur þáttur í getu einstaklings til þess að lifa af með takmarkaðar vatnsbirgðir. Hinn týpíski styrkur þvags í manni er um 600mOsmol, og hæsti styrkur þvags er 1400mOsms. Þannig að minnsta magn af þvagi sem þessi lausn getur leysts í er 600/1400 = 0,444L/dag. Þetta kallast obligatory water loss. Missir þessa magns af þvagi stendur fyrir dehydration þegar maður er skertur allri vatnsinntöku. Styrkur þvags verður til þegar tubularvökvinn flæðir gegnum medullary collecting ducts. Millifrumuvökvinn sem umlykur þessar rásir er mjög hyperosmotískur, og viðvera vasopressins veldur því að vatn diffuses út úr ductunum og inní millifrumuvökva medulla og þaðan fer það inní blóðæðar medullunar og er fjarlægt.

En hvernig verður millifrumuvökvi medulla svona hyperosmótískur? Hann verður það í Henle’s lykkjum. Vökvinn sem kemur inní lykkjuna frá proximal tubulunni, flæðir niður descending limb, beygir fyrir hornið (hairpin loopið) og flæðir svo upp ascending limb. Hið öfuga flæði í limbunum tveim er kallað countercurrent flæði og starfar öll lykkjan sem svo kalla countercurrent multiplier system til þess að búa til hyperosmótískan millifrumuvökva í medulla. Vegna þess að proximal tubulan endurupptekur jafnmikið af vatn og natríumi, þá er vökvinn í descendig limb í Henle’s lykkju með sama osmolarstyrk og plasma, 300mOsmol. (Sleppum descending limb í bili). Niður allan ascending limb er natríum og klóríð endurupptekið frá holinu (lumeninu) og inní millifrumuvökva medullunnar. Í efri hluta (þykka hluta) ascending limb, næst þessi endurupptaka með flytjendum (transporterum) sem stunda virkan flutning á natríum og klóríði. Þessir flytjendur eru ekki til í neðri hluta (þynnri hluta) ascending limb, og er endurupptakan þar passívt (óvirkt) ferli. Ascending limb er frekar ógegndræpur á vatni, þannig að mjög lítið vatn fylgir natríuminu í gegn. Niðurstaðan er að millifrumuvökvinn í medulla verður hyperosmótískur borði saman við vökvann í ascending limb. (Nú aftur að descending limb). Descending limb endurupptekur ekki natríum og klóríð og er mjög gegndræp fyrir vatni. Þannig að það er net diffusion á vatni útúr descending limb og inní sterkari millifrumuvökvann þangað til að osmolarstyrkurinn inní descending limb og millifrumuvökvanum er jafn. Hyperosmólarstyrknum í millifrumuvökvanum er viðhaldið við þetta jafnvægi vegna þess að ascending limb heldur áfram að dæla natríumklóríði til þess að viðhalda styrkmuninum milli sín og millifrumuvökvans. Þannig, vegna diffusunar á vatni verður osmolarstyrkurinn í descending limb og millifrumuvökva jafn, og bæði er hærra – 200mOsmol/L í okkar dæmi – en í ascending limb. Þetta er eðli kerfisins. Countercurrent multiplier lykkjunnar veldur því að millifrumuvökvi medulla verður sterkari. Og það er þessi hyperosmolarity sem dregur vatn útúr collecting ducts og þéttir(styrkir) þvagið. En það verður að taka multiplication með í reikninginn.

55

Eins og sést í lykkjunni á þessari mynd, þá er osmolarmunurinn – 200mOsmól/L – sem er til staðar við lárett level, margfaldað (multiplied) í mun hærra gildi – 1400mOsmól/L – við enda lykkjunnar. Taka þarf fram að virki natríumklóríð flutningurinn í ascending limb (og líka er þar lítið gegndræpi fyrir vatn) er ómissandi þáttur kerfisins. Án þess, hefði countercurrent flæðið engin áhrif á lykkjuna og osmolarstyrk millifrumuvökva medullunnar, sem mundi bara haldast 300mOsmól/L í gegnum allt.

Countercurrent multiplier kerfið styrkir vökvann í descending lykkju, en lækkar osmolarityið í ascending limb svo að vökvinn sem fer inní distal convoluted tubule er í raun þynnri (hypoosmotic) en plasma, 100mOsm á myndinni. Vökvinn verður meiraðsegja enn þynnri þegar hann fer í gegnum distal convoluted tubuluna, þar sem þessi tubular bútur, eins og ascending lykkja, stundar virkan flutning á natríum og klóríði útúr tubulunni, en er virkt ógegndræpur fyrir vatni. Þessi hypoosmotic vökvi fer svo inní cortical collecting duct. Vsopressin hvetur ekki endurupptöku á vatni í hlutum tubulunnar sem eru á undan cortical collecting duct, og þannig, allveg sama hvað plasmastyrkur þessa hormóns er, þá er vökvinn í cortical collecting duct hypoosmotic. Þaðan, hinsvegar, hefur vasopressin úrslitaáhrif. Í nærveru mikils vasopressins, verður endurupptaka vatns með diffusion frá hypoosmotíska vökvanum í cortical collecting duct þangað til að vökvinn í þessum hluta verður isoosmotiskur við plasma í peritubular háræðum mergsins – 300mOsmól/L. Isoosmitíski tubular vökvinn fer svo þaðan og flæðir í gegnum medullary collecting ducts. Í nærveru mikils vasopressins, diffuserast vatn útúr medullary collecting ducts og inní millifrumuvökva medulla. Þessi vökvi fer svo inní medullary háræðarnar og er fjarlægt frá nýrunum með bláæðablóði.

Endurupptaka vatns á sér stað alla leiðina eftir medullary collecting ducts þannig að, í nærveru vasopressins, hefur vökvinn á enda þessara ducta náð sama osmolarstyrk og millifrumuvökvinn sem umlykur lykkjurnar, þe á botni medulla. Og svo öfugt, þegar lítið vasopressin er til staðar, þá verða bæði cortical og medullary collecting ducts ógegndræpar fyrir vatni. Þá er miklu af hyperosmótísku vatndi skilað út í þvagi, sem losar þá líkamann við umfram vatn sem er til staðar í líkamanum.

56

Medullary HringrásinHvers vegna eyðir blóðið, sem flæðir um medullary háræðarnar, ekki þessum countercurrent gradient sem er settur upp af Henle’s lykkjum? Blóðbláæðarnar í medullunni – vasa recta – mynda haripin lykkjur sem fara samhliða Henle lykkjunum og medullary collecting ducts.

Blóðið kemur inn við “topp” æðarinnar með osmóstyrkinn 300mOsmól/L og eftir því sem blóðið flæðir niður lykkjuna, dýpra og dýpra inní medulluna, fer natríum og klóríð að diffusas inní æðina og vatn útúr æðinni. Samt sem áður, eftir að beygjunni í lykkjunni er náð, flæðir blóðið upp ascending vessel lykkjuna, þar sem ferlinu er nánast snúið við. Þannig minnkar hairpin-loop bygging vasa recta mikið tap á lausninni frá millivefnum með diffusion. Á sama tíma, er endurupptaka á bæði salti og vatni frá Henle’s lykkjum og collecting ducts og síðan borið í burtu í jöfnum skömmtum með bulkflæði, Starling kraftar og hið stöðuga ástand countercurrent gradient sem Henle lykkjurnar settu eru viðhaldið.

Stjórnun á Natríum NýrnaÍ venjulegum einstaklingum er útskilun natríums aukin með þvagi þegar það er umfram natríum í líkamanum, og minnkuð þegar það er lítið natríum í líkamanum. Útskilið natríum = Síað naríum – Endurupptekið natríum. Líkamunn getur aðlagast natríumútskilnaði með því að breyta báðum ferlunum í hægri hluta jöfnunnar. Þannig, td þegar heildar natríum líkamans minnkar, þá minnkar útskilnaður natríum niður fyirir eðlilegt gildi með því að auka endurupptöku. En hvaða gildi skynja viðtakarnir? Viðbrögðin sem stjórna reglulegum útskilnaði á natríum er komið af stað með breyttum boðum frá cardiovascular baroreceptorum, eins og carotid sinus. Stjórn cardiovascular þrýstings með baroreceptorum stjórnar einnig og samhliða heildar magni natríums í líkamanum. Lækkun natríummagns í líkamanum veldur lágu plasma magni, sem veldur lægri cardiovascular þrýstingi, sem með baroreceptorunum, hvetur viðbrögð sem leiða til þess að slagæðlingar nýrna og tubula lækka GFR og auka endurupptöku natríums. Það minnkar einnig útskilnað natríums og heldur þar með í það magn natríums sem er í líkamanum. Mikið natríummagn í líkamanum veldur öfugum áhrifum.

57

Stjórn GFRBreytingar á GFR geta átt margar og mismunandi orsakir (taugar og hormónar). Þessar breytingar ákvarða mestu um það hversu mikill vökvu er losaður úr líkamanum. Megin ástæða fyrir minnkuðu GFR er lægri net glomerular filtration þrýstingur. Þetta gerist bæði sem afleiðing á lækkuðum slagæðaþrýstingi í nýrunum og síðast en ekki síst, sem afleiðing viðbragða sem virka á slagæðlinga nýrnanna. Þessi viðbrögð koma frá baroreceptorunum. Hormónin angiotensin II og vasopressin taka einnig þátt í þessu æðasamdrátta viðbragðskerfi nýrna.Og öfugt: Aukið GFR er hvatt með taugaendocrine innslögum þegar aukið heildar magn natríums í líkamanum veldur auknu plasma magni. Þetta aukna GFR veldur auknu tapi á natríum um nýryn sem kemur utanfrumuvökva aftur í eðlilegt gildi.

Stjórn á Endurupptöku NatríumsFyrir langtímastjórn á útskilnaðu natríum, er endurupptaka natríums mikilvægari en stjórn GFR. Aðalþátturinn í að ákvarða tíðni enndurupptöku natríums er hormónið aldósterón.

Aldosterón og Renin-Angiotensin KerfiðAdrenal cortex framleiðir sterahormónið aldosterón, sem örvar endurupptöku natríums í distal convoluted tubulunni og cortical collecting duct. Þegar aldosterón er nær algjörlega fjarverandi, þá er um 2% af síuðu natríumi ekki endurupptekið heldur útskilið. Og á móti, þegar plasmastyrkur aldósteróns er hár, er nær allt natríumið sem fer til distal tubulunnar og cortical collecting duct endurupptekið. Aldosterón, eins og aðrir sterar, virkar með því að hvetja samtengingu próteina á markfrumum sínum. Í þessu tilviki nephrónannna, þá taka prótínin þátt í natríum flutningi. Þegar manneskja borðar mikið natríum, þá er aldosterón seyti lítið, en aldosterón seyti er mikið þegar manneskja borðar lítið natríum. Hvað stjórnar seyti aldosteróns við þessar aðstæður? Það er hormónið angiotensin II, sem virkar beint á adrenal cortexinn til að örva seyti aldosteróns.

Angiotensin II er hluti af hormónakomplexi sem kallast renin-angiotensin kerfið. Renin er ensím sem er seytt af juxtaglomerular frumum í nýrunum. Þegar renín er komið inní blóðrásina, þá brýtur það upp lítið pólípeptíð, angiotensin I, úr stóru plasmaprótíni, angiotensinogen, sem er framleitt í lifrinni. Angiotensin I gengst svo undir frekari breytingar, með hjálp angiotensin converting enzymi, til þess að mynda virka efni renin-angiotensin kerfisin, angiotensin II. Mikilvægasti kostur angiotensins II er sá að það örvar seyti aldósteróns og samdrátt slagæðlinga. Angiotensin II í plasma er mikið þegar salt er af skornum skammti, en lítið þegar saltinntaka er næg. Hvað veldur breytingunum angiotensin II í plasma þegar saltjafnvægið breytist? Aðalfactorinn í myndun angiotensin II er styrkur renins í plasma. Þannig að keðja atburða í saltþurrð er: aukin reninseyting → auknum styrk reníns í plasma → auknum styrk angiotensins í plasma → aukinni losun aldosteróns → auknum styrk aldosteróns í plasma.

58

Hvað gerist til þess að skortur á natríumi valdi auknu seyti reníns? ATH mynd bls 537. Það eru amk þrjú ólík innslög á juxtaglomerular frumurnar: 1) renal sympathetic nerves, 2) intrarenal baroreceptors, og 3) macula densa. Þetta meikar sense þar sem þessar taugar virkjast gegnum baroreceptorana þegar lækkun á natríumi líkamans veldur lægri blóðþrýstingi. Þegar blóðþrýstingur í nýrunum lækkar, eins og gerist þegar magn plasma minnkar, þá teygjst þessar frumur minna og þess vegna seyta þær meira renini. Macula densa skynjar styrk natríums í tubular vökvanum sem flæðir hjá þeim (í ascending loops of Henle). Minni styrkur natríums veldur þar aukinni renín losun. Með því að hjálpa til við að stjórna natríum jafnvægi og þar með plasma magni, þá hjálpar renin-angiotensinkerfið til við að stjórna slagæðablóðþrýstingi. ACE inhibitors og angiotensin II blokkar eru lyf sem stjórna angiotensin II hluta kerfisins.

Aðrir ÞættirAnnar stjórnþáttur er ANP eða atrial natriuretic peptíð. Það virkar á tubulurnar til þess að hamla endurupptöku á natríumi. Það getur einnig virkað á æðar nýrnanna til þess að auka GFR, sem veldur meiri útskilnaði á natríumi. ANP hemur líka beint aldosterón útseyti sem veldur aftur meiri útskilnaði á natríumi. Seyti á ANP eykst þegar það er umfram natríummagn í líkamanum. Og þetta seyti eykst af því að plasmamagn eykst þegar mikið af natríumi er í líkamanum. Að lokum er einn þáttur í viðbót sem stjórnar endurupptöku á natríumi og það er slagæðaþrýstingur. Hann virkar staðbundið á tubulurnar. Aukinn slagæðaþrýstingur hemur endurupptöku natríums og eykur útskilnað á því. Þannig að hækkaður blóðþrýstingur minnkar endurupptöku natríums með tveim leiðum: það minnkar virkni renin-angiotensin-aldosteronkerfisins og virkar staðbundið á tubulurnar. Og lækkaður blóðþrýstingur minnkar útskilnað natríums bæði með því að örva renin-angiotensin-aldosteronkerfið og virkar á túbulurnar til þess að auka endurupptöku natríums.

Vatnsstjórnun NýrnaÚtskilnaður vatns er mismunurinn á síuðu vatni (GFR) og enduruppteknu vatni. Hraðinn á endurupptöku vatns frá tubulunum er mikilvægasti þátturinn sem ákvarðar hversu mikið vatn er útskilið. Þessu er stýrt af vasopressini, þannig að heildar vatn líkamans er stýrt aðallega með viðbrögðum sem breyta seyti á þessu hormóni. Mikilvægustu innslögin til tauganna sem örva losun á vasopressini eru frá baroreceptorum og osmoreceptorum.

Stjórn Vasopressin-seytis með BaroreceptorumEftir því sem utanfrumuvökva magnið minnkar, vegna td niðurgangs eða blóðmissis, þá eykst aldosterónlosun gegnum virkjun renin-angiotensin kerfis. En minna magnið af utanfrumuvökva triggerar líka aukna vasopressin losun. Þessi aukning á vasopressini eykur gegndræpi collecting ducts fyrir vatni. Meira vatn er endurupptekið og minna er útskilið, þannig að vatn helst í líkamanum til þess að gera utanfrumuvökvann stöðugan. Þessu viðbragði er komið af stað með mörgum baroreceptorum í hjarta og æðakerfinu. Baroreceptorarnir minnka tíðni boða þegar blóðþrýstingur lækkar, eins og gerist þegar blóðrúmmál minnkar. Þannig eru færri taugaboð flutt frá baroreceptorum um afferent taugar til hypothalamus og niðurstaðan er aukið vasopressin seyti. Og öfugt þegar blóðþrýstingurinn hækkar. Að auki veldur vasopressin, eins og angiotensin II, samdrætti slagæðlinga. Baroreceptor viðbragðið fyrir vasopressin hefur frekar háan þröskuld – það er , það verður að vera stöðug lækkun á blóðþrýstingi til þess að triggera það.

59

Stjórn Vasopressin-seytis með Osmóreceptorum

Breytingar á heildar vatnsmagni líkaman, þar sem engar breytingar á heildar natríum verða, eru bættar upp með því að breyta vatnsútskilnaði án þess að breytia natríum útskilnaði. Breytingar á vatnsmagni einu og sér hafa lítil hhrif á utanfrumumagnið. Megin breytingin sem verður með vatnstapi eða aukningu (og ekki breytingum á natríumi) eru það að osmolarity vökvans breytist. Þetta er lykilatriði, vegna þess að í aðstæðum sem eru vegna vatnstaps eða aukningar, þá eru það osmóreceptorarnir sem stjórna vasopressin seytinu í hypotalamusnum, þetta eru viðtakar sem eru viðkvæmir fyrir breytingum í osmolarstyrk. Til dæmis: manneskja sem drekkur 2L af vatni. Umfram magnið af vatni lækkar osmolaritýið í líkamsvökvanum (hækkar vatnsstyrkinn), sem veldur því að vasopressin seyti er hamið gegnum hypothalamic osmoreceptorana. Niðurstaðan er að gegndræpi collecting ducts fyrir vatni verður mjög lítið, vatn er ekki

60

endurupptekið frá þessum svæðum, og stór hluti af hypoosmotísku þvaginu er útskilið. Á þennan hátt losar líkaminn sig við umfram vatn. Á hinn bóginn, þegar osmolarity vökva eykst (vatnsstyrkur minnkar) vegna skorts á vatni, þá er vasopressin seyti aukið gegnum osmoreceptorana, endurupptaka vatns í collecting ductum er mikið, og lítið magn af sterku þvagi er útskilið. Samantekt: Stjórn osmólaritýs líkamsvökva krefst aðskilnaðs á útskilnaði vatns og útskilnaðs natríums, - þe, það krefst þess að nýrun útskilji þvag, sem í samanburði við plasma, inniheldur annað hvort meira vatn en natríum (water diuresis) eða minna vatn en natríum (concentratet urine). Þetta virkar svona vegna:1) osmoreceptora, og 2) vasopressin-háð klofnun á endurupptöku vatns og endurupptöku natríums í collecting ductum. Frumur í hypothalamus fá sinaptísk boð frá mörgum öðrum stöðum í heilanum, þannig að vasopressin seyting, og þal þvagmagn og styrkur, getur breyst með sársáuka, hræðslu og lyfjum. Td hemur alkóhól vasopressin losun.

Svitnun

Svitnun veldur minnkun á vatnsmagni utanfrumuvökva og eykur osmolarity líkamsvökvans (minni vatnsstyrkur). Alvarlegt vökvatap veldur lækkun á GFR og aukningu á seyti aldosteróns, vasopressini (ADH)og angiotensin II. Þetta stuðlar að varðveislu vatns og salta í líkamanum og einnig blóðrúmmáls og blóðþrýstings.

Þorsti og Saltneysla

Minnkað rúmmál plasma, aukið osmolarity plasma, þurr munnir og fleira hefur áhrif á þorsta.

61

Stjórn KalíumsKalíum er sú jón innanfrumuvökans sem er mest af. Þó svo að bara 2% af heildar kalíummagns líkamans sé í utanfrumuvökvanum, er kalíumstyrkur í þessum vökva mjög mikilvægur fyrir virkni örvaðra vefja eins og tauga og vöðva. Eðlileg manneskja heldur kalíumjafnvægi með því að útksilja daglega kalíum í þvaginu. Stjórn á útskilnaði kalíums með þvagi er megin leiðin til þess að stjórna kalíumi í líkamanum.

Nýrnastjórn á KalíumiKalíum síast frjálst í renal corpuscle. Venjulega endurupptaka tubulurnar mest af þessu síaða kalíumi svo að lítið birtist af síuðu kalíumi í þvaginu. Hinsvegar, seytir cortical collecting duct kalíum og breytingar á útskilnaði kalíums eru aðallega vegna breytinga í kalíum seyti þessa tubular hluta. Í kalíumskorti, þegar homeostatísk svar er að minnka kalíumtapið, þá er engin seyting á kalíum úr cortical colecting duct, og bara lítið magn síaðs kalíums sleppur við endurupptöku og þal er lítið skilið út með þvagi. Með eðlilegum sveiflum í kalíuminntöku, er mismunandi magni af kalíum bætt í það litla magn sem er síað og ekki endurupptekið. Þetta viðheldur heldar kalíumjafnvægi líkamans.

Kalíum er síað í háræðum glomerulus. Þegar hæfilegs magn kalíums er neytt í fæðu er það nánst fullkomlega endurupptekið í píplum, en síðan er seyti þess í cortical collecting duct stjórnað af aldosteróni.

Hvaða þættir hafa áhrif á seyti kalíums úr cortical collecitng duct til þess að ná homeostasis á kalíumi líkamans? Þegar mikils kalíums er neytt í fæði þá eykst plasmastyrkur kalíums, og þetta drífur basolateral upptöku gegnum Na/K-ATPasa pumpuna og þar af leiðandi hvetur það kalíum seyti. Annar mikilvægur þáttur í kalíumjafnvægi er aldosterón. Auk þess að örva endurupptöku natríums í tubulum cortical collecting ducta, þá hvetur það kalíum seyti úr tubulunum í þessum hluta tubulanna. Frumurnar í adrenal cortex sem seyta aldosteróni eru viðkvæmar fyrir styrk kalíums í utanfrumuvökva. Þannig að aukning í inntöku á kalíum veldur aunum styrk kalíums í utanfrumuvökva, sem örvar beint losun og framleiðslu aldosteróns í adrenal cortex.

62

Bæði minnkað blóðrúmmál og mikil kalíumneysla örva seyti á aldósteróni frá adrenal cortex. Aldósterón eykur endurupptöku natríums en hvetur seyti á kalíum í collecting duct nýrna.

14. kafli – C: Stjórnun á CalsíumStyrkur calsíums í utanfrumuvökva helst venjulega frekar stöðugur. En td þá veldur lágur styrkur calsíums í plasma því að örvanleiki tauga og plasmafruma vöðva eykst. En hár styrkur calsíums í plasma veldur arrythmium í hjarta sem og slappleika í örvun tauga og vöðva gegnum áhrif á himnuspennu.

Áhrifsstaðir fyrir Homeostasis CalsíumsHomeostasis calsíums er háð samspili beina, nýrna og meltingarfæranna. Virkni nýrna og meltingarfæranna stýra net inntöku og útskilnaði á calsíumi til og frá líkamanum, og þal heildar calsíum jafnvægi. Innri breytingar á calsíum milli utanfrumuvökva og beina hefur áhrif á dreifingu calsíums í líkamanum.

BeinUm það bil 99% af heildar calsíumi líkamans er bundið í beinum.

63

Af þessum hormónum á listanum, þá er það bara parathyroid hormóninu sem er stjórnað með plamsastyrk calsíum.

NýrunUm 60% af calsíum í plasma er síað í renal corpuscle (restin er bundin plasmaprótínum), og næstum allt þetta síaða calsíum er endurupptekið.Það er engin seytun á calsíum í tubulunum. Þannig að þvagútskilnaður caslíums er mismunurinn á magninu sem er síað og magninu sem er endurupptekið. Endurupptaka minnkar þegar calsíumstyrkurinn í plasma eykst, og endurupptakan eykst þegar calsíumstyrkur í plasma minnkar. Hormónastjórnun á calsíum stjórnar líka phosphate jafnvægi.

MeltingarfærinFrásog á natríumi, vatni og kalíumi gegnum meltingarveginn er venjulega um 100%. En mikið magn innbyrgðs calsíums er ekki frásogað í görnunum og fer útúr líkamanum með hægðum. Og virka flutningskerfið sem stjórnar frásogi á calsíumi eru undir stjórn hormóna. Þannig er hægt að breyta magninu á frásoguðu calsíumi mikið. Hormónastjórn þessa frásogsferlis er aðal leiðin til þess að stjórna heildarmagni calsíums í líkamanum í jafnvægi.

HormónastjórnTvö megin hormónin sem stjórna plasmastyrk calsíums eru parathyroid hormón og 1,25 dihydroxyvitamin D. Calcitónin spilar líka einhverja rullu en ekki mikla.

Parathyroid HormónBeinum, nýrum og meltingarfærum er, beint eða óbeint, stjórnað með próteinhormóni sem kallast parathyroid hormín (PTH) sem er framleitt í parathyroidkirlunum (kalkirtlunum). Framleiðslu PTH er stjórnað með styrk calsíum í utanfrumuvökva, sem virkar beint á seytisfrumurnar gegnum plasma-himnu calsíum viðtaka. Minni plasmastyrkur calsíums örvar seyti á PTH, og aukinn plasmastyrkur minnkar seyti á PTH. PTH hefur margvíslega verkun til þess að auka styrk calsíums í utanfrumuvökvanum: 1) Það örvar beint endurupptöku beina með osteoclöstum, sem veldur hreyfingu á calsíumi frá beinum og til utanfrumuvökva. 2) Það örvar bent myndun 1,25 dihydroxyvitamin D, sem þá eykiur fráskog calsíums í

64

meltingarvegi. 3) Það eykur beint endurupptöku calsíums í tubulum nýrna og minnkar þannig útskilnað calsíums í þvagi. 4) Það minnkar beint endurupptöku phosphats, og eykur þannig útskilað calsíums í þvagi.

1,25-Dihydroxyvitamin DMegin virkni 1,25-Dihydroxyvitamin D er að örva frásog á calsíum í þörmunum. Þannig að í vítamín D skorti, þá minnkar frásog calsíums í þörmum og plasma calsium minnkar. Blóðstyrkur 1,25-dihydroxyvitamin D er undir lífeðlisfræðilegri stjórn. Aðal stjórnþátturinn er seinna hydroxýleringar skrefið sem á sér stað í nýrunum, sem er örvað með parathyroid hormóninu. Þar sem lágur styrkur calsíums í plasma örvar seyti á PTH , þá eykst framleiðsla á 1,25-dihydroxyvitamin D.

CalsitóninCalsitónín minnkar styrk calsíum í plasma aðallega með því að hemja osteoclastana, þannig minnkar það uppsog beina. Seyti þess eykst við aukin styrk plasma calsíum, öfugt við hin tvö hormónin.

14. kafli – D: Stjórn Vetnis(Hydrogen) JónaEfnaskipti eru mjög viðkvæm fyrir styrk vetnisjóna í vövkanum sem þau eiga sér stað í. Viðkvæmnin er vegna áhrifa á ensímvirkni sem koma til af vetnisjónum, sem breyta lögun prótína. Stjórn vetnisjóna er hægt að skoða eins og jafnvægi allra annara jóna – bæði tap og aukningu. Þegar tap er meira en aukning, þá lækkar vetnisjónastyrkur slagæðaplasma (pH fer yfir 7,4) og kallast það alkalosis. Þegar aukning er meiri en tap, þá hækkar vetnisjónastyrkur slagæðaplasma (pH fer niður fyrir 7,4) og kallast það acidosis.

Upptök Aukningar og Taps

Þegar bíkarbonat jón tapast útúr líkamanum, þá er það eins og að það verði aukning um vetnisjón.

65

Búffer Vetnisjóna í Líkamanum

Hvaða efni sem getur binst við vetnisjón kallast búffer. Flestar vetnisjónir eru búfferaðar með utanfurmu og innanfrumubúfferum. Búffer- + H+ → HBúfferÞegar styrkur H+ eykst, er hvarfið þvingað til hægri og meira H+ binst Búffer – til þess að mynda Hbúffer. Td þegar H+ styrkur eykst vegna aukinnar framleiðslu á mjólkursýru, þá sameinast sumar vetnisjónirnar búfferum líkamans, svo að vetnisjónastyrkurinn eykst ekki eins mikið og hann hefði annars gert. Búfferar stöðga þannig H+ styrk gegnu breytingum í hvora átt í hvarfinu. Aðal utanfrumubúfferinn er CO2/HCO3- kerfið. Aðal innanfrumubúfferinn eru fosföt og prótín. Ath skal að búfferar fjarlægja ekki vetnisjónir útúr líkamanaum, heldur festa þeir þær þangað til að jafnvægi næst í líkamanum

Samhæfing Homeostatic StýringarNýrun bera ábyrgð á jafnvægi vetnisjóna, tapi og aukningu, til þess að viðhalda nokkuð stöðugum styrk vetnisjóna í plasma. Þanngi útskilja nýrun umfarm vetnisjónir frá nonvolatile sýrum sem koma frá efnaskiptum, það er öllum öðrum sýrum en carbonic sýrum. Einnig spilar öndunarkerfið líka stórt hlutverk í homeostasis. Þegar ójafnvægi er á vetnisjónum vegna annara orsaka en hypo- og hyperventilation, þá er öndun breytt til þeess að hjálpa til við að koma á jafnvægi. Hækkaður styrkur vetnsijóna í slagæðum örvar loftun/ventilation, og þessi hyperventilation veldur minnkuðu PCO2 í slagæðum, og þannig lækkar styrkur vetnisjóna. Lækkaður styrkur vetnisjóna hemur loftun, þannig hækkar slagæða PCO2 og styrkur vetnisjóna eykst. Svar öndunarkerfisins við breytilegum styrk vetnisjóna er mjög hratt, en svar nýrnanna er frekar slow. Ef öndunarkerfið er orsökin fyrir vetnisjóna ójafnvæginu, þá eru nýrun eina kerfið sem svara og lagar það.

66

Mekanismi NýrnaNýrun losa líkamann við eða byggir upp birgðir af vetnisjónum í líkamanum með því að breyta bíkarbónat styrk í plasma. Útskilnaður bíkarbónats í þvagi eykur styrk vetnisjóna í plasma allveg eins og vetnisjón hafi verið bætt í plasmað.Viðbót bíkarbónats í plasmað, lækkar styrk vetnisjóna í plasma allveg eins og vetnisjón hefði verið fjarlægð úr plasma. Þannig að þegar það er lækkun á styrk vetnisjóna í plasma (alkalosis), þá útskilna nýrun stóran skamm af bíkarbónati. Þetta eykur plasmastyrk vetnisjóna í átt að eðlilegu gildi. Þegar það er hækkun á styrk vetnisjóna í plasma (acidosis), þá útskylja nýrun EKKI bíkarbónat í þvagi. Heldur framleiða tubularfrumur nýtt bíkarbónat og bæta því útí plasmað.

Meðhöndlun BíkarbónatsBíkarbónat er fullkomlega síað í renal corpuscle og gengst undir tubular endurupptöku í mörgum hlutum tubulunnar. Bíkarbónati er líka seytt í collecting ducts. Endurupptaka bíkarbónats er virkt ferli, sem gerist ekki með virkri pumpu sem dælir bíkarbonat jónum. Bíkarbonat endurupptaka er háð tubular seytingu á vetnisjónum, sem sameinast í holinu með síuðum bíkarbónatjónunum.

Bíkarbónatið fer niður styrkfallanda sinn yfir basolateral himnuna inní millifrumuvökvann og þaðan inní blóðið. En H+ sem er seytt er ekki skilið út. Það sameinast fíltruðu/síuðu bíkarbónati og býr til CO2 og H2O. Heildarniðurstaðan er að bíkarbónatið er sem var síað frá plasmanu í renal corpusclunum er horfið, en staður þess í plasmanu hefur verið fyllt af bíkarbonati sem framleitt er inní frumunni, þannig að net breyting á styrk plasma bíkarbonats hefur orðið.

Viðbót á Nýju Bíkarbónati í PlasmaHvað verður um allar vetnisjónirnar sem seytt var, þegar næstum allt bíkarbónatið hefur verið endurupptekið og er ekki lengur til staðar í holinu til þess að bindast vetnisjónunum? Auka vetnisjónirnar sem seytt er bindast í holinu við síuð nonbíkarbónat búffer, HPO4. Vetnisjónirnar eru þá skildar út með þvagi sem hluti H2PO4 jónar. Nú að aðalatriðinu: Undir þessum kringumstæðum, þá gengst bíkarbónatið, sem framleitt var inní tubularfrumunum, undir “net gain” af bíkarbónati í plasmanu, sem nokkurskonar uppfylling fyrir síaða bíkarbónatið. Þannig að þegar seytt vetnisjón sameinast í holinu við búffer annan en bíkarbónat, þá eru heildaráhrifin ekki bara bíkarbónatvarðveisla, heldur frekar bæting nýs bíkarbónats í plasmað.

67

Svör Nýrna við Acidósu og Alkalósu

Skilgreiningar á Acidósu og AlkalósuAcidósa er skilgreind sem það ástand þegar vetnisjónastyrkur í slagæðaplasma hækkar, alkalósa er það þegar þessi styrkur lækkar.

Respiratorísk acidósa: gerist vegna breyttrar öndunar. Þetta gerist þegar öndunarkerfið getur ekki losað sig við koldíoxíð eins hratt og það er framleitt. Sem sé: hækkun á bæði slagæða PCO2 og vetnisjónastyrk. Respiratorísk alkalósa: gerist þegar öndunarkerfið loasr sig við koldíoxíð hraðar en það er framleitt. Sem sé: lækkun á PCO2 og vetnisjónastyrk. Metabólísk acidósa: er það þegar það er of mikil framleiðsla á mjólkursýru (mikil þjálfun eða hypoxia) eða ketone bodies (fasta). Einnig ef það er mikið tap á bíkarbónati vegna td niðurgangs.

68

Metabólísk alkalósa: er mikil uppköst, sem er samtvinnað miklu tapi á vetnisjónum og HCl úr maganum. Hvað verður um PCO2 í metabólískri acidósu eða alkalósu?Hækkaði vetnisjónastyrkurinn sem tengdur er metabolískri acidosu örvar loftun og lækkar slagæða PCO2. Við metaboliska alkalósu þá minnkar loftun, og þar af leiðandi hækkar slagæða PCO2, og þá fer vetnisjóna styrkur að nálgast normalgildið aftur. En breytingarnar á PCO2 í metaboliskri alkalosu og acidósu eru ekki ástæðurnar fyrir því, heldur verða þessar breytingar vegna þeirra.

14. kafli – E: Þvagræsilyf og Nýrnasjúkdómar

ÞvagræsilyfÞvagræsilyf virka á tubulurnar og hemja endurupptöku á natríumi, ásamt klóríði og bíkarbónati, sem leiðir til aukins útsklnaðar á þessum jónum. Og þar sem endurupptaka vatns er háð endurupptöku natríums, verður endurupptaka vatns líka minni, sem leiðir til meiri útskilnaðar á vatni. Til dæmis: Loop diuretics, virka á ascending limb í Henle lykkunni, þau hemja flutningspróteinið sem hefur milligöngu í fyrsta skrefinu á endurupptöku natríums. Úskilnaður á natíumi getur minnkað niður í nánast ekki neitt þrátt fyrir inntöku á natríumi, þetta leiðir af sér óeðlilega úttútunun á utanfrumuvökva (bjúgur).Þeir tveir sjúkdómar sem þvagræsilyf eru helst notuð við eru hjartabilun og háþrýstingur.

NýrnasjúkdómarEitt mikilvægt tákn um nýrnasjúkdóma er að prótein birtist í þvagi. Annað sem er merki um nýrnabilun er blóð í þvagi.

15. kafli – Melting og Frásog FæðuMeltingarfærin lúta stjórn bæði staðbundið með enteric taugakerfinu og líka með miðtaugakerfinu. Meltingin “gerist” vegna virkni hydroklóríðs sýru í maganum, galli frá lifrinni og mörgum meltingarensímum sem leyst eru frá exocrine kirtlum kerfisins.

Yfirlit: Virkni Líffæra í MeltingarveginumMunnurinn: þar sem meltingin byrjar með tyggingunni, munnvatni er seytt frá þrem pörum munnvatnskirtla. Munnvatn inniheldur slímkennt efni, það mýkir og smyr fæðuna áðuren henni er kyngt. Það inniheldur líka ensímið amylasa, sem meltir að hluta til fjölsykrur (pólísakkaríð). Kokið (pharynx) og vélindað: þau gera ekkert í meltingu, en þau veita leiðina fyrir efnin, frá munni og niður í maga. Maginn: er pokalaga líffæri og virkni hans er að geyma, uppleysa og melta að hluta macromólikúlin í fæðunni til þess að stjórna tíðninni á því hvenær fæðan fer úr maganum og losnar inní smágirnið. Kirtlarnir í maganum seyta sterkri sýru, hýdróklóríðsýru, og mörgum ensímum sem melta prótín, þau kallast pepsín. En reyndar er pepsinógeni (forvera pepsíns) seytt í maganum sem breytist svo í pepsín í magaholinu.

69

Mest frásog og lokastig meltingarinnar eiga sér svo stað í smágirninu: hér eru mólikúl hálfmeltra kolvetna, fitu, og próteina brotin niður með hydrólískum ensímum í einsykrur (monosaccaríð), fitusýrur og amínósýrur. Framleiðsla meltingarinnar er svo frásoguð yfir þekjufrumurnar og fer inní blóðið. Vítamín, steinefni og vatn, sem þurfa ekki á ensímum að halda til meltingar, frásogast líka í smágirninu. Mest af efnunum sem frásogast í smágirninu, gera það í efsta fjórðungi þess, duodenum og jejenum.

Lifrin og Brisið: Seyta efnum sem flæða inní duodenum. Brisið hefur bæði endocrine og exocrine virkni, en exocrine virknin er sú sem tengist meltingarfærunum. Það seytir 1) meltingarensímum og 2) vökva sem er ríkur af bíkarbónati. Súra innihaldið sem kemur úr maganum mundi óvirkja brisensímin ef að sýran væri ekki neutralized með bíkarbónatinu. Lifrin hefur mörg hlutverk, en það sem kemur meltingarfærunum við er seytun lifrar á galli. Gall inniheldur bíkarbónatjónir, kólesteról, fosfólípíð,gall pigments, fjölda úrgangsefna og síðast en ekki síst, gallsölt. Gallsölt gera fitu leysanlega, annars yrðu þessar fitur óleysanlegar í vatni. Gallinu er seytt frá lifur inní litla rás sem kemur saman og myndar common hepatic duct. Á milli máltíða er gallið geymt í gallblöðrunni, gallblaðran styrkir lífrænu mólikúlin með því að frásoga salt og vatn. Í smágirninu frásogast einsykrur og amínósýrur með sérstökum flutningstengdum ferlum í plasma himnu þekjufruma í görninni, en fitusýrur fara inní þessar frumur með diffusion. Þar sem flest efni eru frásoguð í smágirninu, fer bara smávegis magn af vatni, salti og ómeltum efnum áfram og til digurgirnis. Það geymir úrganginn tímabundið, sumt er melt af bacteríum, og síar/styrkir lausnina með því að frásoga smá vatn og sölt.

70

Af um það bil 8L sem fara í gegnum kerfið, þá er um 99% af því frásogað, um 100ml fara venjulega út með hægðum.

Uppbygging Veggja MeltingakerfisinsFrá miðju vélinda og niður í rassgat er veggur meltingakerfisins í grófum dráttum eins (myndin). Mest innra borðið er mjög hlykkjótt, sem gerir það af verkum að yfirborðið stækkar og leyfir meira pláss til frásogunar. Frá maga og niður er þetta lag umlukið einslaga þekjufrumum sem tengjast um brúnir sínar með tight junctions. Inní þessu þekjufrumulagi eru exocrine frumur sem seyta slími inní hol leiðslunnar og endocrine frumur sem seyta hormónum inní blóðið. Innhvelfing þekjunnar inní undirliggjandi vef mynda exocrine kirtla sem seyta sýru, ensímum, vatni og jónum, sem og slími. Rétt fyrir neðan þekjulegið er lag af stoðvef, lamina propria, sem í gegnum ganga litlar blóðæðar, taugaþræðir og sogæðaleiðslur. Lamina propria er aðskilin frá undirliggjandi vef með þunnu lagi af sléttum vöðvum, muscularis mucosa.

71

Þekjulagið, lamina propria og muscularis mucosa mynda mucosuna. Fyrir neðan mucosuna, er annar stoðvefur sem kallast submucosa, sem inniheldur net taugafruma sem kallast submucosal plexus, og blíð og sogæðarnagreinarnar sem liggja inní mucosuna og undirliggjandi lög sléttra vöðva kallast muscularis externa. Samdráttur þessara vöðva mynda kraftinn til að hreyfa til og blanda saman innihaldinu. Muscularis externan hefur tvö lög: 1) frekar þykkt innra lag af hringlaga vöðva sem þrengja pípunna, og 2) þynnra ytra lag af lengdarliggjandi vöðvum sem stytta pípunna. Að lokum er þunnt lag stoðvefs sem umlykur ytra byrgði pípunnar og kallast það lag serosa. Út frá yfirborði í holi leiðslunar og inní holið skaga fingralíkar totur sem kallast villi. Yfirborð hvers villus er umlukið þekjufrumulagi sem á yfirborðinu hafa sk microvilli (brush border). Samblandið af mucosa, villi og microvilli auka yfirborð smágirnisins um 600falt. Miðja hversi villus hefur eina einstefnu sogæð þar sem flest af fitunni sem kemur í smáþarmana frásogast í, og svo háræðanet. Bláæða drainið frá smágirninu, eins og frá digurgirninu, brisinu og hluta magans fer ekki beint inní vena cava, heldur fer fyrst með hepatic portal vein til lifrar.

Melting og FrásogKolvetniMelting sterkju með amýlasa úr munnvatni byrjar í munninum og heldur áfram í efri hluta magans áður en amýlasinn er eyðilagður með magasýru. Meltingu sterkju er svo lokið í smágirninu með bris-amýlasa. Framleiðslueiningar sterkju ásamt meltum súrkósa og laktósa, eru brotnar niður í einsykrur með ensímum sem eru staðsett á microvilliuni (brush border). Þessi efni eru svo flutt gegnum þekju garnarinnar og til blóðsins. Frúktósinn fer í gegn með diffusion, en glúkósi og galaktósi fara með secondary virkum flutningi með natríumi. Flest kolvetni eru melt og frásoguð í fyrsta 20% hluta smágirnisin.

72

PrótínAllveg sama hvaðan þau koma þá eru flest prótín brotin niður í amínósýrur og frásoguð í smágirninu. Prótín eru brotin niður í peptíð hluta í maganum með pepsíni, og í smágirninu með trypsíni og chymótrypsíni, megin próteösum sem seytt er frá brisinu. Þessir hlutar eru svo brotnir frekar niður og meltir niður í frjálsar amínósýrur með carboxypeptíðum frá brisinu og aminópeptíðasa sem er staðsettur á luminal himnum þekjufrumnanna í smágirninu. Frjálsu amínósýrurnar fara svo inní þekjufrumurnar með secondary virkum flutningi með natríumi. Stuttar keðjur amínósýra, tvær til þrjár saman, eru líka frásogaðar með secondary virkum flutningi með vetnisjóna halla. Luminal frásog amínósýra er ferli sem krefst orku (ATP). Prótínfrásog og melting er að mestu lokið í efri hluta smágirnisins.

FiturFlestar fitur eru á formí þríglíseríða. Melting og frásog fitu á sér eiginlega bara stað í smágirninu. Aðal meltingarensímið í þessu ferli er lípasi sem seytt er frá brisinu, sem brýtur niður tengin sem tengja fitusýrur við fyrsta og þriðja kolefnisatóm í glýseróli, og býr þá til tvær fríar fitusýrur og monóglýseríð. En niðurbortseiginleikar í smágirninu geta aðeins átt sér stað á yfirborði fitudropanna. En fitudroparnir eru gerðir í mun minni dropa, um 1mm í þvermál, sem eykur yfirborðið sem hægt er að brjóta niður. Þetta kallast emulsification.Ópóluðu hlutar fosfólípíða og gallsöltin vinna saman á ópólaða innra birgði fitudropanna, sem heldur póluðu hlutunum við vatnsyfirborðið. Próteini sem kallast colipase er seytt frá brisinu og það bindur lípasa ensímið, og heldur því frá yfirborði fitudropans. Gallsölt mynda svo micelles, sem eru mun minni fitudropar eða um 4-7nm í þvermál. Micelles innihalda gallsölt, fitusýrur, monoglýseríð og fosfólípíð allt bundið saman með póluðu enda mólekúlanna í átt að yfirborði micellanna og ópóluðu endana sem mynda kjarna micellunnar. Hvernig auka micellur frásog? Micellur, sem innihalda efni til fitumeltingar, eru í jafnvægi við melt fituefni sem eru frjáls í lausninni. Þannig eru micellur stanslaust að mynda og brjóta niður. Micells” eru í jafnvægi við afurðir fitumeltingar þannig að þegar fituefni eru tekin upp í þekjufrumur losna fituefni frá “micelles”.

73

Athuga skal að það eru ekki micellurnar sjálfar sem frásogast, heldur einstöku fitumólikúlin sem losuð eru frá micellunum. Á leið sinni gegnum þekjufrumurnar, þá endursameinast fitusýrur og mónóglýseríð og mynda aftur þríglýseríð. Þetta gerist í smooth endoplasmic reticulum, þar sem ensím fyrir nýmyndun tríglýseríðs eru staðsett. Útleið þessa fitudropa frá frumum fylgir sömu leið og próteini sem er seytt. Æðar sem innihalda dropann frá endoplasmic reticulum fara í gegnum Golgi kerfið og að lokum sameinast þeir plasmahimnunni og losa fitudropana inní millifrumuvökvann. Þessir fitudropar kallast chylomicrons. Þeir innihalda ekki bara þríglýseríð heldur líka aðrar fitur sem hafa verið frásogaðar með sama ferli. Chylomicrons ferðast með vessaæðum (sogæðum) sem opnast svo inní bláæð.

VítamínFituleysnu vítamínin – ADEK – fylgja leiðinni sem fitan frásogast með. Þau leysast í micellunum, þannig að við alla breytingu á seytun galls eða starfsemi gallsalta í görnunum, þá breytist líka frásog fituleysnu vítamínanna. Með einni undantekningu (B12) þá eru vatnsleysnu vítamínin frásoguð með diffusuion eða mediated transport. En B12 vítamín þarf fyrst að bindast intrinsic factor til þess að frásogast af því annars er B12 of stórt mólikúl.

Vatn og steinefniSmámagn vatns er frásogað í maganum. Þekjufrumurnar í smágirninu eru mjög gegndræpar fyrir vatni, og net diffusion á vatni verður yfir þekjuvefinn þegar vatnsstyrkur næst með virkri frásogun á lausn. Natríum jónir valda mestu frásoginu, vegna þess að fæðan er yfirleitt rík af natríumi.

JárnAðeins um 10% járns er frásogað í blóðið á hverjum degi. Járnjónir eru fluttar virkt inní þekjufrumur garnanna, þar sem mest af þeim er breytt í ferritín. Frásogaða járnið sem ekki binst ferritíni er losað í blóðið þar sem það hringrásar um líkamann bundið plasmaprótíninu transferrini. Mest af járninu sem er bundið ferritíni í epithelial frumum er losað aftur inní garnaholið þegar frumurnar á yfirborði villianna enurnýjast, og þá er það losað út með hægðum. Þegar ríflegt magn er af járni í líkamanum, þá verður aukin binding á járni í þekjufrumum garnanna og minnkun á járni sem losað er í blóðið. Þegar magn járns í líkamanum minnkar (td við blóðmissi) þá minnkar framleiðslan á ferritíni í görnunum. Þetta leiðir til þess að minna járn binst ferritíni, og þar af leiðandi eykst járnlosun útí blóðið. Þegar járnið er komið útí blóðið, þá hefur líkaminn ekki mikil ráð á að skilja það út og það safnast fyrir í vefjum.

Hvernig Er Ferlum Meltingarkerfisins Stjórnað?Ferlunum er stjórnað með því hversu mikið magn er í meltingarfærunum og samsetningu efnanna.

Megin ReglurViðbrögðum meltingarkerfisins er stjórnað með tiltölulega lítilli örvun: 1) teygjing á veggjunum með innihaldi líffæranna, 2) osmolarity innihaldsins, 3) súrleiki innihaldsins,og 4) styrkur einstakra orkuefna í innihaldinu (fitu, kolvetna og prótína). Þessir örvunarþættir virkja viðtaka sem staddir eru í vegg leiðslunnar (mechanireceptors, osmoreceptors og chemoreceptors) og vekja viðbrögð sem örva svar: frá vöðvalögunum í vegg leiðslunnar og exocrine kirtlanna sem seyta efnum inní leiðsluna.

74

TaugastjórnMeltingafærin hafa sitt eigið staðbundna taugakerfi, enteric taugakerfið, sem er á formi tvegjja tauganeta: myenteric plexus og submocal plexus. Þessar taugar mæta annað hvort öðrum taugum í plexusnum eða enda nálægt sléttum vöðvum, kirtlum og þekjufrumum. Taugavirkni í einum plexus hefur áhrif á hinn og öfugt, af því að axonar frá einum plexus synapsa og mæta taugum út hinum og öfugt og þannig hafa þeir áhrif hvorn annan. Myenteric plexusinn hefur áhrif á slétta vöðva virkni, en submucosal plexusinn hefur áhrif á seytunar virkni. Enteric taugakerfið inniheldur adrenergic og cholinergic taugar sem og taugar sem losa önnur taugaboðefni. Miðtaugakerfið getur líka haft áhrif á enteric taugakerfið:

Þannig að það eru til tvær týpur taugaviðbragðsboga: 1) stuttir bogar (short reflexes) frá viðtökum taugaplexusanna og til effector frumunnar og 2) langir bogar (long reflexes) frá viðtökum í meltingakerfinu og til MTK með leið afferent tauga og til baka til taugaplexusins og effector fruma með leið um autonomic taugaþræði.

HormónastjórnHormónunum sem stjórna meltingarkerfinu er seytt aðallega úr endocrine frumum sem staðsettar eru um alla þekjuna í maganum og smágirninu; þe þessar frumur eru ekki í þyrpingum í ákveðnum líffærum eins og td kalkkirtillinn. Við yfirborð endocrine frumnanna sem snúa útí holið þá valda ýmis efni í fæðunni því að fruman losar hormón frá andstæðri hlið frumunnar útí blóðið. Þannig að flest hormón í meltingarveginum ná til sinna markfrumna gegnum blóðrásina. Fjögur helstu efnin sem teljast til hormóna meltingafæranna eru secretin, cholecystokinin (CCK), gastrín, og glucose-dependent insulinotropic peptíð (GIP). Hvert þessara hormóna tekur þátt í feedback stjórnkerfi sem stjórnar einhverjum hlutum í meltingarfæraholinu og umhverfinu þar, og hvert þessara hormóna hefur áhrif á fleiri en eina markfrumu. Til dæmis með CCK: Nærvera fitusýra og amínósýra í smágirninu virkjar CCK seyti frá frumum í smágirninu og útí blóðið. CCK sem er að hringrása örvar þá seyti brissins á meltingarensímum. CCK veldur því líka að gallblaðran dregst saman, sem veldur losun á gallsöltum til garnarinnar til þess að mynda micellur. Eftir því sem fita og amínísýrur frásogast er örvunun fyrir CCK fjarlægð.

75

Fasar MeltingafærastjórnunarTauga og hormónastjórn meltingafæranna er skipt í þrjá megin fasa: cephalic, gastric, og intestinal, eftir því hvar örvunarsvæðið er. Cephalic fasinn byrjar þegar viðtakar í höfðinu eru örvaðir með sjón, lykt, bragði og tyggingu. Það er líka virkjað við ýmisleg tilfinningaleg viðbrögð. Fjórar tegundir örvara í maganum örva viðbrögðin sem mynda gastric fasann: teygjanleiki, sýrustig, amínósýrur, og peptíð sem myndast við niðurbrot prótína. Að lokum, er intestinal fasinn örvaður með viðtökum í intestinal tract: teygjanleika, sýrustigi, osmolarity, og ólíkum meltingar framleiðsluefnum. Athuga vel að þessir fasar draga nafn sitt af því hvaðan örvunin kemur, ekki hvar effector svarið kemur.

76

Munnur, Kok og VélindaðTyggingTyggingu er stjórnað með somatískum taugum til beinagrindavöðva í munni og kjálka. Einnig eru rythmískar tyggingahreyfingar virkjaðar við þrýsting frá mat við góma, hard palate við efri boga munnsins, og tunguna.

MunnvatnSeyti munnvatns er stjórnað með bæði sympatískum og parasympatískum tagum. Bæði kerfin örva myndun á munnvatni, þó parasympatíska geri það meira. Það er engin hormónastjórn í stjórn myndunar munnvatns. Það er cephalic fasi í seyti á munnvatni sem örvast við sjón og lykt af mat.

KyngingKynging er flókið viðbragðsferli sem fer í gang þegar þrýstingsnemar í veggjum koksins örvast við það þegar mat eða drykk er þrýst niður í aftari enda munnsins með tungunni. Þessir nemar senda afferent boð til swallowing centers í brainstem í MO. Þetta center nær svo fram kyngingu gegnum efferent þræði til vöðva í kokinu og vélinda, sem og öndunarvöðva. Boð frá swallowing centerinu hemja öndun, lyfta barkakýlinu og loka glottis sem varnar því að maturinn fari niður í barkann. Næsta skref á sér stað í vélindanu. Beinagrindavöðvar umlykja efri 1/3 hlutann af vélindanu en sléttir vöðvar neðri 2/3 hlutann. Vélindafasinn í kyngingunni byrjar með slökun á efri esophageal sphincter.

Um leið og maturinn er farinn framhjá lokast sphincterinn, glottis opnast

og öndunin hefst að nýju. Þegar maturinn er svo kominn í vélindað, þá færist hann niður, nær maganum með bylgjum vöðvasamdrátta sem halda áfram niður allt vélindað. Þeir draga saman vélindað og þrýsta matnum þannig niður í magann. Þetta kallast peristaltic waves. Lægri esophageal sphincter helst opin allan tímann sem kyngingin á sér stað, til þess að maturinn komist ofaní magann. Eftir að maturinn er farinn hjá lokast sphincterið. Þar sem bæði beinagrindavöðvar og sléttir vöðvar eru notaðir við kyngingu þá þarf swallowing centerið að beina efferent virkni í bæði somatískar taugar (beinagrindavöðvana) og autonomic taugar (sléttu vöðvana).

MaginnÞekjulagið sem myndar líníngu magans fer inní mucosuna og myndar marga kirtla. Kirtlar í þunnveggja efrihluta magans, body og fundus, seyta slími, hýdróklóríð sýru, og ensímforveranum pepsinógeni. Lægri hluti magans, antrum, hefur þykkra lag af sléttum vöðva. Kirtlarnir í þessum parti seyta lítilli sýru en innihalda endocrine frumur sem seyta hormóninu gastrín. Slími er seytt úr frumum við op kirtlanna. Við veggina eru parietal frumur, sem mynda og seyta saltsýru og intrinsic factor, og chief frumur sem seyta pepsínógeni.

77

Seyti á HClMaginn seytir um 2L af hydrocloric acid (saltsýru) á dag. Primari H+/K+ -ATPasi í luminal himnu parietal frumnanna pumpa vetnisjónum inní hol magans.

Eftir því sem vetnisjónum er seytt inní magaholið, er bíkarbónatjóum seytt frá andstæðum hluta frumunnar og inní blóðið, í skiptum við klórjónir. Aukið sýruseyti, sem er örvað af gastríni, histamíni, ach og somatostatini, er vegna flutnings á H+/K+ -ATPasa prótínunum frá himnu millifrumuæðanna til plasmahimnunnar með fusion á þessum æðum við himnuna, þannig eykst fjöldi pumpaðra prótína í plasma himnunni. Parietal frumuhimnur hafa viðtaka fyrir öll þessi fjögur efni. Somatostatín hemur sýruframleiðslu, en hin þrjú örva hana. Þessi efnaboð virka ekki aðeins beint á parietal frumurnar, heldur hafa þau líka áhrif á seyti hvers annars.Í cephalic fasanum, þá veldur aukin virkni parasympatísku tauganna til enteric taugakerfis magans því að losun verður á Ach frá plexus taugum, gastríni frá gastrín-losunarfrumum og histamíni frá ECL frumum. Þegar maturinn er kominn niður í magann þá veldur örvun frá gastric fasanum því að það eykst frekara seyti á þessum efnum. Vetnisjónir örva losun á sómatóstatíni frá endocrine frumum í magaveggnum. Somatostatín virkar þá á parietal frumurnar til þess að hemja sýruseyti; það hemur einnig losun á gastríni og histamíni. Niðurstaðan er negative active feedback stjórn á sýruseyti; eftir því sem innihald magaholsins verður súrara, þá minnkar örvarinn sem veldur sýrulosun. Nú er komið að intestinal fasanum. Örvun í fyrsta hluta smágirnisins hefur áhrif á sýrusetyi í maganum. Hátt sýrustig í duodenum vekur viðbrögð sem hemja sýruseyti í maganum. Sýra, hyperton lausnir, lausnir sem innihalda amínósýrur, og fitusýrur í smágirninu hemja sýruseyti í maganum.

Seyti á PepsíniPepsíni er seytt úr chief frumum á formi ensímforvera sem kallast pepsínógen. Lágt pH í magaholinu veldur umbreytingu á pepsínógeni í pepsín. Og þegar pepsínið hefur myndast, þá getur það örvað enn frekari umbreytingu á fleiri pepsínógenum í pepsín.

Pepsínógen seyti er til jafns við sýruseyti.

78

Hreyfingar MagansEins og í vélindanu, þá myndar maginn peristaltic waves þegar matur kemur í magann. Hver bylgja byrjar í body magans og heldur áfram til antrum hans. Eftir því sem bylgjan færist nær stærri vöðvamassa í veggjum magans verður samdrátturinn í bylgljunum meiri, sem bæði blandar saman innihaldinu og lokar pyloric sphincter. Þetta veldur því að bara smámagn af innihaldinu fer niður í duodenum í einu og mest af innihaldinu sem eftir er í maganum fer aftur til baka og blandast betur. Hvað veldur þessum bylgjum í maganum? Tíðni þeirra er komin til vegna pacemaker fruma í langsum-slétta vöðva laginu. Samdráttarbylgjur í maga stafa af hægfara afskautunum í sléttum vöðvafrumum sem af og til ná þröskuldi þannig að boðspennur myndast.

Gastrín til dæmis hefur líka áhrif á samdráttinn, það er að hár styrkur gastríns eykur samdráttakraft sléttra vöðva í antrum. Eftir stóra máltíð losnar meira magn inní duodenum í einu. En tæmingin er líka hamin með miklu magni fyrir í duodenum, eða nærveru fitu, hás sýrustigs, eða hyperton lausnum í holi duodenum. Þessir sömu þættir hemja sýru og pepsínseyti í maganum. Aukin parasympatísk virkni eykur magahreyfingar en aukin sympatísk virkni minnkar magahreyfingar. Þegar sýra og næringarefni koma niður í mjógirni vakna boð sem hægja á hreyfingum og seyti í maga. Þetta eru bæði taugaboð og hormónar sem nefnast enterogastron. Þessi bremsa tryggir hæfilegan tíma til meltingar og upptöku næringarefna í mjógirni.

79

Seyti frá BrisinuExocrine hluti brissins seytir bíkarbónat jónum og fjölda meltingarensíma inní rásir sem sameinast í pancreatic duct, sem sameinast svo inní common bile duct frá lifrinni réttáður en hún fer inní duodenum. Ensímunum er seytt frá kirtlafrumum við brisenda á ductkerfinu, en bíkarbónatjónum er seytt frá þekjufrumum sem liggja við yfirborða ductanna(rásanna). Seyti bíkarbónat jónanna er svipað og saltsýrunnar í maganum. Ensímin sem seytt er frá brisinu melta fitu, fjölsykrur, prótein og nucleic acids yfir í fitusýrur, sykrur, amínósýrur og nucleotides.

Protelolytic ensímin er seytt á forvera formi, og eru svo virkjuð í duodenum með öðrum ensímum. Ef meltingarensím væru framleidd á virku formi er hætt við að þau myndu melta frumur sem mynda þau. Því myndast óvirkir forverar (trypsinogen) sem virkjast og verður virkt (trypsin sem virkjar fjöldan allan af öðrum forverum) en aðeins eftir að þeir eru komnir á “réttan” stað.

Lykilskref í þessari virkjun er stjórnað af enterokinasa, sem er bundið luminal plasmahimnu þekjufrumnanna. Ópróteólísku ensímin (amylasi og lípasi td) er seytt úr brisinu á fullvirku formi. Seyti frá brisinu eykst í máltíð, aðallega vegna örvunar frá hormónunum sekretíni og CCK. Sekretín er megin örvari fyrir seyti bíkarbónat jóna, en CCK örvar seyti ensíma. Þegar súrt magainnihald kemur niður í skeifugörn örvar það losun sekretíns Sekretín er hormón. Viðtakar sekretíns eru í brisi þar sem sekretín örvar losun á vökva með háum styrk bikarbónats. Sekretín viðtakar eru einnig í maga og þar virkar sekretín sem “enterogastron” þ.e.a.s. letur bæði hreyfingar og seyti í maga.

80

Amínósýrur og fitusýrur í þarmainnihaldi örva seyti hormónsins kólesýstókínins (CCK). Viðtakar fyrir CCK er í brisi. Örvun þeirra eykur seyti ensíma. Einnig eru viðtakar í gallblöðru og veldur örvun þeirra samdrætti og losun galls út í gallgang um leið og slaknar á “sphincter of Oddi” og gall flæðir út í skeifugörn. CCK hægir á hreyfingum og seyti í maga (enterogastrone).

Lifrarstarfsemi og Seyti GallsGalli er seytt úr lifrarfrumum inní margar smáar rásir sem kallast bile canaliculi, sem sameinast til þess að mynda common hepatic duct. Gall samanstendur aðallega af eftirtöldum þáttum: gallsöltum, lecithini, bíkarbónat jónum, kólesteróli, galllitarefnum og snefilefnum. Gallsölt og lecitín eru synthesized í lifur og hjálpa til við að uppleysa fitu í smágirninu. Bíkarbónat jónir hlutleysa sýru í duodenum. Frá sjónarhóli meltingarkerfisins er mikilvægasta efnið í galli, gallsöltin. Þegar melting fitu á sér stað, þá eru mest af þeim gallsöltum sem fara í garnirnar með galli frásoguð í seinasta hluta smágirnisins (ileum) og fara aftur til lifrarinnar þar sem þau eru endurunnin og hægt er að nota þau aftur við fitumeltingu.

Bile pigments (gallhlutar) eru efni sem mynduð eru frá hem hluta hemoglobíns þegar gömul eða skemmd RBK eru melt í miltanu og lifrinni. Aðal gallhlutinn kallast bilirubin, sem er upptekið úr blóðinu með lifrarfrumum og breytt á virkan hátt aftur í gall.

81

Gallið er geymt í gallblöðrunni og síðan tæmt út í þarminn þegar CCK örvar samdrætti í gallblöðrunni. CCK örvar gallblöðru og veldur samdrætti og losun galls út í gallgang um leið og slaknar á “sphincter of Oddi” og gall flæðir út í skeifugörn.

SmágirniðSeytiHelstu efnunum sem er seytt í smágirninu eru natríum, klór og bíkarbónatjónir sem er seytt inní holi garnanna ásamt vatni sem fylgir vegna osmósu. Klór er sú jón sem ákvarðar að mestu leiti magn vökvaseytis.

FrásogVenjulega þá er allur vökvi, sem seytt hefur veri í smágirnið, frásogaður aftur inní blóðið. Þessu frásogi er náð með flutningu jóna, aðallega natríum, frá innra holinu og útí blóðið, og vatn fylgir með osmósu.

HreyfingarAlgengasta hreyfingin í smágirninu þegar melting á sér stað er stöðugur samdráttur og slökun garnahlutanna, með smávægilegri hreyfingu nær digurgirninu. Algengustu hreyfingar í mjógirni eru blöndunarhreyfingar þar sem skiptist á samdráttur og slökun á hverjum stað. Bylgjuhreyfingar (Migrating myoelectric motility =MMC) sem færa innihald þarma niður eftir þarminum eru fátíðari. Þær hefjast við örvun motílíns sem er hormón sem losað er frá meltingarvegi. Losun þessa hormóns hamlast við át. Þessi hreyfing, samdráttur og slökun, kallast segmentation, og hún framkallar aðskilnað og sambland á innihaldinu, og blandar því þessu öllu saman og veldur því að allt innihaldið snertir vegg garnanna. Ákafi segmentation er breytilegur og geta hormónar, enteric taugakerfið, og autonomic taugar haft þar áhrif á. Parasympatísk virkni eykur kraft samdráttar, en sympatísk virkni dregur úr honum.

Digurgirnið/RistillÍ ristli er virk upptaka á Na+ og Cl- fylgir. Í tengslum við þann flutning er osmótisk upptaka vatns. K+ og HCO3- er seytt út í ristil. Örverur mynda K vítamín og fitusýrur úr kolvetnum. Hlutar ristilsins skortir ensím og inniheldur því helst slím og vökva sem innihalda bíkarbónat og kalíumjónir. Aðalhlutverk þess er að geyma og styrkja hægðir fyrir hægðalosun. Aðal frásogsferillinn í ristlinum er virkur flutningur á natríumi frá holi ristils og til blóðs, með osmótísku frásogi á vatni í leiðinni.

82

Hreyfingar og HægðalosunSamdráttur hringlaga sléttra vöðva í ristlinum er hreyfing sem gerist hægt, á 30mín fresti. En þrisvar til fjórum sinnum á dag, gjarnan á eftir máltíð, fer bylgja kröftugs samdráttar, mass movement, yfir þverristilinn í átt að rectum. Parasympatísk input auka segmental samdrátt, en sympatísk input draga úr samdrátti í ristlinum.

16. kafli – A: Stjórn og Stýring Kolvetnis-, Prótein-, og Fituefnaskipta

Atburðir Absorbtive og Postabsorbtive FasaAbsorbtive fasinn er þegar næringarefni eru að fara inní blóðið frá meltingarveginum. Hann varir í allt að 4 klst eftir matinn. Postabsorbtive fasinn er þegar meltingarvegurinn er tómur af næringarefnum og orkan þarf að koma úr geymslum líkamans. Í absorbtive fasanum eru eitthvað af næringarefnunum notað strax, en restin er færð í sk geymslur í líkamanum til þess að hægt sé að nota það þegar næsti postabsorbtive fasi kemur.

Absorbtive FasinnVið gerum ráð fyrir því að allar máltíðir innihaldi eitthvað úr öllum þrem flokkum næringarefna, kolvetni, fitu og prótín. Kolvetni og prótín frásogast aðallega sem einsykrur og amínósýrur inní blóðrásina frá meltingarfærunum. Blóðið fer svo beint frá meltingarfærunum og til lifrarinnar með hepatic portal vein. Þetta gerir lifrinni kleift að breyta næringarefnastyrk í blóðinu áður en það fer til hjartans og þaðan útum allan líkamann. Fita er afturámóti frásoguð í sogæðavökvann sem þríglýseríð í chylomícronum. Sogæðavökvinn drenerast svo inní megin bláæða kerfið. Þannig að lifrin getur ekki breytt styrk frásogaðrar fitu áðuren hún kemst til vefjanna.

Frásoguð KolvetniEitthvað af kolvetnunum sem frásogast frá meltingarveginum eru galactósi og frúktósi, en þar sem þessum efnum er breytt í glúkósa eða fara sömu leið og hann þá tölum við bara um glúkósa. Glúkósi er aðal orkugjafi líkamans í absorbtive fasanum. Mikið af frásogaða glúkósanum fer inní frumur og er brotinn niður í koldíoxíð og vatn, sem veitir orku til ATP myndunar. Beinagrindavöðvar brjóta ekki bara niður glúkósa í absorbtive fasanum, heldur breyta þeir líka eitthvað af glúkósanum í fjölsykruna glýkógen, sem er svo geymt í vöðvunum. Fituvefur (adipose tissue) brýtur líka niður glúkósa til orkunotkunar, en mikilvægustu örlög glúkósa í fituvefnum í absorbtive fasanum er umbreyting hans í fitu (triglyseríð). Annar stór partur frásogaðs glúkósa fer inní lifrarfrumur. Þetta er mjög mikilvægur punktur: Í absorbtive fasanum, er “net” upptaka á glúkósa í lifrinni. Það er annað hvort geymt sem glykógen eins og í beinagrindavöðvum, eða umbreytt í a-glyceról fofat og fitusýrur, sem er svo notað til þess að mynda tríglýseríð eins og í fituvef. Eitthvað af fitunni sem er mynduð úr glúkósanum í lifrinni verður eftir þar, en flestu er pakkað í lípóprótín (VLDL) og fara þannig útí blóðið. Til að taka þetta saman þá eru aðalörlög glúkósa í absorbtive fasanum þau að hann er notaður sem orka, geymdur sem glýkógen í lifur og beinagrindavöðvum og geymdur sem fita í fituvef.

83

Frásoguð TríglýseríðFrásoguð chylomicrons fara inní sogæðavökvann og þaðan inní blóðið. Fitusýrurnar í plasma chylómicrona eru svo losaðar, aðallega innan veggja háræða í fituvefnum með virkni þekjulípóprótein lípasa. Losuðu fitusýrurnar fara svo inní adipocytes (fituvefsfrumur) og sameinast a-glyceról fosfati til þess að mynda tríglýseríð. Adipocytres hafa þó ekki ensímið sem þarf fyrir þessa forsóríleringu glýseróls, þannig að a-glýseról fosfat getur aðeins orðið til í þessum frumum úr niðurbrotsefnum glúkósa, og ekki úr glýseróli eða öðrum niðurbrotsefnum fitu. En það eru hins vegar þrjár megin uppsprettur fitusýra í fituvef trígelýseríða: 1) glúkósi sem kemur inní fituvefinn og er breytt í fitusýrur, 2) glúkósi sem er breytt í VLDL tríglýseríð í lifrinni, sem er svo flutt gegnum blóðið til fituvefja, og 3) melt tríglýseríð sem er flutt til fituvefja í chylomicronum. Uppsprettur nr 2 og 3 þurfa lipoprótein lípasa til þess að leysa fitusýrurnar úr tríglýseríðunum.

Frásogaðar AmínósýrurSumar frásogaðar amínósýrur fara til lifrarfrumna. Þær eru notaðar til þess að nýmynda mörg prótín, eins og lifrarensím og plasmaprótín, eða að þeim er breytt í kolvetna-líka milliliði sem kallas a-ketoacids með því að fjarlægja amínóhópinn. En mest af frásoguðum amínósýrum er ekki teknar upp með lifrarfrumum, heldur fara þær inní aðrar frumur þar sem hægt er að nota þær til þess að nýmynda prótín. Allar frumur þurfa á prótíni að halda, en vöðvafrumur eru þar í langstærstu hlutverki. Nýmyndun prótína: Það er “net” nýmydun á prótíni í absorbtive fasanum, en það er aðallega bara það sem kemur í staðinn fyrir það prótín sem brotið var niður í postabsorbtive fasanum. Möo: ofgnótt amínósýra er ekki geymt sem prótein eins og glúkósi er geymdur sem glýcogen, heldur er frásoguðum amínósýrum í of miklu magni breytt í kolvetni eða fitu.

84

Postabsorbtive Fasinn

Þegar absorbtive fasinn endar þá hættir “net” nýmyndun eða endurmyndun á glycogeni, fitu og próteini og “net” niðurbrot þessara efna fer að eiga sér stað. Aðalmálið er: Enginn glúkósi er frásogaður úr meltingarveginum, en samt þaðrf að halda plasmastyrk glúkósa í jafnvægi vegna þess að heilinn notar bara glúkósa til orku. Atburðirnir sem viðhalda styrk glúkósa í plasma falla í tvo flokka: 1) viðbrögð sem veita uppsprettu glúkósa í blóði og 2) notkun fitu í frumum til orku, og þannig spara glúkósann.

Uppspretta Glúkósa í Blóði1) Glycogenolysis (glýkógensundrun): þetta er í raun vatnsrof glýkógen byrgða, þetta gerist í lifur og beinagrindavöðvum. Í lifrinni er glúkósi myndaður svona og fer útí blóðið. Magn glúkósa frá þessari uppsprettu getur bara veitt líkamanum orku í nokkra klukkutíma þangað til lifrarglýkógenið er uppurið. Í beinagrinavöðvum þá vantar ensímið til þess að mynda glúkósann þannig að glúkósa-6-fosfatið gengst undir glýkólýsu til þess að mynda pýruvat og laktat. Þessi efni fara svo útí blóðið, þaðan til lifrarinnar og er breytt í glúkósa í lifrinni, þaðan sem hann fer útí blóðið. 2) Niðurbrot tríglýseríða í fituvef gefur af sér glýseról og fitusýrur, þetta ferli kallast lypolysis. Glýserólið og fitusýrurnar fara svo útí blóðið með diffusion. Glýserólið sem kemst til lifrarinnar er þar breytt í glúkósa. 3) Eftir nokkrar klst í postabsorbtive fasanum þá verður prótein aðaluppspretta glúkósa í blóðinu. Mikið magn af prótíni í vöðvunum og öðrum vefjum er niðurbrotið án mikilla frumuskemmda. Próteinniðurbrotið myndar amínósýrur og er alaníne þeirra mikilvægust. Þessar amínósýrur í blóðinu fara til lifrar þar sem þeim er breytt gegnum a-ketoacid leiðina í glúkósa.

85

Spörun á Glúkósa (Notkun á Fitu)Nýmyndun glúkósa (glukoneogenesis) getur ekki veitt líkamanum alla þá orku sem hann þarf á að halda. Eftirfarandi lýsingar eiga sér stað þegar absorbtive fasinn breytist yfir í postabsorbtive fasann. Flest líffæri og vefir minnka niðurbrot á glúkósa og auka notkun á fitu, þangað til að hið síðara verður aðaluppistaðan í orkuveitingu. Þessi efnaskipta aðlögun kallast glucose sparing, spara glúkósann sem er framleiddur í lifrinni til þess að hann nýtist taugakerfinu. Aðalskrefið í þessari aðlögun er lipolysis, þeas niðurbrot fituvefs tríglýseríða, sem frelsar glýseról og fitusýrur útí blóðið. Glýserólið fer til lifrar og breytist í glúkósa. En fitusýrurnar sem hringsóla í blóðinu eru teknar upp og “meltar” í næstum öllum vefjum, nema taugakrefinu. Þær veita orku á tvennan hátt: 1) Fyrst gangast þær undir beta-oxun til þess að gefa frá sér vetnisjónir og acetýl CoA; og 2) acetýl CoAð fer inní Krebs hringinn og er niðurbrotið í koldíoxíð og vatn. Lifrin er hinsvegar einstök, vegna þess að mest af því acetýl-Coa sem hún framleiðir frá fitusýrum í postabsorbtive fasanum fer ekki inní Krebs heldur er myndar úr því efni sem kallast ketónar. Ketónar eru losaðir útí blóðið og veita mikilvæga uppsprettu orku í langri föstu fyrir marga vefi, einni heilann. “Net” niðurstaða fitusýra og ketón notkunar í föstu er útvegun orku fyrir líkaman og vera að spara glúkósann fyrir heilann. En heilinn getur notað ketóna sem orku, og hann gerir það meira eftir því sem ketónar safnast upp í blóðinu á fyrstu stigum föstu. Survival-gildi þessa fyrirbæris er einstakt: Þegar heilinn minnkar glúkósanotkun sína með því að nota ketóna, þá þarf minna niðubrot á prótínum til að veita amínósýrur í gluconeogenesis. Þá nýtast prótínbyrðirnar lengur, og hæfileikinn til þess að þola föstuna lengur án mikilla vefjaskemmda eykst.

Innkirtla og Taugastjórn í Absorbtive og Postabsorbtive fasaEinbeitum okkur að þrem spurningum: (1) Hvað stjórnar “net” uppbyggingu á próteini, glykogegni og tríglyseríðum í absorbtive fasanum, og “net”niðurbroti í postabsorbtive fasanum? (2) Hvað hvetur aðallega glúkósanotkun í frumum til orkunotkunar í absorbtive fasanum, en fitunotkun í postabsorbtive fasanum? (3) Hvað hvetur “net” upptöku á glúkósa í lifrinni í absorbtive fasanum, en gluconeogenesis og losun glúkósa í postabsorbtive fasanum?Mikilvægustu stjórnefni þessara ferla, frá veislu til föstu, og öfugt, eru tvö hormón sem myndast í brisinu – insúlín og glúkakon. Þetta eru peptíð hormón sem er seytt frá Langerhaneyjum í brisinu. Beta-frumur eru uppspretta insulíns og alfa-frumur eru uppspretta glúkagons.

InsúlínInsúlín er mikilvægasti stjórnandinn í lífrænum efnaskiptum. Seyti þess, og plasmastyrkur, eykst í absorbtive fasa og minnkar í postabsorbtive fasa. Aukinn plasmastyrkur insúlíns er aðalorsök atburða í absorbtive fasanum, og minnkaður plasmastyrkur insúlíns er aðalorsök atburða í postabsorbtive fasanum. Eins og öll peptíð hormón þá hvetur insúlín virkni sína með því að bindast sérstökum viðtökum á plasmahimnu markfrumunnar. Bindingin triggerar merkisferli sem hefur áhrif á flutningsprótín plasmahimnunnar og ensím innan í markfrumunnu. Insúlín vekur loka svar hjá markfrumum sínum og hefur mismunandi áhrif á mismunandi frumur með mörgum aðferðum. Til dæmis hjá vövðafrumu: Í þessum frumum þá örvar insúlín glýkógenframleiðslu og geymslum með því að: 1) auka flutning á glúkósa inní frumuna, 2) örva lykilensímið (glykogen synthase) sem brýtur niður hömlunarskrefið í nýmyndun glýkogens og 3) hemur lykilensímið (glykogen fosfórílasa) sem eyðileggur niðurbrot glýkógens.

86

a) er absorbtive fasinn, hár styrkur insúlíns og uppbygging forðab) er postabsorbtive fasinn, lágur styrkur insúlíns og niðurbrot forða.

Stjórn á Seyti InsúlínsAðalþátturinn sem stjórnar seyti á insúlíni er styrkur glúkósa í blóðinu. Eftir máltíð, þá eykst seyti á insúlíni vegna hækkaðst styrk glúkósa í plasma. Insúlínið örvar inngang glúkósa inní vöðva og fituvef, sem og “net upptöku” á glúkósa í lifur. Þessir þættir lækka að lokum styrk glúkósa í blóðinu niður í eins og það var fyrir máltíðina, og fjarlægir þar með örvarann fyrir insúlínseyti, sem fer aftur í sitt fyrra horf. Nokkrir aðrir þættir örva insúlín seyti, til dæmis: aukinn styrkur á amínósýrum hvetur insúlín seyti, hormónið GIP sem er seytt í meltingarveginum sem svar við áti það örvar insúlínlosun, autonómu taugar í Langerhanseyjum hafa líka áhrif á insúlínseyti. Nokkrir þættir standa gegn virkni insúlíns á einn eða annan hátt: glúkagon, epinephrine, sympatískir taugaþræðir, kortisól og vaxtarhormón.

Alvarlegar Raskanir á Seyti InsúlínsLítið seyti eða lítil örvun insúlínviðtaka veldur breytingum í efnaskiptum. Fitubruni eykst og um leið myndun súrra ketóna sem leitt getur til metabólskrar acidósu. Aukin þvaglát vegna sykurs og ketóna í þvagi (hyperglycemia-induced diuresis) getur leitt til minnkaðs blóðmagns sem leiðir til lækkaðs blóð-þrýstings og tregu blóðflæði til heila.

87

GlúkagonAðal lífeðlisfræðilegu áhrif glúkagons eru í lifrinni og standa á móti áhrifa insúlíns. Þannig að glúkagon: (1) eykur niðurbrot glýkógens, (2) eykur glukoneogenesis (nýmyndun glúkósa), og (3) eykur nýmyndun ketóna. Heildar niðurstaða virkni glúkagons er að auka plasmastyrk glúkósa og ketóna, sem eru mikilvægir í postabsorbtive fasanum. Glúkagonseyti eykst í postabsorbtive fasanum og langvarandi föstu. Aðalhvatinn að seyti glúkagons eru hypoglysemía, eða lágur blóðsykur. Lækkaður styrkur á plasma glúkósa hvetur aukna losun á glúkagoni, sem með áhrifum sínum á efnaskipti, vinnur að því að koma blóðsykrinum í eðlilegt horf með glycogenolysis og gluconeogenesis á meðan á sama tíma glúkagonið eru að veita fitusýrur og ketóna fyrir notkun frumna. Í postabsorbtive fasanum er styrkur insúlíns í plasma lágt og styrkur glúkagons í plasma hátt. Og þetta ástand er nær algjörlega til staðar þegar absorbtive fasinn breytist yfir í postabsorbtive fasann. Aðrir þættir stjórna líka seyti glúkagons: sympatískar taugar til Langerhandeyja örva seyti glúkagons, og hafa öfug áhrif á seyti insúlíns.

Epinephrine og Sympatískar Taugar til Lifrar og FituvefjaEpinephrine og sympatískar taugar til eyja brissins hemja insúlínseyti og örva glúkagonseyti.Aðal beinu áhrif epinephrines eru örvun á (1) glycogenolysis í bæði lifur og beinagrindavöðvum, (2) gluconeogenesis í lifrinni, og (3) lypolysis í fituvefjum. Virkjun sympatísu tauganna til lifrar og fituvefja vekja nákvæmlega sömu viðbrögð í þessum líffærum eins og epinephrine. Í fituvefjum þá örvar epinephrine virkni ensíms sem kallast HSL, og þegar það er virkjað þá veldur það niðurbroti á triglyseríðum í fríar fitusýrur og glýseról. Þetta tvennt er svo losað útí blóðið, þar sem þetta þjónar beint sem orka (fitusýrur) eða sem gluconeogenic forveri (glyceról). Insúlín hemur virkni HSL í absorbtive fasa. Aukin sympatísk virkni veldur áhrifum á lífræn efnaskipti með því að auka plasmastyrk glúkósa, glýseróls og fitusýra, sem er öfugt við áhrif insúlíns. Þegar styrkur glúkósa í plasma lækkar, þá vekja glúkósaviðtakar í CNS viðbrögð sem leiða til aukinnar virkni sympatísku leiðanna til adrenal medulla, lifrar og fituvefs: þá fer glúkósamagnið í blóðinu aftur í rétt far, og fitusýrur fást til notkunar í frumum.

88

Cortisól

Glúkókortíkóiðum er seytt frá nýrnahettuberki. Kortísól, sem er einn þessara glúkókortíkóiða, viðheldur styrk blóðsykurs í föstufasa. Gerir jafnframt fitusýrur aðgengilegar til orkuefnaskipta.

VaxtarhormónAðal lífeðlisfræðilegu áhrif vaxtarhormóna er til að örva bæði vöxt og uppbyggingu prótína. Vaxtarhormón (GH) stuðlar að viðhaldi styrks blósykurs í föstufasa. Einnig hafa þau áhrif á fitubruna. Vaxtarhormón: (1) ganga frá fituvefsfrumum til að þær verði meira tilbúnar fyrir lipilytiska örvun, (2) auka glukoneogenesis í lifrinni og (3) minnka getu insúlíns til þess að valda upptöku á glúkósa í vöðvum og fituvef. Þessir þrír þættir eru oft kallaðir anti-insúlin áhrif vaxtahormóna.

Samantekt um Hormóna StjórnHægt er að líta á insúlín sem hormónið sem gerir mjög margt. Seyti þess og plasmastyrkur eykst í absorbtive fasanum og minnkar í postabsorbtive fasanum. Glúkagon og sympatíska taugakerfið spilar stórt hlutverk til að koma í veg fyrir hypoglycemíu.

89

Homeostasis Orku við Áreynslu og Stress-ástandVið áreynslu þá þarf mikla orku til þess að vöðvarnir geti unnið sína vinnu. Þessi orka er td plasma glúkósi og fitusýrur, sem og glýkógenið sem er til staðar í vöðvunum. Hvað verður um styrk glúkósa í plasma við áreynslu?

Breytingarnar eru litlar til skamms tíma. En við langa áreynslu, meira en 90mín, þá lækkar plasma glúkósastyrkur, en bara um eitthvað smá, minna en 25%. Insúlín seyti minnkar og glúkagonseyti eykst. Og þessi tvö hormóns stjórna mestu við áreynslu. Hvað veldur aukinni glúkagonseytun og minni insúlínseytun við áreynslu?Eitt merki er hin litla lækkun á plasma glúkósa. Þetta er sama merki og stjórnar seyti þessara hormóna við langa föstu. Önnur merki eru td aukið epinephrine sem hringsólar í blóðinu og aukin virkni sympatískra tauga til eyjanna í brisinu. Það er eitt atriði sem er mjög ólíkt við áreynslu vs föstu. Það er að glúkósa upptaka og notkun vöðvanna eykst í áreynslu en minnkar mikið í föstu.

16. kafli – B:Stýring á Heildar Orkujafnvægi Líkamans og Hitastjórn

Grunnhugtök OrkunotkunarEfnaskiptahraðiHugtakið kílókaloría er notað fyrir orku í efnaskiptum, en það er sá hiti sem þarf til að hita einn lítra af vatni um eina gráðu. Algengasta aðferðin við að meta efnaskiptahraða er kallað BMR – basal metabolic rate – en það er mælt hjá manneskju í hvíld, við þægilegt hitastig og hún má ekki hafa borðað í 12 klst. En þetta er erfitt að mæla af því að margir þættir hafa áhrif á BMR, eins og td aldur, kyn, hæð, þyngd, vöxtur, líkamshiti, sýking, vöðvavirkni, tilfinningaástand og fleira.

Skjaldkirtilhormón (TH)Skjaldkirtilhormón(TH) eru mikilvægustu ákvarðar BMR, mikilvægari en aldur, hæð og þyngd. TH auka súrefnisnotkun og hitaframleiðslu flestra vefja líkamans, nema heilans. Hæfileikinn til þess að auka BMR er kallað calorigenic effect. Langtíma ofgnótt TH, eins og í fólki með ofvirkan skjaldkirtil, hvetur viðbrögð aukaleg calorigenic effect.

90

En jafnvel þótt að ofvirkni í skjaldkirtli auki inntöku á fæðu þá getur einstaklingurinn samt þjáðst af vítamínskorti. Seyti TH er örvað með anterior pituituary hormón thyroid-stimulating hormón (TSH), sem er örvað af hypophysiotropic hormóni, tyrotropin-releasing hormón (TRH). En það sem er óvenjulegt við þetta hormónakerfi að það er enginn þekktur hvati sem virkjar negatíft feedback á hvatann.

EpinephrineEpinephrine er annað hormón sem beitir calorigenic effect. Virknin getur verið tengd örvun epinephrins á niðurbrot glýcógens og tríglýseríðs, þar sem ATP klofnun og frelsun orku verða í bæði niðurbroti og resynthesis á þessum mólikúlum. Þannig að þegar seyti á epinephrine frá adrenal medulla er örvað, þá eykst efnaskiptahraðinn.

Fæðu-hvött HitamyndunInntaka fæðu eykur efnaskiptahraðann um 10-20% í nokkrar klst eftir át. Þetta kallast food-induced thermogenesis. Innbyrgt prótein framleiðir mestu áhrifin, en kolvetni og fita minna.

VöðvastarfsemiÞátturinn sem eykur efnaskiptahraða mest er breyting á virkni beinagrindavöðva.

Stýring á Heildarorkubyrgðum LíkamansUndir venjulegum kringumstæðum á líkamsþyngd einstaklinga að haldast tiltölulega stöðug. Heildar orkunotkun (efnaskiptahraði) verður að vera jöfn heildar orkuinntöku. Þegar innbyrgð orka er ólík summunni á innri hitaframleiðslu og ytri vinnu, þá verður breyting í orkugeymslu; það er, heildar orkubyrgði líkamans eykst eða minnkar. Venjulega, þá er orkugeymslan á formi fitu í fituvefnum.

91

Stjórn á FæðuinntökuBreytan sem er verið að stjórna og reyna að halda frekar stöðugri í þessu kerfi er heildar orkuforði líkamans, eða heildar fitan sem er í geymslu. Nauðsinlegur þáttur í þessari stjórn er hormónið leptín, sem er nýmyndað í fituvefjafrumunum sjálfum, og losað frá frumunum í skammti sem passar fitunni í fituvefnum. Þetta hormón virkar á hypothalamusinn þannig að matarinntekt minnkar.Leptín örvar líka efnaskiptahraða, og spilar þannig mjög líklega mikilvægt hlutverk í breytingum í orkunotkun sem gerist í ofáti og vanáti.

Leptín getur líka haft önnur áhrif á hypothalamusinn og anterior pituituary. Til dæmis í langri föstu, þá er merkt lækkun á seyti kynstera og TH, og aukin seytun á adrenal glucocorticoids. Þessi aðlögun meikar sense þegar við hugsum um að fjölgun er orkufrekt ferli. Leptín er mikilvægt fyrir langtíma stjórn kaloríu inntöku til orkunotkunar. Að auki er talið að mörg önnur merki hafi áhrif á hypothalamusinn og önnur svæði í heilanum til að stjórna lengd máltíða og tíðni þeirra. Þetta kallast satiety signals. Insúlín, sem hækkar við fæðuinntöku, virkar sem satiety signal, hækkun líkamshita virkar sem satiety signal. En aðalvirkni leptíns er að auka efnaskiptahraða.

Ofþyngd og OffitaOfþyngd er BMI hærra en 25, en offita er BMI hærra en 30. Eplavöxtur er í meiri hættu á að fá sykursýki, hjartasjúkdóma og æðasjúkdóma en peruvöxtur.

92

Stýring á LíkamshitaViðhald á tiltölulega háum líkamshita, um 37°C, krefst mjög reglulegra mekanisma, þar sem meiri hækkun á hita veldur taugaskemmdum og denaturation próteina. Líkamshiti er lægstur á nóttunni og hæstur um miðjann daginn. Viðhald líkamshita í stöðugu ástandi þýðir að hitaframleiðsla verður að vera sú sama og hitatap.

Mekanismar Hitataps og HitaávinningsYfirborð líkamans getur losað sig við hita til ytra umhverfis með radiation (geislun), conduction (leiðni), convection (streymi), og evaporation (uppgufun). Fyrstu þrjú atriðin, geislun, leiðni og streymi leiða helst til hitaávinnings, ekki hitataps. Radiation (geislun) er ferli þar sem að yfirborð allra hluta sendir frá sér hita á formi rafsegulbylgja. Þannig að ef að yfirborð líkamans er heitara en annað yfirborð í umhverfinu, þá tapast hiti frá líkamanum. Conduction (leiðni) er ávinningur eða tap á hita með flutningi á hitaorku milli árekstra mólikúla. Yfirborð líkamans tapar eða ávinnur sér hita með leiðni gegnum beina snertingu við heitari eða kaldari efni, þar með talið loft og vatn. Convection (streymi) er ferli þar sem streymi hitataps eða ávinnings er stjórnað með hreyfingu lofts eða vatns næst líkamanum. Til dæmis ef að loftið næst líkamanum sem er hitað með streymi fer í burtu og það ber með sér hita frá líkamanum. Evaporation (uppgufun) á vatni frá húðinni og himnunum í öndunarfærunum. Til dæmis þegar vatn gufar upp af yfirborði líkamans, þá leiðir hitinn sem þarf til að hvetja ferlið frá líkamanum og kælir hann þannig.

Hita-Stýringar ViðbrögðJafnvæginu milli hitaframleiðslu og hitataps er alltaf verið að trufla, annað hvort með breytingu á efnaskiptahraða (með áreynslu) eða með breytingu á ytra umhverfinu (lofthita) til þess að valda hitatapi eða hitaávinningi. Breytingarnar eru skynjaðar með thermoreceptorum. Þessir receptorar hvetja viðbrögð sem breyta outputti nokkra effectora til þess að hitaframleiðsla og/eða hitatap breytist og líkamshiti kemst aftur í venjulegt horf. Það eru tvær tegundir af thermoreceptorum: (1) peripheral thermoreceptors í húðinni, og (2) central thermoreceptorar sem eru djúpt í líkamanum, í kviðarholslíffærum og hypothalamus. Og það eru core body temperature sem þarf að halda nokku stöðugum þá veita central receptorarnir mikilvægt negatíft feedback til reflexanna.

Stjórn HitaframleiðsluBreytingar í vöðvastarfsemi stýra hitaframleiðslu til þess að halda hitastjórninni stöðugri. Fyrtsa vöðvabreytingin í viðbragðinu við lækkuðum core líkamshitann eru auknar hreyfingar beinagrindavöðva. Þetta getur leitt til skjálfta. Skjálfti er ósamhæfður samdráttur hreyfieininga vöðvans og antagonista-vöðva. ATP niðurbrot verður með hita sem hliðarframleiðslu.Öfugt gerist sem viðbragð við hækkuðum core líkamshita þá minnka hreyfingar beinagrindavöðva. Vöðvasamdráttur er ekki eina viðbragðið sem verður við lækkaðan líkamshita. Efnaskiptahraði eykst, ekki vegna skjálfta, og er það kallað non-shiverin thermogenesis. Þetta gerist vegna aukins seyti epinephrins frá adrenal medulla og aukinni sympatískri virkni til fituvefja. Þetta er þó lítið til staðar í fullorðnum einstaklingum.

93

Stjórn Hitataps með Radiation og ConductionHúðin virkar sem einangrari með því að breyta blóðflæði til og frá sér. Því meira blóð sem fer til húðarinnar frá kjarnanum, því nær er húðhitinn kjarnahitanum. Æðunum sem stjórna þessu er stjórnað með vasoconstrictor sympatískum taugum, sem eru örvaðar sem viðbragð við kulda og hemjaðar sem viðbragð við hita. Einnig eru sympatískar taugar til húðarinnar sem senda frá sér taugaboð sem valda æðavíkkun. Síðan er hægt að klæða af sér kulda og hita.

Stjórn Hitataps með UppgufunJafnvel þó maður svitni ekki, þá er vatnstap með diffusion gegnum húðina. Svipað magn tapast í gegnum öndunarfærin. Þessi tvö kerfi tapa vatni, insensible water loss, sem er um 600ml/dag. En framleiðsla svita er örvuð af sympatískum taugum til svitakirtlanna, boðefnið er asetýlkólín. Mikilvægt er þó að svitinn þarf að gufa upp til þess að virka sem kælari. Því er mikilvægasti þátturinn í ákvörðun um uppgufunarmagn sá, hversu mikill vatnsstyrkurinn er í andúmsloftinu, það er rakinn í andrúmsloftinu.

Samtvinnun á Effector Mekanisma

Með því að breyta hitatapi, geta breytingar á blóði til húðarinnar einar saman stjórnað líkamhitanum (25°-30°C í nöktum einstaklingi) og þetta kallast thermoneutral zone. Við hita lægra en þetta, getur jafnvel hámarks æðasamdráttur ekki varna hitatapi, og líkaminn verður að auka hitaframleiðsluna enn meira til að halda hitanum stöðugum.

11. kafli – E: Innkirtlastjórn Vaxtar

Vöxtur BeinaOsteoblastar, beinmyndunarfrumurar á shaft edge epiphysial vaxtarplötunnar, breyta brjóstkvefnum á þessari edge í bein á meiðan nýtt brjósk er á sama tíma lagt niður á innra byrða plötunnar með frumum sem kallst chondrocytes. Epiphisial vaxtarplatan viðhelst þá ósködduð (og stækkar meira að segja) og er ýtt lengra frá miðjunni á beinskaftinu eftir því sem beinið stækkar.

94

Umhverfisþættir sem Hvetja VöxtNæg næring og líf án sjúkdóma eru aðal umhverfisþættirnir sem hvetja vöxt. Skortur á nauðsynlegu magni á amínósýrum, fitusýrum, vítamínum eða steinefnum truflar vöxt. Vaxtarskerðingarþætti vannæringar er hægt að sjá á hvaða tíma þroskaferilsins en þeir eru mest áberandi þegar þeir gerast snemma á lífleiðinni.

Áhrif Hormóna á VöxtÞau hormón sem eru mikilvægust fyrir vöxt manna eru: vaxtarhormón, insúlin-like vaxtarþættir I og II, skjaldkirtilshormón, insúlín, testósterón og estrógen. Til viðbótar við þessi hormón er stór hópur peptíð vaxtarþátta, þar með talin insúlín-líkir vaxtarþættir, sem virka eins og paracrine og autocrine þættir til þess að örva skiptingu eða breytingu ákveðinna frumugerða. Almenna hugtakið yfir efni sem örvar frumuskiptingu er mitogen. Onkógen eru gen sem kóda fyrir próteinum sem eru allveg eins eða mjög lík vaxtaþáttum, en vandamálið er að þessi prótín hafa misst hæfileikann til þess að hafa hemil á frumufjölguninni. Þessi gen eru þáttur í að valda krabbameini.

Vaxtarormón og Insúlín-líkir VaxtaþættirVaxtarhormónum er seytt úr anterior pituituary og þau hafa lítil sem engin áhrif á fósturþroska og vöxt, en eru mikilvægustu hormónin fyrir vöxt eftir fæðingu. Aðal vaxtar-valdandi þáttur þeirra er (óbein) örvun á frumuskiptingu í mörgum vefjum. Vaxtarhormón beita frumuskiptingar-örvun sinni ekki beint á frumurnar, heldur óbeint, í gegnum málamiðlun á mitogenum, en nýmyndun og losun þeirra er hvött af vaxtarhormónum. Þetta mitógen kallast insúlín-like vaxtarþáttur I (IGF I). Undir áhrifum frá vaxtarhormóni eri IGF-I seytt í lifrinni og fer útí blóðið og virkar þar sem hormón. Vaxtarhormón örva seyti á IGF-I frá öðrum stöðum líka, td frá beinum.

Seyti og virkni IGF-I getur orðið fyrir áhrifum frá næringarstatusi einstaklingsin og frá mörgum öðrum hormónum en vaxtarhormónum. Vannæring í barnæsku hemur framleiðslu á IGF-I. Estrógen örvar framleiðslu á IGF-I í leginu og eggjastokkunum. Að auki þá örva vaxtahormón beint próteinnýmyndun í mörgum vefjum og líffærum, sérstaklega í vöðvum. Þau gera það með því að auka upptöku á amínósýrum í frumum og bæði nýmyndun og virkni ríbósóma. Ath að skoða mynd 11-27 og sjá stjórn á seyti vaxtahormóna. Stjórn kerfisins byrjar með tveim hypophysiotropic hormónunum sem seytt er frá hypothalamus. Seyti á vaxtahormóni er örvað með growth-hormón releasing-hormón (GHRH) og hamið með sóatóstatíni. En seyti vaxtahormóna er líka í óreglulegum púlsum, stærstur að nóttu. Vanseyti hjá börnum veldur dvergvexti, ofseyti hjá fullorðnum veldur æsavexti.

95

SkjaldkirtilhormónSkjaldkirtilshormón eru nauðsynleg fyrir eðlilegan vöxt vegna þess að þau þarf bæði fyrir nýmyndun á vaxtarhormónum og growt-promoting þátt þess hormóns.

InsúlínInsúlín er anabolic (uppbyggjandi) hormón, og er því nauðsynlegt fyrir eðlilegan vöxt. Hömlunaráhrif þess á prótein degradation eru mikilvæg í sambandi við vöxt. En insúlín betir líka beint sérstökum growth-promoting áhrifum á frumubreytingu og frumuskiptingu í fósturlífi.

KynhormónAðal growth-promoting þáttur kynhormóna er að örva seyti á vaxtarhormónum og IGF-I. Ólíkt vaxtarhormónum, þá örva kynhormón ekki bara beinvöxtinn, heldur stoppa hann á endanum með því að hvetja epiphyseal plötu lokun. Testósterón (en ekki estrógen) beitir beinum uppbyggingar áhrifum á nýmyndun prótína í mörgum líffærum og vefjum líkamans öðrum en kynfærum.

KortisólKortisól, aðahormónið sem seytt er frá adrenal cortex í stressástandi, getur haft antivaxtar áhrif undir ákveðnum kringumstæðum. Þegar kortisól er til staðar í háum styrk, þá hemur það DNA myndun og örvar niðurbrot prótína í mörgum líffærum og það hemur vöxt beina. Einnig brýtur það niður bein og hemur seyti á vaxtahormóni. Vegna þessara ástæða, þá hætta til dæmis börn með sýkingu eða í öðru stress ástandi, að vaxa, það er vegna hás styrks kortisóls í blóðinu.

Compensatory VöxturÁ fullorðinsárum getur orðið sérstakur regenerativur vöxtur, compensatory vöxtur, í mörgum líffærum mannsins. Til dæmis, eftir að annað nýrað er fjarlægt, þá byrja frumurnar í hinu nýranu sem var eftir að skipta sér hratt og nýrað stækkar þangað til að heildarmassi þess er orðinn sá sami og tveggja nýrna. Merkin sem triggera þetta eru ekki þekkt.

8. kafli – Meðvitund, Heilinn og Hegðun

Stig MeðvitundarHugtakið meðvitund inniheldur tvær ólíkar merkingar: 1) stig meðvitundar (state of conciousness), og 2) meðvitundar reynsla (concious experiences). Hið fyrra á við hvort að maneskja er vakandi, syfjuð, ringluð og þess háttar. En hið seinna á við það sem manneskja skynjar eins og hugsanir, tilfinningar, skilning, hugmyndir, drauma og fleira. Stig meðvitundar hjá manneskju er skipt í með tveim leiðum: 1) með hegðun, spannar vítt svið, allt frá hámarkseftirtekt og niður í dauðadá, og 2) heilarit, EEG, sem er mælt milli tveggja staða á höfuðkúpunni.

Heilarit - EEGÞað er þegar settar eru elektróður á höfuðkúpuna og þær mæla rafmerki sem heilinn framkallar og sendir þessi merki í vél sem tekur þessi merki upp sem EEG. EEG er í raun samanlögð forspenna í heilaberkinum og endurspeglar spennuna á milli tveggja staða í heilanum.

96

Sveifluvídd bylgjanna er mæld í microvoltum (uV), 0,5-100uV, og það gefur í skyn hversu mikil rafvirkni svipaðra boða á sér stað undir elektróðunum á hvaða tíma. Ef að sveifluvíddin er mikil-há þá gefur það í skyn að margar taugar eru virkjaðar á sama tíma. En ef að sveifluvíddin er lítil-lág þá gefur það í skyn að þessar taugar eru að senda boðin ekki á sama tíma, þe þær eru ekki virkjaðar á sama tíma. Tíðni bylgjanna táknar hversu oft bylgjuhringurinn kemur, frá mestu svefluvídd til minnstu sveifluvíddar og til baka. Tíðnin er mæld í Hertzum, Hz eða hringir á sekúndu, og er frá 1Hz til 40Hz eða hærra. Fjögur mismunandi tíðnimynstur er að finna í í EEG riti. Almennt þá tákna lægri EEG tíðnir minna svarbúið ástand, eins og svefn, en hærri tíðnir tákna aukna eftirtekt.EEG er taktbundið og eru upptökin í thalamus. EEG er mjög gott klínískt tæki vegna þess að óeðlileg mynstur birtast yfir heilasvæðum sem eru sjúk eða ónýt. Einnig tekur maður eftir skiptingu frá minni sveifluvídd á rafvirkni yfir í háa sveifluvídd í rafvirkni og það táknar flogaveikiskast. Í Flogaveiki þá raskast samspil taugafruma og sveifluvídd snareykst.

Sveifluvíddin verður allt að 1000uV.

Vökutímabilið

Þegar einstaklingur er vakandi, afslappaður með lokuð augun sýnir EEG tíðnina um 8-13Hz, það kallast alpha taktur. Alfa takturinn er best mældur yfir parietal og occipital lobum og er tengdur minnkun á stigi eftirtektar. Þegar alfa taktarnir eru teknir upp, þá finnst fólki það yfirleitt vera afslappað og hamingjusamt. Þegar fólk er með fulla eftirtekt við ytra áreiti eða er að hugsa mjög stíft um eitthvað þá tekur beta taktur við, það er minni sveifluvídd en hærri tíðni. Delta: minna en 4Hz. Theta: 4-8Hz. Alfa: 8-13Hz. Beta: meira en 16Hz.

SvefnEEG ritið breytist mikið í svefni. Eftir því sem manneskja verður meira drowsy þá minnkar sveifluvíddin og tíðnin í alpha taktinum. Og þegar eiginelgur svefn á sér stað þá skiptir EEG yfir í hægari tíðni og hærri sveifluvíddar takta, theta og delta takta. Það eru tveri fasar svefns þar sem nöfnin eru háð því hvort augun hreyfast eða ekki. NREM og REM. EEG í NREM svefni eru með háa sveifluvídd og lága/hæga tíðni.

97

Við svefn er oftast tekið EEG, EKG, Augnrit, EMG og Öndun. Svefn byrjar með framgangi frá stigi 1-4 sem tekur á tíðni og sveifluvídd heilaritsins og vöðvaspennu og augnhreyfinugum, sem tekur vanalega um 30-45 mínútur og fer svo upp 4-3-2-1 aftur. En í staðinn fyrir að manneskjan vakni, þá heldur áfram svefninn en verður einnig vart við hraðar augnhreyfingar undir augnlokinu = REM. Ef að einstaklingurinn er ekki truflaður þá heldur svefninn áfram þessari hringrás, fara frá stigi 1, 2 og 3 til 4 og svo aftur upp 4-3-2-1 þar sem NREM svefn er rofinn með REM svefni. Meðalnætursvefn einstaklings inniheldur 4-5 svona hringi, þar sem hver stendur í um 90-100 mínútur. NREM er þá um 75-80% af þeim tíma og REM restin. NREM svefn: stig 1 og 2 er léttur svefn en stig 3 og 4 er djúpur svefn. Fyrrihluta nætur er meira djúpsvefn er REM svefn eykst undir morgun. Djúpsvefn: þá lækkar EMG, öndun er reglulegri og þá er seyting á vaxtarhormóni.REM-svefn: þá lækkar EMG miklu meira, verður sk atonia, nema á augn og öndunarvöðvum, BÞ og HT hækka, hraðari og óreglulegri öndun, kippir verða í vöðvum og blóðflæði til kynfæra eykst.

Taugaefni í Stigum MeðvitundarTímabil svefns og vöku breytast um einu sinni á dag; það er, þau gangast undir hringrásarferil þar sem um 8klst fara í svefn og um 16klst fara í vöku. Eftir því sem við sveiflumst á milli vökuástand og NREM og svo REM svefns þá sveiflast athyglin á milli drauma, þar sem við erum mjög ónæm fyrir ytra áreiti. Minni minnkar (draumarnir gleymast mun hraðar en atburðir sem við upplifum í vöku). Það er hæst hlutfall REM svefns hjá ungabörnum, aðeins 20% svefns fullorðinna er REM svefn. Hjá fullorðnum er 50%svefnsins 2. stigs svefn. Hlutfall 4.stigs svefns hjá öldruðum er mjög lágt. En hvaða lífeðlisfræðilegu þættir drífa þessar hrigrásarbreytingar í meðvitundarstigum? Kjarnar bæði í brainstem og hypothalamus hafa sitt að segja. RAS – reticular activating system inniheldur margar aðskildar “deildir” sem eru aðgreindar með ólíkum líffærafræðilegum eiginleikum og ólíkum taugaboðum. Hlutar RAS sem losa norepinephrine, serotonin eða acetýlkólín, sem virka í þessu tilviki meira eins og neuromodulators, eru mest involveraðir í stjórn á mismunandi stigum meðvitundar. Í vöku, eru það taugar sem kallast aminergic taugar sem losa mest norepinephrine og serotonín sem hafa mest áhrif. En í REM svefni eru það colinergic taugar sem losa acetýlkólin sem hafa mest áhrif. NREM svefn sveiflast þarna á milli þessa tveggja.

98

Vaka

99

Svefntruflanir – Dagsyfja

Dauðadá og HeiladauðiDauðadá lýsir ástandi þar sem það er mikil minnkun á andlegri virkni vegna byggingalegra, lífeðlisfræðilegra eða efnaskiptalegra fötlunar í heilanum. Manneskja í dauðadái sýnir litla sem enga virkni eða getu til að vakna, sýnir ekki viðbrögð við áreiti. Augun eru lokuð og svefn-vöku hringrás er ekki til staðar.

100

Hvatning og tilfinningarHvatning er þá þáttir í flestum, ef ekki öllum, hegðunum þar sem tilfinningar fylgja mörgum reynslum okkar.

HvatningÞeir þættir sem bera ábyrgð á því að við viljum ná ákveðnu markmiði eru hvatar eða drifkraftar fyrir þeirri hegðun. Hvatning getur leitt til hormónalegrar, autonomic og hegðunarlegra svara. Primary motivated behavior er hegðun sem er tengd við homeostasis- það er, viðhaldið á stöðugu innra umhverfi, til dæmis það að fá sér að drekka þegar maður er mjög þyrstur. En það að velja sér hvað maður á að fá sér að drekka er þá secondary motivated behavior. Hugtökin umbun og refsing eru óaðskiljanleg frá hvatningu. Taugakerfið stundar umbun og refsingu sem er hluti af reticular activating system. Hlutinn sem er notaður í hvatningu kallast mesolimbic dopamine pathway, en þessi leið er tengd við það að meta hvort eitthvað sé þess virðu og umbreyta þeirri túlkun í að það verði af henni. Þessi leið losar dopamine sem er nk umbun fyrir heilann og hvatningu hans.

TilfinningarCerebral cortex gegnir stóru hlutverki í því að stjórna motor-viðbrögðunum sem verða í tilfinningalegri hegðun. Amygdala er miðstöð flestra tilfinninga-stiga.

Breytt Stig MeðvitundarÞetta er þegar aðrar og undarlegdri breytingar verða á meðvitund, eins og þegar manneskja er dáleidd, notar ofskynjunarlyf og er með sjúkdóma.

SchizophreniaÞetta er ein tegund breyttra stiga meðvitundar. Þetta er sjúkdómur þar sem upplýsingar eru ekki rétt túlkaðar í heilanum. Einkenni eru td: ofskynjanir, heyra raddir. Einstaklingar með þennan sjúkdóm draga sig í hlé, eru brenglaðir tilfinningalega og mjög sveiflugjarnir í skapinu. Orsakir Schizophreniu eru ekki ljósar. Nýlegar rannsóknir benda til þess að sjúkdómurinn birtist í þeim sem hafa þroskunarörðugleika þegar heilinn er að myndast í fósturlífi.

The Mood Disorders: Þunglyndi og Bipolar DisordersÞunglyndi er það þegar aðlaeinkennið er mikill dapurleiki, orkuleysi, áhugaleysi, stress, pirringur, svefntruflanir og hugsanir um dauðann eða sjálfsmorð. Þunglyndi er tengt við minnkaða taugavirkni og efnaskipti í anterior hluta limbic kerfisins og prefrontal cortex. Bipolar Disorders eru sveiflur á milli maníu og þunglyndis.

101

Nám og MinniMinniHugtakið memory encoding skýrir það taugaferli sem breytir reynslu í minni þeirrar ákveðnu reynslu, ,eð öðrum orðum, þeir lífeðlislegu þættir sem leiða til minnismyndunar. Minni er hægt að sjá á margan hátt: 1) Declerative memory, er viðhald og upprifjun á meðvitundar reynslu sem er hægt að setja í orð. Til dæmis er það að hafa upplifað hlut eða atburð og þess vegna muna hann eins og þú kannist við hann. Hyppocampus, amygdala og diencephalon – allt hlutar limbíska kerfisins – þarf til þess að muna svona. 2) Procedural memory, er minnið um það hvernig á að framkvæma hluti, til dæmi að hjóla. Aðalhlutar heilans sem taka þátt í þessu minni eru sensorimotor cortex, basal nuclei og cerebellum.

Skammtímaminni eða vinnuminni er til staðar í declerative memory: hyppocampus og örðum temporal lobe líffærum. En í procedural minni: er það dreift mjög víða. Langtímaminni er til staða rí declerative memory: dreift mjög víða. En í procedurla minni: basal nuclei, cerebellum og premotor cortex.

Yfirráð Heilahvela og TungumálÍ 90% heimsbyggðarinnar er vinsta heilahvelið sérstaklega tengt tungumálinum, það er að segja, túlkuninni á því hvað maður vill segja og skrifa, taugastjórn á því að tala og skrifa og skamtíma minni á orðaforða. Tungumálið er flókið og til þess þarf að hlusta, lesa og tala. Aðalcenterin fyrir tungumálavirkni eru í vinstra heilahvelinu, í temporal, parietal, og frontal cortexinum. Cerebellum er mikilvægur í að tala og skrifa.

Skemmd í vinstra heilahveli en ekki því hægra: truflun á stjórn tungumálsins. Skemmd í temporal hvelinu (Wernicke’s area): aphasis, einstaklingur á efitt með að skilja mælt eða skrifað mál en geta talað eðlilega. Skemmd í frontal cortex (Broca’s area): expressive aphasis, einstaklingurinn á erfitt með að tala en skilur.

Vinstra heilahvelið: inniheldur það hvernig stafsetningarreglur eru, í hvaða tímaröð hlutir gerast, myndar tilgátur um það hvernig heimurinn virkar, tengsl og sambönd milli tveffja atburða, er í raun nokkurskonar túlkur. Einnig er minni vinstra heilahvelsins tengt orðlægum minningum. Hægra heilahvelið: inniheldur upplýsingar um það hvernig fólk lýtur út, skyntengdar upplýsingar og þrívíddarskynjun. En það hægra er tengt við ekki-orðlægum minningum heldur sjónrænum minningum.

102