•Udržování stálého vnitřního prostředí • •homeostatické mechanismy pro • - stálou koncentraci rozpuštěných látek → osmotický tlak • (osmoregulační funkce) • - pH (exkreční funkce) • - teplotu těla (termoregulační pochody) •OSMOREGULACE • Vývoj (a vznik) živočichů v moři -> radiace do sladkých vod a souš. • • • Koncentrace solí Hl. ionty Další •─────────────────────────────────────────────── •Mořská voda 3,5 % =1122 mmol/l Cl- Na+ Mg2+SO42-Ca2+ •Sladká voda 0 0 Ca2+Na+HCO3- dtto •Brakická voda 0,05-3% 10-1000 •─────────────────────────────────────────────── •Tělní tekutina (většiny) 300 mmol/l •Živočichové euryhalinní - snášejí značné změny v obsahu solí ve vodě stenohalinní • Mnozí bezobratlí – izoosmotičtí (stejný osmotickém tlaku, jako je mořská voda) •osmokonformátoři (poikiloosmotičtí) – změní obsah svého vnitřního prostředí •- osmoregulátoři (homoioosmotičtí živočichové) - snažit udržovat své vnitřní prostředí stálé • ("vybírají si" – iontová regulace). •Výrazný vývoj selektivní schopnosti výměny některých iontů – hypoosmotičtí živočichové – mořské kostnaté ryby – • 3krát řidčí intersticiální tekutina → stálá regulace proti ztrátám vody. Hlavní cesty ztrát vody: žábry a ledviny → zlepšení jejich koncentračních schopností. • iont přesun iont přesun •Brakické a sladké vody - živočichové hyperosmotičtí (více solí v tělních tekutinách než ve vodním prostředí) → obrana proti ztrátám solí (moč) a vnikání nadbytečné vody dovnitř (přes žábry) •ionty pronikají jen na žábrech, povrch těla brání průniku •Sekrece iontů na žábrech •U suchozemských – nebezpečí vodních ztrát. Úkol: udržení vodní bilance (rovnováha ztrát vody x mechanismů regulujících příjem). • •Mechanismy vodních ztrát •Vypařování •Ztráty vody močí •Ztráty vody výkaly • •Mechanismy příjmu vody •Pití a příjem potravy •Metabolická voda (oxidační) při zužitkování zásobních látek (tuky) •Osmoregulační orgány • •Těsné spojení exkreční a osmoregulační funkce. • •Specializované orgány s osmoregulací – •solné žlázy ptáků a želv na vrcholu hlavy nad očima. •Stejně slzné žlázy krokodýlů (vylučují nadbytek iontů z mořské vody). • •Stažitelná vakuola prvoků • •Řízení přesunu iontů a vody – látkové: •Bezobratlí (žížala, slimák (kroužkovci, plži)) – nervové buňky produkují látky, které řídí obsah vody a iontů v organismu (konc. spád). •Obratlovci – mezimozek – axony – neurohypofýza • (ADH – antidiuretický hormon proti tvorbě moči v ledvinách) •z kůry nadledvin (aldosteron (zpětná resorpcie Na+ iontů a vody v ledvinných tubulech z primární moči a naopak vylučování K+ a H+ iontů). Syntézu podporuje ACTH (drenokortik. z hypofýzy). •Společné působení na úrovni povrchových membrán (žábry, kůže, močový měchýř žab) a ledvinných kanálků a na rektální a solné žlázy. sol žl •EXKRECE •Spalování živin - produkty metabolismu z těla různými cestami: • - voda s močí, výkaly, výparem z kůže, plic • - CO2 – v plicích, ale i moči, potu (jako kyselé uhličitany) • - N-sloučeniny - exkreční orgány • Tvorba exkrečních látek: deaminací aminokyselin (vylučování metabolitu N2)→ amoniak (jedovatý) – živočichové amonotelní, vylučují dusík ve formě amonných iontů, především vodní živočichové. • •Suchozemští - přeměna amoniaku na •méně jedovaté zplodiny •(močovina, kyselina močová). •Živočichové ureotelní - močovina •(korýši, měkkýši, ostnokožci, •z obratlovců obojživelníci a savci) •urikotelní - vylučují dusík ve formě kyseliny močové, •mají omezený kontakt s vodou •(suchozemští bezobratlí – hmyz, plži, •většina plazů a ptáků). • ornitin cykl •NH2 amid •Močovinový- ornitinový cyklus se zbavuje dusíku, •který je zakomponován do močoviny •Odvod exkretů • Exkreční ústroje morfologicky rozmanité, společné znaky: • 1. kromě odstraňování nepotřebných (škodlivých) látek i regulace osmotického tlaku • 2. vztah k tělní tekutině • 3. podoba trubic, které jímají exkreční tekutinu (izotonickou) filtrací (hmyz ne). • 4. resorpce a sekrece – proti koncentračnímu spádu, potřeba energie (př. ledviny – spotřeba velké mn. energie) • •Prvoci, houby, láčkovci, ostnokožci – bez exkrečních orgánů – jen osmóza. •Vyšší živočichové – 4 typy vylučovacích orgánů: • •1. Nefridiální orgány hlístů, červů, kroužkovců a částečně měkkýšů, (nejjednodušší, mají podobu různých kanálků zakončených plaménkovými buňkami) • •2. Antenální žlázy korýšů (vylučovací orgán korýšů rakovců, umístěný v hlavohrudi a ústící u základu druhého páru tykadel) • •3. Malpigické žlázy hmyzu (tenké trubicovité rozvětvené žlázy u vzdušnicovců nebo u některých klepítkatců, ústí do trávicí trubice za středním střevem, jsou volně pohyblivé, jen jedním koncem připojené ke střevu, vylučují z těla sloučeniny dusíku, čímž regulují přítomnost solí v organismu). • • •4. Ledviny obratlovců • malpig trub funkce malpig trub funkce •Urát kys. močové • •Nefron: •Bowmanův váček v kůře, v něm klubíčko krevních vlásečnic (glomerulus). Z Bowm. v. – vinutý kanálek 1. řádu (proximální tubulus) – narovnání – přechod do dřeně – sestupná větev Henleovy kličky, •vzestupná větev H. k. zpět do kůry, •rozšířený zprohýbaný vinutý kanálek II. řádu (distální tubulus) → sběrný kanálek v dřeni s dalšími – společný vývod na vrcholu ledvinné pyramidy do pánvičky • a)kortikální nefron s krátkou H.k. – •téměř celý v kůře •b) juxtamedulární nefron – glomerulus v kůře u hranice s dření, dlouhá H.k. •Morfologie nefronu •Člověk celkem 1 milión v 1 ledvině. Skot 8 mil., kočka 230000, myš 5000. •Ledviny obratlovců • •Párový orgán, kůra + dřeň z kuželovitých útvarů – pyramid. Hroty do ledvinné pánvičky, z ní močovod (ureter) → močový měchýř → močová trubice (uretra) nefron sav •Krevní zásobení •– sestupná aorta → •krátká renální tepna – •rozpad na arterioly. • •Ty vnikají do ledvin: • větve k Bowmanovým váčkům – přívodné arterioly (vas afferens), kapiláry v B.v. • •→ spojování v odvodnou arteriolu (vas efferens), • •ty ke kanálkům, • rozpad na vlášečnice → žilky → renální žíla → dolní dutá žíla. • •Průtoky: člověk 1 300 ml /min. •Práce – stah renálních cév – pokles průtoku, přesun krve ke svalům. nefron krev nefron krev •Funkce ledvin: •oddělení zatěžujících látek z krve – •udržení stálého vnitřního prostředí • •Glomerulus: filtr – oddělí tekutinu od krevních buněk a bílkovin – •izotonický filtrát s krevní plazmou •Vyšší tlak krve – vyšší filtrace. •Změny tlaku v Bowmanových váčcích – •závislé na relativním stupni konstrikce přívodné a odvodné arterioly. • •Intenzita glomerulární filtrace – v obou ledvinách za den člověk profiltruje 150 l tekutiny – 1200 g NaCl, 200 g glukózy. Zpětná resorpce. • •Účinnost: reabsorpce glukózy – 100 %, NaCl 99,5 %, vody 99 %. •První dva: aktivní proces s enzymatickým nosičem + energií, voda – pasivně osmotickým gradientem. ledviny fce ledviny fce •Amoniový kation •Vstřebávané látky v •předním úseku proximálních tubulů: • glukóza • aminokyseliny • kyselina askorbová (C) • Na+ • jiné elektrolyty • voda (80 %). •Sestupné rameno Henleovy kličky •propustné pro vodu, •vzestupné nepropustné – •značná resorpce Na+ a Cl- •→ do vinutého kanálku II. řádu •– hypotonická moč (100 mmol/l), •přesun dalších 10 % vody → •izotonická tekutina ve sběrném kanálku ledviny – další aktivní přesun Na+ ven – zahušťování, další difúze vody a koncentrace moči. Výsledek - 1200 mmol/l. • •Podstata koncentračních změn v ledvině – protiproudový mechanismus tvorby moči. •Tvorba moči – člověk 1,5 l za den (50 g pevných látek – 30 g močoviny, 15 g NaCl, další anorganické látky, stopy hormonů, produkty rozpadu – •kreatinin, k. močová aj. ledviny fce ledviny fce • Řízení činnosti ledvin a)řízení průtoku krve – nervově – sympatikus • - průtok v kůře – bez výrazných změn, pouze změny krevního tlaku • - průtok dření – závislý na krevním tlaku – změny periferního odporu v přívodných a odvodných arteriolách a změny v počtech otevíraných kapilár v glomerulech •b) výměna látek v tubulech – humorální • - ADH (antidiuretický hormon) hypofýzy řídí zpětnou resorpci vody změnou velikosti pórů v proximálních tubulech • - aldosteron z kůry nadledvinek zvyšuje reabsorpci Na+ v distálních tubulech, zvyšuje vylučování K+ a H+ • - paratyreoidní horm. – (příštítná tělíska), omezuje vylučování vápníku ledvinami a způsobuje větší vyplavování fosforečnanu, snižuje zpětnou resorpci fosfátů • •Močení •Močový měchýř – shromažďování moči. Plastické stěny se svalovými vlákny (hladká), autonomní nervový systém. •Překročení určitého tlaku – (po roztah) – •podráždění receptorů – reflex přes křížovou míchu – stah svalů močového měchýře – •parasympatikus. Současné uvolnění svěračů močové trubice (somatická nervová vlákna) → vyprázdnění močového měchýře – reflexní děj na úrovni míchy s ovládáním vyššími patry nervové soustavy (vůlí). močení močení •Hospodaření teplem • •Teplota – faktor ovlivňující intenzitu fyziologických pochodů. •Poikilotermí (ektotermní, studenokrevní) x • x homoitermní (endotermní, teplokrevní) živočichové. • •Silná závislost na teplotě prostředí • - ovlivnění aktivitou (zvýšení až o 12o C) • - ovlivnění energií slunečního záření • - aktivní ovlivňování tělesné teploty – včely v úlu • •Specifické receptory na teplotní změny – až plazi •Teplota homoiotermů – okolo 37oC savci, ptáci vyšší. •Změny. teplot režim teplot režim •Povrchové oblasti – většinou chladnější (i výrazně). •T > 41oC – smrt savců, T < 25oC ireverzibilní poruchy srdeční činnosti (nepravidelnosti převodu vzruchů mezi předsíněmi a komorami). •Stálost tělesné teploty – regulační systémy (vznik x výdej tepla podle prostředí, izolační vrstvy, ...) • • • • • • • teplot režim •Zisk tepla: • - oxidace základních látek (cukry, tuky, bílkoviny) – spalování • a) primárně vedlejší produkt 55 % cukrů – 2,88 kJ/mol (0,69 kcal/mol) • b) štěpení ATP – zbytek (45 %) energie živin → chemická energie fosfátových vazeb – využitelná pro všechny biologické děje • c) teplo z prostředí – fyzikální cesty •Ztráty tepla: povrchem těla prouděním (konvekce), sáláním (radiace) - velikost ztrát stoupá se snižující se teplotou okolí. Význam vypařování - stoupá se zvyšující se t okolí. Ztráty tepla vedením (kondukce) jsou málo významné ve vzdušném prostředí. •Mechanismy tepelné rovnováhy •Homoiotermové – při určité t okolí rovnováha mezi výdejem a příjmem tepla bez termoregulačních dějů – •zóna termoneutrality – okolo 30o C. •Různý rozsah. •Přesáhnutí termoneutrální zóny – •činnost termoregulačních mechanismů: •chemické a fyzikální. •Souhra: neurohumorální děje. • • • • •Chemická termoregulace • Změny produkce tepla v těle. •Nižší teplota (než termoneutrální zóna) – •teplotní ztráty – •kompenzace produkcí tepla (zvýšení metabolismu až organismus nestačí pokrýt tepelné ztráty a prochládá). Metabolický kvocient = 3 – 6. teplot prod •Chemická termoregulace • •Produkce tepla v chladu: svalový třes, netřesová termogeneze. • •Svalový třes – primární termoregulační význam. Rytmické nevolní oscilace příčně pruhovaných svalů končetin. Jsou náhodné, nekoordinované. Synchronizace do tzv. výbuchů • •Netřesová termogeneze je vyvolána termogenním působením hormonů (noradrenalin) ze sympatického nervového systému a dřeně nadledvinek. Novorozenci a chladově adaptovaní živočichové, u větších (nad 10 kg) se nevyskytuje. U malých zvyšuje BMH až 5krát. Je lokalizována v hnědé tukové tkáni a částečně v kosterní svalovině. • •Fyzikální termoregulace •Mechanismy hospodaření s teplem (vyrobeným i získaným). •Tepelná obrana proti ztrátám •Izolace těla •Prokrvení kůže •Změny v chování • •Tepelné ztráty •Pocení – někteří, potní žlázy nerovnoměrně rozloženy. Člověk denně až 10 l potu – neutrální - slabě kyselý, •2 % sušiny – kyselina močová, glukóza, NaCl, •nižší mastné kyseliny (zápach). Ztráty tepla dýchacími cestami. • •Vazodilatace – při přehřátí – roztažení cév, zvýšení tepelných ztrát povrchem (teplé prostředí, práce, teplé jídlo a pití). • •Nepozorovatelné vypařování (perspiratio insensibilis) – denní ztráty až 800 ml vody a 1884 J • •Chování živočichů •Řízení hospodaření teplem •Fyzikální a chemická termoregulace • - nervový a endokrinní systém •Termorecepce - termoreceptory v kůži •Další reakce: •změny t krve zásobující mozkový kmen. •Integrace - přední hypotalamus. •Nižší termoregulační centra – •segmenty míchy •(vazomotorické reakce, vylučování potu), •mozková kůra - podmíněné reflexy •(vazodilatace, pocení - emoce •bez termoregulačního významu, •denní rytmy tělesné teploty). •Odstředivé dráhy •začínají v (zadním) hypotalamu • teplot režim říz •Vývoj termoregulace v ontogenezi • • Podle kvality termoregulace v okamžiku porodu: • 1. zralé formy (kuře, morče) • 2. formy s termoregulací odlišnou od dospělců (pes, člověk) • 3. nezralé formy (myš, krysa, křeček, holub aj.) • •Stárnutí organismu - snižování termoregulačních schopností (menší funkční plastičnost mozkové kůry, zhoršení vazomotorických reakcí, snížení aktivity metabolismu aj.).