Hogar Tratamiento dental Descomponer. Regulación nerviosa y humoral en el cuerpo humano ¿Qué es la regulación neurohumoral?

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Descomponer. Regulación nerviosa y humoral en el cuerpo humano ¿Qué es la regulación neurohumoral?

Los conceptos más importantes de la teoría de la regulación fisiológica.

Antes de considerar los mecanismos de regulación neurohumoral, detengámonos en los conceptos más importantes de esta sección de la fisiología. Algunos de ellos son desarrollados por la cibernética. El conocimiento de estos conceptos facilita la comprensión de la regulación de las funciones fisiológicas y la resolución de una serie de problemas en medicina.

función fisiológica- manifestación de la actividad vital de un organismo o sus estructuras (células, órganos, sistemas de células y tejidos), destinada a preservar la vida e implementar programas determinados genética y socialmente.

Sistema- un conjunto de elementos interactivos que realizan una función que no puede ser realizada por un elemento individual.

Elemento - unidad estructural y funcional del sistema.

Señal - Diversos tipos de materia y energía que transmiten información.

Información Información, mensajes transmitidos a través de canales de comunicación y percibidos por el cuerpo.

Estímulo- un factor del entorno externo o interno, cuyo impacto en las formaciones receptoras del cuerpo provoca cambios en los procesos vitales. Los estímulos se dividen en adecuados e inadecuados. Hacia la percepción estímulos adecuados Los receptores del cuerpo se adaptan y activan con muy poca energía del factor que influye. Por ejemplo, para activar los receptores de la retina (bastones y conos) son suficientes de 1 a 4 cuantos de luz. Inadecuado son irritantes, a cuya percepción los elementos sensibles del cuerpo no están adaptados. Por ejemplo, los conos y bastones de la retina no están adaptados para percibir influencias mecánicas y no proporcionan sensación incluso cuando se aplica una fuerza significativa sobre ellos. Sólo con una fuerza de impacto (impacto) muy fuerte se pueden activar y aparece la sensación de luz.

Los estímulos también se dividen según su intensidad en subumbral, umbral y supraumbral. Fuerza estímulos subumbrales es insuficiente para provocar una respuesta registrada del cuerpo o de sus estructuras. Estímulo umbral Se llama aquel cuya fuerza mínima es suficiente para producir una respuesta pronunciada. Estímulos superumbral tienen mayor poder que los estímulos umbral.

El estímulo y la señal son conceptos similares, pero no inequívocos. Un mismo estímulo puede tener diferentes significados de señal. Por ejemplo, el chillido de una liebre puede ser una señal de advertencia sobre el peligro de los familiares, pero para un zorro el mismo sonido es una señal de la posibilidad de conseguir comida.

Irritación - el impacto de factores ambientales o ambientales internos en las estructuras del cuerpo. Cabe señalar que en medicina el término "irritación" a veces se usa en otro sentido: para denotar la respuesta del cuerpo o sus estructuras a la acción de un irritante.

Receptores molecular o estructuras celulares, percibiendo la acción de factores del entorno externo o interno y transmitiendo información sobre el valor de la señal del estímulo a enlaces posteriores del circuito regulador.

El concepto de receptores se considera desde dos puntos de vista: el biológico molecular y el morfofuncional. En este último caso hablamos de receptores sensoriales.

CON biológico molecular desde el punto de vista de los receptores - especializados moléculas de proteína, incrustado en la membrana celular o ubicado en el citosol y el núcleo. Cada tipo de receptor de este tipo es capaz de interactuar únicamente con moléculas de señalización estrictamente definidas. ligandos. Por ejemplo, para los llamados adrenorreceptores, los ligandos son las moléculas de las hormonas adrenalina y noradrenalina. Estos receptores están integrados en las membranas de muchas células del cuerpo. El papel de los ligandos en el cuerpo lo desempeñan sustancias biológicamente activas: hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento, citoquinas, prostaglandinas. Realizan su función de señalización mientras están en fluidos biológicos en concentraciones muy pequeñas. Por ejemplo, el contenido de hormonas en la sangre se encuentra en el rango de 10 -7 -10" 10 mol/l.

CON morfofuncional Desde el punto de vista, los receptores (receptores sensoriales) son células especializadas o terminaciones nerviosas, cuya función es percibir la acción de los estímulos y asegurar la excitación en las fibras nerviosas. En este sentido, el término "receptor" se utiliza con mayor frecuencia en fisiología cuando se habla de las regulaciones proporcionadas por el sistema nervioso.

El conjunto de receptores sensoriales de un mismo tipo y la zona del cuerpo en la que se concentran se denominan campo receptor.

La función de los receptores sensoriales en el cuerpo la realizan:

Terminaciones nerviosas especializadas. Pueden ser libres, sin funda (por ejemplo, receptores del dolor en la piel) o recubiertos (por ejemplo, receptores táctiles en la piel);

Células nerviosas especializadas (células neurosensoriales). En los seres humanos, estas células sensoriales están presentes en la capa epitelial que recubre la superficie de la cavidad nasal; Proporcionan la percepción de sustancias olorosas. En la retina del ojo, las células neurosensoriales están representadas por conos y bastones, que perciben los rayos de luz;

3) las células epiteliales especializadas son las que se desarrollan a partir de tejido epitelial células que han adquirido alta sensibilidad a la acción de ciertos tipos de estímulos y puede transmitir información sobre estos estímulos a las terminaciones nerviosas. Estos receptores están presentes en oído interno, papilas gustativas de la lengua y el aparato vestibular, que proporcionan la capacidad de percibir ondas sonoras, respectivamente, sensaciones gustativas, posición y movimientos corporales.

Regulación Monitoreo constante y corrección necesaria del funcionamiento del sistema y sus estructuras individuales para lograr un resultado útil.

Regulación fisiológica- un proceso que asegura la preservación de una relativa constancia o cambio en la dirección deseada de los indicadores de homeostasis y funciones vitales del cuerpo y sus estructuras.

La regulación fisiológica de las funciones vitales del cuerpo se caracteriza por las siguientes características.

Disponibilidad de circuitos de control cerrados. El circuito regulador más simple (Fig. 2.1) incluye los siguientes bloques: parámetro ajustable(por ejemplo, niveles de glucosa en sangre, valores de presión arterial), dispositivo de control- en un organismo completo es un centro nervioso, en una célula separada es un genoma, efectores- órganos y sistemas que, bajo la influencia de señales del dispositivo de control, cambian su funcionamiento y afectan directamente el valor del parámetro controlado.

La interacción de los bloques funcionales individuales de dicho sistema regulatorio se lleva a cabo de forma directa y comentario. A través de canales de comunicación directa, la información se transmite desde el dispositivo de control a los efectores y a través de canales de retroalimentación, desde los receptores (sensores) que controlan

Arroz. 2.1. Circuito de control de circuito cerrado

determinar el valor del parámetro controlado - al dispositivo de control (por ejemplo, desde los receptores del músculo esquelético - a la médula espinal y al cerebro).

Por lo tanto, la retroalimentación (en fisiología también se llama aferenciación inversa) asegura que el dispositivo de control reciba una señal sobre el valor (estado) del parámetro controlado. Proporciona control sobre la respuesta de los efectores a la señal de control y el resultado de la acción. Por ejemplo, si el propósito del movimiento de la mano de una persona era abrir un libro de texto de fisiología, entonces la retroalimentación se lleva a cabo conduciendo impulsos a lo largo de las fibras nerviosas aferentes desde receptores oculares, piel y músculos hasta el cerebro. Estos impulsos proporcionan la capacidad de controlar los movimientos de la mano. Gracias a ello, el sistema nervioso puede corregir el movimiento para conseguir el resultado deseado de la acción.

Con la ayuda de la retroalimentación (aferenciación inversa), el circuito regulador se cierra, sus elementos se combinan en un circuito cerrado: un sistema de elementos. Sólo en presencia de un circuito de control cerrado es posible implementar una regulación estable de los parámetros de homeostasis y reacciones adaptativas.

La retroalimentación se divide en negativa y positiva. En el cuerpo, la inmensa mayoría de las reacciones son negativas. Esto significa que, bajo la influencia de la información que llega a través de sus canales, el sistema regulatorio devuelve el parámetro desviado a su valor original (normal). Por tanto, la retroalimentación negativa es necesaria para mantener la estabilidad del nivel del indicador regulado. Por el contrario, la retroalimentación positiva contribuye a cambiar el valor del parámetro controlado, moviéndolo a un nuevo nivel. Así, al comienzo de una intensa actividad muscular, los impulsos de los receptores del músculo esquelético contribuyen al desarrollo de un aumento de la presión arterial.

El funcionamiento de los mecanismos reguladores neurohumorales en el cuerpo no siempre tiene como objetivo únicamente mantener las constantes homeostáticas en un nivel estrictamente estable y sin cambios. En algunos casos, es vital para el organismo que los sistemas reguladores reorganicen su trabajo y cambien el valor de la constante homeostática, cambie el llamado "punto de ajuste" del parámetro regulado.

Punto fijo(Inglés) punto fijo). Este es el nivel del parámetro regulado en el que el sistema regulatorio busca mantener el valor de este parámetro.

Comprender la presencia y dirección de cambios en el punto de referencia de las regulaciones homeostáticas ayuda a determinar la causa de los procesos patológicos en el cuerpo, predecir su desarrollo y encontrar el camino correcto de tratamiento y prevención.

Consideremos esto usando el ejemplo de la evaluación de las reacciones de temperatura del cuerpo. Incluso cuando una persona está sana, la temperatura del núcleo del cuerpo a lo largo del día fluctúa entre 36 ° C y 37 ° C, y por la tarde está más cerca de los 37 ° C, por la noche y temprano en la mañana, hasta 36°C. Esto indica la presencia de un ritmo circadiano en los cambios en el valor del punto de ajuste de termorregulación. Pero la presencia de cambios en el punto de referencia de la temperatura corporal central en una serie de enfermedades humanas es especialmente evidente. Por ejemplo, con el desarrollo de enfermedades infecciosas, los centros termorreguladores del sistema nervioso reciben señales sobre la aparición de toxinas bacterianas en el cuerpo y reorganizan su trabajo para aumentar el nivel de temperatura corporal. Esta reacción del cuerpo a la introducción de una infección se desarrolla filogenéticamente. Es útil porque cuando temperatura elevada El sistema inmunológico funciona más activamente y las condiciones para el desarrollo de la infección empeoran. Esta es la razón por la que no siempre se deben recetar antipiréticos cuando aparece fiebre. Pero como una temperatura corporal central muy alta (más de 39 °C, especialmente en niños) puede ser peligrosa para el cuerpo (principalmente en términos de daños). sistema nervioso), entonces en cada caso individual el médico debe tomar una decisión individual. Si a una temperatura corporal de 38,5 - 39 ° C aparecen signos como temblores musculares, escalofríos, cuando una persona se envuelve en una manta e intenta calentarse, entonces está claro que los mecanismos de termorregulación continúan movilizando todas las fuentes. de producción de calor y métodos para mantener el calor en el cuerpo. Esto significa que aún no se ha alcanzado el punto de ajuste y en un futuro próximo la temperatura corporal aumentará hasta alcanzar límites peligrosos. Pero si a la misma temperatura el paciente comienza a sudar profusamente, los temblores musculares desaparecen y se abre, entonces está claro que ya se ha alcanzado el punto de ajuste y los mecanismos de termorregulación evitarán un mayor aumento de temperatura. En tal situación, el médico puede, en algunos casos, abstenerse de prescribir antipiréticos durante un tiempo determinado.

Niveles de los sistemas regulatorios. Se distinguen los siguientes niveles:

subcelular (por ejemplo, autorregulación de cadenas de reacciones bioquímicas combinadas en ciclos bioquímicos);

celular: regulación de procesos intracelulares utilizando biológicos. sustancias activas(autocrino) y metabolitos;

tejido (paracrinia, conexiones creativas, regulación de la interacción celular: adhesión, asociación al tejido, sincronización de división y actividad funcional);

órgano: autorregulación de los órganos individuales, su funcionamiento en su conjunto. Dichas regulaciones se llevan a cabo tanto a través de mecanismos humorales (paracrinia, conexiones creativas) como de células nerviosas, cuyos cuerpos se encuentran en los ganglios autónomos intraórganos. Estas neuronas interactúan para formar arcos reflejos intraorgánicos. Al mismo tiempo, a través de ellos también se ejercen las influencias reguladoras del sistema nervioso central sobre los órganos internos;

regulación organizativa de la homeostasis, integridad del cuerpo, formación de sistemas funcionales reguladores que proporcionan reacciones de comportamiento apropiadas, adaptación del cuerpo a los cambios en las condiciones ambientales.

Por tanto, existen muchos niveles de sistemas reguladores en el cuerpo. Los sistemas más simples del cuerpo se combinan en otros más complejos capaces de realizar nuevas funciones. Donde sistemas simples, por regla general, obedecen a señales de control de sistemas más complejos. Esta subordinación se denomina jerarquía de los sistemas regulatorios.

Los mecanismos para implementar estas regulaciones se discutirán con más detalle a continuación.

Unidad y características distintivas Regulación nerviosa y humoral. Los mecanismos de regulación de las funciones fisiológicas se dividen tradicionalmente en nerviosos y humorales.

son diferentes, aunque en realidad forman un único sistema regulador que asegura el mantenimiento de la homeostasis y la actividad adaptativa del organismo. Estos mecanismos tienen numerosas conexiones tanto a nivel de funcionamiento de los centros nerviosos como en la transmisión de información de señales a las estructuras efectoras. Baste decir que cuando el reflejo más simple se implementa como mecanismo elemental de regulación nerviosa, la transmisión de señales de una célula a otra se lleva a cabo a través de factores humorales: los neurotransmisores. La sensibilidad de los receptores sensoriales a la acción de los estímulos y el estado funcional de las neuronas cambia bajo la influencia de hormonas, neurotransmisores, varias otras sustancias biológicamente activas, así como los metabolitos e iones minerales más simples (K + Na + CaCI -). . A su vez, el sistema nervioso puede iniciar o corregir regulaciones humorales. La regulación humoral del cuerpo está bajo el control del sistema nervioso.

Características de la regulación nerviosa y humoral del organismo. Los mecanismos humorales son filogenéticamente más antiguos; están presentes incluso en animales unicelulares y adquieren una gran diversidad en animales multicelulares y especialmente en humanos.

Los mecanismos de regulación nerviosa se formaron filogenéticamente más tarde y se forman gradualmente en la ontogénesis humana. Tales regulaciones sólo son posibles en estructuras multicelulares que tienen células nerviosas que están unidas en cadenas nerviosas y forman arcos reflejos.

La regulación humoral se lleva a cabo mediante la distribución de moléculas de señal en los fluidos corporales según el principio de "todos, todos, todos", o el principio de "comunicación por radio".

La regulación nerviosa se lleva a cabo según el principio de "carta con dirección" o "comunicación telegráfica". La señalización se transmite desde los centros nerviosos a estructuras estrictamente definidas, por ejemplo, a fibras musculares definidas con precisión o a sus grupos en un músculo específico. Sólo en este caso son posibles movimientos humanos coordinados y dirigidos.

La regulación humoral suele ocurrir más lentamente que la regulación nerviosa. La velocidad de transmisión de señales (potencial de acción) en las fibras nerviosas rápidas alcanza los 120 m/s, mientras que la velocidad de transporte de la molécula de señal

El flujo sanguíneo en las arterias es aproximadamente 200 veces menor y en los capilares, miles de veces menor.

La llegada de un impulso nervioso al órgano efector provoca casi instantáneamente un efecto fisiológico (por ejemplo, la contracción del músculo esquelético). La respuesta a muchas señales hormonales es más lenta. Por ejemplo, la manifestación de una respuesta a la acción de las hormonas de la glándula tiroides y la corteza suprarrenal ocurre después de decenas de minutos e incluso horas.

Los mecanismos humorales son de primordial importancia en la regulación de los procesos metabólicos, la velocidad. división celular, crecimiento y especialización de tejidos, pubertad, adaptación a condiciones ambientales cambiantes.

sistema nervioso en cuerpo saludable influye en todas las regulaciones humorales y las corrige. Al mismo tiempo, el sistema nervioso tiene sus funciones específicas. Regula los procesos vitales que requieren reacciones rápidas, asegura la percepción de señales provenientes de los receptores sensoriales de los sentidos, la piel y los órganos internos. Regula el tono y las contracciones de los músculos esqueléticos, que aseguran el mantenimiento de la postura y el movimiento del cuerpo en el espacio. El sistema nervioso asegura la manifestación de funciones mentales como sensaciones, emociones, motivación, memoria, pensamiento, conciencia y regula las reacciones conductuales destinadas a lograr un resultado adaptativo útil.

A pesar de la unidad funcional y las numerosas interrelaciones de las regulaciones nerviosas y humorales en el cuerpo, por conveniencia al estudiar los mecanismos de implementación de estas regulaciones, las consideraremos por separado.

Características de los mecanismos de regulación humoral del organismo. La regulación humoral se lleva a cabo mediante la transmisión de señales utilizando sustancias biológicamente activas a través de los fluidos corporales. Las sustancias biológicamente activas del cuerpo incluyen: hormonas, neurotransmisores, prostaglandinas, citocinas, factores de crecimiento, endotelio, óxido nítrico y varias otras sustancias. Para realizar su función de señalización es suficiente una cantidad muy pequeña de estas sustancias. Por ejemplo, las hormonas desempeñan su función reguladora cuando su concentración en la sangre está dentro del rango de 10 -7 -10 0 mol/l.

La regulación humoral se divide en endocrina y local.

Regulación endocrina se llevan a cabo gracias al funcionamiento de las glándulas endocrinas, que son órganos especializados que secretan hormonas. hormonas- sustancias biológicamente activas producidas por glándulas endocrinas, transportadas por la sangre y que ejercen efectos reguladores específicos sobre la actividad vital de células y tejidos. Una característica distintiva de la regulación endocrina es que las glándulas endocrinas secretan hormonas a la sangre y de esta forma estas sustancias llegan a casi todos los órganos y tejidos. Sin embargo, una respuesta a la acción de una hormona sólo puede ocurrir por parte de aquellas células (objetivos) cuyas membranas, citosol o núcleo contienen receptores para la hormona correspondiente.

Rasgo distintivo regulación humoral local es que las sustancias biológicamente activas producidas por la célula no ingresan al torrente sanguíneo, sino que actúan sobre la célula que las produce y su entorno inmediato, propagándose por difusión a través del líquido intercelular. Dichas regulaciones se dividen en regulación del metabolismo en la célula debido a metabolitos, autocrina, paracrina, yuxtacrina e interacciones a través de contactos intercelulares.

Regulación del metabolismo en la célula debido a metabolitos. Los metabolitos son los productos finales e intermedios de los procesos metabólicos en una célula. La participación de los metabolitos en la regulación de los procesos celulares se debe a la presencia en el metabolismo de cadenas de reacciones bioquímicas funcionalmente relacionadas: ciclos bioquímicos. Es característico que ya en tales ciclos bioquímicos se presenten los principales signos de regulación biológica, la presencia de un circuito regulador cerrado y retroalimentación negativa que asegura el cierre de este circuito. Por ejemplo, las cadenas de tales reacciones se utilizan en la síntesis de enzimas y sustancias involucradas en la formación de ácido adenosín trifosfórico (ATP). El ATP es una sustancia en la que se acumula energía, que las células utilizan fácilmente para diversos procesos vitales: movimiento, síntesis de sustancias orgánicas, crecimiento, transporte de sustancias a través de las membranas celulares.

Mecanismo autocrino. Con este tipo de regulación, la molécula señal sintetizada en la célula sale por

receptor r t endocrino

¿Oh? metro ooo

Augocrinia Paracrinia Juxtacrinia t

Arroz. 2.2. Tipos de regulación humoral en el cuerpo.

membrana celular en el líquido intercelular y se une a un receptor en la superficie exterior de la membrana (fig. 2.2). De esta forma, la célula reacciona a una molécula señal sintetizada en ella: un ligando. La unión de un ligando a un receptor en la membrana provoca la activación de este receptor y desencadena toda una cascada de reacciones bioquímicas en la célula, que garantizan un cambio en su actividad vital. La regulación autocrina suele ser utilizada por las células de los sistemas inmunológico y nervioso. Esta vía autorreguladora es necesaria para mantener niveles estables de secreción de determinadas hormonas. Por ejemplo, para prevenir la secreción excesiva de insulina por las células P del páncreas, es importante el efecto inhibidor de la hormona secretada por ellas sobre la actividad de estas células.

Mecanismo paracrino. Lo lleva a cabo la célula que secreta moléculas de señalización que ingresan al líquido intercelular y afectan la actividad vital de las células vecinas (fig. 2.2). Una característica distintiva de este tipo de regulación es que en la transmisión de señales hay una etapa de difusión de la molécula del ligando a través del líquido intercelular de una célula a otras células vecinas. Así, las células del páncreas que secretan insulina influyen en las células de esta glándula que secretan otra hormona, el glucagón. Los factores de crecimiento y las interleucinas afectan la división celular, las prostaglandinas afectan el tono del músculo liso, la movilización de Ca 2+. Este tipo de transmisión de señales es importante en la regulación del crecimiento de los tejidos durante el desarrollo embrionario, la cicatrización de heridas, el crecimiento de fibras nerviosas dañadas y en la transmisión. de excitación en las sinapsis.

Estudios recientes han demostrado que algunas células (especialmente las nerviosas) deben recibir constantemente señales específicas para mantener sus funciones vitales.

L1 de celdas vecinas. Entre estas señales específicas, son especialmente importantes las sustancias llamadas factores de crecimiento (NGF). Con una ausencia prolongada de exposición a estas moléculas de señalización, las células nerviosas inician un programa de autodestrucción. Este mecanismo de muerte celular se llama apoptosis.

La regulación paracrina se utiliza a menudo simultáneamente con la regulación autocrina. Por ejemplo, cuando la excitación se transmite en las sinapsis, las moléculas de señal liberadas por una terminación nerviosa se unen no sólo a los receptores de una célula adyacente (en la membrana postsináptica), sino también a los receptores de la membrana de la misma terminación nerviosa (es decir, la membrana presináptica).

Mecanismo yuxtacrino. Se lleva a cabo transmitiendo moléculas de señal directamente desde Superficie exterior membrana de una célula a la membrana de otra. Esto ocurre bajo la condición de contacto directo (unión, acoplamiento adhesivo) de las membranas de dos células. Esta unión ocurre, por ejemplo, cuando los leucocitos y las plaquetas interactúan con el endotelio de los capilares sanguíneos en un lugar donde hay un proceso inflamatorio. En las membranas que recubren los capilares de las células, en el lugar de la inflamación, aparecen moléculas de señalización que se unen a los receptores de ciertos tipos de leucocitos. Esta conexión conduce a la activación de la unión de los leucocitos a la superficie. vaso sanguíneo. A esto puede seguir todo un complejo de reacciones biológicas que aseguran la transición de los leucocitos del capilar al tejido y su supresión de la reacción inflamatoria.

Interacciones a través de contactos intercelulares. Se realizan a través de conexiones intermembranosas (discos de inserción, nexos). En particular, la transmisión de moléculas de señalización y algunos metabolitos a través de uniones comunicantes (nexos) es muy común. Cuando se forman nexos, moléculas de proteínas especiales (conexiones) de la membrana celular se combinan en grupos de 6 para formar un anillo con un poro en su interior. En la membrana de la célula vecina (exactamente opuesta) se forma la misma formación en forma de anillo con un poro. Dos poros centrales se unen para formar un canal que penetra las membranas de las células vecinas. El ancho del canal es suficiente para el paso de muchas sustancias y metabolitos biológicamente activos. Los iones Ca 2+, que son poderosos reguladores de los procesos intracelulares, pasan libremente a través de los enlaces.

Debido a su alta conductividad eléctrica, los nexos contribuyen a la propagación de corrientes locales entre células vecinas y a la formación de la unidad funcional del tejido. Estas interacciones son especialmente pronunciadas en las células del músculo cardíaco y del músculo liso. La violación del estado de los contactos intercelulares conduce a patología cardíaca.

disminución del tono de los músculos vasculares, debilidad de la contracción uterina y cambios en una serie de otras regulaciones.

Los contactos intercelulares que sirven para fortalecer la conexión física entre membranas se denominan uniones estrechas y cinturones de adhesión. Tales contactos pueden tomar la forma de una correa circular que pasa entre las superficies laterales de la celda. La compactación y el aumento de la fuerza de estas uniones está garantizada por la unión de las proteínas miosina, actinina, tropomiosina, vinculina, etc. a la superficie de la membrana. Las uniones estrechas contribuyen a la unificación de las células en el tejido, su adhesión y la resistencia del tejido. estres mecanico. También participan en la formación de barreras en el cuerpo. Las uniones estrechas son especialmente pronunciadas entre el endotelio que recubre los vasos del cerebro. Reducen la permeabilidad de estos vasos a las sustancias que circulan en la sangre.

En todas las regulaciones humorales realizadas con la participación de moléculas de señalización específicas, papel importante Reproducen membranas celulares e intracelulares. Por tanto, para comprender el mecanismo de regulación humoral, es necesario conocer los elementos de la fisiología. membranas celulares.

Arroz. 2.3. Diagrama de la estructura de una membrana celular.

Proteína de transporte

(secundario activo

transporte)

Proteína de membrana

proteína PKC

Doble capa de fosfolípidos

Antígenos

superficie extracelular

Ambiente intracelular

Características de la estructura y propiedades de las membranas celulares. Todas las membranas celulares se caracterizan por un principio estructural (fig. 2.3). Se basan en dos capas de lípidos (moléculas de grasa, la mayoría de las cuales son fosfolípidos, pero también las hay colesterol y glicolípidos). Las moléculas de lípidos de membrana tienen una cabeza (una región que atrae el agua y tiende a interactuar con ella, llamada guía

rofílico) y una cola, que es hidrófoba (repele las moléculas de agua y evita su proximidad). Como resultado de esta diferencia en las propiedades de la cabeza y la cola de las moléculas de lípidos, estas últimas, cuando golpean la superficie del agua, se alinean en filas: cabeza con cabeza, cola con cola y forman una doble capa en la que los hidrofílicos las cabezas miran hacia el agua y las colas hidrofóbicas se miran entre sí. Las colas se encuentran dentro de esta doble capa. La presencia de una capa lipídica forma un espacio cerrado, aísla el citoplasma del entorno. ambiente acuático y crea un obstáculo al paso del agua y sustancias solubles en ella a través de la membrana celular. El espesor de dicha bicapa lipídica es de aproximadamente 5 nm.

Las membranas también contienen proteínas. Sus moléculas son entre 40 y 50 veces más grandes en volumen y masa que las moléculas de los lípidos de membrana. Debido a las proteínas, el espesor de la membrana alcanza los -10 nm. A pesar de que las masas totales de proteínas y lípidos en la mayoría de las membranas son casi iguales, el número de moléculas de proteínas en la membrana es decenas de veces menor que el de las moléculas de lípidos. Normalmente, las moléculas de proteínas se encuentran por separado. Parecen disueltos en la membrana, pueden moverse y cambiar de posición en ella. Esta fue la razón por la cual la estructura de la membrana fue llamada mosaico líquido. Las moléculas de lípidos también pueden moverse a lo largo de la membrana e incluso saltar de una capa lipídica a otra. En consecuencia, la membrana tiene signos de fluidez y al mismo tiempo tiene la propiedad de autoensamblarse y puede restaurarse después de un daño debido a la capacidad de las moléculas de lípidos para alinearse en una doble capa de lípidos.

Las moléculas de proteínas pueden atravesar toda la membrana de modo que sus secciones finales sobresalgan más allá de sus límites transversales. Estas proteínas se llaman transmembrana o integral. También hay proteínas que están solo parcialmente sumergidas en la membrana o ubicadas en su superficie.

Las proteínas de la membrana celular realizan numerosas funciones. Para llevar a cabo cada función, el genoma celular asegura el inicio de la síntesis de una proteína específica. Incluso en la membrana relativamente simple de un glóbulo rojo hay alrededor de 100 proteínas diferentes. Entre funciones esenciales Se observan proteínas de membrana: 1) receptor: interacción con moléculas de señalización y transmisión de señales al interior de la célula; 2) transporte: transferencia de sustancias a través de membranas y aseguramiento del intercambio entre el citosol y el medio ambiente. Existen varios tipos de moléculas de proteínas (translocasas) que proporcionan transporte transmembrana. Entre ellas se encuentran las proteínas que forman canales que penetran la membrana y a través de ellos se produce la difusión de determinadas sustancias entre el citosol y el espacio extracelular. Estos canales suelen ser selectivos de iones, es decir permitir el paso de iones de una sola sustancia. También hay canales cuya selectividad es menor, por ejemplo, permiten el paso de iones Na + y K +, iones K + y C1~. También existen proteínas transportadoras que aseguran el transporte de una sustancia a través de una membrana cambiando su posición en esta membrana; 3) adhesivo: las proteínas junto con los carbohidratos participan en la adhesión (adhesión, pegado de células durante reacciones inmunes, unión de células en capas y tejidos); 4) enzimático: algunas proteínas integradas en la membrana actúan como catalizadores de reacciones bioquímicas, cuya ocurrencia solo es posible en contacto con las membranas celulares; 5) mecánico: las proteínas proporcionan resistencia y elasticidad a las membranas y su conexión con el citoesqueleto. Por ejemplo, en los eritrocitos este papel lo desempeña la proteína espectrina, que en forma de estructura de malla está unida a la superficie interna de la membrana de los eritrocitos y tiene conexiones con proteínas intracelulares que forman el citoesqueleto. Esto les da elasticidad a los glóbulos rojos, la capacidad de cambiar y restaurar su forma al pasar a través de los capilares sanguíneos.

Los carbohidratos constituyen solo del 2 al 10% de la masa de la membrana, su cantidad varía en diferentes células. Gracias a los carbohidratos, se producen ciertos tipos de interacciones intercelulares; participan en el reconocimiento de antígenos extraños por parte de la célula y, junto con las proteínas, crean una estructura antigénica única de la membrana superficial de su propia célula. Mediante tales antígenos, las células se reconocen entre sí, se unen en tejido y un tiempo corto se unen para transmitir moléculas de señalización. Los compuestos de proteínas con azúcares se llaman glicoproteínas. Si los carbohidratos se combinan con lípidos, estas moléculas se denominan glicolípidos.

Gracias a la interacción de las sustancias incluidas en la membrana y al orden relativo de su disposición, la membrana celular adquiere una serie de propiedades y funciones que no pueden reducirse a una simple suma de las propiedades de las sustancias que la forman.

Funciones de las membranas celulares y mecanismos para su implementación.

al principalfunciones de las membranas celulares se relaciona con la creación de una capa (barrera) que separa el citosol del

^apretando ambiente, Y definiendo límites Y forma celular; sobre la provisión de contactos intercelulares, acompañada de pánico membranas (adhesión). La adhesión intercelular es importante ° Uno células del mismo tipo en tejido, formo hemático barreras, implementación de reacciones inmunes; detección de moléculas de señalización; Y interacción con ellos, así como transmisión de señales al interior de la célula; 4) provisión de proteínas-enzimas de membrana para la catálisis de procesos bioquímicos reacciones, yendo a la capa cercana a la membrana. Algunas de estas proteínas también actúan como receptores. La unión del ligando al receptor stakim activa sus propiedades enzimáticas; 5) asegurar la polarización de la membrana, generación de diferencia. eléctrico potenciales entre externos Y interno lado membranas; 6) creación de especificidad inmune de la célula debido a la presencia de antígenos en la estructura de la membrana. El papel de los antígenos, por regla general, lo desempeñan secciones de moléculas de proteínas que sobresalen de la superficie de la membrana y moléculas de carbohidratos asociadas. La especificidad inmunológica es importante cuando se combinan células en tejidos e interactúan con células que llevan a cabo la vigilancia inmunológica en el cuerpo; 7) asegurar la permeabilidad selectiva de sustancias a través de la membrana y su transporte entre el citosol y el medio ambiente (ver más abajo).

La lista dada de funciones de las membranas celulares indica que desempeñan un papel multifacético en los mecanismos de regulación neurohumoral del cuerpo. Sin el conocimiento de una serie de fenómenos y procesos proporcionados por las estructuras de las membranas, es imposible comprender y llevar a cabo conscientemente algunos Procedimientos de diagnóstico y medidas terapéuticas. Por ejemplo, para el uso correcto de muchos sustancias medicinales es necesario saber hasta qué punto cada uno de ellos penetra desde la sangre hacia fluidos de tejidos y al citosol.

Difuso y yo y transporte de sustancias a través de las células. Membranas. La transición de sustancias a través de las membranas celulares se lleva a cabo debido a diferentes tipos de difusión o activa.

transporte.

Difusión simple Se lleva a cabo debido a gradientes en la concentración de una determinada sustancia, carga eléctrica o presión osmótica entre los lados de la membrana celular. Por ejemplo, el contenido medio de iones de sodio en el plasma sanguíneo es de 140 mmol/ly en los eritrocitos es aproximadamente 12 veces menor. Esta diferencia de concentración (gradiente) crea fuerza motriz, que asegura la transferencia de sodio del plasma a los glóbulos rojos. Sin embargo, la velocidad de dicha transición es baja, ya que la membrana tiene una permeabilidad muy baja para los iones Na+. La permeabilidad de esta membrana para el potasio es mucho mayor. Los procesos de difusión simple no consumen la energía del metabolismo celular. El aumento en la velocidad de difusión simple es directamente proporcional al gradiente de concentración de la sustancia entre los lados de la membrana.

Difusión facilitada, Como simple, sigue un gradiente de concentración, pero se diferencia de simple en que moléculas portadoras específicas están necesariamente involucradas en la transición de una sustancia a través de la membrana. Estas moléculas penetran la membrana (pueden formar canales) o al menos están asociadas a ella. La sustancia transportada debe contactar con el transportista. A continuación, el transportador cambia su localización en la membrana o su conformación de tal manera que entrega la sustancia al otro lado de la membrana. Si la transición transmembrana de una sustancia requiere la participación de un portador, entonces en lugar del término "difusión" se suele utilizar el término Transporte de una sustancia a través de una membrana.

Con la difusión facilitada (a diferencia de la difusión simple), si el gradiente de concentración transmembrana de una sustancia aumenta, entonces la velocidad de su paso a través de la membrana aumenta solo hasta que todos los portadores de la membrana estén involucrados. Si este gradiente sigue aumentando, la velocidad del transporte se mantendrá sin cambios; Ellos lo llaman El fenómeno de la saturación. Ejemplos de transporte de sustancias por difusión facilitada incluyen: la transferencia de glucosa de la sangre al cerebro, la reabsorción de aminoácidos y glucosa de la orina primaria a la sangre en los túbulos renales.

Difusión de intercambio - Transporte de sustancias, en el que se pueden intercambiar moléculas de la misma sustancia en diferentes lados de la membrana. La concentración de la sustancia a cada lado de la membrana permanece sin cambios.

Un tipo de intercambiodifusión es el intercambio de una molécula de una sustancia por una o más moléculas de otra sustancia. Por ejemplo, en las fibras musculares lisas de los vasos sanguíneos y los bronquios, una de las formas de eliminar los iones Ca 2+ de la célula es intercambiarlos por iones Na + extracelulares. Por tres iones de sodio entrantes, se elimina un ion de calcio. celúla. Se crea un movimiento interdependiente de sodio y calcio a través de la membrana en direcciones opuestas (este tipo de transporte se llama antipuerto). Por lo tanto, la célula se libera del exceso de Ca 2+, y esta es una condición necesaria para la relajación de la fibra muscular lisa. El conocimiento de los mecanismos de transporte de iones a través de las membranas y las formas de influir en este transporte es una condición indispensable no solo para comprender los mecanismos de regulación de las funciones vitales, sino también para la correcta elección de fármacos para el tratamiento de una gran cantidad de enfermedades ( hipertensión, asma bronquial, arritmia cardíaca, violaciones agua-sal intercambio, etcétera).

Transporte activo Se diferencia del pasivo en que va en contra de los gradientes de concentración de la sustancia, utilizando la energía ATP generada debido al metabolismo celular. Gracias al transporte activo se pueden superar las fuerzas no sólo de los gradientes de concentración, sino también de los gradientes eléctricos. Por ejemplo, durante el transporte activo de Na + desde la célula hacia el exterior, no solo se supera el gradiente de concentración (el contenido de Na + en el exterior es 10-15 veces mayor), sino también la resistencia de la carga eléctrica (en el exterior, el La membrana celular de la gran mayoría de las células está cargada positivamente, lo que crea resistencia a la liberación de Na + cargado positivamente de la célula).

El transporte activo de Na+ lo proporciona la proteína ATPasa dependiente de Na+, K+. En bioquímica, la terminación "aza" se añade al nombre de una proteína si tiene propiedades enzimáticas. Por lo tanto, el nombre ATPasa dependiente de Na + , K + significa que esta sustancia es una proteína que descompone el ácido adenosina trifosfórico solo con la presencia obligatoria de interacción con los iones Na + y K +. El ATP es sacado de la célula por tres iones de sodio y transportado al interior de la célula por dos iones de potasio.

También hay proteínas que transportan activamente iones de hidrógeno, calcio y cloro. En las fibras del músculo esquelético, la ATPasa dependiente de Ca 2+ está incorporada en las membranas del retículo sarcoplásmico, que forma contenedores intracelulares (cisternas, túbulos longitudinales) que acumulan Ca 2+. La bomba de calcio, debido a la energía de escisión del ATP, transfiere iones Ca 2+ desde el sarcoplasma a las cisternas del retículo y puede crear en ellas una concentración de Ca + cercana a 1(G 3 M, es decir, 10.000 veces mayor que en el sarcoplasma de la fibra.

Transporte activo secundario caracterizado por el hecho de que la transferencia de una sustancia a través de la membrana se produce debido al gradiente de concentración de otra sustancia, para la cual existe un mecanismo de transporte activo. Muy a menudo, el transporte activo secundario se produce mediante el uso de un gradiente de sodio, es decir, el Na + atraviesa la membrana hacia su concentración más baja y arrastra consigo otra sustancia. En este caso, se suele utilizar una proteína portadora específica integrada en la membrana.

Por ejemplo, el transporte de aminoácidos y glucosa de la orina primaria a la sangre, realizado en la sección inicial de los túbulos renales, se produce debido al hecho de que la membrana tubular transporta proteínas. El epitelio se une al aminoácido y al ion sodio y solo entonces cambia su posición en la membrana de tal manera que transfiere aminoácidos y sodio al citoplasma. Para que se produzca dicho transporte es necesario que la concentración de sodio fuera de la célula sea mucho mayor que en el interior.

Para comprender los mecanismos de regulación humoral en el cuerpo, es necesario conocer no solo la estructura y permeabilidad de las membranas celulares a diversas sustancias, sino también la estructura y permeabilidad de formaciones más complejas ubicadas entre la sangre y los tejidos. varios órganos.

Fisiología de las barreras histohemáticas (HBB). Las barreras histohemáticas son un conjunto de mecanismos morfológicos, fisiológicos y fisicoquímicos que funcionan en su conjunto y regulan las interacciones de la sangre y los órganos. Las barreras histohemáticas participan en la creación de la homeostasis del cuerpo y de los órganos individuales. Gracias a la presencia de HGB, cada órgano vive en su propio entorno especial, que puede diferir significativamente del plasma sanguíneo en la composición de los ingredientes individuales. Existen barreras especialmente poderosas entre la sangre y el cerebro, la sangre y el tejido de las gónadas, y la sangre y el humor del ojo. El contacto directo con la sangre tiene una capa barrera formada por el endotelio de los capilares sanguíneos, seguida de la membrana basal de los espericitos (capa intermedia) y luego las células adventicias de órganos y tejidos ( capa exterior). Las barreras histohemáticas, al cambiar su permeabilidad a diversas sustancias, pueden limitar o facilitar su llegada al órgano. Son impermeables a una serie de sustancias tóxicas. Esto muestra su función protectora.

Barrera hematoencefálica (BHE) - es un conjunto de estructuras morfológicas, mecanismos fisiológicos y fisicoquímicos que funcionan como un todo y regulan la interacción de la sangre y el tejido cerebral. La base morfológica de la BHE es el endotelio y la membrana basal de los capilares cerebrales, los elementos intersticiales y el glicocálix, la neuroglia, cuyas células peculiares (astrocitos) cubren toda la superficie del capilar con sus patas. Los mecanismos de barrera también incluyen sistemas de transporte del endotelio de las paredes capilares, incluida la pino y exocitosis, el retículo endoplásmico, la formación de canales, sistemas enzimáticos que modifican o destruyen las sustancias entrantes, así como proteínas que actúan como transportadores. En la estructura de las membranas del endotelio de los capilares cerebrales, así como en varios otros órganos, se encuentran proteínas acuaporinas, que crean canales que permiten el paso selectivo de las moléculas de agua.

Los capilares cerebrales se diferencian de los capilares de otros órganos en que las células endoteliales forman una pared continua. En los puntos de contacto, las capas externas de células endoteliales se fusionan formando las llamadas uniones estrechas.

Las funciones de la BBB incluyen protectora y reguladora. Protege el cerebro de la acción de sustancias extrañas y tóxicas, participa en el transporte de sustancias entre la sangre y el cerebro y crea así la homeostasis del líquido intercelular del cerebro y del líquido cefalorraquídeo.

La barrera hematoencefálica es selectivamente permeable a diversas sustancias. Algunas sustancias biológicamente activas (por ejemplo, las catecolaminas) prácticamente no atraviesan esta barrera. La excepción es solo pequeñas áreas de la barrera en el límite con la glándula pituitaria, la glándula pineal y algunas áreas del hipotálamo, donde la permeabilidad de la BHE a todas las sustancias es alta. En estas zonas se encuentran grietas o canales que penetran en el endotelio, a través de los cuales penetran sustancias desde la sangre al líquido extracelular del tejido cerebral o a las propias neuronas.

La alta permeabilidad de la BHE en estas áreas permite que sustancias biológicamente activas lleguen a aquellas neuronas del hipotálamo y las células glandulares en las que está cerrado el circuito regulador de los sistemas neuroendocrinos del cuerpo.

Un rasgo característico del funcionamiento de la BHE es la regulación de la permeabilidad a sustancias adecuadas a las condiciones predominantes. La regulación se produce debido a: 1) cambios en el área de los capilares abiertos, 2) cambios en la velocidad del flujo sanguíneo, 3) cambios en el estado de las membranas celulares y la sustancia intercelular, la actividad de los sistemas enzimáticos celulares, pinocitosis y exocitosis. .

Se cree que la BHE, si bien crea un obstáculo importante para la penetración de sustancias de la sangre al cerebro, al mismo tiempo permite que estas sustancias pasen bien en la dirección opuesta del cerebro a la sangre.

La permeabilidad de la BHE a diferentes sustancias varía mucho. Las sustancias liposolubles, por regla general, penetran en la BHE más fácilmente que las sustancias solubles en agua. El oxígeno, el dióxido de carbono, la nicotina, el alcohol etílico, la heroína y los antibióticos liposolubles (cloranfenicol, etc.) penetran con relativa facilidad.

La glucosa insoluble en lípidos y algunos aminoácidos esenciales no pueden pasar al cerebro por simple difusión. Son reconocidos y transportados por transportistas especiales. El sistema de transporte es tan específico que distingue entre estereoisómeros de D- y L-glucosa. La D-glucosa se transporta, pero la L-glucosa no. Este transporte lo proporcionan proteínas portadoras integradas en la membrana. El transporte es insensible a la insulina pero es inhibido por la citocolasina B.

Los aminoácidos neutros grandes (p. ej., fenilalanina) se transportan de manera similar.

También hay transporte activo. Por ejemplo, debido al transporte activo, los iones Na+K+ y el aminoácido glicina, que actúa como mediador inhibidor, se transportan en contra de gradientes de concentración.

Los materiales presentados caracterizan los métodos de penetración de sustancias biológicamente importantes a través de barreras biológicas. Son necesarios para comprender la regulación humoral. laciones en el organismo.

Preguntas y tareas de prueba

¿Cuáles son las condiciones básicas para mantener las funciones vitales del cuerpo?

¿Cuál es la interacción del organismo con el entorno externo? Definir el concepto de adaptación al medio.

¿Cuál es el ambiente interno del cuerpo y sus componentes?

¿Qué es la homeostasis y las constantes homeostáticas?

Nombra los límites de las fluctuaciones de las constantes homeostáticas rígidas y plásticas. Definir el concepto de sus ritmos circadianos.

Enumere los conceptos más importantes de la teoría de la regulación homeostática.

7 Defina irritación e irritantes. ¿Cómo se clasifican los irritantes?

¿Cuál es la diferencia entre el concepto de “receptor” desde el punto de vista biológico molecular y morfofuncional?

Definir el concepto de ligandos.

¿Qué son las regulaciones fisiológicas y la regulación de circuito cerrado? ¿Cuáles son sus componentes?

Nombra los tipos y el papel de la retroalimentación.

Definir el concepto de punto de ajuste de la regulación homeostática.

¿Qué niveles de sistemas regulatorios existen?

¿Cuál es la unidad y las características distintivas de la regulación nerviosa y humoral en el cuerpo?

¿Qué tipos de regulaciones humorales existen? Da sus características.

¿Cuál es la estructura y propiedades de las membranas celulares?

17 ¿Cuáles son las funciones de las membranas celulares?

¿Cuáles son la difusión y el transporte de sustancias a través de las membranas celulares?

Describir y dar ejemplos de transporte activo por membrana.

Definir el concepto de barreras histohemáticas.

¿Qué es la barrera hematoencefálica y cuál es su función? t;

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