Curs Fizio 1c2 Nou

64
CURS F1.C2. Conţinut: Homeostazia: definiţie, conceptul de balanţă; antagonismul funcţional Valoarea de referinţă în biologie Factorii de variaţie ai parametrilor biologici. Mecanisme de menţinere a homeostaziei: feedback-ul negativ negativ si pozitiv, reglarea nervoasă si endocrină Fiziologia membranei celulare Mecanisme de transport transmembranar – Transportul pasiv 1

Transcript of Curs Fizio 1c2 Nou

Page 1: Curs Fizio 1c2 Nou

1

CURS F1.C2.

Conţinut:

• Homeostazia: definiţie, conceptul de balanţă; antagonismul funcţional

• Valoarea de referinţă în biologie

• Factorii de variaţie ai parametrilor biologici.

• Mecanisme de menţinere a homeostaziei: feedback-ul negativ negativ si pozitiv, reglarea nervoasă si endocrină

• Fiziologia membranei celulare

• Mecanisme de transport transmembranar – Transportul pasiv

Page 2: Curs Fizio 1c2 Nou

2

BIBLIOGRAFIE

1. Cursul predat

2. Maria Iancău, Fiziologia tractului digestiv. Note de curs, Editura Medicală Universitară Craiova, 2006.

3. Maria Iancău, Badea Daniela, Sfredel Veronica, Iancu Ionela, Romanescu Florin, Mitran Smaranda Ioana, Bălşeanu Tudor Adrian, Neamţu Marius Cristian, Fiziologia aparatului digestiv-Lucrări practice, Editura Medicală Universitară Craiova, 2009.

4. Protocoalele disciplinei

5. William F. Ganong, Review of Medical Physiology (19th edition), 2001.

6. Arthur C. Guyton & John E. Hall, Textbook of Medical Physiology, 11th edition, 2006.

7. I. Hăulică, Fiziologie umană, Ed.Medicală Bucureşti, 2007.

Page 3: Curs Fizio 1c2 Nou

3

Obiectivele învăţării.

După parcurgerea acestui curs, studentul trebuie: Să înţeleagă şi să definescă conceptul de homeostazie Sa înţelegă şi să explice noţiunea de balanţă şi nivel de referinţă

în biologie şi fiziologie Să numească factorii care induc variaţii ale parametrilor

fiziologici Să exemplifice variaţii ale unor parametri fiziologici Să numească şi să deosebească mecanismele de reglaj implicate

în menţinerea homeostaziei. Să descrie componentele buclei de feedback negativ şi pozitiv. Să expliciteze mecanismul de reglare prin feedback negativ

sau/şi pozitiv, pentru o constantă a mediului intern. Să înţelegă şi să exemplifice antagonismul functional.

Page 4: Curs Fizio 1c2 Nou

4

ARGUMENTAREA TEMEI – caz clinic

• Ştefan, in vârstă de 36 de ani se prezintă la medic pentru dureri de cap (cefalee) şi ameţeli (vertij) care au aparut de aproximativ o lună. Îi mai spune medicului că stă 10-12 ore la serviciu si mănâncă neregulat, mai ales mâcare de fast-food.

– După consult si investigaţii de laborator, medicul este în măsură să-i spună lui Ştefan de ce are aceste simptome (adică să pună un diagnostic);

– Măsurătorile antropometrice: G – 105 Kg, Î-181 cm

– TA – 170/90 mmHg

– Glicemia 128 mg/dl

– Hemoglobina: 15 mg/dl

– Colesterol: 253 mg/dl

– Trigliceride: 198 mg/dl

– LDLc 170 mg/dl

– HDL – 41 mg/dl

VALORI DE REFERINŢĂ

G normală – cca 91 Kg

TA sistolica (maxima) = 105 - 130 mmHg;TA diastolica (minima)= 60 – 80 mmHg.

Glicemia: 60 -110 mg/dl

Hemoglobina bărbaţi: 14 – 18 g/dl

Colesterol: 140-200 mg/dl

LDLc: < 130 mg/dl

Trigliceride: Femei: 35-135 mg/dl Bărbati: 40-160 mg/dl

HDLc: >50 mg/dl

Page 5: Curs Fizio 1c2 Nou

5

Interacţiune cu grupul

• Ce reprezintă valorile din dreapta slide-ului anterior?

• De ce credeţi că il doare capul pe Stefan şi de ce are ameţeli?

• Puteţi indica şi voi diagnosticul pus de doctor?

OBEZITATEHIPERTENSIUNE ARTERIALĂHIPERGLICEMIE, POSIBIL DIABET ZAHARATDISLIPOPROTEINEMIE (DISLIPIDEMIE)

Page 6: Curs Fizio 1c2 Nou

6

• Orice parametru biologic este exprimat printr-o valoare care poate fi considerată normală sau patologică prin raportarea ei la un sistem de referinţă.

• Din punct de vedere teoretic, normalul reprezintă valoarea, aspectul, comportamentul cel mai apropiat de cel găsit la majoritatea indivizilor studiaţi aleator.

• Din punct de vedere practic, normalul reprezintă nivelul de referinţă, pentru compararea cu parametrul măsurat de noi.

“NORMALUL” ÎN BIOLOGIE ŞI MEDICINA

• De ex. Valorile normale stabilite prin studii populationale (pe un numar mare de indivizi) pentru TA sunt:

TA sistolica (maxima) = 105 - 130 mmHgTA diastolica (minima)= 60 – 80 mmHg.

• Daca la un individ caruia îi masuram TA vom gasi valori de 170/90

mmHg, aceste valori nu se inscriu intre limitele normale (de referinta),

deci constituie abateri (deviatii) de la normal.

Page 7: Curs Fizio 1c2 Nou

7

NORMALUL ÎN BIOLOGIE ŞI MEDICINA - nivelul de referinţă

• Nivelul de referinţă reprezintă valoarea normală pentru o constantă (parametru) a organismului, stabilită prin studii anterioare şi faţă de care raportăm (comparăm) valorile gasite de noi pentru constanta respectivă

• Pentru ca un parametru biologic să fie constant, organismul uman posedă mecanisme de reglaj care ajustează permanent abaterile de la normal, adică păstrează homeostazia acelui parametru;

– aceste abateri sunt determinate de variaţiile mediului intern sau extern, la care organismul uman trebuie sa se adapteze

• In biologie foarte multi parametri sunt repartizati simetric, dupa o curba a normalului (curbă de densitate), cunoscuta sub numele de curba Gauss.

• Varful curbei reprezinta valoarea medie a parametrului masurat, iar liniile coborâte din inflexiuni sunt limitele acceptate.

• Un parametru biologic poate varia între anumite limite considerate fiziologice datorită influenţei unor factori de mediu, la care organismul uman se adaptează

Page 8: Curs Fizio 1c2 Nou

8

Curba densităţii normale sau curba Gauss sau clopotul lui Gauss

Page 9: Curs Fizio 1c2 Nou

9

FACTORII CARE INDUC VARIATII FIZIOLOGICE ALE PARAMETRILOR BIOLOGICI.

• SEXUL: concentratia HEMOGLOBINEI este mai mare la barbati decat la femei

• VARSTA: concentratia HEMOGLOBINEI este mai mica la copii decat la adulti

• RASA: majoritatea populatiei de culoare are Rh negativ

• EFORTUL FIZIC: TA si frecventa cardiaca, precum si alţi parametri fiziologici cresc in timpul efortului

• FACTORII DE MEDIU:

• ALTITUDINEA – la inaltimi mari creste numarul de eritrocite pentru a compensa scaderea concentratiei de O2;

• TEMPERATURA – la temperaturi ridicate diureza este mai scazuta;

• UMIDITATEA – crescuta duce la cresterea frecventei respiratorii;

• STARI FIZIOLOGICE:

• SARCINA – la gravide hematocritul este mai mic

• MENSTRUATIA – creste usor VSH

Page 10: Curs Fizio 1c2 Nou

10

FACTORII CARE INDUC VARIATII FIZIOLOGICE ALE PARAMETRILOR BIOLOGICI- continuare.

• RITMUL CIRCADIAN SAU ALTE RITMURI

• secretia de GH este maxima intre orele 22-24;

• hormonii estrogeni au variaţii lunare, datorate ciclului ovarian

• ALIMENTATIA

• excesul de grasimi creste lipidele plasmatice

• glicemia postprandiala este mai mare decat cea determinata pe nemancate (á jeune);

• ESANTIONUL DE SANGE DIN CARE SE FACE MASURATOAREA – hematocritul este mai mare in sangele venos;

• ALTI FACTORI: profesia, mediul urban sau rural, traditiile culturale

Page 11: Curs Fizio 1c2 Nou

11

Homeostazia• Etimologie:

– grecescul: homoios = asemănător şi – stasis = oprire – pornind de la verbul istanai = a face să ţină.

• Noţiunea a fost introdusă de Walter B. Cannon, în 1932 (Wisdom of the body – Înţelepciunea corpului)

• Definiţie: homeostazia este proprietatea sistemelor (a organismelor vii) de a-şi menţine, constante, între anumite limite, principalele caracteristici fizice şi chimice.

– Sau proprietatea organismelor vii de a-şi păstra constantă compoziţia mediului intern

• Pentru fiziologie, conceptul de homeostazie are o valoare foarte mare, deoarece permite ca diversele mecanisme de reglare ale parametrilor mediului intern să fie înţelese în termeni de "de ce?", precum şi de "cum?".

• Conceptul de homeostazie constituie baza, fundamentul pentru procedurile medicale de diagnosticare, de ex:

– atunci când investigaţiile de laborator (biochimice sau hematologice) folosite pentru aprecierea constanţei mediului intern deviază în mod semnificativ de la normal, se poate concluziona că homeostazia nu este menţinută şi că persoana respectivă este bolnavă.

– Combinând observaţiile clinice cu informaţiile aduse de măsurătorile de laborator, medicul poate identifica mecanismul de reglaj care funcţionează defectuos şi încearcă să-l normalizeze pentru a păstra homeostazia parametrului respectiv..

Page 12: Curs Fizio 1c2 Nou

12

Homeostazia - continuare

• Un parametru biologic nu are niciodata o valoare constant exactă, la măsurători diferite.

• Vom găsi variaţii mici, în plus sau în minus, dar care se înscriu în limitele admise de abatere (fiziologice). Acest lucru însemnă că parametrul respectiv, sau mediul intern, la modul general are o constanţă dinamică şi nu statică

• Fenomenul este imaginat ca o balanţă care se inclină permanent, dar sistemele de reglaj reuşesc să găsească şi să menţină starea de echilibru, adică homeostazia.

Sursa: Fox Human Physiology, 12 th ed., 2010

Page 13: Curs Fizio 1c2 Nou

13

Cum mentine organismul uman homeostazia?

• Un mecanism de reglaj, de menţinere a homeostaziei este un circuit cu mai multe componente:

• Senzorul sau senzorii– în biologie acestia sunt cunoscuţi sub numele de

receptori, care sunt capabili să detecteze abateri de la un anumit nivel de referinţă. Ca exemplu, punctul de referinţă este analog cu temperatura setată la un termostat din locuinţă.

– În mod similar, există un nivel stabilit, de referinţă pentru temperatura corpului, concentraţia glucozei din sânge, tensiunea arterială, numărul de bătăi ale inimii etc.

– Atunci când senzorul (receptorul) detectează o abatere (o eroare) de la o anumită valoare prestabilită, de referinţă trebuie să transmită această informaţie la un centru de integrare, care primeşte, de obicei, informaţii de la mai mulţi senzori diferiţi.

Sursa: Fox Human Physiology, 12 th ed.

Page 14: Curs Fizio 1c2 Nou

14

Cum mentine organismul uman homeostazia?

• Centrul de integrare

– este o anumită regiune a creierului sau a măduvei spinării, dar în unele cazuri, poate fi un grup de celulele dintr-o glandă endocrină.

– Intensităţile diferite ale informaţiilor senzoriale sunt cântărite şi analizate în centrul de integrare, care răspunde prin creşterea sau scăderea activităţii unor efectori specifici

Sursa: Fox Human Physiology, 12 th ed.x

Page 15: Curs Fizio 1c2 Nou

15

Cum mentine organismul uman homeostazia?

• Efectorii- pot fi muşchi (scheletici, netezi sau muşchiul

cardiac), glande sau celule specifice dintr-un organ;

- reprezintă „apărarea” valorilor normale de la abaterile induse de variaţiile mediului intern sau extern .

- Prin răspunsul lor, efectorii rectifică eroarea sau abaterea, adică aduc un parametru la valorile considerate fiziologice

• Între componentele mecanismului de reglaj se stabileşte o relaţie de feed-back, care, în majoritatea cazurilor este de tip negativ.

Sursa: Fox Human Physiology, 12 th ed.

Page 16: Curs Fizio 1c2 Nou

Mecanisme de menţinere a homeostaziei

• Homeostazia este menţinută, în general, de două tipuri de mecanisme:

– Intrinseci şi în acest caz vorbim de autoreglara funcţiei unui organ

– Extrinseci în care reglarea unei funcţii sau a unui parametru este realizată de către sistemul nervos şi cel endocrin.

– Sistemul endocrin funcţionează în strânsă relaţie cu sistemul nervos pentru reglarea şi integrarea proceselor organismului şi menţinerea homeostaziei.

– Sistemul nervos, la rândul lui controleaza secreţia multor glande endocrine, iar unii hormoni, la rândul lor influenţează funcţia sistemului nervos. Împreună, cele două sisteme reglează activităţile celorlalte sisteme ale organismului.

– Sistemul nervos acţionează prin impulsuri nervoase transmise către organele ţintă de către fibrele nervoase care le inervează. Aceste organe ţintă pot fi muşchii sau glandele care funcţionează ca efectori în menţinerea homeostaziei.

– Sistemul endocrin intervine prin secreţia în sânge a unor substanţe chimice numite hormoni, care acţionează pe organe ţintă

16

Page 17: Curs Fizio 1c2 Nou

17

Mecanisme de menţinere a homeostaziei – feedback-ul negativ

• Feedback = retroacţiune care se manifestă la nivelul a diferite sisteme (biologice, tehnice etc.) în scopul menţinerii stabilităţii şi echilibrului lor faţă de influenţe exterioare;

– se mai numeşte şi retroacţiune inversă sau conexiune inversă;

• Dacă senzorul detectează o creştere a unui parametru, de exemplu a tensiunii arteriale şi efectorul acţionează în sensul scăderii valorii TA, atunci feedback-ul este negativ.

O bucla de feedback negativ este un sistem de control care acţionează când apare o perturbare, o abatere, pentru a menţine nivelul unor parametri într-un interval dat

Feedback negativ pentru menţinerea în limite normale a temperaturi

La viitoarele evaluări, acest mecanism va fi folosit ca exemplu de mecanism de menţinere a homeostaziei!

Page 18: Curs Fizio 1c2 Nou

18

Mecanisme de menţinere a homeostaziei – feedback-ul negativ

• Caracteristici ale răspunsului de tip feedback negativ: Se exercită numai dacă variabila (parametrul) controlată a fost

perturbată; Corecţia care urmează să fie aplicată poate fi evaluată numai prin

amploarea semnalului de eroare, adică diferenţa dintre valoarea dorită şi valoarea deplasată a variabilei în cauză; în practică, acest lucru înseamnă că sistemele de feedback negativ

pot oferi o corecţie incompletă. Poate determina o supracorecţie ceea ce cauzează oscilaţii în controlul

parametrului respectiv aceste dezavantaje sunt în mare parte depăşite în sistemele

fiziologice prin existenţa mai multor sisteme de reglaj pentru acelaşi parametru

Page 19: Curs Fizio 1c2 Nou

19

Mecanisme de menţinere a homeostaziei – feedback-ul negativ

• Mecanismele de reglaj dedicate unui parametru pot acţiona în opoziţie sau antagonic (push-pull sau împinge – trage). De exemplu, glicemia este menţinută constantă sub acţiunea unui hormon hipoglicemiant – insulina şi a altuia hiperglicemiant care este glucagonul.

Feedback negativ pentru menţinerea în limite normale a glicemiei

La viitoarele evaluări, acest mecanism va fi folosit ca exemplu de mecanism de menţinere a homeostaziei!

Page 20: Curs Fizio 1c2 Nou

20

Efectori antagonişti sau sisteme de reglaj antagoniste• Cei mai mulţi parametri ai mediului intern sunt controlaţi de mai

mulţi efectori, care au, de multe ori, acţiuni antagoniste;

• Controlul prin efectori antagonişti este descris uneori ca "push-pull" (împinge-trage) când activitatea de creştere a unui efector este însoţită de scăderea activităţii efectorului antagonic.

• Acest lucru permite un grad de control mai fin decât ar putea fi realizat prin simpla comutare a efectorului: oprit-pornit.

– Temperatura camerei poate fi menţinută, de exemplu, prin simpla pornire sau oprire a unui aparat de aer condiţionat sau a unui radiator.

– Temperatura normală a corpului este menţinută la aproximativ 37 ° C, prin efectele antagoniste ale transpiraţiei, frisoanelor, vasodilataţiei sau vasoconstricţiei (vezi schema anterioară, slide 17)

– Concentraţiile glucozei din sânge, a calciului şi a altor substanţe sunt reglate prin bucle de feedback negativ care implică hormoni cu efecte opuse.

– Astfel, în timp ce insulina scade glucoza din sânge, alţi hormoni , ca glucagonul o cresc (vezi schema anterioară, slide 19)

În acelaşi mod, frecvenţa cardiacă este controlată de către fibre nervoase care produc efecte opuse: fibrele simpatice determină creşterea frecvenţei de descărcare a stimulilor cardiaci; stimularea unui alt grup de fibre, parasimpatice încetineşte ritmul cardiac.

Page 21: Curs Fizio 1c2 Nou

21

Bucla de feed-back negativ pentru homeostazia tensiunii arteriale

Sursa: Fox Human Physiology, 12 th ed. pag 9

Sunteti rugati sa precizati:- Unde se gasesc receptorii?- Unde este localizat exact centrul

de integrare?- Ce fel de fibre se duc catre

inima?- Care parametri ai activităţii

cardiace sunt influenţaţi pentru ca in final să crească TA?

- Cum se numeste arcul reflex declansat de stimularea senzorilor?

La viitoarele evaluări, acest mecanism va fi folosit ca exemplu de mecanism de menţinere a homeostaziei!

Page 22: Curs Fizio 1c2 Nou

Mecanisme de menţinere a homeostaziei – feedback-ul pozitiv

• Constanţa mediului intern este menţinută prin efectori care acţionează pentru a compensa diverse abateri care au constituit stimulul pentru activarea lor, adică prin feedback-ul negativ.

• Un termostat menţine o temperatură constantă prin creşterea producţiei de căldură atunci când este frig şi prin scăderea producţia de căldură atunci când este cald.

• Opusul apare în timpul feedback-ului pozitiv: astfel, un termostat care functioneaza prin feedback pozitiv ar creşte producţia de energie termică, ca răspuns la o creştere a temperaturii.

• Deci un feedback pozitiv pentru exemplele din paragrafele anterioare ar însemna: o creştere a glucozei, deşi senzorul a detectat valori crescute; o crestere a temperaturi, deşi afară este cald etc. Rezultă că, în majoritatea situaţiilor, homeostazia se menţine prin feedback negativ.

• Totuşi eficacitatea unor bucle de feedback negativ, creşte prin asocierea cu mecanisme de feedback pozitiv, care amplifică acţiunile feedback-ului negativ.

– De exemplu, coagularea sângelui are loc ca urmare a unei activări secvenţiale a factorilor de coagulare; activarea unui factor de coagulare determină activarea celorlalţi, într-un feedback pozitiv, în cascadă. În acest fel, o singură modificare este amplificată pentru a produce cheagul de sânge.

– Cu toate acestea, formarea cheagului previne alte pierderi de sânge reprezentând de fapt finalitatea unei bucle de feedback negativ care restabileşte homeostazia.

22

Page 23: Curs Fizio 1c2 Nou

Fiziologia membranei celulare• Celula este unitatea

funcţională de bază a oricărui organism.

• Funcţiile fundamentale ale celulei:– creştere şi metabolism;– reproducere;– sinteză proteică;– mişcare.

• Este formată din– Membrană– Citoplasmă– Nucleu

Diagram of a typical animal (eukaryotic) cell, showing subcellular components. Organelles:(1) nucleolus; (2) nucleus; (3) ribosome; (4) vesicle; (5) rough endoplasmic reticulum (ER); (6) Golgi apparatus; (7) Cytoskeleton; (8) smooth endoplasmic reticulum; (9) mitochondria; (10) vacuole;(11) cytoplasm; (12) lysosome; (13) centrioles within centrosome

Page 24: Curs Fizio 1c2 Nou

Structura membranei celulareModelul mozaicului fluid

• In 1972, S. Singer and G. Nicolson proposed the Fluid Mosaic Model of membrane structure

Extracellular fluid

CarbohydrateGlycolipid

Transmembraneproteins

Glycoprotein

Peripheralprotein

Cholesterol

Filaments ofcytoskeleton

Cytoplasm

Modelul mozaicului fluid, propus de Jonathan S. Singer şi Garth Nicholson, prezintă membrana celulară ca un model fluid mozaicat, unde numeroasele componentele structurale se pot deplasa liber.

Page 25: Curs Fizio 1c2 Nou

Funcţiile membranei celulare

• Protejează interiorul celulei si permite păstrarea formei şi a mobilităţii.

• Controlează schimburile de substanţe (apă, ioni, substanţe plastice) din mediul extracelular în celulă şi din celulă la exterior.

• Prin proteinele receptori detectează semnalele chimice şi transmite în celulă informaţia purtată de aceste semnale.

• Permite aderarea la alte celule sau la componente ale matrixului celular.

Page 26: Curs Fizio 1c2 Nou

Structura membranei celulare• Membrana celulară este formată dintr-un dublu strat lipidic şi proteine

asociate, ambele componente având un grad mare de asimetrie.

• Dublul strat lipidic reprezintă elementul structural fundamental al membranelor celulare, care se comportă ca o barieră impenetrabilă pentru majoritatea moleculelor solubile în apă. – Dublul stat lipidic este elementul determinant al permeabilităţii selective a membranei– Este format din fosfolipide, glicolipide şi steroli. Capetele hidrofile sunt orientate către

mediul apos intracelular (citoplasma) şi extracelular (lichidul interstiţial). Capetele hidrofobe sunt orientate spre interior, între ele gasindu-se colesterol, care nu le permite să se contracte. Colesterolul contribuie şi la fluiditatea şi stabilitatea membranei.

• Proteinele membranare asigura funcţionalitatea membranei.– Proteinele pot fi:

• fie înglobate în membrana lipidică, proteine integrate , • fie traversează membrana, proteine transmembranare, • fie asociate suprafeţei acesteia, proteine membranare periferice

• Proteinele membranare pot avea rol de enzime, de canale ionice, de transportori, de pompe ionice, de receptori sau de ancorare a membranei de matrixul extracelular sau de citoschelet.

Page 27: Curs Fizio 1c2 Nou

Funcţiile majore ale proteinelor membranare1. Funcţia de tansport.

▪ Proteinele tubulare pot avea rol de canale ionice hidrofile , specifice pentru anumiţi ioni, de ex. de Na+, de K+. ▪ Alte proteine pot funcţiona ca pompe ionice. În acest caz au capacitatea de a hidroliza ATP ca sursă de energie pentru pomparea activă a substanţelor dintr-o parte în alta a membranei, de ex. Na+/K+ ATPaza.▪ Există şi proteine cu rol de transportor (carrier), de ex. proteina transportoare de glucoză (GLUT)

2. Activitate enzimatică. Proteinele membranare pot funcţiona ca enzime: metaloproteinaze pentru componente de matrice extracelulară, fosfolipaze, kinaze, fosfataze care intervin în metabolismul celular. În unele cazuri, mai multe celule sunt organizate ca o echipă care efectuează etape succesive dintr-o cale metabolică.

3. Funcţie de receptor, fiind astfel implicate în transducţia (transmiterea) semnalului prin membrană. În domeniile extracelulare ale acestor proteine există locuri “site” specifice pentru mediatori, hormoni, neuromediatori, sau alte molecule care funcţionează ca mesageri chimici sau liganzi. Acestia produc modificări conformaţionale ale proteinei receptor, care permit transmiterea informaţiei în interiorul celulei.

ATP

Enzymes

Signal

Receptor

Page 28: Curs Fizio 1c2 Nou

28

Recunoaşterea celulă-celulă, rol îndeplinit de glicoproteinele de la suprafaţa celulei

Rol în adeziunea celulă-celulă. Proteinele membranare ale celulelor învecinate se alătură şi formează joncţiuni (legături) de tip gap junctions (mai laxe) sau tight junctions (strânse)

Ataşarea la structurile din citoschelet sau ale matrixului extracelular. Proteinele membranare se leagă de microfilamentele citoscheletului, aceste legături permiţând menţinerea formei celulei şi stabilizarea membranei celulare

4.

5.

6.

Glyco-protein

Funcţiile majore ale proteinelor membranare - continuare

Page 29: Curs Fizio 1c2 Nou

29

Exterior

Membranaplasmatică

InteriorProteină transportor Receptor de suprafaţăEnzimă

Marker de identitate (antigen)

Ancorarea la citoscheletAdeziunea celulă-celulă

Funcţiile proteinelor plasmatice

Page 30: Curs Fizio 1c2 Nou

Glucidele membranare

• În afară de lipide şi proteine, în structura membranelor se găsesc şi glucide.

• Glucidele nu se găsesc ca entităţi individuale, ci legate de un lipid şi formează glicolipide sau de o proteină şi formează glicoproteinele (GP). Multe dintre acestea funcţionează ca receptori sau ca markeri de identitate ai celulei (buletin de identitate).

• Ele sunt dispuse întotdeauna pe versantul extern al membranelor celulare, formând glicocalixul.

• Glicocalixul protejază structura membranei celulare împotriva agresiunilor fizice, chimice şi biologice şi conferă electronegativitatea suprafeţei externe a celulei, datorită componentelor acide (acid sialic) din compoziţia sa.

Page 31: Curs Fizio 1c2 Nou

Caracteristici funcţionale ale membranelor celulareMembranele celulare au două caracteristici cu implicaţii

majore în funcţionalitaea celulei:1. Permeabilitate selectivă2. Încărcătură electrică (polaritate) de o parte şi de alta a

membranei.3. Permeabilitatea selectivă a membranei: • Este determinată de:• Prezenţa bistratului lipidic, care se opune trecerii moleculelor solubile în

apă. Membrana este:• permeabila pentru molecule liposolubile (acizi grasi, etanol, uree) si

molecule de gaz (O2 si CO2), care strabat cu usurinta matricea fosfolipidica;

• partial permeabilă pentru apă şi molecule hidrofobe mici;• impermeabilă pentru molecule hidrosolubile.

• Interacţiunea ionilor cu apa• Prezenţa canalelor ionice

Page 32: Curs Fizio 1c2 Nou

Bistratul lipidic este semipermeabil

• permeabil pentru molecule liposolubile (acizi grasi, etanol) si molecule de gaz (O2 si CO2), care strabat cu usurinta bistratul fosfolipidic;

• partial permeabil pentru apa şi molecule hidrofobe mici;

• impermeabil pentru molecule hidrosolubile: ioni, glucoză, amino-acizi, proteine, acizi nucleici.

Page 33: Curs Fizio 1c2 Nou

Tipuri de mecanisme de transport transmembranar

Mecanismele de transport ale ionilor si moleculelor prin membrana plasmatica pot fi impartite în mai multe categorii:A. În functie de consumul de energie, transportul transmembranar poate fi:

1. Transport pasiv, care cuprinde:— difuziunea simpă;— osmoza (difuziunea apei); — difuziunea facilitată

2. Transport activ, care necesita consum de energie ( ATP), aceasta fiind necesară in functionarea anumitor proteine „carrier” denumite pompe.

B. În funcţie de utilizarea în transport a unor proteine „carrier” (cărăuşi), mecanismele de transport transmembranar pot fi:• Mecanisme care utilizeaza proteine „carrier”

Difuziunea facilitata Transportul activ

• Mecanisme care nu utilizeaza proteine „carrier”: Difuziunea simpla a moleculelor liposolubile prin stratul fosfolipidic al membranei Difuziunea simpla a ionilor prin canalele membranare Difuziunea simpla a moleculelor de apa (osmoza) prin canalele de apa (aquaporine)

Page 34: Curs Fizio 1c2 Nou

Mecanisme de transport transmembranar – Transportul pasiv

Reprezinta transportul moleculelor si al ionilor în sensul gradientului de concentratie Nu necesita consum de energie Include toate mecanismele de transport care NU utilizeaza proteine “carrier” sau transportoare: difuziunea,

osmoza şi difuziunea facilitata• DIFUZIUNEA SIMPLĂ

– Difuziunea este un proces fizic prin care diferenţele de concentraţie dintre 2 soluţii despărţite de o membrană semipermeabilă dispar prin migrarea moleculelor din compartimentul cu o concentraţie mare spre cel cu o concentraţie mai mică.

– O solutie este formata dintr-un solvent (apa) si un solvit (molecule care sunt dizolvate in apa). Atat solventul, cat si substanţa dizolvată se gasesc intr-o miscare continua, dezordonată, datorita energiei calorice (caldura).

– Difuziunea se produce de fiecare data cand există o diferenţă de concentraţie de-a lungul unei membrane, iar membrana este permeabilă pentru substanţa care difuzează.

– Dacă intre 2 regiuni ale soluţiei există o diferentă de concentraţie (gradient de concentratie), mişcarea dezordonată tinde sa elimine diferenţa şi să egalizeze concentraţia, proces cunoscut ca difuziune.

Page 35: Curs Fizio 1c2 Nou

Transportul pasiv – difuziunea simplă • Prin difuziune se transportă:— moleculele nepolare (fără încărcătură electrică) si cele liposolubile, ca O2, CO2,

hormoni steroizi, uree, etanol, care pot trece cu usurinta prin dublul strat fosfolipidic al membranei, condiţia fiind să existe gradient de concentraţie;

— diferiţi ioni, cum sunt cei de Na+ si K+ pentru care membrana este doar parţial permeabilă; din acest motiv, ionii respectivi necesită, pe lângă gradientul de concentraţie si prezenţa unor canale ionice.

• Unele canale ionice sunt intotdeauna deschise, însa cele mai multe sunt „cu poartă”- gated, care se deschid sau se închid la anumite semnale fiziologice, cum ar fi legarea la canal a unui mediator specific sau atingerea unui voltaj .

— apa, care deşi este insolubilă în lipide poate difuza prin membrana plasmatica doar în cantitate foarte mică, datorită dimensiunilor mici si lipsei polaritatii;• în multe membrane, pentru trecerea apei este nevoie de canale specifice,

numite aquaporine;• Difuziunea apei prin membrana plasmatica este cunoscuta sub numele de

osmoza.

Page 36: Curs Fizio 1c2 Nou

Transportul pasiv – difuziunea simplă • Rata difuziunii• Viteza difuziunii, definită ca numărul de molecule care difuzează printr-o

membrană în unitatea de timp depinde de:– Diferenta de concentratie de-a lungul membranei. Valorea diferentei de

concentratie de-a lungul membranei reprezinta forţa care initiaza difuziunea.– Permeabilitatea membranei faţă de substantele care difuzează.

• Indiferent de diferenţa de concentraţie, dacă membrana este impermeabilă pentru substanţa respectivă, difuziunea acesteia nu va avea loc.

• la o anumita diferenţă de concentratie, viteza difuziunii va depinde de permeabilitatea membranei plasmatice pentru respectiva substanţă

– Temperatura soluţiei– Suprafaţa membranei prin care trec substanţele

• În zone ale organismului care sunt specializate în difuziunea rapidă , suprafaţa membranei plasmatice se mareste prin numeroase pliuri.

– Spre exemplu în intestin, absorbţia este facilitata de catre niste prelungiri digitiforme denumite microvili

– Microvili asemănători se gasesc şi în rinichi.

Page 37: Curs Fizio 1c2 Nou

Aplicatii clinice – lectură argumentativăAceste informaţii vă exemplifică importanţa fenomenului de difuziune, atât în condiţii de funcţionare normală sau defectuasă a acestui fenomen în organismul uman, cât şi în condiţiile în care acest fenomen este suplinit de o “maşinărie” cum este aparatul de dializă.

• La nivelul rinichilor sangele este filtrat prin porii existenţi în peretii capilarelor pentru a produce un filtrat care va deveni urina. Ultrafiltratul conţine produsii de excretie si alte molecule dizolvate, dar nu şi celule sanguine sau proteine care sunt reţinute la nivelul capilarelor.

• Apoi, moleculele necesare organismului sunt reabsorbite din filtrat inapoi in circulatie, la nivelul sistemului tubular. Produsii de excretie raman în filtrat şi sunt astfel excretaţi prin urina

• Cand rinichii nu mai reusesc sa indeplineasca aceasta funcţie, produşii de excretie trebuie sa fie indepartati din sange în mod artificial prin intermediul dializei.

• În procesul de dializă, produsii de excretie sunt indepartati din sange prin difuziunea acestora printr-o membrana artificială care prezinta pori.

• Aceşti produşi trec intr-o solutie denumită dializat care inconjoara membrana artificiala. Molecululele necesare organismului sunt pastrate in sange prin includerea lor in dializat . Astfel este împiedicată difuziunea lor prin abolirea gradientului de concentratie.

• Sursa: Stuart Fox, Human Physiology, Twelfth Edition

Page 38: Curs Fizio 1c2 Nou

Aplicatii clinice – lectură argumentativă- continuare

• Fibroza chistica apare la 1 din 2.500 de nou nascuti in populatia caucaziana.

– Ca rezultat al unui defect genetic, apare miscarea anormala a moleculelor de NaCl si a apei de-a lungul celulelor epiteliale de la nivelul mucoaselor. Astfel , la nivelul mucoasei ductelor pancreatice sau a cailor respiratorii se produce o secretie intensa de mucus care nu poate fi înlaturata si poate astfel conduce la probleme respiratorii si afectiuni ale pancreasului.– Defectul genetic afecteaza o anumita glicoproteină care formeaza canalele de Cl- in membrana apicala a celulelor epiteliale. Aceasta proteina ( CFTR ) se formeaza in reticulul endoplasmic (asa cum este si normal) apoi însa nu mai este transportata la nivelul aparatului Golgi pentru a fi procesata si astfel , nefiind corect procesata este inserata in vezicule care o vor introduce in membrana plasmatica

– Gena pentru CFTR a fost identificata si clonată. Sunt necesare însă mai multe cercetari pana cand terapia genica pentru fibroza chistica sa devina o metoda terapeutica eficace.

Page 39: Curs Fizio 1c2 Nou

Difuziunea simplă – transportul ionilor prin canalele ionice

• Permeabilitatea membranelor naturale pentru ioni se datoreaza unor proteine membranare specifice numite canale ionice

• Proteinele din structura canalelor ionice sunt de obicei proteine tubulare, care prin dispunerea lor formează un “por”, care oferă ionului respectiv o “rută”, prin care acesta circulă în ambele sensuri prin membrana celulară

• Multe canale ionice posedă o mare capacitate de transport, de ex. anumite canale de K+ permit unui număr mare de ioni (108) să traverseze membrana în fiecare secunda. – Canalele ionice sunt capabile sa deosebeasca un tip de ion de altul, ceea ce

înseamnă că prezintă selectivitate, în ceea ce priveşte ionii cărora le permit sa treaca.

• Unele canale ionice sunt intotdeauna deschise, însa cele mai multe sunt „cu poartă”- gated, care se deschid sau se închid la anumite semnale fiziologice, cum ar fi legarea la canal a unui mediator specific sau atingerea unui voltaj– De ex. canalele de K+, Na+, Ca++ din nervi, muşchi sau miocard se deschid şi se

închid ca răspuns la modificarea voltajului membranei

Page 40: Curs Fizio 1c2 Nou

Difuziunea simplă – transportul ionilor prin canalele ionice• Canale sunt denumite după principalul ion pentru care sunt permeabile, de ex.

canalele de sodiu permit ionilor de Na+ sa traverseze membrana, dar nu şi altor cationi cum ar fi K+ -ul sau Ca++ -ul– Permeabilitatea unei membrane celulare pentru un anumit ion depinde de numarul

de canale de acelasi timp care sunt deschise şi de numarul ionilor care pot trece prin fiecare canal într-o anumita perioada de timp.

• Alte canale permit trecerea mai multor ioni încarcati pozitiv, dar nu permit trecerea ionilor încarcati negativ şi invers

– Aceste canale se numesc canale cationice non-selective. Un astfel de canal este receptorul pentru acetilcolina din jonctiunea neuromusculara.

Exemplificarea difuziunii gazelor prin membrana plasmatică a celulelor (stânga) şi trecerea ionilor, facilitată de canalele ionice (dreapta)• Sursa: Stuart Fox, Human Physiology,

Twelfth Edition

Page 41: Curs Fizio 1c2 Nou

Transportul pasiv – osmoza

• Osmoza reprezinta difuziunea apei prin membrana. Pentru ca aceasta sa aiba loc trebuie ca membrana sa fie semipermeabila, adica sa fie mai permeabilă pentru apa, comparativ cu alti solvaţi.

• Aşa cum am văzut în slide-urile anterioare, membrana celulară este înalt permeabilă pentru apă şi relativ impermeabilă pentru ioni, chiar şi pentru cei foarte mici, cum sunt ionii de sodiu şi clor.

• Repartiţia lichidelor între spaţiul intracelular şi extracelular este determinată predominant de efectul osmotic al substanţelor dizolvate - în special Na+ şi Cl-, care se manifestă de-a lungul membranei celulare .

• Osmoza reprezintă deplasarea moleculelor de apă (solvent), printr-o membrană semipermeabilă (membrana celulară) din compartimentul unde există o concentraţie mai mare de apă (şi mai mică de săruri ), în compartimentul cu o concentraţie mai mică de apă (şi mai mare de săruri). În fapt se formează un gradient de apă, iar apa urmează acest gradient.

• Apa traversează rapid membrana prin - canale de apă - strict specializate pentru transportul apei

Page 42: Curs Fizio 1c2 Nou

membrană semipermeabilă

- concentraţie mică de apă; concentraţie mare de săruri

- concentraţie mare de apă; concentraţie mică de săruri

sensul de deplasare al apei

H2ONa+

Na+

H2O

OSMOZA - continuare

• Aquaporinele transportă volume mari de apa în cursul unei zile; • Exemple de tesuturi care conţin astfel de canale sunt: tubii uriniferi si glandele

secretoare de la nivelul tractului gastro-intestinal. • Aquaporinele 2 si 3 joaca rolul central in reglarea reabsorbtiei de apa de catre

ductele colectoare ale rinichiului, iar aquaporina 5 joaca un rol semnificativ in producerea secretiilor salivare.

Page 43: Curs Fizio 1c2 Nou

• deplasarii apei printr-o membrană cu permeabilitate selectivă i se opune o presiune aplicată în sens opus trecerii apei;

• presiunea osmotică a unei soluţii este acea presiune care aplicată unei soluţii împiedică orice deplasare a moleculelor de apă (solvent).

• sensul şi viteza de deplasare a solventului între cele două soluţii sunt date de diferenţa de presiune osmotică.

• presiunea osmotică este o măsură indirectă a concentraţiei de apă şi electroliţi dintr-o soluţie;

• depinde deci, de substanţele dizolvate în apă, ea fiind direct proporţională cu numărul particulelor dizolvate intr-un volum de lichid, indiferent de masa, valenţa, volumul sau încărcătura electrică a acestora;

Membrană semipermeabila

concentraţie mare de săruri, minus de apă

Concentratie mica de săruri, surplus de apă

OSMOZA – presiunea osmotică

Page 44: Curs Fizio 1c2 Nou

Presiunea osmotică - exemplificare• Imaginea conţine 2 cilindri cu apă pură, fiecare prezentand un sac cu o membrana

semipermeabila. • Un sac conţine o solutie de glucoza 180 g/L si celalalt o solutie de glucoza 360 g/L.

– în ambii saci, concentraţia de apă este mai mică decît în cilindri; prin urmare, apa va intra în saci pentru a dilua mediul concentrat de acolo;

– fiecare sac este inconjurat de o cutie rigida.

• Pe masura ce apa patrunde in fiecare sac prin osmoza, volumul acestuia se măreste până când se va lovi de cutia rigida din jur care va impiedica expansiunea acestuia si implicit si osmoza.

• Celulele animale, inclusiv cele umane nu prezinta astfel de „cutii rigide” astfel încât, dacă ar fi introduse în apa pură ar exploda.

• Sursa: Stuart Fox, Human Physiology, Twelfth Edition

Page 45: Curs Fizio 1c2 Nou

• Valoarea normală a presiunii osmotice este de aprox. 6000 mmHg, şi într-un procent de 89% este dată de NaCl din plasmă

• Osmolaritatea exprimă numărul de mOsm prezenţi într-un litru de plasmă, în care apa reprezintă 93%, restul fiind reprezentat de proteine, lipide, glucide şi electroliţi

• valoarea normală este de 300 – 310 mOsm/l• osmolaritatea (şi presiunea osmotică) a plasmei, ca şi a lichidului

interstiţial este dată mai ales de Na+ şi Cl- (conferă 250 mOsm/l din totalul de 282 mOsm/l, adică, aproximativ 89%);

• osmolaritatea lichidului intracelular este dată mai ales de ionul de K+ (50% din totalul de 281 mOsm/l); diferenţa de 1 mOsm/l dintre plasmă şi lichidele din interstiţiu şi intracelulare se datorează efectului osmotic al proteinelor din plasmă

• Osmolalitatea exprimă numărul de mOsm prezenţi într-un Kilogram de apă (care este egal cu 1L de apă la 4 grade C)

• Valoarea normală este de 285–300 mOsm/Kg

OSMOZA – presiunea osmotică - continuare

Page 46: Curs Fizio 1c2 Nou

Tonicitatea• Termenul de tonicitate este folosit pentru a descrie

efectul unei solutii asupra miscarii osmotice a apei.

• Solutiile care prezinta aceeasi osmolalitate cu plasma se numesc izoosmotice.

Lichide izotonice ~ izoosmotice• dacă o celulă, de exemplu hematia este introdusă într-

o soluţie în care concentraţia electroliţilor este de ~ 300 mOsm/l (osmolalitate normală) NU vor avea loc modificări ale volumului celular, deoarece concentraţia este egală de-o parte şi de alta a membranei, iar electroliţii nu pot intra sau ieşi din celulă

• o astfel de soluţie este izoosmotică şi ea, nici nu măreşte, nici nu micşorează volumul celulei

• exemple de soluţii izoosmotice: NaCl 0,9%, glucoză 5%, soluţie Rienger

izoton

Page 47: Curs Fizio 1c2 Nou

Lichide izotonice ~ izoosmotice - continuare

• De retinut!– O soluţie poate fi izoosmotica, dar nu si izotonică, aşa cum

se întamplă în cazul în care substanţa dizolvată din solutia izoosmotica poate traversa liber membrana.

– Spre exemplu: o solutie de 300 mOsm de uree este izoosmotica, dar nu si izotonica pentru că, membrana celulelor este permeabila pentru uree.

– Daca hematiile sunt introduse într-o solutie de uree 300 mOsm, ureea difuzeaza în celule pana cand concentratia ei pe ambele feţe ale membranei devine egală.

– Între timp, solviţii din celulă nu pot fi eliberaţi si sunt aşadar osmotic activi, determinand osmoza si pătrunderea apei în celulă.

Page 48: Curs Fizio 1c2 Nou

Lichide hipotonice ~ hipoosmotice

• Solutiile care au o concentratie mai scazuta de solvit decat plasma si deci si o presiune osmotica mai scazuta se numesc hipoosmotice. Daca solvitul este osmotic activ, aceste solutii se numesc hipotonice.

• dacă o celulă este pusă intr-o soluţie cu o concentraţie mai mică, osmolalitate < 280 mOsm/l (de exemplu NaCl 0,6%), de o parte şi de alta a membranei ia naştere un gradient de apă: exces la exterior, deficit în celulă; apa va intra în celulă şi va dilua mediul intracelular;

• primind apă, celula se umflă, eventual până când membrana se rupe şi conţinutul celular este eliminat în soluţie.

• pentru hematii, acest fenomen este cunoscut ca eritroliză sau hemoliză în mediu hipoton – hipoosmotic, soluţia respectivă fiind hipotonă

oton

Page 49: Curs Fizio 1c2 Nou

Lichide hipertonice ~ hiperosmotice

• O celulă pusă intr-un mediu cu osmolalitate > 310 mOsm/l (de ex. NaCl 1,5 %) va pierde apă, care va migra, prin osmoză, de la compartimentul cu concentraţie mai mică (interiorul celulei) la compartimentul mai concentrat (soluţia NaCl 1,5 %)

• Celula se deshidratează, volumul scade, membrana “se zbârceşte” - se ratatinează

• o astfel de soluţie este hipertonă ~ hiperosmotică

hiperton

Page 50: Curs Fizio 1c2 Nou
Page 51: Curs Fizio 1c2 Nou

Aplicatii clinice – lectură argumentativă• Apa se reabsoarbe din lichidul interstitial în

capilare datorită concentratiei de proteine plasmatice care este mai mare decat cea a proteinelor din lichidul interstitial. – Proteinele plasmatice, fata de alti solviţi

din plasma nu pot trece liber prin capilare în lichidul interstitial. Asadar, proteinele plasmatice devenin osmotic active.

• Daca o persoana are o concentraţie scazută de proteine plasmatice, apa nu se va mai întoarce în capilar şi va rămâne în spaţiul interstiţial; se va produce astfel, o acumulare excesiva de apă în tesuturi, numită edem.

• O astfel de situatie apare spre exemplu în cazul unei afectiuni hepatice (ciroza) în care ficatul nu este capabil sa producă cantitati suficiente de albumine, principalele proteine plasmatice.

Ascită - acumulare de lichid în cavitatea peritoneală

Edeme ale membrelor inferioare.Se observă urma lăsată de compresiunea exercitată de degetul examinatorului (godeu).

Page 52: Curs Fizio 1c2 Nou

Aplicatie clinica – lectură argumentativă

• Fluidele intravenoase introduse prin perfuzii trebuie sa fie izotonice cu sangele pentru a mentine presiunea osmotica corecta si pentru a preveni expansiunea sau micsorarea celulelor prin pierderea sau castigul de apa.

• Solutiile uzuale folosite in acest scop sunt serul fiziologic ( NaCl 0,9% ) si solutia de glucoză 5% care prezinta aproximativ aceeasi osmolalitate cu plasma ( 300 mOsm).

• O alta solutie uzual folosită este solutia Ringer care conţine glucoza si acid lactic pe langa alte săruri.

• În contrast cu solutiile izotonice , solutiile hipertonice cum ar fi cea de manitol se administreaza intravenos pentru a stimula osmoza, adică eliminarea apei si a reduce inflamatia în edemul cerebral , o cauza frecventa de mortalitate la persoanele cu traumatism cranian sau accident vascular cerebral.

Page 53: Curs Fizio 1c2 Nou

Reglarea osmolalităţii sângelui -

• Osmolalitatea este o contantă fizică fundamentală a sectoarelor hidroosmolare ale organismului, ea variind în limite relativ strânse, 280–310 mOsm/l plasmă (1% - 3%), deşi numărul substanţelor electrolitice şi neelectrolitice care o induc este foarte mare

• Pentru a menţine osmolalitatea lichidelor extracelulare la valori relativ constante, organismul uman posedă mai multe mecanisme de reglare– cel mai important mecanism este feed-

back-ul negativ care se stabileşte între osmoreceptorii centrali şi periferici care sesizează modificarea concentraţiei mediului intern şi hipotalamus.

Page 54: Curs Fizio 1c2 Nou

Reglarea osmolalităţii sângelui - continuare

• Când osmolalitatea plasmei şi implicit presiunea osmotică se abate de la normal, în sensul creşterii sau scăderii intervine necesitatea readucerii acestor parametri la valorile normale, prin intervenţia mecanismelor de reglaj.

• Cand o persoana este deshidratată, sangele devine mai concentrat în săruri, iar volemia (volumul de plasmă) scade. În schimb, ingestia de apă determină scăderea osmolalitatii plasmei şi creştera volumului plasmatic.– Deshidratarea poate fi determinată de pierderea de apă

prin vărsături intense, boală diareică, transpiraţiile din efortul fizic intens, expunerea la temperaturi crescute, febră etc. sau de ingestia de sare.

– Deoarece sângele este mai concentrat, osmolalitatea si presiunea osmotică a acestuia cresc, ceea ce va determina stimularea osmoreceptorilor din hipotalamus şi din periferie

Page 55: Curs Fizio 1c2 Nou

Reglarea osmolalităţii sângelui - continuare

• Deshidratarea determină şi reducerea volumului osmoreceptorilor care reprezintă un stimul pentru declanşarea de impulsuri nervoase; aceste impulsuri ajung la hipotalamus, unde vor stimula centrul setei şi neuronii secretori de ADH.

Rezultatele acestei stimulări sunt:• Setea care este menită sa refacă deficitul de

apa prin ingestie de apă• la aceasta se adaugă şi scăderea eliminării de

apă prin urină sau transpiraţii, în scopul reţinerii şi economisirii apei

• setea apare când volumul de apă scade (osmolaritatea creşte prin cresterea concentratiei de sare);

• obligă la un aport exogen de apă, care echilibrează balanţa;

• reduceri minime ale conţinutului hidric declanşează setea şi ingestia consecutivă de apă

• Eliberarea de ADH din hipotalamus (locul de secreţie) şi hipofiza posterioară (locul de depozitare)

Page 56: Curs Fizio 1c2 Nou

Reglarea osmolalităţii sângelui - continuare

• ADH acţionează la nivelul tubilor renali distali şi colectori, unde creşte permeabilitatea pentru apă, permiţând reabsorbţia acesteia şi refacerea volumului şi osmolalitaţii;• creşterea volumului plasmatic, dar şi a hipoosmolalitatea reduc secreţia de ADH,

determinând diureză crescută, pentru a reechilibra volumul şi osmolalitatea; • în cantitate mare, ADH numit şi vasopresină induce vasoconstricţie şi creşterea

presiunii arteriale• suprimarea secreţiei de ADH duce la instalarea diabetului insipid

Page 57: Curs Fizio 1c2 Nou

Aplicatie clinica – lectură argumentativă• O persoană care este deshidratată bea mai multa apă si urineaza mai putin; acest

mecanism reprezintă o buclă de feedback negativ care actionează pentru a menţine homeostazia osmolalitătii plasmatice şi în acelaşi timp asigură mentinerea constantă a volemiei

• O persoana cu o volemie normala care mananca foarte sarat va avea de asemenea sete şi va fi secretată o cantitate crescuta de ADH. • Datorita ingestiei de apă si excretiei unui volum mai redus de urina, sarea din mancare va fi

diluată, asigurându-se astfel mentinerea unei concentratii normale în săruri a sangelui, crescand însă volemia.

• Consumul crescut de sare, prin încărcarea de volum duce la creşterea presiunii arteriale!• În cazul lipsei de sare scade osmolalitatea iar osmoreceptorii nu mai sunt stimulati atat de

mult; se secretă mai putin ADH şi se excretă mai multa apa în urina pentru a reface concentratia normala a plasmei, scazand însa volemia.• Deficitul de sare poate conduce astfel la hipovolemie si hipotensiune care pot fi fatale.

Page 58: Curs Fizio 1c2 Nou

DIFUZIUNEA FACILITATA• Pentru a sustine metabolismul, celulele trebuie sa capteze glucoză, aminoacizi si

alte molecule organice din mediul extracelular.

– Aceste molecule sunt încărcate electric şi sunt prea mari ca să treacă prin membrana lipidică prin difiziune simpla.

– Transportul acestor molecule este mediat de proteinele carrier din structura membranei şi se numeşte difuziune facilitată.

• Difuziunea facilitata, ca si difuziunea simpla, este alimentata de energia termica a moleculelor difuzate şi implica un transport net din zona cu concentratie mai mare in zona cu concentratie mai mica.

– Nu este nevoie de consum de ATP atat pentru difuziunea simpla, cat si pentru ceea facilitată.

• Asemenea izoenzimelor, proteinele carrier care fac aceeasi muncă pot exista în diferite tesuturi în forme usor diferite. Transportorul pentru glucoză este notat cu GLUT, urmat de un numar de izoforme. De exemplu proteina carrier pentru glucoza din muschiul scheletic este notată GLUT4.

Page 59: Curs Fizio 1c2 Nou

DIFUZIUNEA FACILITATA - continuare

• Proteinele carrier au caracteristici comune cu enzimele, acestea fiind:

– specificitatea - la fel ca enzimele, proteinele carrier interactionează numai cu molecule specifice. Carăusul glucozei de exemplu, interactionează numai cu glucoza si nu şi cu alte monozaharidele inrudite; de asemenea unele proteine carrier au specificitate pentru anumiti aminoacizi.

– competitivitatea - din cauza asemanării structurale aceste substanţe pot intra în competiţie pentru transportor (inhibiţie competitivă). Doi aminoacizi care sunt transportati de aceiasi protenina carrier, intra in competitie unul cu celalalt, prin urmare rata de transport pentru fiecare este mai mica cand sunt pezenti ambii aminoacizi, decat daca ar fi prezent doar unul singur.

– Saturaţia - daca concentraţia moleculelor de transportat este crescuta, rata de transport o sa fie si ea crescută, dar numai pana la un transport maxim (Tm).

• Capacitatea unei molecule de a transporta o molecula este limitată atat de numarul proteinelor carrier cat si de numarul de molecule pe care fiecare proteină carrier este capabila sa o transporte într-o perioadă de timp data (rata turn-overului).

• De exemplu, la nivel renal, în condiţii normale glucoza este reabsorbita complet, asa ca urina nu va contine glucoza. Daca concentratia glucozei din sange si din filtratul glomerular este prea crescuta (hiperglicemie), transportul maxim al glucozei va fi depasit şi glucoza nu va mai fi reabsorbită. În acest caz glucoza va fi prezentă in urină (glicozurie).

• Proteinele carrier tind sa transporte mai putini ioni sau molecule decat canalele

Page 60: Curs Fizio 1c2 Nou

Difuziunea facilitată - continuare

• Proteinele carrier (denumite si transportoare) sunt divizate în 3 grupe principale, conform felului în care transferă diferitele molecule de o parte şi de alta a membranei.

• Proteinele uniport (sinonim cu transportul uniport) leagă o moleculă de o faţă a membranei si o transferă pe cealaltă parte, deci este transportată o singură substanţă, într-o singură direcţie;

• Proteinele carrier care transportă molecula de bază în asociatie cu o molecula secundară sau cu un ion se numesc cotransportoare, iar forma de transport se numeşte cotransport sau transport cuplat. Cotransportul este de 2 tipuri:- Simport, când sunt transportate 2 substanţe în aceeaşi direcţie;- Antiport, când sunt transportate 2 substanţe în direcţii opuse.

Page 61: Curs Fizio 1c2 Nou

Difuziunea facilitată - continuare

• Transportul glucozei de către proteinele GLUT este o forma de transport pasiv, în care glucoza este intotdeauna transportata conform gradientului de concentratie.

• În acest fel se transportă glucoza la nivelul celulelor musculare, hepatice, grase (adipocite)

• Însă, la nivelul celulelor epiteliale ale tubilor uriniferi din rinichi si celulelor din intestinul subtire, glucoza este transportată impotriva gradientului de concentratie de către un tip diferit de proteina, care este dependenta de transportul simultan de Na+.

• De ex., SGLT 2 este un transportor comun pentru glucoză şi Na din membrana enterocitului, care permite ca glucoza să pătrundă în enterocit datorită gradientului favorabil al Na+.

• Transportul glucozei de proteinele GLUT este o forma de transport pasiv, în care glucoza este intotdeauna transportata conform gradientului de concentratie.

• Însă, la nivelul celulelor epiteliale tubulare din rinichi si celulelor din intestinului subtire, glucoza este transportata impotriva gradientului de concentratie de un tip diferit de proteina, care este dependenta de transportul simultan al Na+.

Page 62: Curs Fizio 1c2 Nou

APLICAŢII CLINICE- lectură argumentativă

Deoarece proteinele transportoare se saturează, rata de transport prin difuziunea facilitata a glucozei în celule depinde direct de concentraţia sa plasmatica.

• Daca concentratia glucozei din sange si din filtratul glomerular este prea crescuta (hiperglicemie), transportul maxim al glucozei va fi depaşit şi glucoza nu va mai fi reabsorbită. În acest caz glucoza va fi prezentă in urină - glicozurie. Apariţia glucozei în urină înseamnă că a fost depăşit transportul maxim al glucozei care are o valoare practică de 200 mg/dl plasmă arterială, care corespunde unui nivel venos de 180mg/dl.

• Cand concentratia plasmatica a glucozei este scazuta (hipoglicemie), rata transportului glucozei in celulele creierului poate fi prea mica pentru necesitatiile metabolice ale creierului. Hipoglicemia severa produsă la o persoana diabetica de o supradoza de insulina poate duce la pierderea conştintei, la convulsii şi chiar la deces.

Page 63: Curs Fizio 1c2 Nou

Difuziunea facilitată - continuare

2. Transport activ: reprezinta transportul ionilor si al moleculelor impotriva gradientului de concentratie necesita consum de energie ( ATP) care este necesar in functionarea anumitor

proteine „carrier” denumite pompeB. În funcţie de utilizarea în transport a unor proteine „carrier” (cărăuşi), mecanismele de transport

• Mecanisme care utilizeaza proteine „carrier” Difuziunea facilitata Transportul activ

• Mecanisme care nu utilizeaza proteine „carrier”: Difuziunea simpla a moleculelor liposolubile prin stratul fosfolipidic al

membranei Difuziunea simpla a ionilor prin canalele membranare Difuziunea simpla a moleculelor de apa (osmoza) prin canalele de apa

(aquaporine)

Page 64: Curs Fizio 1c2 Nou

64