Ugrás a tartalomhoz

Élettani alapismeretek

Cseri Julianna (2011)

Debreceni Egyetem

Homeosztatikus paraméterek, a szabályozás alapjai

Homeosztatikus paraméterek, a szabályozás alapjai

Az alábbi alfejezet célja az, hogy általános áttekintést adjon a homeosztázis meghatározó tényezőiről és a homeosztázist biztosító alapvető szabályozó mechanizmusokról. Nem célja a folyamatok részletes ismertetése, azt a megfelelő fejezetekhez rendelten találjuk meg.

Állandó térfogat (isovolaemia)

A testnedvek térfogata fiziológiás körülmények között állandónak tekinthető (isovolaemia), a folyadékfelvétel és a folyadékleadás egyensúlyban van. Kóros esetben hypo- vagy hypervolaemia irányába billenhet ki az egyensúly, melyet prompt szabályozó mechanizmusok kompenzálnak.

1.4. ábra - A vízháztartás egyensúlya

A vízháztartás egyensúlya

Extracelluláris hypovolaemia (dehydratio)

Extracelluláris hypovolaemia (dehydratio) az ozmotikus koncentráció változatlan értéke vagy egyidejű változása mellett az alábbi szituációkban alakulhat ki:

  • hyperosmoticus hypovolaemia a vízkészlet csökkenése miatt jöhet létre (csökkent vízfelvétel, fokozott vízleadás)

  • isosmoticus hypovolaemiát eredményezhet a vérvesztés vagy nagymennyiségű isosmoticus vizelet ürítése

  • hyposmoticus hypovolaemia nagyfokú sóvesztés miatt alakulhat ki (hányás, hasmenés)

A vértérfogat csökkenése vérnyomásesést, súlyos esetben vérkeringési shockot hozhat létre, közvetlen életveszélyes állapotot okozva.

Extracelluláris hypervolaemia (hyperhydratio)

Extracelluláris hypervolaemia (hyperhydratio) szintén variálódhat az ozmotikus koncentráció változatlanságával, fokozódásával, ill. csökkenésével.

  • hyperosmoticus hypervolaemia (pl. vércukor szint emelkedés esetén) az intracelluláris víztér csökkenéséhez vezet (a sejtek zsugorodnak)

  • isosmoticus hypervolaemia esetén az intracelluláris víztér térfogata nem változik

  • hyposmoticus hypervolaemia jöhet létre pl. nagymennyiségű folyadékfelvétel esetén

A vértérfogat növekedése a kardiovaszkuláris rendszert terheli, emelkedett vérnyomást eredményez.

A térfogat szabályozás alapjai

A térfogat szabályozás alapja a Na+-háztartás szabályozása, melyet a vízforgalom változása kísér. A vértérfogat csökkenése a keringési szervrendszer különböző területein elhelyezkedő baroreceptorokat és a vesében található baro- és kemoreceptorokat aktiválja, a szabályozásban idegi és hormonális tényezők vesznek részt.

A keringési rendszerben található baroreceptorok ingerülete reflexesen szisztémás vazokonstrikciót vált ki, ami emeli a vérnyomást, ill. a keringő vérmennyiség újra elosztódásával hozza létre az életfontosságú szervek vérellátásának biztosítására.

1.5. ábra - A renin-angiotenzin rendszer szerepe a térfogatszabályozásban

A renin-angiotenzin rendszer szerepe a térfogatszabályozásban

A Na+-visszaszívás mértékét az aldoszteron, az ürítés mértékét pedig a pitvari natriuretikus faktor (ANF) szabályozza. Az aldoszteron a mellékvesekéreg hormonja, fokozott mértékben termelődik, ha csökken a vértérfogat és/vagy a vér Na tartalma ill. fokozódik a vér K-tartalma. Hypovolaemia ill. hyponatraemia hatására a vesében renin termelődik, ami egy proteolitikus enzim. A renin a vérben keringő angiotenzinogén nevű fehérjéből angiotenzin I-et hasít le, ami konverzió után angiotenzin II-vé alakul. Az angiotenzin II fokozza az aldoszteron termelését. Aldoszteron hatására fokozódik a Na+-visszaszívás, amit vízvisszaszívás is kísér, így a térfogat ill. a Na+ koncentráció normalizálódik.

Ozmotikus egyensúly (isosmosis)

A testnedvek ozmotikus koncentrációja megegyezik, valamennyi kompartmentben 300 mozmol/l. Az ozmotikus egyensúly annak köszönhető, hogy a kompartmenteket elválasztó határfelületek (sejtmembrán, kapillárisfal) víz számára szabadon átjárhatók. Az átmeneti különbözőség nagyon gyorsan megszűnik, mert a víz mozgása követi az oldott anyagok mennyiségi változásait, így azok koncentrációja állandó marad.

A sejtek ozmométerként viselkednek, ami azt jelenti, hogy alacsonyabb ozmotikus koncentrációjú környezetben megduzzadnak, hiperozmotikus környezetben pedig zsugorodnak. A térfogat és az ozmotikus koncentráció állandósága a sejtműködések szempontjából alapvető jelentőségű, így az állandóságról nagyon érzékeny szabályozó mechanizmus gondoskodik.

A hypothalamusban lévő ozmoreceptorok képesek érzékelni a vér ozmotikus koncentrációjának változását és a hiperozmózisra antidiuretikus hormon (ADH) termeléssel reagálni. Az ADH oligopeptid, hatására a vesében fokozódik a vízvisszaszívás. Az ozmoreceptorok 290 mozmol/l ozmotikus koncentráció felett aktiválódnak, ami azt jelenti, hogy 300 mozmol/l ozmotikus koncentráció mellett már van ADH-termelés. Az ozmotikus koncentráció csökkenésekor (pl. nagy mennyiségű, sóban szegény folyadék fogyasztásakor) kevesebb ADH termelődik, fokozódik a diurézis (a vese hígít). Sófogyasztáskor vagy kiszáradáskor az ozmotikus koncentráció emelkedik, az ADH-termelés fokozódik, a vízvisszaszívás fokozódik (a vese koncentrál).

1.6. ábra - Az ozmoreguláció alapjai

Az ozmoreguláció alapjai

Az ozmoreceptorok aktiválódása folyadékfelvételt (motivált magatartási reakciót) is kivált, ami szintén hozzájárul az ozmotikus egyensúly fenntartásához.

Állandó ionösszetétel (isoionia)

A belső környezet állandó ionösszetétele is a homeosztázis fontos tényezőjének tekinthető.

1.7. ábra - Az intersticiális folyadék ionösszetétele (mEq/l)

Az intersticiális folyadék ionösszetétele (mEq/l)

Nátriumháztartás

Az extracelluláris tér domináns kationja a Na+, kísérő anionja főleg a Cl-, de a sav-bázis háztartás szempontjából nagy jelentősége van a HCO3--nak és a NaH2PO4-/Na2HPO4- anionoknak is. A [Na+] alapvetően megszabja a folyadéktér ozmotikus aktivitását, így a Na+ háztartásnak kitüntetett jelentősége van az ozmoregulációban is. A határfelületeken keresztül a Na+ ionok mozgását a víz mozgása is kíséri, így a [Na+] szabályozása a térfogat-szabályozástól is elválaszthatatlan folyamat, annak alapját képezi.

A K+ koncentráció jelentősége

Az ideg- és izomsejtek nyugalmi potenciálja nagymértékben függ a az extra- és az intracelluláris K+ koncentrációk arányától. Az extracelluláris hyperkalaemia depolarizációt vált ki, fokozza az ingerlékenységet, bizonyos érték felett pedig depolarizációs blokkot okoz. A szívműködés szempontjából pl. ez a hatás tachycardiában, arrhytmiában, nagyfokú hyperkalaemia esetén szívmegállásban nyilvánulhat meg. Az extracelluláris hypokalaemia hiperpolarizációt okoz, következményesen csökkent ingerlékenység tapasztalható.

Itt is elmondható, hogy a táplálékkal és a folyadékokkal felvett K+ ionok mennyisége nagy szórásokat mutat, az isoionia fenntartása a vesében történő kiválasztás hormonális szabályozásában valósulhat meg, melyben az aldoszteronnak van jelentősége. A K+ kiválasztást a sav-bázis háztartás állapota is befolyásolja: alkalózisban fokozódik a K+ leadás, ami a vér K+ szintjének változásához vezet.

1.8. ábra - A káliumháztartás alapvető tényezői

A káliumháztartás alapvető tényezői

pH állandóság (isohydria)

Általános leírás

Az extracelluláris tér H+ koncentrációja ([H+]) fiziológiás körülmények között gyakorlatilag állandó (isohydria), ami a homeosztázis fontos tényezője.

A testnedvekben a szabad [H+] 4 x 10-8 mol/l, amely patológiás körülmények között 1 x 10-8 mol/l-től 1,6 x 10-7 mol/l-ig változhat. Ennél nagyobb változások már az élettel összeegyeztethetetlenek.

A [H+] fenti dimenziókban való megadása nehézkessé teszi a gyakorlatban való alkalmazását, helyette a pH fogalom bevezetése vált általánossá. A pH a [H+] negatív logaritmusát jelenti. A pH csökkenése, azaz a [H+] emelkedése acidózist, a pH növekedése, azaz a [H+] csökkenése alkalózist jelent.

Az artériás vér pH-ja fiziológiás körülmények között 7,4, a vénás véré és az interstíciális folyadéké 7,35. A pH 6,8 alá való csökkenése, ill. 8,0 fölé való emelkedése rövid időn belül halálhoz vezet.

A pH állandóságát az anyagcserefolyamatok során képződött savas jellegű termékek vagy kívülről bejutó savak ill. bázikus jellegű vegyületek koncentrációjának változása veszélyezteti. A respiratórikus funkciók változása ugyancsak pH eltolódással jár. Az alkalózist ill. acidózist ennek megfelelően metabolikus vagy respiratórikus eredetűnek nevezik.

A fenti változásokat – pufferkapacitásuk által megszabott mértékben – a pufferrendszerek kompenzálják. Ezen túlmenően a tüdő és a vese eliminálja a savas termékeket, ill. a vesetubulusok HCO3- anionokat reabszorbeálnak a sav-bázis egyensúly védelmében.

A pufferrendszerek, amelyek gyenge savak és gyenge bázisok által alkotott elegyek képesek a szabad [H+] állandó szinten tartására, mivel a savak proton donorként, a bázisok pedig proton akceptorként szerepelnek.

A pK az a pH érték, amelynél a két komponens koncentrációja egyenlő. Ha a pufferkomponenseket egyenlő arányban keverjük össze, az oldat pH -ja a rendszer pK értékének felel meg. A rendszer pufferkapacitása legnagyobb a pK értékkel megegyező pH mellett, mert ilyenkor a rendszer az acidózist és az alkalózist ugyanolyan mértékben képes kivédeni.

A vér pufferrendszerei

Szénsav-bikarbonát rendszer

Az anyagcsere során felszabaduló széndioxid vízzel szénsavvá egyesül, ami protonra és bikarbonátra disszociál, így a szénsav és a bikarbonát pufferelegyet képez.

Ha az élő szervezet zárt rendszerként működne, a szénsav-bikarbonát pufferrendszer kevésbé lenne hatékony, mivel a pK-ja (6,1) relatíve messze esik a vér aktuális pH-jától. A bikarbonát/szénsav arány ekkor 20:1, ami igen alacsony puffer kapacitást biztosítana.

1.9. ábra - A szénsav-bikarbonát pufferrendszer titrációs görbéje zárt rendszerben

A szénsav-bikarbonát pufferrendszer titrációs görbéje zárt rendszerben

A szervezetben azonban a szénsav bikarbonát rendszer nyitottnak tekinthető, mivel a pufferösszetevők koncentrációját a légzés és a veseműködés kontrollálja. A légzés során CO2 leadás történik, ami az acidotikus irányú eltérésekkel szemben jelent védelmet. A vese protonokat képes a vizeletbe kiválasztani ill. bikarbonátot reabszorbeálni a szükségletnek megfelelő mértékben, vagyis a két komponens aránya konstans szinten tartható.

A légzés nyitottá teszi a rendszert a folyamatos CO2 leadás révén. Nyitott rendszerben (azonos pK érték mellett) a disszociációs görbe lefutása változik, mivel a CO2 (és következésképp a H2CO3- koncentráció) konstans. Ez a pufferkapacitás növekedését eredményezi.

Foszfát pufferrendszer

Az extracelluláris térben a szénsav-bikarbonát pufferrendszeren kívül jelentős a H2PO4-/HPO42- pufferrendszer, melyben a H2PO4- ionok gyenge savként, a HPO42- ionok pedig gyenge bázisként viselkednek. A rendszer pK-ja 6,8.

Plazmafehérjék

A plazmafehérjék ugyancsak rendelkeznek pufferkapacitással, mivel -COOH- csoportjaik gyenge savként, -NH3OH csoportjaik pedig gyenge bázisként viselkednek.

Intracelluláris pufferrendszerek

Intracellulárisan a fehérjék és a H2PO4-/HPO4- pufferrendszer játszanak fontos szerepet a pH fenntartásában. A vörösvértestek hemoglobintartalma jelentős mértékben hozzájárul az egész szervezet sav-bázis egyensúlyának fenntartásához.

A testhőmérséklet állandósága (homoiothermia)

Általános jellemzés

A maghőmérséklet az ember belső szerveinek, szöveteinek hőmérséklete, amely a külső hőmérséklet változásával csak szűk határok között ingadozik. Egy egészséges ember átlagos maghőmérséklete 37°C, ami a legkedvezőbb a sejtműködés szempontjából. Az állandó maghőmérséklet annak az eredménye, hogy a szervezetben lejátszódó hőtermelés és a testfelületen keresztül történő hőleadás kiegyenlíti egymást. Ebben a kiegyenlítődésben több szerv is szerepet játszik, ezeket az idegrendszer hangolja össze.

A „mag” fogalma úgy is definiálható, hogy az a része a testnek, amelynek hőmérséklete konstans. A „köpeny” a test változó hőmérsékletű része. A köpeny temperatúra variábilis, a köpenyen keresztül kialakuló hőmérsékleti gradiens szabja meg a hőkicserélődés mértékét és irányát a mag és a külső környezet között. A mag és a köpeny aránya változik a külső környezeti hőmérséklet és a hőszabályozás effektivitásának függvényében.

A hőháztartás akkor van egyensúlyban, ha a hőleadás és a hőtermelés egymással megegyezik. Ebben az állapotban a maghőmérséklet konstans. A hőszabályozó mechanizmusok a konstans maghőmérsékletet széles külső környezeti feltételek mellett képesek biztosítani.

Csökkenő külső hőmérséklet mellett a hideg ellen védő mechanizmusok, növekvő külső hőmérséklet mellett pedig a meleg ellen védő mechanizmusok aktiválódnak.