Współdziałanie układu dokrewnego i oddechowego

Współdziałanie układu dokrewnego i oddechowego

Mechanizm organizmu człowieka nazwać można, nie przesadzając ani trochę, cudownym. Chociaż ludzie zachwycają się walecznością atletów olimpijskich lub mądrością naukowców, choć niektórzy z nas biegają szybciej, skaczą wyżej, lub też ich myślenie jest bardziej dociekliwe, a możliwości intelektualne głębsze, to jednak każdy organizm jest w zasadzie taki sam. Ludzie różnią się szczegółami, ale mechanizm działania poszczególnych części ciała jest identyczny u każdego. Nerwy pracują wzdłuż tych samych linii, a serca biją jednakowym rytmem podporządkowując się prawom rządzącym strukturą i funkcjami. Podstawowym celem anatomii jest opisywanie budowy wewnętrznej organizmów, a fizjologii – wyjaśnianie budowy oraz mechanizmów czynności życiowych takich, jak np. pobieranie pokarmów, ich trawienie i wchłanianie, nauki te umożliwiają poznawanie zasad konstrukcji i funkcjonowania skomplikowanego, dynamicznego układu jakim jest każdy żywy organizm ludzki.
Żaden żywy organizm nie jest tylko prostą sumą elementów, z których jest zbudowany. Oznacza to, że nie można traktować całego złożonego organizmu jak pojedynczej komórki. I chociaż podstawowe czynności tych układów są podobne, to skala zadań jest inna. Człowiek staje przed szczególnie ostrymi problemami – w warunkach gdy wszystkie komórki muszą być odpowiednio „obsłużone”. Nie jest to jednak takie proste, a przyczyną jest wielkość i zróżnicowanie budowy różnych części ciała, układów i narządów. Współdziałanie wszystkich układów, w szczególności: krążenia, wymiany gazowej i wydalniczego pozwala na utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego organizmu człowieka tworzącego dzięki temu funkcjonalną i strukturalną całość.
Utrzymywanie stałości środowiska fizykochemicznego we wnętrzu organizmu żywego nazywane jest utrzymywaniem homeostazy. Chodzi o zachowanie względnej niezmienności podstawowych, niezbędnych dla życia procesów. Celem mechanizmu regulacji homeostatycznej jest uniezależnienie organizmu, w pewnym stopniu, od warunków środowiska zewnętrznego (np. od wahań temperatury) i tym samym zapewnienie stałego środowiska przebiegu procesów biochemicznych (przede wszystkim stężenia substancji oraz warunków termicznych – np. aktywność enzymów jest ściśle uzależniona od temperatury).
Ogólnie, rolę układów krążenia, wymiany gazowej i wydalniczego można określić następująco: układ wymiany gazowej wprowadza z zewnątrz tlen w powietrzu i wyprowadza powietrze zużyte – o większej zawartości dwutlenku węgla; układ krążenia (krew, limfa, płyn międzykomórkowy) zajmuje się doprowadzaniem tlenu do tkanek, roznoszeniem go wewnątrz nich oraz odprowadzaniem substancji szkodliwych i zbędnych z tkanek do układu oddechowego i wydalniczego, który zbędne i szkodliwe metabolity usuwa poza organizm.
Dostarczanie tlenu do tkanek jest procesem dość skomplikowanym. Powietrze z zewnątrz, zasysane dzięki mechanizmowi ruchów klatki piersiowej człowieka (osiągnięcie ewolucyjne ssaków, do których człowiek należy; współdziałają mięśnie, opłucna, mostek, żebra, przepona – pod kontrolą nerwowego układu wegetatywnego), przez jamę nosową lub ustną, górne drogi oddechowe, trafia w płucach do pęcherzyków płucnych. Są to twory o bardzo – w sumie – dużej powierzchni, zawsze wilgotne (jak każda czynna fizjologicznie powierzchnia dokonująca wymiany substancji z otoczeniem) i niezwykle dobrze ukrwiona. Tu zaczyna się rola układu krążenia. Aby przekazywać efektywnie gaz, konieczna jest ciągła wentylacja po obu stronach nabłonka, czyli współdziałanie pracy serca, wytwarzającej nieustanny obieg krwi, z ciągłą wymianą gazów. Tlen przekazywany jest do krwi na zasadzie stałej różnicy ciśnień parcjalnych tego gazu (ciśnienie maleje w kierunku tkanek), wytwarzanej przez wspomniany wyżej mechanizm (ciśnienie tlenu niższe we krwi zużytej niż w płucach). Pojemność tlenową krwi zwiększa jej barwnik – hemoglobina. Jest to białko składające się z części globinowej, w kształcie zwężającego się po jednej stronie pierścienia i umieszczonej na dnie tego pierścienia grupy hemowej. Cząsteczka tlenu zostaje w hemoglobinie „zawieszona”, związana czasowo tak, by nie utleniła żelaza. Jakość hemoglobiny zależy wiec głównie od jej części globinowej.
Prąd krwi przenosi erytrocyty – „woreczki hemoglobiny” – do tkanek (w tym również do ścian naczyń) i tu, znów na zasadzie różnicy ciśnień parcjalnych tlenu, uwalniany jest on do komórek. Poza tym wyższa temperatura w tkankach niż na zewnątrz i w płucach powoduje zmniejszenie rozpuszczalności tlenu i jego przyswajalności przez hemoglobinę – hemoglobina oddaje tlen. Znaczenie ma też wzrost stężenia w tkankach dwutlenku węgla, który może wybijać tlen z hemoglobiny. Wzrost stężenia dwutlenku węgla we krwi o kilka procent ponad normę lub spadek stężenia tlenu o około połowę sygnalizowany jest natychmiast organizmowi i powoduje zwiększenie częstości oddechów.
Prawidłowe funkcjonowanie organizmu ludzkiego wymaga usuwania z niego substancji zbędnych, szkodliwych, niepotrzebnych produktów przemian biochemicznych. Produkty oddychania komórkowego – woda i dwutlenek węgla – odprowadzane są do płuc. Dwutlenek węgla transportowany jest również przez krew na zasadzie różnicy ciśnień (ich układ jest odwrotny niż w przypadku tlenu). Około 80% w postaci rozpuszczonej lub w postaci jonów, reszta w hemoglobinie (na całkiem innej zasadzie niż tlen) i w białkach osoczowych, w formie karbaminianów. Do układu pokarmowego odprowadzane są niektóre sole, do skóry – sole i woda z niewielka ilością mocznika, do wątroby – np. alkohol z jelita, kwas mlekowy z mięśni. Wszystko to za pośrednictwem płynów ciała.
Nerki człowieka są narządami „segregującymi” substancje znajdujące się w organizmie na potrzebne i niepotrzebne oraz usuwającymi te ostatnie. Przez nerki wydalane są niektóre sole (regulacja stężenia jonów we krwi), metabolity azotowe i inne substancje zbędne i szkodliwe – rozpuszczone w wodzie. Naczynie krwionośne dochodzi do nefronu i łączy się z nim w postaci ciałka Malpighiego. Układ dziwny (tętnica – naczynie włosowate – tętnica), ze zróżnicowaną średnicą tętniczki doprowadzającej (o większym przekroju) i odprowadzającej oraz specyficzną budową ściany torebki Bowmana, w połączeniu z ciągłą pracą serca, wywołują silne sączenie. Tworzy się mocz pierwotny, w bardzo dużej ilości, przez niewybiórczą filtrację, a krew w naczyniu staje się mocno zagęszczona. W kanaliku nefronu substancje potrzebne, w tym woda (tu działa pompa sodowa – aktywny transport jonów, za nimi dyfuzja wody) zostają wyłapane z powrotem do krwi (absorpcja). Absorpcji wody sprzyja także duża gęstość, odsączonej uprzednio w ciałku Malpighiego, krwi w naczyniach oplatających nefron. Etap niewybiórczej filtracji, w połączeniu z drugim – wybiórczej reabsorpcji, pozwala na pozbywanie się substancji w organizmie zbędnych lub toksycznych, a nieznanych przezeń wcześniej (mechanizm reabsorpcji nastawiony jest na odciąganie tylko substancji potrzebnych). W nefronie odbywa się jeszcze wybiórcza sekrecja jonów (regulacja ich stężenia) i mocz ostateczny, zagęszczony, zostaje usunięty przez kanaliki zbiorcze, moczowody, pęcherz i cewkę moczową.
Do funkcji transportowych, scalających, układu krążenia zaliczamy także roznoszenie regulatorów humoralnych, w tym m.in. hormonu antydiuretycznego (wazopresyny) i adrenaliny, które przez mocniejsze lub słabsze działanie presyjne na tętniczkę doprowadzającą regulują diurezę w zależności od potrzeb organizmu, dwutlenku węgla i tlenu jako regulatorów szybkości wentylacji zewnętrznej, t.j. częstości oddechów, properdyny i interferonu – substancji antyinfekcyjnych. Krew pełni także funkcję buforowania płynów ciała, czyli utrzymuje ich stały skład jonowy oraz pH (przykładem układ węglanowy: H2CO3 « HCO3- + H+, HCO3- « CO32- + H+). Aby zapewnić organizmowi w miarę stałą objętość płynów ciała, działa mechanizm pourazowego krzepnięcia krwi. pęknięcie ściany naczynia wywołuje zaciśnięcie jego mięśniówki, obniżenie ciśnienia, ale przede wszystkim kaskadę procesów biochemicznych, które w końcu prowadzą do przemiany znajdującego się we krwi fibrynogenu we włóknistą fibrynę i wytworzenia czopa hemostatycznego.
Sztuka przeżycia w środowisku naturalnym sprowadza się także do obrony swojej odrębności biochemicznej. Jeśli więc jakiś obcy organizm bądź substancja chemiczna zakłóca funkcje życiowe danego osobnika, to powinien on uruchomić swój prywatny system obrony. Jego działanie musi doprowadzić do unieszkodliwienia „obcego”, inaczej skutki mogą być tragiczne. Wniknięcie obcego antygenu do organizmu powoduje powstawanie we krwi i uaktywnianie się granulocytów i makrofagów (obrona niespecyficzna) oraz przekształcenia limfocytów w komórki plazmatyczne i produkcję swoistych przeciwciał, które mogą atakować wroga (obrona specyficzna) m.in. na zasadzie aglutynacji bądź precypitacji. Utrzymanie organizmu w stanie nienaruszonym przez mikroorganizmy infekcyjne jest więc także istotna rolą krwi.
Reakcje biochemiczne zachodzą prawidłowo w precyzyjnie ustalonych warunkach termicznych. U stałocieplnych ssaków, w tym i u człowieka, główne funkcje termoregulacyjne przejęła krew. Dzięki jej krążeniu zachodzi konwekcja ciepła między narządami „ciepłymi” (serce, mózg, wątroba, nerki), a „chłodnymi” (skóra, płuca). Zewnętrzne warunki temperaturowe wywołują zmiany w naczyniach krwionośnych: ich rozszerzenie sprzyja oddawaniu ciepła, zwężanie – zatrzymywaniu. Ponadto, przy zbyt wysokiej temperaturze poza organizmem, wzrasta szybkość oddechów, zwiększając parowanie. System przeciwprądów w kończynach utrzymuje różnicę temperatur między centralnymi a peryferyjnymi częściami ciała. Z tętnicy, prowadzącej krew o wysokiej temperaturze do kończyn, część ciepła przechodzi do antyrównolegle biegnącej żyłami krwi chłodniejszej.
Różnica jakościowa między układem wymiany gazowej a wydalniczym z jednej strony, a układem krążenia z drugiej, polega na tym, że dwa pierwsze łączą organizm ze środowiskiem, a płyny ciała scalają ich działanie, funkcjonując wyłącznie wewnątrz organizmu i pełnią poza tym inne funkcje – szczególnie ważna ich rola to koordynacja procesów fizjologicznych (regulacja humoralna) oraz obrona (zwłaszcza specyficzna). Funkcje układu wydalniczego i wymiany gazowej na poziomie organizmu można porównać do roli pełnionej przez płyny ciała na poziomie poszczególnych tkanek – aprowizację i oczyszczanie organizmu do aprowizacji i oczyszczania komórek.
Koordynacja funkcji życiowych na poziomie pojedynczej komórki jest niewątpliwie sprawą skomplikowaną. Jednak w przypadku dużego, wielokomórkowego organizmu, którego części ciała podlegają specjalizacji, „zebranie tego wszystkiego do kupy” stanowi nie lada zadanie. Ale to i tak tylko część problemów, ponieważ człowiek musi mieć możliwość szybkiej oceny zmian zachodzących w środowisku. Dlatego też część komórek specjalizuje się w odbieraniu i obróbce sygnałów płynących ze środowiska i wnętrza ciała. Zagadnienia związane z kontrolą, koordynacją, zharmonizowaniem procesów życiowych realizowane są za pośrednictwem układu nerwowego, który u człowieka wykazuje najwyższy poziom rozwoju budowy i złożoności funkcji. Kontrola humoralna środowiska wewnętrznego może odbywać się także na drodze chemicznej – poprzez układ dokrewny.
Organizm ludzki, jak każdy żywy ustrój, jest nieprawdopodobnie złożonym i delikatnym układem. Ponieważ funkcjonuje w zmieniającym się wciąż środowisku zmuszony jest rozwiązywać trzy generalne problemy. Musi umieć szybko i precyzyjnie odbierać sygnały ze zmieniającego się środowiska zewnętrznego oraz z wnętrza swojego organizmu. Musi dokonywać obróbki danych dopływających ze środowiska – dokonywać selekcji na informacje ważne i nie, wymagające reakcji natychmiastowych i nie. Jednym słowem konieczne jest tu „podejmowanie decyzji” oraz powinien być zdolny do realizacji konkretnych decyzji i zachowań. Powiązanie w jedną pracującą sprawnie całość wszystkich elementów budulcowych i procesów życiowych jest celem doraźnym i jednocześnie strategicznym każdego organizmu żywego. Zadaniem jest więc utrzymanie delikatnej, zmiennej równowagi wewnętrznej, optymalnej do działania. Koordynacja funkcji życiowych to także szeroko rozumiany mechanizm typu homeostatycznego, podobnie jak utrzymywanie stałej temperatury, równowaga biochemiczna, a nawet psychiczna.
Komunikacja przy pomocy neuronów jest szybka, ale, wbrew pozorom, mało precyzyjna. Z punktu widzenia koordynacji (zgrywania w czasie i przestrzeni) funkcji życiowych przewaga układu nerwowego polega na tym, że pozwala na szybkie reakcje, szczególnie ruchowe. Istotną wadą takiego systemu jest jednak fakt, że pobudzenie komórek sygnałem nerwowym ma nietrwały charakter. W przypadku „układu” chemicznego wpływ na „adresata” jest znacznie dłuższy (chociaż prędkość przekazu jest niewielka). Przesyłanie sygnałów w układzie nerwowym odbywa się na zasadzie elektrycznej. Ogranicza to możliwość zmieniania sygnałów. W przypadku informacji chemicznych, mnogość różnych substancji, mogących spełniać funkcję przekaźnikową, daje temu sposobowi istotną przewagę nad układem nerwowym. Po prostu raz można daną komórkę pobudzić jedną substancją o określonym stężeniu, innym razem inną i tak dalej. Wreszcie pewne komórki są wrażliwe na dany związek chemiczny, a inne nie. W takim układzie określona substancja może wybiórczo zmieniać czynności konkretnych komórek. Z tych rozważań można wysnuć wniosek, że dopiero istnienie dwóch różnych systemów integrujących – układu nerwowego i dokrewnego, zapewnia pełną i dokładną współpracę pomiędzy miliardami komórek człowieka.
Układ nerwowy – ta wysoce złożona i doskonale działająca sieć rozciąga się w naszym ciele, ciągle zbierając różnorodne informacje i przekazując polecenia dla pobudzania aktywności mięśni i innych narządów. Główne części tego życiowo ważnego układu to mózgowie, siedlisko odbioru bodźców czuciowych z narządów zmysłów, rdzeń kręgowy, będący główną magistralą dla komunikacji w układzie nerwowym oraz nerwy, które są rozgałęzioną siecią z korzeniami wchodzącymi do rdzenia kręgowego i wychodzącymi z niego. Wyższe czynności układu, jak pamięć, zdolność porównywania i podejmowania decyzji, odbywają się w mózgu. Reszta układu nerwowego przenosi do mózgu informacje oraz rozkazy rządzące ruchami ciała i jego reakcjami.
Ciało ludzkie stanowi zespół narządów i tkanek. Pozostają one w ścisłej współzależności, a ich harmonijna współpraca jest warunkiem prawidłowego funkcjonowania organizmu. Szeroki zakres rozmaitych działań ustroju, od wzrostu i różnicowania tkanek poprzez odżywianie i reprodukcję, wymaga ciągłego nadzoru. Proces ten przebiega poza naszą świadomością dzięki układowi nerwowemu i wydzielania wewnętrznego. Ustrój człowieka, liczący tysiące miliardów komórek, może być porównywany do wielkiego miasta z jego ludnością, która harmonijnie współżyje i współdziała w dobrze skoordynowanej organizacji. Wiadomo, że w każdym zorganizowanym układzie niezbędny jest jeden lub kilka rodzajów kontroli i łączności, które by zintegrowały czynności poszczególnych elementów. Integracja oznacza zespolenie, osiągnięcie jedności działania przy zachowaniu pełnej różnorodności jednostek. Integracja jest czymś więcej niż zwykłym procesem sumowania. W wyniku integracji zwłaszcza zjawisk biologicznych, pojawiają się nowe często nieprzewidzialne cechy, które trudno niekiedy wytłumaczyć na podstawie cząstkowych procesów. Jedyna w swoim rodzaju niezwykłą cechą organizmu ludzkiego jest zdolność do utrzymania stałości ich środowiska wewnętrznego rozpatrywanego w szerokim aspekcie, czyli homeostazy. Względna stałość środowiska wewnętrznego zależy od złożonego współoddziaływania licznych procesów dynamicznych, począwszy od poziomu molekularnego aż do poziomów wyższych. Wynika z tego, że organizm ludzki stanowi nierozerwalną funkcjonalna i strukturalną całość, w której jeden układ, czy narząd nie może istnieć bez drugiego i jego działanie podlega ścisłej kontroli.