"Fizjologia człowieka"
Identyfikator Librowy: 196273
Spis treści
ROZDZIAŁ 1 30
CZĘŚĆ 1 podstawowe procesy komórkowe: integracja i koordynacja 30
Wstęp do fizjologii 30
Fizjologia to nauka integracyjna 31
BIEŻĄCY PROBLEM W co wierzyć? 31
NOWE KONCEPCJE Zmieniający się świat omik 32
Funkcja i mechanizm 34
ZWRÓĆ UWAGĘ NA… Mapowanie 35
Kierunki w fizjologii 37
Kierunek 1: Budowa i funkcja są ściśle związane 37
Kierunek 2: Żywe organizmy potrzebują energii 38
Kierunek 3: Przepływ informacji koordynuje funkcje ciała 38
Homeostaza 39
Kierunek 4: Homeostaza utrzymuje wewnętrzną stabilność 39
Czym jest środowisko wewnętrzne organizmu? 40
Homeostaza zależy od zachowania masy 41
Homeostaza nie oznacza równowagi 43
Wydalanie oczyszcza ciało z substancji 43
Układy kontroli i homeostaza 44
Kontrola lokalna jest ograniczona do tkanki 44
Kontrola odruchowa wykorzystuje sygnalizację na odległość 44
Bodziec rozpoczyna pętlę odpowiedzi 45
Pętle sprzężenia zwrotnego modulują pętle odpowiedzi 46
Pętle sprzężenia zwrotnego ujemnego są homeostatyczne 46
Pętle sprzężenia zwrotnego dodatniego nie są homeostatyczne 47
Rytmy biologiczne wynikają ze zmian wartości zadanej 48
Sprzężenie wyprzedzające pozwala przewidzieć zmianę 48
Fizjologia jako nauka 49
Dobre eksperymenty naukowe muszą być starannie zaplanowane 50
ZWRÓĆ UWAGĘ NA… Wykresy 51
Wyniki badań na ludziach mogą sprawiać trudności w interpretacji 53
Badania z udziałem ludzi mogą przybierać różne formy 54
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 57
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 58
ROZDZIAŁ 2 61
Dynamika błon 61
BIEŻĄCY PROBLEM Mukowiscydoza 62
Homeostaza nie oznacza równowagi 62
Osmoza i toniczność 64
Organizm to głównie woda 64
Organizm jest w stanie równowagi osmotycznej 65
Osmolarność opisuje liczbę cząstek w roztworze 66
Toniczność opisuje zmiany objętości komórki 67
Procesy transportu 72
Błony komórkowe są wybiórczo przepuszczalne 73
Dyfuzja 74
Cząsteczki lipofilne przechodzą przez błony na drodze dyfuzji prostej 76
Transport wspomagany białkami 78
Białka błonowe mają cztery główne funkcje 78
Białka kanałowe formują otwarte drogi wypełnione wodą 80
Białka nośnikowe zmieniają konformację, przenosząc cząsteczki 81
Dyfuzja ułatwiona wykorzystuje białka nośnikowe 83
Transport aktywny przenosi substancje wbrew gradientowi stężeń 83
Transport z udziałem nośników wykazuje specyficzność, konkurencyjność i saturację 86
Transport pęcherzykowy 88
Endocytoza tworzy mniejsze pęcherzyki 88
Fagocytoza tworzy pęcherzyki z udziałem cytoszkieletu 88
Egzocytoza uwalnia cząsteczki zbyt duże dla białek transportowych 90
Transport nabłonkowy 91
Transport nabłonkowy może zachodzić międzykomórkowo lub przezkomórkowo 91
ZAGADNIENIE KLINICZNE LDL: śmiertelna lipoproteina 91
Przezkomórkowy transport glukozy wykorzystuje białka błonowe 92
Spoczynkowy potencjał błonowy 94
Transcytoza wykorzystuje pęcherzyki do przejścia przez nabłonek 94
Błona komórkowa umożliwia separację ładunków elektrycznych w organizmie 97
Przypomnienie zasad dotyczących ładunków elektrycznych 97
Wszystkie żywe komórki wykazują potencjał błonowy 98
Spoczynkowy potencjał błonowy zależy głównie od potasu 99
Zmiana przepuszczalności dla jonów zmienia potencjał błonowy 100
Zintegrowane procesy błonowe: sekrecja insuliny 101
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 104
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 105
ROZDZIAŁ 3 108
Komunikacja, integracja i homeostaza 108
Komunikacja międzykomórkowa 109
BIEŻĄCY PROBLEM Cukrzyca: rosnąca epidemia 109
Połączenia szczelinowe tworzą mostki cytoplazmatyczne 109
Komunikacja lokalna wykorzystuje sygnały parakrynne i autokrynne 111
Komunikacja odległa może zachodzić na drodze elektrycznej lub chemicznej 111
Sygnały zależne od kontaktu wymagają kontaktu międzykomórkowego 111
Szlaki sygnałowe 112
Cytokiny mogą działać zarówno jako sygnały lokalne, jak i odległe 112
Białka błonowe ułatwiają transdukcję sygnału 113
Białka receptorowe są zlokalizowane wewnątrz komórki lub na błonie komórkowej 113
Najszybsze szlaki sygnałowe zmieniają przepływ jonów przez kanały 115
Receptory związane z białkami G wykorzystują również drugie przekaźniki pochodzenia tłuszczowego 118
Transdukcja sygnału najczęściej jest związana z białkami G 118
Wiele hormonów lipofobowych wykorzystuje szlaki: receptor związany z białkiem G–cAMP 118
Receptory integrynowe przenoszą informację z macierzy zewnątrzkomórkowej 120
Receptory-enzymy wykazują aktywność kinazy białkowej lub cyklazy guanylowej 120
Nowe cząsteczki sygnałowe 121
Gazy to efemeryczne cząsteczki sygnałowe 122
Wapń to ważny sygnał wewnątrzkomórkowy 122
Niektóre lipidy są ważnymi sygnałami parakrynnymi 123
ZAGADNIENIE KLINICZNE Od dynamitu do medycyny 123
Modulacja szlaków sygnałowych 124
BIOTECHNOLOGIA Sygnały wapniowe świecą w ciemności 124
Jeden ligand może mieć wiele receptorów 125
Receptory wykazują saturację, specyficzność i konkurencyjność 125
Regulacja w górę i regulacja w dół umożliwiają komórkom modulowanie odpowiedzi 126
Komórki muszą być zdolne do zakończenia szlaków sygnałowych 127
Wiele chorób i leków wpływa na białka uczestniczące w transdukcji sygnału 127
Homeostatyczne szlaki odruchowe 128
Postulaty Cannona opisują zmienne regulowane i systemy kontroli 128
Szlaki komunikacji odległej utrzymują homeostazę 130
Systemy kontroli różnią się szybkością działania i specyficznością 133
Złożone szlaki kontroli odruchowej mają kilka ośrodków integrujących 135
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 139
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 140
ROZDZIAŁ 4 142
Część 2 Homeostaza i kontrola 142
Wstęp do układu wewnątrzwydzielniczego 142
BIEŻĄCY PROBLEM Choroba Gravesa 143
Hormony 143
Hormony są znane od czasów starożytnych 143
Co czyni cząsteczkę chemiczną hormonem? 144
ZAGADNIENIE KLINICZNE Cukrzyca: odkrycie insuliny 145
Klasyfikacja hormonów 146
Działanie hormonu musi zostać zakończone 146
Hormony działają przez wiązanie się z receptorem 146
Większość hormonów jest peptydami lub białkami 148
Hormony steroidowe są pochodnymi cholesterolu 151
Kontrola uwalniania hormonów 153
Niektóre hormony są pochodnymi pojedynczych aminokwasów 153
Komórka endokrynna jest receptorem w prostych odruchach regulacji wydzielania 154
Neurohormony są wydzielane do krwi przez neurony 156
Przysadka to właściwie dwa połączone ze sobą gruczoły 156
Tylny płat przysadki gromadzi i uwalnia dwa neurohormony 156
Wiele odruchów endokrynnych angażuje układ nerwowy 156
Przedni płat przysadki wydziela sześć hormonów 158
Hormony przedniego płata przysadki kontrolują wzrost, metabolizm i rozmnażanie 160
Układ wrotny łączy podwzgórze z przednim płatem przysadki 160
Pętle sprzężenia zwrotnego na drodze podwzgórze–przysadka mają różny przebieg 161
Interakcje hormonalne 163
W synergizmie efekt interakcji hormonów jest większy niż suma ich efektów 163
Choroby układu wewnątrzwydzielniczego 164
Hormony antagonistyczne wywierają przeciwstawne efekty 164
Permisywne działanie hormonu pozwala innym hormonom na rozwinięcie pełnego efektu działania 164
Hipersekrecja nasila efekty działania hormonu 165
Hiposekrecja zmniejsza lub znosi efekty działania hormonu 165
Diagnostyka chorób endokrynologicznych zależy od złożoności mechanizmów regulacji wydzielania hormonów 166
Zaburzenia dotyczące receptorów lub drugich przekaźników powodują nieprawidłową odpowiedź tkanek 166
Ewolucja hormonów 168
ZWRÓĆ UWAGĘ NA… Szyszynka 170
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 172
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 173
ROZDZIAŁ 5 176
Neurony: właściwości pojedynczej komórki i sieci komórek 176
Organizacja układu nerwowego 177
BIEŻĄCY PROBLEM Tajemnicze porażenie 177
Komórki układu nerwowego 178
Neurony przesyłają sygnały elektryczne 178
Tworzenie synaps zależy od sygnałów chemicznych 183
Komórki glejowe wspierają neurony 184
Czy komórki macierzyste mogą naprawiać uszkodzone neurony? 187
Sygnały elektryczne w neuronach 188
Równanie Nernsta przewiduje potencjał błonowy dla pojedynczego jonu 188
Równanie GHK przewiduje potencjał błonowy dla wielu jonów 189
Ruch jonów generuje sygnały elektryczne 189
Kanały bramkowane regulują przepuszczalność neuronu dla jonów 190
Przepływ prądu opisuje prawo Ohma 191
ZAGADNIENIE KLINICZNE Mutacje białek kanałowych 191
Potencjał stopniowany odzwierciedla siłę bodźca 192
Potencjały czynnościowe przemieszczają się na znaczne odległości 195
Jony Na+ oraz K+ przechodzą przez błonę podczas trwania potencjału czynnościowego 196
Pojedynczy potencjał czynnościowy nie zmienia gradientu stężeń jonów 197
Aksonalne kanały Na+ mają dwie bramki 198
Potencjały czynnościowe nie są generowane w okresie refrakcji bezwzględnej 199
Potencjały czynnościowe są przewodzone 201
Aksony zmielinizowane przewodzą szybciej 203
Większe neurony szybciej przewodzą potencjały czynnościowe 203
Czynniki chemiczne zmieniają aktywność elektryczną neuronów 205
Komunikacja międzykomórkowa w układzie nerwowym 206
BIOTECHNOLOGIA Okablowanie ciała 206
Neurony komunikują się przez synapsy 207
Neurony uwalniają sygnały chemiczne 208
Neurotransmitery są bardzo zróżnicowane 208
ZAGADNIENIE KLINICZNE Myasthenia gravis 210
BIOTE CHNOLOGIA O wężach, ślimakach, pająkach i sushi 211
Neurotransmitery są uwalniane z pęcherzyków 211
Silniejszy bodziec uwalnia więcej neurotransmitera 214
Integracja przesyłania informacji nerwowej 215
Odpowiedzi postsynaptyczne mogą być powolne lub szybkie 216
Aktywność synaptyczna może być modyfikowana 219
Drogi nerwowe integrują informacje z wielu neuronów 219
Wzmocnienie długotrwałe zmienia synapsy 220
Zaburzenia transmisji synaptycznej są odpowiedzialne za wiele chorób 223
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 225
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 227
ROZDZIAŁ 6 231
Ośrodkowy układ nerwowy 231
Rozwój układu nerwowego 232
Właściwości emergentne sieci neuronalnych 232
BIEŻĄCY PROBLEM Dziecięce napady spastyczne 232
Anatomia ośrodkowego układu nerwowego 234
OUN rozwija się z cewy nerwowej 234
Kość i tkanka łączna wspierają OUN 236
Mózg unosi się w płynie mózgowo-rdzeniowym 236
OUN dzieli się na istotę szarą i istotę białą 236
Bariera krew–mózg chroni mózg 239
Tkanka nerwowa ma specyficzne wymagania metaboliczne 240
ZAGADNIENIE KLINICZNE Cukrzyca: hipoglikemia i mózg 241
Rdzeń kręgowy 242
Mózg 243
Pień mózgu jest najstarszą częścią mózgu 243
Móżdżek koordynuje ruch 246
Międzymózgowie zawiera ośrodki homeostazy 246
Kresomózgowie jest ośrodkiem wyższych funkcji mózgowych 247
Czynność mózgu 249
Kora mózgowa jest zorganizowana według obszarów czynnościowych 249
Rdzeń kręgowy i mózg integrują informację czuciową 250
Informacja czuciowa jest przetwarzana w percepcję 251
Układ ruchowy zarządza bodźcami wychodzącymi z OUN 252
Dlaczego śpimy? 253
Stan behawioralny organizmu moduluje napęd ruchowy 253
Emocje i motywacje wymagają złożonych szlaków neuronalnych 256
Funkcje fizjologiczne wykazują rytm okołodobowy 256
Nastroje są długo trwającymi stanami emocjonalnymi 258
Uczenie się i pamięć zmieniają połączenia synaptyczne w mózgu 259
Uczenie się jest przyswajaniem wiedzy 259
Pamięć to zdolność przechowywania i przypominania informacji 260
Mowa jest najbardziej złożonym zachowaniem poznawczym 262
Osobowość jest połączeniem nabytego doświadczenia i dziedziczenia 263
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 266
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 267
ROZDZIAŁ 7 270
Fizjologia zmysłów 270
BIEŻĄCY PROBLEM Choroba Ménière’a 271
Ogólne właściwości układów czuciowych 272
Receptory są wrażliwe na specyficzne formy energii 272
Transdukcja czuciowa przekształca bodźce na potencjały stopniowane 272
Neuron czuciowy ma pole recepcyjne 274
Ośrodkowy układ nerwowy integruje informację czuciową 275
Kodowanie i przetwarzanie rozróżnia właściwości bodźca 276
Czucie somatyczne 280
Drogi percepcji somatycznej kończą się w korze mózgowej i w móżdżku 280
Receptory wrażliwe na dotyk odpowiadają na wiele różnych bodźców 282
Receptory wrażliwe na temperaturę są wolnymi zakończeniami nerwowymi 282
Nocyceptory zapoczątkowują mechanizmy obronne 283
Chemorecepcja: węch i smak 287
Węch jest jednym z najstarszych rodzajów czucia 287
ZAGADNIENIE KLINICZNE Naturalne środki przeciwbólowe 287
Smak jest połączeniem pięciu podstawowych wrażeń smakowych 290
Transdukcja smaku wykorzystuje receptory i kanały 290
Ucho: słyszenie 293
Słyszenie jest naszą percepcją dźwięku 294
Transdukcja sygnału dźwiękowego jest wielostopniowym procesem 295
Dźwięki są najpierw przetwarzane w ślimaku 296
Ślimak jest wypełniony płynem 296
Droga słuchowa kończy się w korze słuchowej 299
Utrata słuchu może być wynikiem uszkodzenia mechanicznego lub nerwowego 299
Ucho: równowaga 301
BIOTECHNOLOGIA Sztuczne uszy 301
Kanały półkoliste są wrażliwe na przyśpieszenie kątowe 301
Narząd przedsionkowy dostarcza informacji o ruchu i pozycji ciała 301
Narząd otolitowy jest wrażliwy na przyśpieszenie liniowe i pozycję głowy 303
Szlaki kontrolujące równowagę łączą się głównie z móżdżkiem 303
Oko i widzenie 304
Czaszka chroni narząd wzroku 304
Światło wpada do oka przez źrenicę 305
ZAGADNIENIE KLINICZNE Jaskra 305
Soczewka skupia światło na siatkówce 307
Fototransdukcja zachodzi w siatkówce 310
NOWE KONCEPCJE Melanopsyna 311
W fotoreceptorach światło ulega transdukcji na sygnały elektryczne 313
Przetwarzanie sygnału zaczyna się w siatkówce 315
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 320
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 322
ROZDZIAŁ 8 325
Część odśrodkowa: kontrola autonomiczna i somatyczna kontrola ruchu 325
Część autonomiczna układu nerwowego 326
BIEŻĄCY PROBLEM Silne uzależnienie 326
Odruchy autonomiczne są ważne dla utrzymania homeostazy 327
Kontrola antagonistyczna jest cechą charakterystyczną układu autonomicznego 328
Część współczulna i przywspółczulna biorą początek w różnych obszarach 329
Drogi autonomiczne mają dwa neurony eferentne ułożone w szeregu 329
Autonomiczny układ nerwowy wykorzystuje różne sygnały chemiczne 330
Drogi autonomiczne kontrolują mięśnie gładkie i mięsień sercowy oraz gruczoły 330
Neurotransmitery układu autonomicznego są syntetyzowane w aksonie 330
Receptory układu autonomicznego mają wiele podtypów 334
Rdzeń nadnerczy wydziela katecholaminy 335
Agoniści i antagoniści receptorów układu autonomicznego są użytecznymi narzędziami w badaniach naukowych i medycynie 336
Pierwotne choroby autonomicznego układu nerwowego są stosunkowo rzadkie 337
ZAGADNIENIE KLINICZNE Cukrzyca: neuropatia autonomiczna 337
Somatyczny układ ruchowy 338
Podsumowanie wiadomości o części współczulnej i przywspółczulnej autonomicznego układu nerwowego 338
Somatyczna droga ruchowa składa się z pojedynczego neuronu 338
Złącze nerwowo-mięśniowe zawiera receptory nikotynowe 340
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 343
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 344
Mięśnie 347
ROZDZIAŁ 9 347
BIEŻĄCY PROBLEM Porażenie okresowe 348
Mięśnie szkieletowe 349
Mięśnie szkieletowe są złożone z włókien mięśniowych 350
Miofibryle są strukturami kurczliwymi włókna mięśniowego 350
Skurcz mięśnia wytwarza siłę 355
Aktyna i miozyna ślizgają się względem siebie podczas skurczu 356
Mostki poprzeczne miozyny przesuwają filamenty aktyny 356
Sygnały wapniowe inicjują skurcz 356
Główki miozyny kroczą wzdłuż filamentów aktyny 357
Acetylocholina inicjuje sprzężenie elektromechaniczne 359
BIOTECHNOLOGIA Obserwowanie pracy miozyny 359
Skurcz mięśni szkieletowych wymaga stałej dostawy ATP 362
Zmęczenie ma wielorakie przyczyny 363
Mięśnie szkieletowe są klasyfikowane według szybkości i odporności na zmęczenie 365
Spoczynkowa długość włókna wpływa na napięcie 367
Jednostka motoryczna to jeden neuron ruchowy i jego włókna mięśniowe 368
Siła skurczu wzrasta wraz z sumowaniem 368
Siła skurczu zależy od typu i liczby jednostek motorycznych 370
Mechanika ruchu ciała 371
Kości i mięśnie wokół stawów tworzą dźwignie i punkty podparcia 371
Skurcze izotoniczne przenoszą obciążenia, skurcze izometryczne wytwarzają siłę bez ruchu 371
Choroby mięśni mają różne przyczyny 375
Mięśnie gładkie 376
Mięśnie gładkie są bardziej zróżnicowane niż mięśnie szkieletowe 378
Mięśniom gładkim brakuje sarkomerów 379
Fosforylacja miozyny kontroluje skurcz 380
MLCP kontroluje wrażliwość na Ca2+ 380
Wapń inicjuje skurcz mięśni gładkich 382
Niektóre mięśnie gładkie mają zmienne potencjały błonowe 383
Sygnały chemiczne wpływają na aktywność mięśni gładkich 384
Mięsień sercowy 386
Streszczenie ROZDZIAŁU 387
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 389
Fizjologia integracyjna I: kontrola ruchu ciała 392
ROZDZIAŁ 10 392
BIEŻĄCY PROBLEM Tężec 393
Odruchy nerwowe 393
Nerwowe drogi odruchowe można klasyfikować na różne sposoby 393
Odruchy autonomiczne 394
Odruchy z mięśni szkieletowych 396
Narządy ścięgniste Golgiego odpowiadają na napięcie mięśnia 396
Wrzecionka mięśniowe odpowiadają na rozciągnięcie mięśnia 398
ZAGADNIENIE KLINICZNE Odruchy i napięcie mięśnia 398
Odruchy na rozciąganie oraz hamowanie zwrotne kontrolują ruch w stawie 399
Odruchy zginania odsuwają kończyny od bodźców bólowych 401
Zintegrowana kontrola ruchu ciała 402
Ruch można klasyfikować jako odruchowy, dowolny lub rytmiczny 403
OUN integruje ruch 404
NOWE KONCEP CJE Techniki wizualizacyjne w sporcie 406
Objawy choroby Parkinsona odzwierciedlają funkcję zwojów podstawnych 407
Kontrola ruchu w mięśniach trzewnych 408
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 409
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 411
Część 3 Integracja funkcji 413
ROZDZIAŁ 11 413
Układ sercowo-naczyniowy 413
BIEŻĄCY PROBLEM Zawał mięśnia sercowego 414
Przegląd układu sercowo-naczyniowego 415
Układ sercowo-naczyniowy pełni w organizmie funkcję transportową 415
Układ sercowo-naczyniowy składa się z serca, naczyń krwionośnych i krwi 416
Ciśnienie, objętość, przepływ i opór 417
Ciśnienie płynu w ruchu zmniejsza się wraz z odległością 418
Zmiany ciśnienia w płynach bez zmiany w objętości 418
Krew płynie z miejsc o wyższym ciśnieniu do miejsc o niższym ciśnieniu 420
Opór przeciwstawia się przepływowi 420
Prędkość zależy od wielkości przepływu oraz powierzchni przekroju 421
Mięsień sercowy i serce 422
Serce ma cztery jamy 425
Zastawki serca zapewniają jednokierunkowy przepływ w sercu 426
Komórki mięśnia sercowego kurczą się bez impulsów nerwowych 428
Wejście wapnia jest cechą sercowego sprzężenia elektromechanicznego 429
Skurcz mięśnia sercowego może być stopniowany 430
Potencjały czynnościowe mięśnia sercowego różnią się 431
Serce jako pompa 435
Sygnały elektryczne koordynują skurcz 435
Rozruszniki wyznaczają częstość skurczów serca 437
ZAGADNIENIE KLINICZNE Migotanie 437
Elektrokardiogram odzwierciedla aktywność elektryczną 438
Serce kurczy się i rozkurcza podczas cyklu serca 443
Krzywe ciśnienie-objętość przedstawiają jeden cykl serca 445
ZAGADNIENIE KLINICZNE Cwały, kliki i szmery 445
Objętość wyrzutowa jest objętością krwi przetłoczoną w czasie jednego skurczu serca 446
Pojemność minutowa serca jest miarą pracy serca 448
Układ autonomiczny moduluje częstość skurczów serca 448
Wiele czynników wpływa na objętość wyrzutową 450
Kurczliwość jest kontrolowana przez układ nerwowy i wewnątrzwydzielniczy 451
EDV i ciśnienie tętnicze krwi determinują obciążenie następcze 453
NOWE KONCEPCJE Komórki macierzyste w walce z chorobą serca 453
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 456
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 458
Przepływ krwi i regulacja ciśnienia tętniczego 460
ROZDZIAŁ 12 460
BIEŻĄCY PROBLEM Pierwotne nadciśnienie tętnicze 461
Naczynia krwionośne 462
Naczynia krwionośne zawierają naczyniową mięśniówkę gładką 462
Tętnice i tętniczki prowadzą krew dalej od serca 463
Wymiana odbywa się w naczyniach włosowatych 463
Angiogeneza to tworzenie nowych naczyń krwionośnych 464
Przepływ krwi zbiega się w żyłkach i żyłach 464
Ciśnienie tętnicze 465
Ciśnienie krwi jest najwyższe w tętnicach, a najniższe w żyłach 466
Ciśnienie tętnicze jest mierzone sfigmomanometrem 467
Ciśnienie tętnicze krwi odzwierciedla ciśnienie napędowe przepływu krwi 467
Pojemność minutowa i opór obwodowy determinują średnie ciśnienie tętnicze 469
ZAGADNIENIE KLINICZNE Wstrząs 469
Zmiany objętości krwi mają wpływ na ciśnienie tętnicze 469
Opór w tętniczkach 471
Autoregulacja miogenna dostosowuje przepływ krwi 472
Wpływ sygnałów parakrynnych na mięśnie gładkie naczyń 473
Część współczulna autonomicznego układu nerwowego kontroluje większość naczyniowych mięśni gładkich 474
Dystrybucja krwi do tkanek 476
Regulacja czynności układu sercowo-naczyniowego 477
Odruch z baroreceptorów kontroluje ciśnienie tętnicze 477
Hipotonia ortostatyczna wyzwala odruch z baroreceptorów 479
Wpływ innych układów na czynność układu sercowo-naczyniowego 480
Wymiana w naczyniach włosowatych 481
Szybkość przepływu krwi jest najniższa w naczyniach włosowatych 482
Większa część wymiany kapilarnej odbywa się przez dyfuzję i transcytozę 482
Filtracja i absorpcja w naczyniach odbywa się na drodze przepływu objętościowego 483
Układ limfatyczny 484
Obrzęk jest efektem zaburzeń wymiany kapilarnej 485
Choroby sercowo-naczyniowe 487
Czynniki ryzyka obejmują palenie tytoniu i otyłość 487
Miażdżyca tętnic jest procesem zapalnym 487
NOWE KONCEPCJE Markery zapalne chorób sercowo‑naczyniowych 488
ZAGADNIENIE KLINICZNE Cukrzyca a choroby sercowo ‑naczyniowe 488
Nadciśnienie tętnicze jest objawem zaburzenia homeostazy 490
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 492
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 493
Krew 497
ROZDZIAŁ 13 497
Osocze i elementy komórkowe krwi 498
BIEŻĄCY PROBLEM Doping u sportowców 498
Osocze jest macierzą zewnątrzkomórkową 498
Wytwarzanie komórek krwi 500
Do elementów komórkowych krwi zaliczamy erytrocyty, leukocyty i płytki krwi 500
Hematopoeza jest kontrolowana przez cytokiny 502
Komórki krwi są wytwarzane w szpiku kostnym 502
Czynnik stymulujący tworzenie kolonii reguluje leukopoezę 503
Erytropoetyna reguluje produkcję krwinek czerwonych 503
Trombopoetyna reguluje wytwarzanie płytek 503
Krwinki czerwone 504
Dojrzałe krwinki czerwone nie mają jąder 505
Synteza hemoglobiny wymaga żelaza 505
ZWRÓĆ UWAGĘ NA… Szpik kostny 506
Krwinki czerwone żyją około czterech miesięcy 509
Nieprawidłowości krwinek czerwonych zmniejszają transport tlenu 509
ZAGADNIENIE KLINICZNE Cukrzyca: hemoglobina i hiperglikemia 509
Płytki 510
Hemostaza i krzepnięcie 511
Hemostaza zapobiega utracie krwi z uszkodzonych naczyń 512
Aktywacja płytek rozpoczyna proces krzepnięcia 513
Krzepnięcie przekształca czop płytkowy w skrzep 514
Antykoagulanty zapobiegają krzepnięciu 516
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 519
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 520
Mechanika oddychania 522
ROZDZIAŁ 14 522
Układ oddechowy 523
BIEŻĄCY PROBLEM Rozedma 524
Kości i mięśnie klatki piersiowej otaczają płuca 524
Drogi oddechowe łączą płuca ze środowiskiem zewnętrznym 527
Płuca znajdują się w jamach opłucnowych 527
Drogi oddechowe ogrzewają, nawilżają i oczyszczają wdychane powietrze 528
Krążenie płucne jest wysokoprzepływowe i niskociśnieniowe 530
Pęcherzyki płucne są miejscem wymiany gazowej 530
ZAGADNIEN IE KL INICZNE Zastoinowa niewydolność serca 530
Prawa gazowe 531
Gazy poruszają się zgodnie z gradientem ciśnienia 531
Powietrze jest mieszaniną gazów 531
Wentylacja 533
Objętości płuc zmieniają się w trakcie wentylacji 533
Prawo Boyle’a opisuje zależność pomiędzy ciśnieniem a objętością 533
W trakcie wentylacji powietrze porusza się dzięki gradientom ciśnień 535
Wdech następuje, gdy ciśnienie pęcherzykowe się zmniejsza 535
Ciśnienie wewnątrzopłucnowe zmienia się w trakcie wentylacji 538
Wydech następuje, gdy ciśnienie pęcherzykowe wzrasta 538
Podatność i elastyczność płuc mogą się zmieniać w przypadku choroby 540
Surfaktant zmniejsza pracę oddechową 541
Opór dróg oddechowych zależy od ich średnicy 542
Skuteczność oddychania zależy od częstości i głębokości oddechów 544
Skład powietrza pęcherzykowego zmienia się nieznacznie w trakcie normalnego oddychania 546
Wentylacja i pęcherzykowy przepływ krwi są ze sobą związane 547
Osłuchiwanie i spirometria pozwalają ocenić funkcję płuc 549
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 551
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 552
ROZDZIAŁ 15 555
Wymiana i transport gazów 555
BIEŻĄCY PROBLEM Duża wysokość 556
Wymiana gazowa w płucach i tkankach 557
Obniżone pęcherzykowe PO2 powoduje zmniejszenie poboru tlenu 558
Zaburzenia dyfuzji powodują niedotlenienie 560
BIOTECHNOLOGIA Pulsoksymetr 561
Rozpuszczalność gazów wpływa na ich dyfuzję 561
Transport gazów we krwi 563
Hemoglobina transportuje większość tlenu do tkanek 564
Hemoglobina wiąże się z tlenem 564
Wiązanie hemoglobiny z tlenem jest zgodne z prawem działania mas 564
PO2 determinuje wiązanie hemoglobiny z tlenem 565
NOWE KONCEPCJE Substytuty krwi 566
Wiązanie hemoglobiny z tlenem wyraża się w procentach 566
Na wiązanie hemoglobiny z tlenem wpływa wiele czynników 567
Dwutlenek węgla jest transportowany na trzy sposoby 569
Regulacja wentylacji 572
Neurony w rdzeniu kontrolują oddychanie 573
Dwutlenek węgla, tlen i pH wpływają na wentylację 574
Odruchy obronne chronią płuca 576
Wyższe ośrodki mózgowe wpływają na wentylację 577
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 579
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 580
Nerki 583
ROZDZIAŁ 16 583
BIEŻĄCY PROBLEM Dna moczanowa 584
Funkcje nerek 584
Anatomia układu moczowego 585
Układ moczowy składa się z nerek, moczowodów, pęcherza moczowego oraz cewki moczowej 585
Nefron jest jednostką funkcjonalną nerki 586
Szczegółowe omówienie funkcji nerki 589
Filtracja, reabsorpcja i sekrecja 589
Nefron modyfikuje objętość i osmolarność płynu 589
Filtracja 591
Bariery filtracyjne w ciałku nerkowym 591
NOWE KONCEPCJE Cukrzyca: nefropatia cukrzycowa 592
Ciśnienie w naczyniach włosowatych kłębuszka powoduje filtrację 593
GFR podlega autoregulacji 595
Wartość GFR jest względnie stała 595
Hormony i neurony autonomiczne także wpływają na GFR 596
Reabsorpcja 598
Reabsorpcja może być aktywna lub bierna 598
Transport nerkowy może osiągać saturację 600
BIOTECHNOLOGIA Sztuczne nerki 601
Sekrecja 603
Ciśnienie w okołokanalikowych naczyniach włosowatych sprzyja reabsorpcji 603
Konkurencyjność zmniejsza sekrecję penicyliny 604
Wydalanie 605
Klirens jest nieinwazyjną metodą pomiaru GFR 606
Klirens pomaga określić, jakie procesy zachodzą w nerce 608
Mikcja 609
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 612
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 614
Fizjologia integracyjna II: równowaga wodno-elektrolitowa 616
ROZDZIAŁ 17 616
BIEŻĄCY PROBLEM Hiponatremia 617
Homeostaza wodno-elektrolitowa 617
Osmolarność ECF wpływa na objętość komórki 617
Różne układy integrują równowagę wodno-elektrolitową 618
Równowaga wodna 619
Przyjmowanie i wydalanie wody w ciągu doby jest zrównoważone 619
Nerki oszczędzają wodę 620
Rdzeń nerki wytwarza zagęszczony mocz 620
Wazopresyna kontroluje reabsorpcję wody 622
ZAGADNIENIE KLINICZNE Cukrzyca: diureza osmotyczna 622
Objętość i osmolarność krwi pobudza osmoreceptory 624
Pętla Henlego jest wzmacniaczem przeciwprądowym 626
Równowaga sodowa i objętość ECF 628
Aldosteron kontroluje równowagę sodową 629
Niskie ciśnienie krwi stymuluje wydzielanie aldosteronu 631
Działanie ANG II ma wiele następstw 633
Peptydy natriuretyczne pobudzają wydalanie Na+ i wody 633
Równowaga potasowa 635
NOWE KONCEPCJE Kinazy WNK i nadciśnienie tętnicze 635
Mechanizmy behawioralne w równowadze wodno‑elektrolitowej 636
Niskie stężenie Na+ pobudza apetyt na sól 636
Picie uzupełnia utratę płynów 636
Zintegrowana kontrola objętości i osmolarności 637
Osmolarność i objętość mogą zmieniać się niezależnie 637
Unikanie pewnych zachowań zapobiega odwodnieniu 637
Odwodnienie wywołuje odpowiedź homeostatyczną 639
Równowaga kwasowo-zasadowa 642
Zmiany pH mogą powodować denaturację białek 642
W organizmie człowieka kwasy i zasady pochodzą z wielu źródeł 643
Homeostaza pH zależy od buforów, płuc i nerek 644
Układ buforów obejmuje białka, jony fosforanowe i HCO3 – 644
Nerki wykorzystują bufor amonowy i fosforanowy 645
Wentylacja może kompensować zaburzenia pH 645
Nefron dystalny kontroluje wydalanie kwasów 647
W kanaliku bliższym zachodzi sekrecja H+ i reabsorpcja HCO3 – 647
Zaburzenia kwasowo-zasadowe mogą mieć przyczyny oddechowe lub metaboliczne 649
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 653
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 654
ROZDZIAŁ 18 657
Układ pokarmowy 657
Anatomia układu pokarmowego 658
BIEŻĄCY PROBLEM Cholera na Haiti 658
Ściana przewodu pokarmowego ma cztery warstwy 661
Przewód pokarmowy jest rurą 661
Funkcje i procesy trawienia 663
Wydzielamy więcej płynów niż spożywamy 664
Motoryka: mięśnie gładkie przewodu pokarmowego kurczą się spontanicznie 665
Trawienie i wchłanianie pokarmu umożliwia wykorzystanie go przez organizm 665
Regulacja funkcji układu pokarmowego 667
Mięśnie gładkie przewodu pokarmowego wykazują różne wzorce skurczów 667
ZAGADNIENIA KLINICZNE Cukrzyca: opóźnione opróżnianie żołądka 667
Jelitowy układ nerwowy może działać niezależnie 668
Peptydy przewodu pokarmowego to hormony, neuropeptydy i cytokiny 670
Zintegrowana funkcja: faza głowowa 671
Chemiczne i mechaniczne trawienie pokarmu rozpoczyna się w jamie ustnej 672
Ślina jest wydzieliną egzokrynną 673
Połykanie przesuwa pokarm z jamy ustnej do żołądka 673
Zintegrowana funkcja: faza żołądkowa 674
Żołądek magazynuje pokarm 674
Wydzieliny żołądka chronią i trawią 675
Zintegrowana funkcja: faza jelitowa 678
Żołądek równoważy trawienie i ochronę 678
Wydzieliny jelitowe wspomagają trawienie 679
Trzustka wydziela enzymy i wodorowęglany 680
Sole żółciowe ułatwiają trawienie tłuszczów 682
Trawienie odbywa się głównie w jelicie cienkim 682
Wątroba wydziela żółć 682
ZWRÓĆ UWAGĘ NA… Wątroba 683
Węglowodany są wchłaniane jako monosacharydy 685
Białka są trawione do postaci małych peptydów i aminokwasów 686
ZAGADNIENIA KLINICZNE Nietolerancja laktozy 686
Jelito wchłania witaminy i minerały 688
Kwasy nukleinowe są trawione do zasad i monosacharydów 688
Niektóre większe peptydy mogą być wchłaniane w postaci niezmienionej 688
Jelito wchłania jony i wodę 690
Regulacja fazy jelitowej 690
Jelito grube zagęszcza niestrawione resztki 691
NOWE KONCEPCJE Receptory smaku w jelicie 691
Biegunka może spowodować odwodnienie 692
Funkcja odpornościowa układu pokarmowego 693
Komórki M są próbką zawartości jelita 693
NOWE KONCEPCJE Projekt ludzkiego mikrobiomu 693
Wymioty to odruch obronny 694
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 696
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 698
Metabolizm i równowaga energetyczna 700
ROZDZIAŁ 19 700
Apetyt i sytość 701
BIEŻĄCY PROBLEM Zaburzenia odżywiania 701
BIOTECHNOLOGIA Odkrywanie białek: badania w odwrotnej kolejności 702
Równowaga energetyczna 703
Pobór energii jest równy wydatkowi energii 703
ZAGADNIENIE KLINICZNE Szacowanie zawartości tłuszczu – wskaźnik masy ciała 704
Zużycie tlenu odzwierciedla wydatek energetyczny 704
Wiele czynników wpływa na tempo metabolizmu 705
Energia jest magazynowana w tłuszczu i glikogenie 706
Metabolizm 707
Spożyta energia może być zużyta lub zmagazynowana 707
Enzymy kontrolują kierunek metabolizmu 708
Metabolizm w okresie sytości 709
Węglowodany tworzą ATP 709
Aminokwasy tworzą białka 711
Tłuszcze magazynują energię 711
ZAGADNIENIE KLINICZNE Antyoksydanty chronią organizm 711
Poziom cholesterolu we krwi jako wskaźnik chorób serca 713
Metabolizm w okresie głodu 714
Białka mogą być wykorzystane do produkcji ATP 714
Glikogen przechodzi w glukozę 714
Tłuszcze magazynują więcej energii niż glukoza lub białka 716
Homeostatyczna kontrola metabolizmu 717
Trzustka wydziela insulinę i glukagon 717
Insulina jest dominującym hormonem w okresie sytości 718
Wskaźnik insulina/glukagon reguluje metabolizm 718
Insulina pobudza anabolizm 720
Glukagon dominuje w okresie głodu 723
Cukrzyca jest zespołem chorób 724
Cukrzyca typu 1 sprzyja kwasicy ketonowej 725
W cukrzycy typu 2 stężenie insuliny często jest podwyższone 727
Wiele hormonów wpływa na metabolizm 729
Zespół metaboliczny łączy cukrzycę z chorobami układu sercowo-naczyniowego 729
Regulacja temperatury ciała 730
Temperatura ciała równoważy produkcję, gromadzenie i utratę ciepła 730
Temperatura ciała jest regulowana homeostatycznie 731
Ruch i metabolizm wytwarzają ciepło 733
Termostat organizmu może zostać zresetowany 733
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 736
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 737
Hormonalna kontrola wzrostu i metabolizmu 740
ROZDZIAŁ 20 740
BIEŻĄCY PROBLEM Nadczynność przytarczyc 741
Podstawy działania układu hormonalnego 741
Glikokortykosteroidy nadnerczowe 742
BIOTECHNOLOGIA Modele mutacji u myszy 742
Kora nadnerczy wydziela hormony steroidowe 742
Wydzielanie kortyzolu jest kontrolowane przez ACTH 744
Kortyzol jest niezbędny do życia 745
Kortyzol jest skutecznym lekiem 746
Zaburzenia wydzielania kortyzolu są wynikiem jego nadmiaru lub niedoboru 746
CRH i ACTH spełniają dodatkowe funkcje fizjologiczne 747
NOWE KONCEPCJE Melanokortyny i gryzonie aguti 747
Hormony tarczycy 748
Hormony tarczycy zawierają jod 748
TSH kontroluje tarczycę 750
Zaburzenia funkcji tarczycy wpływają na jakość życia 750
Hormon wzrostu 753
Hormon wzrostu jest anabolikiem 753
Hormon wzrostu jest niezbędny do prawidłowego wzrostu 754
Inżynieria genetyczna hGH wzbudza etyczne wątpliwości 755
ZAGADNIENIE KLINICZNE Nowe siatki centylowe 755
Wzrost tkanek i kości 756
Wzrost kości wymaga odpowiedniej ilości wapnia w diecie 756
Wzrost tkanek wymaga hormonów i sygnałów parakrynnych 756
Równowaga wapniowa 758
Ilość wapnia w osoczu jest ściśle regulowana 759
Trzy hormony kontrolują równowagę wapniową 760
Homeostaza wapnia jest związana z homeostazą fosforanów 761
Osteoporoza jest chorobą związaną z utratą masy kostnej 763
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 764
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 765
ROZDZIAŁ 21 767
Układ immunologiczny 767
Podstawowe wiadomości 768
BIEŻĄCY PROBLEM HPV: Szczepić się czy nie? 768
Patogeny ludzkiego organizmu 769
Bakterie i wirusy generują różne mechanizmy obronne 769
Replikacja wirusa może nastąpić tylko wewnątrz komórek gospodarza 769
Odpowiedź immunologiczna 771
Anatomia układu immunologicznego 772
Tkanki limfatyczne są wszędzie 772
W odporności pośredniczą leukocyty 772
ZWRÓĆ UWAGĘ NA… Śledziona 774
Odporność wrodzona: odpowiedzi nieswoiste 777
Bariery są pierwszą linią obrony organizmu 777
Fagocyty pochłaniają obce substancje 778
Komórki NK zabijają komórki zainfekowane oraz nowotworowe 778
Cytokiny uczestniczą w powstawaniu reakcji zapalnej 779
Odporność nabyta: odpowiedzi antygenowo swoiste 781
Limfocyty pośredniczą w tworzeniu odporności nabytej 781
Limfocyty B stają się komórkami plazmatycznymi oraz komórkami pamięci 783
Przeciwciała są białkami wydzielanymi przez komórki plazmatyczne 783
Przeciwciała działają na zewnątrz komórek 785
Limfocyty T używają sygnałów zależnych od kontaktu 786
ZWRÓĆ UWAGĘ NA… Grasica 786
Szlaki odpowiedzi immunologicznej 788
Infekcja bakteryjna powoduje zapalenie 788
Infekcje wirusowe wymagają obrony wewnątrzkomórkowej 790
Specyficzne antygeny wywołują reakcje alergiczne 790
Białka MHC pozwalają na rozpoznawanie obcych tkanek 793
Mechanizmy nadzoru immunologicznego usuwają nieprawidłowe komórki 795
Układ immunologiczny musi rozpoznawać komórki gospodarza 795
Interakcje neuro-endokrynno-immunologiczne 796
BIOTECHNOLOGIA Modyfikowane przeciwciała 796
Stres zmienia funkcje układu odpornościowego 798
Współczesna medycyna oferuje terapie działające jednocześnie na umysł i ciało 798
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 800
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 801
Fizjologia integracyjna III: wysiłek fizyczny 804
ROZDZIAŁ 22 804
Metabolizm i wysiłek fizyczny 805
BIEŻĄCY PROBLEM Hipertermia złośliwa 805
Hormony regulują metabolizm podczas wysiłku fizycznego 807
Zużycie tlenu jest związane z intensywnością wysiłku fizycznego 807
Kilka czynników ogranicza wysiłek fizyczny 808
Odpowiedź wentylacyjna na wysiłek fizyczny 809
Odpowiedź sercowo-naczyniowa na wysiłek fizyczny 810
Pojemność minutowa serca zwiększa się podczas wysiłku fizycznego 810
Przepływ krwi przez mięśnie wzrasta podczas wysiłku fizycznego 810
Ciśnienie krwi rośnie nieznacznie podczas wysiłku fizycznego 811
Odpowiedź sprzężenia wyprzedzającego na wysiłek fizyczny 812
Odruch z baroreceptorów przystosowuje się do wysiłku fizycznego 812
Regulacja temperatury podczas wysiłku fizycznego 813
Wysiłek fizyczny i zdrowie 814
Stan chorych na cukrzycę typu 2 może ulec poprawie pod wpływem wysiłku fizycznego 814
Wysiłek fizyczny zmniejsza ryzyko wystąpienia chorób sercowo-naczyniowych 814
Wysiłek może wpływać na stres i układ immunologiczny 815
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 817
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 818
Reprodukcja i rozwój 820
ROZDZIAŁ 23 820
Determinacja płci 821
BIEŻĄCY PROBLEM Niepłodność 821
Chromosomy płciowe warunkują płeć genetyczną 822
Różnicowanie płci następuje we wczesnym stadium rozwoju 822
ZAGADNIENIE KLINICZNE Choroby dziedziczne związane z chromosomem X 825
Podstawowy schemat reprodukcji 827
Gametogeneza rozpoczyna się w życiu płodowym 827
ZAGADNIENIE KLINICZNE Określenie płci 827
Mózg kontroluje reprodukcję 829
Męski układ rozrodczy 831
Czynniki środowiskowe wpływają na reprodukcję 831
Jądra produkują spermę i hormony 832
Męskie gruczoły dodatkowe uczestniczą w wydzielaniu nasienia 836
Spermatogeneza potrzebuje gonadotropin i testosteronu 836
Żeński układ rozrodczy 837
Androgeny wpływają na drugorzędowe cechy płciowe 837
Cykl menstruacyjny trwa około miesiąca 838
Jajniki produkują komórki jajowe i hormony 838
Kontrola hormonalna cyklu miesiączkowego jest złożona 843
Hormony wpływają na drugorzędowe żeńskie cechy płciowe 845
Rozród 846
Męski akt seksualny obejmuje erekcję i ejakulację 846
Reakcja seksualna u ludzi ma cztery fazy 846
Zaburzenia seksualne dotyczą mężczyzn i kobiet 847
Środki antykoncepcyjne służą do zapobiegania ciąży 848
Bezpłodność to niezdolność poczęcia 849
Ciąża i poród 850
Rozwijający się zarodek zagnieżdża się w endometrium 850
Zapłodnienie wymaga kapacytacji 850
Łożysko podczas ciąży wydziela hormony 852
Ciąża kończy się skurczami macicy i porodem 853
Gruczoły piersiowe wydzielają mleko podczas laktacji 855
Wzrost i starzenie się 857
Menopauza i andropauza są konsekwencją starzenia się 857
Okres reprodukcyjny rozpoczyna się od dojrzewania 857
STRESZCZENIE ROZDZIAŁU 859
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE 861
DODATEK A Odpowiedzi 864
DODATKI 864
DODATEK B Fizyka i matematyka 901
DODATEK C Genetyka 904
ŹRÓDŁA ZDJĘĆ 908
SŁOWNIK/Indeks 910