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.

Biologia 4: Luku 5: Hormonit

Hormonit säätelevät hermoston kanssa elimistön toimintaa          

Hormonit ovat umpirauhasista verenkiertoon erittyviä kemiallisia viestiaineita, jotka säätelevät yhdessä hermoston kanssa elimistön toimintaa. Sama hormoni voi aiheuttaa eri soluissa erilaisen vaikutuksen eli vasteen.

Umpirauhaset. Kuva: Solunetti.  

Umpirauhanen	Hormoni	Vaikutus
kilpirauhanen	tyroksiini kalsitoniini	tyroksiini säätelee aineenvaihduntaa ja vaikuttaa kasvuun ja kehitykseen. Kalsitoniini säätelee elimistön kalsiumaineenvaihduntaa
käpyrauhanen	melatoniini	säätelee vireystilaa, unirytmiä ja muita biologisia rytmejä
hypotalamus		lisää ja estää aivolisäkkeen hormonien erittymistä, tuottaa hormoneja
aivolisäkeen etulohko		tuottaa kasvuhormonia sekä muiden umpirauhasten toimintaa sääteleviä hormoneja
aivolisäkkeen takalohko	oksitosiini ADH	oksitosiini säätelee kohdun lihasten ja maitorauhasten toimintaa. ADH: veden takaisinimeytyminen munuaisissa
lisäkilpirauhaset	parathormoni	säätelee kalsiumtasapainoa
lisämunuaisten kuorikerros	kortisoli	aikaansaa proteiinien pilkkoutumista ja glykogeenivarastojen käyttöönottoa
lisämunuaisydin	adrenaliini	aikaansaa fyysisen suorituksen tehostumisen rasituksessa ja stressissä
haiman umpieritteiset saarekkeet (langerhansin saarekkeet)	glukagoni insuliini	glukagoni aikaansaa glykogeenin pilkkoutumisen glukoosiksi maksassa. insuliini aikaansaa glukoosin siirtymisen verestä lihaksiin, maksaan ja rasvakudokseen
kivekset	testosteroni	aikaansaa siittiöiden muodostumisen, lisää luustolihasten kasvua ja vaikuttaa sekundaaristen sukupuoliominaisuuksien kehittymiseen
munasarjat	estrogeeni progesteroni	estrogeeni edistää munasolujen kypsymistä, ylläpitää kuukautiskiertoa sekä vaikuttaa naisen sekundaaristen sukupuoliominaisuuksien kehittymiseen. progesteroni  vaikuttaa kuukautiskiertoon ja ylläpitää raskautta

Veri kuljettaa hormonaalisia viestejä niiden kohdesoluihin

Kun hormonia kulkee veren mukana, kaikki kohdalle osuvat solut eivät reagoi siihen, vaan vain ne, joissa on sopiva reseptori. Reseptorimolekyylit ovat proteiineja. Hormonin vaikutus kestää vain tietyn ajan, koska kudoksissa ja veressä olevat entsyymit hajottavat vähitellen elimistössä kiertävät hormonit toimintakyvyttömiksi.

Hormonit voidaan jakaa vesi- ja rasvaliukoisiin. Vesiliukoiset hormonit kulkeutuvat helposti kaikkialle elimistöön vereen tai kudosnesteeseen liuenneina. Rasvaliukoiset hormonit sen sijaan kiertävät veressä plasman proteiineihin sitoutuneina. Rasvaliukoisia hormoneja ovat esim sukupuolihormonit ja kilpirauhashormoni (tyroksiini). Vesiliukoisten hormonien reseptorit sijaitsevat kohdesolujen solukalvossa. Rasvaliukoiset hormonit sen sijaan läpäisevät solukalvon ja kohtaavat reseptorinsa sytoplasmassa tai tumassa.

Hypotalamus säätelee hormonitoimintaa aivolisäkkeen välityksellä

Hypotalamus mittaa jatkuvasti veren lämpötilaa, kemiallista koostumusta ja hormonien määriä. Se ohjaa erittämiensä hormonien kautta aivolisäkkeen eritystoimintaa. Hypotalamus saa veren mukana viestejä ja keskushermoston muista osista. Säätelytarpeen mukaan hypotalamuksen hermosolut erittävät joko aivolisäkkeen toimintaa lisääviä tai estäviä hormoneja. Hormonien oikeaa tasoa ylläpitää palautesäätely.

 

Adenohypofyysi osallistuu kasvun säätelyyn

Aivolisäkkeessä on kaksi toiminnallisesti erillistä osaa, adenohypofyysi ja neurohypofyysi. Siis etulohko ja takalohko. Adenohypofyysi erittää kasvuhormonia eli somatotropiinia. Se vaikuttaa suoraan sekä epäsuorasti kasvuun ja kehitykseen. Liian vähäinen somatotropiinin eritys kasvuiässä johtaa kääpiökasvuisuuteen, liian suuri jättiläiskasvuun.

Myös aikuisella voi esiintyä kasvuhäiriöitä, jos aivolisäkkeen hyvänlaatuinen kasvain aiheuttaa somatotropiinin lisääntyneen erittymisen. Sen vaikutuksesta kasvojen, jalkaterien ja kämmenten luut kasvavat. Kasvonpiirteet muuttuvat särmikkäiksi ja kämmenet lapiomaisiksi. Tautia kutsutaan akromegaliaksi.

Neurohypofyysin hormonit ADH ja oksitosiini muodostuvat hypotalamuksessa, josta ne kulkeutuvat neurohypofyysiin. ADH lisää munuaisissa veden takaisinimeytymistä virtsasta, joten se ehkäisee nestehukkaa. Oksitosiini vaikuttaa pääasiassa kohdun seinämän supistuksiin ja maidoneritykseen.

Stressi vaikuttaa ihmisen hormonitoimintaan

Stressillä tarkoitetaan elimistön reaktioita sen voimavaroja kuluttaviin psyykkisiin tai fyysisiin rasituksiin. Lyhytaikainen stressi ei ole yleensä vahingollista vaan voi tuottaa jopa mielihyvää. Tällaisen stressin voi aiheuttaa esim urheilusuoritus tai tenttitilanne. Näissä tilanteissa adenohypofyysissä syntyy morfiinin sukuisia välittäjäaineita, endorfiineja ja enkefaliinia, jotka vähentävät kipua ja aiheuttavat ihmiselle hyvänolon tunteen.

Pitkäaikainen stressi sen sijaan uhkaa elimistön sisäistä tasapainoa. Sympaattisella hermostolla

 on tärkeä tehtävä stressin alussa. Se kasvattaa elimistön suorituskykyä lisäämällä sydämen lyöntitiheyttä, nostamalla verenpainetta sekä kohdistamalla verenkierron kudokseen, joka on stressitilassa. Se myös vaikuttaa lisämunuaisen ytimeen, joka alkaa erittää adrenaliinia. Adrenaliini kiihdyttää verenkiertoa ja nostaa veren glukoosi- ja rasvahappopitoisuutta, koska elimistön energiantarve on kasvanut.

Elimistön kyky kestää pitkäaikaista stressiä riippuu kuitenkin ratkaisevasti lisämunuaisen kuoren hormoneista, erityisesti kortisolista. Stressitilanteessa hypotalamus saa hälytysviestin muualta hermostosta, jolloin se käynnistää hormonaalisen ketjureaktion. Ketjun päätteeksi lisämunuaisen kuori alkaa erittää vereen kortisolia, jolla on vaikutusta hyvin moniin elimistön soluihin.

Pitkäaikainen korkea kortisolipitoisuus veressä on haitallista. Energiavarastot kuluvat loppuun ja elimistö hankki lisäenergiaa tarpeellisia proteiineja pilkkomalla. Seurauksena on laihtuminen ja yleiskunnon heikkeneminen. Myös elimistön puolustuskyky mikrobeja vastaan heikkenee. Pitkäaikainen stressihormonien eritys vaikuttaa myös psyykkisesti. Voi ilmetä masennusta, unettomuutta, huonomuistisuutta ja yleistä haluttomuutta.

Kortisoli                                                                                            

Kortisoli on rasvaliukoinen steroidihormoni, jota lisämunuaisen kuori erittää stressitilanteessa. Maksassa syntyy kortisolin vaikutuksesta glykogeeniä glukoosiksi pilkkovia entsyymeitä. Elimistön muissa kudoksissa proteiinisynteesi vähenee kortisolin takia ja proteiinien pilkkoutuminen lisääntyy. Lisäksi kortisoli ehkäisee elimistön reaktiota tulehduksiin vähentämällä valkosolujen pääsyä kudosiin, pienentämällä imusolujen määrää ja estämällä kudoshormonien muodostumista. Näin elimistön vastustuskyky heikkenee, vaikka tarkoituksena on estää kudosvaurioita.

Biologia 4 – luku 4: Hermosto

Keskus- ja ääreishermosto säätelevät elimistön toimintaa

Hermosto jaetaan keskushermostoon ja ääreishermostoon. Aivot ja selkäydin muodostavat keskushermoston. Ääreishermostoon kuuluvat keskushermostosta lähtevät ja sieltä tulevat hermot. Ääreishermoston välityksellä aivot saavat jatkuvasti aistien keräämää elimistön sisä- ja ulkopuolelta. Osa hermoston säätelemistä toiminnoista on tahdonalaista ja osa autonomista eli tahdosta riippumatonta.

                                                                                                  

Ääreishermosto jaetaan somaattiseen (tahdosta riippuvaan) ja autonomiseen hermostoon. Somaattiseen hermostoon kuuluvat motorinen hermosto ja sensorinen hermosto. Motorisen hermoston liikehermot vievät tahdonalaisia käskyjä keskushermostosta luustolihaksiin. Sensorisen hermoston tuntohermot taas tuovat aistisoluista informaatiota keskushermostoon.

Autonomiseen hermostoon kuuluvat sympaattinen hermosto ja parasympaattinen hermosto. Autonominen hermosto vie käskyjä keskushermostosta rauhasiin, sydämeen ja sileisiin lihaksiin. Autonominen hermosto myös tuo informaatiota sisäelimistä keskushermostoon. Sympaattinen hermosto toimii aktiivisesti fyysisen ja henkisen rasituksen aikana ja parasympaattinen hermosto toimii aktiivisesti levossa.

Informaation säätely tapahtuu keskushermostossa

Aivot valvovat elimistön lämpötilaa, verenpainetta, sydämen sykettä ja hengitystä. Ne ottavat vastaan ja käsittelevät aistinelimistä tulevaa tietoa. Selkäydin on keskushermostoon kuuluva osa, joka sijaitsee selkäydinkanavassa selkärangan sisällä. Se ohjaa aivoista saapuvia hermoimpulsseja ääreishermostoon. Jokaisesta nikamavälistä lähtee ääreishermoja eri puolille elimistöä.

Aivoissa on toiminnaltaan ja rakenteeltaan erilaisia osia

Aivot jaetaan toimintansa perusteella seuraaviin osiin: isoaivot, pikkuaivot, väliaivot ja aivorunko. Isoaivot muodostavat noin 90 % aivojen painosta ja ne ovat voimakkaasti poimuttuneet. Isoaivot koostuvat kahdesta aivopuoliskosta, joita aivokurkiaisen hermoradat yhdistävät.

Ohimolohkon sisäosissa sijaitsee hippokampus, jolla on tärkeä merkitys uusien asioiden oppimisessa. Hippokampukseen on myös tallennettu ympäristöstä eräänlainen kartta, jonka avulla ihminen voi siirtyä paikasta toiseen eksymättä. Alzhaimerin tautia sairastavan henkilön hippokampus on vaurioitunut, eikä hän sen takia voi liikkua eksymättä tutussakaan ympäristössä eikä muista viime aikojen tapahtumia.

Pikkuaivot osallistuvat lihasliikkeiden tarkkuuden säätelyyn. Väliaivot muodostuvat talamuksesta, hypotalamuksesta, aivolisäkkeestä ja käpyrauhasesta. Aivolisäke ja käpyrauhanen ovat hormoneja tuottavia umpirauhasia. Talamus on aivoihin tulevan aistitiedon väliasema ja hypotalamus ohjaa aivolisäkkeen kanssa elimistön hormonitoimintaa. Lisäksi hypotalamus on autonomisen hermoston säätelykeskus, joka saa sisäisiltä aisteilta (niin, ihmisellä on myös sisäisiä aisteja!) tietoa esim veren happipitoisuudesta tai elimistön lämpötilasta.

Aivorunkoon kuuluvat ydinjatke, aivosilta ja keskiaivot. Myös väliaivot lasketaan joskus aivorunkoon kuuluviksi. Aivorunko ylläpitää monia elämälle välttämättömiä automaattisia toimintoja. Ydinjatkeessa on hermosoluryhmien muodostamia säätelykeskuksia (tumakkeita), jotka säätelevät mm. sydämen pumppaaman veren määrää  ja verenpainetta. Lisäksi ydinjatke ja aivosilta ohjaavat hengitystä ja ruuansulatusta.

Aivokalvot

Kallon, selkäytimen sekä aivo- ja selkäydinkalvojen tehtävänä on suojata keskushermostoa. Aivoselkäydinnestettä muodostuu aivokammioissa. Se toimii iskunvaimentajana ja tukee aivoja. Lisäksi aivoselkäydinneste huolehtii keskushermoston solujen ravinnonsaannista ja toimii suojana infektioita vastaan. Myös veriaivoeste suojaa aivoja. Se on aivojen verisuonten seinämissä ja sen läpi tarpeelliset aineet siirtyvät helposti mutta haitalliset aineet jäävät ulkopuolelle.

 

 

Ääreishermosto tuo viestejä ja välittää käskyjä

Ääreishermosto muodostuu aivoista ja selkäytimestä lähtevistä ja sinne tulevista hermoista. Ääreishermosto jaetaan toimintansa perusteella somaattiseen ja autonomiseen hermostoon. Somaattinen hermosto jaetaan edelleen motoriseen hermostoon ja sensoriseen hermostoon. Motorisen hermoston liikehermot ohjaavat tahdonalaisten lihasten supistumista ja sensorisen hermoston tuntohermot tuovat viestejä aistielimistä keskushermostoon. Autonominen hermosto puolestaan säätelee tiedostamattamme sisäelinten toimintaa.

Hermosto. Kuva: solunetti.

Kun ihminen päättää suorittaa jonkin liikkeen, lähtee aivoista käsky luustolihaksille. Käsky kulkee hermoimpulsseina selkäytimen kautta liikehermoon, joka saa haluttuun liikkeeseen tarvittavat lihakset supistumaan. Myös pikkuaivot ja isoaivojen tyvitumakkeet osallistuvat liikkeen hienosäätöön.

Jos esim poltat sormesi, ihossa olevat kipuhermopäätteet ärtyvät ja viesti kulkee tuntohermoa pitkin selkäytimeen. Siellä välittävä hermosolu siirtää viestin liikehermoon, jonka kuljettama impulssi saa käsivarren koukistajalihaksen supistumaan ja käsi siirtyy pois kipua tuottavasta paikasta. Tätä kutsutaan koukistusrefleksiksi. Samaan aikaan kun selkäytimestä lähtee tieto liikehermoa pitkin lihakselle, etenee toinen impulssi selkäydintä pitkin aivoihin. Vasta tämän jälkeen kipu tiedostetaan.

Autonominen hermosto säätelee tahdosta riippumatonta toimintaa

Autonomiseen hermostoon kuuluvat rauhasiin, sydämeen ja sileisiin lihaksiin menevät hermot. Autonominen hermosto jaetaan sympaattiseen ja parasympaattiseen osaan. Kuhunkin elimeen menee sekä sympaattiseen että parasympaattiseen hermostoon kuuluvia hermoja. Niiden vaikutukset ovat usein vastakkaisia: toinen kiihdyttää elimen toimintaa, toinen hidastaa. Se, kummasta hermostosta tulee enemmän impulsseja kohde-elimeen, ratkaisee vaikutuksen.

Sympaattinen hermosto lisää elimistön suorituskykyä ja energiavarastojen käyttöä. Sen toiminta vilkastuu stressin ja fyysisen rasituksen aikana. Parasympaattinen hermosto sen sijaan toimii aktiivisimmin levon aikana. Se esim aktivoi ruuansulatuselimistön toimintaa.

Hermosolut

Hermoston toiminta perustuu neuronien välittämiin viesteihin. Neuronien uusiutumiskyky on hyvin rajallinen, mutta niiden kantasoluja on myös aikuisen ihmisen hermostossa. Tuntohermot ovat yhteydessä aistinelimiin ja ne välittävät keskushermostolle viestejä elimistön sisä- ja ulkopuolelta. Liikehermot ovat yhteydessä lihaksiin ja välittävät niille toimintakäskyjä hermoston muista osista. Elimistön pisimmät viejähaarakkeet (jopa metrin mittaiset) ovat selkäytimestä pikkuvarpaaseen ulottuvassa iskiashermossa.

Hermoimpulssin kulku perustuu ionien siirtymiseen solukalvon läpi

Hermosolun sähköisen toiminnan voi aktivoida aistisolujen ärsytys tai muista hermosoluista tuleva viesti. Impulssin syntymiseen tarvitaan riittävän voimakas ärsyke. Impulssi lähtee etenemään tuojahaaraketta pitkin. Kun hermosolu ei saa ärsykettä, siinä vallitsee lepojännite. Tällöin solun sisäpuoli on negatiivisesti varautunut solun ulkopuoleen nähden.

Solujen ionikanavat ovat valikoivia, eli niistä jokainen päästää solukalvon läpi vain tiettyjä ioneja (hermosoluissa natriumkanavat ja kaliumkanavat). Ionipumpun toiminta on aktiivista kuljetusta ja siihen tarvitaan ATP:stä vapautuvaa energiaa.

Hermosolun solukalvo on herkkä esim aistinsolusta tulevalle ärsykkeelle. Ärsytys aiheuttaa muutoksen solukalvon ioniläpäisevyydessä. Tämä synnyttää toimintajännitteen (aktiopotentiaalin), joka on paikallinen ja hetkellinen muutos solukalvon sähköisessä varauksessa. Aktiopotentiaali pystyy kulkemaan nopeasti eteenpäin neuronissa, koska tämä paikallinen muutos aiheuttaa solukalvon läpäisevyyden muutoksen eli ionikanavien aukeamisen myös viereisissä osissa solukalvoa. Tämän seurauksena natrium- ja kaliumioneja pääsee liikkumaan avautuneista kanavista. Syntyy ketjureaktio, jonka seurauksena impulssi etenee hermosolua pitkin.

Kun impulssi on kulkenut, seuraa lyhyt palautumisaika, jolloin natrium-kaliumpumppu palauttaa natrium- ja kaliumionit alkuperäisille puolilleen solukalvoa. Vasta tämän jälkeen seuraava impulssi voi kulkea solukalvolla.

Synapsi

Hermoradat koostuvat peräkkäisistä neuroneista. Hermosolun viejähaarakkeen ja toisen hermosolun tuojahaarakkeen välistä liitosta kutsutaan synapsiksi. Hermopäätteeseen saapuva impulssi saa aikaan välittäjäaineen, esim asetyylikoliinin, vapautumisen välittäjäainerakkuloista solujen väliseen tilaan, synapsirakoon. Välittäjäaine sitoutuu seuraavan solun solukalvolla olevaan reseptoriin, mikä synnyttää aktiopotentiaalin ja saa esim lihassolun supistumaan. Hermosolusta toiseen välittyvä viesti jatkaa synapsin jälkeen matkaansa sähköisesti. Tämän jälkeen synapsirakoon erittyvä entsyymi hajottaa välittäjäaineen tai se siirtyy takaisin edellisen hermosolun välittäjäainerakkuloihin.

 

Alkoholi, tupakka- ja huumeriippuvaisten hermosolujen yhteydet ovat muuttuneet pysyvästi!!

Alkoholi, tupakka, rauhoittavat lääkkeet ja huumeet muuttavat keskushermoston hermosolujen synapsien muodostamia yhteyksiä. Sen seurauksena hermosolujen rakenne, aineenvaihdunta ja toiminta ovat muuttuneet pysyvästi, vaikka ihminen lopettaisi aineiden käytön. Riippuvuuden syntymistä edistää alkoholin ja huumeiden sietokyvyn lisääntyminen (toleranssi) runsaan käytön seurauksena. Käytön lopettamisen jälkeen ihminen saa voimakkaita vieroitusoireita, jotka kestävät muutaman viikon. Alkoholin käytön lopettamiseen liittyy usein myös unihäiriöitä, jotka voivat jatkua vuosia.

Positroniemissiotomografia

PET-kuvausta hyödynnetään metastaasien löytämisen lisäksi mm. aivojen toiminnan tutkimisessa. Siinä injektoidaan laskimoon esim hapen ja hiilen lyhytikäisiä, radioaktiivisia isotooppeja, jotka synnyttävät elimistössä radioaktiivista säteilyä (tässä tapauksessa beetaplussäteilyä). Säteilyssä vapautuneet positronit kohtaavat elimistössä elektroneja, jolloin syntyy gammasäteilyä jota mitataan erikoiskameralla. Niillä aivojen alueilla, joilla on vilkas verenkierto ja soluhengitys, syntyy runsaasti säteilyä.

                                                                                                                                    

Hermoston välittäjäaineita

Välittäjäaine	Vaikutuspaikka	Vaikutus
dopamiini	aivot	säätelee mielihyvää, lihasten toimintaa, oppimista
asetyylikoliini	keskus- ja ääreishermostossa	säätelee lihasten supistumista, vireystilaa, oppimista ja muistamista
glutamaatti	aivoissa	kiihdyttää erilaisten impulssien kulkua
gamma-aminovoihappo eli GABA	keskushermostossa	estää impulssien kulkua
glysiini	selkäytimessä	estää impulssien kulkua
serotoniini	aivoissa	säätelee ruokahalua, seksuaalista halukkuutta, vireystasoa, mielialaa ja muistia
noradrenaliini	sympaattisessa hermostossa	kiihdyttää impulssien kulkua esim stressin aikana