Biologia 4: luku 11 Aistit

Aistielimet ottavat ärsykkeitä vastaan, muuttavat ne hermoimpulsseiksi ja lähettävät niitä edelleen aivojen tulkittaviksi. Ympäristöstä tulee valtava määrä ärsykkeitä, mutta aistimme reagoivat niistä vain osaan. Aistisolujen solukalvossa on reseptoreja, joihin ärsykkeet vaikuttavat ja jotka saavat aikaan hermoimpulssin syntymisen.

Hermoimpulssi etenee aistirataa pitkin keskushermostoon. Pään alueelta tulevat aistiradat siirtävät impulssin suoraan aivoihin, muut radat kulkevat selkäytimen kautta. Aistimukset syntyvät isoaivojen kuorikerroksessa. Aistien tottumista samanlaisena jatkuvaan ärsytykseen sanotaan adaptaatioksi eli mukautumiseksi.

Näköaisti                                                                             

Sarveiskalvo, linssi ja lasiainen taittavat silmään tulevaa valoa, jolloin katsottavasta kohteesta muodostuu ylösalaisin oleva kuva verkkokalvolle. Aivot kääntävät kuvan oikein päin. Linssi on kimmoisa, ja sen muotoa muuttamalla silmä voidaan kohdistaa katsomaan lähellä tai kaukana olevia kohteita. Kauas katsottaessa silmä lepää, koska sädelihas veltostuu ja laajenee, linssiin kiinnittyneet ripustinsäikeet kiristyvät ja linssi muuttuu litteämmäksi. Lähelle katsottaessa sädelihas supistuu, ripustinsäikeet löystyvät ja linssi pyöristyy.

Vanhemmiten linssin kimmoisuus vähenee ja mukautumiskyky heikkenee, joten on vaikea katsoa tarkasti lähelle. Tällöin tarvitaan lukulasit eli pluslasit. Miinuslasit tarvitaan, jos on vaikea nähdä kunnolla kauas. Hajataittoisuudessa joko sarveiskalvo tai silmän linssi taittaa valonsäteitä epäsymmetrisesti, jolloin kuva nähdään epätarkkana. Tämä voidaan korjata epäsymmetrisesti hiottujen silmälasien avulla.

Sauvasolujen avulla nähdään hämärässä ja tappisolujen avulla kirkkaassa valossa

Verkkokalvolla on kahdenlaisia aistisoluja, sauvoja ja tappeja. Sauvat toimivat hyvin hämärässä ja niiden viestien perusteella muodostuu mustavalkoinen kuva. Tappeja on sauvoja paljon vähemmän ja niiden avulla voidaan nähdä värejä. Tappeja on eniten verkkokalvon keskellä olevan keltatäplän alueella. Sen keskellä on keskikuoppa eli tarkan näkemisen kohta. Siinä on vain tappisoluja ja sen takia hämärässä ei voi nähdä aivan tarkasti.

Sekä sauvoissa että tapeissa valo vaikuttaa vastaanottavaan reseptoriproteiiniin, näköpigmenttiin, joka hajoaa valon vaikutuksesta aiheuttaen aivoihin kulkevan hermoimpulssin. Sauvojen näköpigmentti on nimeltään rodopsiini, joka valon vaikutuksesta hajoaa opsiiniksi ja retinaaliksi. Retinaali on A-vitamiinin johdannainen, joten pitkäaikainen A-vitamiinin puutos voi aiheuttaa hämäräsokeutta, koska ilman A-vitamiinia sauvasolut eivät pysty tuottamaan riittävästi hämäränäkemiseen tarvittavaa retinaalia.

Värien näkeminen perustuu siihen, että tappisoluja on kolmea tyyppiä. Ne ovat herkkiä joko  siniselle, vihreälle tai punaiselle valolle. Mikäli puna- tai viherherkät tappisolut puuttuvat tai eivät toimi kunnolla, on ihminen punavihersokea ja hänen on vaikea erottaa punaisia ja vihreitä värisävyjä toisistaan. Piirre on resessiivinen, ja siihen vaikuttava geeni sijaitsee X-kromosomissa. Mies on punavihersokea, jos hän perii alleelin X-kromosomissa äidiltään, mutta nainen on punavihersokea vain, jos hän perii sen kummaltakin vanhemmaltaan. Siksi punavihersokeus on yleisempi miehillä kuin naisilla.

Karsastuksessa silmien yhteispeli ei onnistu, vaan silmien verkkokalvoihin piirtyy eri alue näkökentästä. Karsastuksen jatkuessa aivot voivat oppia hylkäämään heikomman silmän antamaa informaatiota pysyvästi.

Kuuloaisti

Ääni on ilmassa eteneviä paineaaltoja, joiden tiheyden vaihtelut ilmenevät eri taajuuksina. Ne aistitaan sävelkorkeudeltaan erilaisina ääninä. Korva muuttaa vastaanottamansa paineaallot hermoimpulsseiksi, jotka tulkitaan aivoissa korkeudeltaan ja voimakkuudeltaan erilaisiksi ääniksi.

Korvalehti vastaanottaa ääniaaltoja, jotka ohjautuvat korvakäytävän kautta tärykalvolle ja saavat sen värähtelemään. Tärykalvon värähtelyn takia kuuloluut (vasara, alasin ja jalustin) alkavat liikkua ja muuntavat ilmassa etenevät paineaallot mekaaniseksi värähtelyksi. Viimeisenä oleva kuuloluu, jalustin, on kiinnittyneenä sisäkorvaan johtavaan eteisikkunaan, jonka kautta värähtely siirtyy sisäkorvassa olevaan nesteeseen. Ääniaalto etenee nesteessä simpukan sisällä. Aaltoliike liikuttaa simpukan kalvoja, mikä aiheuttaa mekaanisen ärsytyksen kuuloaistinsoluissa.

Simpukan aistisolut erottelevat korkeudeltaan ja voimakkuudeltaan erilaiset äänet

Simpukassa on kolme vierekkäistä käytävää, joissa olevaan nesteeseen välikorvan kuuloluut siirtävät luissa tapahtuvan mekaanisen värähtelyn. Kuuloaistisolut sijaitsevat keskimmäisenä olevassa simpukkatiehyessä tyvilevyyn kiinnittyneinä. Aistisolujen pinnassa on jäykkiä, ohuita ulokkeita, minkä takia aistisoluja kutsutaan karvasoluiksi. Ne ärtyvät kosketuksesta, kun karvat osuvat katekalvoon ja samalla taipuvat tyvilevyn liikahdellessa nesteen värähtelyn tahdissa.

Karvasoluissa syntyneet impulssit siirtyvät kuulohermoon ja edelleen isoaivojen ohimolohkoissa sijaitseviin kuulokeskuksiin. Ihmiskorva erottaa ääniä, joiden taajuus on välillä 20 – 20 000 Hz.

Sisäkorvan tasapainoelin

Sisäkorvan tasapainoelin koostuu kolmesta toisiaan vastaan kohtisuorassa asennossa olevasta kaarikäytävästä sekä niiden tyvellä sijaitsevista kahdesta rakkulasta. Tasapainoelimestä tulevat hermoimpulssit kulkevat kuulo-tasapainohermoa pitkin aivorungon alueelle, missä ne yhdistyvät näkö-, lihas- ja jänneaistin sekä ihon välittämään tietoon. Jos aivot saavat eri aistien kautta ristiriitaista tietoa vartalon liikkeistä, voi seurauksena olla matkapahoinvointi.

Haju- ja makuaisti

Makua aistivat solut sijaitsevat eri puolilla kieltä olevien kielinystyjen makusilmuissa. Kullakin perusmaulla on sille herkin alueensa kielen pinnassa. Perusmakuja ovat suolainen, makea, hapan, karvas (kitkerä) ja umami (natriumglutamaatti). Perusmakujen yhdistelmistä syntyy tuhansia erilaisia makuaistimuksia.

Hajuaisti on tarkempi ja herkempi kuin makuaisti. Hajusolut sijaitsevat nenäontelon katossa olevassa, noin postimerkin kokoisessa hajuepiteeelissä. Sitä peittää limakerros, johon hajuaineiden on liuettava ennen tarttumistaan reseptoreihin. Aistisolujen haarakkeiden ja hajuhermon kautta hermoimpulssit kulkeutuvat isoaivojen kuoren hajualueelle.

Kipuaisti

Kipua aistivia soluja on lähes kaikkialla elimistössä. Niitä on etenkin ihossa ja sisäelimiä ympäröivissä kalvoissa. Kipuaistimus voi syntyä mistä tahansa ärsykkeestä, jos se on liian voimakas. Esim liian kova ääni sattuu korviin. Vapaat hermopäätteet toimivat kipureseptoreina. Kipuun ei totu, sillä kipuaisti ei adaptoidu toisin kuin tunto- tai hajuaisti. Joskus kipu voi kuitenkin muuttua krooniseksi. Kroonisen kivun syytä ei aina tiedetä.

Biologia 4: luku 10 Munuaiset ja maksa

Munuaiset pitävät hengityselinten kanssa yllä elimistön oikeaa pH:ta. Virtsan pH:n vaihtelun avulla elimistön pH pysyy tasaisena. Munuaiset myös pitävät elimistössä olevan veden määrän vakiona ja säätelevät monien elimistölle tärkeiden ionien, kuten natriumin ja kaliumin määriä. Lisäksi munuaiset poistavat verestä solujen aineenvaihdunnassa syntyneitä kuona-aineita kuten ureaa.

Ureaa syntyy maksassa aminohappojen hajoamistuotteena. Munuaiset myös valmistavat erytropoietiinia, joka lisää punasolujen muodostumista. Lisäksi munuaiset osallistuvat verenpaineen säätelyyn. Oikean pH:n säilyttäminen elimistössä on tärkeää mm. siksi, että soluissa toimivat entsyymit vaativat toimintaympäristölleen tietyn happamuuden.

Nefronit ovat munuaisten toiminnallisia yksiköitä        

Nefronin toiminta voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen: suodattuminen, takaisinimeytyminen ja aktiivinen eritys. Munuaiskeräsessä muodostuvaa alkuvirtsaa muodostuu noin 180 litraa vuorokaudessa. Alkuvirtsan suodattuminen tapahtuu munuaiskeräsessä, jossa on kolme kertaa korkeampi verenpaine kuin hiussuonissa yleensä, joten suodatus on tehokasta. Verisolut ja suurino osa plasman proteiineista eivät suodatu koteloon, koska ne ovat liian suuria. Sen sijaan koteloon suodattuu sekä kuona-aineita että elimistön soluille hyödyllisiä aineita.

Hyödylliset aineet ja osa vedestä imeytyvät takaisin munuaistiehyissä. Munuaistiehyisiin erittyy AKTIIVISESTI aineita hiussuonista. Aktiivisen erittymisen avulla elimistöstä poistuu esim hormoneja, lääkeaineita, ioneja ja elintarvikkeiden lisäaineita. Aineet siirtyvät munuaistiehyistä kokoojaputkiin ja poistuvat virtsan mukana.

Virtsateihin kuuluvat munuaisaltaat, virtsanjohtimet, virtsarakko ja virtsaputki. Virtsateissä virtsan koostumus ei enää muutu. Jotkin ruoat ja juomat, kuten kahvi, vähentävät antidiureettisen hormonin (ADH) eristystä ja siten lisäävät elimistöstä poistuvan virtsan määrää. Hermosto ja hormonit ohjaavat munuaiset toimimaan vallitseviin olosuhteisiin sopivalla tavalla. Mitä enemmän juodaan, sitä enemmän elimistöstä poistuu virtsaa.

Maksa

Kaikki aineet, jotka ovat imeytyneet vereen ruuansulatuselimistöstä, kulkevat maksan läpi. Maksa hajottaa, muokkaa ja varastoi elimistön aineenvaihduntareaktioissa syntyneitä aineita sekä säätelee elimistön sisäistä tasapainoa. Suurin osa maksaan tulevasta verestä tulee ruuansulatuselimistöstä maksan porttilaskimoa pitkin.  Kun veri on kulkenut maksan läpi, se poistuu maksalaskimoa pitkin alaonttolaskimoon.

Maksa hajottaa ja muokkaa elimistölle haitallisia ja tarpeettomia aineita, kuten elintarvikkeiden sisältämiä lisäaineita, alkoholia ja ympäristömyrkkyjä. Maksan soluissa alkoholi muuttuu asetaldehydin kautta haitattomaksi etikkahapoksi. Pitkäaikainen alkoholin käyttö kuitenkin vaurioittaa maksakudosta. Se lisää rasvan kertymistä maksasoluihin. Runsaan käytön seurauksena voi kehittyä maksakirroosi. Siinä normaali maksakudos korvautuu sidekudoksella ja seurauksena on maksan toiminnan heikkeneminen. Maksan solut muokkaavat haitallisia aineita vaarattomampaan muotoon muuttamalla ne vesiliukoisiksi, jolloin ne voivat poistua munuaisten kautta.

Maksa valmistaa sappinestettä, hiilihydraateista rasvoja sekä maitohaposta ja aminohapoista glukoosia. Lisäksi maksa valmistaa ureaa aminohappojen typpiosista. Maksa valmistaa myös kolesterolia sekä joitakin hormoneja ja veriplasman proteiineja kuten fibrinogeenia.

Kolesteroli

Kolesterolia valmistuu maksassa. Sieltä se siirtyy sappinesteen mukana ohutsuoleen ja imeytyy verenkiertoon. Kolesteroli on välttämätön solukalvon rakenneosa. Sitä tarvitaan myös steroidihormonien, sapen ja D-vitamiinin  valmistamiseen. Kolesteroliin liittyy maksassa kuljetusproteiineja. LDL kuljettaa kolesterolia maksasta kudoksiin ja HDL takaisin maksaan. Jos veressä on paljon LDL- lipoproteiinia, sitä tarttuu verisuonten seinämiin. Tällöin verisuonet ahtautuvat ja jäykistyvät, jolloin verenkierto heikkenee ja seurauksena on ateroskleroosi eli valtimonkovettumatauti. Siihen liittyy lisääntynyt sydän- ja aivoinfarktin riski. HDL-lipoproteiini pystyy poistamaan kolesterolia verisuonten seinämistä.

Maksa varastoi verta, rautaa, glukoosia glykogeeniksi, A- ja B12-vitamiineja sekä elimistölle haitallisia aineita kuten raskasmetalleja.

Biologia 4: luku 9 Luu- ja lihaskudos

Ihmisessä on yli 200 luuta. Luusto suojaa herkkiä sisäelimiä, kuten aivoja. Luusto tuottaa verisoluja ja toimii mineraalien, lähinnä kalsiumin ja fosfaatin, varastona. Tärkeimpiä luutyyppejä ovat putkiluut, kuutioluut ja litteät luut. Luu on elävää kudosta, joka uusiutuu jatkuvasti. D-vitamiini edistää kalsiumin imeytymistä suolistosta. Se toimii rakennusaineena elimistössä syntyville hormoneille, jotka säätelevät luukudoksen uusiutumista. Auringon UV-säteily on välttämätöntä D-vitamiinin muodostukselle. Veren kalsiumtasoa säätelevät myös kilpirauhasen erittämä kalsitoniini ja lisäkilpirauhasen erittämä parathormoni.

Nivelpintoja peittää rustokudos, joka on pehmeämpää ja sileämpää kuin luukudos. Rustokudos ja nivelontelon nivelneste tekevät nivelpinnoista liukkaita, joten luut liikkuvat nivelpussissa ilman suurempaa kitkaa. Niveltyyppejä  ovat pallonivel, ratasnivel, satulanivel ja sarananivel.

Lihasten supistuminen vaatii runsaasti energiaa

Luustolihakset supistuvat nopeasti ja väsyvät melko helposti. Luustolihassolut ovat monista yhteenkasvaneista soluista muodostuneita monitumaisia jättiläissoluja. Luustolihakset ovat tahdonalaisen hermoston säätelemiä. Liikehermosta tuleva hermoimpulssi saa ne supistumaan. Impulssin saapuessa liikehermon hermopäätteeseen siitä erittyy asetyylikoliinia, joka kiinnittyy lihassolun solukalvon reseptoreihin. Tämä saa aikaan sähköisen impulssin lihassolussa. Supistumisessa lihassolujen proteiinisäikeet eli aktiini ja myosiini, liukuvat toistensa lomiin, jolloin lihas supistuu.

Lihassolujen ATP-varastot riittävät vain muutaman sekunnin maksimaaliseen lihastyöhön. Tämän jälkeen lihassolut käyttävät ATP:n tuottamiseen sekä omia glykogeenivarastojaan että verestä siirtyviä rasvahappoja ja glukoosia. Veren glukoosia tulee maksan glykogeenivarastoista, joiden käyttöönotto tapahtuu glukagonihormonin avulla. Soluhengitykseen tarvitaan lisäksi happea. Mitokondrioissa tapahtuva soluhengitys lataa tehokkaasti ATP-molekyylejä. Samalla syntyy lämpöä, hiilidioksidia ja vettä.

Kovassa, lyhytkestoisessa rasituksessa solut eivät välttämättä ehdi saada tarpeeksi happea verenkierrosta. Tällöin ne tuottavat energiaa anaerobisesti glykolyysillä ja maitohappokäymisellä. Syntynyt maitohappo aiheuttaa lihasten kipeytymisen. Maitohappo siirtyy veren kuljettamana maksaan, jossa se muuttuu glukoosiksi.

Luustolihaksessa on nopean ja hitaan tyypin lihassoluja. Nopean tyypin lihassolut pystyvät tuottamaan ATP:tä glykolyysin avulla, kun taas hitaat lihassolut toimivat mitokondrioissa tapahtuvan soluhengityksen avulla.

Sydänlihas ja sisäelinten lihakset

Sileää lihaskudosta on rauhasissa, ihossa ja sisäelinten ja verisuonten seinämissä. Sileät lihakset säätelevät verisuonten läpimittaa, tyhjentävät virtsarakon ja kohottavat ihokarvat. Sileä lihaskudos supistuu hitaasti, mutta se työskentelee jatkuvasti väsymättä. Sileiden lihasten toimintaa säätelevät hormonit ja autonominen hermosto. Niiden toiminta on tahdosta riippumatonta.

Sydänlihaskudosta on vain sydämessä. Sen solut ovat poikkijuovaisia, haaroittuneita ja yksitumaisia. Myös sydänlihaksen toimintaa säätelevät tahdosta riippumaton autonominen hermosto ja hormonit.

Sydänlihaskudosta.

Sileää lihaskudosta. 

Poikkijuovainen lihaskudos.

Biologia 4: Aineiden siirtyminen solukalvon läpi

Aineet siirtyvät solukalvojen läpi passiivisesti tai aktiivisesti. Siirtymistapa siirtyvän aineen  ominaisuuksista ja pitoisuuseroista. Ohutsuolessa pilkkoutuneet aineet siirtyvät ensin ohutsuolen seinämän soluihin ja vasta sieltä verenkiertoon tai imusuoniin. Rasvahapot muodostavat sappisuolojen, kolesterolin ja muiden aineiden kanssa pieniä pisaroita, jotka voivat siirtyä passiivisen diffuusion avulla solukalvojen lipidikerroksen läpi.

Ohutsuolen limakalvon solujen sisällä rasvahapot ja glyseroli yhtyvät triglyserideiksi, joita peittää proteiinien muodostama kalvo. Näin niistä tulee hydrofiilisiä, ja ne pystyvät siirtymään imusuonistoon, jonka seinämät ovat läpäisevämpiä kuin hiussuonten seinämät.

Triglyseridi

Aminohapot ja monosakkaridit sekä vesiliukoiset vitamiinit siirtyvät ohutsuolen seinämän soluihin aktiivisella kuljetuksella. Seinämän soluista ne siirtyvät verenkiertoon avustetun diffuusion avulla. Rasvaliukoiset vitamiinit imeytyvät samaan tapaan kuin triglyseridit. Hivenaineet, kuten natrium, kalsium, fosfaatti ja magnesium, ovat sähköisesti varauteita ioneja. Ne pääsevät solukalvon läpi proteiinien muodostamien ionipumppujen ja ionikavanien kautta.

Kuva: Googlen kuvahaku

Biologia 4: luku 8 Ruuansulatus

Ihminen tarvitsee energiaa tasalämpöisyyden ylläpitoon, aineiden aktiiviseen kuljettamiseen soluihin ja niistä pois, lihassolujen supistumiseen ja  hermoimpulssien etenemiseen. Aivot kuluttavat jopa 20 % koko elimistön energiantarpeesta. Monet vitamiinit ja kivennäisaineet ovat entsyymien ja hormonien rakenneosia. Esim C-vitamiinia tarvitaan kollageenin ja useiden entsyymien muodostumiseen. Lisäksi C-vitamiini parantaa raudan imeytymistä ja on tehokas antioksidantti.

Ruuansulatuselmistöön kuuluvat ruuansulatuskanavan lisäksi haima, maksa, sylkirauhaset ja sappirakko. Ruuansulatuskanava on noin seitsemän metriä pitkä. Entsyymeillä on keskeinen merkitys ruuansulatuksessa, koska ravintoaineet (hiilihydraatit, rasvat ja proteiinit) eivät sellaisenaan pysty siirtymään ruuansulatuskanavasta elimistön käyttöön. Niimpä entsyymit hajottavat ravintoaineet kemiallisesti pienemmiksi molekyyleiksi, jotka siirtyvät verenkiertoon tai imusuonistoon ruuansulatuskanavan seinämän solujen solukalvojen läpi.

Ruuansulatuksen vaiheet                                     

1. Suussa hampaat hienontavat ruuan, ja siihen sekoittuu sylkirauhasten erittämää sylkeä. Sylki kostuttaa ruuan ja sen sisältämä amylaasientsyymi aloittaa hiilihydraattien hajottamisen. Syljessä on myös bakteereja tuhoavia enstyymejä. Autonominen hermosto säätelee syljeneritystä. Ruokailun aikana parasympaattinen hermosto kiihdyttää syljeneritystä.

2. Nielussa ruoka siirtyy eteenpäin nielemisrefleksin avulla. Nieltäessä kurkunkansi sulkee henkitorven pään, joten ruoka ei normaalisti joudu henkitorveen.

3. Ruoka siirtyy ruokatorvea pitkin mahaan. Ruokatorven seinämän solut tuottavat limaa, joka helpottaa ruuan kulkua eteenpäin.

4. Maha varastoi ja sekoittaa ruuan. Proteiinien kemiallinen hajottaminen alkaa. Mahanportti säätelee ohutsuoleen siirtyvän ruokasulan määrää. Mahan seinämän solut erittävät mahanestettä. Mahan seinämän rauhasten soluista osa tuottaa suolahappoa HCl, osa limaa ja osa pepsinogeenia eli pepsiinientsyymin esisastetta. Suolahappo tekee mahanesteestä hyvin happaman, mikä tuhoaa bakteereja ja on välttämätöntä pepsiinientsyymin toiminnalle. Happamassa mahanesteessä pepsinogeenistä muodostuu aktiivista pepsiinientsyymiä. Koska pepsiini on proteiineja hajottava enstyymi, on tärkeää että se erittyy inaktiivisessa muodossa, jottei se hajota sitä tuottavia soluja!

5. Ruokasula siirtyy mahasta vähitellen pieninä annoksina ohutsuoleen mahanportin eli pyloruksen rengaslihaksen säätelemänä. Ohutsuolessa hiilihydraatit, proteiinit ja rasvat hajoavat sellaiseen muotoon, että ne pystyvät imeytymään elimistön käytettäviksi. Ohutsuolen alkuosaan eli pohjukaissuoleen avautuu tiehyet haimasta ja sappirakosta. Haima erittää entsyymejä, jotka hajottavat hiilihydraatteja, proteiineja, nukleiinihappoja ja lipidejä. Lisäksi haima tuottaa bikarbonaatteja, jotka neutraloivat ohutsuoleen tulevan ruokasulan. Näin ohutsuolen seinämä ei vaurioidu suolahapon vaikutuksesta.

6. Maksa tuottaa sappinestettä, joka varastoituu sappirakkoon. Sieltä sappineste siirtyy tiehyttä pitkin ohutsuoleen, jossa se osallistuu rasvojen hajottamiseen. Sappineste sisältää vettä, bikarbonaattia, kolesterolia, sappisuoloja ja hemoglobiinin hajoamistuotteena syntynyttä tummaa väriainetta eli bilirubiinia. Sappisuolat muuttavat lipidipisarat pienemmiksi, jolloin haima lipaasientsyymi pääsee vaikuttamaan niihin.

7. Haima tuottaa ohutsuoleen useita ruuansulatusentsyymejä. Lisäksi ohutsuolen rauhaset tuottavat suolinestettä, joka sisältää vettä, entsyymejä, ioneja ja limaa. Ohutsuolen limakalvo tuottaa esim laktaasientsyymiä, joka hajottaa maidon sisältämää maitosokeria eli laktoosia. Jos laktaasientsyymiä ei erity tarpeeksi tai ei lainkaan, ihmisellä on laktoosi-intoleranssi. Laktoosi-intoleranssin oireita ovat paksusuolen bakteerien aiheuttama kaasunmuodostus ja ripuli maitoa sisältävän aterian jälkeen, koska bakteereilla riittää hajotettavaa. Glukoosi ja muut monosakkaridit siirtyvät ohutsuolen nukkalisäkkeiden hiussuoniin. Niihin siirtyvät myös nukleiinihapot ja aminohapot. Rasvojen pilkkoutumistuotteina syntyvät rasvahapot siirtyvät imusuoneen.

8. Paksusuoli varastoi hajoamattoman aineksen. Vettä imeytyy verenkiertoon. Paksusuolessa elävät bakteerit pystyvät hyödyntämään sulamatonta ainesta ja tuottavat K-vitamiinia ja B12-vitamiinia. Umpisuoli on paksusuolen alkuosa. Sen pohjassa on umpilisäke. Paksusuolen seinämässä ei ole nukkalisäkkeitä. Kun ruokasula saapuu paksusuoleen, ravintoaineet ovat jo imeytyneet. Paksusuolen tehtävä on veden ja joidenkin ionien talteenotto sekä sulamattoman aineksen varastointi, kunnes se ulostetaan.

9. Peräsuoli. Peräaukossa on kaksi sulkijalihasta, joista sisempi on sileää lihaskudosta ja ulompi poikkijuovaista. Ulompaa sulkijalihasta ihminen voi säädellä tahdonalaisesti.

Hermosto ja hormonit säätelevät ruuansulatusta

Hermosto ja hormonit säätelevät sekä ruuansulatuskanavan toimintaa että nälän ja kylläisyyden tunnetta. Ruuansulatustapahtumaan vaikuttavat sekä sympaattinen että parasympaattinen hermosto. Parasympaattinen hermosto kiihdyttää ruuansulatusta ja sympaattinen hermosto hidastaa sitä. Ruuansulatuskanavan seinämissä on aistisoluja, jotka reagoivat ravintoaineiden ja niiden pilkkoutumistuotteiden määriin, pH:n muutoksiin sekä ruuansulatuskanavan seinämien venytykseen. Aistisolujen ärtyminen kiihdyttää sekä ruuansulatuskanavan seinämien sileiden lihasten että kudoshormonia tuottavien rauhassolujen toimintaa.

Nälän ja kylläisyyden tunteen säätely tapahtuu hypotalamuksessa. Kilpirauhasen erittämä tyroksiini säätelee kudosten ja solujen aineenvaihdunnan tasoa ja lisää erityisesti hiilihydraattien käyttöä energian lähteenä. Hypotalamuksen kylläisyyskeskuksen aistisolut reagoivat veren glukoosipitoisuuteen. Kun veren glukoosipitoisuus pienenee, alamme tuntea nälkää.

Ravintoaineet käytetään tai varastoidaan

Hermosolut kykenevät käyttämään ainoana energialähteenään glukoosia, joten aivojen toiminnalle veren glukoositasapainon säilyminen on erityisen tärkeää. Ruuansulatuskanavan hiussuonet yhtyvät maksan porttilaskimoon, jonka kautta kaikki aminohapot ja monosakkaridit siirtyvät aterian jälkeen ensimmäisenä maksaan. Maksa säätelee verenkiertoon siirtyvän glukoosin määrää varastoimalla ylimääräistä glukoosia glykogeeniksi. Rasvat kulkevat imusuonten imunesteessä solislaskimoon, josta ne siirtyvät verenkiertoon. Imeytyneiden energiapitoisten yhdisteiden ylimäärä varastoituu joko glykogeenina tai rasvana.

Energia-aineenvaihdunnan kannalta tärkeimpiä hormoneja ovat insuliini ja glukagoni. Insuliinia erittyy haiman umpieritteisistä soluista. Kun veren glukoosipitoisuus nousee, insuliinin eritys voimistuu. Insuliinin tärkein tehtävä on tehostaa ravintoaineiden siirtymistä maksan, lihasten ja rasvakudoksen soluihin sen jälkeen, kun ne ovat imeytyneet ruuansulatuksesta verenkiertoon.

Glukagonikin erittyy haimasta. Se edistää maksan solujen glykogeenivarastojen pilkkoutumista glukoosiksi ja glukoosin siirtymistä vereen.

Diabeteksessa veren sokeripitoisuuden säätely häiriintyy

Diabeteksessa veren glukoosipitoisuus kasvaa liian suureksi. Tyypin 1 diabeteksessa haiman insuliinin eritys on joko loppunut tai voimakkaasti vähentynyt, kun taas tyypin 2 diabeteksessa insuliinia erittyy normaalisti, mutta kohdesolujen insuliiniherkkyys on vähentynyt. Diabeteksen tärkeänä hoitomuotona ovat ravinto- ja liikuntatottumusten muuttaminen.

Keliakia                                               .

Keliakia on tauti, jossa viljatuotteiden sisältämä gluteeni aiheuttaa geneettisesti alttiissa henkilössä ohutsuolen tulehduksen. Tämä johtaa suolen nukkalisäkkeiden tuhoutumiseen. Vaurio paranee gluteenittomalla ruokavaliolla, mutta ilmaantuu uudelleen, jos siirrytään takaisin normaaliin ruokavalioon. Gluteenittomassa ruokavaliossa vältetään vehnää, ruista, ohraa ja niitä sisältäviä tuotteita.

Tyypillisiä keliakian oireita ovat ripuli, löysät ulosteet, painon lasku ja lapsilla kasvun hidastuminen. Keliakiaan liittyy usein myös rakkulainen ihottuma, ruuan imeytymishäiriöstä johtuva raudanpuuteanemia ja foolihapon puute. Kalsiumin imeytymishäiriön seurauksena voi ilmaantua osteoporoosi.

Biologia 4: luku 7 Hengitys

Happea tarvitaan tehokkaaseen energian vapauttamiseen soluhengityksessä, ja siinä syntyy hiilidioksidia, jota täytyy poistaa elimistöstä verenkiertoelimistön kautta. Hengityksen viisi vaihetta ovat:

1. Ilman edestakainen kuljetus ulkoilman ja keuhkorakkuloiden eli alveolien välillä eli keuhkotuuletus
2. Kaasujen vaihto alveolien ja veren välillä
3. Kaasujen kuljetus veressä
4. Kaasujen vaihto veren ja solujen välillä
5. Soluhengitys

Hengitysteihin kuuluvat nenäontelo sivuonteloineen, nielu, kurkunpää, henkitorvi ja keuhkoputket. Nielun alaosaa lukuunottamatta hengitysteiden limakalvoissa on runsaasti limaa tuottavia soluja sekä värekarvoja. Suurin osa hengitysilman mukana tulevista mikrobeista ja hiukkasista tarttuu limaan, jota värekarvat työntävät kohti nielua. Lima niellään ja se kulkeutuu mahaan, jossa suolahappo ja proteiineja pilkkova entsyymi tuhoavat mikrobeja.

Kumpaakin keuhkoa ympäröi umpinainen keuhkopussi, joka on muodostunut kahdesta lehdestä. Niiden välissä on hieman nestettä sisältävä keuhkopussin ontelo. Nesteen ansiosta keuhkopussin lehdet voivat liikkua toisiaan vasten keuhkojen laajentuessa ja supistuessa hengityksen aikana. Keuhkopussin ontelon alipaine estää keuhkoja painumasta kasaan. Keuhkopussin sisempi lehti on kiinni keuhkon pinnassa ja ulompi lehti on kiinnittynyt rintakehän seinämään.

Oikeassa keuhkossa on kolme lohkoa ja vasemmassa kaksi. Keuhkotuuletuksella tarkoitetaan ilman siirtymistä keuhkoihin ja takaisin ulkoilmaan. Keuhkoissa keuhkoputken haarat kapenevat hyvin kapeiksi hengitystiehyiksi, jotka päättyvät keuhkorakkulakimppuihin. Alveolien seinämät ovat erittäin ohuet, ja niiden ulkopintaa myötäilee tiheä hiussuoniverkosto.

Happi ja hiilidioksidi siirtyvät passiivisen diffuusion avulla suuremmasta pitoisuudesta pienempään, eli happea siirtyy alveoleista hiussuonten vereen, koska siellä vapaiden happimolekyylien määrä on alhaisempi kuin alveoleissa. Hiilidioksidia kulkee samalla tavalla vastakkaiseen suuntaan.

Pitkäaikainen altistus ilmansaasteille voi aiheuttaa kroonisia tulehduksia ja syöpää. Tärkein keuhkosyövän aiheuttaja on kuitenkin tupakointi.

Soluhengitys

Veri kuljettaa happea keuhkoista kudosten soluille, jotka tarvitsevat sitä soluhengitykseen. Mitokondrioissa tapahtuvassa soluhengityksessä ravintoainemolekyylien (lähinnä glukoosin) sisältämä energia muuttuu käyttökelpoiseen muotoon eli ATP-molekyylien sidosenergiaksi. Soluhengityksessä syntyy hiilidioksidia, joka poistuu elimistöstä verenkierto- ja hengityselimistöjen avulla. Soluhengitystä tapahtuu kaikissa muissa ihmisen soluissa paitsi punasoluissa, koska punasoluissa ei ole tumaa eikä muita soluelimiä.

Hengityksen säätely

Ydinjatkeessa sijaitseva hengityskeskus aistii keuhkojen venytystilaa ja veren hiilidioksidipitoisuutta ja säätelee sen perusteella keuhkotuuletusta kiihdyttämällä tai tai hillitsemällä hengityslihasten toimintaa. Ydinjatkeen hengityskeskus saa tietoa myös aortassa ja kaulavaltimoissa sijaitsevista aistisoluista, jotka reagoivat veren pH:n muutoksiin.

Rasituksen aikana syntyy runsaasti hiilidioksidia, joka liukenee veriplasmaan hiilihapoksi, jolloin veren pH laskee. Aistisolut mittaavat tämän muutoksen ja lähettävät hengityskeskukseen. Tällöin hengitys tehostuu liian hiilidioksidin poistamiseksi.

Hengitystä säädellään myös hormonaalisesti. Esim stressi, kipu ja voimakkaat tunteet lisäävät adrenaliinin erittymistä lisämunuaisista. Adrenaliini lisää hengityksen tiheyttä.

Vuoristotauti

Vuoristotaudissa elimistö ei ehdi sopeutua hapen puutteeseen kun kiivetään liian nopeasti vuoristossa. Sen aiheuttaa veren poikkeavasta hiilidioksidipitoisuudesta johtuva nestetasapainohäiriö, mikä johtaa nesteen kertymiseen soluihin. Taudin ensioireita ovat unettomuus, kova päänsärky ja ruokahaluttomuus.

Esiintyy myös huohotusta, nopeaa lepopulssia, yskänpuuskia, huulten sinerrystä ja voimakasta väsymystä sekä tasapainon häviämistä. Jos oireista huolimatta jatkaa kiipeämistä, aivopaine nousee ja keuhkoihin kertyy nestettä. Lopulta seuraa sekavuus, tajuttomuus ja kuolema. Virtsaneritystä lisäävä asetasoliamidi ehkäisee vuoristotautia, kuten myös Viagra- kauppanimellä tunnettu sildenafiili.

Biologia 4: Sydän ja verenkierto

Verenkiertoelimistön tehtävät

Verenkiertoelimistöön kuuluvat sydän ja verisuonet. Verisuonia on kolmea tyyppiä: valtimoita, laskimoita ja näitä yhdistäviä hiussuonia. Verenkierron avulla pidetään yllä elimistön tasapainotilaa eli homeostasiaa. Solut tarvitsevat verenkierron mukana tulevia aineita elintoimintoihinsa. Solujen aineenvaihdunta tuottaa myös kuona-aineita, jotka verenkiertoelimistö kuljettaa erityselimistölle. Tämän lisäksi veren mukana kulkevat elimistön toimintaa säätelevät hormonit. Verenkierron avulla elimistö myös ylläpitää oikeaa lämpötilaa.

Sydän

Sydäntä ympäröi ohut, kaksikerroksinen sidekudoskalvo, sydänpussi. Kerrosten välissä on kapea, nesteen täyttämä sydänpussiontelo. Nesteen ansiosta sydän pystyy sykkiessään liikkumaan sydänpussin sisällä lähes kitkattomasti. Sydänlihaksen verkkomainen rakenne puolestaan auttaa sydämen supistumista leviämään nopeasti ja tehokkaasti eteisistä kammioihin.

Sydämen väliseinät estävät hapekasta ja hiilidioksidipitoista verta sekoittumasta toisiinsa. Sydämen puoliskot toimivat kuin erillisinä pumppuina. Sydämen oikea puolisko pumppaa verta pieneen verenkiertoon eli keuhkoverenkiertoon ja vasen puolisko aortan välityksellä muualle elimistöön eli isoon verenkiertoon. Isossa verenkierrossa on suurempi verenpaine kuin keuhkoverenkierrossa. Sen takia vasemman kammion seinämä on paksumpi kuin oikean kammion. Eteisten ja kammioiden sekä kammioiden ja valtimoiden läppien tehtävä on varmistaa, että veri virtaa vain yhteen suuntaan.

Sydämen toimintakierto

Sydän pumppaa levossa yhden supistuksen aikana noin 70 ml verta suuriin valtimoihin. Aikuisen sydämen minuuttitilavuus eli sydämen läpi minuutissa kulkeva verimäärä on noin viisi litraa (syke x minuuttitilavuus), eli saman verran kuin koko elimistön verimäärä. Sinussolmuke säätelee sydämen sykettä. Se synnyttää itsenäisesti sähköimpulssin, joka saa eteiset ja sittemmin kammiot supistumaan. Impulssit kulkevat eteiskammiosolmukkeeseen, josta ne etenevät sähköimpulsseja johtavien lihassolujen kautta kammioihin. Ensin supistuvat eteiset, sitten kammiot.

Sydämen toiminnassa vuorottelevat lepovaihe eli diastole ja supistumisvaihe eli systole. Lepovaiheen aikana verta virtaa laskimoista eteisiin. Vasempaan eteiseen tulee keuhkoista happea sisältävää verta ja oikeaan eteiseen muualta elimistöstä hiilidioksidipitoista verta. Supistumisvaihe alkaa, kun eteiset supistuvat ja pumppaavat verta kammioihin. Kammiot supistuvat pian eteisten jälkeen, jolloin veri puristuu niistä valtimoihin. Verta virtaa vasemmasta kammiosta aorttaan ja oikeasta kammiosta keuhkovaltimorunkoon.  

 

Sydämen johtoratajärjestelmä.

Sydänlihas saa tarvitsemansa ravintoaineet sepelvaltimoiden kautta. Sepelvaltimot lähtevät kahtena päähaarana aortan tyvestä. Luovutettuaan happensa veri virtaa sepellaskimoihin ja niistä oikeaan eteiseen.

Hermosto ja hormonit säätelevät sydämen toimintaa

Sinussolmuke tahdistaa sydämen sykkeen, mutta myös hermosto ja hormonit vaikuttavat syketiheyteen. Autonomisen hermoston sympaattinen osa lisää sykettä ja parasympaattinen osa hidastaa sitä. Lisämunuaisista erittyvät adrenaliini- ja noradrenaliinihormonit vahvistavat osaltaan sympaattisen hermoston toimintaa. Urheilusuorituksen aikana veren virtaus ihoon lisääntyy, koska lihasten tuottamaa lämpöä on haihdutettava ihon kautta.

Paine-erot saavat veren virtaamaan verisuonissa

Veri virtaa korkeammasta paineesta matalampaan paineeseen. Nämä paine-erot aiheutuvat sydämen supistumisesta. Kun kammiot supistuvat, niiden paine kohoaa korkeammaksi kuin suurten valtimoiden paine, ja verta virtaa valtimoihin. Kun veri etenee kauemmas sydämestä yhä pienempiin valtimoihin, verenpaine suonissa laskee. Kun lihakset veltostuvat, laskimoissa olevat läpät estävät verta valumasta takaisinpäin.

Valtimoiden vastus lisääntyy, jos niissä on ahtautumia tai ne ovat kovettuneet. Tällöin verenpaineen säätely ei onnistu, ja seurauksena voi olla pysyvästi kohonnut verenpaine. Jos sydämen teho puolestaan heikkenee, verenpaine voi laskea liian alas. Näin voi käydä esim sydänsairauksien vuoksi, suuressa verenhukassa tai shokkitilanteessa, kun pikkuvaltimot laajenevat.

Verenkierto

Isosta verenkierrosta tulee hiilidioksidipitoista verta ylä- ja alaonttolaskimoa pitkin oikeaan eteiseen. Oikea kammio pumppaa veren keuhkovaltimoita pitkin keuhkoihin, joiden hiussuonissa hiilidioksidia poistuu verestä keuhkorakkuloihin ja happea siirtyy keuhkorakkuloista vereen. Keuhkoverenkierrosta happipitoinen veri palaa keuhkolaskimoita pitkin vasempaan eteiseen. Solut käyttävät veren kuljettamaa happea energian vapauttamiseen soluhengityksessä. Siinä syntyy hiilidioksidia, joka siirtyy laskimoita pitkin sydämen oikeaan eteiseen ja sieltä keuhkoihin.

Hemoglobiini

Happi sitoutuu erytrosyyteissä hemoglobiiniin, jota on erytrosyyttien proteiineista noin 95 %. Hemoglobiinimolekyyli rakentuu neljästä aminohappoketjusta, ja neljästä hemiryhmästä, joissa jokaisessa on keskellä rauta-atomi. Jokainen rauta-atomi pystyy sitomaan yhden happimolekyylin. Molekyyli on sitä punaisempi mitä enemmän siinä on happea.

Imusuonisto

Imusuonisto palauttaa kudosnestettä laskimoihin. Valtimoista haaroittuvista hiussuonista tihkuu verenpaineen vaikutuksesta veriplasmaa eli verinestettä kudoksiin. Näin muodostuu solujen väleissä olevaa kudosnestettä. Suurin osa kudosnesteestä palaa takaisin hiussuoniin laskimoiden puoleisessa päässä. Loppuosa keräytyy imusuoniin muodostaen imunesteen.

Imusuonissa on läppiä kuten laskimoissakin, ja imuneste etenee niissäkin lihasten supistumisen vaikutuksesta. Imusuonisto kulkee verisuoniston kanssa samoja reittejä ja yhdistyy solislaskimoon, jossa imuneste sekoittuu vereen. Imusuonisto liittyy myös ihmisen puolustusjärjestelmään. Imuneste nimittäin kulkee imusolmukkeiden läpi, joissa on runsaasti mikrobeja tuhoavia leukosyyttejä.

Imusuonet alkavat hiusverisuonten läheltä päistään umpinaisina imusuonina, jotka yhtyvät suuremmiksi imusuoniksi ja lopulta rintatiehyeksi, jota pitkin suurin osa imunesteestä laskee solislaskimon kautta yläonttolaskimoon.

Kuva: solunetti.

Veri

Veri on nestemäistä sidekudosta. Veressä on mm. erytrosyyttejä, leukosyyttejä ja trombosyyttejä. Kaikki verisolut syntyvät luuytimessä verisolujen kantasoluista erilaistumalla. Plasman osuus verestä on noin 55 % ja solujen osuus noin 45 %., joista yli 90 % on erytrosyyttejä.

Plasmassa on runsaasti proteiineja, joista osa toimii erilaisten aineiden, kuten kolesterolin, kuljettajina. Jotkin proteiinit ovat vasta-aineita eli immunoglobuliineja. Fibrinogeeni on proteiini, joka on tärkeä veren hyytymisessä. Lisäksi plasmassa on ravintoaineita, kuten glukoosia ja aminohappoja, kivennäisaineita sekä hiilidioksidia, kuona-aineita ja hormoneja.

Erytrosyytit ovat tumattomia, eikä niillä ole myöskään mitokondrioita eikä muita soluelimiä. Ne elävät keskimäärin 120 vuorokautta. Erytrosyyttien aineenvaihdunta on anaerobista, joten ne eivät itse kuluta kuljettamaansa happea.

Munuaisten tuottama erytropoietiini (epo) säätelee erytrosyyttien tuotantoa elimistössä. Veren hapenkuljetuskyvyn heikentyessä erytropoietiinin tuotanto lisääntyy. Sen vaikutuksesta erytrosyyttien tuotanto luuytimessä vilkastuu ja veren hapenkuljetuskyky tehostuu.

Leukosyyteillä sen sijaan on oma tuma ja muita soluelimiä. Veri toimii niiden kuljetusväylänä. Leukosyyttejä löytyy kudoksista, imunesteestä ja erityisen runsaasti imusolmukkeista. Leukosyyttien tehtävänä on puolustaa elimistöä sen omia haitallisia soluja ja erilaisia mikrobeja vastaan. Mikrobeja ei ole juuri koskaan veressä! vaan verisuoniston ulkopuolella.

Trombosyytit ovat pieniä, tumattomia soluja. Niissä on kuitenkin runsaasti soluelimiä ja rakkuloita, joiden sisällä olevat entsyymit ovat välttämättömiä veren hyytymisessä. Tietyn veren hyytymistekijän puute johtaa hemofiliaan eli verenvuototautiin. Sairauden aiheuttaa resessiivinen X-kromosomissa sijaitseva alleeli. Periytymistavasta johtuen tauti on yleisempi miehillä kuin naisilla. Pienikin haava voi aiheuttaa hemofiliaa sairastavalle vakavia verenvuotoja, mutta nykyään ongelma hoidetaan antamalla potilaalle hyytymistekijää.