Pieni käsikirja linnunradanliftareille siitä, miten läpäistä … · 2016. 9. 17. · Pieni...
Transcript of Pieni käsikirja linnunradanliftareille siitä, miten läpäistä … · 2016. 9. 17. · Pieni...
1
Pieni käsikirja linnunradanliftareille siitä, miten
läpäistä Fysiologian tentti
by
Cursus – Leinonen
Cursus – Kormi
2007
2
Sisällys
Luurankolihaksen supistumismekanismi 4
Luurankolihaksen supistuksen säätely 6
Vertaile sydänlihassolun ja luustolihassolun supistumismekanismeja.
Mitkä ovat erot ja mitkä yhtäläisyydet? 7
Sileän lihaksen supistumismekanismi 9
Miten sinussolmukkeen automaatio välittyy sydämen
kammiosolun supistukseksi? 11
Mitkä mekanismit osallistuvat sydänsolutasolla sydämen
pumppaustoiminnan säätelyyn? 13
Vertaile eri sydänlihassolutyyppejä 15
Jänniteriippuvaiset ionikanavat sydänsoluissa 17
Beeta-reseptoristimulaation vaikutus sydänsolujen toimintaan 20
EKG:n, aktiopotentiaalin ja sydämen toiminnan ajalliset suhteet 21
Vertaile verenvirtausta ja verenpainetta verisuoniston eri osissa 22
Vertaile verenkiertoa ja sen säätelyä työskentelevässä
luustolihaksessa, sydänlihaksessa ja aivoissa /
Vertaile aivojen, sydänlihaksen ja luustolihaksen verenkiertoa.
/ Vertaile aivojen ja sydämen verenkiertoa. 25
Miten verenpainetta säädellään neuraalisesti 27
Vertaile munuaisytimen ja kuoren toimintaa keskenään 30
Virtsanerityksen säätely 33
Happo-emästasapainohäiriöt 35
Sisään- ja uloshengityksen erot 38
Vertaile hapen ja hiilidioksidin kuljetusmekanismeja toisiinsa 39
Poikkeavan rasitushengenahdistuksen fysiologiset mekanismit
ja millä kliinisfysiologisilla tutkimuksilla voidaan asiaa selvittää? 41
Neuraalinen ja hormonaalinen säätely ruoansulatuksen eri vaiheissa 43
Miten autonominen hermosto säätelee ruoansulatusta? 45
Miten säädellään kehon lämpötilaa, ja milloin kehon sisäosien
lämpötila muuttuu säädellysti, milloin hallitsemattomasti? 45
3
Lisämunuaisen toiminnan säätely (sehän on endokriinista
toimintaa kaikki tyyni) 47
Kuuloaisti 48
Kemiallisten aistien toiminta 50
Makuaisti 52
Lämpötilan aistiminen 53
Näköaisti 54
Insuliinin vaikutusmekanismit ja pääasialliset vaikutukset 56
Sukurauhasten endokriininen toiminta 58
Munasarjojen hormonaalinen säätely 59
Aivolisäkkeen ja hypotalamuksen vuorovaikutus. Mitä seurauksia on
hypotalamuksen ja aivolisäkkeen yhteyden katkeamisella. 60
Kuvaa aivojen aktiivisuus / EEG epileptisessä kohtauksessa ja
unen eri vaiheissa 62
Puheen tuottamiseen ja tulkintaan osallistuvat aivoalueet ja
aivopuoliskojen dominanssi. 64
Autonomisen hermoston osat, signalointi ja toiminta 65
Miten sikiön verenkierto järjestyy uudelleen syntymän yhteydessä? 67
Millaisia muutoksia tapahtuu lapsen elintoiminnoissa syntymään liittyen? 68
Raskauteen ja synnytykseen liittyvät endokriiniset muutokset 70
Kalsiumaineenvaihdunnan endokriininen säätely 74
4
Luurankolihaksen supistumismekanismi
Luurankolihakset eli poikkijuovaiset lihakset ovat tahdonalaisia lihaksia, jotka saavat aikaan
vartalon liikkeet. Osa niistä, kuten hengityslihakset ja silmäluomet, ovat toiminnaltaan automaattisia.
Luurankolihaksille on ominaista voimakkaat, lyhytaikaiset supistukset ja muihin lihastyyppeihin
verrattuna nopea väsyminen. Lihaksen supistuminen on tapahtumaketju, jossa on erotettavissa
sähköinen ja mekaaninen vaihe, ja jossa kalsium ja ATP ovat ratkaisevan tärkeässä osassa.
Luurankolihas koostuu useista monitumaisista lihassoluista, jotka voivat olla hyvinkin pitkiä
ja paksuja. Yksittäinen lihassolu jakaantuu pitkittäissuunnassa sadoiksi tai tuhansiksi myofibrilleiksi.
Myofibrillit ovat rakentuneet sarkomeereistä, lihaksen toiminnallisista yksiköistä, jotka muodostuvat
aktiini- ja myosiinifilamenteista. Nämä filamentit sijaitsevat lomittain, ja koko lihassolun
supistuminen perustuu niiden liukumiseen pidemmälle toistensa väliin ja siten sarkomeerien
lyhenemiseen.
Myosiinifilamentti, ”thick filament”, muodostuu suurimmaksi osaksi myosiiniproteiinista.
Filamentin rakenteessa on erotettavissa kevyestä meromyosiinista koostuva pitkä häntäosa sekä
painavasta meromyosiinista koostuva kaksiosainen pää. Aktiinifilamentti, ”thin filament” koostuu
kahdesta toisiinsa kiertyneestä aktiiniproteiinirihmasta. Rihmojen välissä kulkevat tropomyosiinista
rakentuvat säikeet, joissa on kiinni troponiinikomplekseja. Nämä puolestaan koostuvat kolmesta eri
proteiinista: troponiini C, troponiini T ja troponiini I.
Lihassolun supistumisen sähköinen vaihe saa alkunsa motorisen neuronin tuomasta
signaalista. Motorisen neuronin aksonihaarat ja vaihteleva määrä lihassoluja muodostavat motorisen
yksikön, jonka hermo-lihasliitoksessa aktiopotentiaali siirtyy asetyylikoliinin välityksellä neuronista
lihassolun solukalvoon eli sarkolemmaan. Sarkolemmassa paikallinen depolarisaatio syntyy kalvon
Na+ ja K+ -permeabiliteettien kasvaessa asetyylikoliinireseptorien aktivoitumisen seurauksena.
Sarkolemman T-tubulus –rakenteissa, jotka johtavat depolarisaation solun sisäosiin, avautuu
jänniteaktivoituvia Ca2+ -kanavia. T-tubulukset kytkeytyvät myofibrillejä ympäröivään
sarkoplasmaattiseen reticulumiin (SR), jossa kalsiumvirta saa aikaan nk. ryanodiinireseptorien
aktivoitumisen. Nämä ovat Ca2+ -kanavia, joiden kautta SR:ään varastoitunut kalsium vapautuu
sarkomeereihin.
Supistumisen mekaanisen vaiheen eli poikkisiltakierron käynnistää kalsiumin sitoutuminen
aktiinifilamentin troponiini C –molekyyliin. Lihassolun lepotilassa troponiini I estää aktiinin ja
myosiinin vuorovaikutuksen, mutta kalsiumin sitoutuessa aktiinifilamentin tropomyosiini liikkuu
niin, että myosiinin pää pääsee sitoutumaan aktiiniin. Syntyy rigor, eli voimakas aktiini-myosiini –
5
interaktio, jossa myosiinin pää on 45° kulmassa aktiiniin nähden. Myosiinin päähän sitoutuu ATP-
molekyyli, mistä seuraa interaktion purkautuminen. Seuraavaksi ATP hydrolysoituu ADP:ksi ja
fosfaatiksi, mikä aiheuttaa myosiinin kääntymisen 90° kulmaan ja uudelleenkiinnittymisen aktiiniin.
Fosfaatin irrotessa myosiinista tapahtuu varsinainen supistuminen eli ns. power stroke, kun
myosiinin pää kääntyy jälleen 45° ja samalla vetää aktiinifilamenttia. Aktiinifilamentit liikkuvat
myosiinifilamenttien väliin, sarkomeeri lyhenee, ja siten lihassolu supistuu. Lopuksi ADP irtoaa
myosiinista, ja syntyy uusi rigor-tila. Koko se mekanismi, jolla solun aktiopotentiaali muutetaan
supistumiseksi, on nimeltään Excitation-Contraction –coupling.
Lihassolun relaksoituessa kalsium irtoaa myosiinista ja pumpataan takaisin SR:ään. Tässä
toimiva pumppu on Ca2+- Mg2+ -ATPaasi. Kun kalsiumpitoisuus on tarpeeksi alhainen, myosiinin ja
aktiinin välinen interaktio loppuu.
Yksittäinen lihassupistus ei synnytä kovin suurta voimaa, koska relaksaatio alkaa ennen kuin
maksimivoima saavutetaan. Kuitenkin, jos neuronistimulaation frekvenssi kasvaa, yksittäiset
kontraktiot alkavat fuusioitua toisiinsa ilman relaksaatiota, ja syntyy suuri supistusvoima. Ilmiö on
nimeltään tetanus. Koko lihaksen supistusvoima määräytyy sen mukaan, kuinka monta motorista
yksikköä aktivoituu samanaikaisesti. Yksittäisten lihassolujen supistuminen summautuu
yhtenäiseksi, tasaiseksi lihaksen supistukseksi. Supistusvoimaan vaikuttaa myös sarkomeerin pituus
ja sitä kautta lihaksen venytystila; jos lihas on venynyt, aktiini- ja myosiinifilamentit ovat toistensa
välissä vain lyhyellä matkalla, ja poikkisiltoja voi muodostua tavallista vähemmän; jos taas lihas on
lepotilaa lyhyempänä, aktiinifilamentit ovat osittain päällekkäin, eikä näihin osiin voi muodostua
poikkisiltoja.
Oletan, että lihaksen väsyminen ja energiatalous eivät kuulu tähän kysymykseen. Vastaus
paisuu hyvin helposti koko lihassolun perusteellisesti kattavaksi hirviöksi, jos näitä ja muita asioita
aletaan liittää siihen. Voi olla, että aktiinin ja myosiinin rakennetta ei tarvitsisi kuvailla näin tarkasti
kuin itse tein, mutta ei näistä koskaan tiedä. Sarkomeerin rakenteen Z-linjoineen sekä A-, H- ja I-
alueineen näkee prujuista tai kirjasta; sen tarkka selvittäminen tuskin on tärkeää tässä vastauksessa.
Pois olen jättänyt myös tarkemmat aktiopotentiaalin kuvailut – supistuksen mekaaninen vaihe
varmastikin on tässä se tärkeämpi asia.
Rautalankamalli supistumisesta:
1) Motorisen neuronin aktiopotentiaali
2) Aktiopotentiaali asetyylikoliinin välityksellä sarkolemmaan
3) Depolarisaatio T-tubulusten kautta SR:ään
6
4) Kalsium SR:stä myofibrilleihin, sitoutuminen aktiinifilamentin troponiini C:hen
5) Myosiini kiinnittyy aktiiniin rigor
6) Poikkisiltakierto; ATP:n sitoutuminen myosiiniin, hydrolysoituminen ja irtoaminen
7) Power stroke supistus
8) Relaksaatiossa kalsium takaisin SR:ään
Luurankolihaksen supistuksen säätely
Tässäkin on syytä selittää lihassolun rakenne ja supistumismekanismi, tosin tiiviimmin kuin
edellisessä vastauksessa. Lisäksi seuraavat asiat:
Kalsium on lihaksen supistumisen tärkeimpiä säätelijöitä, ja supistumisvoima on suorassa
suhteessa kalsiumin määrään lihassolujen sisällä. Voiman lisääntymistä rajoittaa poikkisiltojen
määrä; kun järjestelmä on saturoitunut kalsiumilla, ei voima suurene kalsiumin määrää lisäämällä.
Toinen tärkeä tekijä on ATP:n saatavuus; lihas tarvitsee ATP:tä itse supistumisen lisäksi pumppujen
ja transportterien toimintaan. Luonnollisesti myös hapen saatavuus on merkittävä tekijä.
Sarkomeerin pituus on suoraan verrannollinen voimaan. Mitä useampia poikkisiltoja pääsee
muodostumaan, sitä enemmän supistumisvoimaa voidaan tuottaa. Jos lihas on liiaksi venynyt,
aktiini- ja myosiinifilamenttien välille ei voi syntyä poikkisiltoja. Jos taas lihas on tavallista
lyhyempänä, aktiinifilamentit sijaitsevat osin päällekkäin, ja näihin osiin ei synny poikkisiltoja.
Suurin voima siis voidaan saavuttaa jossain venytyksen ja supistuksen välimaastossa, lähellä
lepotilaa.
Luustolihassolun supistumisen säätelystä on tarjolla tietoa hyvin niukasti, sileästä lihaksesta
ja sydänlihaksesta sen sijaan enemmän. Voi olla, että vastauksessa pitäisi mainita vielä jotain
muuta, mutta en tiedä mitä. Pätevätkö esim. sydänlihaksen kalsiumin säätelyn monimutkaisemmat
selvitykset myös luustolihaksessa? Ehkä jollakulla muulla on parempaa tietoa aiheesta.
7
Vertaile sydänlihassolun ja luustolihassolun supistumismekanismeja. Mitkä ovat erot ja mitkä
yhtäläisyydet?
Supistumiskyky on ominaista lihaskudokselle. Lihassolun supistus kuluttaa energiaa, jota saadaan
adenosiinitrifosfaatista (ATP). Lihaskudoksessa on vain vähän soluväliainetta. Suurimman osan
lihaskudoksesta muodostavat lihassolut. Useimmat poikkijuovaiset lihakset ovat kiinni luissa
jänteiden avulla, jolloin niitä kutsutaan luustolihaksiksi. Sydän- ja luustolihassoluissa aktiini ja
myosiini ovat järjestäytyneet yhdensuuntaisiksi filamenteiksi, sarkomeereiksi ja fibrilleiksi.
Sydänlihassolujen toimintaa säätelevät autonomisen hermoston hormonit. Sympaattinen aktivaatio
lisää sydänlihassolujen supistumistiheyttä ja sydämen verenkiertoa, parasympaattinen taas laskee.
Sympatikotonus laajentaa myös luustolihasten verenkiertoa ja lisää tätä kautta luustolihassolujen
hapensaantia. Hermot eivät ole kuitenkaan välttämättömiä sydänlihassolujen supistumiselle, sillä
aktiopotentiaali tapahtuu sydänlihassolussa spontaanisti ja sydänlihas supistuu automaattisesti
tahdistinsoluista lähtevien impulssien seurauksena. Impulssi leviää tahdistinsoluista solusta toiseen
ilman välittäjäaineita. Sydänlihassolujen välillä on suora yhteys, mitä ei esiinny luustolihassoluilla.
Luustolihassolujen supistumisesta vastaavat alfamotoneuronit, joita pitkin hermoimpulssit kulkevat
luustolihassoluun hermo-lihasliitoksen kautta. Luustolihassoluille hermot ovat välttämättömiä. Jos
alfamotoneuroni tuhoutuu, sen hermottamat luustolihassolut surkastuvat. Lihassolut joko supistuvat
alfamotoneuronin supistumiskäskyn seurauksena tai pysyvät velttoina. Aktiopotentiaali
motoneuronissa johtaa asetyylikoliinin erittymiseen. Asetyylikoliini on alfamotoneuronien ainoa
välittäjäaine, joka aiheuttaa luustolihassolun supistumisen. Jokaiseen lihassoluun tulee aksonin
haara, jonka liittymäkohta lihassoluun muodostaa motorisen päätelevyn. Motorisesta päätelevystä
aktiopotentiaali etenee pitkin lihassolun kalvoa ja leviää T-putkien kautta solun sisälle.
Sarkoplasmaattisesta kalvostosta vapautuu kalsiumioneja, jotka sitoutuvat troponiiniin, joka siirtää
trompomyosiinin pois aktiivisten aktiinin kohtien päältä. Aktiini reagoi nyt myosiinin kanssa.
Filamentit liukuvat toistensa lomiin ja sarkomeeri lyhenee. Luustolihas supistuu. Refleksin omaista
supistumistakin esiintyy luustolihassoluissa, esimerkiksi silmäluomessa ja hengityslihaksissa.
Sydänlihassolun aktiopotentiaalin depolarisaatiovaihe riippuu Na+- ja Ca2+-ionien virtauksesta
solujen sisään. Luustolihassolun depolarisaatio taas riippuu Na+-ionien virtauksesta.
Luustolihasoluissa supistuksen käynnistää Ca2+-ionien vapautuminen sarkoplasmakalvostosta. Tämä
8
on tärkeä mekanismi myös sydänlihassolun supistumisessa, mutta niissä Ca2+-ionit virtaavat
aktiopotentiaalien aikana solunulkoisesta nesteestä soluihin. Sydänlihassolun depolarisaatioaika on
200-300 ms ja luustolihassolun vain muutamia millisekunteja. Jänniteherkät Ca2+-kanavat
mahdollistavat sydänlihassolujen pitkän tasannevaiheen, sillä Ca2+-kanavissa ei tapahdu nopeaa
inaktivoitumista.
Absoluuttinen refraktaariaika on aika, jonka hermo-/lihassyy tarvitsee toipuakseen edellisestä
impulssista. Latenssiajalla tarkoitetaan aikaa aktiopotentiaalin käynnistymisen ja lihassolun
supistumisen välillä. Luustolihassolujen refraktaari- ja latenssiaika ovat lyhyet. Supistusvoiman
kehittyminen alkaa refraktaariajan jälkeen. Aktiopotentiaalien seuratessa toisiaan tiheästi,
luustolihassupistukset sulautuvat yhtäjaksoiseksi supistukseksi (tetanisaatio). Pitkän tasannevaiheen
vuoksi sydänlihassolun refraktaariaika on yli 200 ms ja latenssiaika 50 ms, joten sydänlihassolun
supistuminen kestään 250 ms. Sydänlihassupistukset eivät siis voi sulautua yhteen, vaikka
aktiopotentiaaleja tulisi tiheästi. Sydänlihassupistukset ovat siis erillisiä, tetanisaatio ei ole
mahdollinen.
Sydänlihassolun filamentit ovat tarkassa järjestyksessä, joten sydänlihaksen supistusvoima riippuu
ratkaisevasti lihaksen pituudesta. Sydänlihas supistuukin tiettyyn rajaan asti sitä voimakkaammin,
mitä suurempi verimäärä venyttää lihasta ennen supistusta. Sydänlihassolut eivät supistu yhtä
suurella voimalla kuin luustolihassolut, mutta sydänlihassolut ovat erittäin väsymättömiä.
Lustolihassolujen kontraktiovoiman säätely ja lihassoluyksiköiden määrä vaikuttavat solujen
supistumisen määrään ja voimaan. Sydän- eikä luustolihassolut voi venyä aktiivisesti, vaan
palautuvat aina alkuperäiseen mittaansa.
Jatkuvan rasituksen kohteena olevat lihassolut, kuten sydänlihassolut tarvitsevat jatkuvasti happea
voidakseen muodostaa ATP:tä yhtä paljon kuin sitä kuluu. Sydänlihassoluissa onkin kokoonsa
nähden enemmän mitokondrioita kuin luustolihassoluissa. Lihassolujen harjoittaminen lisää niiden
työkykyä. Lihaksen glykogeenivarastot kasvavat. Lihassolut paksunevat ja mitokondrioiden määrä
lisääntyy.
9
E-C-Coupling tarkoittaa mekanismia, joka muuttaa solun sähköisen aktiviteetin
kontraktioksi:
E-C-Coupling sydämessä: Sydänsolun solukalvon depolarisaatio johtaa L-tyypin Ca2+ -kanavat
aukeavat. Solun sisäinen Ca2+-konsentraatio nousee, mikä aktivoi ryanodiinireseptorien aukeamisen,
jolloin lihassolukalvostosta vapautuu lisää kalsiumia sytosoliin. Kalsium sitoutuu kontraktiilisen
elementin TnC-proteiiniin aktivoiden kontraktiilisen elementin ja aiheuttaa aktiini-myosiini-
interaktion.
E-C-Coupling luustolihaksessa: Aktiopotentiaali leviää luustolihassoluissa pitkin sarkolemmaa ja
johtuu T-tubuluksia pitkin solun sisään. T-tubuluksien jännite-aktivoituvat L-tyypin Ca2+ -kanavat
aukeavat. Luustolihassoluissa dihydropyriinireseptori (DHPR) toimii jännitesensorina. Sarkolemman
aktiopotentiaali siis muuttaa reseptorin konformaatiota, mikä johtaa ryanodiinireseptorien
avautumiseen. Sytoplasmaan vapautuu Ca2+, mikä aiheuttaa lihassyyn supistuksen (kontraktio).
Sileän lihaksen supistumismekanismi
Yleistä rakenteesta yms.
Sileä lihaskudos ympäröi pääasiassa onttoja elimiä (virtsarakko, kohtu ja suolisto) ja verisuonten
seinämiä, mutta sitä löytyy myös silmästä, rauhasista ja ihosta. Sileän lihaskudoksen tärkeitä
tehtäviä ovat ravintoaineiden kuljetus, virtsarakon tyhjentäminen ja verisuonten läpimitan säätely,
sekä silmässä katseen kohdistaminen.
Sileät lihassolut ovat muita lihassolutyyppejä pienempiä, sukkulamaisia soluja, joilla
on vain yksi tuma. Soluissa on sekä aktiini- että myosiinifilamentteja, mutta ne eivät ole
järjestäytyneet säännöllisesti sarkomeereihin, kuten luusto- ja sydänlihaksessa. Sileän lihaksen
soluissa ei ole T-putkia, mutta solujen membraani on lievästi poimuuntunut muodostaen kaveoleita.
(Kaveolit kasvattavat kalvon pinta-alaa ja on ajateltu, että ne toimisivat samaan tapaan t-putkien
kanssa kontrolloiden kalsiumioneiden sisäänvirtausta aktipotentiaalin seurauksena.)
Sileälihassolujen välillä on sekä mekaanisia, että sähköisiä kytkentöjä, esim.Gap-liitokset, jotka
mahdollistavat aktiopotentiaalin leviämisen solusta toiseen. Sileänlihassolujen supistusvoima on
pienempi kuin poikkijuovaisella lihassolulla, mutta ne pystyvät ylläpitämään supistustilaa, tonusta,
rasittumatta.
10
Sileä lihaskudos jaetaan solujen välisten liitosten perusteella multi-unit ja single-unit
kudoksiin. Multi-unit kudoksessa solujen välillä on vain vähän kytkentöjä, mistä johtuen lihassolut
voivat supistua toisitaan riippumatta, yksittäisinä soluina. Tälläista kudosta on esim. verisuonissa ja
silmän mustuaisessa. Single-unit kudoksessa solut ovat kytkeytyneet toisiinsa aukkoliitoksilla, ja jo
yhden tai kahden solun depolarisoituminen johtaa koko lihaksen supistumiseen. Mahan, kohdun ja
virtsarakon sileälihas on tätä tyyppiä.
Supistuminen
Sileät lihassolut supistuvat, kuten poikkijuovaisetkin lihassolut, aktiinin ja myosiinin liukuessa
toistensa lomaan. Supistuminen riippuu solun sisäisestä Ca2+ pitoisuudesta. Sileän lihaskudoksen
toiminta ei ole tahdonalaista vaan tahdostariippumatonta autonomisen hermoston säätelemää. Sileän
lihaksen supistus alkaa ja päättyy paljon hitaammin kuin poikkijuovaisen.
Varsinaisia hermo-lihasliitoksia ei ole, vaan autonomisen hermoston post-
ganglionaaristen aksonihaarojen päät ovat pienen etäisyyden päässä sileälihassolun pinnasta.
Välittäjäaineet, joita ovat ainakin asetyylikoliini ja noradrenaliini, vapautuvat aksonipäätteissä
olevista rakkuloista ja leviävät diffundoitumalla useisiin lihassoluihin. Ihossa ja silmässä, missä
lihassolut eivät ole yhteydessä toisiinsa, hermosyiden ja lihassolujen välisiä liitoksia on enemmän.
Välittäjäaineen sitoutuminen lihassolun pinnan reseptoriin lisää kalsiumin sisäänvirtausta soluun,
jolloin solunsisäinen kalsiumpitoisuus kasvaa ja solu depolarisoituu. Depolarisaatio lisää edelleen
kalsiumvirtaa soluun ja jonkin verran kalsiumia vapautuu myös sarkoplasmakalvostosta. Koska
sileän lihaksen aktiinifilamenteista puuttuu troponiini ( joka luustolihaksessa säätelee sen
supistumista), supistumista kontrolloi myosiini (myosin linked kontraktio).
Solun sisällä kalsium sitoutuu kalmoduliiniin ja syntyvä kalsium-
kalmoduliinikompleksi aktivoi myosin light chain kinaasin (=MLCK). MLCK-entsyymi
fosforyloi myosiinin aktiiviseksi myosiiniksi. Aktiivinen, fosforyloitu myosiini sitoutuu
aktiiniin ja tapahtuu poikkisiltakierto. Lihas supistuu. Tämän jälkeen ATP sitoutuu
myosiiniin ja aktiini-myosiini kompleksi hajoaa. Kun solunsisäinen kalsiumpitoisuus laskee,
kalsium irtoaa kalmoduliinista ja MLCK inaktivoituu ja edelleen lihas relaksoituu. Lihas voi
relaksoitua myös siten, että MLCfosfataasi defosforyloi myosiinin.
Suurin osa sileistä lihaksista supistuu spontaanisti myös ilman hermoimpulssia esim.
suolen seinämän lihassyyt, mutta on myös sileitä lihaksia, jotka eivät toimi ilman hermosta tulevaa
toimintakäskyä (esim. silmässä ja sukupuolielimissä). Sileän lihaksen supistusvoimaa voidaan
säädellä stimuloimalla tai estämällä spontaania sähköistä toimintaa tai muuttamalla solun sisäistä
kalsium pitoisuutta muulla tavoin. Hormonit voivat voimistaa tai estää sileiden lihasten
11
supistumista. Lisäksi paikallisen ympäristön muutokset, kuten kudosnesteen happipitoisuuden, pH:n
tai ionipitoisuuden vaihtelut vaikuttavat solujen toimintaan. Eräät sileälihastyypit reagoivat
venytykseen supistusvoimaa lisäämällä, jolloin ulkoisen venytyksen vaikutus heikkenee.
Miten sinussolmukkeen automaatio välittyy sydämen kammiosolun supistukseksi?
Sydämessä sinussolmukkeen automaation ja kammiosolun supistumisen välillä toimii sydämen
johtoratajärjestelmä ja EC-coupling.
Anatomia: Sydämen johtoratajärjestelmä johtaa aktiopotentiaalia eteenpäin ja muodostuu
erilaistuneista sydänlihassoluista, joiden välillä ei ole normaaliin tapaan esteitä. Se alkaa oikean
eteisen seinämässä lähellä yläonttolaskimon laskukohtaa sijaitsevasta sinussolmukkeesta.
Sinussolmukkeesta eteis-kammiosolmukkeeseen aktiopotentiaali etenee lähinnä kolmea Purkinjen
säikeiden kaltaisista soluista muodostunutta rataa pitkin. Sinussolmuke, ja eteis-
kammiosolmukekin, sisältää pieniä pyöreitä soluja, joissa on vähän organellejä ja jotka ovat
liittyneet toisiinsa aukkoliitoksin. Näitä soluja kutsutaan P-soluiksi. Tavalliset eteissolut johtavat
aktiopotentiaalia paljon näitä hitaammin. Eteisväliseinän alaosassa oleva eteis-kammiosolmuke on
normaalisti ainoa reitti eteisistä eteenpäin ja se hidastaa aktiopotentiaalia ennen sen päästämistä
Hisin kimppuun. Sidekudosrengas erottaa eteis- ja kammiosolut toisistaan ja Hisin kimppu läpäisee
tämän sidekudosseinämän. Hisin kimppu jakaantuu Purkinjen säikeiksi, jotka kulkevat septumissa
sydämen sisäpinnalla sydämen kärkeä kohti. Depolarisaatio etenee Purkinjen säikeitä pitkin
septumin vasemmasta seinämästä oikealle seinämän läpi ja septumia alas. Purkinjen säikeet jatkuvat
kammioiden seinämiä pitkin takaisin kohti eteis-kammiosolmuketta. Näistä seinämän Purkinjen
säikeistä depolarisaatioaalto etenee endokardiumista epikardiumiin.
Aktiopotentiaalin kulku: Solukalvon yli vallitseva elektrokemiallinen gradientti aiheuttaa
sydänlihassoluihin -90mV:n lepopotentiaalin. Tällaisen sähkökemiallisen gradientin ja
ionipermeabiliteetin muutosten ansiosta aktiopotentiaalin syntyminen on mahdollista. Yksittäiset
säikeet on erotettu toisistaan solukalvolla, mutta sen aukkoliitokset auttavat depolarisaatiota
etenemään nopeammin.
Pacemaker-virta l. funny current on epäselektiivinen hidas kationivirta ja spontaanin
depolarisaation aiheuttaja. Spontaani depolarisaatio on nopein sinussolmukkeessa, joka toimii koko
sydämen tahdistimena vaikuttaen depolarisaationopeuteen ja näin syketaajuuteen.
12
Sydänlihassolujen aktiopotentiaali voidaan jakaa kolmeen osaan. Ensimmäinen vaihe
on nopea depolarisaatio, joka aiheutuu Na+-ionien virrasta solun sisään nopeasti auki käyvien Na+-
kanavien kautta. Toisena tulee plateau-vaihe, jonka aiheuttavat hitaammin aukeavat Ca2+-kanavat
ja niiden kautta solun sisään virtaavat Ca2+-ionit. Kolmantena tapahtuu hidas repolarisaatio, johon
vaikuttavat useat K+-kanavat. Näistä kanavista K+-ionit virtaavat solusta ulos ja kanavan tyypistä
riippuen aiheuttavat varhaista repolarisaatiota, repolarisaatiota yleensä, lepopotentiaalin stabilointia
tai depolarisaation hidastumista. Myös Na+-Ca2+-vaihtaja 1 on tärkeä relaksaatiovaiheen Ca2+-
ionien ulospumppaaja.
Tahdistinsoluissa aktiopotentiaali poikkeaa muista sydänsoluista. Ensinnäkin solun
lepopotentiaali on -50mV, jolloin aktiopotentiaalin käynnistymisen kynnysarvo saavutetaan
helpommin. Lisäksi Na+-ionien kanavat ovat joko inaktiivisia tai niitä ei ole olemassakaan.
Tahdistinsoluissa aktiopotentiaalista huolehtivat Ca2+- ja K+-ionit. Aktiopotentiaalin ollessa
huipussaan K+-ionit alkavat virrata ulos aloittaen repolarisaation. Kun K+-ionien virta solusta ulos
pienenee, depolarisaatio ja prepotentiaali alkavat. Sitten Ca2+-ionit alkavat virrata solun sisään
aiheuttaen kunnon depolarisaation: Vain eteis- ja johtoratasoluissa sijaitsevat T-tyypin kanavat ovat
auki hetkellisesti ja saattavat prepotentiaalin loppuun. Muissakin sydänsoluissa sijaitsevat L-tyypin
kanavat ovat pitkäaikaisesti auki ja saavat aikaan varsinaisen impulssin.
Etenevää aktiopotentiaalia vahvistavat jänniteaktivoituvat kanavat, joiden tiheys
määrää johtumisnopeuden.
Supistuminen: Sydämen sähköinen aktivaatio välittyy supistukseksi EC-couplingin l. eksitaatio-
kontraktio-yhteyden välityksellä. Tällöin solun sisäisen Ca2+-määrän nopea kasvu aiheuttaa ATP:tä
kuluttavassa prosessissa kontraktiilisen elementin voimaa generoivan aktiini-myosiini-interaktion.
(Kontraktiilinen elementti koostuu kolmesta erilaisesta myosiiniketjusta, aktiiniketjusta, A-
tropomyosiinista ja kolmesta erilaisesta troponiinista muodostuvasta troponiinikompleksista.)
Ca2+-kanavien L-tyypin aukeaminen aiheuttaa depolarisaation ohella solussa CICR:n
l. kalsiumin indusoiman kalsiumin vapautumisen. Tällöin Ca2+-kanavien läheisyydessä
sarkoplasmisessa kalvostossa olevat ryanodiinireseptorit aukeavat ja vapauttavat Ca2+-ioneja
sarkoplasmisesta kalvostosta solun sisään. Solun sisäiset Ca2+-ionit sitoutuvat kontraktiilisen
elementin troponiinikompleksiin, jolloin aktiini-myosiini-interaktio mahdollistuu. CICR aiheuttaa
myös negatiivisen feed backin kautta Ca2+-kanavien sulkeutumisen.
Sydämen supistusvoiman säätelyyn osallistuvat supistuvien yksiköiden määrä,
supistumistaajuus ja solun sisäisen Ca2+-konsentraatioon vaikuttavat tekijät. Myös mekaaninen
13
venytys vaikuttaa Frank-Starlingin mekanismin mukaisesti l. venytyksen kasvaessa
kontraktiovoima kasvaa. Venytys myös lisää kontraktiilisen elementin Ca2+-herkkyyttä.
Hermotus: Sydämen sykkeeseen vaikuttavat niin sympaattiset kuin parasympaattiset hermot.
Sympaattinen hermotus vaikuttaa koko sydämeen noradrenaliinin ja β1-reseptorin välityksellä.
cAMP:n määrä solussa nousee avaten L-tyypin Ca2+-kanavia ja nopeuttaen depolarisaatiota. Myös
lämmön nousu vaikuttaa sympaattisen hermotuksen aktiivisuutta lisäten.
Vagaalinen hermotus tulee sydämessä pääasiallisesti sinus- ja eteis-
kammiosolmukkeisiin. Kolinergisesti parasympaattinen aktivaatio aiheuttaa hyperpolarisaatiota
asetyylikoliinin lisätessä muskariinireseptori M2:n kautta K+-virtaa solusta ulos. cAMP:n määrä
vähenee, jolloin Ca2+-kanavat aukeavat hitaammin ja aktiopotentiaalin muodostuminen hidastuu.
Monilla lääkkeillä vaikutetaan niin sympaattisen kuin parasympaattisenkin hermoston
aktiivisuuteen.
Mitkä mekanismit osallistuvat sydänsolutasolla sydämen pumppaustoiminnan säätelyyn?
- yleistä
- Excitation-contraction coupling
- Frank-Starling-mekanismi
- Kontraktiliteetti
- CaMKII
Yleistä
Sydämen kontraktio saa alkunsa sinussolmukkeen sähköisen aktivaation levitessä sydämen
johtoratoja pitkin depolarisaatioaaltona kaikkiin sydänsoluihin. Solukalvojen sähköisen aktivaation
välittyminen sydämen kontraktiilisen elementin toiminnaksi tapahtuu reaktiosarjassa, jota kutsutaan
nimellä EC-coupling (excitation-contraction coupling). EC-couplingissa keskeinen rooli on nopealla
sytosolin Ca-konsentraation nousulla, joka aiheuttaa ATP:ta hydrolysoivassa prosessissa
kontraktiilisen elementin voimaa generoivan aktiini-myosiini-interaktion (crossbridge-cycling).
(Luustolihaksessa kontraktiovoiman säätely tapahtuu supistuvien lihassoluyksiköiden määrää
vaihtelemalla sekä vaihtelemalla yksittäisen lihassoluyksikön supistustaajuutta aina tetanukseen
saakka.) Sydämessä kaikki solut supistuvat jokaisen kontraktion aikana (Gap-junktiot -> syncytium).
14
Sydämen supistusvoiman säätelyssä keskeisiä ovat solunsisäiseen Ca-konsentraatioon vaikuttavat
tekijät. Lisäksi sydänsolun kuten luustolihassolunkin supistukseen vaikuttaa keskeisesti lihaksen
mekaaninen venytys.
Excitation-contraction coupling
Sydänsolun solukalvon depolarisaatio johtaa L-tyypin Ca-kanavien aukeamiseen. Solunsisäisen Ca-
konsentraation nousu johtaa ryanodiinireseptorien aukeamiseen ja lihassolukalvoston Ca-varastosta
vapautuu lisää kalsiumia sytosoliin (CICR eli Ca indusoituva Ca vapautuminen). Kalsiumin
sitoutuminen kontraktiilisen elementin TnC-proteiiniin aiheuttaa kontraktiilisen elementin
aktivoitumisen ja aktiini-myosiini-interaktion. Kontraktiilisen elementin myofilamentit täyttävät
sydämen kammiosolun tilavuudesta noin 45% - 60% (eteisissä ja johtoratasoluissa vähemmän,
luustolihassoluissa enemmän).
Frank-Starling-mekanismi
Sydämeen laskimoista palaavan veren määrä vaihtelee tietyissä olosuhteissa hyvin nopeasti
(autonomisen hermoston aktiivisuus, asennonmuutokset, lihaspumppu ja respiratorinen pumppu).
Kaikki sydämeen palaava veri täytyy lyhyellä aikavälillä pumpata edelleen valtimoihin. Sydämen
kyky adaptoitua hemodynaamisiin muutoksiin säilyy vaikka sydämen autonominen hermosto
katkaistaan. Tätä autoregulatiivista mekanismia kutsutaan Frank-Starling-mekanismiksi: sen mukaan
sydänlihaksen kontraktiovoima kasvaa sen venytyksen lisääntyessä. Normaaleissa fysiologisissa
tilanteissa sydänlihaksen venytys ei koskaan kasva niin suureksi, että Frank-Starling-käyrällä
jouduttaisiin sen laskevalle osalle.
Frank-Starling-mekanismin selittää suureksi osaksi aktiini-myosiini-filamenttien erilainen
limittyminen (overlapping) eri suuruisilla venytyksillä. Supistumisvoiman ollessa suurimmillaan
aktiini- ja myosiinimolekyylit sijaitsevat toisiinsa nähden optimaalisesti siten, että aktiini-
myosiinisiltoja (crossbridge) pystyy muodostumaan mahdollisimman paljon. Lisäksi on
todennäköistä, että venytys lisää myös kontraktiilisen elementin Ca-herkkyyttä. On myös esitetty,
että osan Frank-Starling-mekanismista selittäisivät solukalvon venytysaktivoituvat kanavat, jotka
nostaisivat sytosolin Ca-konsentraatiota.
Kontraktiliteetti
Eli supistumisvireys, joka kuvaa kontraktiovoiman muutoksia, kun preload ja afterload pidetään
vakioina. Puhutaan myös crossbridge-cycling-nopeudesta. Preload on lihassolun venytys ennen
15
kontraktiota eli käytännössä kammion diastolinen täyttöpaine. Afterload on venytys, jota vastaan
lihassolu joutuu supistumaan eli käytännössä aortan systolinen paine.
β-adrenerginen reseptoristimulus synnyttää voimakkaan positiivisen inotrooppisen vaikutuksen.
Sympaattisen hermoston aktivaatio saa aikaan stimuluksen. Kiertävät katekoliamiinit (epinefriini ja
norepinefriini) toimivat välittäjinä. β-stimulus aiheuttaa Ca-konsentraatiossa muutoksia, jolloin Ca-
transientin amplitudi kasvaa ja relaksaatio paranee. β-stimulus kasvattaa kontraktiilisen elementin
Ca-herkkyyttä.
α1-adrenergisten reseptorien aktivaatio johtaa positiiviseen inotrooppiseen ja hypertroofiseen
vaikutukseen. Myofilamenttien Ca-herkkyys kasvaa. α1-adrenergisia reseptoreja on runsaasti
sydämessä.
CaMKII
Kalmoduliinista riippuva proteiinikinaasi II on Ca-kalmoduliinikompleksilla (CaM) aktivoituva
proteiini, jonka uskotaan aktivoituvan syketaajuuden nousuun liittyvästä Ca-konsentraation
noususta. Aktivoitunut CaM-CaMKII aktivoi mm. ICa-virtaa sekä SERCAa (SR:n Ca-pumppu),
jolloin Ca-transientin amplitudi kasvaa ja relaksaatio paranee. Tämä todennäköisesti selittää
”staircase”-ilmiön eli miksi syketaajuuden kasvaessa kontraktiovoima pyrkii kasvamaan
sympaattisen hermoston aktivaatiosta johtuen, mutta myös siitä riippumatta.
Lähteet:
Luentomateriaali. Fysiologian laitos, Oulun yliopisto 2006
Vertaile eri sydänlihassolutyyppejä
-Sydänlihassolujen ominaispiirteet vs. muut lihassolut
-Ionikanavista ja aktiopotentiaalista
-Eri sydänlihassolutyypit;
-sinoatriaalisolut (SA-solmuke)
-atrioventrikulaarisolut (AV-solmuke)
-Purkinjen säikeet, Hisin kimppu
-eteis- ja kammiosolut
-aktiopotentiaalit eri sydänlihassolutyypeissä
16
Sydänlihassoluissa yhdistyy luurankolihaksen ja sileän lihaksen solujen ominaisuuksia.
Ne koostuvat aktiini- ja myosiinifilamenteista, jotka vastaavat mekaanisesta supistumisesta ja niiden
sarkoplasmaattinen kalvosto on erittäin kehittynyt. Sydänlihassolut ovat kuitenkin luurankolihasta
järjestäytymättömämpiä, runsasmitokondrioisia ja yksitumaisia. Sydänlihas ei ole ulkoisesta
hermotuksesta riippuvainen, vaan sillä on oma johtoratajärjestelmänsä ja siihen erikoistuneita soluja,
jotka kykenevät spontaaniin aktiopotentiaalin tuottoon. Supistussignaalin kulkua edistävät
erikoistuneet johtoratasolut sekä kaikkien sydänlihassolujen kytkylevyt, jotka sisältävät sekä
matalaresistanssisen gap-liitoksen, että mekaanisen kiinnityksen takaavat desmosomit. Myös
sydänlihaksen Ca2+ sisäänottomekanismi poikkeaa muista lihassoluista.
Ionikanavat muuttavat solukalvon läpäisevyyttä tietyille ioneille, joissakin tapauksissa
epäselektiivisesti. Sydänlihassoluissa aktiopotentiaalin synnyn kannalta tärkeitä ionikanavia ovat
Na-, Ca- ja K-kanavat ja lisäksi Na/Ca-vaihtaja sekä Na/K-ATPaasi. Aktiopotentiaali laukeaa
epäselektiivisen hyperpolarisaation aiheuttaman kationivirran, eli pacemaker-virran ansiosta. Eri
sydänsolutyypit aktivoituvat eri suuruisella hyperpolarisaatiolla.
Sydämen Na-kanava on erittäin nopea ja aiheuttaa sydänsolussa aktiopotentiaalin
nopean depolarisaation. Ca-kanavia on L- ja T-tyyppiä. Ne ovat jänniteaktivoituvia, depolarisoivia,
mutta hiukan Na-kanavia hitaampia, jolloin merkitys ei ole suuri depolarisaation nopeassa vaiheessa,
vaan aktiopotentiaalin pituudessa. L-tyyppiä esiintyy kaikissa sydänsoluissa, T-tyyppiä eteis- ja
johtoratasoluissa. L-tyyppi laukaisee myös kalsiumin vapauttamisen sarkoplasmaattisesta
kalvostosta, joka johtaa solun supistumiseen (CICR).
Na/Ca-vaihtaja (NCX1) pumppaa kalsiumia ulos lepojännitteessä ja sisään
aktiopotentiaalin aikana. Toiminta on riippuvainen natriumin ja kalsiumin konsentraatiogradienteista
sekä kalvojännitteestä. Aktiopotentiaalin loppupuolella suunta kääntyy ja sisään pumpattu Na-virta
pidentää aktiopotentiaalia. Lisäksi aktiopotentiaalin pituuteen ja repolarisaatioon vaikuttavat lukuisat
kalium-kanavat. Na/K-ATPaasin merkitys on suurin lepotilassa konsentraatiogradientin ylläpitäjänä.
Rakenteellisesti ja toiminnallisesti erotetaan johtoratajärjestelmän ns. pacemakersolut
ja varsinaiset lihassolut. Sydämen supistumiseen johtavaa sähköistä impulssia muodostavat ja
tahdittavat sinoatriaali- ja atrioventrikulaarisolut, joista edelliset ovat oikean eteisen erikoistunutta
solukkoa ja jälkimmäiset oikean eteisen ja kammion välissä lähellä septumia. Ne eivät sisällä
stabiilia lepopotentiaalia, jolloin aktiopotentiaalit muodostuvat spontaanisti määrätyin väliajoin.
SA-soluista rakentuva eteissolmuke käynnistää aktiopotentiaalin. Autonominen
hermosto moduloi tämän koronoaarisinuksen lähellä sijaitsevan solmukkeen itsenäistä taajuutta. SA-
soluilla on matala lepojännite (-50mV), johtuen vähemmästä kaliumin vuotovirrasta, ja nopein
spontaani depolarisaatio. Pienikin pacemakervirta aiheuttaa voimakkaan depolarisaation, mutta
17
aktiopotentiaalin nousu on hidasta inaktivoituneiden Na-kanavien takia. Depolarisaation aiheuttaa
Ca-kanavat. Eteissolmukkeesta aktiopotentiaali leviää eteislihaksiin, mutta pääsy kammion
seinämiin viivästyy sidekudoksen ja ainoan yhteyden kammioihin muodostavan AV-solmukkeen
takia.
AV-solujen muodostama eteiskammiosolmuke välittää aktiopotentiaalin kammioihin.
Solut ovat pieniä ja niiden Na-kanavat eivät osallistu depolarisaatioon. Siksi depolarisaatio on hidas
ja aktivaation eteneminen hidastuu. Sillä välin eteiset ehtivät supistua täydellisesti ennen kammioita.
AV-solmukkeesta impulssi etenee Hisin kimppiuihin ja Purkinjen säikeisiin, joiden aktiopotentiaalit
ovat pitkiä ja johtuminen erittäin nopeaa. Ne ovat erikoistuneita myosyyttejä ja sijaitsevat
kammioiden seinämissä. Tästä eteenpäin impulssi siirtyy solusta soluun kytkylevyjen välityksellä,
kunnes koko lihas on supistunut. Tarvittaessa myös AV-solmuke kykenee ottamaan SA-solmukkeen
rytmittävän tehtävän, mutta tällöin eteiset ja kammiot supistuvat yhtä aikaa.
Varsinaiset sydänlihassolut jaetaan eteis- ja kammiosoluihin. Eteissolujen lepojännite
on -80mV,sekä aktivaation eteneminen ja repolarisaatio nopeaa. Aktiopotentiaali on siis lyhyempi.
Eteissoluissa ei myöskään ole T-tubuluksia, kun taas kammiosoluissa ne ovat luurankolihaksen
kanssa samankaltaisia. Tästä johtuen kalsiumin vapautuminen eteisissä on hieman hitaampaa.
Supistumisen aiheuttavissa kontraktiilisissa elementeissä on myös eroja, mutta ne eivät ole
merkittäviä.
Kammiosolut ovat myös melko nopeasti johtuvia ja aktiopotentiaalit ovat pitkiä,
samoin uudelleen aktiovoitumista estävä refraktaariaika.
Eteissolut ovat myös kammiosoluja hiukan pienempiä. Sydämen endokriininen
toiminta vaihtelee myös eteisten ja kammioiden välillä. Suurin osa tuotannosta tapahtuu eteissoluissa
ja tuotteet ovat tyypillisesti nestetasapainoon vaikuttavia peptidihormoneja, kuten esimerkiksi ANP
(atrial natriurietic peptide).
Jänniteriippuvaiset ionikanavat sydänsoluissa
- aktiopotentiaali
- Na-kanava
- Ca-kanavat
- K-kanavat
- Na/Ca-vaihtaja
- Lopuksi
18
Yleistä
Sydämen supistumisen laukaisee sinussolmukkeesta alkunsa saava ja sydämen johtoratoja pitkin
kaikkiin sydänsoluihin johtuva sähköinen aktivaatio. Sydänsolun sähköisessä toiminnassa keskeinen
tapahtuma on ns. aktiopotentiaali, jonka aikana solukalvon jännite nopeasti muuttuu. Sydänsolujen
aktiopotentiaalille on tyypillistä pitkä plateau-vaihe ja viivästynyt repolarisaatio
(luentomateriaalikuvasta). Aktiopotentiaalit johtuvat sydänsolujen ulkopinnalla negatiivisena
”varausaaltona” (virran kuljettajina Na- ja Cl-ionit). Johtuvan signaalin ”vahvistimena” toimivat ns.
jänniteaktivoituvat kanavat, joiden esiintymistiheys kussakin solutyypissä määrää
johtumisnopeuden. Jännitteestä riippuvat ionikanavat aukeavat, kun solukalvon jännitteessä tapahtuu
muutoksia.
Natrium-kanava (INa)
Sydämen Na-kanava muistuttaa rakenteellisesti läheisesti neuroneissa ja luustolihaksessa
esiintyvää Na-kanavaa.
Erittäin nopea aktivaatio ja inaktivaatio. Kyseessä on elimistön nopein kanavatyyppi.
Na-kanavat tuottavat suuren, mutta nopeasti inaktivoituvan solun sisään suuntautuneen Na-virran
INa, joka aiheuttaa aktiopotentiaalin nopean depolarisaation.
Inaktivaation purkautuminen vaatii solukalvon repolarisoitumisen lähelle lepojännitettä ja on
suhteellisen hidas. Sydämen pitkä aktiopotentiaali ja Na-kanavan inaktivaatio luovat refraktaariajan.
Se suojaa ennenaikaiselta uudelta depolarisaatiolta ja arytmioilta.
Suuresta hetkellisestä virrasta huolimatta yhden aktiopotentiaalin aikana solun sisään joutuvan
natriumin määrä on vain noin 15 (M.
Synnynnäiset mutaatiot sydämen Na-kanavan inaktivaatiodomainin reseptoriosassa johtavat ns.
long QT –syndroomaan (kliinisiä arytmioita).
Kalsium-kanavat (ICa,L, ICa,T)
Sydämessä on kahta Ca-kanavatyyppiä: L (long-lasting) ja T (transient).
ICa,L on merkittävämpi, sitä esiintyy kaikissa sydänsoluissa.
ICa,T esiintyy lähinnä eteissoluissa ja johtoratasoluissa.
Ne ovat jänniteaktivoituvia kanavia, joissa virta on depolarisoiva. Aktivaatio ja inaktivaatio ovat
nopeita, mutta eivät yhtä nopeita kuin Na-kanavalla. Ne eivät osallistu nopeaan
depolarisaatiovaiheeseen, mutta L-tyypin kanavien virta on tärkein depolarisoiva virta plateau-
vaiheessa, mikä johtaa aktiopotentiaalin pidentymiseen.
19
ICa,L laukaisee sydänsolun supistumisessa keskeisen prosessin ”kalsiumilla aktivoituvan
kalsiumin vapautumisen” (CICR) lihassolukalvostosta (SR).
L-tyypin kanavalla on jänniteaktivaation lisäksi myös kalsiumista riippuva inaktivaatio, jolloin
suuri CICR pienentää soluun tulevan kalsiumin määrää inaktivoimalla L-tyypin kanavia
(negatiivinen feedback).
Kalium-kanavat
Monia tyyppejä, joilla on monimutkainen kinetiikka.
”(Inward) Rectifying” –ominaisuus eli tasasuuntaus keskeinen useiden kanavien toiminnassa.
Periaatteessa K-virtojen pitäisi positiivisella kalvojännitteellä (aktiopotentiaalin aikana) kasvaa
nopeasti hyvin suuriksi. Mikä tarkoittaa, että solukalvon depolarisoituessa kanava johtaa oletettua
huonommin, jolloin aktiopotentiaali pitenee.
IK1 eli ”strong inward rectifier”. Konduktanssi on suurin negatiivisilla kalvopotentiaaleilla eli
syntyy kaliumin ”vuotovirta”, joka stabiloi lepopotentiaalin lähelle kaliumin Nernstin potentiaalia.
Ito eli ”transient outward K current”. Nopea Em-riippuva aktivaatio ja inaktivaatio. Osallistuu
aktiopotentiaalin varhaiseen repolarisaatioon.
”Delayed rectifier”-kanavat, IKr, IKs, IKur (rapid, slow, ultra-rapid). Kinetiikaltaan ne ovat
erilaisia, mutta osallistuvat repolarisaatioon. IKr ja IKs –kanavien mutaatiot aiheuttavat myös ”Long
QT”-syndroomaa.
Na/Ca-vaihtaja (INa/Ca)
Esiintyy sydämessä erittäin runsaana (tyyppi 1).
Toiminta on riippuvainen Na ja Ca konsentraatiogradienteista sekä kalvojännitteestä.
Tämä on tärkein sydänsolun relaksaatiovaiheessa kalsiumia solusta ulos pumppaava systeemi.
Pitkällä aikavälillä INa/Ca ( ICa,L.
3 Na+ : 1 Ca2+, jolloin nettovirta natriumin liikkeen suuntaan. Lepojännitteellä tapahtuu
kalsiumin pumppaus ulos ja aktiopotentiaalin aikana sisään. Aktiopotentiaalin loppupuolella
pumppaa kalsiumia ulos solusta, jolloin sisäänpäin suuntautuva Na-virta pidentää aktiopotentiaalia.
Loppujupinat (?)
Jänniteaktivoituvan kanavan (Na, Ca) virta aiheuttaa membraanille paikallisen jännitemuutoksen,
jonka muutosnopeus riippuu kanavan virrasta sekä membraanin kapasitanssista. Aktiivisen
20
membraanin aiheuttama jännitemuutos johtuu passiivisesti ympäristön solukalvoille
sähkömagneettisen kentän nopeudella. Koska solujen sisäinen resistanssi ja membraanien
kapasitanssi pysyvät vakioina, tärkein aktiopotentiaalin etenemisnopeuteen vaikuttava asia on
depolarisoivan virran suuruus (aktiivisten Na-kanavien määrä).
Lähteet:
Luentomateriaali. Fysiologian laitos 2006
Galenos. 6.-7.p. S. 94
Beeta-reseptoristimulaation vaikutus sydänsolujen toimintaan
Beeta-reseptori on peptidiketju, joka läpäisee solukalvon useita kertoja. Beeta-reseptoristimulaatiota
aktivoi sympaattisen hermoston aktivaatio välittäjäaineidensa kautta. Beeta-stimulus tapahtuu Gs-
välitteisen reseptorin kautta, joka vaikuttaa lihassupistuksen voimaan. Beeta-reseptoriaktivaation
seurauksena sydänlihassolun sytoplasman Ca2+ – konsentraatio kasvaa ja sydänlihassolun
supistumisvireys (kontraktiliteetti) lisääntyy. Sydämessä vastaanottajamolekyylit ovat beeta1-
reseptoreita, muualla elimistössä beeta2-reseptoreita. Sympaattisia hermopäätteitä ja beeta1-
reseptoreita on tasaisesti koko sydämen alueella. Luustolihasten verisuonille tyypillisiä
vasodilataatiota aiheuttavia beeta2-reseptoreita on myös koronaarivaltimoissa.
Noradrenaliini sitoutuu sydänlihassolun solukalvon beeta1-reseptoriin. Kun hormoni sitoutuu
reseptoriin, solukalvon sisäpuolella oleva Gs-proteiini aktivoi adenylaattisyklaasin. Tämä entsyymi
katalysoi syklisen adenosiinomonofosfaatin (cAMP) muodostumista adenosiinitrifosfaatista (ATP).
Syklinen AMP aktivoi proteiinikinaasin (PKA), joka liittää kohdeproteiiniin fosfaattiryhmän.
Solukalvon L-tyypin kalsiumkanavat, eli dihydropyridiinireseptorit aukeavat ja kalsiumia vuotaa
sisään. Ryanodiinireseptorit sijaitsevat sarkoplasmakalvostossa ja ovat kytkeytyneet L-tyypin
kalsiumkanavien kanssa. Myös ryanodiinireseptorit avautuvat, jolloin vapautuu lisää kalsiumia
sytoplasmaan. Sydänlihassolu supistuu. Sydämen vajaatoiminnassa ryanodiinireseptorit ”vuotavat”,
jolloin sarkopalsmakalvoston kyky varastoida kalsiumia heikkenee.
Sydänlihassolun relaksaatio vaatii ATP:tä ja fosfolambaani B:tä (PLB). SERCA aktivoituu, kun PLB
fosforyloi sen. SERCAN avulla varastoidaan kalsiumia sytoplasmasta solukalvostoon. Lisääntynyt
SR:n kalsiumkonsentraatio lisää sydämen supistusvoimaa, koska kalsiumia voidaan vapauttaa
21
enemmän varastoista. Beeta-reseptoristimulaatio nopeuttaa sydänlihassolun relaksaatiota
aktivoimalla kalsiumia sytoplasmaan varastoivan SERCAN toiminnan. Myös solukalvon natriun-
kalsium-vaihtaja vähentää sytoplasman kalsiuminpitoisuutta pumppaamalla 3 natriumia sisään ja 1
kalsiumin ulos solusta elektrokemiallisen gradientin säätelemänä, jolloin ATP:tä ei kuluteta.
Kalsiumpitoisuus laskee sytoplasmassa ja sydänlihassolu relaksoituu.
Adrenaliini aiheuttaa vasodilataatiota sitoutuessaan tunica median sisäreunassa oleviin Beeta2-
reseptoreihin. Sydämen verenvirtaus kasvaa ja sydänlihassolujen hapensaanti paranee.
Noradrenaliini tehoaa paremmin beeta1- reseptoreihin kuin beeta2-reseptoreihin. Tämä tulee esiin
erityisesti lääkehoidossa. On olemassa erityisesti sydämeen vaikuttavia beetasalpaajia, jotka estävät
katekoliamiinien vaikutusta sydämeen.
EKG:n, aktiopotentiaalin ja sydämen toiminnan ajalliset suhteet
- lyhyesti yleistä EKG:sta, aktiopotentiaalista ja sydämen sähköisestä toiminnasta
- kammiodiastole, mitä tapahtuu, aktiopotentiaalin eteneminen, mitä näkyy EKG:ssa ja mitä se
tarkoittaa
- kammiosystole, mitä tapahtuu
- kammiosystole, aktiopotentiaalin eteneminen, EKG
- jotain kliinistä lätinää…
Sydämen supistumisen laukaisee sinussolmukkeesta alkunsa saava ja sydämen
johtoratoja pitkin kaikkiin sydänsoluihin johtuva sähköinen aktivaatio. Aktiopotentiaali on
keskeinen tapahtuma sydänsolun sähköisessä toiminnassa. Sen aikana solukalvon jännite muuttuu
nopeasti. Aktiopotentiaalimuutokset ja niiden johtuminen sydämessä rekisteröidään
elektrokardiogrammilla.
Diastolen loppuvaiheessa eteis-kammioläpät ovat auki ja aortta- ja pulmonaaliläppä
ovat kiinni. Veri virtaa sydämeen ja eteiset sekä kammiot täyttyvät. Eteissystole sysää lisää verta
kammioihin, mutta noin 70 % kammioiden verestä tulee passiivisen täyttymisen kautta. Samaan
aikaan aktiopotentiaali etenee sinussolmukkeesta kolmeen eteisjohtorataan ja edelleen
eteislihakseen ja keskittyy eteis-kammiosolmukkeeseen, jossa se viivästyy eteisten supistumisen
ajaksi. EKG:ssa nähdään P-poikkeama eteisten depolarisaation merkiksi ja PQ aika edustaa
ärsytyksen johtumisaikaa sinussolmukkeesta eteis-kammiosolmukkeeseen.
22
Kammiosystolen alussa kaikki läpät ovat kiinni lyhyen ajan. Tämän isometrisen
kontraktion aikana kammioiden paine kohoaa jyrkästi, mutta niiden tilavuus ei muutu. Kun
kammion paine ylittää aortan / keuhkovaltimon paineen aortta- ja keuhkovaltimoläpät aukeavat ja
veri syöksyy kammioista suuriin verisuoniin. Kammioiden tilavuus pienenee. Kun kammiolihakset
ovat supistuneet, alkaa kammiopaine laskea jyrkästi. Kammiosystolen lopussa kaikki läpät ovat taas
hetken aikaa kiinni (isometrinen relaksaatio).
Kammiosystolen aikana aktiopotentiaali etenee eteis-kammiosolmukkeessa
kammioiden väliseinään, missä se haarautuu kahdeksi haaraksi kohti sydämen kärkeä. Haarat
jakautuvat kärjessä Purkinjen säikeiksi, jotka välittävät impulssin kammioiden lihaksiin. EKG:ssa
nähdään QRS-poikkeama, joka vastaa kammioiden depolarisaatiota. QRS-kompleksi peittää alleen
eteisten repolarisaation. EKG:n ST-välin aikana kammiolihas on täysin depolarisoitunut. T-
pokkeama syntyy kammioiden repolarisoituessa, jota seuraa diastole. QT-aikaa sanotaan
kammioiden sähköiseksi systoleksi.
Kliinisesti merkittävät poikkeamat EKG:ssa löytyy yleensä PQ-ajan, QRS-kompleksin
tai ST-välin muutoksista. Pitkittynyt PQ-aika ilmaisee yleensä häiriötä johtumisessa
eteiskammiosolmukkeessa. QRS-ajan pidentyminen viittaa johtumishäiriöön tai katkokseen
johtoradan alueella kammioissa. ST-väli on isoelektrinen, jolloin yli 0,1mV:n poikkeaminen
isoelektrisestä viivasta on yleensä patologista ja sellaista esiintyy esim. sepelvaltimosairauksissa.
Vertaile verenvirtausta ja verenpainetta verisuoniston eri osissa
- veren virtauksen ja verenpaineen pääpiirteet verisuoniston eri osissa.
- valtimot toimivat painereservinä ja luovuttavat sydämen lepovaiheen aikana energiaa veren
virtauksen ylläpitämiseen. Verenpaine valtimoissa 35-120 mmHg ja verenvirtaus nopeaa.
- kapillaariverkostossa tapahtuu aineiden vaihto veren ja solujen kesken.
- laskimot toimivat elimistön verivarastona, verenpaine on matala ja verenvirtaus hidasta.
Laskimopaluuta helpottavat mm. lihaspumppu ja hengityslihakset.
- veren virtaukseen ja verenpaineeseen vaikuttavat mm. veren viskositeetti (riippuu hematokriitistä)
sekä verisuonten seinämien paksuus ja jäykkyys.
Veri virtaa suljetussa putkistossa eli verisuonistossa sydämen pumppaustoiminnan aikaansaaman
paine-eron ansiosta, liikesuunta on suuremmasta paineesta pienempään päin. Verisuonisto jakautuu
isoon ja pieneen verenkiertoon, jotka ovat sarjaankytkeytyneet eli niiden lävitse virtaa sama määrä
23
verta aikayksikössä. Eri elimiin vievät valtimot ovat rinnankytkeytyneitä, mikä mahdollistaa
verimäärän jakautumisen säätelyn elimistön eri osiin.
Verisuoniston eri osien poikkileikkauspinta-ala vaihtelee siten, että se on pienin sydämestä
lähtevissä suurissa valtimoissa (aortta) ja suurin kudoksien ravinnonsaannin takaavassa
kapillaariverkossa pieneten taas kohti sydäntä palatessa (onttolaskimot). Poikkileikkauspinta-alan
ollessa kääntäen verrannollinen virtausnopeuteen nähden on ymmärrettävää, että aortassa nopeus on
suuri ja kapillaareissa pieni. Verenpaineen erot verisuoniston eriosissa selittyy sydämen
pumppaustoiminnalla sekä verisuonten seinämien rakenteellisilla eroilla, valtimoverenpaine myös
vaihtelee sydämen toimintakierron mukaisesti. Laskimopuolella taas ylläpidetään matalaa
verenpainetta, jotta vältyttäisiin keuhkopöhöltä, veren liikkumisen kohti sydäntä takaa lihaspumput
(raajojen laskimoissa) sekä rinta-ontelon alipaine ja yläruumiista matkan kohti sydäntä takaa
painovoima.
Arteriat eli valtimot voidaan jakaa rakenteellisesti kahteen ryhmään elastisiin arterioihin eli
paineentasaajasuoniin, joiden keskikalvossa (tunica media) on runsaasti elastiinia sekä
muskulaarisiin arterioihin eli kuljetussuoniin, joiden keskikalvossa on runsaasti sileää lihasta.
Ensimmäisten tarkoituksena on toimia painereservinä siten, että sydämen systolen aikana elastiset
säikeet venyvät eli niihin varastoituu energiaa, joka vapautuu sydämen diastolen aikana niin, että
veren virtaus säilyy.
Aortan verenpaine nousee systolen aikana nopeasti, koska sinne tulevan veren nopeus on
suurempi kuin nopeus, jolla veri voidaan jakaa verisuonistoon. Diastolen aikana aortan paine laskee.
Systolinen paine aortassa on n. 120 mmHg ja diastolinen n. 80 mmHg. Paineaalto etenee
verisuonistossa verta nopeammin pulssiaaltona, joka voidaan tuntea mm. ranteesta pulssina.
Sydämen toimintakierron mukainen pulsoiva veren virtaus säilyy arterioleihin, mutta kapillaareissa
ja laskimopuolella se on sairaalloista. Ison verenkierron kapillaarien valtimopäässä verenpaine on n.
35 mmHg ja laskimopäässä se on 10 mmHg. Pienen verenkierron puolella paineet ovat
kokonaisuudessaan matalammat, keuhkovaltimoissa systolinen paine on 25 mmHg ja diastolinen 8
mmHg. Keuhkokapillaarien paine on n. 7 mmHg. Virtausnopeus on suurin aortassa ja pienenee
kokonaispinta-alan kasvaessa kohti kapillaariverkostoa mennessä.
Veri virtaa kapillaariverkostoon arterioleista, jotka säätelevät verenvirtausta eri elimiin
prekapillaarisfinktereidensä sekä supistustilansa avulla. Kapillaarit ovat ohutseinäisiä suonia, joiden
seinämien lävitse tapahtuu veren ja solujen välinen aineiden vaihto. Kapillaareista veri virtaa
venuleihin, joihin se tosin voi myös virrata kapillaarien ohi arterioleista prekapillaarisfinktereiden
ollessa suljettuina. Kapillaarien veren virtauksen edellytyksenä on korkeampi paine
valtimonpuoleisessa kuin laskimonpuoleisessa päässä.
24
Kapillaareista tai ohitusarterioleista veri virtaa laskimoihin eli venuleihin. Venyväseinäiset
laskimot toimivat elimistön verivarastoina, joista verta siirretään tarpeen tullen valtimopuolelle
sileän lihaksen supistumistilaa (laskimotonusta) säätämällä. Painovoima vaikuttaa laskimoiden
verenpaineeseen siten, että paine kasvaa sydämen alapuolisissa ja laskee sydämen yläpuolisissa
laskimoissa (esim. jalan laskimoiden paine n. 90 mmHg). Veren kertyessä jalan laskimoihin mm.
rintaontelon laskimoista sydämen iskutilavuus pienenee ja seuraa myös ohimenevä
valtimoverenpaineen lasku (posturaalihypotensio). Ison verenkierron lopussa (onttolaskimot, oikea
eteinen) paine on keskimäärin n. 0 mmHg: n .
Oikean eteisen paine eli keskuslaskimopaine riippuu sydämen pumppaustehosta sekä
laskimopaluusta, johon vaikuttaa kokonaisverimäärä, laskimotonus sekä arteriolien supistustila.
Venuleissa verenpaine on 12-20 mmHg ja suurissa laskimoissa n. 8 mmHg. Laskimopaluuta
edesauttavat lihaspumpun toiminta sekä hengityslihasten toiminta. Lihaspumpussa yhden suuntaisten
laskimoläppien paikallaan pitämä veri siirtyy kohti sydäntä laskimoita ympäröivien luurankolihasten
aiheuttaman laskimoiden puristumisen johdosta. Hengityslihasten toiminta taas aiheuttaa sen, että
sisäänhengityksen aikana rintaontelon sisäisen paineen laskua seuraa alaonttolaskimon paineen
lasku, mikä edesauttaa laskimopaluun tehostumista vatsaontelosta rintaonteloon. Uloshengityksen
aikana paineiden muutokset ovat päinvastaiset.
Veren virtaus verisuonessa voi olla tasaista eli laminaarista, joka muuttuu paine-eron
kasvaessa pyörteiseksi eli turbulentiksi virtaukseksi. Normaalisti virtaus on pyörteistä suurten
suonien haaraumakohdissa sekä sydämen kammioissa. Turbulenssilla on myös kliinistä ja
patologista merkitystä, sillä sitä voi aiheutua suonen suuresta läpimitasta, suonen seinämän
epätasaisuuksista (ateroskleroottinen plakki) sekä veren viskositeetin pienenemisestä( esim.
anemiassa). Veren viskositeetti voi myös kasvaa tautitiloissa, tällöin sydän joutuu tekemään
enemmän työtä vaeren pitämiseksi liikkeellä ja seurauksena on verenpaineen kasvu. Verenpaine
pyrkii myös kasvamaan iän myötä valtimoiden seinämien jäykistyessä (tunica median
kollageenimäärä kasvaa) sillä jäykistyneet suonet eivät enää anna periksi ja verenvirtauksen on
kuitenkin jatkuttava.
25
Vertaile verenkiertoa ja sen säätelyä työskentelevässä luustolihaksessa, sydänlihaksessa ja
aivoissa / Vertaile aivojen, sydänlihaksen ja luustolihaksen verenkiertoa. / Vertaile aivojen ja
sydämen verenkiertoa.
- verenkierrosta ja sen säätelyperiaatteista yleensä
- aivojen kokonaisverenkierron vakiona pitämisessä autoregulaatiolla on suuri merkitys.
- aivojen verenkierron paikalliset muutokset eli funktionaalinen hyperemia.
- aivojen verenvirtaus on erittäin valtimoveren hiilidioksidiosapaineelle.
- veri-aivoeste suojaa aivosoluja monilta veressä olevilta aineilta.
- sydänlihasta huoltavat sepelvaltimot sekä niitä seurailevat sepellaskimot.
- sepelvaltimovirtaus riippuu voimakkaasti sydämen toimintakierrosta
- metabolisella eli paikallisella säätelyllä on suuri osuus sepelvaltimovirtauksen säätelyssä.
- luustolihaksessa aktiivisen (funktionaalisen) hyperemian johdosta voi veren virtaus työskennellessä
20-kertaistua lepotilaan nähden.
- reaktiivinen hyperemia on metabolisen säätelyn muoto, missä puristuksiin joutuneen suonen
puristuksen lakkaamista seuraaa voimakas vasodilataatio.
- sympaattisen hermoston vaikutuksesta erittyvä adrenaliini aiheuttaa myös vasodilataatiota
työskentelevässä luustolihaksessa.
Verenkierron tarkoituksena on taata kaikille elimille hapekkaan veren ja ravinteiden saanti sekä
huolehtia kuona-aineiden poistamisesta. Verenkiertoelimistön toimintaa säädellään seuraavien
perusperiaatteiden mukaisesti: veren virtausta elimistön eri osiin säädellään tarkasti kudosten
tarpeiden mukaan, sydämen minuuttitilavuutta säätelee sinne palaavan veren määrä sekä
valtimopaine pyritään pitämään riittävän korkealla tasolla. Aivokudos ja sydänlihas ovat molemmat
herkkiä hapenpuutteelle (iskemia), kun taas luustolihas voi työskennellä myös anaerobisesti ja tehdä
happivelkaakin. Näitä periaatteita toteutetaan säätelemällä suonten läpimittaa, paikallisen eli
sisäisen säätelyllä(metabolinen, funktionaalinen ja reaktiivinen hyperemia, autoregulaatio sekä
endoteelin erittämät aineet) sekä ulkoisen säätelyllä(hermosto ja hormonit).
Aivokudoksen on saatava sekä happea että ravinteita (glukoosi) koko ajan, sillä jo 5 sekunnin
keskeytys aivojen verenvirtauksessa johtaa tajuttomuuteen ja muutaman minuutin keskeytyksestä
seuraa pysyviä kudosvaurioita. Aivojen verenvirtauksen pitäminen vakiona on pääpyrkimys
sydämen minuuttitilavuuden laskiessa. Keinoina verenvirtauksen vakiona pitämiseen ovat
autoregulaatio, paikalliset aineenvaihduntatuotteet sekä refleksit, jotka voivat olla sekä paikallisia
että systeemisiä. Autoregulaatio eli verenpaineeseen perustuva itsesäätely on aivokudoksessa
26
tehokasta yleisen verenpaineen pysyessä välillä 60 -160 mmHg. Verenpaineen noustessa aivoihin
verta vievän suonen seinämä siis venyy, mistä seuraa myogeenisena vasteena seinämän sileän
lihaksen supistuminen ja suonen läpimitan pieneminen, mikä palauttaa verenvirtauksen
alkuperäiselle tasolle.
Vaikka aivojen kokonaisverenkierto pyritään pitämään vakiona tapahtuu aivojen
verenkierrossa paikallisia muutoksia jatkuvasti. Eri toimintojen seurauksena tapahtuu muutoksia
verenkierrossa vastaavilla aivoalueilla. Tätä kutsutaan funktionaaliseksi hyperemiaksi (verentungos,
verekkyys) tapahtuen kudoksen ollessa aktiivinen ja metabolian ollessa vilkasta. Aivokudoksen
verisuonet laajentuvat paikallisesti mm. metabolian sivutuotteiden vaikutuksesta ja veren virtaus
tehostuu. Vaikutuksen välittäjinä saattavat toimia esimerkiksi vety -tai kaliumionit.
Aivojen verenvirtaus on erittäin herkkä valtimoveren hiilidioksiosapaineelle. Hyperkapniassa
eli osapaineen kasvaessa aivoverisuonet laajenevat (vasodilataatio) ja päinvastoin osapaineen
laskiessa tapahtuu aivoveriosuonten supistuminen (vasokonstriktio). Vaikutuksen saattaa välittää
verisuonten endoteelistä vapautuva typpioksidi. Aivokudosta suojaa monien aineiden vaikutukselta
veri-aivoeste, jonka muodostaa hiussuonten endoteelisolujen tiiviit välit sekä hiussuonia peittävät
gliasolujen ulokkeet. Veri-aivoeste sallii rasvaliukoisten aineiden diffuusion, mutta estää muiden
aineiden pääsyn verestä aivokudokseen.
Sydänlihaksen verenkierrosta eli koronaarikierrosta huolehtivat sepelvaltimot sekä niitä
seuraavat sepellaskimot, jotka yhdistyvät sydämen takana sepelpoukamaksi. Kuormituksen aikana
sepelvaltimovirtaus ja sydämen energiakäyttö tehostuu. Sydämen toimintakierto vaikuttaa
merkittävästi sepelvaltimoiden veren virtaukseen. Systolen aikana sepelvaltimovirtaus heikentyy
voimakkaasti, vasemman kammion sepelvaltimot menevät tällöin lähes tukkoon sydänlihassolujen
supistuessa niiden ympärillä. Isometrisen kontraktion aikana (eli kaikkien sydämen läppien ollessa
kiinni eteissystolen jälkeen) sepelvaltimovirtaus pienenee. Aorttaläpän avautuessa
sepelvaltimovirtaus kasvaa hetkellisesti pienentyen uudelleen systolen loppuun saakka. Diastolen
aikana sepelvaltimovirtaus saavuttaa maksiminsa ja laskee sitten seuraten aortan verenpainetta.
Sepelvaltimovirtaus heikentyy diastolen lyhentyessä (sykkeen kasvaessa), kammion loppudiastolisen
paineen noustessa sekä aortan paineen alentuessa.
Paikallinen eli metabolinen säätely on tärkeässä osassa sepelvaltimovirtauksen säätelyssä.
Verenvirtaus vaihtelee metabolisen aktiivisuuden mukaan, verenvirtaus voi työssä viisinkertaistua
lepoon nähden. Sydänlihas on herkkä hapenpuutteelle, se käyttää levossakin yli 70% saamastaan
hapesta. Hapen tarpeen kasvaessa tapahtuu vasodilataatiota mm. adenosiinin, hiilidioksidin sekä
vetyionien välityksellä, mistä seuraa sepelvaltimovirtauksen kasvu. Tätä säätelytapaa kutsutaan
metaboliseksi hyperemiaksi.
27
Lepäävässä luustolihaksessa arteriolien lepotonus (suonen seinämän supistumistila) on
korkea ja suurin osa hiussuonista ei ole käytössä, joten verenvirtaus on vähäistä. Työskentelevässä
luustolihaksessa arteriolit laajenevat ja hiussuonet avautuvat, verenvirtaus voi jopa 20 -kertaistua
lepotilaan nähden (aktiivinen hyperemia). Levossa arteriolien tonusta säätelevät neuraaliset ja
myogeeniset tekijät (venytys).
Työskentelevän luustolihaksen verenvirtausta säätelevät aineenvaihduntatuotteet
(hiilidioksidi, maitohappo), lämpötila ja hapenpuute. Yhtenä metabolisen säätelyn muotona on
reaktiivinen hyperemia, missä puristuksiin joutunut suoni laajenee voimakkaasti (vasodilataatio)
puristuksen lakatessa. Syitä tähän reaktioon ovat kudoksen paikallinen hapenpuute,
metaboliatuotteiden kertyminen iskemian aikana sekä osittain myogeeninen vaste. Seurauksena
verenvirtaus tehostuu ja siten hapen ja ravinteiden saanti tehostuu samoin kuona-aineiden
poistuminen.
Luustolihaksen työskennellessä sympaattinen hermosto aktivoituu ja aktivaation seurauksena
erittyy adrenaliinia, joka sitoutuu verisuonten sileän lihaksen beetareseptoreihin, seurauksena
vasodilataatio.
Miten verenpainetta säädellään neuraalisesti
- Verenpaineeseen vaikuttavat tekijät
- Autonomisen hermoston vaikutustavat verenpaineeseen
- Lyhyen aikavälin säätely ja baroreseptorit paineen aistijoina
- Pitkän aikavälin säätely
- Muut neuraaliset mekanismit (Bainbridge, kemoreseptorit, jne.)
Valtimoverenpaine on riippuvainen sydämen pumppaamasta minuuttitilavuudesta ja
verisuoniston aiheuttamasta vastuksesta. Sydämen minuuttitilavuuteen vaikuttaa laskimopaine, joka
taasen riippuu pitkälti veren tilavuudesta. Kaikkien näiden muutoksilla on vaikutusta
valtimoverenapaineeseen, ja autonominen keskushermosto pystyy jokaista näistä myös säätelemään.
Autonominen hermosto säätää sydämen sykettä ja puristusvoimaa. Tätä kautta
minuuttitilavuutta voidaan lisätä ja samalla myös valtimopainetta. Minuuttitilavuutta säätelee myös
28
kudosten veren tarve. Verisuoniston vastusta puolestaan säädellään valtimoiden ja laskimoiden
konstriktion kautta. Sympaattisen hermoston vasokonstriktoivia syitä on eniten valtimoissa ja
suurissa arterioleissa, vähemmän terminaaliarterioleissa ja laskimoissa. Näiden jatkuva aktiivisuus
pitää yllä lepotonusta. Venakonstriktio lisää suoraan minuuttitilavuutta ja valtimoiden supistumuinen
nostaa painetta suoniston vastuksen lisääntymisen kautta. Sympaattisessa hermostossa on myös
vasodilatoivia syitä esimerkiksi luustolihasten vastussuonissa.
Nämä mekanismit toimivat negatiivisella feedback-säätelyllä, jonka sensorina toimivat
baroreseptorit karotispoukamassa ja aortan kaaressa. Baroreseptorien aktiivisuus laskee, kun
verenpaineen lasku valtimoissa vähentää suonien seinämien venytystä. Tällöin vagus- ja
glossopharyngeushermojen mukana kulkevien afferentien hermosyiden stimulointi vähenee ja
vasomotorinen keskus puuttuu peliin aktivoiden sympaattista hermostoa.. Vievät syyt kulkevat
suoniin, sydämeen ja lisämunuaiseen, joten aktiivisuuden nousu lisää vasokonstriktiota, perifeerisen
vastusta, sydämen puristusvoimaa ja sykettä. Tällainen akuutin paineen laskun korjaus tapahtuu
esimerkiksi ylösnoustessa, kun laskenut venapaine aiheuttaa myös valtimopaineen laskun. Paineen
noustessa vaikutukset ovat luonnollisesti päinvastaiset.
Baroreseptorit ovat herkimmillään 60-180mmHg. Fyysisessä rasituksessa pulssipaine
on korkeampi kuin normaalisti, jolloin syke ei laske vasteena paineen kohoamiselle. Baroreseptorit
kykenevät myös adaptoitumaan, sillä verenpaineen ollessa koholla yli 15 minuuttia niiden
kynnysarvo asettuu uudelleen. Siksi baroreseptorit eivät kykene aistimaan aivoihin menevän veren
todellista painetta ja ovatkin vain lyhyen aikavälin säätelijöitä.
Pitkän aikavälin paineen säätely tapahtuu suurimmaksi osaksi verivolyymin säätelyn
kautta. Tässä tärkeimpänä tekijänä on reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmä, mutta myös
neuraalista säätelyä tapahtuu. Eteisten seinämien reseptorit sekä kardiopulmonaarireseptorit aistivat
venapaineen ja verivolyymin nousun suppressoiden reniini-angiotensiinisysteemiä, ADH:n eritystä
ja sympaattisen hermoston aktiivisuutta.
Muita vaikutusmekanismeja ovat Bainbridgen refleksi, kemoreseptorit ja
luustolihaksen työreseptorit. Bainbridgen refleksi pyrkii nostamaan sykettä kun eteisiin tuleva
verimäärä kasvaa, joten se kilpailee baroreseptorirefleksin kanssa ja toimii lähinnä alhaisen sykkeen
aikana. Kemoreseptorit osallistuvat reflektoriseen verenpaineen nousuun hypoksiassa, vaikkakin
hypoksialla ja hypokapnialla on myös suoria vaikutuksia vasomotoriseen keskukseen. Vaikutuksena
on arteriolien ja sisuslaskimoiden vasokonstriktio. Tämäkin toimii tehokkaammin valtimopaineen
ollessa alhainen. Luustolihasten työreseptorit reagoivat K- ja H-ionien (metaboreseptorit) määrään
sekä lihaksen venytykseen (mekanoreseptorit) ja nostavat sydämen sykettä ja kontraktiliteettiä sekä
konstriktoivat useimpia suonia.
29
Kardiovaskulaarisessa sokissa neuraalinen säätely auttaa verisuonten konstriktion
kautta, jolloin jopa 20% veren tilavuudesta voidaan menettää ilman merkittäviä seurauksia.
Reniini-Angiotensiini-Aldosteroni –järjestelmä
Reniini-Angiotensiini-Aldosteroni –järjestelmä toimii elimistössä vastareaktiona verenpaineen
laskulle(esim. hypovolemia), natriumin konsentraation laskulle tai/ja kaliumin konsentraation
kasvulle. Ilman RAA-järjestelmää verimäärän (ja verenpaineen) yllättävä lasku olisi paljon
herkemmin kohtalokas.
Reniiniä vapautuu munuaisten jukstaglomerulaarisoluista sympaattisen aktivaation,
verenpaineen laskun (esim. hypovolemia) tai/ja kun macula densa-solut aistivat munuaisissa alhaisen
natrium-konsentraation. Veressä vapautunut reniini saa aikaan angiotensinogeenin muodustuminen
angiotensiiniksi, joka puolestaan konvertoituu pääosin keuhkoissa angiotensiinia konvertoivan
entsyymin (ACE) vaikutuksesta angiotensiini II:ksi, minkä vaikutukset elimistössä ovat koko
järjestelmän ehkä huomattavimmat ja tärkeimmät.
Angiotensiini II saa aikaan janontunnetta ja se myös supistaa verisuonia voimakkaasti
jolloin verenpaine nousee. Angiotensiini II aktivoi myös sympaattista hermostoa ja inhiboi reniinin
tuotantoa. Reniinin vapautumista estävät myös prostaglandiinit ja vasopressiini. Tärkeimpänä
tehtävänään angiotensiini II aktivoi aldosteronin eritystä lisämunuaisen kuorikerrokselta zona
glomerulosa –soluista sitoutumalla niihin.
Aldosteroni on kolesterojohdannainen, jonka tuotantoa aktivoivat angiotensiini II
(tärkein ja suurin vaikutus), kaliumin ylimäärä tai myös pienissä määrissä aivolisäkkeestä erittyvä
ACTH. Aldosteroni saa aíkaan munuaistubulusten P-soluissa natriumin takaisinimeytymistä
tubulaarisesta luumenista. Tällöin vesi seuraa natriumia, mikä aiheuttaa verimäärän kasvun ja tätä
kautta verenpaineen nousun ja normalisoitumisen.
RAA-järjestelmän vastavaikuttajista tärkeimpinä toimivat sydämen eteispeptidit, jotka
laskevat verenpainetta ja vähentävät sydämen kuormitusta. Erinäisissä verenpainetaudeissa tai
sydämen vajaatoiminnoissa RAA-järjestelmä saattaa olla häiriintyny ja lisääntyneet eteispeptiditkään
eivät auta tilannetta. Tällaisiin tilanteisiin käytetään usein lääkkeinä ACE-estäjiä, jotka estävät
angiotensiini I:sen konvertoitumisen toimivaksi angiotensiini II:ksi ja RAA-järjestelmän
inhiboitumisen.
30
Vertaile munuaisytimen ja kuoren toimintaa keskenään
Kuori 1:
- Suodattuminen (Bowmanin kapseli)
- Reabsorbtio (natrium), sekreetio, happo-emäs-tasapaino
- Hormonisynteesi (epo, D3-vitamiini)
Ydin 1:
- Henlen linko, vasa recta –suonet (oikovirtausperiaate)
- Ytimen väkevöinti
Kuori 2, ydin 2:
- Distaalinen kiemuratiehyt
- Macula densa: natriumin määrän tarkkailu, reniinin eritys
- Kokoojaputki: virtsanmäärän säätely (aldosteroni, ADH)
- Urean kierto ytimen väkevöimiseksi
Munuaiset jaetaan kahteen toiminnalliseen osaan: kuoreen (cortex) ja ytimeen (medulla). Kuoriosa
vastaa primaarivirtsan suodattamisesta, ja sekä kuori että ydin vastaavat aineiden reabsorbtiosta ja
sekreetiosta. Runsas primaarivirtsan suodattaminen on elinehto sille, että haitalliset kuona-aineet,
toksiinit jne. saadaan riittävän tehokkaasti poistettua verenkierrosta. Toisaalta systeemi mahdollistaa
erittäin tarkan virtsamäärän säätelyn, joka virtsamäärä on tietysti suorassa suhteessa elimistön
nestetilaan ylipäänsä.
Kuori 1
Munuaisten verenvirtaus pyritään pitämään vakiona. Afferenttia arteriolia pitkin saapuu
glomerulukseen verta, ja arterioli haarautuu glomeruluksessa useiksi pieniksi suoniksi.
Glomeruluksessa veren plasmaa suodattuu proksimaaliseen tubulukseen. Suodattuminen tapahtuu
Bowmanin kapselin hiussuonten reikäisen endoteelin, tyvikalvon ja podosyyttien läpi.
Suodattuminen on mekaaninen tapahtuma, ja primaarivirtsaa muodostuu vuorokaudessa n. 180 l.
Suurin osa suodoksesta reabsorboituu takaisin verenkiertoon proksimaalisen tubuluksen alueella
munuaisen kuoriosassa. Reabsorbtiota on sekä aktiivista että passiivista, ja siihen vaikuttavat
normaalit jännite- ja pitoisuuserot.
Natriumin liikehdintä akselilla tubuluslumen – epiteelisolu – solunulkoinen neste – hiussuonen
lumen on reabsorbtion suhteen kaikki kaikessa. Systeemin vitsi on seuraava: Epiteelisolun
31
interstitiaalipinnalla on pumppuja, jotka pumppaavat natrium-ioneja ulos solusta, siis verenkierron
suuntaan (esim- Na-K –pumppu, joka vaatii ATP:a). Natriumin heitettyä hellät jäähyväiset
tubuluksen epiteelisolulle lisää natriumia siirtyy gradientin ajamana tubuluksen lumenista epiteeliin,
ja katso: natrium vetää perässään mm. vettä ja kloridi-ioneja. Tällaista kuljetusmekanismia kutsutaan
sekundaariseksi aktiiviseksi kuljetukseksi. Myös primaarivirtsaan luikahtaneet proteiinit,
aminohapot ja sokerit kulkevat symporttisesti natrium-ionien kanssa epiteeliin, mistä ne hoidellaan
edelleen verenkiertoon.
Elimistön happo-emästasapainoa säädellään pääasiassa proksimaalisen tubuluksen alueella.
Orgaanisille hapoille ja emäksille on omat kuljetusjärjestelmänsä. Proksimaalisen tubuluksen
alueella harjoitetaan myös runsaasti sekreetiota, mikä tehostaa kuona-aineiden poistumista
elimistöstä virtsan mukana (erit. urea).
Munuaiskuoressa syntetisoidaan myös erytropoietiinia (epo), joka edistää punasolutuotantoa, sekä
1,25-dihydroksikolekalsiferolia (D3-vitamiini), joka on aktiivisen D-vitamiinin esiaste.
Ydin 1
Proksimaalisesta tubuluksesta primaarivirtsa jatkaa matkaa Henlen linkoon, jossa on ohut laskeva ja
paksu nouseva osa. Laskevassa osassa tapahtuu veden passiivista siirtymistä väkevään
munuaisytimeen, jossa vesi kerätään nouseviin vasa recta –suoniin. Nämä suonet ovat ytimen
glomeruluksista poisvievien efferenttien arteriolien jatkeita, jotka käyvät koukkaamassa
munuaisytimessä, ennen kuin poistuvat kaakon suuntaan savuvana perässään. Vasa recta –suonten
veri on poikkeuksellisen väkevää kahdesta syystä: 1) sehän on juuri luovuttanut ison osan
plasmaansa proksimaaliseen tubulukseen ja 2) ko. suonissa toteutetaan ns. oikovirtaperiaatetta. Vasa
recta –suonissa on oikoratoja, jolloin kaiken veren ei tarvitse käydä yhtä syvällä munuaisytimessä.
Koska munuaisytimestä palaava veri on väkevää, oikoratoja pitkin siirtyy vettä vasa rectan
nousevaan osaan. Kyseessä on siis itseään ruokkiva systeemi. (Samantapainen järjestelmä on esim.
pingviinien jaloissa lämmönhukan estämiseksi.) Henlen lingon nouseva osa on vettä läpäisemätön, ja
siitä pumpataan aktiivisesti ulos natrium- ja kloridi-ioneja ytimen väkevöimiseksi. Ytimen
väkevöityminen puolestaan johtaa veden siirtymiseen pois tubuluksesta Henlen lingon laskevassa
osassa. Henlen linko ei siis väkevöi virtsaa vaan ydintä.
Kuori 2, ydin 2
32
Henlen linko muuttuu distaaliseksi kiemuratiehyeksi, joka seikkailee jälleen kuoren alueella palaten
”oman” glomeruluksensa luo. Distaalisen tubuluksen solut, jotka koskettavat ”omaa” afferenttia
arterioliaan muodostavat macula densan. MD-solut aistivat tubulusvirtsan suolapitoisuutta, jonka
lasku aiheuttaa reniinin vapautumisen jukstaglomerulaarisoluista. Tämä aiheuttaa ketjureaktion
(reniini -> angiotensiini 1 -> angiotensiini 2 -> aldosteroni), jonka lopputuloksena on verenpaineen
nousu. Distaalisen tubuluksen alkuosan solut ovat edelleen vettä läpäisemättömiä. Natrium- ja
kloridi-ioneja pumpataan jatkuvasti ulos, jolloin virtsa muuttuu entistä laimeammaksi. Näin voidaan
tarvittaessa poistaa elimistöstä virtsaamalla suuriakin nestemääriä. Kuorikerrokseen pumpatut ionit
jättävät nopeasti näyttämön vilkkaan verenkierron ansiosta.
Lopullinen virtsamäärän säätely tapahtuu kokoojaputkessa, joka porhaltaa kuorikerroksesta ytimeen
asti yhtyäkseen suurempiin kokoojaputkiin. Virtsamäärän säätely on hormonaalista. Avainasemassa
ovat aldosteroni ja antidiureettinen hormoni, ADH. Aldosteroni lisää kokoojaputken natrium-
kanavien ekspressiota, jolloin sekä suolojen että veden reabsorbtio lisääntyy. ADH lisää
akvaporiinien määrää. Koska ydin on niin väkevä, pystytään virtsa tarvittaessa väkevöimään ytimen
tasolle. Näin voidaan säästää vettä mutta erittää kuitenkin virtsaan ne aineet, jotka on pakko saada
ulos elimistöstä.
Kokoojaputkista poistuu munuaisytimeen myös paljon ureaa. Alun perin filtroidusta ureasta 50 %
poistuu jo proksimaalisessa tubuluksessa, mutta vastaava määrä sekretoidaan virtsaan Henlen lingon
nousevassa osassa. Tämä virtsa on peräisin ytimestä, minne se on päätynyt kokoojaputkista.
Kokoojaputkesta poistuu 80 % siitä ureasta, mitä sinne tuleva virtsa sisältää. Tästä 30 % päätyy vasa
recta –suoniin ja 50 % Henlen linkoon. Sama suomeksi: ureaa kierrätetään ytimen kautta
kokoojaputkesta pois ja takaisin Henlen linkoon, jotta ydin pysyisi väkevänä ja vettä voitaisiin
tarvittaessa säästää.
33
Virtsanerityksen säätely
-Autoregulaatio
-ADH (plasman määrä ja osmolaliteetti, veden reabsorptio)
-Aldosteroni (RAA-järjestelmä)
Munuaisten verenvirtaus, autoregulaatio
Virtsan suodattuminen munuaiskuoressa on täysin mekaaninen tapahtuma. Munuaisten verenvirtaus
ja siten myös filtraation määrä pyritään pitämään vakiona autoregulaation avulla. Keskimääräisen
verenpaineen ollessa 80-180 mmHg munuaisten verenvirtaus on n. 1,2 l / min. Munuaisten
autoregulaatio perustuu kahteen systeemiin: 1) verisuonten seinämien venytys / venymättömyys saa
aikaan muutosvastarinnan sileän lihaksiston kautta ja 2) macula densa aistii suurentuneesta
verenpaineesta seuraavaa lisääntynyttä ionimäärää ja supistaa afferenttia arteriolia.
Primaarivirtsa jatkaa matkaansa proksimaaliseen tubulukseen, missä tapahtuu suurin osa aineiden –
myös veden – reabsorbtiosta. Vesi poistuu tubuluksen luumenista natriumin vetämänä. Tapahtuma
on luonteeltaan mekaaninen, joskin aldosteronin määrä vaikuttaa natriumin ja sitä kautta veden
imeytymiseen.
ADH
ADH eli antidiureettinen hormoni nimensä mukaisesti vähentää virtsan eritystä. ADH:n erittymiseen
johtavat 1) plasman osmolaliteetin suureneminen ja 2) plasmamäärän väheneminen. Nämä tekijäthän
ovat usein riippuvaisia toisistaan. Osmolaliteetin suurenemisen rekisteröivät hypotalamuksen
osmoreseptorit, ja tämä tieto välittyy myös janokeskukseen (suuri osmolaliteetti -> jano -> juominen
-> lisääntynyt solunulkoisen nesteen tilavuus -> pienentynyt osmolaliteetti). Plasmamäärää aistivat
valtimoiden, laskimoiden ja carotis-poukamien painereseptorit. ADH lisää akvaporiinien määrää
munuaisten kokoojaputkissa. Tästä seuraa veden reabsorbtio munuaisytimeen – vesi siirtyy
tubuluksen luumenista väkevään munuaisytimeen, jos sille vain tarjotaan reitti siihen. Kysymyksessä
on siis yhteisvaikutus: kun osmoreseptorit välittävät viestin kahteen osoitteeseen, toisaalta janottaa ja
toisaalta elimistöön kiskottu neste pysyy elimistössä kokoojaputkien reabsorption ansiosta.
34
Aldosteroni
Toinen keskeinen virtsamäärän säätelyyn liittyvä hormoni on aldosteroni, jota syntetisoidaan
lisämunuaiskuorella. Aldosteronin synteesiä stimuloivat useat tekijät: 1) plasman kohonneet
angiotensiini II-, ACTH- (adrenokortikotrooppinen hormoni) ja kaliumpitoisuudet, 2) plasman
asidoosi ja 3) sydämen eteisten venytysreseptoreiden havaitsema alentunut verenpaine. Angiotensiini
II:n synty on pitkässä kuusessa. Macula densan solut aistivat tubulusvirtsan
suolapitoisuutta, jonka lasku aiheuttaa reniinin eritystä MD:n jukstaglomerulaarisoluista. Reniini
katalysoi angiotensinogeenin muuttumista angiotensiini I:ksi, joka puolestaan muuttuu keuhkojen
ACE:n (angiotensiinikonvertaasi) vaikutuksesta angiotensiini II:ksi. A. II saa siis aikaan aldosteronin
erittymistä. Aldosteroni vaikuttaa nefronin kahteen kohtaan: 1) Distaalisessa tubuluksessa
aldosteroni kokonaisvaikutuksena lisää kaliumin eritystä virtsaan ja natriumin ja veden reabsorptiota
verenkiertoon mm. lisäämällä Na-K-pumppujen ekspressiota. 2) Kokoojaputkessa aldosteroni saa
aikaan vetyionien sekreetiota virtsaan.
35
Happo-emästasapainohäiriöt
- vakioisuus tärkeää
o entsyymien pH-optimi
- elimistön pH ja happo ja emäskuormat
o pH 7.35 – 7.45
o hapot: CO2, proteiinimetabolia (HCL, H2PO4, H2SO4), maito- ja ketohapot
o emäkset: glutamaatti ja aspartaatti
- happomäärät
o CO2 15-20 mol/vrk
o Muita n. 50 mmol/vrk
o happoja 1 mmol / kgbw/vrk enemmän (huom vegetaristit)
- Puskurit ja säätelymekanismit
o HCO3-, CO2 + H2O -> H2CO3 -> jne… karboanhydraasi
o Hb, proteiinit, fosforit
o teho: pitoisuus / pK
o keuhkot CO2
o munuaiset H+ eritys ja HCO3- muodostus
- isohydrinen periaate
o puskurit säätelee, mutta eritys keuhkoista ja munuaisista
o ventilaation säätely ja perifeeriset kemoreseptorit
- tasapainohäiriöt
o hyper/hypoventilaatio, ketoasidoosi, oksentelu
o respiratorinen kompensoidaan renaalisesti
o metabolinen ensin nopeammalla respiratorisella ja hienosäätö munuaisissa
o veren pH, Pco2 ja HCO3-
o bikarbonaatti aina häiriintynyt ja seuraa pco2:sta!!
o Pco2 häiriintynyt vain respiratorisessa häiriössä??
- potilaan tilan arviointitaulukko
o pH ja [HCO3-]
o < 7.3 tai > 7.5 molemmat, lähempänä normaalia ja bikarbonaatin pitoisuus kertoo
mistä on kysymys ja kompensaatio
36
Elimistön pH:n vakioisuus on tärkeää, koska entsyymien (esim. fosfofruktokinaasin) pH-
optimi on kapea. Niiden biologinen aktiivisuus laskee vähäisenkin pH-muutoksen seurauksena ja
lopputuloksena on elimistön homeostaasin ja metaboliareittien häiriintyminen.
Elimistön pH on suorassa suhteessa vapaiden H+-ionien määrään: pH = lg[H+] ja se on
normaalisti 7.35 – 7.45 plasmassa ja ekstrasellulaaritilassa. Solussa se on hieman matalampi.
Elimistön happokuorma aiheutuu soluhengityksestä syntyvästä CO2, proteiinimetaboliasta
syntyvistä suola-, fosfori- ja rikkihaposta sekä hiilihydraattien ja rasvahappojen anaerobisesta
metaboliasta syntyvistä maito- ja ketohapoista. Emäksiä (HCO3-) syntyy lähinnä glutamaatista ja
aspartaatista.
CO2 syntyy vuorokaudessa n. 15 – 20 mol. Se on ns. haihtuvahappo, joka poistetaan
normaalisti keuhkojen kautta eikä aiheuta nettokuormaa. Proteiinimetaboliasta syntyy
vuorokaudessa n. 50 mmol H+-ioneja. Happoja syntyy vuorokaudessa kuitenkin 1 mmol/kgbw
enemmän kuin emäksiä (Huom. vegetaristeilla emäksiä enemmän johtuen proteiinien puutteesta
ravinnossa), joten tarvitaan puskureita ja säätelyjämekanismeja.
Nopein ja tärkein säätelymekanismeista ovat kemialliset puskurit, jotka pystyvät reagoimaan
pH:n muutoksiin nopeasti (sek-min). Kemialliset puskurit muodostuvat ns. happo-emäspareista,
jotka pystyvät joko luovuttamaan tai vastaanottamaan H+-ionin. Niiden tehokkuus riippuu puskurin
pitoisuudesta ja pK – arvosta. Tärkein näistä on bikarbonaattipuskuri. Soluhengityksessä vapautuva
CO2 yhtyy kudoksissa veteen karboanhydraasientsyymin katalysoimana, muodostaen H2CO3, joka
disassosioituu edelleen bikarbonaatiksi HCO3- ja H+. Keuhkoissa reaktio kulkee oikealta
vasemmalle vapauttaen CO2:n alveoleihin konsentraatiogradientin ajamana. Samalla menetetään
yksi bikarbonaatti, mutta munuaiset kompensoivat menetystä bikarbonaatin reabsorptiolla ja
uudismuodostuksella. Jokaista munuaisista eritettyä H+-ionia kohtaan säästetään/syntyy yksi HCO3-
ioni. Muita kemiallisia puskureita ovat punasolujen hemoglobiini (Bohrin efekti), proteiinit ja
fosfaatit.
Isohydrisen periaatteen mukaan kaikki puskurit toimivat yhdessä titraten H+ioneja, mutta
keuhkoja ja munuaisia tarvitaan niiden poistamiseen. CO2 poistuu keuhkoista ja poistumista voidaan
säädellä ventilaatiolla. Perifeeriset kemoreseptorit aistivat pH:n muutoksen ja stimuloivat hengitystä.
Mekanismi on suhteellisen nopea ja alkaa minuuteissa ja saavuttaa huippunsa 12-24 tunnin kuluessa.
Hitain meknismeista on munuaisten kautta tapahtuva kompensaatio, jossa H+-ioneja eritetään
suhteessa niiden konsentraatioon ja samalla muodostetaan bikarbonaattia puskuriksi. H+ puskureina
munuaisissa / virtsassa toimivat fosforihappo ja ammoniakki. Hitaudestaan huolimatta virtsan
puskurit mahdollistavat suurtenkin H+-ionien erityksen.
37
Happo-emästasapaino voi häiriintyä keuhkojen toiminnan häiriintyessä,
hypo/hyperventilaatio tai huono ventilaatio-perfuusiosuhde, tai esim. diabeetikolla ketohappojen
kertyessä elimistöön tai jos happoja menetetään oksentelussa. Tällöin puhutaan puolestaan joko
respiratorisesta tai metabolisesta asidoosista tai alkaloosista riippuen laskeeko veren pH alle 7.35 vai
nouseeko yli 7.45. Nämä tilat korreloivat veren pH:n, CO2- ja bikarbonaattipitoisuuden kanssa, joita
voidaan mitata esim. valtimoverikokeella (Astrup).
Yleisenä sääntönä voidaan sanoa, että metabolisen häiriön korjaus tapahtuu respiratorisesti
keuhkojen kautta ja respiratorinen (keuhkojen toiminta syynä) renaalisesti munuaisten kautta.
Respiratorinen korjaus (siis silloin kun se on mahdollinen l. metabolinen häiriö) on nopeampi ja se
korjaa esim. metabolisessa asidoosissa pH:n aina 7.3 asti ja lopullinen hienosäätö tapahtuu
renaalisesti.
Respiratorisessa häiriössä veren CO2 – osapaine on aina häiriintynyt, mutta metabolisessa se
on normaali (Ei välttämättä näin, vaikka prujun taulukko näin sanookin.Metabolista kompensoidaan
laskemalla CO2 pitoisuutta, jolloin sen pitäisin olla normaalista poikkeava. Näin siis toisen taulukon
mukaan. Onko kellään parempaa tietoa?? Mitä mieltä olette koko kappaleesta?? Meneekö ihan
metsään? Kysyy siis Janne:)! Bikarbonaattipitoisuus vaihtelee molemmissa tapauksissa.
Muistisääntönä bikarbonaatin osalta voisi sanoa, että se seuraa aina Pco2-pitoisuutta.
Respiratorisessa asidoosissa bikarbonaatti on noussut, koska Pco2 on noussut ja HCO3- ioneja
syntyy ylläesitetyn kaavan mukaisesti karboanhydraasin katalysoimassa reaktiossa, ja alkaloosissa se
on laskenut, koska ko. reaktiota tapahtuu vähemmän. Metabolisessa asiat on päinvastoin, koska
kompensaatio tapahtuu keuhkojen kautta, jolloin asidoosissa CO2 poistetaan (Pco2 laskee)
hyperventiloimalla ja alkaloosissa CO2 - pitoisuutta lisätään hypoventilaatiolla (Pco2 nousee).
Potilaan happo-emästasapainoa voidaan arvioida taulukolla, jossa HCO3- pitoisuus (norm.
27 mM) on Y-akselilla ja pH on X akselilla. Jos pH on kauempana normaalista (< 7.3 ja > 7.5) on
todennäköistä, että potilas kärsii sekä metabolisesta että respiratorisesta häiriöstä. Lähempänä
normaalia olevat arvot kertovat jommastakummasta ja kompensaatiosta riippuen
bikarbonaattiarvoista yllä esitettyjen sääntöjen mukaisesti.
38
Sisään- ja uloshengityksen erot
Sisäänhengityksessä hengitysilmasta otetaan happea keuhkojen alveolien kautta verenkiertoon ja
sitä kautta kudoksien käytettäväksi ja uloshengityksessä verenkierrosta poistetaan hiilidioksidia
alveolien kautta uloshengitysilmaan. Sisään- ja uloshengityksen mekaniikka eroaa huomattavasti
toisistaan, samoin kuin hengitystilatkin.
Sisäänhengitys on aktiivista ja sitä säätelee aivojen medullan sisäänhengityskeskus,
joka saa aikaan hengityksen perusrytmin. Sisäänhengityksessä pallea laskeutuu ja jännittyy ja
uloimmat kylkivälilihakset jännittyvät sivuille päin (myös kaulan lihakset auttavat sisäänhengitystä),
jolloin keuhkoille tulee enemmän tilaa laajentua. Sisäänhengitys kestää lyhyemmän aikaa kuin
uloshengitys (n. 2s) ja sisäänhengityksessä alveoleihin tulee alipaine (n. –1-3 mmHg) jolloin ilma
virtaa keuhkohin Boylen lain mukaisesti.
Uloshengitys on normaalisti passiivista(sitä auttavat kimmosäikeet ja alveolien
pintajännitys pallean ja ulompien kylkivälilihasten rentoutumisen lisäksi), mutta rasituksessa,
yskiessä, oksentaessa tai ulostaessa uloshengitystä autetaan vatsan alueen lihaksilla ja sisemmillä
kylkivälilihaksilla. Uloshengitykseskeskus sijaitsee myös medullassa ja se toimii faasisesti.
Uloshengitettäessä alveolien läpimitta pienenee ja alveolipaine kasvaa. Surfaktantilla onkin tärkeä
rooli tässä vaiheessa estää alveolin kasaanpainuminen vähentäen niiden pintajännitystä.
Intrapleuraalipaine on keuhkoissa aina negatiivinen ulkoilman paineeseen nähden,
mutta sisäänhengityksessä se on negatiivisempi kuin uloshengityksessä. Transpulmonaaripaine on
aina positiivinen ja sen vaikutuksesta keuhkoputket ja alveolit pysyvät auki.
Sisäänhengitettäessä myös haistetaan asioita ja sen ansiosta pysytään hengis ja
kannattaa sitä uloskin välis hönkiä...
äääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääää
äääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääää
ääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääää.
kiitos ☺ lol, hajosin. ei tähän mitään muutakaan löydä.
39
Vertaile hapen ja hiilidioksidin kuljetusmekanismeja toisiinsa
• Kuljetusmuodot veressä:
o Happi:
– hemoglobiini
– loput vapaana happena
o Hiilidioksidi:
– bikarbonaatti
– karbaminoyhdisteet
– vapaa hiilidioksidi
• Happi kyllästyneisyyteen vaikuttavat tekijät
• Bohrin efekti
• Haldane efekti
• diffuusio
Yksi veren tärkeimmistä tehtävistä on kuljettaa happea soluihin soluhengityksen raaka-aineeksi ja
poistaa tapahtumassa syntynyttä hiilidioksidia soluista. Happi O2- ja hiilidioksidi CO2-molekyylit
ovat 37 ºC asteessa kaasuja ja niiden kuljetukseen vaikuttaa kyseisen kaasun osapaineet.
Hengityskaasut siirtyvät diffuusioperiaatteen mukaisesti suuremmasta pitoisuudesta pienempään.
Happi ilmasta kudoksiin päin ja hiilidioksidi vastakkaiseen suuntaan.
Kuljetusmuodot veressä:
Happi
Happea on veressä kahdessa muodossa ja hiilidioksidia kolmessa. Happi liukenee huonosti veteen
ja sitä on vapaana veressä vain n. 5 %. Loppu happi on sitoutunut hemoglobiiniin. Se 70-kertaistaa
hapen kuljetuskapasiteetin. Hemoglobiini on punasolujen happea sitova proteiini. Se muodostuu
proteiini osasta globuliini ja neljästä polypeptidiosasta, johon jokaiseen on kiinnittynyt yksi hemi-
ryhmä. Jokaisen hemin keskellä on yksi rauta atomi Fe2+. Jokainen rauta atomi voi sitoa vapaasti
yhden happimolekyylin O2, joten yhteensä yksi hemoglobiini voi kuljettaa neljää O2:sta. Hb + O2 ↔
HbO2 (oksihemoglobiini). Reaktio etenee oksihemoglobiinin suuntaan keuhkoissa, joissa hapen
osapaine on korkea ja vastakkaiseen suuntaan kudoksissa, täällä happiosapaine puolestaan on
alhainen. Täällä happi pääsee diffuntoitumaan soluvälitilaan. Hemoglobiinin ollessa
happikyllästettyä se on kirkkaan punaista ja kun happi on suurimmaksi osaksi irronnut, se on
40
violettia. vähä happisissa kudoksissa syanoosi. Yhden happimolekyylin sitoutuminen
hemoglobiiniin helpottaa toisen sitoutumista ja toinen kolmannen jne. Tämä ominaisuus aiheuttaa
oksihemoglobiinin sigmoidaalisen (ässän muotoisen) dissosisaatio käyrän. Hemoglobiinin
happikyllästyneisyys ei siis laske merkittävästi välillä 13,3 kPa – 8 kPa. Kun happikyllästyneisyys
taas laskee alle kahdeksan kPa, käyrä laskee jyrkästi, tällöin pienikin osapaineen muutos vaikuttaa
happea vapauttavasti.
Happisaturaatio kertoo, kuinka paljon hemoglobiinissa on happea verrattuna sen maksimaaliseen
kuljetus kapasiteettiin. Normaalisti valtimoissa on 97 % oksihemoglobiinina (HbO2) ja laskimoissa
75 % deoksihemoglobiinina (Hb). Levossa 25 % hemoglobiinin kuljettamasta hapesta jää
kudoksiin, mutta rasituksessa luku voi olla jopa 75 %:a.
Happikyllästyneisyyteen vaikuttavat tekijät:
1. Hiilidioksidi osapaine pCO2. Kun hiilidioksidi osapaine kasvaa, pH laskee ja hemoglobiinin
dissosisaatio käyrä siirtyy oikealle. Tätä kutsutaan Bohrin efektiksi.
2. [H+]
3. Lämpötila, Kaasujen liukoisuus nesteeseen heikkenee korkeammissa lämpötiloissa.
4. 2,3-BPG. Pystyy sitoutumaan hemoglobiiniin ja heikentämään hapen sitomiskykyä.
Dissosisaatiokäyrä siirtyy oikealle, kun mikä tahansa tekijöistä kasvaa ja vasemmalle, kun ne
pienenevät. Kun siis esimerkiksi hypoksiassa 2,3-BPG:n määrä kasvaa, käyrä siirtyy oikealle ja
samassa paineessa enemmän happea vapautuu kudosten käyttöön.
Hiilidioksidi
Hiilidioksidin vesiliukoisuus on yli kaksikymmentä kertaa parempi, kuin hapen. Se voi olla vapaana
hiilidioksidina, bikarbonaatti-ionina, tai karbamino yhdisteinä. Diffuusio tapahtuu hapelle
vastakkaiseen suuntaan eli kudoksista hius- ja verisuonten kautta keuhkoihin ja ulos elimistöstä.
Vain osa hiilidioksidista poistetaan keuhkojen kautta ja loput osallistuvat veren pH:n säätelyyn.
80–97% Hiilidioksidista on vety- eli bikarbonaattina, jota muodostuu seuraavassa reaktiossa.
CO2 + H2O ↔ H2SO3 ↔ HCO3- + H+
Hiilidioksidin ja veden välistä reaktiota katalysoi karboanhydraasi.
Karbaminoyhdisteissä hiilidioksidi on kiinnittynyt hemoglobiiniin tai proteiineihin. Näinä
yhdisteinä 5-11 % kaikesta hiilidioksidista.
Liukoisena hiilidioksidina on 5-7 % hiilidioksidista.
41
Hiilidioksidin dissosiaatiokäyrä on melkein suora toisin kuin hapen. Happi siirtää käyrää oikealle ja
tätä kutsutaan Haldane-efektiksi.
Kliininen näkökulma:
Häkä eli hiilimonoksidi sitoutuu hemoglobiiniin yli 200 kertaa voimakkaammin, kun happi. Koska
hiilimonoksidi käyttää samaa kuljetuspaikkaa hapen kanssa, ei esiinny syanoosia.
Ylipainehappihoito sairaaloissa voidaan suurentaa veren happipitoisuutta antamalla potilaalle
paineistettua happea.
Poikkeavan rasitushengenahdistuksen fysiologiset mekanismit ja millä kliinisfysiologisilla
tutkimuksilla voidaan asiaa selvittää?
• Keuhkojen toiminta: kaasujenvaihto
• Sydämen toiminta ja verenkierrontoiminta: kaasujenvaihto
• Lihakset ja hengityksen säätelykeskukset
• Toimintakokeet: Spirometria, diffuusiomittaukset, isotooppitutkimukset, EKG, rasitusergo,
ultraäänitutkimukset, isotooppitutkimukset
• seurantamittaukset
Rasituksessa keuhkojen kuormitus lisääntyy, lihasten aineenvaihdunta kiihtyy ja kehon lämpötila
nousee. Tästä seurauksena elimistön on saatava käyttöönsä enemmän happea. Samalla myös
hiilidioksidin määrä elimistössä kasvaa ja veren pH laskee. Maksimirasituksessa hengästyminen on
fysiologinen ilmiö. Terveillä ihmisillä hengenahdistusta tulee fyysisessä rasituksessa, yleensä vasta,
jos ventilaation osuus maksimaalisesta tahdonalaisesta ventilaatiokapasiteetista nousee yli 70 %.
Poikkeavaan hengenahdistuksen voi aiheuttaa monet tekijät tai niiden yhteisvaikutus.
1. Keuhkotuuletus häiriintyy
42
Keuhkotuuletuksen häiriintyessä hengitystiet ahtautuvat. Hengitysteiden ahtautuminen johtuu
yleensä obstruktiivisistä keuhkosairauksista, kuten astma ja keuhkolaajentuma. Keuhkotuuletus voi
häiriintyä myös restriktiivisesti eli keuhkojen tilavuutta pienentävien sairauksien takia. Tällöin
keuhkojen imupumppumekanismi häiriintyy. Restriktiota ja obstruktiota voidaan tutkia
spirometrian avulla.
2. Kaasujen vaihdunta keuhkorakkulan ja verisuonten välillä häiriintyy.
Rasitushengen ahdistus voi johtua myös siitä, että diffuusio keuhkorakkulan ja verisuonten välillä
vaikeutuu. Tällaisia tiloja ovat esimerkiksi sarkoidoosi ja infektiot. Taudit voivat alkaa äkillisesti,
mutta yleensä kyseessä hidas prosessi, joka johtaa fibroosiin. Alveoli väliseinät paksuuntuu →
diffuusiomatka suurenee ja diffuusiokapasiteetti pienenee. Muutokset aiheuttavat keuhkojen
kokonaiskapasiteetin ja vitaalikapasiteetin pienenemisen, jolloin komplianssi pienenee ja
hengitystyö lisääntyy. Useat muutokset aiheuttavat myös nopean hengästymisen ja
rasitushypoksemian.
Tutkimusmenetelmänä käytetään diffuusiomittauksia ja isotooppitutkimuksia.
Vierasesineet, kuten asbesti, tupakointi. Keuhkotilavuus pienenee keuhkorakkuloiden tuhoutumisen
myötä, kaasujen vaihdunta häiriintyy -> rasitus hengenahdistus.
3. Sydämen pumppauskyky häiriintyy
Sydämen pumppauskyvyn häiriöt voi johtua toimivan sydänlihaksen määrän pienenemisestä,
esimerkiksi infarktin seurauksena. Infarkti taas voi aiheuttaa esimerkiksi vasemman kammion
pumppaus häiriön. Pumppaushäiriö johtaa eteisin laajenemisen ja keuhkoverenkierron kongestion
→ sydänperäinen hengenahdistus.
Myös mekaaniset häiriöt verenvirtauksessa aiheuttavat ongelmia pumppauskyvyssä. Tällaisia ovat
esim. läppäahtaumat. Sydämen sähköisen toimintarytmin muutokset (rytmihäiriöt), johtavat myös
pumppauskyvyn häiriöihin.
Tutkimusmenetelmänä voidaan käyttää rasitusergometriaa, EKG:n pitkäaikaisrekisteröintejä, UÄ-
tutkimuksia ja isotooppitutkimuksia.
43
4. Lihasten kyky käyttää happea heikkenee tai hengityksen säätelykeskukset toimivat
rasituksessa epätarkoituksen mukaisesti.
Hapen määrä kiertävässä verenkierrossa vähenee: tutkimusmenetelmänä oksimetria
Hengityskaasujen monitorointi kuormitustestin aikana: tutkimusmenetelmänä spiroergometria
Keuhkojen toiminta kokeissa on tärkeää toteuttaa seurantamittauksia sopivin väliajoin, lisäksi on
hyvä seurata useampia muuttujia ja tutkia monella menetelmällä. Myös mahdollisten väärien
positiivisten arvojen kartoitus on tärkeää. (Keuhkokokeissa useita muuttujia, todennäköisyys
kasvaa)
Neuraalinen ja hormonaalinen säätely ruoansulatuksen eri vaiheissa
Maha-suolikanavaa säädellään neuraalisesti ja hormonaalisesti, minkä lisäksi ruoka itse
säätelee sen toimintaa jossain määrin. Säätelyssä voidaan erottaa kolme vaihetta: kefaalinen vaihe
henkilön ajatellessa, nähdessä, haistaessa ja maistaessa ruoan; gastrinen vaihe ruoan saapuessa
mahalaukkuun; intestinaalinen vaihe ruokasulan saapuessa mahalaukusta duodenumiin.
Ruoansulatusjärjestelmällä on oma hermostonsa, ENS eli enteraalinen hermosto, joka on
hallitseva lähinnä kanavan alku- ja loppuosassa. Sillä on sympaattisia ja parasympaattisia yhteyksiä
keskushermostoon, mutta se voi toimia myös autonomisesti ilman näitä yhteyksiä. Yleisesti ottaen
parasympaattinen aktivaatio lisää ruoansulatuselimien toimintaa tehostamalla kanavan sileää lihasta,
ja sympaattinen vähentää sitä.
Suussa säätelyn kohde on syljeneritys. Sitä säädellään vain neuraalisesti kefaalisessa
vaiheessa; ruokaan liittyvät aistihavainnot ja sen ajattelu lisäävät syljeneritystä. Parasympaattisen
stimulaation vaikutuksia ovat HCO3- -erityksen kasvaminen, Na+ -reabsorptio ja K+ -sekreetion
väheneminen, ja vasodilataatio. Sympaattinen aktivaatio aiheuttaa vasokonstriktion.
Mahassa säätelyn kefaalinen vaihe stimuloi vagushermon kautta HCl:n eritystä mahan
parietaalisoluissa sekä gastriinihormonin eritystä antrumin G-soluissa. Välittäjäaineena on
asetyylikoliini. Gastriini, jota erittyy myös ohutsuolessa, lisää gastrisessa vaiheessa mahanesteen
eritystä, supistaa mahansuun ja mahanportin sulkijalihaksia, lisää mahalukun motiliteettia ja stimuloi
mast-solujen histamiinieritystä. Myös histamiini lisää parietaalisolujen HCl-eritystä. G-soluja
stimuloivat peptidit ja aminohapot, ja HCl-pitoisuuden noustessa ja mahanesteen happamoituessa
44
gastriinieritys vähenee. Intestinaalisessa vaiheessa ohutsuolen S-soluista erittyy sekretiiniä, joka
vähentää HCl- eritystä suorasti estämällä parietaalisoluja, ja myös epäsuorasti vähentämällä
gastriinin eritystä. Lisäksi sekretiini lisää mahan pepsiinin eritystä ja laskee antrumin motiliteettia.
HCl on sen erityksen tärkein stimuloija. Muita intestinaalisessa vaiheessa gastriini- ja HCl-eritystä
vähentäviä tekijäöitä ovat duodenumin ja jejunumin GIP (gastric inhibitory peptide) sekä
mahalaukun D-solujen somatostatiini. GIP:n eritystä stimuloivat vapaat rasvahapot ja glukoosi.
Haiman erityksessä neuraalisen säätelyn merkitys on vähäinen; vagushermon asetyylikoliini
stimuloi haimanesteen entsyymieritystä jonkin verran. Gastriinikin lisää tätä eritystä, mutta kaiken
kaikkiaan myös gastrisen vaiheen vaikutus on pieni. Intestinaalisessa vaiheessa duodenumista ja
jejunumin yläosasta erittyy kolekystokiini-pankreotsymiiniä (CCK-Pz), joka lisää merkittävästi
haimanesteen entsyymieritystä, stimuloi sappirakon tyhjentymistä ja potentoi sekretiinin vaikutusta.
Sekretiini puolestaan lisää haiman tiehyesolujen HCO3- ja H2O –eritystä sekä vastavuoroisesti
potentoi CCK-Pz:n vaikutusta. CCK-Pz:n erityksen päästimuluksena ovat proteiinien ja rasvojen
hajoamistuotteet ohutsuolessa.
Maksassa sekretiini stimuloi sappitiehyesolujen HCO3- -eritystä. CCK-Pz stimuloi sappirakon
tyhjentymistä ja mahdollisesti myös itse sappisuolojen eritystä sappitiehyekanaviin. Vagaalisella
stimulaatiolla on merkitystä sappisuolojen erityksessä ja sappirakon tyhjentymisessä.
Ohutsuolen suolinesteen eritystä stimuloivat gastrointestinaaliset hormonit ja muut
polypeptidit kuten VIP (vasoactive intestinal peptide). Tärkeä säätelyn kohde on ohutsuolen
liikehdintä. Ruokamassaa sekoittavat segmentaatioliikkeet käynnistyvät ravinnon pilkkoutuessa ja
imeytyessä. Aterioiden välillä taas voimistuu peristaltiikka, joka työntää ruokamassaa suolessa
eteenpäin. Parasympaattinen aktivaatio lisää supistumisvoimaa; yleisesti ottaen sitä säätelee suolen
oma hermosto.
Paaston aikana mahalaukun funduksesta erittyy greliiniä, ”nälkähormonia”, joka liittyy
ravinnonoton lyhyen aikavälin säätelyyn.
Luettelo säätelyn tärkeimmistä tekijöistä:
Kefaalisen vaiheen neuraalinen säätely (haju, maku yms.): Syljeneritys +, Gastriinieritys +,
HCl-eritys +, Haimanesteen eritys +
Gastriini (mahan G-solut): HCl-eritys +, Haimanesteen eritys +
Sekretiini (suolen S-solut): Pepsiinieritys +, Gastriinieritys –, HCl-eritys –, Sappinesteen
vesi ja vetykarbonaatti +
GIP: Gastriinieritys –, HCl-eritys –
Somatostatiini: Gastriinieritys –, HCl-eritys –
45
CCK-Pz (duodenum/jejunum): Haimanesteen entsyymieritys +, sappisuolojen eritys
(mahdollisesti) +, sappirakon tyhjentyminen
HCl: Sekretiinieritys +, Gastriinieritys –
Miten autonominen hermosto säätelee ruoansulatusta?
Säätely on pääasiassa käsitelty edellisessä vastauksessa. Autonomiseen hermostoon
keskityttäessä voidaan lisäksi kertoa laajemmin ENS:stä ja peristaltiikan säätelystä:
Enteraalinen hermosto eli ENS koostuu kahdesta hermoverkostosta: myentterinen
(Auerbachin) plexus GI-kanavan lihaskerroksen ulompien pitkittäisten ja rengasmaisten lihasten
välissä, ja submukosaalinen (Meissnerin) plexus rengasmaisten lihasten ja mukoosan välissä.
Hermostossa on sensorisia neuroneja, interneuroneja ja motorisia neuroneja, ja sillä on sympaattisia
ja parasympaattisia yhteyksiä keskushermostoon. ENS kuitenkin voi toimia autonomisesti.
Välittäjäaineina toimivat mm. asetyylikoliini, noradrenaliini, serotoniini, VIP, GABA ja NO.
Autonominen hermosto voi lisätä tai vähentää peristalttista aktiivisuutta, mutta peristaltiikka
toimii myös ilman sitä, oman hermotuksensa turvin. Parasympatikus tehostaa suoliston lihasten
toimintaa asetyylikoliinin välityksellä, sympatikus vähentää sitä.
Miten säädellään kehon lämpötilaa, ja milloin kehon sisäosien lämpötila muuttuu säädellysti,
milloin hallitsemattomasti?
- Säätely yleisesti
- Säädelty säätely
- Hallitsematon säätely
- Hypo- ja hypertermia
Ihmisen elimistön lämpötila on keskimäärin 37 ´C mutta saattaa nousta rankan fyysisen
ponnistelun seurauksena jopa 40´C asteeseen. Lämpötila on varsin korkea juuri toimintakyvyn
kannalta tärkeinen kemiallisten tarpeiden, eli entsyymiaktiivisuuden, aineenvaihdunnan, ja
hermoston johtumisnopeuden ylläpitämiseksi, sekä fysikaalisen syiden, eli nivelten ja jänteiden
viskositeetin mahdollistamiseksi. Lämpötilaa ylläpidetään ja säädellään usein eri keinoin. Kehon
46
Lämmönsäätelyssä keskitytään kolmeen pääasiaan, Sisäosien lämmönsäätelyyn, joista tärkeimpänä
sisäelimet ja aivot, lihasten lämpötilan säätelyyn eri kuormitustasojen mukaisesti, sekä ihon
pintalämpötilan säätelyyn vaurioiden estämiseksi, sekä lämmönpoiston tarpeellisuuden mukaan.
Elimistön sisäosien lämpötila muuttuu hallitusti vuorokausirytmin sekä fyysisen
rasituksen mukaan. Lämpötila nousee myös kuumereaktiossa, sekä naisilla kuukautiskierron sekä
raskauden aikana noin 0,5 ´C. Säätelyä ohjataan lämmönsäätelyn ohjausjärjestelmällä iholla ja
viskeraalisissa elimissä sijaitsevien reseptorien sekä väliaivoissa sijaitsevan
lämmönsäätelykeskuksen avulla. Säätelykeskuksessa on omat ohjausyksikkönsä
lämmönluovutukselle sekä lämmöntuotannolle. Lämpötilaa muutetaan lisäämällä tai vähentämällä
lihasten lämmöntuottoa (lihastyö, lihasten värinä palellessa) sekä hikoilulla ja ihon ja raajojen
verenkiertoa säätelemällä. Kylmässä ilmanalassa pääosa verenkierrosta keskittyy sisäelimiin ja
lämpimässä taasen enemmän ihoon ja raajoihin. Ulkoiset tekijät vaikuttavat myös lämmönsäätelyyn.
Lämpöenergia poistuu elimistöstä neljällä tavalla: Säteilemällä, kuljettumalla (tuuli tms.),
johtumalla, sekä haihtumalla.
Hikoilu perustuu juuri lämmönpoistoon haihtumalla, koska kosteus iholla laskee pintalämpötilaa
nopeammin ja tehokkaammin. Samankaltaisessa tilanteessa esimerkiksi märät vaatteet yllään oleva
avannosta noussut henkilö luovuttaa lämpöä huomattavan nopeasti ja todennäköisesti joutuu
hallitsemattoman lämmönsäätelyn vallitessa hypotermiseen tilaan.
Hallitsematon lämpötilan muuttuminen jaetaan pääosin kahteen eri osaan,
hypertermiaan ja jo edellä mainittuun hypotermiaan. Näistä hypertermia eli hallitsematon
lämmönnousu on paljon harvinaisempi oman ilmastomme karun viileyden vuoksi, mutta esimerkiksi
Keski- ja Etelä-Euroopassa hypertermia on helleaaltojen aikaan aiheuttanut monia valitettavia
kuolemantapauksia, varsinkin vanhusten ja muuten fyysisesti heikkokuntoisten ihmisten
keskuudessa. Hypotermiassa taas elimistön lämpötila laskee liian alas että normaalit
säätelymekanismit sitä pystyisivät palauttamaan. Hypotermiaa tavataan etenkin kovilla pakkasilla
hankeen sammuneiden kokemattomien alkoholikäyttäjien ja syksyn sekä kevään loskakelin aikoihin
jäihin pudonneiden pilkkijöiden keskuudessa.
47
Lisämunuaisen toiminnan säätely (sehän on endokriinista toimintaa kaikki tyyni)
Lisämunuaiset ovat parillinen, munuaisten päällä sijaitseva noin 3-5 gramman painoinen elin.
Lisämunuainen jaetaan kahteen osaan, kuoreen, eli korteksiin, sekä ytimeen, eli medullaan.
Lisämunuaisen kuoriosa on steroideja tuottava endokriininen rauhanen ja ydin
katekoliiniamiinieritykseen erikoistunut sympaattinen ganglio ja samalla endokriininen rauhanen.
Korteksi tuottaa siis steroidihormoneita, jotka ovat kolesterolijohdannaisia. Korteksi
tuottaa eri hormonit omista kudoskerroksistaan. Uloimmasta kerroksesta, zona glomerulosasta
tuotetaan mineralokortikoideja, joista tärkein on aldosteroni. Keskimmäisestä kerroksesta, zona
fasciculatasta tuotetaan glukokortikoideja, kuten kortisolia. Korteksin alimmasta osasta, zona
reticulariksesta eritetään androgeenejä, kuten DHEA-ta ja androsteenidionia, joka on testosteronin
sekä estradiolin esiaste. Medullassa tuotetaan sekä adrenaliinia, että noradrenaliinia, joista
ensimmäinen eritetään ytimestä verenkiertoon, ja jälkimmäistä sympaattisista hermopäätteistä
synapsirakoon.
Lisämunuaisen toiminnan säätely riippuu pitkälti siitä, minkä hormonin tuotosta tai
erityksestä on kyse. Androgeeneja ja glukokortikoideja säädellään pääasiallisesti hypotalamus-
aivolisäke-lisämunuaiskuori-akselin välityksellä erityisesti kortikotropiinin (ACTH) toimesta.
Aldosteronin tuotto on käytännössä riippuvainen hyvin vähän ACTH:sta. Suurin säätelijä on reniini-
angiotensiini-aldosteronijärjestelmä. Lisämunuaisen ytimen eritystä säädellään sympaattisen
hermoston kautta ns. ”fight or flight” reaktion kautta.
ACTH, eli kortikotropiini on peptidihormoni, jota syntyy aivolisäkkeen etulohkon
kortikotrofisoluista. Aivolisäkkeen etulohkosta ACTH eritetään verenkierron kautta pulsoiden selvän
vuorokausirytmin mukaisesti. Tämän rytmin määrää hypotalamuksesta eritettävä ACTH:ta
vapauttava hormoni CRH. Erityisesti stressi (hypoglykemia, trauma, psyykkinen stressi) lisää
nopeasti ja voimakkaasti eritystä. ACTH:n eritystä säätelevät negatiivisesti myös lisämunuaiskuoren
hormonit (lähinnä kortisoli, mutta myös androgeenit) palautejärjestelmän kautta.
Kortisolin erityksen säätely tapahtuu siis edellämainittujen hormonien kautta. ACTH
lisää kortisolin tuottoa, kun kortisoli itse negatiivisesti säätelee CRH:n ja ACTH:n tuottoa.
Androgeenien erityksen säätely on hivenen monimutkaisempaa kuin kortisolin, sillä
niiden säätelyyn liittyy myös gonadien tuottamien androgeenien aikaansaama negatiivinen
palautesäätely hypotalamukseen. Lisämunuaisten androgeenien erityksen säätely kyllä tapahtuu
48
CRH:n ja ACTH:n kautta, aivan kuten kortisolinkin, mutta muualla tuotetut sukupuolihormonit
voivat vähentää lisämunuaisissa tuotettujen hormonien määrää.
Aldosteronin säätely tapahtuu käytännössä RAA-systeemin kautta. Eli maksan
angiotensinogeeni muuntuu reniinin vaikutuksesta angiotensiini I:ksi. Reniinin eritys taas liittyy
munuaisen heikentyneeseen verenvirtaukseen, natriumin puutteeseen tai kaliumin ylimäärään
veressä. Angiotensiini I muutetaan II-muotoon keuhkoissa. Angiotensiini II vaikuttaa aldosteronin
eritykseen kahta reittiä: suoraan lisäten tuottoa, sekä aivojen kautta. (aivot-CRH-hypofyysi-ACTH-
lisämunuainen-aldosteroni) Aldosteronin tuotto siis lisääntyy, mikä saa aikaan natriumin erityksen
vähenemisen, samoin veden erityksen vähenemisen ja kaliumin erityksen lisääntymisen. Pian
verivolyymi kasvaa, ECF-volyymi kasvaa ja verenpaine nousee mikä saa aikaan reniinin erityksen
vähenemisen, mistä seuraa aldosteronin erityksen vähäneminen. Aldosteronin eritystä estää myös
sydämen natriureettiset peptidit.
Lisämunuaisen ydin on endokriiniseen toimintaan erilaistunut sympaattinen ganglio,
joka syntetisoi tyrosiinista katekoliamiineja (lähinnä adrenaliinia ja noradrenaliinia), jotka eritetään
verenkiertoon. Adrenaliinin osuus tuotannosta on n. 80%. Katekoliamiinit varastoidaan ytimen
kromaffiinijyväsiin, josta ne erittyvät elimistöä uhkaavissa tilanteissa. Eritys tapahtuu
asetyylikoliinin vapautuessa preganglionäärisistä hermopäätteistä sympaattisen hermoston
aktivoituessa. Eritys liittyy yleiseen sympaattiseen stimulaatioon, jotta elimistö olisi valmis
pakoreaktioon (fight or flight). Erityisiä ärsykkeitä eritykselle ovat mm. urheilu, hypoglykemia,
kylmä, verenvuoto, hypotensio, sekä monet emotionaaliset tilat.
Kuuloaisti
– kuulemisen anatomiaa
– mitä ääni on/mitä kuullaan
– äänen kulku korvassa
– äänen aistiminen/simpukka/Cortin elin
- tarkempaa fysiologiaa
- äänen siirtyminen reseptoreista aivoihin ja ”varsinainen” äänen kuuleminen ja tulkinta
- äänen suunnan kuuleminen ja patologisia tiloja
Äänet, joita esimerkiksi ihmisen korva kuulee, ovat ilmassa tai muussa väliaineessa kulkevien
molekyylien pitkittäistä aaltoliikettä. Äänen voimakkuus riippuu aallon amplitudista ja äänen
49
korkeus riippuu aallon frekvenssistä eli taajuudesta: mitä kovempi ääni sitä suurempi amplitudi; mitä
korkeampi ääni sitä suurempi taajuus. Ihminen kykenee aistimaan ääniä likimain välillä 20 Hz –
20000 Hz.
Ihmisen korvan päärakenteet ovat seuraavat: ulkokorva, välikorva ja sisäkorva.
Ulkokorvan ja välikorvan välissä sijaitsee tärykalvo, joka muuntaa värähtelyt välikorvan
kuuloluuketjun värähtelyiksi. Kuuloluita ovat vasara, alasin ja jalustin. Kuuloluut siirtävät
värähtelykuvion edelleen sisäkorvaan simpukkaan soikean ikkunan kautta. Simpukassa nesteen
värähtelyt saavat aikaan reseptorien ärsytyksen ja täten lopulta aivot saavat tiedon ärsytyksestä ja
kuullaan ääni. Tarkemmassa tarkastelussa huomataan, että kuuloluuketju sekä se, että tärykalvon
pinta-ala on huomattavan paljon soikean ikkunan alaa suurempi, voimistavat tärykalvon värähtelyn
vaikutusta niin, että suurin osa tärykalvoon saapuneesta energiasta tulee siirtyneeksi sisäkorvaan
saakka.
Jalustimen heiluessa saapuneen aallon tahdissa se aiheuttaa simpukan eteiskäytävään
(scala vestibuli) seisovia aaltoja. Aallot voimistuvat edetessään kammiossa, kunnes huippuarvonsa
saavutettuaan äkisti vaimenenvat. Korkeat äänet etenevät vain lyhyen matkaa ja pysähtyvät
simpukan tyven lähelle matalien äänien edetessä lähemmäs simpukan kärkeä. Aaltoliikkeet saavat
aikaan sen, että kuulokäytävänkin (scala tympani) neste alkaa liikkua ja tämä edelleen aiheuttaa
häiriöitä tyvikalvoon (lamina basilaris). Se kohta, missä nämä häiriöt ovat suurimmillaan, riippuu
siis ääniaallon taajuudesta. Varsinaiset kuuloaistinsolut (reseptorit) sijaitsevat Cortin elimessä
simpukkatiehyessä. Aistinsolut taipuvat simpukkatiehyeen nesteen liikkuessa (TÄSSÄ KOHDASSA
GANONGIN FYSIOLOGIAN OPUS ON HIUKAN EPÄSELVÄ, JOTEN JOS JOKU ON OIKEIN
YYMÄRTÄVÄINEN NIIN SAA SELITTÄÄ MINULLEKIN =D) ja tämä stimuloi aistinsoluja:
aistinsolujen liike saa aikaan niiden kalium ja kalsiumkanavien avautumista. Kationien päästessä
solujen sisään solut depolarisoituvat ja tämä aiheuttaa neurotransmitterin vapautumista, mikä
käynnistää viereisten afferenttien neuronien depolarisaation.
Afferentit kuulohermot vievät signaalin simpukkatumakkeisiin, joista toiset neuronit
lähtevät viemään signaalia erilaisia reittejä kohti kuulorefleksikeskusta ja isoaivojen kuulokuorta.
Kuulokuorialueella korkeat ja matalat äänet projisoituvat eri kohtiin. Eri aivopuoliskojen
kuulokuorialueitten välillä on joitakin eroja: esimerkiksi kielten prosessoimista tapahtuu
huomattavasti enemmän vasemman puoliskon alueella.
Äänen suunnan aistiminen horisontaalitasossa perustuu lähinnä siihen kuinka suuri on
aikaero aallon saapumisessa oikeaan ja vasempaan korvaan sekä siihen että ääni on yleensä kovempi
siinä korvassa, joka on lähempänä äänilähdettä. Aivot voivat havaita jopa vain 20 mikrosekunnin
50
eron. Pystysuunnassa äänilähteen paikallistaminen perustuu lähinnä ääniaallon muodon
muuttumiseen sen osuessa korvalehteen.
Äänien kuulemisen huononeminen voi johtua hermostollisista syistä tai siitä, että
ääniaaltojen konduktio korvan osasta toiseen on heikentynyt. Näiden vikojen löytämiseksi käytetään
mm. Weber, Schwabach ja Rinne –kokeita.
Kemiallisten aistien toiminta
- mitä kemialliset aistit ovat
- yleistä makuaistista, makureseptoreista ja siitä, miten makujen aistiminen välittyy reseptoreista
eteenpäin
- tarkemmin suola- ja hapanreseptorien toiminnasta
- tarkemmin karvas-, makea- ja umamireseptorien toiminnasta
- makuaistin hermotuksesta
- yleistä hajuaistista ja hajureseptoreista
- tarkemmin hajureseptorien toiminnasta
- hajuaistin hermotuksesta
Maku- ja hajuaisti ovat kemiallisia aisteja. Niillä on merkitystä mm. pilaantuneen
ruuan erottamiseksi syötäväksi kelpaavasta.
Makuaisti on paikallinen aisti. Aistimukset syntyvät sylkeen liuenneiden
molekyylien vuorovaikutuksesta makuaistisolun kanssa.Lähes koko kielen pinta on täynnä
nystymäisiä rakenteita, makunystyjä. Niissä sijaitsevat makusilmut, joissa ovat aistinsolut.
Makuaistisolujen elinikä on lyhyt, noin 10 päivää. Niiden määrä vähenee iän myötä. Primaareja
makureseptoreja ovat suolainen, hapan, makea ja karvas. Lisäksi on reseptoreita umamille (lihaisa,
herkullinen) ja vedelle. Näistä suolainen ja hapan aistitaan reseptoreissa olevien ionikanavien
kautta, kun taas makea, karvas ja umami välittyvät reseptoreista G-proteiinien avulla. Yhteistä
kaikille mauille on varauksen muuttaminen reseptorisoluissa. Varauksen muuttamisen yhteydessä
solusta vapautuu lisäksi hermovälittäjäainetta.
Suola-reseptoreissa on natriumkanavia, joissa on suurehko vuotovirta. Kun suun
sisäinen natriumin konsentraatio nousee, kationeita pääsee enemmän negatiivisesti varautuneiden
51
reseptorisolujen sisään ja depolarisoiva virta kasvaa. Tämä aiheuttaa välittäjäaineen erityksen
lisääntymistä, mikä vaikuttaa sensorisen neuronin aktivaatioon.
Happamuutta aistivissa reseptoreissa on kaliumkanavia, jotka inhiboituvat protoneilla. Normaalisti
kaliumvirta hyperpolarisoi solua. Kun siis ruuassa on paljon protoneja, kaliumkanavat menevät
kiinni ja tämä aiheuttaa depolarisaatiota. Väliaineen eritys lisääntyy ja sensorinen neuroni
aktivoituu.
Karvasta, makeaa ja umamia maistettaessa viesti välittyy reseptorista G-proteiinin
kautta muihin systeemeihin saaden reseptorisolun sisäisen kalsiumkonsentraation nousemaan.
Kalsium eritetään solusta ulos eksosytoosilla, joka aiheuttaa postsynaptisessa solussa
aktiopotentiaalin.
Eri puolelta kieltä lähtee vieviä hermoja (aivohermot VII, IX ja X, joista kukin
hermottaa eri tyypin makunystyalueita) ydinjatkeen ja talamuksen kautta aivokuorelle. Primaarinen
makualue aivokuori sijaitsee lähellä kielen somatosensorista aivokuorta.
Hajuaisti on kaukoaisti, hajun lähde voi olla kaukanakin. Ihmisen hajuaisti on
herkkä, erotamme tuhansia eri tuoksuja. Geeneistämme n. 3% koodaa hajureseptorigeenejä. CNS
tulkitsee eri hajut perustuen eri reseptorityyppien suhteelliseen aktivoitumiseen. Reseptorien kierto
on nopeaa, tosin se vähenee iän myötä.
Nenäontelossa hajuaineet ovat kosketuksessa hajuepiteelin kanssa. Hajuepiteelissä
on reseptorisolujen lisäksi tukisoluja, tyvisoluja sekä liman peittämiä reseptoreiden värekarvoja.
Hajun aistiminen tapahtuu hajuaineiden sitoutuessa spesifisiin reseptoreihin. Se aiheuttaa
adenylaattisyklaasin kautta cAMP:n lisääntymisen. cAMP stimuloi kationikanavaa, josta aiheutuu
depolarisaation kautta aktiopotentiaalin käynnistyminen.
Hajureseptorisolujen aksonit kulkevat seulaluun läpi, jossa ne synapsoivat
hajukäämin sensoristen neuronien kanssa. Hajuhermo kulkee suoraan hajuaivokuorelle, joka
sijaitsee otsalohkon alaosassa. Se on ainoa perifeerinen hermo, joka liittyy suoraan isoihin aivoihin.
52
Makuaisti
– reseptorit (makusilmut, ENaC, T2R-perhe, HCN…)
– makuradat
– perusmaut (suolainen, makea, karvas, hapan ja umami) ja niiden mediaattorit
– ongelmia (hypogeusia…)
Ihmisen makuaisti ei ole mitenkään erityisen tarkka. Ihminen maistaa niin sanotut viisi perusmakua
ja niiden yhdistelmiä. Makuaistimus syntyy makureseptorien ärsytyksen välityksellä aivoissa
insulassa ja somatosensorisen kuorialueen kasvojen edustusalueella. Makuaistilla on luultavast ollut
merkitystä lajinsäilymisenkin kannalta, koska sen avulla on voitu välttää esimerkiksi myrkyllisiä
aineita joutumasta elimistöön.
Makusilmut ovat makuaistin aistinelimiä. Niitä löytyy mm. kitalaesta, epiglottiksesta ja
kielestä. Ne ovat muodostuneet neljästä eri solutyypistä: basaalisoluista, tyypin 1 ja 2 soluista sekä
tyypin 3 soluista, jotka ovat niitä varsinaisia reseptorisoluja. Tyypin 3 soluilla on mikrovillus, joka
sijaitsee siten, että se voi olla kosketuksissa suuontelon nesteiden kanssa. Basaalisolut ovat peräisin
makusilmuja ympäröivästä epiteelistä ja ne vähitellen erilaistuvat uusiksi reseptorisoluiksi, joiden
keskimääräinen elinikä on noin 10 vuorokautta. Makusilmut ovat kooltaan noin 50 mikrometristä 70
mikrometriin. Jokaista silmua hermottaa noin 50 hermosäiettä, ja jokainen hermosäie saa
informaatiota likimain viideltä makusilmulta. Ihmisellä on yhteensä noin 10000 makusilmua.
Viiden perusmaun (suolainen, makea, hapan, karvas ja umami) reseptorit ovat hieman
erilaisia ja niitä aktivoivat aineet ovat kullekin reseptorityypille tyypillisiä. Kaikkien makujen
reseptoreita on kaikkialla kielessä ynnä muissa makusilmuja sisältävissä rakenteissa. Suolaisen maun
välittäjänä toimii NaCl ja suolaisen maun pääreseptori on ENaC. Na+ pääsy suolareseptoreiden
sisään saa aikaan reseptorin depolarisaation ja glutamaatin vapautumisen, mikä johtaa läheisten
afferenttien neuroneiden depolarisaatioon. Hapan maku aistitaan protonien vaikuttaessa
todennäköisesti ENaC reseptoreihin, mutta esimerkiksi HCN-reseptori voi olla mukana
happamuuden aistimisessa. Umami maistetaan, kun mGluR4 reseptori aktivoituu puriini 5-
ribonukleotidien vaikutuksesta. Karvas maku aiheutuu monien erilaisten aineiden vaikutuksesta G-
proteiinivälitteiseen reseptoreihin (T2R-perhe). Karvas maku on useissa tapauksissa varoittamassa
kyseisen aineen myrkyllisyydestä (monet karvaalle maistuvat aineet ovat myrkkyjä). Monet erilaiset
aineet maistuvat makealle ja niillä onkin omat reseptorinsa. Joka tapauksessa kaikki makeaa aistivat
reseptorit toimivat syklisten nukleotidien tai inositoli fosfaatti metabolian kautta, kuten karvasta
aistivat reseptorit.
53
Reseptorien myötävaikutuksesta depolarisoituneet neuronit vievät makusignaalia
eteenpäin nervus glassopharyngealiksen ja n.facialiksen chorda tympani haaran sekä n.vaguksen
mukana aivorunkoon. Nämä hermot yhdistyvät nucleus tractus solitariuksessa, josta makuradan
toiset neuronit vievät signaalia talamukseen. Kolmannet neuronit vievät tiedon somatosensoriselle
kuorialueelle ja insulaan, jossa todennäköisesti tapahtuu maun tietoinen havainnointi ja erottelu.
Jotta ihminen erottaa makujen voimakkuuksissa eroja, täytyy voimakkuudessa olla
vähintään 30 prosentin ero. Ihmisen aistima ruuan aromi onkin usein yhdistelmä perusmauista ja
tulisuudesta. Hajuaistillakin on merkitystä, kuten on myös ruuan rakenteella ja lämpötilalla. Mikäli
ihminen ei maista minkäänlaisia makuja puhutaan ageusiasta. Hypogeusia on puolestaan makuaistin
heikentymistä kuvaava termi ja dysgeusia kuvaa makuaistin häiriintymistä eli henkilö ei maista
makuja ”oikein”. Jotkin lääkeaineet saattavat aiheuttaa väliaikaista makuaistin heikentymistä.
Lämpötilan aistiminen
Aistimuksilla tarkoitetaan ympäristön erilaisten energioiden muuttamista hermosolujen
aktiopotentiaaliksi. Lämpö on elektromagneettista energiaa, lämpösäteilyä. Kehon ulko- ja
sisäpuolelta tulevat aistimukset ovat tärkeässä asemassa muun muassa ohjaamalla kehon
motoriikkaa.
Lämpötilan aistiminen kuuluu kosketuksen, paineen, vibraation ja kivun tunteiden aistimisen ohella
ihotuntoon. Näille erilaisille fysikaalisille energioille on kullekin omat reseptorinsa. Termoreseptorit
aistivat kylmää ja lämpöä; ne on jaoteltu kylmä- ja lämminreseptoreihin. Ihon normaalilämpötila on
noin 33°C. Kylmäherkät reseptorit aktivoituvat ihon kylmetessä normaalilämpötilasta –
aktivoituminen sekä myöhemmin aktiopotentiaalifrekvenssi ovat riippuvaisia lämpötilan laskun
suuruudesta. Rakenteeltaan kylmäreseptorit ovat ohuita, myelinisoituneita hermoja ja niiden
maksimiaktiviteetti on 25-30°C:ssa, kuitenkin ne aktivoituvat myös huomattavan korkeissa
lämpötiloissa. Kylmäreseptoreita sijaitsee ihossa 3-10 kertaa tiheämmin kuin lämminreseptoreita,
huulissa ja sormenpäissä selvästi tiheämmin kuin isoilla ihoalueilla, kuten selässä ja vatsassa.
Kuitenkin myös suurilla ihoalueilla voidaan havaita pienikin lämpötilan muutos, puhutaan
spatiaalisesta summaatiosta. Lämminreseptorit aktivoituvat lämpötilan noususta alueelle 34-45°C ja
aktiopotentiaalifrekvenssi nousee. Lämminreseptorit ovat myelisoimattomia hermoja, jotka
adaptoituvat nopeasti. Normaalilämpötilassa sekä kylmä- että lämminreseptorit ovat aktivoituneena,
jolloin tuntemuksena on neutraali. Lämpötilan noustessa yli 45°C:een kipureseptorit reagoivat
vaurioittavaan kuumaan, myös vaurioittavaan kylmään reagointi tapahtuu kipureseptoreissa.
54
Lämpöreseptorit siis lakkaavat toimimasta yli 45°C lämpötiloissa. Kuuman aistimus syntyykin
pääasiassa kipu- ja kylmäreseptoreiden toiminnasta. Nollaa lähenevässä lämpötilassa mikään
reseptori ei toimi, joten iho voidaan puuduttaa lämpötilaa laskemalla.
Näköaisti
Valon intensiteetti, värit sekä liike aistitaan näköaistin avulla. Akkomodaation merkitys on
olennainen näköaistimuksessa. Linssi säätelee tarkennusta erittäin nopeasti; linssin paksuuden
säätelijöinä toimii ciliaarilihakset. Kauas katsottaessa linssi on ohut ja ciliaarilihakset
relaksoituneina. Lähelle katsottaessa linssi on puolestaan paksu ciliaarilihasten supistuessa – tällöin
taittovoima on suuri. Iän myötä linssin elastisuus vähenee, jolloin lähelle fokusointi heikkenee.
Akkomodaatiota säätelee autonominen, parasympaattinen ja sympaattinen hermosto. Lähelle
katsottaessa molemmat silmät konvergoituvat ja katse tarkentuu lähelle, puhutaan
lähikonvergenssista. Tarkennuksen säätelyssä on mukana myös neuraalinen kontrolli, joka on
yhteydessä myös silmien liikkeisiin.
Pupillin avulla säädellään silmään pääsevän valon määrää. Tieto valon määrästä kulkee näköhermon
haaraa pitkin occulomotoriseen tumakkeeseen, josta parasympaattisten hermojen välityksellä
informaatio kulkee ciliaariganglion kautta iiriksen sfinkteriin ja seurauksena on rengaslihasten
supistuminen. Sympaattisen aktiviteetin johdosta ciliaarilihakset supistuvat, parasympaattinen saa
aikaan niiden relaksaation.
Näköaistimuksen informaation käsittely alkaa retinassa. Retina on silmän aistiva osa, joka
muodostuu kahdeksasta kerroksesta. Ensimmäisen kerroksen muodostaa pigmentoitunut
epiteelisolukko. Seuraavat kolme kerrosta sisältävät fotoreseptoreita eli sauva- ja tappisoluja ja tässä
kerroksessa on synapseja. Bipolaari-, amakriini- ja horisontaalisolut muodostavat kaksi seuraavaa
kerrosta ja kaksi viimeistä kerrosta muodostuu gangliosoluista aksoneineen. Retinassa
bipolaarisolujen ja fotoreseptoreiden välillä on ensimmäinen synapsi. Amakriinisolut yhdistävät
bipolaarisoluja ja horisontaalisolut vastaavat fotoreseptoreiden lateraaliyhteyksistä.
Sauvasolut aistivat valon intensiteettiä ja vastaavat mustavalkoisesta hämäränäöstä. Pimeässä
fotoreseptorit ovat depolarisoituneena ja valo aiheuttaa hyperpolarisaation. Molempien
fotoreseptorisolujen rakenteessa on ulko- ja sisäsegmentti sekä synaptinen terminaali. Sisäsegmentti
sisältää tuman, metaboliakoneiston sekä synapsin. Valoherkkä rodopsiini sijaitsee ulkosegmentissä
ja sauvoissa sitä on tappeja enemmän. Rodopsiini on opsiinista ja retinaalista muodostunut
valoherkkä molekyyli. Fotonin absorboituminen muuttaa rodopsiinin konformaatiota ja G-proteiini
55
transdusiini aktivoituu. Tämän johdosta fosfodiesteraasi aktivoituu, mikä johtaa cGMP:n
hydrolysoitumiseen ja siten ionikanavien sulkeutumiseen. Tällöin fotoreseptori hyperpolarisoituu.
Pimeässä rodopsiinin rakenne palautuu valon inaktivoidessa rodopsiinin. Pimeäadaptaatio on siten
hitaampaa kuin valoadaptaatio, koska rodopsiinin inaktivoituminen ja uudelleenrakentuminen
tapahtuu aktivoitumista hitaammin. Tappisoluja on kolme erilaista, joista kukin aistii eri
aallonpituuksia ja siten eri värejä (puna-, sini- ja viherherkät solut). Tapit toimivat kirkkaassa
valaistuksessa. Eri tappien aktivoitumisen suhde saa aikaan erilaisten värisävyjen havaitsemisen.
Näkö on tarkimmillaan kirkkaassa valossa ja vain vähän sauvoja sisältävässä foveassa.
Reseptiivisten kenttien gangliosolujen aksonit muodostavat näköhermon, jota pitkin
näköaistimuksen informaatio kulkee aivoihin. Tästä kohdasta verkkokalvoa fotoreseptorisolut
puuttuvat kokonaan ja alueelle muodostuu nk. sokea täplä. Molempien silmien näkökentät
jakaantuvat kahteen osaan, nasaaliseen ja temporaaliseen. Optisessa kiasmassa nasaaliset aksonit
risteävät. Aivokuorella vasen näkökenttä projisoituu vasemmasta nasaalisesta retinasta sekä oikeasta
temporaalisesta retinasta ja oikea näkökenttä oikeasta nasaalisesta retinasta sekä vasemmasta
temporaalisesta retinasta. Talamuksen occulomotorinen tumake välittää näköinformaation
aivokuorelle. Eri silmistä tuleva informaatio pysyy erillään näköaivokuorella. Tieto kulkeutuu
primääriselle aivokuorelle ja sen ympärillä sijaitseva sekundaarinen aivokuori analysoi visuaalisen
informaation. Sekundaariselta aivokuorelta informaatiota näköaistimuksesta siirtyy takaraivolohkon
aivokuorelle. Visuaalisen aivokuoren solut ovat herkkiä erilaisille ominaisuuksille, kuten valon ja
varjon raja tai liike, tai tietyssä kulmassa oleva liike. Kontrasti havaitaan jonkin gangliosolun
aktivoiduttua tasaiselle pinnalle tulleen taustasta erottuvan alueen seurauksena.
56
Insuliinin vaikutusmekanismit ja pääasialliset vaikutukset
- Johdanto: yleistä insuliinin rakenteesta ja erityksestä
- Insuliinin vaikutusmekanismit
- Insuliinin vaikutukset kudostasolla: maksa-, rasva- ja lihaskudoksessa
- Insuliinin toiminnan häiriöt
Johdanto
Insuliini on vesiliukoinen peptidihormoni, joka kulkee verenkierrossa vapaana. Insuliinia
muodostuu haiman saarekkeiden beettasoluissa. Aktiivinen insuliini muodostuu proinsuliinista. Siitä
pilkkoutuu kahdesta peptidiketjusta muodostuva insuliini sekä C-peptidi. Vain insuliinilla tiedetään
olevan biologista vaikutusta. C-peptidiä käytetään B-solutoiminnan mittarina.
Insuliini on tärkein anabolisen vaiheen käynnistäjä ja ylläpitäjä. Glukoosin kohonnut
pitoisuus lisää nopeasti insuliinierityksen moninkertaiseksi. Normaalisti tämä tapahtuu ruokailun
jälkeen. Paaston aikana insuliinieritys on vähäistä. Insuliinin eritystä lisäävät vähäisemmässä määrin
myös muut sokerit, eräät aminohapot, ketoaineet, suoliston limakalvon hormonien ns.
inkretiinivaikutus, parasympaattinen hermosto sekä sulfonyyliureat ja muut suun kautta nautittavat
diabeteslääkkeet. Tärkein eritystä vähentävä tekijä on verensokerin lasku, hypoglykemia.
Insuliinin vaikutusmekanismit
Insuliinin vaikutukset välittää solukalvoreseptori, joka koostuu neljästä alayksiköstä. Insuliinin
sitoutuminen solukalvon ulkopuoliseen osaan aktivoi reseptorin solukalvon sisäisessä osassa
sijaitsevan tyrosiinikinaasin. Tämä aktivoi entsyymikaskadin, jonka seurauksena
glukoositransporttereita (GLUT4) goodaavien geenien luenta solussa lisääntyy. Tämän
seurauksena myös glukoositransportterirakkuloiden sulautuminen solukalvoon lisääntyy. Tällöin
glukoosia pääsee virtaamaan solun sisälle. Myös solun sisäisten entsyymien aktiivisuus muuttuu
siten, että glukoosi voidaan käyttää hyväksi solussa.
Insuliinin vaikutusmekanismit kudostasolla
57
Insuliini estää glukoosin läsnä ollessa glukagonieritystä haiman saarekkeiden alfasoluista. Tällöin
glukagoni ei pääse vastustamaan insuliinin anabolisia vaikutuksia. Maksassa insuliini lisää
glykogeenisynteesiä sekä triglyseridien ja varastorasvan muodostusta. Toisaalta se estää glykogeenin
ja triglyseridien hajoamista sekä glukoneogeneesia. Lihassoluissa insuliini lisää aminohappojen
soluun ottoa, proteiinisynteesiä sekä glykogeneesiä. Rasvakudoksessa insuliini stimuloi glukoosin
kuljetusta soluihin. Glukoosista muodostetaan glyserolia ja triglyseridisynteesi lisääntyy. Insuliini
estää lipolyysiä inhiboimalla lipaasi-entsyymiä. Insuliinin tärkein vastavaikuttaja on glukagoni.
Muita vastavaikuttajia ovat myös katekoliamiinit, kasvuhormoni, lisämunuaisen glukokortikoidit ja
kilpirauhashormonit.
Koko elimistön tasolla insuliini edistää energiaravinnon varastoimista ja laskee verensokeria.
Se toimii kasvutekijänä ja on voimakkaasti anabolinen. Insuliinin keskeisen merkityksen osoittaa
se, että täydellinen insuliinin puutos johtaa kuolemaan.
Insuliinin toiminnan häiriö
Insuliinin erittymisen tai toiminnan häiriöt aiheuttavat Diabetesta. Nuoruustyypin diabetekselle
(tyyppi 1) on ominaista haiman saarekesolujen tuhoutuminen ja absoluutinen insuliinin puute.
Sairaudessa tarvitaan elinikäistä insuliinihoitoa. Aikuistyypin (tyyppi 2) diabetekselle on ominaista
insuliiniresistenssi ja insuliinin erittymisen häiriöt. Tätä diabetestyyppiä hoidetaan pääasiallisesti
ruokavaliolla ja suun kautta otettavilla lääkkeillä.
Hoitamattomana insuliinin toimintaan liittyvät häiriöt aiheuttavat hyperglykemiaa. Glukoosin
vapautuminen maksasta on lisääntynyt ja glukoosin otto kudoksiin vähentynyt. Solut kärsivät
energianpuutetta, mikä lisää lipolyysiä ja proteeinikataboliaa. Munuaisten reabsorptiokyky
glukoosille on ylittynyt, mikä aiheuttaa glukosuriaa ja polyuriaa. Lisääntynyt lipolyysi,
rasvahappojen polttaminen ja ketoaineiden muodostus, johtavat metaboliseen asidoosiin.
Proteiinikatabolia aiheuttaa lihasheikkoutta. Myöhäiskomplikaatioita voi aiheutua erityisesti
sydän- ja verisuonijärjestelmässä, munuaisissa, hermostossa ja silmissä.
58
Sukurauhasten endokriininen toiminta
Kivekset:
säätely: hypotalamus-> aivolisäke->kives
Hypotalamus tuottaa vapauttajahormoneja (GnRH, LHRH, LRF), jotka säätelevät aivolisäkkeen
gonadotropiinien eritystä. Aivolisäkkeen etulohkon LH ja FSH säätelevät kivesten endokriinistä
toimintaa. LH stimuloi leydigin solujen steroidisynteesiä. FSH sertolin solujen kautta välillisesti
spermatogeneesiä. Myös prolaktiini (PRL) vaikuttaa, mutta vaikutukset kiveksiin ovat epäsuoria.
Kivekset tuottavat testoteronia ja muita androgeenejä. Nämä ovat steroidihormoneja ja näin niiden
biosynteesi alkaa kolesterolista. Testosteroni kulkee plasmassa sitoutuneena proteiineihin, mm.
albumiiniin. Steroidihormoni kiinnittyy solun sisässä sytoplasmassa tai tumassa reseptoriin ja
aktivoi näin tiettyjen androgeenien säätelemien geenien ekspressiota. Androgeenit vaikuttavat
sukupuolielinten erilaistumiseen, siittimen kasvu, kivespussin kasvu, häpykarvoitus,
kainalokarvoitus, parta, kaljuuntuminen, kasvupyrähdys, epifyysien sulkeutuminen, kurkunpään
kasvu, äänihuulten paksuuntuminen, lipidimuutokset, lihasmassa, talirauhaset, hematopoeesi ja ihon
paksuuntuminen muutamia mainitakseni.
Androgeenien tuotanto eri ikäkausina vaihtelee. Sikiökaudella testosteronin tehtävä on saada aikaan
miespuolisten sukupuolielimien erilaistuminen. Ennen puberteettia tuotanto on vähäistä.
Puberteetissä tuotanto kasvaa ja se aiheuttaa puberteetille ominaiset muutokset. Aikuisella ihmisellä
testosteronitaso on tasainen. Vanhuusiällä androgeenien tuotanto vähenee, mutta ei yhtä jyrkästi
kuin naisilla.
Munasarjat:
säätely: hypotalamus->aivolisäke->munasarja
Munasarjojen toimintaa säätelevät FSH (follikkelia stimuloiva hormoni) ja LH (lutenisoiva
hormoni). Hypotalamuksessa aivolisäkkeen porttilaskimojärjestelmään erittyvä vapauttajahormoni
GnRH säätelee aivolisäkkeen gonadotropiinien eritystä. GnRH vapautuu sykäyksittäin, joten
gonadotropiniinien eritys on pulssittaista. Pulsseja tulee follikulaarivaiheessa 90 minuutin ja
luteaalivaiheessa 100-200 minuutin välein. Munasarjan steroidihormonit säätelevät
palautejärjestelmän kautta gonadotropiinien eritystä.
59
Munasarjat tuottavat estrogeeneja, progesteronia, inhibiineja ja aktiviineja. Estrogeenit vaikutukset
sukuelimiin: kohdun sileän lihaksen massan lisääminen ja kohdun veren virtaus, kohdunkaulan
läpäisyvyys siittiöille, munatorvien kasvua ja liikkuvuus, munarakkuloiden kasvu, kuukautiskierron
muutokset. Estrogeenin vaikutukset rintoihin: rintojen kasvu puberteetissa ja maitotiehyeiden
kasvun lisääntyminen. Estrogeenien muita vaikutuksia: estävät LH:n ja FSH:n eritystä
aivolisäkkeestä, kiihdyttävät LH:n eritystä kuukautiskierron keskivaiheilla, lisäävät maksan
tuottamien hormoneja sitovien proteiinien määrää, lisäävät luiden kasvua ja sulkevat epifyysit,
estävät osteoporoosia, laskevat seerumin kolesterolitasoja ja nostavat HDL tasoa ja aiheuttava
rasvakudoksen naisellisen jakautumisen. Progesteroni lisää kohdun seinämän eritystoimintaa,
vähentää kohdun supistuvuutta, vähentää kohdunkaulan läpäisevyyttä siittiöille, aiheuttaa
kuukautiskierrossa muutoksia kohdussa ja munatorvissa, lisää rinnoissa lohkojen ja
rauhasrakkuloiden kasvua, estää LH:n ja FSH:n eritystä aivolisäkkeestä, kiihdyttää
aineenvaihduntaa ja lisää lämmöntuottoa ja kiihdyttää hengitystä.
Munasarjat toimivat kolmessa eri vaiheessa: follikulaari-, ovulaatio- ja luteaalivaiheessa.
Munasarjojen hormonaalinen säätely
Sikiökausi
- hormonisäätely ei keskeisimpänä
Lapsuus & Puberteetti
- gonadostaatti, sen hiipuminen
Sukukypsä ikä
- kuukautiskierto (follikkelivaihe, ovulaatio, luteaalivaihe)
- FSH, LH, E, P, inhibiini; feedbacksilmukat (neg. & pos.)
- follikelien kehittyminen -> dominantti follikkeli
- FSH, AMH, LH & E osuus tässä
- menopaussi
Raskaus: Istukka
- HCG -> keltarauhanen -> P, E
- aivolisäkkeen feedback-inhibitio
Imetys
Prolaktiini -> munasarjojen toiminnan esto
Munasarjojen toimintaa säätelevät FSH (follikkelia stimuloiva hormoni) ja LH (lutenisoiva
hormoni). Hypotalamuksessa aivolisäkkeen porttilaskimojärjestelmään erittyvä vapauttajahormoni
GnRH säätelee aivolisäkkeen gonadotropiinien eritystä. GnRH vapautuu sykäyksittäin, joten
60
gonadotropiniinien eritys on pulssittaista. Pulsseja tulee follikulaarivaiheessa 90 minuutin ja
luteaalivaiheessa 100-200 minuutin välein. Munasarjan steroidihormonit säätelevät
palautejärjestelmän kautta gonadotropiinien eritystä.
Sikiökaudella munasarjojen kehittymistä ja toimintaa ei varsinaisesti säädellä
hormonaalisesti. Myöskin lapsuusiällä hormonaalinen säätely on vähäistä. Munasarjojen
steroidieritys alkaa lisääntyä kahdeksannen ikävuoden jälkeen.
Hedelmällisessä iässä hormonaalinen säätely toimii kuukautiskierron mukaan. Se
toimii kolmessa vaiheessa follikkelivaihe, ovulaatio ja luteaalivaihe. Follikkelin kypsymisen
alkuvaihe on riippumaton FSH:n erityksestä. Munarakkulan jatkokypsyminen riippuu siitä miten
paljon FSH:tä on tarjolla ja miten sensitiivinen follikkeli on FSH:n vaikutuksille. Jos
gonadotropiinivaikutus on sopiva yksi kypsyvistä follikkeleista valikoituu ja etenee
ovulaatiovaiheeseen Ovulaation jälkeen munarakkulasta muodostuu keltarauhanen ja
granuloosasolut lutenisoituvat. Mikäli munasolu ei hedelmöity kahden viikon kuluttua
keltarauhanen surkastuu.
Hedelmällisten vuosien aikana nähdään kierto, jossa follikkeli kypsyy, puhkeaa
(ovulaatio) ja muodostuu keltarauhanen. Tätä kiertoa säätelee pääasiassa FSH ja LH.
Aivolisäkkeen ja hypotalamuksen vuorovaikutus. Mitä seurauksia on hypotalamuksen ja
aivolisäkkeen yhteyden katkeamisella
- aivolisäkkeen etulohko eli adenohypofyysi
- kortikotropiini
- tyreotropiini
- somatotropiini
- follikkelia stimuloiva hormoni
- luteinisoivahormoni
- prolaktiini
- hypotalamus
- statiinit
- liberiinit
- porttiverenkierto
- aivolisäkkeen takalohko eli neurohypofyysi
61
- neuraalinen yhteys
- vasopressiini
- oksitosiini
Aivolisäkkeen etulohko
Useimpia aivolisäkkeen etulohkon eli adenohypofyysin erittämiä hormoja kutsutaan tropiineiksi.
Tropiini edistää toisen elimen kasvua, kehitystä ja toimintaa. Aivolisäkkeen etulohkosta erittyy
kuutta hormonia: kortikotrofisoluista kortikotropiinia (ACTH) sekä lisäksi fysiologiselta
merkitykseltään tuntematonta beeta-lipotropiinia, tyreotrofisoluista tyreotropiinia (TSH),
somatotrofisoluista kasvuhormonia eli somatotropiinia, gonadotrofisoluista follikkelia stimuloivaa
hormonia (FSH) ja luteinisoivaa hormonia (LH) eli lutropiinia ja laktotrofisoluista prolaktiinia.
Hypotalamus säätelee näiden hormonien eritystä porttiverenkiertojärjestelmän avulla.
Hypotalamus
Hypotalamus erittää vapauttajahormoneja eli liberiineja tai estäjähormoneja eli statiineja. Edelliset
vapauttavat jotakin etulohkohormonia verenkiertoon, jälkimmäiset taas ehkäisevät jonkin hormonin
vapautumista. Statiiinit ja liberiinit ovat rakenteeltaan polypeptidejä. Osa eritetään prepro
muodossa, esim. PreproTRH sisältää kuusi TRH hormonia. Niiden reseptorit ovat G-proteiini
kytkettyjä. Hypotalamuksen erittämiä hormoneja ovat: kortikotropiinia vapauttava hormoni (CRH),
tyrotropiinia vapauttava hormoni (TRH), kasvuhormonia vapauttava hormoni (GRH),
kasvuhormonia estävä hormoni (GIH) eli somatostatiini, gonadotropiineja vapauttava hormoni
(GnRH) ja prolaktiinia estävä hormoni (PIH). TRH, VIP ja muutamat muut hypotalamuksen
erittämät polypeptidit stimuloivat prolaktiinin eritystä. Hypotalamuksen erittämät hormonit
vaikuttavat siis useamman kuin yhden aivolisäkkeen hormonin eritykseen, esimerkiksi TRH
stimuloi prolaktiinin eritystä TSH:n lisäksi. GnRH puolestaan stimuloi sekä FSH:n että LH:n
eritystä.
Vapauttaja- ja estäjähormonit eritetään eminentia mediana hypothalamin (vähäinen hypotalamuksen
kohouma aivolisäkkeen varren yläpuolella) alueelta. Alueella on vähän hermosolujen tumia, sen
sijaan paljon hermosolujen päätteitä. GnRH:ta erittävät neuronit sijaitsevat mediaalisella
preoptisella alueellalla, TRH:ta ja CRH:ta erittävät paraventricular tumakkeen mediaalisella alueella
ja GRH:ta erittävät neuronit arcuate nuclein alueella.
62
Yhteyden katkeaminen
Statiinit ja liberiinit säätelevät aivolisäkkeen etulohkon hormonien eritystä, jos niiden eritys loppuu,
häiriintyy niiden kohde-elimen toimintakin. Kallmannin syndrooma johtuu alhaisesta
gonadotropiinien tasosta veressä (hypogonadotrooppinen hypogonadismi). Kortikotropiini on
edellytys lisämunuaisen kuorikerroksen normaalille toiminnalle. ACTH puute vaikuttaa, esim.
glukokortikoidien eritykseen. Kasvuhormoni tehostaa monien kudosten aineen vaihduntaa ja koko
elimistön kasvua. Tyreotropiini edistää kilpirauhasen toimintaa, sen puute voi johtaa
hypotyreoosiin. Prolaktiini on tarpeen maidon erityksessä.
Aivolisäkkeen takalohko
Aivolisäkkeen takalohko eli neurohypofyysi erittää munuaisten vedeneritystä vähentävää
antidiureettista hormonia eli vasopressiiniä ja kohtua supistavaa oksitosiinia. Hypotalamus säätelee
niiden eritystä neuraalisesti. Hormonit syntetisoidaan hypotalamuksessa, varastoidaan takalohkossa
ja vapautetaan sieltä verenkiertoon. Vasopressiinin säätelyyn vaikuttavat osmoreseptoreilla
havaittava ECF:n osmolaliteetin kohoaminen ja venytysreseptoreilla havaittu verenpaineen lasku.
Oksitosiinin vapautumiseen vaikuttavat sikiön aiheuttama kohdun venytys ja rinnan kosketusärsytys
lapsen imiessä sitä.
Kuvaa aivojen aktiivisuus / EEG epileptisessä kohtauksessa ja unen eri vaiheissa
- Aivojen sähköisen toiminnan mittaaminen, EEG
- Aivosähkökäyrä vaihtelee aktiivisuuden ja iän myötä ja muutokset voivat olla merkki
sairaudesta
- Muistisääntö eri aalloille: BATD (lepakko-Delta)
o Unen syventyessä aaltojen frekvenssi laskee, mutta amplitudi kasvaa, vähän kuten
keinuminen!
o REM uni taasen muistuttaa valveilla oloa l. beeta-aaltoja, jossa ilmenee
sahahampaisia jaksoja
- Epilepsia on kohtauksittainen aivojen sähköisen toiminnan häiriö
o Suurkohtaus grand mal, jossa aallot muistuttavat Delta-aaltoja, joiden keskellä on
kouristuspiikkejä
o Pikkukohtaus petit mal, jossa aivosähkökäyrälle on ominaista piikki-aalto-kompleksit
63
Aivot ovat jatkuvasti aktiivisina. Niiden aktiviteettia voidaan mitata aivosähkökäyrällä (EEG
electroencephalogram) asettamalla elektrodeja päähänahkaan ja minimoilla esim. lihastoiminnasta
aiheutuvat häiriöt. Mitattavia suureita EEG:ssä ovat amplitudi (uV) ja frekvenssi (/s).
Aivosähkökäyrän amplitudi ja frekvenssi vaihtelevat ihmisen aktiivisuuden mukaan.
Valveilla olevan ja tarkkaavaisen ihmisen EEG poikkeaa esim. nukkuvasta. Samoin pelkästään
silmien sulkeminen näkyy muutoksena käyrässä. Aivosähkökäyrästä voidaan myös diagnostisoida
aivojen sairauksia, esim. epilepsia, joka on aivojen sähköisen toiminnan häiriö. Aivosähkökäyrän
muoto vaihtelee myös iän myötä.
Beeta – aaltoja mitataan valveilla olevalta ja tarkkaavaiselta ihmiseltä. Ne ovat
korkeataajuisia (20-50 Hz) ja matala-amplitudisia (10-20 uV). Niiden lähteeksi arvellaan
isoaivokuorta.
Kun ihminen sulkee silmänsä ja rentoutuu, voidaan mitata alfa-aaltoja. Frekvenssi on
matalampi (8-12) kuin beeta-alloissa, mutta amplitudi kasvaa (20-40 uV). Alfa-aallot vaihtuvat
nopeasti beeta-aalloiksi ihmisen jälleen keskittyessä tai avatessa silmänsä. Näitä keskeytyksiä
kutsutaan ”alfa-blokeiksi”. Alfa-aaltojen arvellaan syntyvän isoaivokuoren ja talamuksen
vuorovaikutuksesta.
Unenpöpperössä, juuri ennen nukahtamista, voidaan mitata theta-aaltoja. Frekvenssi laskee
yhä (4-7 Hz) ja amplitudi kasvaa (40-80 uV). Theta-aaltojen syynyinpaikaksi arvellaan aivorunkoa
ja niiden ilmeneminen valveilla olevalla aikuisella voi olla merkki sairaudesta.
Siirryttäessä kevyeen uneen, aivosähkökäyrä muistuttaa jo hieman syvän unen delta-aaltoja,
joissa frekvenssi laskee yhä (<3), ja amplitudikin kasvaa (100-150). Kevyessä unessa esiintyy
kuitenkin suurempi taajuisia, mutta matalampi amplitudisia unisukkuloita aika ajoin. Delta-aaltojen
ilmeneminen valveilla olevalla aikuisella voi olla merkki sairaudesta.
REM (rapid eye movement)- unessa aivosähkökäyrä muistuttaa hyvin paljon valvetilaa,
mutta sille on tyypillistä ns. sahahampaiset jaksot. Joskus tätä tilaa on kutsuttu myöskin
paradoksaaliseksi uneksi, koska aivosähkökäyrän mukaan ihminen on valveilla, vaikka ihminen
nukkuu.
Epilepsia voi aiheutua traumasta, infektiosta, synnytyksenaikaisesta iskemiasta. Sen syy voi
olla tuntematon (idiopaattinen) tai se voi perityä. Epilepsialle on tyypillistä kohtauksittaisuus, jota
voi edeltää laukaiseva ärsyke. Aivosähkökäyrämittauksilla voidaan mitata aivojen eri osien
toimintaa ja yrittää paikantaa epänormaalin toiminnan alue.
Epileptisen kohtaus voi ilmetä hyvin selvästi havaittavana tajunnan menetyksenä tai olla
hyvin pieni, josta näkyvänä osoituksena voi olla pelkästään esim. keskittymisen häiriintyminen.
Edellisestä käytetään nimitystä grand mal (suurkohtaus) ja jälkimmäisestä petit mal (pikkukohtaus).
64
Suurkohtauksessa aivosähkökäyrässä näkyy enemmistönä Delta-aaltoja, jotka keskeyttää laajemmat
kouristuspiikit. Pikkukohtauksen aivosähkökäyrälle on ominaista suuri amplitudiset pitkäkestoiset
aalto kompleksit (spike and wave complex).
Puheen tuottamiseen ja tulkintaan osallistuvat aivoalueet ja aivopuoliskojen dominanssi.
Kuvaile myös erilaisia afasioita.
- Puhe on monimutkainen ilmiö ja vaatii monien aivojen osien yhteistoimintaa
- Tietoa aivojen toiminnoista on saatu kliinisillä havainnoilla vammautuneista potilaista
- Puhetta kontrolloi vasen puoli 90% oikeakätisistä ja 70% vasen, Wada - testi
- Oikea puoli ymmärtää puheen vivahteet
- Puhe syntyy Wernicken alueella, johdetaan fasciculus arcuataa pitkin Brocan alueelle
tuotettavaksi
- Brocan afasiassa puhe vaikeaa, mutta ymmärrys tallella
- Wernicken afasiassa ymmärtäminen vaikeutunut, puhe vuolasta jargonia
- konduktioafasian puhe muistuttaa Wernicken, mutta ymmärrys tallella
Puhe on monimutkainen toiminto, joka vaatii aivojen monien eri osien yhteistoimintaa. Puhe
vaatii sanastoa, tietoa rakenteesta, tulkintaa, puheeseen osallistuvien lihasten hallintaa (hengitys,
kurkunpään ja suun lihakset jne..) ja kuuloa, jolla kontrolloidaan puhetta.
Tietoa aivojen eri osien toiminnoista, on saatu potilailta, joiden aivojen tietyt osat ovat
vammautuneet. Kliinisillä havainnoinnilla on todettu miten eri kohtiin sijoittuva vamma vaikuttaa
ihmisen eri toimintoihin. Näillä tutkimuksilla on myös pystytty todistamaan aivopuoliskojen
erilainen rooli eri asioissa kuten puheessa.
Puhetta kontrolloi suurimmalla osalla ihmisistä vasen aivopuolisko: oikeakätisillä 90%:lla ja
vasenkätisilläkin 70%:lla. Ennen neurokirurgista leikkausta on tärkeää tietää kumpi puolisko
kontrolloi puhetta. Se saadaan selville ns. Wada-testillä, jossa potilaan laskiessa ääneen hänen
aivopuoliskonsa vaivutetaan vuorotellen uneen lyhytvaikutteisella anesteetilla.
Oikealla puolellakin on merkitystä. Oikean aivopuoliskon takaosassa sijaitsee alue, joka
pystyy tunnistamaan puheen vivahteet. Ihmisillä, joilla puheen ymmärtämiseen tarvittavat
vasemman puolen alueet ovat vaurioituneet, pystyvät ymmärtämään äänensävyjä ja toisaalta, jos
tämä alue on vahingoittunut, puhe on monotonista ja vailla vivahteita.
Puheen tuottamiseen ja ymmärtämiseen osallistuvat aivoalueet, jotka on nimetty
keksijöidensä mukaan. Kaikessa yksinkertaisuudessaan puhe saa alkunsa Wernicken alueelta
vasemmasta ohimolohkosta läheltä kuulokeskusta. Se johdetaan fasciculus arcuataa pitkin Brocan
65
alueelle otsalohkoon lähelle suun ja huulten premotorista aluetta, joka huolehtii puheen
tuottamisesta. Wernicken alue huolehtii myös puheen ymmärtämisestä.
Brocan afasiasta, ja siis Brocan alueen vauriosta, kärsivien puhe on hidasta ja
niukkasanaista. He pystyvät kuvailemaan esineitä, mutta puheen pienet, tärkeät sanat kuten jos ja
kun, tuottavat vaikeuksia. He pystyvät lukemaan normaalisti eikä puheen ymmärtäminenkään ole
ongelma.
Wernicken afasiassa Wernicken alue on vaurioitunut. Näille potilaille on ominaista
sujuva ja vuolas puhe, mutta jonka sisältö on yhdentekevää. Näillä potilaille on myös vaikeuksia
ymmärtää lukemaansa ja puhetta.
Konduktioafasiassa Brocan ja Wernicken alueet yhdistävä fasciculus arcuata on
vaurioitunut. Se oireet muistuttavat puheen osalta Wernicken afasiaa, mutta luetun ja puheen
ymmärtäminen on säilynyt.
Autonomisen hermoston osat, signalointi ja toiminta
- Autonomisen hermoston tehtävät
o homeostaasi
o rauhaset, sydänlihas ja sileä lihas
- ANS jako sympaattiseen ja parasympaattiseen (para-sympatikotonus)
o toiminta yhdessä antagonistisesti, resiprookkisesti tai synergisesti
- CNS säätelee
- 2 neuronin rata per- ja postganglionaarinen
o pre
molemmilla Ach – nikotiini
normaali synapsi
o post
sympaattinen noradrenaali alfa 1 ja 2, Beeta 1,2,3
parasympaattinen Ach, muskariini 1-5
varikosiitit
- Sympaatisen hermoston rakenne, sympaattinen hermorunko, kollateraaligangliot ja
lisämunuaisenydin, divergenssi ja konvergenssi
- Parasympaattinen, III, CII, IX, X aivohermot ja S3-4
o Ei divergenssiä, poikkeus Auerbach
o vähemmän kuin sympaattisia syitä, suppeampi vaikutus
o joistain osista puuttuu
66
Autonominen eli tahdosta riippumaton hermosto (ANS) huolehtii elimistön homeostaasin
neuraalisesta säätelystä säätelemällä rauhasten, sydänlihaksen ja sileän lihaksen toimintaa sekä
mukauttaa elimistön vireystilan ja toiminnan sopivaksi kulloiseenkin tilanteeseen.
ANS jaetaan sympaattiseen ja parasympaattiseen osaan. Sympaattinen hermosto toimii
yleensä elimistön kiihdyttäjänä ja valmistaa elimistöä ns. fight-flight tilanteisiin (sympatikotonus).
Parasympaattinen on yleensä rauhoittava ja sitä kutsutaankin ”anaboliseksi-hermostoksi - relax and
digest” (parasympatikotonus). Sympaattinen ja parasympaattinen hermosto voivat toimia
antagonistisesti (sydän +/-), resiprookkisesti (silmäterän koon säätely) tai synergisesti
(virtsaaminen).
Autonomista hermostoa säätelevät keskushermoston osat isoaivokuori, hypotalamus,
limbinen järjestelmä, ydinjatke ja selkäydin. Autonomiset refleksit toimivat usein somaattisten
rinnalla viskeraalisten toimintojen säätelyssä ja saavat vertailutietoa CNS:n ylemmistä keskuksista.
Somaattisesta hermostosta poiketen ANS käyttää kahden neuronin rataa. Sekä sympaatisen
että parasympaatisen hermoston ganlionaarinen viestinvälitys tapahtuu asetyylikoliini -
nikotiinireseptori välityksellä. Sympaattisen hermoston postganglionaarinen viestinvälitys tapahtuu
noradrenaalin välityksellä (pl. Ach välitteinen hikirauhasen stimulaatio ns. stressihiki) alfa ja beeta
reseptoreihin (a1,a2,b1,b2,b3). Parasympaatisessa välitys tapahtuu asetyylikoliinin välityksellä,
mutta nyt muskariinireseptoreiden välityksellä (M1-M5). Ganglionaarinen viestinvälitys tapahtuu
normaaleissa synapseissa kun taas postganglionaarinen viestinvälitys neuronin ja kohde-elimen
välillä tapahtuu nk. varikosiittien välityksellä.
Alfa1 – reseptorit ovat kalsium-välitteisiä ja toimivat laajalti elimistössä sileän lihaksen
supistajina. Alfa2 – reseptorit toimivat verisuonten sileissä lihaksissa vasokonstriktiossa. Beeta1 –
reseptorit lisäävät sydämen sykettä ja supistumisvoimaa. Beeta2 – reseptorit toimivat luustolihaksen
verisuonten ja keuhkoputkien laajentajina l. vaso- ja bronkodilaattoreina. Beeta3 – reseptorit lisäävät
rasvakudoksessa lipolyysiä.
Muskariinireseptorit: M1-reseptorit lisäävät mahanesteen eritystä vagus – hermon välityksellä. M2 –
reseptorit hidastavat sydämen pulssia. M3-reseptorit välittävät stimulaation sileään lihakseen ja
rauhasiin. M4-reseptorit stimuloivat insuliinin eritystä. M5-reseptoreiden epäillään stimuloivan
aivoissa dopamiinin vapautumista.
Sympaattisessa osassa preganglionaarinen neuroni sijaitsee selkäytimen lateraalisessa
sarvessa T1 – L3 alueella ja sen preganglionaarinen aksoni kulkee ventraalisen haaran kautta
selkäytimen vieressä sijaitsevaan sympaattisen hermosrungon ganglioon, josta postganglionaarinen
aksoni lähtee kohde-elimeen. Sympaattisen hermoston preganglionaariset aksonit ovat yleensä siis
lyhyitä ja postganglionaariset pitkiä. Parasympaattisessa hermostossa asia on päinvastoin.
67
Sympaattisella hermostollakin on kohde-elinten lähellä sijaitsevia kollateraaliganglioita ja
lisämunuaisen ytimeen kulkee suoraan preganglionaarinen aksoni. Lisämunuaisen ytimestä vapautuu
adrenaliinia ja sitä onkin pidettävä sympaattisen hermoston erikoistuneena gangliona.
Sympaaattiselle hermostolle on ominaista divergenssi ja konvergenssi. Divergenssillä
tarkoitetaan sitä, kun yhdestä pregangliosta haarautuu syitä useampaan postganglioon ja
konvergenssillä taas sitä, että yksi postganglio saa informaatiota useammasta pregangliosta.
Edellinen siis jakaa tietoa laajalle alueelle ja jälkimmäinen taas keskittää sitä, joka sallii massa-
aktivaation synnyn. Parasympaatisesta hermostosta divergenssi puuttuu.
Parasympaattset aksonit kulkevat III, VII, IX ja X aivohermojen ja sakraalihermojen (3 ja 4)
mukana kohde-elimiinsä ja preganglionaarinen aksoni on pitkä kun taas postganlionaarinen aksoni
on lyhyt. Parasympaattisilla ganglioilla ei ole poikkiyhteyksiä, eli kuten edellä on jo mainittu,
divergenssi puuttu. Poikkeuksena tästä on Auerbachin plexus, jossa yksi preganlionaarinen aksoni
hermottaa 8000 postganglionaarista neuronia. Parasympaattisia hermoratoja on vähemmän kuin
sympaattisia, joten sillä on suppeampi vaikutus profiili. Parasympaattinen hermotus puuttuu esim.
maksasta, rasvakudoksesta, lisämunuaisen ytimestä, laskimoista ja luustolihaksen arterioleista.
Miten sikiön verenkierto järjestyy uudelleen syntymän yhteydessä?
Ennen syntymää sikiön verenkierto poikkeaa syntymän jälkeisestä kahdella tavalla: sikiöllä on
napa- eli istukkaverenkierto sekä kolme oikovirtauskohtaa, joissa hapekas ja vähemmän hapekas
veri pääsevät sekoittumaan. Oikovirtauskohdat aiheuttavat sen, että sydämen puoliskot on ”kytketty
rinnan” kun taas syntymän jälkeen sydämen puoliskot on kytketty sarjaan. Keuhkot, joilla ei ole
ennen syntymää juurikaan funktiota, ohitetaan foramen ovalen ja ductus arteriosuksen kautta.
Foramen ovale on aukko oikean ja vasemman eteisen välillä; oikeaan eteiseen tuleva (istukasta
tullut) runsashappinen alaonttolaskimon veri ei täysin sekoitu yläonttolaskimon
niukkahappisemman veren kanssa, vaan pääosin (2/3) runsashappinen veri pääsee foramen ovalen
kautta vasempaan eteiseen. Yläonttolaskimon veri jatkaa matkaansa oikeaan kammioon, mutta
keuhkovaltimossa 80% tuosta määrästä meneekin ductus arteriosuksen kautta suoraan aorttaan.
Siis ainoastaan hyvin pieni osa sikiön verenkierrosta kiertää keuhkojen kautta, sekin määrä on
varsin niukkahappista verta.
Niukkahappinen veri palaa kahta napavaltimoa pitkin hapetettavaksi istukkaan ja happeutunut veri
takasin yhtä napalaskimoa pitkin. Verenkierto ohittaa 80-prosenttisesti maha-suolikanavan, koska
hapettunut napalaskimo yhtyy porttilaskimoon ja kulkee suoraan maksan läpi ductus venosuksen
kautta. Ductus venosus laskee alaonttolaskimoon.
68
Synnytyksen yhteydessä verenkierto järjestyy uudelleen: Ensimmäisen hengenvedon myötä
keuhkorakkulat täyttyvät ilmasta ja keuhkokapillaarit avautuvat mekaanisesti. Hapen osapaine
nousee ja keuhkoverisuonten vastus laskee merkittävästä (vasodilaatio). Tässä vaiheessa oikea
kammio voi alkaa huolehtimaan keuhkoverenkierrosta, joten verenkierto kääntyy samoin päin kuin
aikuisella: veri hapettuu keuhkoissa ja hapettunut veri palaa keuhkolaskimoita pitkin vasempaan
eteiseen. Täällä kasvanut happimäärä (yhdessä muiden tekijöiden, mm. vasodilatoivien
prostaglandiinien vähenemisen vuoksi) edesauttaa ductus arteriosuksen sulkeutumista (puristuu
kiinni, ajan kuluessa ”surkastuu” jäänteeksi). Ductus arteriosuksen sulkeutuminen mahdollistaa
koko oikean kammion verimäärän kulkemisen keuhkojen kautta, mikä nostaa vasemman eteisen
painetta (laskimopaluu sinne lisääntyy) yhdessä muiden tekijöiden kanssa joka painaa foramen
ovalen suulla olevan läpän, ”venttiilin” kiinni eteisen seinämää vasten. Aikaa myöten läppä
kiinnittyy seinämään pysyvästi, mutta se voi jäädä (sydänpotilailla) myös vain passiivisesti
sulkeutuneeksi. Ductus venosus sulkeutuu hitaammin, muutamien päivien kuluttua synnytyksestä
(pysyvästi ”surkastunut” 2-3 kuukauden jälkeen). Napasuonet ja istukan suonet supistuvat
voimakkaasti lapsen alettua hengittämään; ne pakottavat veren lapsen kehoon ja minimoivat näin
verenhukan.
Millaisia muutoksia tapahtuu lapsen elintoiminnoissa syntymään liittyen?
*sydän ja verenkiertojärjestelmä, kts edellinen tehtävä*
Hengityselimet:
Raskausaikana sikiön keuhkot ovat olleet lapsiveden täyttämät (loppuvaiheessa n. 40ml) ja alveolit
painuneet kasaan. Keuhkokapillaarien virtausvastus on korkea. Keuhkot ovat valmistautuneet
toimintaansa jo raskausaikana: surfaktanttituotanto käynnistyy viimeisessä kolmanneksessa ja
sikiö harjoittelee hengittämistä hengitysliikkein rv10 lähtien. Hengitysliikkeet myös auttavat
keuhkojen kehityksessä.
Hapen osapaineet sikiön verenkierrossa ovat olleet varsin matalat, vaikka happikyllästeisyys onkin
ollut suhteessa suurempi johtuen sikiön suuremmasta Hb-pitoisuudesta ja fetaaliHb:n suuremmasta
affiniteetista happeen.
Nämä tekijät muuttuvat lapsen alettua hengittämään. Alhaisempi lämpötila synnytyksen jälkeen,
synnytyksessä kertynyt hiilidioksidi sekä sensorinen informaatiotulva stimuloivat lapsen
69
hengityksen käynnistymistä. Ensimmäinen hengenveto on raskain, mutta sitä helpottaa
pintajännitystä rikkova surfaktantti. Ensimmäinen hengenveto laajentaa keuhkot siten, että
keuhkoverisuonet avautuvat (vastus laskee) ja keuhkoverenkierto käynnistyy. Myös
oikovirtauspaikat sulkeutuvat. Keuhkoissa ollut alveolineste imeytyy nopeasti
keuhkokapillaareihin osmoottisen paineen vaikutuksesta. Hapen osapaineet verenkierrossa
nousevat aikuisen tasolle.
Maha- ja suolikanava, munuaiset, lisämunuaiset ja lämmönsäätely:
Maha- ja suolikanavan toiminta on raskausaikana ollut vähäistä, koska istukka on vastannut
ravinteiden siirtämisestä sikiön verenkiertoon;glukoosi, aminhapot ja rasvahapot ovat tulleet äidin
veren kautta. Sikiö on raskauden aikana varastoinut glykogeenia maksaan ja lihaksiin; näitä
varastoja käytetään syntymisen jälkeen. Synnytyksen jälkeen verensokeri tipahtaa puoleen
ensimmäisen vuorokauden aikana. Alussa (muutamien tuntien ajan) käytetään glykogeeni- ja
rasvavarastoja, lapsi on monesti myös ennen syntymää niellyt proteiinipitoista lapsivettä, joka vie
nälkää syntymän jälkeen. Äidinmaito (jota vauva saa pienen määrän usein jo synnytyssalissa parin
tunnin sisällä synnytyksestä) käynnistää suoliston kehittymisen ja suolen eritystoiminta ja
motiliteetti vilkastuvat. Lapsivedestä ja suoliepiteelin ekskreetiotuotteista koostuva meconium eli
lapsenpihka poistuu 1-2vrk synnytyksen jälkeen, jonka jälkeen uloste muuttuu vaaleaksi.
Myös munaiset ottavat syntymisen jälkeen vastuun kuonanerityksestä ja yksin nestetasapainosta.
Virtsamäärä ja glomerulusfiltraatio lisääntyy hitaasti, 1-2 vuoden aikana. Lisämunuaisten
fetaalikortex häviää pikkuhiljaa synnytyksen jälkeen (feto-plasentaalinen yksikkö ei enää toimi), ja
lisämunuaiset alkavat toimia kuten aikuisen lisämunuaiset.
Syntymän jälkeinen lämpötilaero käynnistää vastasyntyneessä termogeneesin ja ruskea rasva alkaa
palaa. Keskosilla ruskeaa rasvaa ja ihonalaista rasvaa on vähemmän, minkä vuoksi keskosena
syntynyt laitetaan syntymän jälkeen lämpökaappiin.
Mallivastausrunko:
1. Sydän ja verenkiertojärjestelmä
• sydän: rinnankytkentä sarjaan oikoteiden sulkeutuessa
a) Foramen ovale (paine vasemmalla puolella nousee hengityksen käynnistyessä)
b) Ductus arteriosus (keuhkoverenkierto aikuisen tasolle: 20% —> 100%)
c) Ductus venosus (veri maksaan)
d) Istukkakierto lakkaa (napasuonten supistuessa verta enemmän kehon alaosiin)
veri ei pääse sekoittumaan
70
• hapen osapaineen nousu hengityksen käynnistyessä
—> systeeminen vasokonstriktio (c ja d)
2. Hengityselinjärjestelmä
• sikiöajan nestetäytteiset keuhkot (painuneet kasaan) tyhjenevät
hengitys käynnistyy syntymän yhteydessä
(1. hengenveto/hengitystyö suuri, apuna surfaktantti)
käynnistää keuhkoverenkierron rintakehän laajetessa
(happen osapaine nousee/PG:t —> vasodilataatio —> vastus laskee)
“hypoksia” korjaantuu (osapaineet aikuisen tasolle)
3. Muut elinjärjestelmät (munuaiset, maha-suolikanava, lisämunuaiskuori)
• verensokerin akuutti lasku
• kehon lämpötilan lasku (suuri lämmönhukka/ihon ohut eristekerros)
—> NST (ruskea rasva) käynnistyy
• muut muutokset hitaampia:
a) Kuonaneritys istukalta munuaisille
b) Nutritio istukalta maha-suolikavalle rintaruokinnan käynnistyessä
c) Lisämunuaiskuoren fetaalicortexin toiminta hiipuu
( feto-plasentaaliyksikön toiminta lakkaa)
Raskauteen ja synnytykseen liittyvät endokriiniset muutokset
Kun hedelmöittynyt munasolu on kiinnittynyt 7-
10 päivän kuluessa hedelmöittymisestä, se alkaa
erittää äidin elimistöön istukkagonadotropiinia
eli hCG:tä (tämä voidaan todeta plasmasta tai
virtsasta -> raskaustestit). Istukkagonadotropiini
on lutropiinia muistuttava glykoproteeiini joka
ylläpitää keltarauhasen toimintaa kunnes istukka
voi itse valmistaa riittävästi progesteronia ja
estrogeeneja. Tätä kautta hormoni myös estää
äidin aivolisäkkeen gonadotropiineja: uusi
71
kierto ei pääse alkamaan. Veren hCG-pitoisuus on korkeimmillaan raskausviikon 10 tietämillä
minkä jälkeen se vähenee 80% raskausviikkoon 20 mennessä. Tällä tasolla se pysyy raskauden
loppuun saakka. hCG:n tuotantoa ensimmäisen kolmanneksen aikana säätelee paikallisesti erittynyt
GnRH (gonadotropiinia vapauttava hormoni). hCG:n vähenemiseen vaikuttaa negatiivisen
palautesäätelyn kautta sikiön (istukan) tuottama progesteroni tai steroidit. Progesteronin eritys
keltarauhasesta on korkeimmillaan 4-5 viikon kuluttua hedemöityksestä ja tämän jälkeen se laskee,
vaikka hCG tasot vielä nousevatkin. Syynä vasteeseen on reseptorien herkkyyden väheneminen ja
istukan estrogeenitasojen nousu. Viikkojen 7-10 välillä keltarauhasen steroidituotanto korvataan
istukan steroidituotannolla.
Istukan somatomammotropiini hCS muistuttaa rakenteeltaan ja toiminnaltaan prolaktiinia ja
kasvuhormonia. Sitä tuotetaan (istukan) synsytiotrofoblastisolukossa ja sen määrä äidin veressä
nousee koko raskauden ajan. hCS edistää rintarauhasen erikoistumista raskauden aikana (mutta
maidon tuottoon vaikuttaa huonommin kuin prolaktiini) ja sen pääfunktio on turvata sikiön
ravinnon saatavuus vastavaikuttamalla äidin glukoosi- ja rasva-aineenvaihduntaan. hCS:n
aiheuttaman anti-insuliinivaikutuksen seurauksena äidin plasman glukoosi nousee, jolloin myös
sikiö saa enemmän glukoosia käyttöönsä. hCS:n äidille indusoiman ”paaston” seurauksena myös
lipolyysi käynnistyy (rasvahappoja äidin käyttöön) ja proteolyysi, mitä kautta sikiö saa
aminohappoja käyttöönsä. Joskus hCS:n anti-insuliinivaikutuksen ja äidin luontaisen
insuliiniherkkyyden yhteysvaikutuksena voi syntyä raskausdiabetes, joka hoitamattomana on selkeä
riski mm. lapsen isokokoisuuteen (makrosomia).
Koska on tärkeää ettei äidin immuunijärjestelmä hylji sikiötä (jossa on 50% isältä peräisin olevaa
”vierasta” geenimateriaalia) istukan hormonit vaikuttavat äidin immuunijärjestelmään: mm.
progesteroni vähentää paikallisesti T-solu aktivaatiota, vaikuttaa makrofagien toimintaan ja
vähentää leukosyyttien määrää, hCG vähentää äidin immunoreaktiivisuutta.
Sukupuolihormonit vaikuttavat koko raskauden ajan: estrogeenit lisäävät kohdun kokoa, indusoivat
reseptoreja progesteronille ja oksitosiinille, stimuloivat äidin maksan proteiinin eritystä ja kasvattaa
rinnan ja rasvakudoksen kokoa. Progesteroni on tärkeä istukan implantaation ylläpidossa, se inhiboi
kohtulihaksen supistumista ja vähentää äidin immunologista vastatte sikiön antigeeneja kohtaan. Se
toimii prekursorina myös steroidituotannossa ja on osallisena synnytyksen käynnistymisessä.
Progesteroniarvot tasaantuvat alun nousun jälkeen vaiheessa, jossa progesteronituotanto siirtyy
keltarauhaselta istukalle; raskauden loppua kohden arvot nousevat voimakkaasti, noin 10-
kertaiseksi verrattuna korkeinpaan keltarauhasen progesteroniarvoihin. Estrogeeneja (erityisesti
72
estrioli) muodostetaan yhteistyössä sikiön, istukan ja äidin hormonien kanssa. Istukka muodostaa
estrogeeneja androgeeneista, joista tärkein prekursori on DHEA.
Äidin endokriininen toiminta muuttuu siis paljon raskauden aikana: Hypotalamus-aivolisäke-
gonadi –akselin toimintaa rajoitetaan sukupuolihormoneilla ja kiertävien gonadotropiinien
pieni määrä ei anna ovulaation tapahtua. Myös estrogeenin kasvu stimuloi prolaktiinin
eritystä; prolaktiinitasot alkavatkin nousta ensimmäisen kolmanneksen aikana ja kohoavat
loppua kohden kymmenkertaiseksi. Aivolisäkkeen laktotrofisolukko jakautuu ja kasvaa 50%.
Näiden lisäksi myös kilpirauhanen ja lisäkilpirauhanen kasvavat, lisäkilpirauhashormonin
eritys kasvaa eniten kolmannen kolmanneksen aikana.Sen tarkoitus on tehostaa kalsiumin
saantia seurauksena sikiön kasvavalle kalsiumin tarpeelle. Minerolo- ja glukokortikoidien
eritys kasvaa ja vapaan kortisolin määrä plasmassa on suurempi, koska sen sitojaproteiini on
korvattu progesteronilla. Useat äidin ja istukan hormonit toimivat yhteistyössä
varmistaakseen sikiön ravinnonsaannin. Toisen raskauspuoliskon tietämillä kehittyvä
insuliiniresistenssi on usean insuliini-antagonistihormonin yhdistynyt vaikutus; näitä
hormoneja ovat mm kasvuhormoni, prolaktiini hCS, glukagoni ja kortisoli.
Synnytystä edeltää istukan tuottaman kortikotropiini-vapauttajahormonin (CRH) nousu ja sitä
seuraavan DHEAn määrän kasvu. DHEAsta syntetisoidaan suoraan estrogeeniä (progesteronin
määrä laskee). Lopputuloksena on, että prostaglandiini E:n ja F:n synteesi kasvaa kohdun
solukossa ja sikiössä, mikä taas lisää oksitosiinireseptorien tuotantoa kohtuun. Se aiheuttaa myös
sen, että epämääräiset supistukset muuttuvat säännöllisiksi ja napakoiksi työntäen lasta
kohdunkaulaa vasten. Kohdunkaula on pehmentynyt relaksiinin vaikutuksesta, joten se aukeaa
lapsen työntyessä sitä vasten. Kohdunkaulan mekanoreseptorien venytys aiheuttaa kohtulihaksen
supistuksen sekä oksitosiinin vapautumista aivolisäkkeen takalohkosta. Oksitosiini taas on kohdun
voimakas supistaja, kohdun supistumisesta seuraa lapsen työntyminen, mekanoreseptoreiden
ärsytys ja taas oksitosiinin eritys, jne.
Syntymän jälkeen oksitosiini supistaa suonia (vähentää verenhukkaa ja mm. sulkee ductus
arteriosuksen).
73
Runko:
Alkuraskaus
*hCG ylläpitää keltarauhasta → estrogeeni, progesteroni (→tuotanto siirtyy istukalle
rv7-10)
*sukupuolihormonit rajoittavat hypotalamus-aivolisäke-gonadi –akselia → vain
vähän kiertäviä gonadotropiineja →ei ovulaatiota
*estrogeenin nousu →prolaktiini alkaa nousta
*(koko raskauden ajan) estrogeeni→kohtulihaksen kasvu, reseptorit, rintarauhanen...
*(koko raskauden ajan) progesteroni→ kohdun supistumisen esto,
immuunipuolustukselta suojelu jne
Keskiraskaus
*hCS (ja muut insuliini-antagonistit) → insuliiniresistenssi
*hCG laskee
*estrogeeni, progesteroni ja prolaktiini nousevat edelleen
(Keski/)loppuraskaus
*kilpirauhanen ja lisäkilpirauhanen kasvavat →kalsiumin tuotto
*mineralo- ja glukokortikoidien eritys kasvaa
*vapaan kortisolin määrä plasmassa kasvaa
Ennen synnytystä ja synnytyksen aikana
*Istukka→ CRH↑ →ACTH↑
*ACTH↑→ kortisoli↑→keuhkojen kypsyminen
*ACTH↑→DHEA↑→estrogeeni↑ , progesteroni ↓
*estrogeeni↑→aukkoliitoksia, reseptoreita, prostaglandiineja (→kohdunkaulan
pehmeneminen)
→kohdun supistuminen→oksitosiiniaallot→kohdun supistuminen...
74
Kalsiumaineenvaihdunnan endokriininen säätely - lisäkilpirauhashormoni (PTH)
- kalsitrioli (aktiivinen D-vitamiini)
- kalsitoniini
- luuston epäorgaaninen osa: kalsiumfosfaattia
- luuston orgaaninen osa: luusolut ja kollageeni I
- osteoblastit
- osteoklastit
- takaisinotto virtsasta
- hypokalseeminen tetanus
Vain osa ravinnon kalsiumista imeytyy ohutsuolessa. Imeytymisaste riippuu kalsiumin tarpeesta.
Imeytymiseen ohutsuolesta vaikuttaa Ca-kanava, D-vitamiini, calbindin, Na-Ca-vaihtaja ja H-Ca-
vaihtaja. Kaikki kalsium kulkee plasman kautta, osa sitoutuu sen proteiineihin ja osa kulkee
vapaana. Luusto on ylivoimaisesti tärkein kalsiumvarasto. Se koostuu orgaanisesta osasta (1/3),
johon kuuluu matriksi (98%), joka sisältää kollageeni tyyppi I:stä ja muita proteiineja sekä soluista
(2%), joihin kuuluu osteoblastit ja osteoklastit. Luusolujen toimintaa säädellään säätelytekijöillä.
Lisäksi luustossa on kalsiumfosfaatista ja muista suoloista koostuva epäorgaaninen osa (2/3).
Kalsium menetetään suoliston ja munuaisten kautta. Kalsiumaineenvaihdunnan kolme keskeistä
endokriinistä säätelijää ovat: lisäkilpirauhashormoni (PTH), kalsitrioli (aktiivinen D-vitamiini) ja
kalsitoniini. Muita kalsiumaineenvaihduntaan vaikuttavia tekijöitä ovat: PTHrP (parathyroid
hormone-related protein), glukokortikoidit, kasvuhormoni ja estrogeeni. Kalsiumaineenvaihdunnan
säätely on tärkeää, sillä liian alhaiset konsentraatiot veressä aiheuttavat pahoja kourituksia
luurankolihaksissa, jotka voivat johtaa hengitysteiden tukkeutumiseen. Lisäksi kalsiumilla on tärkeä
rooli mm. verenhyytymisessä.
Lisäkilpirauhashormoni (PTH)
Lisäkilpirauhaset tuottavat peptidirakenteista parathyroidhormonia PTH:ta. Se säätelee kalsiumin
kulkua solun kalvorakenteiden läpi ja suurentaa veren kalsiumpitoisuutta aktivoimalla
luunsyöjäsoluja eli osteoklasteja ja lisäämällä kalsiumin takaisinimeytymistä virtsasta distaalisissa
tubuluksissa. Lisäksi se vähentää fosfaattien takaisinimeytymistä proximaalisesta tubuluksesta ja
75
lisää 1,25-dihydroksikolekalsiferolin synteesiä. On olemassa kolmenlaisia PTH-reseptoreita. Kaksi
niistä on G-proteiinikytkentäisiä ja ne aktivoivat adenyylisyklaasin ja kasvattavat solunsisäistä
cAMP:tä. Kolmas reseptorityyppi käyttää toisiolähettinä solunsisäistä kalsiumia ja aktivoiden
proteiinikinaasi C:n. Ionisoitunut kalsium estää PTH:n synteesiä ja eritystä negatiivisellä
feedbackilla, puolestaan kalsiumin puutteessa PTH:n eritys lisääntyy. Kalsiumin pitoisuuksia
plasmassa havaitaan solukalvon Ca-reseptoreilla. Lisäkilpirauhasen liikatoiminnassa veren
kalsiumpitoisuus suurenee luuston kalsiumin kustannuksella. Luuston heikkeneminen aiheuttaa
murtumia ja kalsiumia saattaa kiteytyä keuhkoihin, valtimoiden seinämiin tai virtsateihin.
D-vitamiini
D-vitamiini vaikuttaa Ca2+ ja PO4:n aktiiviseen kuljetukseen ohutsuolesta, lisäksi se vaikuttaa
myös kalsiumin reabsorptioon munuaisissa. Näin plasman kalsiumkonsentraatio kasvaa.
Kolekalsiferoli tuotetaan auringon valon avulla 7-dehydrokolestrolista tai saadaan ravinnon
mukana. Kolekalsiferolia hydroksyloidaan edelleen maksassa ja munuaisissa ja siitä muodostuu
1,25-dihydroksikolekalsiferolia. Kun kalsiumin konsentraatio on korkea, synteesi ohjautuu toiseen
suuntaan ja tuotetaan inaktiivista varastomuotoa. 1,25-dihydroksikolekalsiferoli on steroidihormoni
ja sen sitoutuminen reseptoriin vaikuttaa calbindin-D:n geeniekspressioon. Calbindin-D proteiineja
on löydetty ohutsuolesta, aivoista ja munuaisista. Niiden pitoisuus ohutsuolessa korreloi limakalvon
läpi kuljetetun kalsiumin määrään.
Kalsitoniini
Kalsitoniini on kalsiumpitoisuutta madaltava hormoni. Se lisää luuta muodostavien määrää ja
vähentää luuta hävittävien solujen aktiivisuutta. Sitä erittyy kilpirauhasesta, kun kalsiumin
konsetraatio veressä kasvaa yli 9,5 mg/dL. Myös beta-adrenergiset agonistit, dopamiini ja
estrogeeni stimuloivat sen eritystä. Kalsitoniini reseptoreita löytyy luusta ja munuaisista.
Kalsitoniinin tarkka fysiologinen rooli on vielä epävarma, sillä sen puuttuminen ei vaikuta pitkällä
aikavälillä kalsium pitoisuuksiin elimistössä. Onkin ajateltu, että se olisikin tarpeellinen luuston
kehittymiselle, ja että se saattaisi suojella äidin luustoa raskauden aikana.