Arquidia Mantina

Artigos

Articles

Biology for Majors II

Kullakin elinjärjestelmällä on elimistössä erityisiä toimintoja, ja kutakin elinjärjestelmää opiskellaan yleensä itsenäisesti. Elinjärjestelmät toimivat kuitenkin myös yhdessä auttaakseen elimistöä ylläpitämään homeostaasia.

Vesitasapaino

Esimerkiksi sydän- ja verenkiertoelimistö, virtsa- ja lymfaattinen järjestelmä auttavat elimistöä hallitsemaan vesitasapainoa. Sydän- ja verenkiertoelimistö ja lymfaattinen järjestelmä kuljettavat nesteitä koko elimistössä ja auttavat aistimaan sekä liuenneiden aineiden että veden määrää ja säätelemään painetta. Jos vesitaso nousee liian korkeaksi, virtsajärjestelmä tuottaa laimeampaa virtsaa (virtsaa, jonka vesipitoisuus on suurempi) ylimääräisen veden poistamiseksi. Jos vesitaso nousee liian alhaiseksi, tuotetaan väkevämpää virtsaa, jotta vesi säilyy.

Sisälämpötila

Kehon sydän- ja verenkiertoelimistö, sisäelimistö (iho ja siihen liittyvät rakenteet), hengityselimistö ja lihaksisto työskentelevät yhdessä auttaakseen elimistöä pitämään sisäisen lämpötilan vakaana. Jos kehon lämpötila nousee, ihon verisuonet laajenevat, jolloin enemmän verta pääsee virtaamaan lähellä ihon pintaa. Näin lämpö pääsee haihtumaan ihon läpi ympäröivään ilmaan. Iho voi myös tuottaa hikeä, jos keho kuumenee liikaa; kun hiki haihtuu, se auttaa jäähdyttämään kehoa. Nopea hengitys voi myös auttaa kehoa poistamaan ylimääräistä lämpöä. Yhdessä nämä reaktiot kehon kohonneeseen lämpötilaan selittävät, miksi hikoilet, huohotat ja punoitat kasvosi, kun harrastat kovaa liikuntaa. (Raskas hengitys liikunnan aikana on myös yksi keino, jolla keho saa lisää happea lihaksiisi ja pääsee eroon lihasten tuottamasta ylimääräisestä hiilidioksidista.)

Jos kehosi on liian kylmä, ihon verisuonet supistuvat ja verenkierto raajoihin (käsivarsiin ja jalkoihin) hidastuu. Lihakset supistuvat ja rentoutuvat nopeasti, mikä tuottaa lämpöä pitääkseen sinut lämpimänä. Ihon karvoitus nousee, jolloin ihon lähelle jää enemmän ilmaa, joka on hyvä eriste. Nämä reaktiot ruumiinlämmön alenemiseen selittävät, miksi vilustuessasi vapiset, saat ”hanhenpuuskia” ja sinulla on kylmät, kalpeat raajat.

Tapaustutkimus: Kuume

Mitä sitten tapahtuu, kun sinulla on kuumetta? Tarkoittaako se, että elimistösi ei kykene ylläpitämään homeostaasiaan samalla tavalla kuin talossasi tulee liian kuuma, jos ilmastointilaite on rikki?

Erikoistapauksissa kuume voi olla lääketieteellinen hätätilanne; mutta kuume on elimistömme sopeutuva fysiologinen reaktio tiettyihin tartunnanaiheuttajiin. Tietyt kemikaalit, joita kutsutaan pyrogeeneiksi, laukaisevat hypotalamuksen siirtämään asetusarvoa korkeampaan arvoon. Tämä on vähän kuin ohjelmoisit kotisi termostaatin korkeammalle lämpötilalle säästämään energiaa kuumana päivänä, kun et ole kotona päivän aikana. Nämä pyrogeenit voivat olla peräisin mikro-organismeista, jotka tartuttavat sinut, tai ne voivat olla kehosi solujen tuottamia vastauksena jonkinlaiseen infektioon.

Practice Questions

  1. Kun pyrogeenien määrä veressäsi nousee ja asetuspiste nollautuu korkeammalle, kemoreseptorit, jotka nyt stimuloivat hypotalamusta, reagoivat ________ muuttujaan sen sijaan, että termoreseptorit reagoivat ruumiinlämpötilaan muuttujana.
    1. lämpötila
    2. pyrogeenit
    3. syketaajuus
    4. verenpaine
    Näytä vastaus

    Vaihtoehto b on oikea. Pyrogeenikemikaalien lisääntyminen veressä stimuloi reseptoreita, jotka nollaavat kuumeisen reaktion lämpötilan ylärajan. Lämpötila on muuttuja normaalin ruumiinlämmön säätelyn aikana, mutta ei tässä skenaariossa. Veri kuljettaa kemikaalia, joka stimuloi kuumeista vastetta, mutta syke ei stimuloi suoraan tätä reseptoria. Veri kuljettaa kemikaalia, joka stimuloi kuumeista vastetta, mutta verenpaine ei stimuloi suoraan tätä reseptoria.

  2. Säätökeskus on _________.
    1. luustolihas
    2. hikirauhaset
    3. verisuonet
    4. hypotalamus
    Näytä vastaus

    Vastaus d on oikein. Hypotalamus on sekä normaalin ruumiinlämmön homeostaasin että kuumeisen vasteen ohjauskeskus. Luustolihas, hikirauhaset ja verisuonet ovat kaikki efektoijia.

  3. Koska asetusarvoa on nostettu, tunnet nyt kylmää, vaikka ruumiinlämpösi olisi normaalisti terveellä alueella. Tämä tuottaa ”vilunväristykset”, joita tunnet kuumeen yhteydessä. Vastauksena hypotalamus toimii kehon lämpötilan nostamiseksi. Mikä vaste tekee tämän?
    1. Hypotalamus stimuloi hikirauhasia ja laajentuvia verisuonia efektoreina viilentääkseen kehoa.
    2. Hypotalamus stimuloi luurankolihaksia värisemään ja supistamaan verisuonia.
    Näytä vastaus

    Vaihtoehto b on oikea. Tämä nostaisi kehon lämpötilaa. Vaihtoehto a laskisi kehon lämpötilaa.

Vaikka todisteet ovat vain epäsuoria, kuumeen uskotaan tehostavan elimistön immuunivastetta. Kohonnut lämpötila saattaa itse asiassa heikentää sellaisten infektoivien bakteerien ja virusten lisääntymistä, jotka ovat sopeutuneet selviytymään parhaiten kehon normaalilla homeostaattisella lämpötila-alueella. Tämä voi antaa immuunisoluillesi mahdollisuuden tuhota mikro-organismit ennen kuin ne ehtivät nopeasti lisääntyä ja levitä elimistössä. On myös jonkin verran epäsuoraa näyttöä siitä, että kohonnut ruumiinlämpö muuttaa hieman useita aineenvaihduntareaktioita tavoilla, joiden ansiosta myös immuunijärjestelmä voi toimia tehokkaammin.

Practice Questions

  1. Kun uusi korkeampi asetusarvo on saavutettu, termoreseptorit stimuloivat _________ ohjauskeskuksena.
    1. luustolihakset
    2. hikirauhaset
    3. verisuonet
    4. hypotalamus
    Näytä vastaus

    Vaihtoehto d on oikein. Hypotalamus on sekä normaalin ruumiinlämmön homeostaasin että kuumeisen vasteen ohjauskeskus. Lihakset, hikirauhaset ja verisuonet ovat efektoreita; ne eivät toimi ohjauskeskuksena.

  2. Vasteena hikirauhaset ja verisuonet (efektorit) stimuloituvat _________.
    1. erittämään hikeä haihtumista varten ja laajentamaan verisuonia lisääntynyttä lämmönhukkaa varten verestä lähellä ihon pintaa.
    2. hikoilemaan lämmön luomiseksi ja supistamaan verisuonia lämmön säilyttämiseksi pitämällä veri poissa ihon pinnalta.
    Näytä vastaus

    Vaihtoehto a on oikein. Tämä viilentää kehoa. Vaihtoehto b lämmittäisi kehoa.

Joidenkin infektioiden aikana pyrogeenitasot tulevat valitettavasti ”aaltoina”. Tämä säätää lämpötilan asetusarvoa ylös ja alas. Kun pyrogeenitasot laskevat, saat toisen osan kuumekokemuksesta: ”hikoilu” ja punastumisen tunne. Niin kauan kuin pyrogeenitasot nousevat ja laskevat, sinusta tuntuu, että heilut edestakaisin.

Harjoituskysymys

  1. Kun pyrogeenitaso laskee, koska infektio on hallinnassa, ________ (ohjauskeskus) palauttaa korkeamman asetusarvon normaaliksi.
    1. muut reseptorit
    2. kemoreseptorit
    3. hypotalamus
    Näytä vastaus

    Vaihtoehto c on oikea. Hypotalamus on edelleen ohjauskeskus, joka reagoi jonkin reseptorin aiheuttamaan ärsykkeeseen. Lämpö- ja kemoreseptorit stimuloivat ohjauskeskusta vastauksena niiden valvoman muuttujan, tässä tapauksessa kehon lämpötilan, muutokseen.

Kehosi heiluu edelleen edestakaisin kehon normaalien ylä- ja alilämpötilarajojen välillä, mutta koska se on nyt ”normaalin” lämpötila-alueesi sisällä, et luultavasti edes huomaa, että kehosi on edelleen töissä ylläpitämässä tämän muuttujan homoeostaasia.

Harjoituskysymys

  1. Potilaat saavat usein kuumeen leikkauksen jälkeen. Mikä seuraavista ei olisi järkevä syy tällaiseen reaktioon?
    1. Leikkauksen aiheuttama kudostrauma on stimuloinut elimistön soluja vapauttamaan pyrogeeneja.
    2. Varotoimista huolimatta jotkut bakteerit ovat infektoineet henkilön leikkauksen aikana.
    3. Operaatio on vaurioittanut lämpöreseptoreita
    4. Operaation jälkeiset lääkkeet ovat vaikuttaneet immuunijärjestelmään aiheuttaen pyrogeenien vapautumista.
    Näytä vastaus

    Vaihtoehto c on oikea. Lämpöreseptorit sijaitsevat kaikkialla kehossa, joten on epätodennäköistä, että leikkaus vahingoittaisi suoraan kaikkia reseptoreita. Kaikki muut vaihtoehdot voisivat olla leikkauksen jälkeisen kuumeen syynä.

Ionien homeostaasi

Kehon toiminnot, kuten sydämen sykkeen säätely, lihasten supistuminen, entsyymien aktivoituminen ja soluviestintä, edellyttävät tiukasti säädeltyjä kalsiumtasoja. Normaalisti saamme paljon kalsiumia ravinnostamme. Ohutsuoli imee kalsiumia sulatetusta ruoasta.

Hormonijärjestelmä on veren kalsiumhomeostaasin säätelykeskus. Lisäkilpirauhasessa ja kilpirauhasessa on reseptoreita, jotka reagoivat veren kalsiumpitoisuuksiin. Tässä palautejärjestelmässä veren kalsiumtaso on muuttuja, koska se muuttuu ympäristön vaikutuksesta. Veren kalsiumpitoisuuden muutoksilla on seuraavat vaikutukset:

  • Kun veren kalsiumpitoisuus on alhainen, lisäkilpirauhanen erittää lisäkilpirauhashormonia. Tämä hormoni saa vaikutuselimet (munuaiset ja luut) reagoimaan kalsiumpitoisuuden nostamiseen. Munuaiset estävät kalsiumin erittymisen virtsaan. Luissa olevat osteoklastit imevät uudelleen luukudosta ja vapauttavat kalsiumia.
  • Kun veren kalsiumpitoisuus on korkea, kilpirauhanen vapauttaa kalsitoniinia. Kalsitoniini saa munuaiset imeyttämään vähemmän kalsiumia takaisin suodoksesta, jolloin ylimääräinen kalsium poistuu elimistöstä virtsan mukana. Kalsitoniini estää myös aktiivisen D-vitamiinin muodostumista munuaisissa; ilman D-vitamiinia ohutsuoli ei ime niin paljon ravinnon kalsiumia. Kalsitoniinin stimuloimat osteoblastit käyttävät veressä olevaa kalsiumia luukudoksen lisäämiseen.

Harjoituskysymykset

Yllä olevan kalsiumhomeostaasin kuvauksen perusteella yritä vastata seuraaviin kysymyksiin:

  1. Mikä on muuttuja?
  2. Mikä on reseptori?
  3. Mikä on ohjauskeskus?
  4. Mikä on efektori?
  1. uriini
  2. endokriininen järjestelmä
  3. lisäkilpirauhashormoni tai kalsitoniini
  4. kalsiumtasot
Näytä vinkki

Näissä on valmiiksi rakennettu takaisinkytkentäkierre:

Näytä vastaukset

  1. Vaihtoehto d on oikea: kalsium on muuttuja. Oikeat kalsiumpitoisuudet ovat tärkeitä monille elimistön toiminnoille.
  2. Vaihtoehto b on oikein: endokriininen järjestelmä on reseptori. Endokriininen järjestelmä säätelee monia asioita.
  3. Vaihtoehto b on oikein: endokriininen järjestelmä on ohjauskeskus. Endokriininen järjestelmä voi sekä aistia että säädellä kalsiumtasoja. Lisäkilpirauhashormoni ja kalsitoniini on vaikuttaja.
  4. Vaihtoehto c on oikein: lisäkilpirauhashormoni ja kalsitoniini ovat vaikuttajia; ne muuttavat munuaisten ja luiden toimintaa kalsiumin homeostaasin ylläpitämiseksi.

Kalsiumin epätasapaino veressä voi johtaa sairauteen tai jopa kuolemaan. Hypokalsemia tarkoittaa veren matalia kalsiumpitoisuuksia. Hypokalsemian merkkejä ovat muun muassa lihaskouristukset ja sydämen toimintahäiriöt. Hyperkalsemiaa esiintyy, kun veren kalsiumpitoisuus on normaalia korkeampi. Hyperkalsemia voi aiheuttaa myös sydämen toimintahäiriöitä sekä lihasheikkoutta ja munuaiskiviä.

Käytännön kysymys

Mitkä ongelmat liittyvät kalsiumin homeostaasin toimintahäiriöön?

  1. sydänsairaus
  2. luustosairaus
  3. kumpikin
  4. ei kumpikaan
Näytä vastaus

Vaihtoehto c on oikea. Sydän kärsii usein suurista lyhytaikaisista kalsiummuutoksista, ja luusto kärsii usein pienistä pitkäaikaisista kalsiummuutoksista. Kalsiumhomeostaasin häiriöt voivat vaikuttaa myös lihasten toimintaan ja johtaa munuaiskivien muodostumiseen.

Katso tämä video, jossa keskustellaan jälleen homeostaasista ja elinjärjestelmistä:

Kokeile

Kirjoita!

Oliko sinulla ideoita tämän sisällön parantamiseksi? Ottaisimme mielellämme kantaa asiaan.

Paranna tätä sivuaOpi lisää

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.