Testnedvek és folyadékrészek Anatómia és élettan II

A szakasz végére:

Magyarázza el a víz fontosságát a testben
Kontrasztozza az intracelluláris folyadék összetételét az extracelluláris folyadék összetételével
Magyarázza el a fehérje csatornák jelentőségét az oldott anyagok mozgásában!
Határozza meg az ödéma okait és tüneteit

Az élet kémiai reakciói vizes oldatokban játszódnak le. Az oldatban oldott anyagokat oldott anyagoknak nevezzük. Az emberi testben az oldott anyagok a test különböző részein változnak, de tartalmazhatnak fehérjéket is - beleértve azokat is, amelyek lipideket, szénhidrátokat és, ami nagyon fontos, elektrolitokat szállítanak. Gyakran az orvostudományban egy elektromos töltést (iont) hordozó sótól disszidált ásványi anyagot neveznek és elektrolitnak. Például a nátriumionokat (Na +) és a kloridionokat (Cl -) gyakran elektrolitoknak nevezik.

A testben a víz féligáteresztő sejtmembránokon és a test egyik részéből a másikba mozog az ozmózisnak nevezett folyamat révén. Az ozmózis alapvetően a víz diffúziója a nagyobb koncentrációjú régiókból az alacsonyabb koncentrációjú régiókba, egy ozmotikus gradiens mentén egy féligáteresztő membránon keresztül. Ennek eredményeként a víz be fog jutni a sejtekbe és a szövetekbe, a víz és az ott található oldott anyagok relatív koncentrációjától függően. A normál működés biztosítása érdekében meg kell tartani az oldott anyagok megfelelő egyensúlyát a sejteken belül és kívül.

Test víztartalma

1. ábra A víztartalom a test különböző szerveiben és szöveteiben változik, a fogak 8% -ától az agy 85% -áig.

Az emberi lények többnyire víz, a csecsemők testtömegének körülbelül 75% -ától a felnőtt férfiak és nők körülbelül 50-60% -áig, idős korban 45% -ig terjednek. A testvíz százaléka a fejlődéssel változik, mert a testnek az egyes szervekre, valamint az izmokra, a zsírra, a csontokra és más szövetekre adott aránya csecsemőkortól felnőttkorig változik. Az agyadban és a veséidben van a legnagyobb arányú víz, amely tömegük 80–85 százalékát teszi ki. Ezzel szemben a fogak vízaránya a legalacsonyabb, 8–10 százalék.

Folyadék rekeszek

2. ábra: Az intracelluláris folyadék (ICF) a sejtekben lévő folyadék. Az intersticiális folyadék (IF) a sejtek közötti extracelluláris folyadék (ECF) része. A vérplazma az ECF második része. Az anyagok a sejtek és a plazma között kapillárisokban haladnak az IF-n keresztül.

A testfolyadékok megvitathatók a sajátosságaik szempontjából folyadék rekesz, egy olyan hely, amely a fizikai akadálytól valamilyen formában nagymértékben elkülönül egy másik rekesztől. A sejten belüli folyadék (ICF) rekesz az a rendszer, amely magában foglalja az összes folyadékot, amelyet plazmamembránjuk zár a sejtekbe. Extracelluláris folyadék (ECF) körülveszi a test összes sejtjét. Az extracelluláris folyadéknak két elsődleges alkotóeleme van: a vér folyadékkomponense (ún. Plazma) és a intersticiális folyadék (IF) amely körülvesz minden olyan sejtet, amely nincs a vérben.

Sejten belüli folyadék

Az ICF a sejtekben található, és a citoszol/citoplazma fő alkotóeleme. Az ICF az emberi test teljes vízének körülbelül 60% -át teszi ki, és egy átlagos méretű felnőtt férfiban az ICF körülbelül 25 liter (hét gallon) folyadékot tesz ki. Ez a folyadékmennyiség általában nagyon stabil, mert az élő sejtekben lévő víz mennyisége szorosan szabályozott. Ha a sejt belsejében lévő vízmennyiség túl alacsony értékre esik, a citoszol oldott anyagokkal túl koncentráltá válik a normális sejttevékenység folytatásához; ha túl sok víz jut be a sejtbe, a sejt felszakadhat és elpusztulhat.

3. ábra A testben lévő víz nagy része intracelluláris folyadék. A második legnagyobb térfogat az intersticiális folyadék, amely körülveszi azokat a sejteket, amelyek nem vérsejtek.

Extracelluláris folyadék

Az ECF a test víztartalmának másik egyharmadát teszi ki. Az ECF körülbelül 20 százaléka található a plazmában. A plazma az erekben halad át a testen, és számos anyagot szállít, beleértve a vérsejteket, fehérjéket (beleértve az alvadási faktorokat és antitesteket), elektrolitokat, tápanyagokat, gázokat és hulladékokat. A kapillárisok és a sejtek között gázok, tápanyagok és hulladékanyagok haladnak át az IF-n. A sejteket egy szelektíven áteresztő sejtmembrán választja el az IF-től, amely segít szabályozni az anyagok átjutását az IF és a sejt belseje között.

A testnek más vízalapú ECF-je van. Ide tartoznak az agyat és a gerincvelőt fürdő cerebrospinális folyadék, a nyirok, az ízületekben lévő szinoviális folyadék, a mellhártya üregében lévő pleurális folyadék, a szívzsákban lévő perikardiális folyadék, a hasüregben található peritoneális folyadék és a szem. Mivel ezek a folyadékok a sejteken kívül vannak, ezeket a folyadékokat az ECF rekesz komponenseinek is tekintik.

A testnedvek összetétele

Az ECF két komponensének - a plazma és az IF - összetétele jobban hasonlít egymásra, mint az ICF-re. A vérplazmában magas a nátrium-, klorid-, hidrogén-karbonát- és fehérjekoncentráció. Az IF magas nátrium-, klorid- és hidrogén-karbonát-koncentrációval rendelkezik, de a fehérje koncentrációja viszonylag alacsony. Ezzel szemben az ICF-ben megemelkedett a kálium, a foszfát, a magnézium és a fehérje mennyisége. Összességében az ICF nagy koncentrációban tartalmaz káliumot és foszfátot ([latex]> _ ^ [/ latex]), míg a plazma és az ECF is magas koncentrációban tartalmaz nátriumot és kloridot.

4. ábra: A grafikon az ICF, az IF és a plazma összetételét mutatja. A plazma és az IF kompozíciói hasonlóak egymáshoz, de meglehetősen eltérnek az ICF összetételétől.

Gyakorlati kérdés

Nézze meg ezt a videót, ha többet szeretne megtudni a testfolyadékokról, a folyadékrekeszekről és az elektrolitokról. Amikor az izzadás miatt csökken a vér térfogata, milyen forrásból veszi a vizet a vér?

A legtöbb testnedv semleges. Így a kationok, vagy a pozitív töltésű ionok és az anionok, vagy a negatív töltésű ionok egyensúlyban vannak a folyadékokban. Amint az az előző grafikonon látható, a nátrium (Na +) és a klorid (Cl -) ionok a test ECF-jében, míg a kálium (K +) ionok a sejtekben koncentrálódnak. Bár a nátrium és a kálium „pórusokon” keresztül „szivároghat” a sejtekbe, illetve a sejtekből, az ICF magas káliumszintjét és alacsony nátriumszintjét a sejtmembránokban lévő nátrium-kálium szivattyúk tartják fenn. Ezek a szivattyúk az ATP által szolgáltatott energiát használják a nátrium kiszivattyúzására a sejtből, a kálium pedig a sejtbe.

5. ábra: A nátrium-kálium pumpát ATP táplálja, hogy a nátriumot a citoplazmából az ECF-be juttassa. A szivattyú emellett káliumot juttat az ECF-ből a citoplazmába. (kredit: Mariana Ruiz Villarreal munkájának módosítása)

Folyadék mozgása a rekeszek között

Hidrosztatikus nyomás, a folyadék által a falnak kifejtett erő a folyadék mozgását okozza a rekeszek között. A vér hidrosztatikus nyomása az a nyomás, amelyet a vér a szív pumpáló hatása révén az erek falaira gyakorol. A kapillárisokban a hidrosztatikus nyomás (más néven kapilláris vérnyomás) magasabb, mint a szemben lévő „kolloid ozmotikus nyomás” - a kapilláris arterioláris végén lévő „állandó” nyomás, amelyet elsősorban az albumin keringése okoz. Ez a nyomás kiszorítja a plazmát és a tápanyagokat a kapillárisokból és a környező szövetekbe. A folyadék és a szöveti sejtek hulladékai a venula végénél jutnak a kapillárisokba, ahol a hidrosztatikus nyomás kisebb, mint az edény ozmotikus nyomása. A szűrési nyomás folyadékot szorít a vér plazmájából a szöveti sejteket körülvevő IF-be. Az intersticiális térben a folyadék feleslegét, amelyet közvetlenül nem kapnak vissza a kapillárisokba, a nyirokrendszer elvezet a szövetekből, majd a szubklavia vénákon visszatér az érrendszerbe.

6. ábra: A nettó szűrés a kapilláris artériás vége közelében történik, mivel a kapilláris hidrosztatikus nyomás (CHP) nagyobb, mint a vér kolloid osmotikus nyomása (BCOP). A kapilláris középpontja közelében nincs folyadék mozgása, mivel CHP = BCOP. A nettó visszaszívódás a kapilláris vénás vége közelében történik, mivel a BCOP nagyobb, mint a CHP.

Gyakorlati kérdés

Nézze meg ezt a videót, hogy megmagyarázza a folyadék dinamikáját a test rekeszeiben. Mi történik a szövetben, ha a kapilláris vérnyomás kisebb, mint az ozmotikus nyomás?

A hidrosztatikus nyomás különösen fontos a víz mozgásának szabályozásában a vesék nefronjaiban, hogy biztosítsa a vér megfelelő szűrését a vizeletképződés érdekében. A vesék hidrosztatikus nyomásának növekedésével a kapillárisokból távozó víz mennyisége is növekszik, és több vizelet-szűrlet képződik. Ha a vesékben a hidrosztatikus nyomás túl alacsonyra csökken, ami a dehidratáció során előfordulhat, akkor a vesék működése károsodik, és kevesebb nitrogén-tartalmú hulladék távozik a véráramból. A rendkívüli kiszáradás veseelégtelenséget eredményezhet.

A folyadék a rekeszek között is mozog egy ozmotikus gradiens mentén. Emlékezzünk vissza arra, hogy ozmotikus gradiens jön létre az összes oldott anyag koncentrációjának különbségéből a féligáteresztő membrán mindkét oldalán. Az ozmotikus gradiens nagysága arányos az oldott anyagok koncentrációjának különbségével a sejtmembrán egyik oldalán és a másik oldalán. A víz ozmózis útján elmozdul arról az oldalról, ahol magas a koncentrációja (és az oldott anyag koncentrációja alacsony), arra a membrán oldalára, ahol alacsony a koncentrációja (és az oldott anyag koncentrációja magas). A testben a víz ozmózis útján mozog a plazmából az IF-be (és a fordított irányba) és az IF-ből az ICF-be (és a fordított irányba). A testben a víz folyamatosan mozog a folyadékterekbe és a folyadékterekből, mivel a test különböző részein változnak a körülmények.

Például ha izzad, akkor a bőrén keresztül elveszíti a vizet. Az izzadás kimeríti a szöveteket a vízből, és növeli az oldott anyag koncentrációját ezekben a szövetekben. Ennek során a víz diffundál a véréből a verejtékmirigyekbe és a környező bőrszövetekbe, amelyek az ozmotikus gradiens miatt kiszáradtak. Ezenkívül, amint a víz elhagyja a vért, helyébe a test más, nem dehidratált szöveteiben lévő víz lép. Ha ez folytatódik, a kiszáradás elterjed az egész testben. Amikor a dehidratált ember vizet iszik és rehidratál, a vizet ugyanazon gradienssel osztják szét, de az ellenkező irányba, feltöltve a vizet az összes szövetben.

Oldott mozgás a rekeszek között

Néhány oldott anyag mozgása a rekeszek között aktív, ami energiát fogyaszt és aktív szállítási folyamat, míg más oldott anyagok mozgása passzív, amely nem igényel energiát. Az aktív transzport lehetővé teszi, hogy a sejtek egy adott anyagot a membránfehérjén keresztül mozgassanak a koncentrációgradiensével szemben, és ehhez energiára van szükségük ATP formájában. Például a nátrium-kálium szivattyú aktív transzportot folytat, hogy a nátriumot a sejtekből és a káliumot a sejtekbe szivattyúzza, és mindkét anyag a koncentráció gradiensükkel szemben mozog.

7. ábra: A glükózmolekulák megkönnyített diffúzióval mozognak le egy koncentrációgradiensben a membránban lévő hordozófehérje csatornákon keresztül. (kredit: Mariana Ruiz Villarreal munkájának módosítása)

Egy molekula vagy ion passzív transzportja függ a membránon való áthaladás képességétől, valamint egy olyan koncentrációgradiens létezésétől, amely lehetővé teszi a molekulák diffundálódását egy nagyobb koncentrációjú területről egy alacsonyabb koncentrációjú területre. Egyes molekulák, mint például a gázok, lipidek és maga a víz (amely szintén felhasználja a membrán vízcsatornáit, az úgynevezett akvaporinokat), meglehetősen könnyen átcsúszik a sejtmembránon; mások, beleértve a poláris molekulákat, mint a glükóz, aminosavak és ionok, nem. Ezen molekulák egy része megkönnyített transzport segítségével lép be és távozik a sejtekből, ezáltal a molekulák a koncentrációgradiensben lefelé mozognak a membrán specifikus fehérje csatornáin keresztül. Ez a folyamat nem igényel energiát. Például a glükózt olyan glükóz transzporterek viszik át a sejtekbe, amelyek megkönnyítik a transzportot.

A folyadékegyensúly rendellenességei: ödéma

Az ödéma a felesleges víz felhalmozódása a szövetekben. Leggyakrabban a végtagok lágy szöveteiben fordul elő. Az ödéma fiziológiai okai közé tartozik a vérszivárgás a vérkapillárisokból. Az ödémát szinte mindig mögöttes egészségi állapot, bizonyos terápiás gyógyszerek alkalmazása, terhesség, lokális sérülés vagy allergiás reakció okozza. A végtagokban az ödéma tünetei közé tartozik a bőr alatti szövetek duzzanata, a végtag normál méretének növekedése és a kifeszített, feszes bőr. A végtagokban lokalizált szubkután ödéma ellenőrzésének egyik gyors módja, ha ujját nyomja a gyanús területre. Az ödéma valószínű, ha a depresszió az ujj eltávolítását követően néhány másodpercig fennmarad (ezt hívják „gödrözésnek”).

A tüdőödéma a folyadék feleslege a tüdő légzsákjaiban, a szív- és/vagy veseelégtelenség gyakori tünete. A tüdőödémában szenvedők valószínűleg légzési nehézségeket tapasztalnak, mellkasi fájdalmat tapasztalhatnak. A tüdőödéma életveszélyes lehet, mert veszélyezteti a tüdő gázcseréjét, és akinek tünetei vannak, azonnal forduljon orvoshoz.

A szívelégtelenségből eredő tüdőödéma esetén a víz túlzott szivárgása következik be, mert a folyadékok „visszatáplálódnak” a tüdő pulmonalis kapillárisaiban, amikor a szív bal kamrája nem képes elegendő vért pumpálni a szisztémás keringésbe. Mivel a szív bal oldala képtelen kiszivattyúzni a szokásos vérmennyiséget, a tüdő keringésében lévő vér „alátámasztódik”, kezdve a bal pitvarból, majd a tüdő vénáiba, majd a tüdő kapillárisaiba. Az ebből eredő megnövekedett hidrosztatikus nyomás a pulmonalis kapillárisokban, mivel a vér még mindig bejut a pulmonalis artériákból, a folyadék kiszorítását okozza belőlük és a tüdőszövetekbe.

Az ödéma egyéb okai közé tartozik az erek és/vagy a nyirokerek károsodása, vagy az ozmotikus nyomás csökkenése krónikus és súlyos májbetegségekben, amikor a máj nem képes plazmafehérjéket előállítani. A plazmafehérjék normál szintjének csökkenése a kapillárisokban a kolloid ozmotikus nyomás csökkenését eredményezi (amely ellensúlyozza a hidrosztatikus nyomást). Ez a folyamat a vérből a környező szövetek vízvesztését okozza, ami ödémát eredményez.

8. ábra. Az allergiás reakció a kapillárisok szivárgását okozhatja a szövetekben felhalmozódó felesleges folyadékban. (hitel: Jane Whitney)

A lábak és a lábak enyhe, átmeneti ödémáját okozhatja az, ha hosszú ideig ugyanabban a helyzetben ülünk vagy állunk, mint az autópályadíj-beszedő vagy a szupermarket pénztárosának munkájában. Az alsó végtagok mélyvénái ugyanis a vázizom-összehúzódásokra támaszkodva nyomják a vénákat, és így „pumpálják” vissza a vért a szívbe. Ellenkező esetben a vénás vér összegyűlik az alsó végtagokban, és szivároghat a környező szövetekbe.

Az ödémát eredményező gyógyszerek közé tartozhatnak az értágítók, a magas vérnyomás kezelésére használt kalciumcsatorna-blokkolók, nem szteroid gyulladáscsökkentők, ösztrogén-terápiák és néhány cukorbetegség elleni gyógyszer. Az ödéma kialakulásához hozzájáruló alapbetegségek közé tartozik a pangásos szívelégtelenség, a vesekárosodás és a vesebetegség, a lábvénákat érintő rendellenességek, cirrózis és egyéb májbetegségek.

Az ödéma terápiája általában az ok megszüntetésére összpontosít. Az állapot hatásait csökkentő tevékenységek közé tartoznak a megfelelő gyakorlatok, amelyek biztosítják a vér és a nyirok áramlását az érintett területeken. Egyéb terápiák: az érintett rész magassága a vízelvezetés elősegítése érdekében, masszázs és a területek összenyomása, hogy a folyadék kimozduljon a szövetekből, és csökkent sófogyasztás a nátrium- és vízvisszatartás csökkentése érdekében.

Fejezet áttekintése

A tested többnyire víz. A testfolyadékok vizes oldatok, különböző anyagkoncentrációkkal, úgynevezett oldott anyagokkal. A sejtfunkciók biztosítása érdekében a víz és az oldott anyag koncentrációjának megfelelő egyensúlyát fenn kell tartani. Ha a citoszol a vízveszteség miatt túl koncentráltá válik, a sejtek működése romlik. Ha a citoszol a sejtek által bevitt víz miatt túl híg lesz, a sejtmembránok károsodhatnak és a sejt felszakadhat. A hidrosztatikus nyomás az az erő, amelyet egy folyadék fejt ki a falra, és a folyadék mozgását okozza a rekeszek között. A folyadék a rekeszek között is mozoghat egy ozmotikus gradiens mentén. Az aktív transzportfolyamatok megkövetelik, hogy az ATP az oldott anyagokat koncentrációgradiensükkel szemben mozgassa a rekeszek között. Egy molekula vagy ion passzív transzportja attól függ, hogy képes-e könnyen átjutni a membránon, valamint a magas vagy alacsony koncentrációjú gradiens meglététől.

Önellenőrzés

Válaszoljon az alábbi kérdésekre, hogy lássa, mennyire érti jól az előző szakaszban tárgyalt témákat.

Kritikus gondolkodás kérdései

A plazma több nátriumot tartalmaz, mint kloridot. Hogyan lehet ez, ha az egyes nátrium- és kloridionok pontosan kiegyensúlyozzák egymást, és a plazma elektromosan semleges?
Hogyan folyik a folyadék a rekeszből a rekeszbe?

A kloridon kívül további negatív töltésű molekulák vannak a plazmában. A további nátrium kiegyenlíti az összes negatív töltést.
A folyadékot ozmotikus és hidrosztatikus nyomások kombinációja mozgatja. Az ozmotikus nyomás az oldott anyag koncentrációinak különbségéből adódik a sejtmembránokon keresztül. A hidrosztatikus nyomás a vér nyomásából származik, amikor belép egy kapilláris rendszerbe, és az edényből folyadékot kényszerít a környező szövetekbe.

Szójegyzék

extracelluláris folyadék (ECF): folyadék a sejteken kívül; magában foglalja az intersticiális folyadékot, a vérplazmát és a test egyéb tározóiban található folyadékokat

folyadék rekesz: a test összes sejtjének belsejében lévő folyadék olyan rekeszrendszert alkot, amely nagyrészt el van különítve más rendszerektől

hidrosztatikus nyomás: a folyadék által a falnak kifejtett nyomás, amelyet saját súlya vagy szivattyúzási ereje okoz

intersticiális folyadék (IF): folyadék a sejtek közötti kis terekben, amelyeket nem tartalmaznak az erek

sejten belüli folyadék (ICF): folyadék a sejtek citoszoljában