1

Pieni käsikirja linnunradanliftareille siitä, miten

läpäistä Fysiologian tentti

by

Cursus – Leinonen

Cursus – Kormi

2007

2

Sisällys

Luurankolihaksen supistumismekanismi 4

Luurankolihaksen supistuksen säätely 6

Vertaile sydänlihassolun ja luustolihassolun supistumismekanismeja.

Mitkä ovat erot ja mitkä yhtäläisyydet? 7

Sileän lihaksen supistumismekanismi 9

Miten sinussolmukkeen automaatio välittyy sydämen

kammiosolun supistukseksi? 11

Mitkä mekanismit osallistuvat sydänsolutasolla sydämen

pumppaustoiminnan säätelyyn? 13

Vertaile eri sydänlihassolutyyppejä 15

Jänniteriippuvaiset ionikanavat sydänsoluissa 17

Beeta-reseptoristimulaation vaikutus sydänsolujen toimintaan 20

EKG:n, aktiopotentiaalin ja sydämen toiminnan ajalliset suhteet 21

Vertaile verenvirtausta ja verenpainetta verisuoniston eri osissa 22

Vertaile verenkiertoa ja sen säätelyä työskentelevässä

luustolihaksessa, sydänlihaksessa ja aivoissa /

Vertaile aivojen, sydänlihaksen ja luustolihaksen verenkiertoa.

/ Vertaile aivojen ja sydämen verenkiertoa. 25

Miten verenpainetta säädellään neuraalisesti 27

Vertaile munuaisytimen ja kuoren toimintaa keskenään 30

Virtsanerityksen säätely 33

Happo-emästasapainohäiriöt 35

Sisään- ja uloshengityksen erot 38

Vertaile hapen ja hiilidioksidin kuljetusmekanismeja toisiinsa 39

Poikkeavan rasitushengenahdistuksen fysiologiset mekanismit

ja millä kliinisfysiologisilla tutkimuksilla voidaan asiaa selvittää? 41

Neuraalinen ja hormonaalinen säätely ruoansulatuksen eri vaiheissa 43

Miten autonominen hermosto säätelee ruoansulatusta? 45

Miten säädellään kehon lämpötilaa, ja milloin kehon sisäosien

lämpötila muuttuu säädellysti, milloin hallitsemattomasti? 45

3

Lisämunuaisen toiminnan säätely (sehän on endokriinista

toimintaa kaikki tyyni) 47

Kuuloaisti 48

Kemiallisten aistien toiminta 50

Makuaisti 52

Lämpötilan aistiminen 53

Näköaisti 54

Insuliinin vaikutusmekanismit ja pääasialliset vaikutukset 56

Sukurauhasten endokriininen toiminta 58

Munasarjojen hormonaalinen säätely 59

Aivolisäkkeen ja hypotalamuksen vuorovaikutus. Mitä seurauksia on

hypotalamuksen ja aivolisäkkeen yhteyden katkeamisella. 60

Kuvaa aivojen aktiivisuus / EEG epileptisessä kohtauksessa ja

unen eri vaiheissa 62

Puheen tuottamiseen ja tulkintaan osallistuvat aivoalueet ja

aivopuoliskojen dominanssi. 64

Autonomisen hermoston osat, signalointi ja toiminta 65

Miten sikiön verenkierto järjestyy uudelleen syntymän yhteydessä? 67

Millaisia muutoksia tapahtuu lapsen elintoiminnoissa syntymään liittyen? 68

Raskauteen ja synnytykseen liittyvät endokriiniset muutokset 70

Kalsiumaineenvaihdunnan endokriininen säätely 74

4

Luurankolihaksen supistumismekanismi

Luurankolihakset eli poikkijuovaiset lihakset ovat tahdonalaisia lihaksia, jotka saavat aikaan

vartalon liikkeet. Osa niistä, kuten hengityslihakset ja silmäluomet, ovat toiminnaltaan automaattisia.

Luurankolihaksille on ominaista voimakkaat, lyhytaikaiset supistukset ja muihin lihastyyppeihin

verrattuna nopea väsyminen. Lihaksen supistuminen on tapahtumaketju, jossa on erotettavissa

sähköinen ja mekaaninen vaihe, ja jossa kalsium ja ATP ovat ratkaisevan tärkeässä osassa.

Luurankolihas koostuu useista monitumaisista lihassoluista, jotka voivat olla hyvinkin pitkiä

ja paksuja. Yksittäinen lihassolu jakaantuu pitkittäissuunnassa sadoiksi tai tuhansiksi myofibrilleiksi.

Myofibrillit ovat rakentuneet sarkomeereistä, lihaksen toiminnallisista yksiköistä, jotka muodostuvat

aktiini- ja myosiinifilamenteista. Nämä filamentit sijaitsevat lomittain, ja koko lihassolun

supistuminen perustuu niiden liukumiseen pidemmälle toistensa väliin ja siten sarkomeerien

lyhenemiseen.

Myosiinifilamentti, ”thick filament”, muodostuu suurimmaksi osaksi myosiiniproteiinista.

Filamentin rakenteessa on erotettavissa kevyestä meromyosiinista koostuva pitkä häntäosa sekä

painavasta meromyosiinista koostuva kaksiosainen pää. Aktiinifilamentti, ”thin filament” koostuu

kahdesta toisiinsa kiertyneestä aktiiniproteiinirihmasta. Rihmojen välissä kulkevat tropomyosiinista

rakentuvat säikeet, joissa on kiinni troponiinikomplekseja. Nämä puolestaan koostuvat kolmesta eri

proteiinista: troponiini C, troponiini T ja troponiini I.

Lihassolun supistumisen sähköinen vaihe saa alkunsa motorisen neuronin tuomasta

signaalista. Motorisen neuronin aksonihaarat ja vaihteleva määrä lihassoluja muodostavat motorisen

yksikön, jonka hermo-lihasliitoksessa aktiopotentiaali siirtyy asetyylikoliinin välityksellä neuronista

lihassolun solukalvoon eli sarkolemmaan. Sarkolemmassa paikallinen depolarisaatio syntyy kalvon

Na+ ja K+ -permeabiliteettien kasvaessa asetyylikoliinireseptorien aktivoitumisen seurauksena.

Sarkolemman T-tubulus –rakenteissa, jotka johtavat depolarisaation solun sisäosiin, avautuu

jänniteaktivoituvia Ca2+ -kanavia. T-tubulukset kytkeytyvät myofibrillejä ympäröivään

sarkoplasmaattiseen reticulumiin (SR), jossa kalsiumvirta saa aikaan nk. ryanodiinireseptorien

aktivoitumisen. Nämä ovat Ca2+ -kanavia, joiden kautta SR:ään varastoitunut kalsium vapautuu

sarkomeereihin.

Supistumisen mekaanisen vaiheen eli poikkisiltakierron käynnistää kalsiumin sitoutuminen

aktiinifilamentin troponiini C –molekyyliin. Lihassolun lepotilassa troponiini I estää aktiinin ja

myosiinin vuorovaikutuksen, mutta kalsiumin sitoutuessa aktiinifilamentin tropomyosiini liikkuu

niin, että myosiinin pää pääsee sitoutumaan aktiiniin. Syntyy rigor, eli voimakas aktiini-myosiini –

5

interaktio, jossa myosiinin pää on 45° kulmassa aktiiniin nähden. Myosiinin päähän sitoutuu ATP-

molekyyli, mistä seuraa interaktion purkautuminen. Seuraavaksi ATP hydrolysoituu ADP:ksi ja

fosfaatiksi, mikä aiheuttaa myosiinin kääntymisen 90° kulmaan ja uudelleenkiinnittymisen aktiiniin.

Fosfaatin irrotessa myosiinista tapahtuu varsinainen supistuminen eli ns. power stroke, kun

myosiinin pää kääntyy jälleen 45° ja samalla vetää aktiinifilamenttia. Aktiinifilamentit liikkuvat

myosiinifilamenttien väliin, sarkomeeri lyhenee, ja siten lihassolu supistuu. Lopuksi ADP irtoaa

myosiinista, ja syntyy uusi rigor-tila. Koko se mekanismi, jolla solun aktiopotentiaali muutetaan

supistumiseksi, on nimeltään Excitation-Contraction –coupling.

Lihassolun relaksoituessa kalsium irtoaa myosiinista ja pumpataan takaisin SR:ään. Tässä

toimiva pumppu on Ca2+- Mg2+ -ATPaasi. Kun kalsiumpitoisuus on tarpeeksi alhainen, myosiinin ja

aktiinin välinen interaktio loppuu.

Yksittäinen lihassupistus ei synnytä kovin suurta voimaa, koska relaksaatio alkaa ennen kuin

maksimivoima saavutetaan. Kuitenkin, jos neuronistimulaation frekvenssi kasvaa, yksittäiset

kontraktiot alkavat fuusioitua toisiinsa ilman relaksaatiota, ja syntyy suuri supistusvoima. Ilmiö on

nimeltään tetanus. Koko lihaksen supistusvoima määräytyy sen mukaan, kuinka monta motorista

yksikköä aktivoituu samanaikaisesti. Yksittäisten lihassolujen supistuminen summautuu

yhtenäiseksi, tasaiseksi lihaksen supistukseksi. Supistusvoimaan vaikuttaa myös sarkomeerin pituus

ja sitä kautta lihaksen venytystila; jos lihas on venynyt, aktiini- ja myosiinifilamentit ovat toistensa

välissä vain lyhyellä matkalla, ja poikkisiltoja voi muodostua tavallista vähemmän; jos taas lihas on

lepotilaa lyhyempänä, aktiinifilamentit ovat osittain päällekkäin, eikä näihin osiin voi muodostua

poikkisiltoja.

Oletan, että lihaksen väsyminen ja energiatalous eivät kuulu tähän kysymykseen. Vastaus

paisuu hyvin helposti koko lihassolun perusteellisesti kattavaksi hirviöksi, jos näitä ja muita asioita

aletaan liittää siihen. Voi olla, että aktiinin ja myosiinin rakennetta ei tarvitsisi kuvailla näin tarkasti

kuin itse tein, mutta ei näistä koskaan tiedä. Sarkomeerin rakenteen Z-linjoineen sekä A-, H- ja I-

alueineen näkee prujuista tai kirjasta; sen tarkka selvittäminen tuskin on tärkeää tässä vastauksessa.

Pois olen jättänyt myös tarkemmat aktiopotentiaalin kuvailut – supistuksen mekaaninen vaihe

varmastikin on tässä se tärkeämpi asia.

Rautalankamalli supistumisesta:

1) Motorisen neuronin aktiopotentiaali

2) Aktiopotentiaali asetyylikoliinin välityksellä sarkolemmaan

3) Depolarisaatio T-tubulusten kautta SR:ään

6

4) Kalsium SR:stä myofibrilleihin, sitoutuminen aktiinifilamentin troponiini C:hen

5) Myosiini kiinnittyy aktiiniin rigor

6) Poikkisiltakierto; ATP:n sitoutuminen myosiiniin, hydrolysoituminen ja irtoaminen

7) Power stroke supistus

8) Relaksaatiossa kalsium takaisin SR:ään

Luurankolihaksen supistuksen säätely

Tässäkin on syytä selittää lihassolun rakenne ja supistumismekanismi, tosin tiiviimmin kuin

edellisessä vastauksessa. Lisäksi seuraavat asiat:

Kalsium on lihaksen supistumisen tärkeimpiä säätelijöitä, ja supistumisvoima on suorassa

suhteessa kalsiumin määrään lihassolujen sisällä. Voiman lisääntymistä rajoittaa poikkisiltojen

määrä; kun järjestelmä on saturoitunut kalsiumilla, ei voima suurene kalsiumin määrää lisäämällä.

Toinen tärkeä tekijä on ATP:n saatavuus; lihas tarvitsee ATP:tä itse supistumisen lisäksi pumppujen

ja transportterien toimintaan. Luonnollisesti myös hapen saatavuus on merkittävä tekijä.

Sarkomeerin pituus on suoraan verrannollinen voimaan. Mitä useampia poikkisiltoja pääsee

muodostumaan, sitä enemmän supistumisvoimaa voidaan tuottaa. Jos lihas on liiaksi venynyt,

aktiini- ja myosiinifilamenttien välille ei voi syntyä poikkisiltoja. Jos taas lihas on tavallista

lyhyempänä, aktiinifilamentit sijaitsevat osin päällekkäin, ja näihin osiin ei synny poikkisiltoja.

Suurin voima siis voidaan saavuttaa jossain venytyksen ja supistuksen välimaastossa, lähellä

lepotilaa.

Luustolihassolun supistumisen säätelystä on tarjolla tietoa hyvin niukasti, sileästä lihaksesta

ja sydänlihaksesta sen sijaan enemmän. Voi olla, että vastauksessa pitäisi mainita vielä jotain

muuta, mutta en tiedä mitä. Pätevätkö esim. sydänlihaksen kalsiumin säätelyn monimutkaisemmat

selvitykset myös luustolihaksessa? Ehkä jollakulla muulla on parempaa tietoa aiheesta.

7

Vertaile sydänlihassolun ja luustolihassolun supistumismekanismeja. Mitkä ovat erot ja mitkä

yhtäläisyydet?

Supistumiskyky on ominaista lihaskudokselle. Lihassolun supistus kuluttaa energiaa, jota saadaan

adenosiinitrifosfaatista (ATP). Lihaskudoksessa on vain vähän soluväliainetta. Suurimman osan

lihaskudoksesta muodostavat lihassolut. Useimmat poikkijuovaiset lihakset ovat kiinni luissa

jänteiden avulla, jolloin niitä kutsutaan luustolihaksiksi. Sydän- ja luustolihassoluissa aktiini ja

myosiini ovat järjestäytyneet yhdensuuntaisiksi filamenteiksi, sarkomeereiksi ja fibrilleiksi.

Sydänlihassolujen toimintaa säätelevät autonomisen hermoston hormonit. Sympaattinen aktivaatio

lisää sydänlihassolujen supistumistiheyttä ja sydämen verenkiertoa, parasympaattinen taas laskee.

Sympatikotonus laajentaa myös luustolihasten verenkiertoa ja lisää tätä kautta luustolihassolujen

hapensaantia. Hermot eivät ole kuitenkaan välttämättömiä sydänlihassolujen supistumiselle, sillä

aktiopotentiaali tapahtuu sydänlihassolussa spontaanisti ja sydänlihas supistuu automaattisesti

tahdistinsoluista lähtevien impulssien seurauksena. Impulssi leviää tahdistinsoluista solusta toiseen

ilman välittäjäaineita. Sydänlihassolujen välillä on suora yhteys, mitä ei esiinny luustolihassoluilla.

Luustolihassolujen supistumisesta vastaavat alfamotoneuronit, joita pitkin hermoimpulssit kulkevat

luustolihassoluun hermo-lihasliitoksen kautta. Luustolihassoluille hermot ovat välttämättömiä. Jos

alfamotoneuroni tuhoutuu, sen hermottamat luustolihassolut surkastuvat. Lihassolut joko supistuvat

alfamotoneuronin supistumiskäskyn seurauksena tai pysyvät velttoina. Aktiopotentiaali

motoneuronissa johtaa asetyylikoliinin erittymiseen. Asetyylikoliini on alfamotoneuronien ainoa

välittäjäaine, joka aiheuttaa luustolihassolun supistumisen. Jokaiseen lihassoluun tulee aksonin

haara, jonka liittymäkohta lihassoluun muodostaa motorisen päätelevyn. Motorisesta päätelevystä

aktiopotentiaali etenee pitkin lihassolun kalvoa ja leviää T-putkien kautta solun sisälle.

Sarkoplasmaattisesta kalvostosta vapautuu kalsiumioneja, jotka sitoutuvat troponiiniin, joka siirtää

trompomyosiinin pois aktiivisten aktiinin kohtien päältä. Aktiini reagoi nyt myosiinin kanssa.

Filamentit liukuvat toistensa lomiin ja sarkomeeri lyhenee. Luustolihas supistuu. Refleksin omaista

supistumistakin esiintyy luustolihassoluissa, esimerkiksi silmäluomessa ja hengityslihaksissa.

Sydänlihassolun aktiopotentiaalin depolarisaatiovaihe riippuu Na+- ja Ca2+-ionien virtauksesta

solujen sisään. Luustolihassolun depolarisaatio taas riippuu Na+-ionien virtauksesta.

Luustolihasoluissa supistuksen käynnistää Ca2+-ionien vapautuminen sarkoplasmakalvostosta. Tämä

8

on tärkeä mekanismi myös sydänlihassolun supistumisessa, mutta niissä Ca2+-ionit virtaavat

aktiopotentiaalien aikana solunulkoisesta nesteestä soluihin. Sydänlihassolun depolarisaatioaika on

200-300 ms ja luustolihassolun vain muutamia millisekunteja. Jänniteherkät Ca2+-kanavat

mahdollistavat sydänlihassolujen pitkän tasannevaiheen, sillä Ca2+-kanavissa ei tapahdu nopeaa

inaktivoitumista.

Absoluuttinen refraktaariaika on aika, jonka hermo-/lihassyy tarvitsee toipuakseen edellisestä

impulssista. Latenssiajalla tarkoitetaan aikaa aktiopotentiaalin käynnistymisen ja lihassolun

supistumisen välillä. Luustolihassolujen refraktaari- ja latenssiaika ovat lyhyet. Supistusvoiman

kehittyminen alkaa refraktaariajan jälkeen. Aktiopotentiaalien seuratessa toisiaan tiheästi,

luustolihassupistukset sulautuvat yhtäjaksoiseksi supistukseksi (tetanisaatio). Pitkän tasannevaiheen

vuoksi sydänlihassolun refraktaariaika on yli 200 ms ja latenssiaika 50 ms, joten sydänlihassolun

supistuminen kestään 250 ms. Sydänlihassupistukset eivät siis voi sulautua yhteen, vaikka

aktiopotentiaaleja tulisi tiheästi. Sydänlihassupistukset ovat siis erillisiä, tetanisaatio ei ole

mahdollinen.

Sydänlihassolun filamentit ovat tarkassa järjestyksessä, joten sydänlihaksen supistusvoima riippuu

ratkaisevasti lihaksen pituudesta. Sydänlihas supistuukin tiettyyn rajaan asti sitä voimakkaammin,

mitä suurempi verimäärä venyttää lihasta ennen supistusta. Sydänlihassolut eivät supistu yhtä

suurella voimalla kuin luustolihassolut, mutta sydänlihassolut ovat erittäin väsymättömiä.

Lustolihassolujen kontraktiovoiman säätely ja lihassoluyksiköiden määrä vaikuttavat solujen

supistumisen määrään ja voimaan. Sydän- eikä luustolihassolut voi venyä aktiivisesti, vaan

palautuvat aina alkuperäiseen mittaansa.

Jatkuvan rasituksen kohteena olevat lihassolut, kuten sydänlihassolut tarvitsevat jatkuvasti happea

voidakseen muodostaa ATP:tä yhtä paljon kuin sitä kuluu. Sydänlihassoluissa onkin kokoonsa

nähden enemmän mitokondrioita kuin luustolihassoluissa. Lihassolujen harjoittaminen lisää niiden

työkykyä. Lihaksen glykogeenivarastot kasvavat. Lihassolut paksunevat ja mitokondrioiden määrä

lisääntyy.

9

E-C-Coupling tarkoittaa mekanismia, joka muuttaa solun sähköisen aktiviteetin

kontraktioksi:

E-C-Coupling sydämessä: Sydänsolun solukalvon depolarisaatio johtaa L-tyypin Ca2+ -kanavat

aukeavat. Solun sisäinen Ca2+-konsentraatio nousee, mikä aktivoi ryanodiinireseptorien aukeamisen,

jolloin lihassolukalvostosta vapautuu lisää kalsiumia sytosoliin. Kalsium sitoutuu kontraktiilisen

elementin TnC-proteiiniin aktivoiden kontraktiilisen elementin ja aiheuttaa aktiini-myosiini-

interaktion.

E-C-Coupling luustolihaksessa: Aktiopotentiaali leviää luustolihassoluissa pitkin sarkolemmaa ja

johtuu T-tubuluksia pitkin solun sisään. T-tubuluksien jännite-aktivoituvat L-tyypin Ca2+ -kanavat

aukeavat. Luustolihassoluissa dihydropyriinireseptori (DHPR) toimii jännitesensorina. Sarkolemman

aktiopotentiaali siis muuttaa reseptorin konformaatiota, mikä johtaa ryanodiinireseptorien

avautumiseen. Sytoplasmaan vapautuu Ca2+, mikä aiheuttaa lihassyyn supistuksen (kontraktio).

Sileän lihaksen supistumismekanismi

Yleistä rakenteesta yms.

Sileä lihaskudos ympäröi pääasiassa onttoja elimiä (virtsarakko, kohtu ja suolisto) ja verisuonten

seinämiä, mutta sitä löytyy myös silmästä, rauhasista ja ihosta. Sileän lihaskudoksen tärkeitä

tehtäviä ovat ravintoaineiden kuljetus, virtsarakon tyhjentäminen ja verisuonten läpimitan säätely,

sekä silmässä katseen kohdistaminen.

Sileät lihassolut ovat muita lihassolutyyppejä pienempiä, sukkulamaisia soluja, joilla

on vain yksi tuma. Soluissa on sekä aktiini- että myosiinifilamentteja, mutta ne eivät ole

järjestäytyneet säännöllisesti sarkomeereihin, kuten luusto- ja sydänlihaksessa. Sileän lihaksen

soluissa ei ole T-putkia, mutta solujen membraani on lievästi poimuuntunut muodostaen kaveoleita.

(Kaveolit kasvattavat kalvon pinta-alaa ja on ajateltu, että ne toimisivat samaan tapaan t-putkien

kanssa kontrolloiden kalsiumioneiden sisäänvirtausta aktipotentiaalin seurauksena.)

Sileälihassolujen välillä on sekä mekaanisia, että sähköisiä kytkentöjä, esim.Gap-liitokset, jotka

mahdollistavat aktiopotentiaalin leviämisen solusta toiseen. Sileänlihassolujen supistusvoima on

pienempi kuin poikkijuovaisella lihassolulla, mutta ne pystyvät ylläpitämään supistustilaa, tonusta,

rasittumatta.

10

Sileä lihaskudos jaetaan solujen välisten liitosten perusteella multi-unit ja single-unit

kudoksiin. Multi-unit kudoksessa solujen välillä on vain vähän kytkentöjä, mistä johtuen lihassolut

voivat supistua toisitaan riippumatta, yksittäisinä soluina. Tälläista kudosta on esim. verisuonissa ja

silmän mustuaisessa. Single-unit kudoksessa solut ovat kytkeytyneet toisiinsa aukkoliitoksilla, ja jo

yhden tai kahden solun depolarisoituminen johtaa koko lihaksen supistumiseen. Mahan, kohdun ja

virtsarakon sileälihas on tätä tyyppiä.

Supistuminen

Sileät lihassolut supistuvat, kuten poikkijuovaisetkin lihassolut, aktiinin ja myosiinin liukuessa

toistensa lomaan. Supistuminen riippuu solun sisäisestä Ca2+ pitoisuudesta. Sileän lihaskudoksen

toiminta ei ole tahdonalaista vaan tahdostariippumatonta autonomisen hermoston säätelemää. Sileän

lihaksen supistus alkaa ja päättyy paljon hitaammin kuin poikkijuovaisen.

Varsinaisia hermo-lihasliitoksia ei ole, vaan autonomisen hermoston post-

ganglionaaristen aksonihaarojen päät ovat pienen etäisyyden päässä sileälihassolun pinnasta.

Välittäjäaineet, joita ovat ainakin asetyylikoliini ja noradrenaliini, vapautuvat aksonipäätteissä

olevista rakkuloista ja leviävät diffundoitumalla useisiin lihassoluihin. Ihossa ja silmässä, missä

lihassolut eivät ole yhteydessä toisiinsa, hermosyiden ja lihassolujen välisiä liitoksia on enemmän.

Välittäjäaineen sitoutuminen lihassolun pinnan reseptoriin lisää kalsiumin sisäänvirtausta soluun,

jolloin solunsisäinen kalsiumpitoisuus kasvaa ja solu depolarisoituu. Depolarisaatio lisää edelleen

kalsiumvirtaa soluun ja jonkin verran kalsiumia vapautuu myös sarkoplasmakalvostosta. Koska

sileän lihaksen aktiinifilamenteista puuttuu troponiini ( joka luustolihaksessa säätelee sen

supistumista), supistumista kontrolloi myosiini (myosin linked kontraktio).

Solun sisällä kalsium sitoutuu kalmoduliiniin ja syntyvä kalsium-

kalmoduliinikompleksi aktivoi myosin light chain kinaasin (=MLCK). MLCK-entsyymi

fosforyloi myosiinin aktiiviseksi myosiiniksi. Aktiivinen, fosforyloitu myosiini sitoutuu

aktiiniin ja tapahtuu poikkisiltakierto. Lihas supistuu. Tämän jälkeen ATP sitoutuu

myosiiniin ja aktiini-myosiini kompleksi hajoaa. Kun solunsisäinen kalsiumpitoisuus laskee,

kalsium irtoaa kalmoduliinista ja MLCK inaktivoituu ja edelleen lihas relaksoituu. Lihas voi

relaksoitua myös siten, että MLCfosfataasi defosforyloi myosiinin.

Suurin osa sileistä lihaksista supistuu spontaanisti myös ilman hermoimpulssia esim.

suolen seinämän lihassyyt, mutta on myös sileitä lihaksia, jotka eivät toimi ilman hermosta tulevaa

toimintakäskyä (esim. silmässä ja sukupuolielimissä). Sileän lihaksen supistusvoimaa voidaan

säädellä stimuloimalla tai estämällä spontaania sähköistä toimintaa tai muuttamalla solun sisäistä

kalsium pitoisuutta muulla tavoin. Hormonit voivat voimistaa tai estää sileiden lihasten

11

supistumista. Lisäksi paikallisen ympäristön muutokset, kuten kudosnesteen happipitoisuuden, pH:n

tai ionipitoisuuden vaihtelut vaikuttavat solujen toimintaan. Eräät sileälihastyypit reagoivat

venytykseen supistusvoimaa lisäämällä, jolloin ulkoisen venytyksen vaikutus heikkenee.

Miten sinussolmukkeen automaatio välittyy sydämen kammiosolun supistukseksi?

Sydämessä sinussolmukkeen automaation ja kammiosolun supistumisen välillä toimii sydämen

johtoratajärjestelmä ja EC-coupling.

Anatomia: Sydämen johtoratajärjestelmä johtaa aktiopotentiaalia eteenpäin ja muodostuu

erilaistuneista sydänlihassoluista, joiden välillä ei ole normaaliin tapaan esteitä. Se alkaa oikean

eteisen seinämässä lähellä yläonttolaskimon laskukohtaa sijaitsevasta sinussolmukkeesta.

Sinussolmukkeesta eteis-kammiosolmukkeeseen aktiopotentiaali etenee lähinnä kolmea Purkinjen

säikeiden kaltaisista soluista muodostunutta rataa pitkin. Sinussolmuke, ja eteis-

kammiosolmukekin, sisältää pieniä pyöreitä soluja, joissa on vähän organellejä ja jotka ovat

liittyneet toisiinsa aukkoliitoksin. Näitä soluja kutsutaan P-soluiksi. Tavalliset eteissolut johtavat

aktiopotentiaalia paljon näitä hitaammin. Eteisväliseinän alaosassa oleva eteis-kammiosolmuke on

normaalisti ainoa reitti eteisistä eteenpäin ja se hidastaa aktiopotentiaalia ennen sen päästämistä

Hisin kimppuun. Sidekudosrengas erottaa eteis- ja kammiosolut toisistaan ja Hisin kimppu läpäisee

tämän sidekudosseinämän. Hisin kimppu jakaantuu Purkinjen säikeiksi, jotka kulkevat septumissa

sydämen sisäpinnalla sydämen kärkeä kohti. Depolarisaatio etenee Purkinjen säikeitä pitkin

septumin vasemmasta seinämästä oikealle seinämän läpi ja septumia alas. Purkinjen säikeet jatkuvat

kammioiden seinämiä pitkin takaisin kohti eteis-kammiosolmuketta. Näistä seinämän Purkinjen

säikeistä depolarisaatioaalto etenee endokardiumista epikardiumiin.

Aktiopotentiaalin kulku: Solukalvon yli vallitseva elektrokemiallinen gradientti aiheuttaa

sydänlihassoluihin -90mV:n lepopotentiaalin. Tällaisen sähkökemiallisen gradientin ja

ionipermeabiliteetin muutosten ansiosta aktiopotentiaalin syntyminen on mahdollista. Yksittäiset

säikeet on erotettu toisistaan solukalvolla, mutta sen aukkoliitokset auttavat depolarisaatiota

etenemään nopeammin.

Pacemaker-virta l. funny current on epäselektiivinen hidas kationivirta ja spontaanin

depolarisaation aiheuttaja. Spontaani depolarisaatio on nopein sinussolmukkeessa, joka toimii koko

sydämen tahdistimena vaikuttaen depolarisaationopeuteen ja näin syketaajuuteen.

12

Sydänlihassolujen aktiopotentiaali voidaan jakaa kolmeen osaan. Ensimmäinen vaihe

on nopea depolarisaatio, joka aiheutuu Na+-ionien virrasta solun sisään nopeasti auki käyvien Na+-

kanavien kautta. Toisena tulee plateau-vaihe, jonka aiheuttavat hitaammin aukeavat Ca2+-kanavat

ja niiden kautta solun sisään virtaavat Ca2+-ionit. Kolmantena tapahtuu hidas repolarisaatio, johon

vaikuttavat useat K+-kanavat. Näistä kanavista K+-ionit virtaavat solusta ulos ja kanavan tyypistä

riippuen aiheuttavat varhaista repolarisaatiota, repolarisaatiota yleensä, lepopotentiaalin stabilointia

tai depolarisaation hidastumista. Myös Na+-Ca2+-vaihtaja 1 on tärkeä relaksaatiovaiheen Ca2+-

ionien ulospumppaaja.

Tahdistinsoluissa aktiopotentiaali poikkeaa muista sydänsoluista. Ensinnäkin solun

lepopotentiaali on -50mV, jolloin aktiopotentiaalin käynnistymisen kynnysarvo saavutetaan

helpommin. Lisäksi Na+-ionien kanavat ovat joko inaktiivisia tai niitä ei ole olemassakaan.

Tahdistinsoluissa aktiopotentiaalista huolehtivat Ca2+- ja K+-ionit. Aktiopotentiaalin ollessa

huipussaan K+-ionit alkavat virrata ulos aloittaen repolarisaation. Kun K+-ionien virta solusta ulos

pienenee, depolarisaatio ja prepotentiaali alkavat. Sitten Ca2+-ionit alkavat virrata solun sisään

aiheuttaen kunnon depolarisaation: Vain eteis- ja johtoratasoluissa sijaitsevat T-tyypin kanavat ovat

auki hetkellisesti ja saattavat prepotentiaalin loppuun. Muissakin sydänsoluissa sijaitsevat L-tyypin

kanavat ovat pitkäaikaisesti auki ja saavat aikaan varsinaisen impulssin.

Etenevää aktiopotentiaalia vahvistavat jänniteaktivoituvat kanavat, joiden tiheys

määrää johtumisnopeuden.

Supistuminen: Sydämen sähköinen aktivaatio välittyy supistukseksi EC-couplingin l. eksitaatio-

kontraktio-yhteyden välityksellä. Tällöin solun sisäisen Ca2+-määrän nopea kasvu aiheuttaa ATP:tä

kuluttavassa prosessissa kontraktiilisen elementin voimaa generoivan aktiini-myosiini-interaktion.

(Kontraktiilinen elementti koostuu kolmesta erilaisesta myosiiniketjusta, aktiiniketjusta, A-

tropomyosiinista ja kolmesta erilaisesta troponiinista muodostuvasta troponiinikompleksista.)

Ca2+-kanavien L-tyypin aukeaminen aiheuttaa depolarisaation ohella solussa CICR:n

l. kalsiumin indusoiman kalsiumin vapautumisen. Tällöin Ca2+-kanavien läheisyydessä

sarkoplasmisessa kalvostossa olevat ryanodiinireseptorit aukeavat ja vapauttavat Ca2+-ioneja

sarkoplasmisesta kalvostosta solun sisään. Solun sisäiset Ca2+-ionit sitoutuvat kontraktiilisen

elementin troponiinikompleksiin, jolloin aktiini-myosiini-interaktio mahdollistuu. CICR aiheuttaa

myös negatiivisen feed backin kautta Ca2+-kanavien sulkeutumisen.

Sydämen supistusvoiman säätelyyn osallistuvat supistuvien yksiköiden määrä,

supistumistaajuus ja solun sisäisen Ca2+-konsentraatioon vaikuttavat tekijät. Myös mekaaninen

13

venytys vaikuttaa Frank-Starlingin mekanismin mukaisesti l. venytyksen kasvaessa

kontraktiovoima kasvaa. Venytys myös lisää kontraktiilisen elementin Ca2+-herkkyyttä.

Hermotus: Sydämen sykkeeseen vaikuttavat niin sympaattiset kuin parasympaattiset hermot.

Sympaattinen hermotus vaikuttaa koko sydämeen noradrenaliinin ja β1-reseptorin välityksellä.

cAMP:n määrä solussa nousee avaten L-tyypin Ca2+-kanavia ja nopeuttaen depolarisaatiota. Myös

lämmön nousu vaikuttaa sympaattisen hermotuksen aktiivisuutta lisäten.

Vagaalinen hermotus tulee sydämessä pääasiallisesti sinus- ja eteis-

kammiosolmukkeisiin. Kolinergisesti parasympaattinen aktivaatio aiheuttaa hyperpolarisaatiota

asetyylikoliinin lisätessä muskariinireseptori M2:n kautta K+-virtaa solusta ulos. cAMP:n määrä

vähenee, jolloin Ca2+-kanavat aukeavat hitaammin ja aktiopotentiaalin muodostuminen hidastuu.

Monilla lääkkeillä vaikutetaan niin sympaattisen kuin parasympaattisenkin hermoston

aktiivisuuteen.

Mitkä mekanismit osallistuvat sydänsolutasolla sydämen pumppaustoiminnan säätelyyn?

- yleistä

- Excitation-contraction coupling

- Frank-Starling-mekanismi

- Kontraktiliteetti

- CaMKII

Yleistä

Sydämen kontraktio saa alkunsa sinussolmukkeen sähköisen aktivaation levitessä sydämen

johtoratoja pitkin depolarisaatioaaltona kaikkiin sydänsoluihin. Solukalvojen sähköisen aktivaation

välittyminen sydämen kontraktiilisen elementin toiminnaksi tapahtuu reaktiosarjassa, jota kutsutaan

nimellä EC-coupling (excitation-contraction coupling). EC-couplingissa keskeinen rooli on nopealla

sytosolin Ca-konsentraation nousulla, joka aiheuttaa ATP:ta hydrolysoivassa prosessissa

kontraktiilisen elementin voimaa generoivan aktiini-myosiini-interaktion (crossbridge-cycling).

(Luustolihaksessa kontraktiovoiman säätely tapahtuu supistuvien lihassoluyksiköiden määrää

vaihtelemalla sekä vaihtelemalla yksittäisen lihassoluyksikön supistustaajuutta aina tetanukseen

saakka.) Sydämessä kaikki solut supistuvat jokaisen kontraktion aikana (Gap-junktiot -> syncytium).

14

Sydämen supistusvoiman säätelyssä keskeisiä ovat solunsisäiseen Ca-konsentraatioon vaikuttavat

tekijät. Lisäksi sydänsolun kuten luustolihassolunkin supistukseen vaikuttaa keskeisesti lihaksen

mekaaninen venytys.

Excitation-contraction coupling

Sydänsolun solukalvon depolarisaatio johtaa L-tyypin Ca-kanavien aukeamiseen. Solunsisäisen Ca-

konsentraation nousu johtaa ryanodiinireseptorien aukeamiseen ja lihassolukalvoston Ca-varastosta

vapautuu lisää kalsiumia sytosoliin (CICR eli Ca indusoituva Ca vapautuminen). Kalsiumin

sitoutuminen kontraktiilisen elementin TnC-proteiiniin aiheuttaa kontraktiilisen elementin

aktivoitumisen ja aktiini-myosiini-interaktion. Kontraktiilisen elementin myofilamentit täyttävät

sydämen kammiosolun tilavuudesta noin 45% - 60% (eteisissä ja johtoratasoluissa vähemmän,

luustolihassoluissa enemmän).

Frank-Starling-mekanismi

Sydämeen laskimoista palaavan veren määrä vaihtelee tietyissä olosuhteissa hyvin nopeasti

(autonomisen hermoston aktiivisuus, asennonmuutokset, lihaspumppu ja respiratorinen pumppu).

Kaikki sydämeen palaava veri täytyy lyhyellä aikavälillä pumpata edelleen valtimoihin. Sydämen

kyky adaptoitua hemodynaamisiin muutoksiin säilyy vaikka sydämen autonominen hermosto

katkaistaan. Tätä autoregulatiivista mekanismia kutsutaan Frank-Starling-mekanismiksi: sen mukaan

sydänlihaksen kontraktiovoima kasvaa sen venytyksen lisääntyessä. Normaaleissa fysiologisissa

tilanteissa sydänlihaksen venytys ei koskaan kasva niin suureksi, että Frank-Starling-käyrällä

jouduttaisiin sen laskevalle osalle.

Frank-Starling-mekanismin selittää suureksi osaksi aktiini-myosiini-filamenttien erilainen

limittyminen (overlapping) eri suuruisilla venytyksillä. Supistumisvoiman ollessa suurimmillaan

aktiini- ja myosiinimolekyylit sijaitsevat toisiinsa nähden optimaalisesti siten, että aktiini-

myosiinisiltoja (crossbridge) pystyy muodostumaan mahdollisimman paljon. Lisäksi on

todennäköistä, että venytys lisää myös kontraktiilisen elementin Ca-herkkyyttä. On myös esitetty,

että osan Frank-Starling-mekanismista selittäisivät solukalvon venytysaktivoituvat kanavat, jotka

nostaisivat sytosolin Ca-konsentraatiota.

Kontraktiliteetti

Eli supistumisvireys, joka kuvaa kontraktiovoiman muutoksia, kun preload ja afterload pidetään

vakioina. Puhutaan myös crossbridge-cycling-nopeudesta. Preload on lihassolun venytys ennen

15

kontraktiota eli käytännössä kammion diastolinen täyttöpaine. Afterload on venytys, jota vastaan

lihassolu joutuu supistumaan eli käytännössä aortan systolinen paine.

β-adrenerginen reseptoristimulus synnyttää voimakkaan positiivisen inotrooppisen vaikutuksen.

Sympaattisen hermoston aktivaatio saa aikaan stimuluksen. Kiertävät katekoliamiinit (epinefriini ja

norepinefriini) toimivat välittäjinä. β-stimulus aiheuttaa Ca-konsentraatiossa muutoksia, jolloin Ca-

transientin amplitudi kasvaa ja relaksaatio paranee. β-stimulus kasvattaa kontraktiilisen elementin

Ca-herkkyyttä.

α1-adrenergisten reseptorien aktivaatio johtaa positiiviseen inotrooppiseen ja hypertroofiseen

vaikutukseen. Myofilamenttien Ca-herkkyys kasvaa. α1-adrenergisia reseptoreja on runsaasti

sydämessä.

CaMKII

Kalmoduliinista riippuva proteiinikinaasi II on Ca-kalmoduliinikompleksilla (CaM) aktivoituva

proteiini, jonka uskotaan aktivoituvan syketaajuuden nousuun liittyvästä Ca-konsentraation

noususta. Aktivoitunut CaM-CaMKII aktivoi mm. ICa-virtaa sekä SERCAa (SR:n Ca-pumppu),

jolloin Ca-transientin amplitudi kasvaa ja relaksaatio paranee. Tämä todennäköisesti selittää

”staircase”-ilmiön eli miksi syketaajuuden kasvaessa kontraktiovoima pyrkii kasvamaan

sympaattisen hermoston aktivaatiosta johtuen, mutta myös siitä riippumatta.

Lähteet:

Luentomateriaali. Fysiologian laitos, Oulun yliopisto 2006

Vertaile eri sydänlihassolutyyppejä

-Sydänlihassolujen ominaispiirteet vs. muut lihassolut

-Ionikanavista ja aktiopotentiaalista

-Eri sydänlihassolutyypit;

-sinoatriaalisolut (SA-solmuke)

-atrioventrikulaarisolut (AV-solmuke)

-Purkinjen säikeet, Hisin kimppu

-eteis- ja kammiosolut

-aktiopotentiaalit eri sydänlihassolutyypeissä

16

Sydänlihassoluissa yhdistyy luurankolihaksen ja sileän lihaksen solujen ominaisuuksia.

Ne koostuvat aktiini- ja myosiinifilamenteista, jotka vastaavat mekaanisesta supistumisesta ja niiden

sarkoplasmaattinen kalvosto on erittäin kehittynyt. Sydänlihassolut ovat kuitenkin luurankolihasta

järjestäytymättömämpiä, runsasmitokondrioisia ja yksitumaisia. Sydänlihas ei ole ulkoisesta

hermotuksesta riippuvainen, vaan sillä on oma johtoratajärjestelmänsä ja siihen erikoistuneita soluja,

jotka kykenevät spontaaniin aktiopotentiaalin tuottoon. Supistussignaalin kulkua edistävät

erikoistuneet johtoratasolut sekä kaikkien sydänlihassolujen kytkylevyt, jotka sisältävät sekä

matalaresistanssisen gap-liitoksen, että mekaanisen kiinnityksen takaavat desmosomit. Myös

sydänlihaksen Ca2+ sisäänottomekanismi poikkeaa muista lihassoluista.

Ionikanavat muuttavat solukalvon läpäisevyyttä tietyille ioneille, joissakin tapauksissa

epäselektiivisesti. Sydänlihassoluissa aktiopotentiaalin synnyn kannalta tärkeitä ionikanavia ovat

Na-, Ca- ja K-kanavat ja lisäksi Na/Ca-vaihtaja sekä Na/K-ATPaasi. Aktiopotentiaali laukeaa

epäselektiivisen hyperpolarisaation aiheuttaman kationivirran, eli pacemaker-virran ansiosta. Eri

sydänsolutyypit aktivoituvat eri suuruisella hyperpolarisaatiolla.

Sydämen Na-kanava on erittäin nopea ja aiheuttaa sydänsolussa aktiopotentiaalin

nopean depolarisaation. Ca-kanavia on L- ja T-tyyppiä. Ne ovat jänniteaktivoituvia, depolarisoivia,

mutta hiukan Na-kanavia hitaampia, jolloin merkitys ei ole suuri depolarisaation nopeassa vaiheessa,

vaan aktiopotentiaalin pituudessa. L-tyyppiä esiintyy kaikissa sydänsoluissa, T-tyyppiä eteis- ja

johtoratasoluissa. L-tyyppi laukaisee myös kalsiumin vapauttamisen sarkoplasmaattisesta

kalvostosta, joka johtaa solun supistumiseen (CICR).

Na/Ca-vaihtaja (NCX1) pumppaa kalsiumia ulos lepojännitteessä ja sisään

aktiopotentiaalin aikana. Toiminta on riippuvainen natriumin ja kalsiumin konsentraatiogradienteista

sekä kalvojännitteestä. Aktiopotentiaalin loppupuolella suunta kääntyy ja sisään pumpattu Na-virta

pidentää aktiopotentiaalia. Lisäksi aktiopotentiaalin pituuteen ja repolarisaatioon vaikuttavat lukuisat

kalium-kanavat. Na/K-ATPaasin merkitys on suurin lepotilassa konsentraatiogradientin ylläpitäjänä.

Rakenteellisesti ja toiminnallisesti erotetaan johtoratajärjestelmän ns. pacemakersolut

ja varsinaiset lihassolut. Sydämen supistumiseen johtavaa sähköistä impulssia muodostavat ja

tahdittavat sinoatriaali- ja atrioventrikulaarisolut, joista edelliset ovat oikean eteisen erikoistunutta

solukkoa ja jälkimmäiset oikean eteisen ja kammion välissä lähellä septumia. Ne eivät sisällä

stabiilia lepopotentiaalia, jolloin aktiopotentiaalit muodostuvat spontaanisti määrätyin väliajoin.

SA-soluista rakentuva eteissolmuke käynnistää aktiopotentiaalin. Autonominen

hermosto moduloi tämän koronoaarisinuksen lähellä sijaitsevan solmukkeen itsenäistä taajuutta. SA-

soluilla on matala lepojännite (-50mV), johtuen vähemmästä kaliumin vuotovirrasta, ja nopein

spontaani depolarisaatio. Pienikin pacemakervirta aiheuttaa voimakkaan depolarisaation, mutta

17

aktiopotentiaalin nousu on hidasta inaktivoituneiden Na-kanavien takia. Depolarisaation aiheuttaa

Ca-kanavat. Eteissolmukkeesta aktiopotentiaali leviää eteislihaksiin, mutta pääsy kammion

seinämiin viivästyy sidekudoksen ja ainoan yhteyden kammioihin muodostavan AV-solmukkeen

takia.

AV-solujen muodostama eteiskammiosolmuke välittää aktiopotentiaalin kammioihin.

Solut ovat pieniä ja niiden Na-kanavat eivät osallistu depolarisaatioon. Siksi depolarisaatio on hidas

ja aktivaation eteneminen hidastuu. Sillä välin eteiset ehtivät supistua täydellisesti ennen kammioita.

AV-solmukkeesta impulssi etenee Hisin kimppiuihin ja Purkinjen säikeisiin, joiden aktiopotentiaalit

ovat pitkiä ja johtuminen erittäin nopeaa. Ne ovat erikoistuneita myosyyttejä ja sijaitsevat

kammioiden seinämissä. Tästä eteenpäin impulssi siirtyy solusta soluun kytkylevyjen välityksellä,

kunnes koko lihas on supistunut. Tarvittaessa myös AV-solmuke kykenee ottamaan SA-solmukkeen

rytmittävän tehtävän, mutta tällöin eteiset ja kammiot supistuvat yhtä aikaa.

Varsinaiset sydänlihassolut jaetaan eteis- ja kammiosoluihin. Eteissolujen lepojännite

on -80mV,sekä aktivaation eteneminen ja repolarisaatio nopeaa. Aktiopotentiaali on siis lyhyempi.

Eteissoluissa ei myöskään ole T-tubuluksia, kun taas kammiosoluissa ne ovat luurankolihaksen

kanssa samankaltaisia. Tästä johtuen kalsiumin vapautuminen eteisissä on hieman hitaampaa.

Supistumisen aiheuttavissa kontraktiilisissa elementeissä on myös eroja, mutta ne eivät ole

merkittäviä.

Kammiosolut ovat myös melko nopeasti johtuvia ja aktiopotentiaalit ovat pitkiä,

samoin uudelleen aktiovoitumista estävä refraktaariaika.

Eteissolut ovat myös kammiosoluja hiukan pienempiä. Sydämen endokriininen

toiminta vaihtelee myös eteisten ja kammioiden välillä. Suurin osa tuotannosta tapahtuu eteissoluissa

ja tuotteet ovat tyypillisesti nestetasapainoon vaikuttavia peptidihormoneja, kuten esimerkiksi ANP

(atrial natriurietic peptide).

Jänniteriippuvaiset ionikanavat sydänsoluissa

- aktiopotentiaali

- Na-kanava

- Ca-kanavat

- K-kanavat

- Na/Ca-vaihtaja

- Lopuksi

18

Yleistä

Sydämen supistumisen laukaisee sinussolmukkeesta alkunsa saava ja sydämen johtoratoja pitkin

kaikkiin sydänsoluihin johtuva sähköinen aktivaatio. Sydänsolun sähköisessä toiminnassa keskeinen

tapahtuma on ns. aktiopotentiaali, jonka aikana solukalvon jännite nopeasti muuttuu. Sydänsolujen

aktiopotentiaalille on tyypillistä pitkä plateau-vaihe ja viivästynyt repolarisaatio

(luentomateriaalikuvasta). Aktiopotentiaalit johtuvat sydänsolujen ulkopinnalla negatiivisena

”varausaaltona” (virran kuljettajina Na- ja Cl-ionit). Johtuvan signaalin ”vahvistimena” toimivat ns.

jänniteaktivoituvat kanavat, joiden esiintymistiheys kussakin solutyypissä määrää

johtumisnopeuden. Jännitteestä riippuvat ionikanavat aukeavat, kun solukalvon jännitteessä tapahtuu

muutoksia.

Natrium-kanava (INa)

Sydämen Na-kanava muistuttaa rakenteellisesti läheisesti neuroneissa ja luustolihaksessa

esiintyvää Na-kanavaa.

Erittäin nopea aktivaatio ja inaktivaatio. Kyseessä on elimistön nopein kanavatyyppi.

Na-kanavat tuottavat suuren, mutta nopeasti inaktivoituvan solun sisään suuntautuneen Na-virran

INa, joka aiheuttaa aktiopotentiaalin nopean depolarisaation.

Inaktivaation purkautuminen vaatii solukalvon repolarisoitumisen lähelle lepojännitettä ja on

suhteellisen hidas. Sydämen pitkä aktiopotentiaali ja Na-kanavan inaktivaatio luovat refraktaariajan.

Se suojaa ennenaikaiselta uudelta depolarisaatiolta ja arytmioilta.

Suuresta hetkellisestä virrasta huolimatta yhden aktiopotentiaalin aikana solun sisään joutuvan

natriumin määrä on vain noin 15 (M.

Synnynnäiset mutaatiot sydämen Na-kanavan inaktivaatiodomainin reseptoriosassa johtavat ns.

long QT –syndroomaan (kliinisiä arytmioita).

Kalsium-kanavat (ICa,L, ICa,T)

Sydämessä on kahta Ca-kanavatyyppiä: L (long-lasting) ja T (transient).

ICa,L on merkittävämpi, sitä esiintyy kaikissa sydänsoluissa.

ICa,T esiintyy lähinnä eteissoluissa ja johtoratasoluissa.

Ne ovat jänniteaktivoituvia kanavia, joissa virta on depolarisoiva. Aktivaatio ja inaktivaatio ovat

nopeita, mutta eivät yhtä nopeita kuin Na-kanavalla. Ne eivät osallistu nopeaan

depolarisaatiovaiheeseen, mutta L-tyypin kanavien virta on tärkein depolarisoiva virta plateau-

vaiheessa, mikä johtaa aktiopotentiaalin pidentymiseen.

19

ICa,L laukaisee sydänsolun supistumisessa keskeisen prosessin ”kalsiumilla aktivoituvan

kalsiumin vapautumisen” (CICR) lihassolukalvostosta (SR).

L-tyypin kanavalla on jänniteaktivaation lisäksi myös kalsiumista riippuva inaktivaatio, jolloin

suuri CICR pienentää soluun tulevan kalsiumin määrää inaktivoimalla L-tyypin kanavia

(negatiivinen feedback).

Kalium-kanavat

Monia tyyppejä, joilla on monimutkainen kinetiikka.

”(Inward) Rectifying” –ominaisuus eli tasasuuntaus keskeinen useiden kanavien toiminnassa.

Periaatteessa K-virtojen pitäisi positiivisella kalvojännitteellä (aktiopotentiaalin aikana) kasvaa

nopeasti hyvin suuriksi. Mikä tarkoittaa, että solukalvon depolarisoituessa kanava johtaa oletettua

huonommin, jolloin aktiopotentiaali pitenee.

IK1 eli ”strong inward rectifier”. Konduktanssi on suurin negatiivisilla kalvopotentiaaleilla eli

syntyy kaliumin ”vuotovirta”, joka stabiloi lepopotentiaalin lähelle kaliumin Nernstin potentiaalia.

Ito eli ”transient outward K current”. Nopea Em-riippuva aktivaatio ja inaktivaatio. Osallistuu

aktiopotentiaalin varhaiseen repolarisaatioon.

”Delayed rectifier”-kanavat, IKr, IKs, IKur (rapid, slow, ultra-rapid). Kinetiikaltaan ne ovat

erilaisia, mutta osallistuvat repolarisaatioon. IKr ja IKs –kanavien mutaatiot aiheuttavat myös ”Long

QT”-syndroomaa.

Na/Ca-vaihtaja (INa/Ca)

Esiintyy sydämessä erittäin runsaana (tyyppi 1).

Toiminta on riippuvainen Na ja Ca konsentraatiogradienteista sekä kalvojännitteestä.

Tämä on tärkein sydänsolun relaksaatiovaiheessa kalsiumia solusta ulos pumppaava systeemi.

Pitkällä aikavälillä INa/Ca ( ICa,L.

3 Na+ : 1 Ca2+, jolloin nettovirta natriumin liikkeen suuntaan. Lepojännitteellä tapahtuu

kalsiumin pumppaus ulos ja aktiopotentiaalin aikana sisään. Aktiopotentiaalin loppupuolella

pumppaa kalsiumia ulos solusta, jolloin sisäänpäin suuntautuva Na-virta pidentää aktiopotentiaalia.

Loppujupinat (?)

Jänniteaktivoituvan kanavan (Na, Ca) virta aiheuttaa membraanille paikallisen jännitemuutoksen,

jonka muutosnopeus riippuu kanavan virrasta sekä membraanin kapasitanssista. Aktiivisen

20

membraanin aiheuttama jännitemuutos johtuu passiivisesti ympäristön solukalvoille

sähkömagneettisen kentän nopeudella. Koska solujen sisäinen resistanssi ja membraanien

kapasitanssi pysyvät vakioina, tärkein aktiopotentiaalin etenemisnopeuteen vaikuttava asia on

depolarisoivan virran suuruus (aktiivisten Na-kanavien määrä).

Lähteet:

Luentomateriaali. Fysiologian laitos 2006

Galenos. 6.-7.p. S. 94

Beeta-reseptoristimulaation vaikutus sydänsolujen toimintaan

Beeta-reseptori on peptidiketju, joka läpäisee solukalvon useita kertoja. Beeta-reseptoristimulaatiota

aktivoi sympaattisen hermoston aktivaatio välittäjäaineidensa kautta. Beeta-stimulus tapahtuu Gs-

välitteisen reseptorin kautta, joka vaikuttaa lihassupistuksen voimaan. Beeta-reseptoriaktivaation

seurauksena sydänlihassolun sytoplasman Ca2+ – konsentraatio kasvaa ja sydänlihassolun

supistumisvireys (kontraktiliteetti) lisääntyy. Sydämessä vastaanottajamolekyylit ovat beeta1-

reseptoreita, muualla elimistössä beeta2-reseptoreita. Sympaattisia hermopäätteitä ja beeta1-

reseptoreita on tasaisesti koko sydämen alueella. Luustolihasten verisuonille tyypillisiä

vasodilataatiota aiheuttavia beeta2-reseptoreita on myös koronaarivaltimoissa.

Noradrenaliini sitoutuu sydänlihassolun solukalvon beeta1-reseptoriin. Kun hormoni sitoutuu

reseptoriin, solukalvon sisäpuolella oleva Gs-proteiini aktivoi adenylaattisyklaasin. Tämä entsyymi

katalysoi syklisen adenosiinomonofosfaatin (cAMP) muodostumista adenosiinitrifosfaatista (ATP).

Syklinen AMP aktivoi proteiinikinaasin (PKA), joka liittää kohdeproteiiniin fosfaattiryhmän.

Solukalvon L-tyypin kalsiumkanavat, eli dihydropyridiinireseptorit aukeavat ja kalsiumia vuotaa

sisään. Ryanodiinireseptorit sijaitsevat sarkoplasmakalvostossa ja ovat kytkeytyneet L-tyypin

kalsiumkanavien kanssa. Myös ryanodiinireseptorit avautuvat, jolloin vapautuu lisää kalsiumia

sytoplasmaan. Sydänlihassolu supistuu. Sydämen vajaatoiminnassa ryanodiinireseptorit ”vuotavat”,

jolloin sarkopalsmakalvoston kyky varastoida kalsiumia heikkenee.

Sydänlihassolun relaksaatio vaatii ATP:tä ja fosfolambaani B:tä (PLB). SERCA aktivoituu, kun PLB

fosforyloi sen. SERCAN avulla varastoidaan kalsiumia sytoplasmasta solukalvostoon. Lisääntynyt

SR:n kalsiumkonsentraatio lisää sydämen supistusvoimaa, koska kalsiumia voidaan vapauttaa

21

enemmän varastoista. Beeta-reseptoristimulaatio nopeuttaa sydänlihassolun relaksaatiota

aktivoimalla kalsiumia sytoplasmaan varastoivan SERCAN toiminnan. Myös solukalvon natriun-

kalsium-vaihtaja vähentää sytoplasman kalsiuminpitoisuutta pumppaamalla 3 natriumia sisään ja 1

kalsiumin ulos solusta elektrokemiallisen gradientin säätelemänä, jolloin ATP:tä ei kuluteta.

Kalsiumpitoisuus laskee sytoplasmassa ja sydänlihassolu relaksoituu.

Adrenaliini aiheuttaa vasodilataatiota sitoutuessaan tunica median sisäreunassa oleviin Beeta2-

reseptoreihin. Sydämen verenvirtaus kasvaa ja sydänlihassolujen hapensaanti paranee.

Noradrenaliini tehoaa paremmin beeta1- reseptoreihin kuin beeta2-reseptoreihin. Tämä tulee esiin

erityisesti lääkehoidossa. On olemassa erityisesti sydämeen vaikuttavia beetasalpaajia, jotka estävät

katekoliamiinien vaikutusta sydämeen.

EKG:n, aktiopotentiaalin ja sydämen toiminnan ajalliset suhteet

- lyhyesti yleistä EKG:sta, aktiopotentiaalista ja sydämen sähköisestä toiminnasta

- kammiodiastole, mitä tapahtuu, aktiopotentiaalin eteneminen, mitä näkyy EKG:ssa ja mitä se

tarkoittaa

- kammiosystole, mitä tapahtuu

- kammiosystole, aktiopotentiaalin eteneminen, EKG

- jotain kliinistä lätinää…

Sydämen supistumisen laukaisee sinussolmukkeesta alkunsa saava ja sydämen

johtoratoja pitkin kaikkiin sydänsoluihin johtuva sähköinen aktivaatio. Aktiopotentiaali on

keskeinen tapahtuma sydänsolun sähköisessä toiminnassa. Sen aikana solukalvon jännite muuttuu

nopeasti. Aktiopotentiaalimuutokset ja niiden johtuminen sydämessä rekisteröidään

elektrokardiogrammilla.

Diastolen loppuvaiheessa eteis-kammioläpät ovat auki ja aortta- ja pulmonaaliläppä

ovat kiinni. Veri virtaa sydämeen ja eteiset sekä kammiot täyttyvät. Eteissystole sysää lisää verta

kammioihin, mutta noin 70 % kammioiden verestä tulee passiivisen täyttymisen kautta. Samaan

aikaan aktiopotentiaali etenee sinussolmukkeesta kolmeen eteisjohtorataan ja edelleen

eteislihakseen ja keskittyy eteis-kammiosolmukkeeseen, jossa se viivästyy eteisten supistumisen

ajaksi. EKG:ssa nähdään P-poikkeama eteisten depolarisaation merkiksi ja PQ aika edustaa

ärsytyksen johtumisaikaa sinussolmukkeesta eteis-kammiosolmukkeeseen.

22

Kammiosystolen alussa kaikki läpät ovat kiinni lyhyen ajan. Tämän isometrisen

kontraktion aikana kammioiden paine kohoaa jyrkästi, mutta niiden tilavuus ei muutu. Kun

kammion paine ylittää aortan / keuhkovaltimon paineen aortta- ja keuhkovaltimoläpät aukeavat ja

veri syöksyy kammioista suuriin verisuoniin. Kammioiden tilavuus pienenee. Kun kammiolihakset

ovat supistuneet, alkaa kammiopaine laskea jyrkästi. Kammiosystolen lopussa kaikki läpät ovat taas

hetken aikaa kiinni (isometrinen relaksaatio).

Kammiosystolen aikana aktiopotentiaali etenee eteis-kammiosolmukkeessa

kammioiden väliseinään, missä se haarautuu kahdeksi haaraksi kohti sydämen kärkeä. Haarat

jakautuvat kärjessä Purkinjen säikeiksi, jotka välittävät impulssin kammioiden lihaksiin. EKG:ssa

nähdään QRS-poikkeama, joka vastaa kammioiden depolarisaatiota. QRS-kompleksi peittää alleen

eteisten repolarisaation. EKG:n ST-välin aikana kammiolihas on täysin depolarisoitunut. T-

pokkeama syntyy kammioiden repolarisoituessa, jota seuraa diastole. QT-aikaa sanotaan

kammioiden sähköiseksi systoleksi.

Kliinisesti merkittävät poikkeamat EKG:ssa löytyy yleensä PQ-ajan, QRS-kompleksin

tai ST-välin muutoksista. Pitkittynyt PQ-aika ilmaisee yleensä häiriötä johtumisessa

eteiskammiosolmukkeessa. QRS-ajan pidentyminen viittaa johtumishäiriöön tai katkokseen

johtoradan alueella kammioissa. ST-väli on isoelektrinen, jolloin yli 0,1mV:n poikkeaminen

isoelektrisestä viivasta on yleensä patologista ja sellaista esiintyy esim. sepelvaltimosairauksissa.

Vertaile verenvirtausta ja verenpainetta verisuoniston eri osissa

- veren virtauksen ja verenpaineen pääpiirteet verisuoniston eri osissa.

- valtimot toimivat painereservinä ja luovuttavat sydämen lepovaiheen aikana energiaa veren

virtauksen ylläpitämiseen. Verenpaine valtimoissa 35-120 mmHg ja verenvirtaus nopeaa.

- kapillaariverkostossa tapahtuu aineiden vaihto veren ja solujen kesken.

- laskimot toimivat elimistön verivarastona, verenpaine on matala ja verenvirtaus hidasta.

Laskimopaluuta helpottavat mm. lihaspumppu ja hengityslihakset.

- veren virtaukseen ja verenpaineeseen vaikuttavat mm. veren viskositeetti (riippuu hematokriitistä)

sekä verisuonten seinämien paksuus ja jäykkyys.

Veri virtaa suljetussa putkistossa eli verisuonistossa sydämen pumppaustoiminnan aikaansaaman

paine-eron ansiosta, liikesuunta on suuremmasta paineesta pienempään päin. Verisuonisto jakautuu

isoon ja pieneen verenkiertoon, jotka ovat sarjaankytkeytyneet eli niiden lävitse virtaa sama määrä

23

verta aikayksikössä. Eri elimiin vievät valtimot ovat rinnankytkeytyneitä, mikä mahdollistaa

verimäärän jakautumisen säätelyn elimistön eri osiin.

Verisuoniston eri osien poikkileikkauspinta-ala vaihtelee siten, että se on pienin sydämestä

lähtevissä suurissa valtimoissa (aortta) ja suurin kudoksien ravinnonsaannin takaavassa

kapillaariverkossa pieneten taas kohti sydäntä palatessa (onttolaskimot). Poikkileikkauspinta-alan

ollessa kääntäen verrannollinen virtausnopeuteen nähden on ymmärrettävää, että aortassa nopeus on

suuri ja kapillaareissa pieni. Verenpaineen erot verisuoniston eriosissa selittyy sydämen

pumppaustoiminnalla sekä verisuonten seinämien rakenteellisilla eroilla, valtimoverenpaine myös

vaihtelee sydämen toimintakierron mukaisesti. Laskimopuolella taas ylläpidetään matalaa

verenpainetta, jotta vältyttäisiin keuhkopöhöltä, veren liikkumisen kohti sydäntä takaa lihaspumput

(raajojen laskimoissa) sekä rinta-ontelon alipaine ja yläruumiista matkan kohti sydäntä takaa

painovoima.

Arteriat eli valtimot voidaan jakaa rakenteellisesti kahteen ryhmään elastisiin arterioihin eli

paineentasaajasuoniin, joiden keskikalvossa (tunica media) on runsaasti elastiinia sekä

muskulaarisiin arterioihin eli kuljetussuoniin, joiden keskikalvossa on runsaasti sileää lihasta.

Ensimmäisten tarkoituksena on toimia painereservinä siten, että sydämen systolen aikana elastiset

säikeet venyvät eli niihin varastoituu energiaa, joka vapautuu sydämen diastolen aikana niin, että

veren virtaus säilyy.

Aortan verenpaine nousee systolen aikana nopeasti, koska sinne tulevan veren nopeus on

suurempi kuin nopeus, jolla veri voidaan jakaa verisuonistoon. Diastolen aikana aortan paine laskee.

Systolinen paine aortassa on n. 120 mmHg ja diastolinen n. 80 mmHg. Paineaalto etenee

verisuonistossa verta nopeammin pulssiaaltona, joka voidaan tuntea mm. ranteesta pulssina.

Sydämen toimintakierron mukainen pulsoiva veren virtaus säilyy arterioleihin, mutta kapillaareissa

ja laskimopuolella se on sairaalloista. Ison verenkierron kapillaarien valtimopäässä verenpaine on n.

35 mmHg ja laskimopäässä se on 10 mmHg. Pienen verenkierron puolella paineet ovat

kokonaisuudessaan matalammat, keuhkovaltimoissa systolinen paine on 25 mmHg ja diastolinen 8

mmHg. Keuhkokapillaarien paine on n. 7 mmHg. Virtausnopeus on suurin aortassa ja pienenee

kokonaispinta-alan kasvaessa kohti kapillaariverkostoa mennessä.

Veri virtaa kapillaariverkostoon arterioleista, jotka säätelevät verenvirtausta eri elimiin

prekapillaarisfinktereidensä sekä supistustilansa avulla. Kapillaarit ovat ohutseinäisiä suonia, joiden

seinämien lävitse tapahtuu veren ja solujen välinen aineiden vaihto. Kapillaareista veri virtaa

venuleihin, joihin se tosin voi myös virrata kapillaarien ohi arterioleista prekapillaarisfinktereiden

ollessa suljettuina. Kapillaarien veren virtauksen edellytyksenä on korkeampi paine

valtimonpuoleisessa kuin laskimonpuoleisessa päässä.

24

Kapillaareista tai ohitusarterioleista veri virtaa laskimoihin eli venuleihin. Venyväseinäiset

laskimot toimivat elimistön verivarastoina, joista verta siirretään tarpeen tullen valtimopuolelle

sileän lihaksen supistumistilaa (laskimotonusta) säätämällä. Painovoima vaikuttaa laskimoiden

verenpaineeseen siten, että paine kasvaa sydämen alapuolisissa ja laskee sydämen yläpuolisissa

laskimoissa (esim. jalan laskimoiden paine n. 90 mmHg). Veren kertyessä jalan laskimoihin mm.

rintaontelon laskimoista sydämen iskutilavuus pienenee ja seuraa myös ohimenevä

valtimoverenpaineen lasku (posturaalihypotensio). Ison verenkierron lopussa (onttolaskimot, oikea

eteinen) paine on keskimäärin n. 0 mmHg: n .

Oikean eteisen paine eli keskuslaskimopaine riippuu sydämen pumppaustehosta sekä

laskimopaluusta, johon vaikuttaa kokonaisverimäärä, laskimotonus sekä arteriolien supistustila.

Venuleissa verenpaine on 12-20 mmHg ja suurissa laskimoissa n. 8 mmHg. Laskimopaluuta

edesauttavat lihaspumpun toiminta sekä hengityslihasten toiminta. Lihaspumpussa yhden suuntaisten

laskimoläppien paikallaan pitämä veri siirtyy kohti sydäntä laskimoita ympäröivien luurankolihasten

aiheuttaman laskimoiden puristumisen johdosta. Hengityslihasten toiminta taas aiheuttaa sen, että

sisäänhengityksen aikana rintaontelon sisäisen paineen laskua seuraa alaonttolaskimon paineen

lasku, mikä edesauttaa laskimopaluun tehostumista vatsaontelosta rintaonteloon. Uloshengityksen

aikana paineiden muutokset ovat päinvastaiset.

Veren virtaus verisuonessa voi olla tasaista eli laminaarista, joka muuttuu paine-eron

kasvaessa pyörteiseksi eli turbulentiksi virtaukseksi. Normaalisti virtaus on pyörteistä suurten

suonien haaraumakohdissa sekä sydämen kammioissa. Turbulenssilla on myös kliinistä ja

patologista merkitystä, sillä sitä voi aiheutua suonen suuresta läpimitasta, suonen seinämän

epätasaisuuksista (ateroskleroottinen plakki) sekä veren viskositeetin pienenemisestä( esim.

anemiassa). Veren viskositeetti voi myös kasvaa tautitiloissa, tällöin sydän joutuu tekemään

enemmän työtä vaeren pitämiseksi liikkeellä ja seurauksena on verenpaineen kasvu. Verenpaine

pyrkii myös kasvamaan iän myötä valtimoiden seinämien jäykistyessä (tunica median

kollageenimäärä kasvaa) sillä jäykistyneet suonet eivät enää anna periksi ja verenvirtauksen on

kuitenkin jatkuttava.

25

Vertaile verenkiertoa ja sen säätelyä työskentelevässä luustolihaksessa, sydänlihaksessa ja

aivoissa / Vertaile aivojen, sydänlihaksen ja luustolihaksen verenkiertoa. / Vertaile aivojen ja

sydämen verenkiertoa.

- verenkierrosta ja sen säätelyperiaatteista yleensä

- aivojen kokonaisverenkierron vakiona pitämisessä autoregulaatiolla on suuri merkitys.

- aivojen verenkierron paikalliset muutokset eli funktionaalinen hyperemia.

- aivojen verenvirtaus on erittäin valtimoveren hiilidioksidiosapaineelle.

- veri-aivoeste suojaa aivosoluja monilta veressä olevilta aineilta.

- sydänlihasta huoltavat sepelvaltimot sekä niitä seurailevat sepellaskimot.

- sepelvaltimovirtaus riippuu voimakkaasti sydämen toimintakierrosta

- metabolisella eli paikallisella säätelyllä on suuri osuus sepelvaltimovirtauksen säätelyssä.

- luustolihaksessa aktiivisen (funktionaalisen) hyperemian johdosta voi veren virtaus työskennellessä

20-kertaistua lepotilaan nähden.

- reaktiivinen hyperemia on metabolisen säätelyn muoto, missä puristuksiin joutuneen suonen

puristuksen lakkaamista seuraaa voimakas vasodilataatio.

- sympaattisen hermoston vaikutuksesta erittyvä adrenaliini aiheuttaa myös vasodilataatiota

työskentelevässä luustolihaksessa.

Verenkierron tarkoituksena on taata kaikille elimille hapekkaan veren ja ravinteiden saanti sekä

huolehtia kuona-aineiden poistamisesta. Verenkiertoelimistön toimintaa säädellään seuraavien

perusperiaatteiden mukaisesti: veren virtausta elimistön eri osiin säädellään tarkasti kudosten

tarpeiden mukaan, sydämen minuuttitilavuutta säätelee sinne palaavan veren määrä sekä

valtimopaine pyritään pitämään riittävän korkealla tasolla. Aivokudos ja sydänlihas ovat molemmat

herkkiä hapenpuutteelle (iskemia), kun taas luustolihas voi työskennellä myös anaerobisesti ja tehdä

happivelkaakin. Näitä periaatteita toteutetaan säätelemällä suonten läpimittaa, paikallisen eli

sisäisen säätelyllä(metabolinen, funktionaalinen ja reaktiivinen hyperemia, autoregulaatio sekä

endoteelin erittämät aineet) sekä ulkoisen säätelyllä(hermosto ja hormonit).

Aivokudoksen on saatava sekä happea että ravinteita (glukoosi) koko ajan, sillä jo 5 sekunnin

keskeytys aivojen verenvirtauksessa johtaa tajuttomuuteen ja muutaman minuutin keskeytyksestä

seuraa pysyviä kudosvaurioita. Aivojen verenvirtauksen pitäminen vakiona on pääpyrkimys

sydämen minuuttitilavuuden laskiessa. Keinoina verenvirtauksen vakiona pitämiseen ovat

autoregulaatio, paikalliset aineenvaihduntatuotteet sekä refleksit, jotka voivat olla sekä paikallisia

että systeemisiä. Autoregulaatio eli verenpaineeseen perustuva itsesäätely on aivokudoksessa

26

tehokasta yleisen verenpaineen pysyessä välillä 60 -160 mmHg. Verenpaineen noustessa aivoihin

verta vievän suonen seinämä siis venyy, mistä seuraa myogeenisena vasteena seinämän sileän

lihaksen supistuminen ja suonen läpimitan pieneminen, mikä palauttaa verenvirtauksen

alkuperäiselle tasolle.

Vaikka aivojen kokonaisverenkierto pyritään pitämään vakiona tapahtuu aivojen

verenkierrossa paikallisia muutoksia jatkuvasti. Eri toimintojen seurauksena tapahtuu muutoksia

verenkierrossa vastaavilla aivoalueilla. Tätä kutsutaan funktionaaliseksi hyperemiaksi (verentungos,

verekkyys) tapahtuen kudoksen ollessa aktiivinen ja metabolian ollessa vilkasta. Aivokudoksen

verisuonet laajentuvat paikallisesti mm. metabolian sivutuotteiden vaikutuksesta ja veren virtaus

tehostuu. Vaikutuksen välittäjinä saattavat toimia esimerkiksi vety -tai kaliumionit.

Aivojen verenvirtaus on erittäin herkkä valtimoveren hiilidioksiosapaineelle. Hyperkapniassa

eli osapaineen kasvaessa aivoverisuonet laajenevat (vasodilataatio) ja päinvastoin osapaineen

laskiessa tapahtuu aivoveriosuonten supistuminen (vasokonstriktio). Vaikutuksen saattaa välittää

verisuonten endoteelistä vapautuva typpioksidi. Aivokudosta suojaa monien aineiden vaikutukselta

veri-aivoeste, jonka muodostaa hiussuonten endoteelisolujen tiiviit välit sekä hiussuonia peittävät

gliasolujen ulokkeet. Veri-aivoeste sallii rasvaliukoisten aineiden diffuusion, mutta estää muiden

aineiden pääsyn verestä aivokudokseen.

Sydänlihaksen verenkierrosta eli koronaarikierrosta huolehtivat sepelvaltimot sekä niitä

seuraavat sepellaskimot, jotka yhdistyvät sydämen takana sepelpoukamaksi. Kuormituksen aikana

sepelvaltimovirtaus ja sydämen energiakäyttö tehostuu. Sydämen toimintakierto vaikuttaa

merkittävästi sepelvaltimoiden veren virtaukseen. Systolen aikana sepelvaltimovirtaus heikentyy

voimakkaasti, vasemman kammion sepelvaltimot menevät tällöin lähes tukkoon sydänlihassolujen

supistuessa niiden ympärillä. Isometrisen kontraktion aikana (eli kaikkien sydämen läppien ollessa

kiinni eteissystolen jälkeen) sepelvaltimovirtaus pienenee. Aorttaläpän avautuessa

sepelvaltimovirtaus kasvaa hetkellisesti pienentyen uudelleen systolen loppuun saakka. Diastolen

aikana sepelvaltimovirtaus saavuttaa maksiminsa ja laskee sitten seuraten aortan verenpainetta.

Sepelvaltimovirtaus heikentyy diastolen lyhentyessä (sykkeen kasvaessa), kammion loppudiastolisen

paineen noustessa sekä aortan paineen alentuessa.

Paikallinen eli metabolinen säätely on tärkeässä osassa sepelvaltimovirtauksen säätelyssä.

Verenvirtaus vaihtelee metabolisen aktiivisuuden mukaan, verenvirtaus voi työssä viisinkertaistua

lepoon nähden. Sydänlihas on herkkä hapenpuutteelle, se käyttää levossakin yli 70% saamastaan

hapesta. Hapen tarpeen kasvaessa tapahtuu vasodilataatiota mm. adenosiinin, hiilidioksidin sekä

vetyionien välityksellä, mistä seuraa sepelvaltimovirtauksen kasvu. Tätä säätelytapaa kutsutaan

metaboliseksi hyperemiaksi.

27

Lepäävässä luustolihaksessa arteriolien lepotonus (suonen seinämän supistumistila) on

korkea ja suurin osa hiussuonista ei ole käytössä, joten verenvirtaus on vähäistä. Työskentelevässä

luustolihaksessa arteriolit laajenevat ja hiussuonet avautuvat, verenvirtaus voi jopa 20 -kertaistua

lepotilaan nähden (aktiivinen hyperemia). Levossa arteriolien tonusta säätelevät neuraaliset ja

myogeeniset tekijät (venytys).

Työskentelevän luustolihaksen verenvirtausta säätelevät aineenvaihduntatuotteet

(hiilidioksidi, maitohappo), lämpötila ja hapenpuute. Yhtenä metabolisen säätelyn muotona on

reaktiivinen hyperemia, missä puristuksiin joutunut suoni laajenee voimakkaasti (vasodilataatio)

puristuksen lakatessa. Syitä tähän reaktioon ovat kudoksen paikallinen hapenpuute,

metaboliatuotteiden kertyminen iskemian aikana sekä osittain myogeeninen vaste. Seurauksena

verenvirtaus tehostuu ja siten hapen ja ravinteiden saanti tehostuu samoin kuona-aineiden

poistuminen.

Luustolihaksen työskennellessä sympaattinen hermosto aktivoituu ja aktivaation seurauksena

erittyy adrenaliinia, joka sitoutuu verisuonten sileän lihaksen beetareseptoreihin, seurauksena

vasodilataatio.

Miten verenpainetta säädellään neuraalisesti

- Verenpaineeseen vaikuttavat tekijät

- Autonomisen hermoston vaikutustavat verenpaineeseen

- Lyhyen aikavälin säätely ja baroreseptorit paineen aistijoina

- Pitkän aikavälin säätely

- Muut neuraaliset mekanismit (Bainbridge, kemoreseptorit, jne.)

Valtimoverenpaine on riippuvainen sydämen pumppaamasta minuuttitilavuudesta ja

verisuoniston aiheuttamasta vastuksesta. Sydämen minuuttitilavuuteen vaikuttaa laskimopaine, joka

taasen riippuu pitkälti veren tilavuudesta. Kaikkien näiden muutoksilla on vaikutusta

valtimoverenapaineeseen, ja autonominen keskushermosto pystyy jokaista näistä myös säätelemään.

Autonominen hermosto säätää sydämen sykettä ja puristusvoimaa. Tätä kautta

minuuttitilavuutta voidaan lisätä ja samalla myös valtimopainetta. Minuuttitilavuutta säätelee myös

28

kudosten veren tarve. Verisuoniston vastusta puolestaan säädellään valtimoiden ja laskimoiden

konstriktion kautta. Sympaattisen hermoston vasokonstriktoivia syitä on eniten valtimoissa ja

suurissa arterioleissa, vähemmän terminaaliarterioleissa ja laskimoissa. Näiden jatkuva aktiivisuus

pitää yllä lepotonusta. Venakonstriktio lisää suoraan minuuttitilavuutta ja valtimoiden supistumuinen

nostaa painetta suoniston vastuksen lisääntymisen kautta. Sympaattisessa hermostossa on myös

vasodilatoivia syitä esimerkiksi luustolihasten vastussuonissa.

Nämä mekanismit toimivat negatiivisella feedback-säätelyllä, jonka sensorina toimivat

baroreseptorit karotispoukamassa ja aortan kaaressa. Baroreseptorien aktiivisuus laskee, kun

verenpaineen lasku valtimoissa vähentää suonien seinämien venytystä. Tällöin vagus- ja

glossopharyngeushermojen mukana kulkevien afferentien hermosyiden stimulointi vähenee ja

vasomotorinen keskus puuttuu peliin aktivoiden sympaattista hermostoa.. Vievät syyt kulkevat

suoniin, sydämeen ja lisämunuaiseen, joten aktiivisuuden nousu lisää vasokonstriktiota, perifeerisen

vastusta, sydämen puristusvoimaa ja sykettä. Tällainen akuutin paineen laskun korjaus tapahtuu

esimerkiksi ylösnoustessa, kun laskenut venapaine aiheuttaa myös valtimopaineen laskun. Paineen

noustessa vaikutukset ovat luonnollisesti päinvastaiset.

Baroreseptorit ovat herkimmillään 60-180mmHg. Fyysisessä rasituksessa pulssipaine

on korkeampi kuin normaalisti, jolloin syke ei laske vasteena paineen kohoamiselle. Baroreseptorit

kykenevät myös adaptoitumaan, sillä verenpaineen ollessa koholla yli 15 minuuttia niiden

kynnysarvo asettuu uudelleen. Siksi baroreseptorit eivät kykene aistimaan aivoihin menevän veren

todellista painetta ja ovatkin vain lyhyen aikavälin säätelijöitä.

Pitkän aikavälin paineen säätely tapahtuu suurimmaksi osaksi verivolyymin säätelyn

kautta. Tässä tärkeimpänä tekijänä on reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmä, mutta myös

neuraalista säätelyä tapahtuu. Eteisten seinämien reseptorit sekä kardiopulmonaarireseptorit aistivat

venapaineen ja verivolyymin nousun suppressoiden reniini-angiotensiinisysteemiä, ADH:n eritystä

ja sympaattisen hermoston aktiivisuutta.

Muita vaikutusmekanismeja ovat Bainbridgen refleksi, kemoreseptorit ja

luustolihaksen työreseptorit. Bainbridgen refleksi pyrkii nostamaan sykettä kun eteisiin tuleva

verimäärä kasvaa, joten se kilpailee baroreseptorirefleksin kanssa ja toimii lähinnä alhaisen sykkeen

aikana. Kemoreseptorit osallistuvat reflektoriseen verenpaineen nousuun hypoksiassa, vaikkakin

hypoksialla ja hypokapnialla on myös suoria vaikutuksia vasomotoriseen keskukseen. Vaikutuksena

on arteriolien ja sisuslaskimoiden vasokonstriktio. Tämäkin toimii tehokkaammin valtimopaineen

ollessa alhainen. Luustolihasten työreseptorit reagoivat K- ja H-ionien (metaboreseptorit) määrään

sekä lihaksen venytykseen (mekanoreseptorit) ja nostavat sydämen sykettä ja kontraktiliteettiä sekä

konstriktoivat useimpia suonia.

29

Kardiovaskulaarisessa sokissa neuraalinen säätely auttaa verisuonten konstriktion

kautta, jolloin jopa 20% veren tilavuudesta voidaan menettää ilman merkittäviä seurauksia.

Reniini-Angiotensiini-Aldosteroni –järjestelmä

Reniini-Angiotensiini-Aldosteroni –järjestelmä toimii elimistössä vastareaktiona verenpaineen

laskulle(esim. hypovolemia), natriumin konsentraation laskulle tai/ja kaliumin konsentraation

kasvulle. Ilman RAA-järjestelmää verimäärän (ja verenpaineen) yllättävä lasku olisi paljon

herkemmin kohtalokas.

Reniiniä vapautuu munuaisten jukstaglomerulaarisoluista sympaattisen aktivaation,

verenpaineen laskun (esim. hypovolemia) tai/ja kun macula densa-solut aistivat munuaisissa alhaisen

natrium-konsentraation. Veressä vapautunut reniini saa aikaan angiotensinogeenin muodustuminen

angiotensiiniksi, joka puolestaan konvertoituu pääosin keuhkoissa angiotensiinia konvertoivan

entsyymin (ACE) vaikutuksesta angiotensiini II:ksi, minkä vaikutukset elimistössä ovat koko

järjestelmän ehkä huomattavimmat ja tärkeimmät.

Angiotensiini II saa aikaan janontunnetta ja se myös supistaa verisuonia voimakkaasti

jolloin verenpaine nousee. Angiotensiini II aktivoi myös sympaattista hermostoa ja inhiboi reniinin

tuotantoa. Reniinin vapautumista estävät myös prostaglandiinit ja vasopressiini. Tärkeimpänä

tehtävänään angiotensiini II aktivoi aldosteronin eritystä lisämunuaisen kuorikerrokselta zona

glomerulosa –soluista sitoutumalla niihin.

Aldosteroni on kolesterojohdannainen, jonka tuotantoa aktivoivat angiotensiini II

(tärkein ja suurin vaikutus), kaliumin ylimäärä tai myös pienissä määrissä aivolisäkkeestä erittyvä

ACTH. Aldosteroni saa aíkaan munuaistubulusten P-soluissa natriumin takaisinimeytymistä

tubulaarisesta luumenista. Tällöin vesi seuraa natriumia, mikä aiheuttaa verimäärän kasvun ja tätä

kautta verenpaineen nousun ja normalisoitumisen.

RAA-järjestelmän vastavaikuttajista tärkeimpinä toimivat sydämen eteispeptidit, jotka

laskevat verenpainetta ja vähentävät sydämen kuormitusta. Erinäisissä verenpainetaudeissa tai

sydämen vajaatoiminnoissa RAA-järjestelmä saattaa olla häiriintyny ja lisääntyneet eteispeptiditkään

eivät auta tilannetta. Tällaisiin tilanteisiin käytetään usein lääkkeinä ACE-estäjiä, jotka estävät

angiotensiini I:sen konvertoitumisen toimivaksi angiotensiini II:ksi ja RAA-järjestelmän

inhiboitumisen.

30

Vertaile munuaisytimen ja kuoren toimintaa keskenään

Kuori 1:

- Suodattuminen (Bowmanin kapseli)

- Reabsorbtio (natrium), sekreetio, happo-emäs-tasapaino

- Hormonisynteesi (epo, D3-vitamiini)

Ydin 1:

- Henlen linko, vasa recta –suonet (oikovirtausperiaate)

- Ytimen väkevöinti

Kuori 2, ydin 2:

- Distaalinen kiemuratiehyt

- Macula densa: natriumin määrän tarkkailu, reniinin eritys

- Kokoojaputki: virtsanmäärän säätely (aldosteroni, ADH)

- Urean kierto ytimen väkevöimiseksi

Munuaiset jaetaan kahteen toiminnalliseen osaan: kuoreen (cortex) ja ytimeen (medulla). Kuoriosa

vastaa primaarivirtsan suodattamisesta, ja sekä kuori että ydin vastaavat aineiden reabsorbtiosta ja

sekreetiosta. Runsas primaarivirtsan suodattaminen on elinehto sille, että haitalliset kuona-aineet,

toksiinit jne. saadaan riittävän tehokkaasti poistettua verenkierrosta. Toisaalta systeemi mahdollistaa

erittäin tarkan virtsamäärän säätelyn, joka virtsamäärä on tietysti suorassa suhteessa elimistön

nestetilaan ylipäänsä.

Kuori 1

Munuaisten verenvirtaus pyritään pitämään vakiona. Afferenttia arteriolia pitkin saapuu

glomerulukseen verta, ja arterioli haarautuu glomeruluksessa useiksi pieniksi suoniksi.

Glomeruluksessa veren plasmaa suodattuu proksimaaliseen tubulukseen. Suodattuminen tapahtuu

Bowmanin kapselin hiussuonten reikäisen endoteelin, tyvikalvon ja podosyyttien läpi.

Suodattuminen on mekaaninen tapahtuma, ja primaarivirtsaa muodostuu vuorokaudessa n. 180 l.

Suurin osa suodoksesta reabsorboituu takaisin verenkiertoon proksimaalisen tubuluksen alueella

munuaisen kuoriosassa. Reabsorbtiota on sekä aktiivista että passiivista, ja siihen vaikuttavat

normaalit jännite- ja pitoisuuserot.

Natriumin liikehdintä akselilla tubuluslumen – epiteelisolu – solunulkoinen neste – hiussuonen

lumen on reabsorbtion suhteen kaikki kaikessa. Systeemin vitsi on seuraava: Epiteelisolun

31

interstitiaalipinnalla on pumppuja, jotka pumppaavat natrium-ioneja ulos solusta, siis verenkierron

suuntaan (esim- Na-K –pumppu, joka vaatii ATP:a). Natriumin heitettyä hellät jäähyväiset

tubuluksen epiteelisolulle lisää natriumia siirtyy gradientin ajamana tubuluksen lumenista epiteeliin,

ja katso: natrium vetää perässään mm. vettä ja kloridi-ioneja. Tällaista kuljetusmekanismia kutsutaan

sekundaariseksi aktiiviseksi kuljetukseksi. Myös primaarivirtsaan luikahtaneet proteiinit,

aminohapot ja sokerit kulkevat symporttisesti natrium-ionien kanssa epiteeliin, mistä ne hoidellaan

edelleen verenkiertoon.

Elimistön happo-emästasapainoa säädellään pääasiassa proksimaalisen tubuluksen alueella.

Orgaanisille hapoille ja emäksille on omat kuljetusjärjestelmänsä. Proksimaalisen tubuluksen

alueella harjoitetaan myös runsaasti sekreetiota, mikä tehostaa kuona-aineiden poistumista

elimistöstä virtsan mukana (erit. urea).

Munuaiskuoressa syntetisoidaan myös erytropoietiinia (epo), joka edistää punasolutuotantoa, sekä

1,25-dihydroksikolekalsiferolia (D3-vitamiini), joka on aktiivisen D-vitamiinin esiaste.

Ydin 1

Proksimaalisesta tubuluksesta primaarivirtsa jatkaa matkaa Henlen linkoon, jossa on ohut laskeva ja

paksu nouseva osa. Laskevassa osassa tapahtuu veden passiivista siirtymistä väkevään

munuaisytimeen, jossa vesi kerätään nouseviin vasa recta –suoniin. Nämä suonet ovat ytimen

glomeruluksista poisvievien efferenttien arteriolien jatkeita, jotka käyvät koukkaamassa

munuaisytimessä, ennen kuin poistuvat kaakon suuntaan savuvana perässään. Vasa recta –suonten

veri on poikkeuksellisen väkevää kahdesta syystä: 1) sehän on juuri luovuttanut ison osan

plasmaansa proksimaaliseen tubulukseen ja 2) ko. suonissa toteutetaan ns. oikovirtaperiaatetta. Vasa

recta –suonissa on oikoratoja, jolloin kaiken veren ei tarvitse käydä yhtä syvällä munuaisytimessä.

Koska munuaisytimestä palaava veri on väkevää, oikoratoja pitkin siirtyy vettä vasa rectan

nousevaan osaan. Kyseessä on siis itseään ruokkiva systeemi. (Samantapainen järjestelmä on esim.

pingviinien jaloissa lämmönhukan estämiseksi.) Henlen lingon nouseva osa on vettä läpäisemätön, ja

siitä pumpataan aktiivisesti ulos natrium- ja kloridi-ioneja ytimen väkevöimiseksi. Ytimen

väkevöityminen puolestaan johtaa veden siirtymiseen pois tubuluksesta Henlen lingon laskevassa

osassa. Henlen linko ei siis väkevöi virtsaa vaan ydintä.

Kuori 2, ydin 2

32

Henlen linko muuttuu distaaliseksi kiemuratiehyeksi, joka seikkailee jälleen kuoren alueella palaten

”oman” glomeruluksensa luo. Distaalisen tubuluksen solut, jotka koskettavat ”omaa” afferenttia

arterioliaan muodostavat macula densan. MD-solut aistivat tubulusvirtsan suolapitoisuutta, jonka

lasku aiheuttaa reniinin vapautumisen jukstaglomerulaarisoluista. Tämä aiheuttaa ketjureaktion

(reniini -> angiotensiini 1 -> angiotensiini 2 -> aldosteroni), jonka lopputuloksena on verenpaineen

nousu. Distaalisen tubuluksen alkuosan solut ovat edelleen vettä läpäisemättömiä. Natrium- ja

kloridi-ioneja pumpataan jatkuvasti ulos, jolloin virtsa muuttuu entistä laimeammaksi. Näin voidaan

tarvittaessa poistaa elimistöstä virtsaamalla suuriakin nestemääriä. Kuorikerrokseen pumpatut ionit

jättävät nopeasti näyttämön vilkkaan verenkierron ansiosta.

Lopullinen virtsamäärän säätely tapahtuu kokoojaputkessa, joka porhaltaa kuorikerroksesta ytimeen

asti yhtyäkseen suurempiin kokoojaputkiin. Virtsamäärän säätely on hormonaalista. Avainasemassa

ovat aldosteroni ja antidiureettinen hormoni, ADH. Aldosteroni lisää kokoojaputken natrium-

kanavien ekspressiota, jolloin sekä suolojen että veden reabsorbtio lisääntyy. ADH lisää

akvaporiinien määrää. Koska ydin on niin väkevä, pystytään virtsa tarvittaessa väkevöimään ytimen

tasolle. Näin voidaan säästää vettä mutta erittää kuitenkin virtsaan ne aineet, jotka on pakko saada

ulos elimistöstä.

Kokoojaputkista poistuu munuaisytimeen myös paljon ureaa. Alun perin filtroidusta ureasta 50 %

poistuu jo proksimaalisessa tubuluksessa, mutta vastaava määrä sekretoidaan virtsaan Henlen lingon

nousevassa osassa. Tämä virtsa on peräisin ytimestä, minne se on päätynyt kokoojaputkista.

Kokoojaputkesta poistuu 80 % siitä ureasta, mitä sinne tuleva virtsa sisältää. Tästä 30 % päätyy vasa

recta –suoniin ja 50 % Henlen linkoon. Sama suomeksi: ureaa kierrätetään ytimen kautta

kokoojaputkesta pois ja takaisin Henlen linkoon, jotta ydin pysyisi väkevänä ja vettä voitaisiin

tarvittaessa säästää.

33

Virtsanerityksen säätely

-Autoregulaatio

-ADH (plasman määrä ja osmolaliteetti, veden reabsorptio)

-Aldosteroni (RAA-järjestelmä)

Munuaisten verenvirtaus, autoregulaatio

Virtsan suodattuminen munuaiskuoressa on täysin mekaaninen tapahtuma. Munuaisten verenvirtaus

ja siten myös filtraation määrä pyritään pitämään vakiona autoregulaation avulla. Keskimääräisen

verenpaineen ollessa 80-180 mmHg munuaisten verenvirtaus on n. 1,2 l / min. Munuaisten

autoregulaatio perustuu kahteen systeemiin: 1) verisuonten seinämien venytys / venymättömyys saa

aikaan muutosvastarinnan sileän lihaksiston kautta ja 2) macula densa aistii suurentuneesta

verenpaineesta seuraavaa lisääntynyttä ionimäärää ja supistaa afferenttia arteriolia.

Primaarivirtsa jatkaa matkaansa proksimaaliseen tubulukseen, missä tapahtuu suurin osa aineiden –

myös veden – reabsorbtiosta. Vesi poistuu tubuluksen luumenista natriumin vetämänä. Tapahtuma

on luonteeltaan mekaaninen, joskin aldosteronin määrä vaikuttaa natriumin ja sitä kautta veden

imeytymiseen.

ADH

ADH eli antidiureettinen hormoni nimensä mukaisesti vähentää virtsan eritystä. ADH:n erittymiseen

johtavat 1) plasman osmolaliteetin suureneminen ja 2) plasmamäärän väheneminen. Nämä tekijäthän

ovat usein riippuvaisia toisistaan. Osmolaliteetin suurenemisen rekisteröivät hypotalamuksen

osmoreseptorit, ja tämä tieto välittyy myös janokeskukseen (suuri osmolaliteetti -> jano -> juominen

-> lisääntynyt solunulkoisen nesteen tilavuus -> pienentynyt osmolaliteetti). Plasmamäärää aistivat

valtimoiden, laskimoiden ja carotis-poukamien painereseptorit. ADH lisää akvaporiinien määrää

munuaisten kokoojaputkissa. Tästä seuraa veden reabsorbtio munuaisytimeen – vesi siirtyy

tubuluksen luumenista väkevään munuaisytimeen, jos sille vain tarjotaan reitti siihen. Kysymyksessä

on siis yhteisvaikutus: kun osmoreseptorit välittävät viestin kahteen osoitteeseen, toisaalta janottaa ja

toisaalta elimistöön kiskottu neste pysyy elimistössä kokoojaputkien reabsorption ansiosta.

34

Aldosteroni

Toinen keskeinen virtsamäärän säätelyyn liittyvä hormoni on aldosteroni, jota syntetisoidaan

lisämunuaiskuorella. Aldosteronin synteesiä stimuloivat useat tekijät: 1) plasman kohonneet

angiotensiini II-, ACTH- (adrenokortikotrooppinen hormoni) ja kaliumpitoisuudet, 2) plasman

asidoosi ja 3) sydämen eteisten venytysreseptoreiden havaitsema alentunut verenpaine. Angiotensiini

II:n synty on pitkässä kuusessa. Macula densan solut aistivat tubulusvirtsan

suolapitoisuutta, jonka lasku aiheuttaa reniinin eritystä MD:n jukstaglomerulaarisoluista. Reniini

katalysoi angiotensinogeenin muuttumista angiotensiini I:ksi, joka puolestaan muuttuu keuhkojen

ACE:n (angiotensiinikonvertaasi) vaikutuksesta angiotensiini II:ksi. A. II saa siis aikaan aldosteronin

erittymistä. Aldosteroni vaikuttaa nefronin kahteen kohtaan: 1) Distaalisessa tubuluksessa

aldosteroni kokonaisvaikutuksena lisää kaliumin eritystä virtsaan ja natriumin ja veden reabsorptiota

verenkiertoon mm. lisäämällä Na-K-pumppujen ekspressiota. 2) Kokoojaputkessa aldosteroni saa

aikaan vetyionien sekreetiota virtsaan.

35

Happo-emästasapainohäiriöt

- vakioisuus tärkeää

o entsyymien pH-optimi

- elimistön pH ja happo ja emäskuormat

o pH 7.35 – 7.45

o hapot: CO2, proteiinimetabolia (HCL, H2PO4, H2SO4), maito- ja ketohapot

o emäkset: glutamaatti ja aspartaatti

- happomäärät

o CO2 15-20 mol/vrk

o Muita n. 50 mmol/vrk

o happoja 1 mmol / kgbw/vrk enemmän (huom vegetaristit)

- Puskurit ja säätelymekanismit

o HCO3-, CO2 + H2O -> H2CO3 -> jne… karboanhydraasi

o Hb, proteiinit, fosforit

o teho: pitoisuus / pK

o keuhkot CO2

o munuaiset H+ eritys ja HCO3- muodostus

- isohydrinen periaate

o puskurit säätelee, mutta eritys keuhkoista ja munuaisista

o ventilaation säätely ja perifeeriset kemoreseptorit

- tasapainohäiriöt

o hyper/hypoventilaatio, ketoasidoosi, oksentelu

o respiratorinen kompensoidaan renaalisesti

o metabolinen ensin nopeammalla respiratorisella ja hienosäätö munuaisissa

o veren pH, Pco2 ja HCO3-

o bikarbonaatti aina häiriintynyt ja seuraa pco2:sta!!

o Pco2 häiriintynyt vain respiratorisessa häiriössä??

- potilaan tilan arviointitaulukko

o pH ja [HCO3-]

o < 7.3 tai > 7.5 molemmat, lähempänä normaalia ja bikarbonaatin pitoisuus kertoo

mistä on kysymys ja kompensaatio

36

Elimistön pH:n vakioisuus on tärkeää, koska entsyymien (esim. fosfofruktokinaasin) pH-

optimi on kapea. Niiden biologinen aktiivisuus laskee vähäisenkin pH-muutoksen seurauksena ja

lopputuloksena on elimistön homeostaasin ja metaboliareittien häiriintyminen.

Elimistön pH on suorassa suhteessa vapaiden H+-ionien määrään: pH = lg[H+] ja se on

normaalisti 7.35 – 7.45 plasmassa ja ekstrasellulaaritilassa. Solussa se on hieman matalampi.

Elimistön happokuorma aiheutuu soluhengityksestä syntyvästä CO2, proteiinimetaboliasta

syntyvistä suola-, fosfori- ja rikkihaposta sekä hiilihydraattien ja rasvahappojen anaerobisesta

metaboliasta syntyvistä maito- ja ketohapoista. Emäksiä (HCO3-) syntyy lähinnä glutamaatista ja

aspartaatista.

CO2 syntyy vuorokaudessa n. 15 – 20 mol. Se on ns. haihtuvahappo, joka poistetaan

normaalisti keuhkojen kautta eikä aiheuta nettokuormaa. Proteiinimetaboliasta syntyy

vuorokaudessa n. 50 mmol H+-ioneja. Happoja syntyy vuorokaudessa kuitenkin 1 mmol/kgbw

enemmän kuin emäksiä (Huom. vegetaristeilla emäksiä enemmän johtuen proteiinien puutteesta

ravinnossa), joten tarvitaan puskureita ja säätelyjämekanismeja.

Nopein ja tärkein säätelymekanismeista ovat kemialliset puskurit, jotka pystyvät reagoimaan

pH:n muutoksiin nopeasti (sek-min). Kemialliset puskurit muodostuvat ns. happo-emäspareista,

jotka pystyvät joko luovuttamaan tai vastaanottamaan H+-ionin. Niiden tehokkuus riippuu puskurin

pitoisuudesta ja pK – arvosta. Tärkein näistä on bikarbonaattipuskuri. Soluhengityksessä vapautuva

CO2 yhtyy kudoksissa veteen karboanhydraasientsyymin katalysoimana, muodostaen H2CO3, joka

disassosioituu edelleen bikarbonaatiksi HCO3- ja H+. Keuhkoissa reaktio kulkee oikealta

vasemmalle vapauttaen CO2:n alveoleihin konsentraatiogradientin ajamana. Samalla menetetään

yksi bikarbonaatti, mutta munuaiset kompensoivat menetystä bikarbonaatin reabsorptiolla ja

uudismuodostuksella. Jokaista munuaisista eritettyä H+-ionia kohtaan säästetään/syntyy yksi HCO3-

ioni. Muita kemiallisia puskureita ovat punasolujen hemoglobiini (Bohrin efekti), proteiinit ja

fosfaatit.

Isohydrisen periaatteen mukaan kaikki puskurit toimivat yhdessä titraten H+ioneja, mutta

keuhkoja ja munuaisia tarvitaan niiden poistamiseen. CO2 poistuu keuhkoista ja poistumista voidaan

säädellä ventilaatiolla. Perifeeriset kemoreseptorit aistivat pH:n muutoksen ja stimuloivat hengitystä.

Mekanismi on suhteellisen nopea ja alkaa minuuteissa ja saavuttaa huippunsa 12-24 tunnin kuluessa.

Hitain meknismeista on munuaisten kautta tapahtuva kompensaatio, jossa H+-ioneja eritetään

suhteessa niiden konsentraatioon ja samalla muodostetaan bikarbonaattia puskuriksi. H+ puskureina

munuaisissa / virtsassa toimivat fosforihappo ja ammoniakki. Hitaudestaan huolimatta virtsan

puskurit mahdollistavat suurtenkin H+-ionien erityksen.

37

Happo-emästasapaino voi häiriintyä keuhkojen toiminnan häiriintyessä,

hypo/hyperventilaatio tai huono ventilaatio-perfuusiosuhde, tai esim. diabeetikolla ketohappojen

kertyessä elimistöön tai jos happoja menetetään oksentelussa. Tällöin puhutaan puolestaan joko

respiratorisesta tai metabolisesta asidoosista tai alkaloosista riippuen laskeeko veren pH alle 7.35 vai

nouseeko yli 7.45. Nämä tilat korreloivat veren pH:n, CO2- ja bikarbonaattipitoisuuden kanssa, joita

voidaan mitata esim. valtimoverikokeella (Astrup).

Yleisenä sääntönä voidaan sanoa, että metabolisen häiriön korjaus tapahtuu respiratorisesti

keuhkojen kautta ja respiratorinen (keuhkojen toiminta syynä) renaalisesti munuaisten kautta.

Respiratorinen korjaus (siis silloin kun se on mahdollinen l. metabolinen häiriö) on nopeampi ja se

korjaa esim. metabolisessa asidoosissa pH:n aina 7.3 asti ja lopullinen hienosäätö tapahtuu

renaalisesti.

Respiratorisessa häiriössä veren CO2 – osapaine on aina häiriintynyt, mutta metabolisessa se

on normaali (Ei välttämättä näin, vaikka prujun taulukko näin sanookin.Metabolista kompensoidaan

laskemalla CO2 pitoisuutta, jolloin sen pitäisin olla normaalista poikkeava. Näin siis toisen taulukon

mukaan. Onko kellään parempaa tietoa?? Mitä mieltä olette koko kappaleesta?? Meneekö ihan

metsään? Kysyy siis Janne:)! Bikarbonaattipitoisuus vaihtelee molemmissa tapauksissa.

Muistisääntönä bikarbonaatin osalta voisi sanoa, että se seuraa aina Pco2-pitoisuutta.

Respiratorisessa asidoosissa bikarbonaatti on noussut, koska Pco2 on noussut ja HCO3- ioneja

syntyy ylläesitetyn kaavan mukaisesti karboanhydraasin katalysoimassa reaktiossa, ja alkaloosissa se

on laskenut, koska ko. reaktiota tapahtuu vähemmän. Metabolisessa asiat on päinvastoin, koska

kompensaatio tapahtuu keuhkojen kautta, jolloin asidoosissa CO2 poistetaan (Pco2 laskee)

hyperventiloimalla ja alkaloosissa CO2 - pitoisuutta lisätään hypoventilaatiolla (Pco2 nousee).

Potilaan happo-emästasapainoa voidaan arvioida taulukolla, jossa HCO3- pitoisuus (norm.

27 mM) on Y-akselilla ja pH on X akselilla. Jos pH on kauempana normaalista (< 7.3 ja > 7.5) on

todennäköistä, että potilas kärsii sekä metabolisesta että respiratorisesta häiriöstä. Lähempänä

normaalia olevat arvot kertovat jommastakummasta ja kompensaatiosta riippuen

bikarbonaattiarvoista yllä esitettyjen sääntöjen mukaisesti.

38

Sisään- ja uloshengityksen erot

Sisäänhengityksessä hengitysilmasta otetaan happea keuhkojen alveolien kautta verenkiertoon ja

sitä kautta kudoksien käytettäväksi ja uloshengityksessä verenkierrosta poistetaan hiilidioksidia

alveolien kautta uloshengitysilmaan. Sisään- ja uloshengityksen mekaniikka eroaa huomattavasti

toisistaan, samoin kuin hengitystilatkin.

Sisäänhengitys on aktiivista ja sitä säätelee aivojen medullan sisäänhengityskeskus,

joka saa aikaan hengityksen perusrytmin. Sisäänhengityksessä pallea laskeutuu ja jännittyy ja

uloimmat kylkivälilihakset jännittyvät sivuille päin (myös kaulan lihakset auttavat sisäänhengitystä),

jolloin keuhkoille tulee enemmän tilaa laajentua. Sisäänhengitys kestää lyhyemmän aikaa kuin

uloshengitys (n. 2s) ja sisäänhengityksessä alveoleihin tulee alipaine (n. –1-3 mmHg) jolloin ilma

virtaa keuhkohin Boylen lain mukaisesti.

Uloshengitys on normaalisti passiivista(sitä auttavat kimmosäikeet ja alveolien

pintajännitys pallean ja ulompien kylkivälilihasten rentoutumisen lisäksi), mutta rasituksessa,

yskiessä, oksentaessa tai ulostaessa uloshengitystä autetaan vatsan alueen lihaksilla ja sisemmillä

kylkivälilihaksilla. Uloshengitykseskeskus sijaitsee myös medullassa ja se toimii faasisesti.

Uloshengitettäessä alveolien läpimitta pienenee ja alveolipaine kasvaa. Surfaktantilla onkin tärkeä

rooli tässä vaiheessa estää alveolin kasaanpainuminen vähentäen niiden pintajännitystä.

Intrapleuraalipaine on keuhkoissa aina negatiivinen ulkoilman paineeseen nähden,

mutta sisäänhengityksessä se on negatiivisempi kuin uloshengityksessä. Transpulmonaaripaine on

aina positiivinen ja sen vaikutuksesta keuhkoputket ja alveolit pysyvät auki.

Sisäänhengitettäessä myös haistetaan asioita ja sen ansiosta pysytään hengis ja

kannattaa sitä uloskin välis hönkiä...

äääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääää

äääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääää

ääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääääää.

kiitos ☺ lol, hajosin. ei tähän mitään muutakaan löydä.

39

Vertaile hapen ja hiilidioksidin kuljetusmekanismeja toisiinsa

• Kuljetusmuodot veressä:

o Happi:

– hemoglobiini

– loput vapaana happena

o Hiilidioksidi:

– bikarbonaatti

– karbaminoyhdisteet

– vapaa hiilidioksidi

• Happi kyllästyneisyyteen vaikuttavat tekijät

• Bohrin efekti

• Haldane efekti

• diffuusio

Yksi veren tärkeimmistä tehtävistä on kuljettaa happea soluihin soluhengityksen raaka-aineeksi ja

poistaa tapahtumassa syntynyttä hiilidioksidia soluista. Happi O2- ja hiilidioksidi CO2-molekyylit

ovat 37 ºC asteessa kaasuja ja niiden kuljetukseen vaikuttaa kyseisen kaasun osapaineet.

Hengityskaasut siirtyvät diffuusioperiaatteen mukaisesti suuremmasta pitoisuudesta pienempään.

Happi ilmasta kudoksiin päin ja hiilidioksidi vastakkaiseen suuntaan.

Kuljetusmuodot veressä:

Happi

Happea on veressä kahdessa muodossa ja hiilidioksidia kolmessa. Happi liukenee huonosti veteen

ja sitä on vapaana veressä vain n. 5 %. Loppu happi on sitoutunut hemoglobiiniin. Se 70-kertaistaa

hapen kuljetuskapasiteetin. Hemoglobiini on punasolujen happea sitova proteiini. Se muodostuu

proteiini osasta globuliini ja neljästä polypeptidiosasta, johon jokaiseen on kiinnittynyt yksi hemi-

ryhmä. Jokaisen hemin keskellä on yksi rauta atomi Fe2+. Jokainen rauta atomi voi sitoa vapaasti

yhden happimolekyylin O2, joten yhteensä yksi hemoglobiini voi kuljettaa neljää O2:sta. Hb + O2 ↔

HbO2 (oksihemoglobiini). Reaktio etenee oksihemoglobiinin suuntaan keuhkoissa, joissa hapen

osapaine on korkea ja vastakkaiseen suuntaan kudoksissa, täällä happiosapaine puolestaan on

alhainen. Täällä happi pääsee diffuntoitumaan soluvälitilaan. Hemoglobiinin ollessa

happikyllästettyä se on kirkkaan punaista ja kun happi on suurimmaksi osaksi irronnut, se on

40

violettia. vähä happisissa kudoksissa syanoosi. Yhden happimolekyylin sitoutuminen

hemoglobiiniin helpottaa toisen sitoutumista ja toinen kolmannen jne. Tämä ominaisuus aiheuttaa

oksihemoglobiinin sigmoidaalisen (ässän muotoisen) dissosisaatio käyrän. Hemoglobiinin

happikyllästyneisyys ei siis laske merkittävästi välillä 13,3 kPa – 8 kPa. Kun happikyllästyneisyys

taas laskee alle kahdeksan kPa, käyrä laskee jyrkästi, tällöin pienikin osapaineen muutos vaikuttaa

happea vapauttavasti.

Happisaturaatio kertoo, kuinka paljon hemoglobiinissa on happea verrattuna sen maksimaaliseen

kuljetus kapasiteettiin. Normaalisti valtimoissa on 97 % oksihemoglobiinina (HbO2) ja laskimoissa

75 % deoksihemoglobiinina (Hb). Levossa 25 % hemoglobiinin kuljettamasta hapesta jää

kudoksiin, mutta rasituksessa luku voi olla jopa 75 %:a.

Happikyllästyneisyyteen vaikuttavat tekijät:

1. Hiilidioksidi osapaine pCO2. Kun hiilidioksidi osapaine kasvaa, pH laskee ja hemoglobiinin

dissosisaatio käyrä siirtyy oikealle. Tätä kutsutaan Bohrin efektiksi.

2. [H+]

3. Lämpötila, Kaasujen liukoisuus nesteeseen heikkenee korkeammissa lämpötiloissa.

4. 2,3-BPG. Pystyy sitoutumaan hemoglobiiniin ja heikentämään hapen sitomiskykyä.

Dissosisaatiokäyrä siirtyy oikealle, kun mikä tahansa tekijöistä kasvaa ja vasemmalle, kun ne

pienenevät. Kun siis esimerkiksi hypoksiassa 2,3-BPG:n määrä kasvaa, käyrä siirtyy oikealle ja

samassa paineessa enemmän happea vapautuu kudosten käyttöön.

Hiilidioksidi

Hiilidioksidin vesiliukoisuus on yli kaksikymmentä kertaa parempi, kuin hapen. Se voi olla vapaana

hiilidioksidina, bikarbonaatti-ionina, tai karbamino yhdisteinä. Diffuusio tapahtuu hapelle

vastakkaiseen suuntaan eli kudoksista hius- ja verisuonten kautta keuhkoihin ja ulos elimistöstä.

Vain osa hiilidioksidista poistetaan keuhkojen kautta ja loput osallistuvat veren pH:n säätelyyn.

80–97% Hiilidioksidista on vety- eli bikarbonaattina, jota muodostuu seuraavassa reaktiossa.

CO2 + H2O ↔ H2SO3 ↔ HCO3- + H+

Hiilidioksidin ja veden välistä reaktiota katalysoi karboanhydraasi.

Karbaminoyhdisteissä hiilidioksidi on kiinnittynyt hemoglobiiniin tai proteiineihin. Näinä

yhdisteinä 5-11 % kaikesta hiilidioksidista.

Liukoisena hiilidioksidina on 5-7 % hiilidioksidista.

41

Hiilidioksidin dissosiaatiokäyrä on melkein suora toisin kuin hapen. Happi siirtää käyrää oikealle ja

tätä kutsutaan Haldane-efektiksi.

Kliininen näkökulma:

Häkä eli hiilimonoksidi sitoutuu hemoglobiiniin yli 200 kertaa voimakkaammin, kun happi. Koska

hiilimonoksidi käyttää samaa kuljetuspaikkaa hapen kanssa, ei esiinny syanoosia.

Ylipainehappihoito sairaaloissa voidaan suurentaa veren happipitoisuutta antamalla potilaalle

paineistettua happea.

Poikkeavan rasitushengenahdistuksen fysiologiset mekanismit ja millä kliinisfysiologisilla

tutkimuksilla voidaan asiaa selvittää?

• Keuhkojen toiminta: kaasujenvaihto

• Sydämen toiminta ja verenkierrontoiminta: kaasujenvaihto

• Lihakset ja hengityksen säätelykeskukset

• Toimintakokeet: Spirometria, diffuusiomittaukset, isotooppitutkimukset, EKG, rasitusergo,

ultraäänitutkimukset, isotooppitutkimukset

• seurantamittaukset

Rasituksessa keuhkojen kuormitus lisääntyy, lihasten aineenvaihdunta kiihtyy ja kehon lämpötila

nousee. Tästä seurauksena elimistön on saatava käyttöönsä enemmän happea. Samalla myös

hiilidioksidin määrä elimistössä kasvaa ja veren pH laskee. Maksimirasituksessa hengästyminen on

fysiologinen ilmiö. Terveillä ihmisillä hengenahdistusta tulee fyysisessä rasituksessa, yleensä vasta,

jos ventilaation osuus maksimaalisesta tahdonalaisesta ventilaatiokapasiteetista nousee yli 70 %.

Poikkeavaan hengenahdistuksen voi aiheuttaa monet tekijät tai niiden yhteisvaikutus.

1. Keuhkotuuletus häiriintyy

42

Keuhkotuuletuksen häiriintyessä hengitystiet ahtautuvat. Hengitysteiden ahtautuminen johtuu

yleensä obstruktiivisistä keuhkosairauksista, kuten astma ja keuhkolaajentuma. Keuhkotuuletus voi

häiriintyä myös restriktiivisesti eli keuhkojen tilavuutta pienentävien sairauksien takia. Tällöin

keuhkojen imupumppumekanismi häiriintyy. Restriktiota ja obstruktiota voidaan tutkia

spirometrian avulla.

2. Kaasujen vaihdunta keuhkorakkulan ja verisuonten välillä häiriintyy.

Rasitushengen ahdistus voi johtua myös siitä, että diffuusio keuhkorakkulan ja verisuonten välillä

vaikeutuu. Tällaisia tiloja ovat esimerkiksi sarkoidoosi ja infektiot. Taudit voivat alkaa äkillisesti,

mutta yleensä kyseessä hidas prosessi, joka johtaa fibroosiin. Alveoli väliseinät paksuuntuu →

diffuusiomatka suurenee ja diffuusiokapasiteetti pienenee. Muutokset aiheuttavat keuhkojen

kokonaiskapasiteetin ja vitaalikapasiteetin pienenemisen, jolloin komplianssi pienenee ja

hengitystyö lisääntyy. Useat muutokset aiheuttavat myös nopean hengästymisen ja

rasitushypoksemian.

Tutkimusmenetelmänä käytetään diffuusiomittauksia ja isotooppitutkimuksia.

Vierasesineet, kuten asbesti, tupakointi. Keuhkotilavuus pienenee keuhkorakkuloiden tuhoutumisen

myötä, kaasujen vaihdunta häiriintyy -> rasitus hengenahdistus.

3. Sydämen pumppauskyky häiriintyy

Sydämen pumppauskyvyn häiriöt voi johtua toimivan sydänlihaksen määrän pienenemisestä,

esimerkiksi infarktin seurauksena. Infarkti taas voi aiheuttaa esimerkiksi vasemman kammion

pumppaus häiriön. Pumppaushäiriö johtaa eteisin laajenemisen ja keuhkoverenkierron kongestion

→ sydänperäinen hengenahdistus.

Myös mekaaniset häiriöt verenvirtauksessa aiheuttavat ongelmia pumppauskyvyssä. Tällaisia ovat

esim. läppäahtaumat. Sydämen sähköisen toimintarytmin muutokset (rytmihäiriöt), johtavat myös

pumppauskyvyn häiriöihin.

Tutkimusmenetelmänä voidaan käyttää rasitusergometriaa, EKG:n pitkäaikaisrekisteröintejä, UÄ-

tutkimuksia ja isotooppitutkimuksia.

43

4. Lihasten kyky käyttää happea heikkenee tai hengityksen säätelykeskukset toimivat

rasituksessa epätarkoituksen mukaisesti.

Hapen määrä kiertävässä verenkierrossa vähenee: tutkimusmenetelmänä oksimetria

Hengityskaasujen monitorointi kuormitustestin aikana: tutkimusmenetelmänä spiroergometria

Keuhkojen toiminta kokeissa on tärkeää toteuttaa seurantamittauksia sopivin väliajoin, lisäksi on

hyvä seurata useampia muuttujia ja tutkia monella menetelmällä. Myös mahdollisten väärien

positiivisten arvojen kartoitus on tärkeää. (Keuhkokokeissa useita muuttujia, todennäköisyys

kasvaa)

Neuraalinen ja hormonaalinen säätely ruoansulatuksen eri vaiheissa

Maha-suolikanavaa säädellään neuraalisesti ja hormonaalisesti, minkä lisäksi ruoka itse

säätelee sen toimintaa jossain määrin. Säätelyssä voidaan erottaa kolme vaihetta: kefaalinen vaihe

henkilön ajatellessa, nähdessä, haistaessa ja maistaessa ruoan; gastrinen vaihe ruoan saapuessa

mahalaukkuun; intestinaalinen vaihe ruokasulan saapuessa mahalaukusta duodenumiin.

Ruoansulatusjärjestelmällä on oma hermostonsa, ENS eli enteraalinen hermosto, joka on

hallitseva lähinnä kanavan alku- ja loppuosassa. Sillä on sympaattisia ja parasympaattisia yhteyksiä

keskushermostoon, mutta se voi toimia myös autonomisesti ilman näitä yhteyksiä. Yleisesti ottaen

parasympaattinen aktivaatio lisää ruoansulatuselimien toimintaa tehostamalla kanavan sileää lihasta,

ja sympaattinen vähentää sitä.

Suussa säätelyn kohde on syljeneritys. Sitä säädellään vain neuraalisesti kefaalisessa

vaiheessa; ruokaan liittyvät aistihavainnot ja sen ajattelu lisäävät syljeneritystä. Parasympaattisen

stimulaation vaikutuksia ovat HCO3- -erityksen kasvaminen, Na+ -reabsorptio ja K+ -sekreetion

väheneminen, ja vasodilataatio. Sympaattinen aktivaatio aiheuttaa vasokonstriktion.

Mahassa säätelyn kefaalinen vaihe stimuloi vagushermon kautta HCl:n eritystä mahan

parietaalisoluissa sekä gastriinihormonin eritystä antrumin G-soluissa. Välittäjäaineena on

asetyylikoliini. Gastriini, jota erittyy myös ohutsuolessa, lisää gastrisessa vaiheessa mahanesteen

eritystä, supistaa mahansuun ja mahanportin sulkijalihaksia, lisää mahalukun motiliteettia ja stimuloi

mast-solujen histamiinieritystä. Myös histamiini lisää parietaalisolujen HCl-eritystä. G-soluja

stimuloivat peptidit ja aminohapot, ja HCl-pitoisuuden noustessa ja mahanesteen happamoituessa

44

gastriinieritys vähenee. Intestinaalisessa vaiheessa ohutsuolen S-soluista erittyy sekretiiniä, joka

vähentää HCl- eritystä suorasti estämällä parietaalisoluja, ja myös epäsuorasti vähentämällä

gastriinin eritystä. Lisäksi sekretiini lisää mahan pepsiinin eritystä ja laskee antrumin motiliteettia.

HCl on sen erityksen tärkein stimuloija. Muita intestinaalisessa vaiheessa gastriini- ja HCl-eritystä

vähentäviä tekijäöitä ovat duodenumin ja jejunumin GIP (gastric inhibitory peptide) sekä

mahalaukun D-solujen somatostatiini. GIP:n eritystä stimuloivat vapaat rasvahapot ja glukoosi.

Haiman erityksessä neuraalisen säätelyn merkitys on vähäinen; vagushermon asetyylikoliini

stimuloi haimanesteen entsyymieritystä jonkin verran. Gastriinikin lisää tätä eritystä, mutta kaiken

kaikkiaan myös gastrisen vaiheen vaikutus on pieni. Intestinaalisessa vaiheessa duodenumista ja

jejunumin yläosasta erittyy kolekystokiini-pankreotsymiiniä (CCK-Pz), joka lisää merkittävästi

haimanesteen entsyymieritystä, stimuloi sappirakon tyhjentymistä ja potentoi sekretiinin vaikutusta.

Sekretiini puolestaan lisää haiman tiehyesolujen HCO3- ja H2O –eritystä sekä vastavuoroisesti

potentoi CCK-Pz:n vaikutusta. CCK-Pz:n erityksen päästimuluksena ovat proteiinien ja rasvojen

hajoamistuotteet ohutsuolessa.

Maksassa sekretiini stimuloi sappitiehyesolujen HCO3- -eritystä. CCK-Pz stimuloi sappirakon

tyhjentymistä ja mahdollisesti myös itse sappisuolojen eritystä sappitiehyekanaviin. Vagaalisella

stimulaatiolla on merkitystä sappisuolojen erityksessä ja sappirakon tyhjentymisessä.

Ohutsuolen suolinesteen eritystä stimuloivat gastrointestinaaliset hormonit ja muut

polypeptidit kuten VIP (vasoactive intestinal peptide). Tärkeä säätelyn kohde on ohutsuolen

liikehdintä. Ruokamassaa sekoittavat segmentaatioliikkeet käynnistyvät ravinnon pilkkoutuessa ja

imeytyessä. Aterioiden välillä taas voimistuu peristaltiikka, joka työntää ruokamassaa suolessa

eteenpäin. Parasympaattinen aktivaatio lisää supistumisvoimaa; yleisesti ottaen sitä säätelee suolen

oma hermosto.

Paaston aikana mahalaukun funduksesta erittyy greliiniä, ”nälkähormonia”, joka liittyy

ravinnonoton lyhyen aikavälin säätelyyn.

Luettelo säätelyn tärkeimmistä tekijöistä:

Kefaalisen vaiheen neuraalinen säätely (haju, maku yms.): Syljeneritys +, Gastriinieritys +,

HCl-eritys +, Haimanesteen eritys +

Gastriini (mahan G-solut): HCl-eritys +, Haimanesteen eritys +

Sekretiini (suolen S-solut): Pepsiinieritys +, Gastriinieritys –, HCl-eritys –, Sappinesteen

vesi ja vetykarbonaatti +

GIP: Gastriinieritys –, HCl-eritys –

Somatostatiini: Gastriinieritys –, HCl-eritys –

45

CCK-Pz (duodenum/jejunum): Haimanesteen entsyymieritys +, sappisuolojen eritys

(mahdollisesti) +, sappirakon tyhjentyminen

HCl: Sekretiinieritys +, Gastriinieritys –

Miten autonominen hermosto säätelee ruoansulatusta?

Säätely on pääasiassa käsitelty edellisessä vastauksessa. Autonomiseen hermostoon

keskityttäessä voidaan lisäksi kertoa laajemmin ENS:stä ja peristaltiikan säätelystä:

Enteraalinen hermosto eli ENS koostuu kahdesta hermoverkostosta: myentterinen

(Auerbachin) plexus GI-kanavan lihaskerroksen ulompien pitkittäisten ja rengasmaisten lihasten

välissä, ja submukosaalinen (Meissnerin) plexus rengasmaisten lihasten ja mukoosan välissä.

Hermostossa on sensorisia neuroneja, interneuroneja ja motorisia neuroneja, ja sillä on sympaattisia

ja parasympaattisia yhteyksiä keskushermostoon. ENS kuitenkin voi toimia autonomisesti.

Välittäjäaineina toimivat mm. asetyylikoliini, noradrenaliini, serotoniini, VIP, GABA ja NO.

Autonominen hermosto voi lisätä tai vähentää peristalttista aktiivisuutta, mutta peristaltiikka

toimii myös ilman sitä, oman hermotuksensa turvin. Parasympatikus tehostaa suoliston lihasten

toimintaa asetyylikoliinin välityksellä, sympatikus vähentää sitä.

Miten säädellään kehon lämpötilaa, ja milloin kehon sisäosien lämpötila muuttuu säädellysti,

milloin hallitsemattomasti?

- Säätely yleisesti

- Säädelty säätely

- Hallitsematon säätely

- Hypo- ja hypertermia

Ihmisen elimistön lämpötila on keskimäärin 37 ´C mutta saattaa nousta rankan fyysisen

ponnistelun seurauksena jopa 40´C asteeseen. Lämpötila on varsin korkea juuri toimintakyvyn

kannalta tärkeinen kemiallisten tarpeiden, eli entsyymiaktiivisuuden, aineenvaihdunnan, ja

hermoston johtumisnopeuden ylläpitämiseksi, sekä fysikaalisen syiden, eli nivelten ja jänteiden

viskositeetin mahdollistamiseksi. Lämpötilaa ylläpidetään ja säädellään usein eri keinoin. Kehon

46

Lämmönsäätelyssä keskitytään kolmeen pääasiaan, Sisäosien lämmönsäätelyyn, joista tärkeimpänä

sisäelimet ja aivot, lihasten lämpötilan säätelyyn eri kuormitustasojen mukaisesti, sekä ihon

pintalämpötilan säätelyyn vaurioiden estämiseksi, sekä lämmönpoiston tarpeellisuuden mukaan.

Elimistön sisäosien lämpötila muuttuu hallitusti vuorokausirytmin sekä fyysisen

rasituksen mukaan. Lämpötila nousee myös kuumereaktiossa, sekä naisilla kuukautiskierron sekä

raskauden aikana noin 0,5 ´C. Säätelyä ohjataan lämmönsäätelyn ohjausjärjestelmällä iholla ja

viskeraalisissa elimissä sijaitsevien reseptorien sekä väliaivoissa sijaitsevan

lämmönsäätelykeskuksen avulla. Säätelykeskuksessa on omat ohjausyksikkönsä

lämmönluovutukselle sekä lämmöntuotannolle. Lämpötilaa muutetaan lisäämällä tai vähentämällä

lihasten lämmöntuottoa (lihastyö, lihasten värinä palellessa) sekä hikoilulla ja ihon ja raajojen

verenkiertoa säätelemällä. Kylmässä ilmanalassa pääosa verenkierrosta keskittyy sisäelimiin ja

lämpimässä taasen enemmän ihoon ja raajoihin. Ulkoiset tekijät vaikuttavat myös lämmönsäätelyyn.

Lämpöenergia poistuu elimistöstä neljällä tavalla: Säteilemällä, kuljettumalla (tuuli tms.),

johtumalla, sekä haihtumalla.

Hikoilu perustuu juuri lämmönpoistoon haihtumalla, koska kosteus iholla laskee pintalämpötilaa

nopeammin ja tehokkaammin. Samankaltaisessa tilanteessa esimerkiksi märät vaatteet yllään oleva

avannosta noussut henkilö luovuttaa lämpöä huomattavan nopeasti ja todennäköisesti joutuu

hallitsemattoman lämmönsäätelyn vallitessa hypotermiseen tilaan.

Hallitsematon lämpötilan muuttuminen jaetaan pääosin kahteen eri osaan,

hypertermiaan ja jo edellä mainittuun hypotermiaan. Näistä hypertermia eli hallitsematon

lämmönnousu on paljon harvinaisempi oman ilmastomme karun viileyden vuoksi, mutta esimerkiksi

Keski- ja Etelä-Euroopassa hypertermia on helleaaltojen aikaan aiheuttanut monia valitettavia

kuolemantapauksia, varsinkin vanhusten ja muuten fyysisesti heikkokuntoisten ihmisten

keskuudessa. Hypotermiassa taas elimistön lämpötila laskee liian alas että normaalit

säätelymekanismit sitä pystyisivät palauttamaan. Hypotermiaa tavataan etenkin kovilla pakkasilla

hankeen sammuneiden kokemattomien alkoholikäyttäjien ja syksyn sekä kevään loskakelin aikoihin

jäihin pudonneiden pilkkijöiden keskuudessa.

47

Lisämunuaisen toiminnan säätely (sehän on endokriinista toimintaa kaikki tyyni)

Lisämunuaiset ovat parillinen, munuaisten päällä sijaitseva noin 3-5 gramman painoinen elin.

Lisämunuainen jaetaan kahteen osaan, kuoreen, eli korteksiin, sekä ytimeen, eli medullaan.

Lisämunuaisen kuoriosa on steroideja tuottava endokriininen rauhanen ja ydin

katekoliiniamiinieritykseen erikoistunut sympaattinen ganglio ja samalla endokriininen rauhanen.

Korteksi tuottaa siis steroidihormoneita, jotka ovat kolesterolijohdannaisia. Korteksi

tuottaa eri hormonit omista kudoskerroksistaan. Uloimmasta kerroksesta, zona glomerulosasta

tuotetaan mineralokortikoideja, joista tärkein on aldosteroni. Keskimmäisestä kerroksesta, zona

fasciculatasta tuotetaan glukokortikoideja, kuten kortisolia. Korteksin alimmasta osasta, zona

reticulariksesta eritetään androgeenejä, kuten DHEA-ta ja androsteenidionia, joka on testosteronin

sekä estradiolin esiaste. Medullassa tuotetaan sekä adrenaliinia, että noradrenaliinia, joista

ensimmäinen eritetään ytimestä verenkiertoon, ja jälkimmäistä sympaattisista hermopäätteistä

synapsirakoon.

Lisämunuaisen toiminnan säätely riippuu pitkälti siitä, minkä hormonin tuotosta tai

erityksestä on kyse. Androgeeneja ja glukokortikoideja säädellään pääasiallisesti hypotalamus-

aivolisäke-lisämunuaiskuori-akselin välityksellä erityisesti kortikotropiinin (ACTH) toimesta.

Aldosteronin tuotto on käytännössä riippuvainen hyvin vähän ACTH:sta. Suurin säätelijä on reniini-

angiotensiini-aldosteronijärjestelmä. Lisämunuaisen ytimen eritystä säädellään sympaattisen

hermoston kautta ns. ”fight or flight” reaktion kautta.

ACTH, eli kortikotropiini on peptidihormoni, jota syntyy aivolisäkkeen etulohkon

kortikotrofisoluista. Aivolisäkkeen etulohkosta ACTH eritetään verenkierron kautta pulsoiden selvän

vuorokausirytmin mukaisesti. Tämän rytmin määrää hypotalamuksesta eritettävä ACTH:ta

vapauttava hormoni CRH. Erityisesti stressi (hypoglykemia, trauma, psyykkinen stressi) lisää

nopeasti ja voimakkaasti eritystä. ACTH:n eritystä säätelevät negatiivisesti myös lisämunuaiskuoren

hormonit (lähinnä kortisoli, mutta myös androgeenit) palautejärjestelmän kautta.

Kortisolin erityksen säätely tapahtuu siis edellämainittujen hormonien kautta. ACTH

lisää kortisolin tuottoa, kun kortisoli itse negatiivisesti säätelee CRH:n ja ACTH:n tuottoa.

Androgeenien erityksen säätely on hivenen monimutkaisempaa kuin kortisolin, sillä

niiden säätelyyn liittyy myös gonadien tuottamien androgeenien aikaansaama negatiivinen

palautesäätely hypotalamukseen. Lisämunuaisten androgeenien erityksen säätely kyllä tapahtuu

48

CRH:n ja ACTH:n kautta, aivan kuten kortisolinkin, mutta muualla tuotetut sukupuolihormonit

voivat vähentää lisämunuaisissa tuotettujen hormonien määrää.

Aldosteronin säätely tapahtuu käytännössä RAA-systeemin kautta. Eli maksan

angiotensinogeeni muuntuu reniinin vaikutuksesta angiotensiini I:ksi. Reniinin eritys taas liittyy

munuaisen heikentyneeseen verenvirtaukseen, natriumin puutteeseen tai kaliumin ylimäärään

veressä. Angiotensiini I muutetaan II-muotoon keuhkoissa. Angiotensiini II vaikuttaa aldosteronin

eritykseen kahta reittiä: suoraan lisäten tuottoa, sekä aivojen kautta. (aivot-CRH-hypofyysi-ACTH-

lisämunuainen-aldosteroni) Aldosteronin tuotto siis lisääntyy, mikä saa aikaan natriumin erityksen

vähenemisen, samoin veden erityksen vähenemisen ja kaliumin erityksen lisääntymisen. Pian

verivolyymi kasvaa, ECF-volyymi kasvaa ja verenpaine nousee mikä saa aikaan reniinin erityksen

vähenemisen, mistä seuraa aldosteronin erityksen vähäneminen. Aldosteronin eritystä estää myös

sydämen natriureettiset peptidit.

Lisämunuaisen ydin on endokriiniseen toimintaan erilaistunut sympaattinen ganglio,

joka syntetisoi tyrosiinista katekoliamiineja (lähinnä adrenaliinia ja noradrenaliinia), jotka eritetään

verenkiertoon. Adrenaliinin osuus tuotannosta on n. 80%. Katekoliamiinit varastoidaan ytimen

kromaffiinijyväsiin, josta ne erittyvät elimistöä uhkaavissa tilanteissa. Eritys tapahtuu

asetyylikoliinin vapautuessa preganglionäärisistä hermopäätteistä sympaattisen hermoston

aktivoituessa. Eritys liittyy yleiseen sympaattiseen stimulaatioon, jotta elimistö olisi valmis

pakoreaktioon (fight or flight). Erityisiä ärsykkeitä eritykselle ovat mm. urheilu, hypoglykemia,

kylmä, verenvuoto, hypotensio, sekä monet emotionaaliset tilat.

Kuuloaisti

– kuulemisen anatomiaa

– mitä ääni on/mitä kuullaan

– äänen kulku korvassa

– äänen aistiminen/simpukka/Cortin elin

- tarkempaa fysiologiaa

- äänen siirtyminen reseptoreista aivoihin ja ”varsinainen” äänen kuuleminen ja tulkinta

- äänen suunnan kuuleminen ja patologisia tiloja

Äänet, joita esimerkiksi ihmisen korva kuulee, ovat ilmassa tai muussa väliaineessa kulkevien

molekyylien pitkittäistä aaltoliikettä. Äänen voimakkuus riippuu aallon amplitudista ja äänen

49

korkeus riippuu aallon frekvenssistä eli taajuudesta: mitä kovempi ääni sitä suurempi amplitudi; mitä

korkeampi ääni sitä suurempi taajuus. Ihminen kykenee aistimaan ääniä likimain välillä 20 Hz –

20000 Hz.

Ihmisen korvan päärakenteet ovat seuraavat: ulkokorva, välikorva ja sisäkorva.

Ulkokorvan ja välikorvan välissä sijaitsee tärykalvo, joka muuntaa värähtelyt välikorvan

kuuloluuketjun värähtelyiksi. Kuuloluita ovat vasara, alasin ja jalustin. Kuuloluut siirtävät

värähtelykuvion edelleen sisäkorvaan simpukkaan soikean ikkunan kautta. Simpukassa nesteen

värähtelyt saavat aikaan reseptorien ärsytyksen ja täten lopulta aivot saavat tiedon ärsytyksestä ja

kuullaan ääni. Tarkemmassa tarkastelussa huomataan, että kuuloluuketju sekä se, että tärykalvon

pinta-ala on huomattavan paljon soikean ikkunan alaa suurempi, voimistavat tärykalvon värähtelyn

vaikutusta niin, että suurin osa tärykalvoon saapuneesta energiasta tulee siirtyneeksi sisäkorvaan

saakka.

Jalustimen heiluessa saapuneen aallon tahdissa se aiheuttaa simpukan eteiskäytävään

(scala vestibuli) seisovia aaltoja. Aallot voimistuvat edetessään kammiossa, kunnes huippuarvonsa

saavutettuaan äkisti vaimenenvat. Korkeat äänet etenevät vain lyhyen matkaa ja pysähtyvät

simpukan tyven lähelle matalien äänien edetessä lähemmäs simpukan kärkeä. Aaltoliikkeet saavat

aikaan sen, että kuulokäytävänkin (scala tympani) neste alkaa liikkua ja tämä edelleen aiheuttaa

häiriöitä tyvikalvoon (lamina basilaris). Se kohta, missä nämä häiriöt ovat suurimmillaan, riippuu

siis ääniaallon taajuudesta. Varsinaiset kuuloaistinsolut (reseptorit) sijaitsevat Cortin elimessä

simpukkatiehyessä. Aistinsolut taipuvat simpukkatiehyeen nesteen liikkuessa (TÄSSÄ KOHDASSA

GANONGIN FYSIOLOGIAN OPUS ON HIUKAN EPÄSELVÄ, JOTEN JOS JOKU ON OIKEIN

YYMÄRTÄVÄINEN NIIN SAA SELITTÄÄ MINULLEKIN =D) ja tämä stimuloi aistinsoluja:

aistinsolujen liike saa aikaan niiden kalium ja kalsiumkanavien avautumista. Kationien päästessä

solujen sisään solut depolarisoituvat ja tämä aiheuttaa neurotransmitterin vapautumista, mikä

käynnistää viereisten afferenttien neuronien depolarisaation.

Afferentit kuulohermot vievät signaalin simpukkatumakkeisiin, joista toiset neuronit

lähtevät viemään signaalia erilaisia reittejä kohti kuulorefleksikeskusta ja isoaivojen kuulokuorta.

Kuulokuorialueella korkeat ja matalat äänet projisoituvat eri kohtiin. Eri aivopuoliskojen

kuulokuorialueitten välillä on joitakin eroja: esimerkiksi kielten prosessoimista tapahtuu

huomattavasti enemmän vasemman puoliskon alueella.

Äänen suunnan aistiminen horisontaalitasossa perustuu lähinnä siihen kuinka suuri on

aikaero aallon saapumisessa oikeaan ja vasempaan korvaan sekä siihen että ääni on yleensä kovempi

siinä korvassa, joka on lähempänä äänilähdettä. Aivot voivat havaita jopa vain 20 mikrosekunnin

50

eron. Pystysuunnassa äänilähteen paikallistaminen perustuu lähinnä ääniaallon muodon

muuttumiseen sen osuessa korvalehteen.

Äänien kuulemisen huononeminen voi johtua hermostollisista syistä tai siitä, että

ääniaaltojen konduktio korvan osasta toiseen on heikentynyt. Näiden vikojen löytämiseksi käytetään

mm. Weber, Schwabach ja Rinne –kokeita.

Kemiallisten aistien toiminta

- mitä kemialliset aistit ovat

- yleistä makuaistista, makureseptoreista ja siitä, miten makujen aistiminen välittyy reseptoreista

eteenpäin

- tarkemmin suola- ja hapanreseptorien toiminnasta

- tarkemmin karvas-, makea- ja umamireseptorien toiminnasta

- makuaistin hermotuksesta

- yleistä hajuaistista ja hajureseptoreista

- tarkemmin hajureseptorien toiminnasta

- hajuaistin hermotuksesta

Maku- ja hajuaisti ovat kemiallisia aisteja. Niillä on merkitystä mm. pilaantuneen

ruuan erottamiseksi syötäväksi kelpaavasta.

Makuaisti on paikallinen aisti. Aistimukset syntyvät sylkeen liuenneiden

molekyylien vuorovaikutuksesta makuaistisolun kanssa.Lähes koko kielen pinta on täynnä

nystymäisiä rakenteita, makunystyjä. Niissä sijaitsevat makusilmut, joissa ovat aistinsolut.

Makuaistisolujen elinikä on lyhyt, noin 10 päivää. Niiden määrä vähenee iän myötä. Primaareja

makureseptoreja ovat suolainen, hapan, makea ja karvas. Lisäksi on reseptoreita umamille (lihaisa,

herkullinen) ja vedelle. Näistä suolainen ja hapan aistitaan reseptoreissa olevien ionikanavien

kautta, kun taas makea, karvas ja umami välittyvät reseptoreista G-proteiinien avulla. Yhteistä

kaikille mauille on varauksen muuttaminen reseptorisoluissa. Varauksen muuttamisen yhteydessä

solusta vapautuu lisäksi hermovälittäjäainetta.

Suola-reseptoreissa on natriumkanavia, joissa on suurehko vuotovirta. Kun suun

sisäinen natriumin konsentraatio nousee, kationeita pääsee enemmän negatiivisesti varautuneiden

51

reseptorisolujen sisään ja depolarisoiva virta kasvaa. Tämä aiheuttaa välittäjäaineen erityksen

lisääntymistä, mikä vaikuttaa sensorisen neuronin aktivaatioon.

Happamuutta aistivissa reseptoreissa on kaliumkanavia, jotka inhiboituvat protoneilla. Normaalisti

kaliumvirta hyperpolarisoi solua. Kun siis ruuassa on paljon protoneja, kaliumkanavat menevät

kiinni ja tämä aiheuttaa depolarisaatiota. Väliaineen eritys lisääntyy ja sensorinen neuroni

aktivoituu.

Karvasta, makeaa ja umamia maistettaessa viesti välittyy reseptorista G-proteiinin

kautta muihin systeemeihin saaden reseptorisolun sisäisen kalsiumkonsentraation nousemaan.

Kalsium eritetään solusta ulos eksosytoosilla, joka aiheuttaa postsynaptisessa solussa

aktiopotentiaalin.

Eri puolelta kieltä lähtee vieviä hermoja (aivohermot VII, IX ja X, joista kukin

hermottaa eri tyypin makunystyalueita) ydinjatkeen ja talamuksen kautta aivokuorelle. Primaarinen

makualue aivokuori sijaitsee lähellä kielen somatosensorista aivokuorta.

Hajuaisti on kaukoaisti, hajun lähde voi olla kaukanakin. Ihmisen hajuaisti on

herkkä, erotamme tuhansia eri tuoksuja. Geeneistämme n. 3% koodaa hajureseptorigeenejä. CNS

tulkitsee eri hajut perustuen eri reseptorityyppien suhteelliseen aktivoitumiseen. Reseptorien kierto

on nopeaa, tosin se vähenee iän myötä.

Nenäontelossa hajuaineet ovat kosketuksessa hajuepiteelin kanssa. Hajuepiteelissä

on reseptorisolujen lisäksi tukisoluja, tyvisoluja sekä liman peittämiä reseptoreiden värekarvoja.

Hajun aistiminen tapahtuu hajuaineiden sitoutuessa spesifisiin reseptoreihin. Se aiheuttaa

adenylaattisyklaasin kautta cAMP:n lisääntymisen. cAMP stimuloi kationikanavaa, josta aiheutuu

depolarisaation kautta aktiopotentiaalin käynnistyminen.

Hajureseptorisolujen aksonit kulkevat seulaluun läpi, jossa ne synapsoivat

hajukäämin sensoristen neuronien kanssa. Hajuhermo kulkee suoraan hajuaivokuorelle, joka

sijaitsee otsalohkon alaosassa. Se on ainoa perifeerinen hermo, joka liittyy suoraan isoihin aivoihin.

52

Makuaisti

– reseptorit (makusilmut, ENaC, T2R-perhe, HCN…)

– makuradat

– perusmaut (suolainen, makea, karvas, hapan ja umami) ja niiden mediaattorit

– ongelmia (hypogeusia…)

Ihmisen makuaisti ei ole mitenkään erityisen tarkka. Ihminen maistaa niin sanotut viisi perusmakua

ja niiden yhdistelmiä. Makuaistimus syntyy makureseptorien ärsytyksen välityksellä aivoissa

insulassa ja somatosensorisen kuorialueen kasvojen edustusalueella. Makuaistilla on luultavast ollut

merkitystä lajinsäilymisenkin kannalta, koska sen avulla on voitu välttää esimerkiksi myrkyllisiä

aineita joutumasta elimistöön.

Makusilmut ovat makuaistin aistinelimiä. Niitä löytyy mm. kitalaesta, epiglottiksesta ja

kielestä. Ne ovat muodostuneet neljästä eri solutyypistä: basaalisoluista, tyypin 1 ja 2 soluista sekä

tyypin 3 soluista, jotka ovat niitä varsinaisia reseptorisoluja. Tyypin 3 soluilla on mikrovillus, joka

sijaitsee siten, että se voi olla kosketuksissa suuontelon nesteiden kanssa. Basaalisolut ovat peräisin

makusilmuja ympäröivästä epiteelistä ja ne vähitellen erilaistuvat uusiksi reseptorisoluiksi, joiden

keskimääräinen elinikä on noin 10 vuorokautta. Makusilmut ovat kooltaan noin 50 mikrometristä 70

mikrometriin. Jokaista silmua hermottaa noin 50 hermosäiettä, ja jokainen hermosäie saa

informaatiota likimain viideltä makusilmulta. Ihmisellä on yhteensä noin 10000 makusilmua.

Viiden perusmaun (suolainen, makea, hapan, karvas ja umami) reseptorit ovat hieman

erilaisia ja niitä aktivoivat aineet ovat kullekin reseptorityypille tyypillisiä. Kaikkien makujen

reseptoreita on kaikkialla kielessä ynnä muissa makusilmuja sisältävissä rakenteissa. Suolaisen maun

välittäjänä toimii NaCl ja suolaisen maun pääreseptori on ENaC. Na+ pääsy suolareseptoreiden

sisään saa aikaan reseptorin depolarisaation ja glutamaatin vapautumisen, mikä johtaa läheisten

afferenttien neuroneiden depolarisaatioon. Hapan maku aistitaan protonien vaikuttaessa

todennäköisesti ENaC reseptoreihin, mutta esimerkiksi HCN-reseptori voi olla mukana

happamuuden aistimisessa. Umami maistetaan, kun mGluR4 reseptori aktivoituu puriini 5-

ribonukleotidien vaikutuksesta. Karvas maku aiheutuu monien erilaisten aineiden vaikutuksesta G-

proteiinivälitteiseen reseptoreihin (T2R-perhe). Karvas maku on useissa tapauksissa varoittamassa

kyseisen aineen myrkyllisyydestä (monet karvaalle maistuvat aineet ovat myrkkyjä). Monet erilaiset

aineet maistuvat makealle ja niillä onkin omat reseptorinsa. Joka tapauksessa kaikki makeaa aistivat

reseptorit toimivat syklisten nukleotidien tai inositoli fosfaatti metabolian kautta, kuten karvasta

aistivat reseptorit.

53

Reseptorien myötävaikutuksesta depolarisoituneet neuronit vievät makusignaalia

eteenpäin nervus glassopharyngealiksen ja n.facialiksen chorda tympani haaran sekä n.vaguksen

mukana aivorunkoon. Nämä hermot yhdistyvät nucleus tractus solitariuksessa, josta makuradan

toiset neuronit vievät signaalia talamukseen. Kolmannet neuronit vievät tiedon somatosensoriselle

kuorialueelle ja insulaan, jossa todennäköisesti tapahtuu maun tietoinen havainnointi ja erottelu.

Jotta ihminen erottaa makujen voimakkuuksissa eroja, täytyy voimakkuudessa olla

vähintään 30 prosentin ero. Ihmisen aistima ruuan aromi onkin usein yhdistelmä perusmauista ja

tulisuudesta. Hajuaistillakin on merkitystä, kuten on myös ruuan rakenteella ja lämpötilalla. Mikäli

ihminen ei maista minkäänlaisia makuja puhutaan ageusiasta. Hypogeusia on puolestaan makuaistin

heikentymistä kuvaava termi ja dysgeusia kuvaa makuaistin häiriintymistä eli henkilö ei maista

makuja ”oikein”. Jotkin lääkeaineet saattavat aiheuttaa väliaikaista makuaistin heikentymistä.

Lämpötilan aistiminen

Aistimuksilla tarkoitetaan ympäristön erilaisten energioiden muuttamista hermosolujen

aktiopotentiaaliksi. Lämpö on elektromagneettista energiaa, lämpösäteilyä. Kehon ulko- ja

sisäpuolelta tulevat aistimukset ovat tärkeässä asemassa muun muassa ohjaamalla kehon

motoriikkaa.

Lämpötilan aistiminen kuuluu kosketuksen, paineen, vibraation ja kivun tunteiden aistimisen ohella

ihotuntoon. Näille erilaisille fysikaalisille energioille on kullekin omat reseptorinsa. Termoreseptorit

aistivat kylmää ja lämpöä; ne on jaoteltu kylmä- ja lämminreseptoreihin. Ihon normaalilämpötila on

noin 33°C. Kylmäherkät reseptorit aktivoituvat ihon kylmetessä normaalilämpötilasta –

aktivoituminen sekä myöhemmin aktiopotentiaalifrekvenssi ovat riippuvaisia lämpötilan laskun

suuruudesta. Rakenteeltaan kylmäreseptorit ovat ohuita, myelinisoituneita hermoja ja niiden

maksimiaktiviteetti on 25-30°C:ssa, kuitenkin ne aktivoituvat myös huomattavan korkeissa

lämpötiloissa. Kylmäreseptoreita sijaitsee ihossa 3-10 kertaa tiheämmin kuin lämminreseptoreita,

huulissa ja sormenpäissä selvästi tiheämmin kuin isoilla ihoalueilla, kuten selässä ja vatsassa.

Kuitenkin myös suurilla ihoalueilla voidaan havaita pienikin lämpötilan muutos, puhutaan

spatiaalisesta summaatiosta. Lämminreseptorit aktivoituvat lämpötilan noususta alueelle 34-45°C ja

aktiopotentiaalifrekvenssi nousee. Lämminreseptorit ovat myelisoimattomia hermoja, jotka

adaptoituvat nopeasti. Normaalilämpötilassa sekä kylmä- että lämminreseptorit ovat aktivoituneena,

jolloin tuntemuksena on neutraali. Lämpötilan noustessa yli 45°C:een kipureseptorit reagoivat

vaurioittavaan kuumaan, myös vaurioittavaan kylmään reagointi tapahtuu kipureseptoreissa.

54

Lämpöreseptorit siis lakkaavat toimimasta yli 45°C lämpötiloissa. Kuuman aistimus syntyykin

pääasiassa kipu- ja kylmäreseptoreiden toiminnasta. Nollaa lähenevässä lämpötilassa mikään

reseptori ei toimi, joten iho voidaan puuduttaa lämpötilaa laskemalla.

Näköaisti

Valon intensiteetti, värit sekä liike aistitaan näköaistin avulla. Akkomodaation merkitys on

olennainen näköaistimuksessa. Linssi säätelee tarkennusta erittäin nopeasti; linssin paksuuden

säätelijöinä toimii ciliaarilihakset. Kauas katsottaessa linssi on ohut ja ciliaarilihakset

relaksoituneina. Lähelle katsottaessa linssi on puolestaan paksu ciliaarilihasten supistuessa – tällöin

taittovoima on suuri. Iän myötä linssin elastisuus vähenee, jolloin lähelle fokusointi heikkenee.

Akkomodaatiota säätelee autonominen, parasympaattinen ja sympaattinen hermosto. Lähelle

katsottaessa molemmat silmät konvergoituvat ja katse tarkentuu lähelle, puhutaan

lähikonvergenssista. Tarkennuksen säätelyssä on mukana myös neuraalinen kontrolli, joka on

yhteydessä myös silmien liikkeisiin.

Pupillin avulla säädellään silmään pääsevän valon määrää. Tieto valon määrästä kulkee näköhermon

haaraa pitkin occulomotoriseen tumakkeeseen, josta parasympaattisten hermojen välityksellä

informaatio kulkee ciliaariganglion kautta iiriksen sfinkteriin ja seurauksena on rengaslihasten

supistuminen. Sympaattisen aktiviteetin johdosta ciliaarilihakset supistuvat, parasympaattinen saa

aikaan niiden relaksaation.

Näköaistimuksen informaation käsittely alkaa retinassa. Retina on silmän aistiva osa, joka

muodostuu kahdeksasta kerroksesta. Ensimmäisen kerroksen muodostaa pigmentoitunut

epiteelisolukko. Seuraavat kolme kerrosta sisältävät fotoreseptoreita eli sauva- ja tappisoluja ja tässä

kerroksessa on synapseja. Bipolaari-, amakriini- ja horisontaalisolut muodostavat kaksi seuraavaa

kerrosta ja kaksi viimeistä kerrosta muodostuu gangliosoluista aksoneineen. Retinassa

bipolaarisolujen ja fotoreseptoreiden välillä on ensimmäinen synapsi. Amakriinisolut yhdistävät

bipolaarisoluja ja horisontaalisolut vastaavat fotoreseptoreiden lateraaliyhteyksistä.

Sauvasolut aistivat valon intensiteettiä ja vastaavat mustavalkoisesta hämäränäöstä. Pimeässä

fotoreseptorit ovat depolarisoituneena ja valo aiheuttaa hyperpolarisaation. Molempien

fotoreseptorisolujen rakenteessa on ulko- ja sisäsegmentti sekä synaptinen terminaali. Sisäsegmentti

sisältää tuman, metaboliakoneiston sekä synapsin. Valoherkkä rodopsiini sijaitsee ulkosegmentissä

ja sauvoissa sitä on tappeja enemmän. Rodopsiini on opsiinista ja retinaalista muodostunut

valoherkkä molekyyli. Fotonin absorboituminen muuttaa rodopsiinin konformaatiota ja G-proteiini

55

transdusiini aktivoituu. Tämän johdosta fosfodiesteraasi aktivoituu, mikä johtaa cGMP:n

hydrolysoitumiseen ja siten ionikanavien sulkeutumiseen. Tällöin fotoreseptori hyperpolarisoituu.

Pimeässä rodopsiinin rakenne palautuu valon inaktivoidessa rodopsiinin. Pimeäadaptaatio on siten

hitaampaa kuin valoadaptaatio, koska rodopsiinin inaktivoituminen ja uudelleenrakentuminen

tapahtuu aktivoitumista hitaammin. Tappisoluja on kolme erilaista, joista kukin aistii eri

aallonpituuksia ja siten eri värejä (puna-, sini- ja viherherkät solut). Tapit toimivat kirkkaassa

valaistuksessa. Eri tappien aktivoitumisen suhde saa aikaan erilaisten värisävyjen havaitsemisen.

Näkö on tarkimmillaan kirkkaassa valossa ja vain vähän sauvoja sisältävässä foveassa.

Reseptiivisten kenttien gangliosolujen aksonit muodostavat näköhermon, jota pitkin

näköaistimuksen informaatio kulkee aivoihin. Tästä kohdasta verkkokalvoa fotoreseptorisolut

puuttuvat kokonaan ja alueelle muodostuu nk. sokea täplä. Molempien silmien näkökentät

jakaantuvat kahteen osaan, nasaaliseen ja temporaaliseen. Optisessa kiasmassa nasaaliset aksonit

risteävät. Aivokuorella vasen näkökenttä projisoituu vasemmasta nasaalisesta retinasta sekä oikeasta

temporaalisesta retinasta ja oikea näkökenttä oikeasta nasaalisesta retinasta sekä vasemmasta

temporaalisesta retinasta. Talamuksen occulomotorinen tumake välittää näköinformaation

aivokuorelle. Eri silmistä tuleva informaatio pysyy erillään näköaivokuorella. Tieto kulkeutuu

primääriselle aivokuorelle ja sen ympärillä sijaitseva sekundaarinen aivokuori analysoi visuaalisen

informaation. Sekundaariselta aivokuorelta informaatiota näköaistimuksesta siirtyy takaraivolohkon

aivokuorelle. Visuaalisen aivokuoren solut ovat herkkiä erilaisille ominaisuuksille, kuten valon ja

varjon raja tai liike, tai tietyssä kulmassa oleva liike. Kontrasti havaitaan jonkin gangliosolun

aktivoiduttua tasaiselle pinnalle tulleen taustasta erottuvan alueen seurauksena.

56

Insuliinin vaikutusmekanismit ja pääasialliset vaikutukset

- Johdanto: yleistä insuliinin rakenteesta ja erityksestä

- Insuliinin vaikutusmekanismit

- Insuliinin vaikutukset kudostasolla: maksa-, rasva- ja lihaskudoksessa

- Insuliinin toiminnan häiriöt

Johdanto

Insuliini on vesiliukoinen peptidihormoni, joka kulkee verenkierrossa vapaana. Insuliinia

muodostuu haiman saarekkeiden beettasoluissa. Aktiivinen insuliini muodostuu proinsuliinista. Siitä

pilkkoutuu kahdesta peptidiketjusta muodostuva insuliini sekä C-peptidi. Vain insuliinilla tiedetään

olevan biologista vaikutusta. C-peptidiä käytetään B-solutoiminnan mittarina.

Insuliini on tärkein anabolisen vaiheen käynnistäjä ja ylläpitäjä. Glukoosin kohonnut

pitoisuus lisää nopeasti insuliinierityksen moninkertaiseksi. Normaalisti tämä tapahtuu ruokailun

jälkeen. Paaston aikana insuliinieritys on vähäistä. Insuliinin eritystä lisäävät vähäisemmässä määrin

myös muut sokerit, eräät aminohapot, ketoaineet, suoliston limakalvon hormonien ns.

inkretiinivaikutus, parasympaattinen hermosto sekä sulfonyyliureat ja muut suun kautta nautittavat

diabeteslääkkeet. Tärkein eritystä vähentävä tekijä on verensokerin lasku, hypoglykemia.

Insuliinin vaikutusmekanismit

Insuliinin vaikutukset välittää solukalvoreseptori, joka koostuu neljästä alayksiköstä. Insuliinin

sitoutuminen solukalvon ulkopuoliseen osaan aktivoi reseptorin solukalvon sisäisessä osassa

sijaitsevan tyrosiinikinaasin. Tämä aktivoi entsyymikaskadin, jonka seurauksena

glukoositransporttereita (GLUT4) goodaavien geenien luenta solussa lisääntyy. Tämän

seurauksena myös glukoositransportterirakkuloiden sulautuminen solukalvoon lisääntyy. Tällöin

glukoosia pääsee virtaamaan solun sisälle. Myös solun sisäisten entsyymien aktiivisuus muuttuu

siten, että glukoosi voidaan käyttää hyväksi solussa.

Insuliinin vaikutusmekanismit kudostasolla

57

Insuliini estää glukoosin läsnä ollessa glukagonieritystä haiman saarekkeiden alfasoluista. Tällöin

glukagoni ei pääse vastustamaan insuliinin anabolisia vaikutuksia. Maksassa insuliini lisää

glykogeenisynteesiä sekä triglyseridien ja varastorasvan muodostusta. Toisaalta se estää glykogeenin

ja triglyseridien hajoamista sekä glukoneogeneesia. Lihassoluissa insuliini lisää aminohappojen

soluun ottoa, proteiinisynteesiä sekä glykogeneesiä. Rasvakudoksessa insuliini stimuloi glukoosin

kuljetusta soluihin. Glukoosista muodostetaan glyserolia ja triglyseridisynteesi lisääntyy. Insuliini

estää lipolyysiä inhiboimalla lipaasi-entsyymiä. Insuliinin tärkein vastavaikuttaja on glukagoni.

Muita vastavaikuttajia ovat myös katekoliamiinit, kasvuhormoni, lisämunuaisen glukokortikoidit ja

kilpirauhashormonit.

Koko elimistön tasolla insuliini edistää energiaravinnon varastoimista ja laskee verensokeria.

Se toimii kasvutekijänä ja on voimakkaasti anabolinen. Insuliinin keskeisen merkityksen osoittaa

se, että täydellinen insuliinin puutos johtaa kuolemaan.

Insuliinin toiminnan häiriö

Insuliinin erittymisen tai toiminnan häiriöt aiheuttavat Diabetesta. Nuoruustyypin diabetekselle

(tyyppi 1) on ominaista haiman saarekesolujen tuhoutuminen ja absoluutinen insuliinin puute.

Sairaudessa tarvitaan elinikäistä insuliinihoitoa. Aikuistyypin (tyyppi 2) diabetekselle on ominaista

insuliiniresistenssi ja insuliinin erittymisen häiriöt. Tätä diabetestyyppiä hoidetaan pääasiallisesti

ruokavaliolla ja suun kautta otettavilla lääkkeillä.

Hoitamattomana insuliinin toimintaan liittyvät häiriöt aiheuttavat hyperglykemiaa. Glukoosin

vapautuminen maksasta on lisääntynyt ja glukoosin otto kudoksiin vähentynyt. Solut kärsivät

energianpuutetta, mikä lisää lipolyysiä ja proteeinikataboliaa. Munuaisten reabsorptiokyky

glukoosille on ylittynyt, mikä aiheuttaa glukosuriaa ja polyuriaa. Lisääntynyt lipolyysi,

rasvahappojen polttaminen ja ketoaineiden muodostus, johtavat metaboliseen asidoosiin.

Proteiinikatabolia aiheuttaa lihasheikkoutta. Myöhäiskomplikaatioita voi aiheutua erityisesti

sydän- ja verisuonijärjestelmässä, munuaisissa, hermostossa ja silmissä.

58

Sukurauhasten endokriininen toiminta

Kivekset:

säätely: hypotalamus-> aivolisäke->kives

Hypotalamus tuottaa vapauttajahormoneja (GnRH, LHRH, LRF), jotka säätelevät aivolisäkkeen

gonadotropiinien eritystä. Aivolisäkkeen etulohkon LH ja FSH säätelevät kivesten endokriinistä

toimintaa. LH stimuloi leydigin solujen steroidisynteesiä. FSH sertolin solujen kautta välillisesti

spermatogeneesiä. Myös prolaktiini (PRL) vaikuttaa, mutta vaikutukset kiveksiin ovat epäsuoria.

Kivekset tuottavat testoteronia ja muita androgeenejä. Nämä ovat steroidihormoneja ja näin niiden

biosynteesi alkaa kolesterolista. Testosteroni kulkee plasmassa sitoutuneena proteiineihin, mm.

albumiiniin. Steroidihormoni kiinnittyy solun sisässä sytoplasmassa tai tumassa reseptoriin ja

aktivoi näin tiettyjen androgeenien säätelemien geenien ekspressiota. Androgeenit vaikuttavat

sukupuolielinten erilaistumiseen, siittimen kasvu, kivespussin kasvu, häpykarvoitus,

kainalokarvoitus, parta, kaljuuntuminen, kasvupyrähdys, epifyysien sulkeutuminen, kurkunpään

kasvu, äänihuulten paksuuntuminen, lipidimuutokset, lihasmassa, talirauhaset, hematopoeesi ja ihon

paksuuntuminen muutamia mainitakseni.

Androgeenien tuotanto eri ikäkausina vaihtelee. Sikiökaudella testosteronin tehtävä on saada aikaan

miespuolisten sukupuolielimien erilaistuminen. Ennen puberteettia tuotanto on vähäistä.

Puberteetissä tuotanto kasvaa ja se aiheuttaa puberteetille ominaiset muutokset. Aikuisella ihmisellä

testosteronitaso on tasainen. Vanhuusiällä androgeenien tuotanto vähenee, mutta ei yhtä jyrkästi

kuin naisilla.

Munasarjat:

säätely: hypotalamus->aivolisäke->munasarja

Munasarjojen toimintaa säätelevät FSH (follikkelia stimuloiva hormoni) ja LH (lutenisoiva

hormoni). Hypotalamuksessa aivolisäkkeen porttilaskimojärjestelmään erittyvä vapauttajahormoni

GnRH säätelee aivolisäkkeen gonadotropiinien eritystä. GnRH vapautuu sykäyksittäin, joten

gonadotropiniinien eritys on pulssittaista. Pulsseja tulee follikulaarivaiheessa 90 minuutin ja

luteaalivaiheessa 100-200 minuutin välein. Munasarjan steroidihormonit säätelevät

palautejärjestelmän kautta gonadotropiinien eritystä.

59

Munasarjat tuottavat estrogeeneja, progesteronia, inhibiineja ja aktiviineja. Estrogeenit vaikutukset

sukuelimiin: kohdun sileän lihaksen massan lisääminen ja kohdun veren virtaus, kohdunkaulan

läpäisyvyys siittiöille, munatorvien kasvua ja liikkuvuus, munarakkuloiden kasvu, kuukautiskierron

muutokset. Estrogeenin vaikutukset rintoihin: rintojen kasvu puberteetissa ja maitotiehyeiden

kasvun lisääntyminen. Estrogeenien muita vaikutuksia: estävät LH:n ja FSH:n eritystä

aivolisäkkeestä, kiihdyttävät LH:n eritystä kuukautiskierron keskivaiheilla, lisäävät maksan

tuottamien hormoneja sitovien proteiinien määrää, lisäävät luiden kasvua ja sulkevat epifyysit,

estävät osteoporoosia, laskevat seerumin kolesterolitasoja ja nostavat HDL tasoa ja aiheuttava

rasvakudoksen naisellisen jakautumisen. Progesteroni lisää kohdun seinämän eritystoimintaa,

vähentää kohdun supistuvuutta, vähentää kohdunkaulan läpäisevyyttä siittiöille, aiheuttaa

kuukautiskierrossa muutoksia kohdussa ja munatorvissa, lisää rinnoissa lohkojen ja

rauhasrakkuloiden kasvua, estää LH:n ja FSH:n eritystä aivolisäkkeestä, kiihdyttää

aineenvaihduntaa ja lisää lämmöntuottoa ja kiihdyttää hengitystä.

Munasarjat toimivat kolmessa eri vaiheessa: follikulaari-, ovulaatio- ja luteaalivaiheessa.

Munasarjojen hormonaalinen säätely

Sikiökausi

- hormonisäätely ei keskeisimpänä

Lapsuus & Puberteetti

- gonadostaatti, sen hiipuminen

Sukukypsä ikä

- kuukautiskierto (follikkelivaihe, ovulaatio, luteaalivaihe)

- FSH, LH, E, P, inhibiini; feedbacksilmukat (neg. & pos.)

- follikelien kehittyminen -> dominantti follikkeli

- FSH, AMH, LH & E osuus tässä

- menopaussi

Raskaus: Istukka

- HCG -> keltarauhanen -> P, E

- aivolisäkkeen feedback-inhibitio

Imetys

Prolaktiini -> munasarjojen toiminnan esto

Munasarjojen toimintaa säätelevät FSH (follikkelia stimuloiva hormoni) ja LH (lutenisoiva

hormoni). Hypotalamuksessa aivolisäkkeen porttilaskimojärjestelmään erittyvä vapauttajahormoni

GnRH säätelee aivolisäkkeen gonadotropiinien eritystä. GnRH vapautuu sykäyksittäin, joten

60

gonadotropiniinien eritys on pulssittaista. Pulsseja tulee follikulaarivaiheessa 90 minuutin ja

luteaalivaiheessa 100-200 minuutin välein. Munasarjan steroidihormonit säätelevät

palautejärjestelmän kautta gonadotropiinien eritystä.

Sikiökaudella munasarjojen kehittymistä ja toimintaa ei varsinaisesti säädellä

hormonaalisesti. Myöskin lapsuusiällä hormonaalinen säätely on vähäistä. Munasarjojen

steroidieritys alkaa lisääntyä kahdeksannen ikävuoden jälkeen.

Hedelmällisessä iässä hormonaalinen säätely toimii kuukautiskierron mukaan. Se

toimii kolmessa vaiheessa follikkelivaihe, ovulaatio ja luteaalivaihe. Follikkelin kypsymisen

alkuvaihe on riippumaton FSH:n erityksestä. Munarakkulan jatkokypsyminen riippuu siitä miten

paljon FSH:tä on tarjolla ja miten sensitiivinen follikkeli on FSH:n vaikutuksille. Jos

gonadotropiinivaikutus on sopiva yksi kypsyvistä follikkeleista valikoituu ja etenee

ovulaatiovaiheeseen Ovulaation jälkeen munarakkulasta muodostuu keltarauhanen ja

granuloosasolut lutenisoituvat. Mikäli munasolu ei hedelmöity kahden viikon kuluttua

keltarauhanen surkastuu.

Hedelmällisten vuosien aikana nähdään kierto, jossa follikkeli kypsyy, puhkeaa

(ovulaatio) ja muodostuu keltarauhanen. Tätä kiertoa säätelee pääasiassa FSH ja LH.

Aivolisäkkeen ja hypotalamuksen vuorovaikutus. Mitä seurauksia on hypotalamuksen ja

aivolisäkkeen yhteyden katkeamisella

- aivolisäkkeen etulohko eli adenohypofyysi

- kortikotropiini

- tyreotropiini

- somatotropiini

- follikkelia stimuloiva hormoni

- luteinisoivahormoni

- prolaktiini

- hypotalamus

- statiinit

- liberiinit

- porttiverenkierto

- aivolisäkkeen takalohko eli neurohypofyysi

61

- neuraalinen yhteys

- vasopressiini

- oksitosiini

Aivolisäkkeen etulohko

Useimpia aivolisäkkeen etulohkon eli adenohypofyysin erittämiä hormoja kutsutaan tropiineiksi.

Tropiini edistää toisen elimen kasvua, kehitystä ja toimintaa. Aivolisäkkeen etulohkosta erittyy

kuutta hormonia: kortikotrofisoluista kortikotropiinia (ACTH) sekä lisäksi fysiologiselta

merkitykseltään tuntematonta beeta-lipotropiinia, tyreotrofisoluista tyreotropiinia (TSH),

somatotrofisoluista kasvuhormonia eli somatotropiinia, gonadotrofisoluista follikkelia stimuloivaa

hormonia (FSH) ja luteinisoivaa hormonia (LH) eli lutropiinia ja laktotrofisoluista prolaktiinia.

Hypotalamus säätelee näiden hormonien eritystä porttiverenkiertojärjestelmän avulla.

Hypotalamus

Hypotalamus erittää vapauttajahormoneja eli liberiineja tai estäjähormoneja eli statiineja. Edelliset

vapauttavat jotakin etulohkohormonia verenkiertoon, jälkimmäiset taas ehkäisevät jonkin hormonin

vapautumista. Statiiinit ja liberiinit ovat rakenteeltaan polypeptidejä. Osa eritetään prepro

muodossa, esim. PreproTRH sisältää kuusi TRH hormonia. Niiden reseptorit ovat G-proteiini

kytkettyjä. Hypotalamuksen erittämiä hormoneja ovat: kortikotropiinia vapauttava hormoni (CRH),

tyrotropiinia vapauttava hormoni (TRH), kasvuhormonia vapauttava hormoni (GRH),

kasvuhormonia estävä hormoni (GIH) eli somatostatiini, gonadotropiineja vapauttava hormoni

(GnRH) ja prolaktiinia estävä hormoni (PIH). TRH, VIP ja muutamat muut hypotalamuksen

erittämät polypeptidit stimuloivat prolaktiinin eritystä. Hypotalamuksen erittämät hormonit

vaikuttavat siis useamman kuin yhden aivolisäkkeen hormonin eritykseen, esimerkiksi TRH

stimuloi prolaktiinin eritystä TSH:n lisäksi. GnRH puolestaan stimuloi sekä FSH:n että LH:n

eritystä.

Vapauttaja- ja estäjähormonit eritetään eminentia mediana hypothalamin (vähäinen hypotalamuksen

kohouma aivolisäkkeen varren yläpuolella) alueelta. Alueella on vähän hermosolujen tumia, sen

sijaan paljon hermosolujen päätteitä. GnRH:ta erittävät neuronit sijaitsevat mediaalisella

preoptisella alueellalla, TRH:ta ja CRH:ta erittävät paraventricular tumakkeen mediaalisella alueella

ja GRH:ta erittävät neuronit arcuate nuclein alueella.

62

Yhteyden katkeaminen

Statiinit ja liberiinit säätelevät aivolisäkkeen etulohkon hormonien eritystä, jos niiden eritys loppuu,

häiriintyy niiden kohde-elimen toimintakin. Kallmannin syndrooma johtuu alhaisesta

gonadotropiinien tasosta veressä (hypogonadotrooppinen hypogonadismi). Kortikotropiini on

edellytys lisämunuaisen kuorikerroksen normaalille toiminnalle. ACTH puute vaikuttaa, esim.

glukokortikoidien eritykseen. Kasvuhormoni tehostaa monien kudosten aineen vaihduntaa ja koko

elimistön kasvua. Tyreotropiini edistää kilpirauhasen toimintaa, sen puute voi johtaa

hypotyreoosiin. Prolaktiini on tarpeen maidon erityksessä.

Aivolisäkkeen takalohko

Aivolisäkkeen takalohko eli neurohypofyysi erittää munuaisten vedeneritystä vähentävää

antidiureettista hormonia eli vasopressiiniä ja kohtua supistavaa oksitosiinia. Hypotalamus säätelee

niiden eritystä neuraalisesti. Hormonit syntetisoidaan hypotalamuksessa, varastoidaan takalohkossa

ja vapautetaan sieltä verenkiertoon. Vasopressiinin säätelyyn vaikuttavat osmoreseptoreilla

havaittava ECF:n osmolaliteetin kohoaminen ja venytysreseptoreilla havaittu verenpaineen lasku.

Oksitosiinin vapautumiseen vaikuttavat sikiön aiheuttama kohdun venytys ja rinnan kosketusärsytys

lapsen imiessä sitä.

Kuvaa aivojen aktiivisuus / EEG epileptisessä kohtauksessa ja unen eri vaiheissa

- Aivojen sähköisen toiminnan mittaaminen, EEG

- Aivosähkökäyrä vaihtelee aktiivisuuden ja iän myötä ja muutokset voivat olla merkki

sairaudesta

- Muistisääntö eri aalloille: BATD (lepakko-Delta)

o Unen syventyessä aaltojen frekvenssi laskee, mutta amplitudi kasvaa, vähän kuten

keinuminen!

o REM uni taasen muistuttaa valveilla oloa l. beeta-aaltoja, jossa ilmenee

sahahampaisia jaksoja

- Epilepsia on kohtauksittainen aivojen sähköisen toiminnan häiriö

o Suurkohtaus grand mal, jossa aallot muistuttavat Delta-aaltoja, joiden keskellä on

kouristuspiikkejä

o Pikkukohtaus petit mal, jossa aivosähkökäyrälle on ominaista piikki-aalto-kompleksit

63

Aivot ovat jatkuvasti aktiivisina. Niiden aktiviteettia voidaan mitata aivosähkökäyrällä (EEG

electroencephalogram) asettamalla elektrodeja päähänahkaan ja minimoilla esim. lihastoiminnasta

aiheutuvat häiriöt. Mitattavia suureita EEG:ssä ovat amplitudi (uV) ja frekvenssi (/s).

Aivosähkökäyrän amplitudi ja frekvenssi vaihtelevat ihmisen aktiivisuuden mukaan.

Valveilla olevan ja tarkkaavaisen ihmisen EEG poikkeaa esim. nukkuvasta. Samoin pelkästään

silmien sulkeminen näkyy muutoksena käyrässä. Aivosähkökäyrästä voidaan myös diagnostisoida

aivojen sairauksia, esim. epilepsia, joka on aivojen sähköisen toiminnan häiriö. Aivosähkökäyrän

muoto vaihtelee myös iän myötä.

Beeta – aaltoja mitataan valveilla olevalta ja tarkkaavaiselta ihmiseltä. Ne ovat

korkeataajuisia (20-50 Hz) ja matala-amplitudisia (10-20 uV). Niiden lähteeksi arvellaan

isoaivokuorta.

Kun ihminen sulkee silmänsä ja rentoutuu, voidaan mitata alfa-aaltoja. Frekvenssi on

matalampi (8-12) kuin beeta-alloissa, mutta amplitudi kasvaa (20-40 uV). Alfa-aallot vaihtuvat

nopeasti beeta-aalloiksi ihmisen jälleen keskittyessä tai avatessa silmänsä. Näitä keskeytyksiä

kutsutaan ”alfa-blokeiksi”. Alfa-aaltojen arvellaan syntyvän isoaivokuoren ja talamuksen

vuorovaikutuksesta.

Unenpöpperössä, juuri ennen nukahtamista, voidaan mitata theta-aaltoja. Frekvenssi laskee

yhä (4-7 Hz) ja amplitudi kasvaa (40-80 uV). Theta-aaltojen syynyinpaikaksi arvellaan aivorunkoa

ja niiden ilmeneminen valveilla olevalla aikuisella voi olla merkki sairaudesta.

Siirryttäessä kevyeen uneen, aivosähkökäyrä muistuttaa jo hieman syvän unen delta-aaltoja,

joissa frekvenssi laskee yhä (<3), ja amplitudikin kasvaa (100-150). Kevyessä unessa esiintyy

kuitenkin suurempi taajuisia, mutta matalampi amplitudisia unisukkuloita aika ajoin. Delta-aaltojen

ilmeneminen valveilla olevalla aikuisella voi olla merkki sairaudesta.

REM (rapid eye movement)- unessa aivosähkökäyrä muistuttaa hyvin paljon valvetilaa,

mutta sille on tyypillistä ns. sahahampaiset jaksot. Joskus tätä tilaa on kutsuttu myöskin

paradoksaaliseksi uneksi, koska aivosähkökäyrän mukaan ihminen on valveilla, vaikka ihminen

nukkuu.

Epilepsia voi aiheutua traumasta, infektiosta, synnytyksenaikaisesta iskemiasta. Sen syy voi

olla tuntematon (idiopaattinen) tai se voi perityä. Epilepsialle on tyypillistä kohtauksittaisuus, jota

voi edeltää laukaiseva ärsyke. Aivosähkökäyrämittauksilla voidaan mitata aivojen eri osien

toimintaa ja yrittää paikantaa epänormaalin toiminnan alue.

Epileptisen kohtaus voi ilmetä hyvin selvästi havaittavana tajunnan menetyksenä tai olla

hyvin pieni, josta näkyvänä osoituksena voi olla pelkästään esim. keskittymisen häiriintyminen.

Edellisestä käytetään nimitystä grand mal (suurkohtaus) ja jälkimmäisestä petit mal (pikkukohtaus).

64

Suurkohtauksessa aivosähkökäyrässä näkyy enemmistönä Delta-aaltoja, jotka keskeyttää laajemmat

kouristuspiikit. Pikkukohtauksen aivosähkökäyrälle on ominaista suuri amplitudiset pitkäkestoiset

aalto kompleksit (spike and wave complex).

Puheen tuottamiseen ja tulkintaan osallistuvat aivoalueet ja aivopuoliskojen dominanssi.

Kuvaile myös erilaisia afasioita.

- Puhe on monimutkainen ilmiö ja vaatii monien aivojen osien yhteistoimintaa

- Tietoa aivojen toiminnoista on saatu kliinisillä havainnoilla vammautuneista potilaista

- Puhetta kontrolloi vasen puoli 90% oikeakätisistä ja 70% vasen, Wada - testi

- Oikea puoli ymmärtää puheen vivahteet

- Puhe syntyy Wernicken alueella, johdetaan fasciculus arcuataa pitkin Brocan alueelle

tuotettavaksi

- Brocan afasiassa puhe vaikeaa, mutta ymmärrys tallella

- Wernicken afasiassa ymmärtäminen vaikeutunut, puhe vuolasta jargonia

- konduktioafasian puhe muistuttaa Wernicken, mutta ymmärrys tallella

Puhe on monimutkainen toiminto, joka vaatii aivojen monien eri osien yhteistoimintaa. Puhe

vaatii sanastoa, tietoa rakenteesta, tulkintaa, puheeseen osallistuvien lihasten hallintaa (hengitys,

kurkunpään ja suun lihakset jne..) ja kuuloa, jolla kontrolloidaan puhetta.

Tietoa aivojen eri osien toiminnoista, on saatu potilailta, joiden aivojen tietyt osat ovat

vammautuneet. Kliinisillä havainnoinnilla on todettu miten eri kohtiin sijoittuva vamma vaikuttaa

ihmisen eri toimintoihin. Näillä tutkimuksilla on myös pystytty todistamaan aivopuoliskojen

erilainen rooli eri asioissa kuten puheessa.

Puhetta kontrolloi suurimmalla osalla ihmisistä vasen aivopuolisko: oikeakätisillä 90%:lla ja

vasenkätisilläkin 70%:lla. Ennen neurokirurgista leikkausta on tärkeää tietää kumpi puolisko

kontrolloi puhetta. Se saadaan selville ns. Wada-testillä, jossa potilaan laskiessa ääneen hänen

aivopuoliskonsa vaivutetaan vuorotellen uneen lyhytvaikutteisella anesteetilla.

Oikealla puolellakin on merkitystä. Oikean aivopuoliskon takaosassa sijaitsee alue, joka

pystyy tunnistamaan puheen vivahteet. Ihmisillä, joilla puheen ymmärtämiseen tarvittavat

vasemman puolen alueet ovat vaurioituneet, pystyvät ymmärtämään äänensävyjä ja toisaalta, jos

tämä alue on vahingoittunut, puhe on monotonista ja vailla vivahteita.

Puheen tuottamiseen ja ymmärtämiseen osallistuvat aivoalueet, jotka on nimetty

keksijöidensä mukaan. Kaikessa yksinkertaisuudessaan puhe saa alkunsa Wernicken alueelta

vasemmasta ohimolohkosta läheltä kuulokeskusta. Se johdetaan fasciculus arcuataa pitkin Brocan

65

alueelle otsalohkoon lähelle suun ja huulten premotorista aluetta, joka huolehtii puheen

tuottamisesta. Wernicken alue huolehtii myös puheen ymmärtämisestä.

Brocan afasiasta, ja siis Brocan alueen vauriosta, kärsivien puhe on hidasta ja

niukkasanaista. He pystyvät kuvailemaan esineitä, mutta puheen pienet, tärkeät sanat kuten jos ja

kun, tuottavat vaikeuksia. He pystyvät lukemaan normaalisti eikä puheen ymmärtäminenkään ole

ongelma.

Wernicken afasiassa Wernicken alue on vaurioitunut. Näille potilaille on ominaista

sujuva ja vuolas puhe, mutta jonka sisältö on yhdentekevää. Näillä potilaille on myös vaikeuksia

ymmärtää lukemaansa ja puhetta.

Konduktioafasiassa Brocan ja Wernicken alueet yhdistävä fasciculus arcuata on

vaurioitunut. Se oireet muistuttavat puheen osalta Wernicken afasiaa, mutta luetun ja puheen

ymmärtäminen on säilynyt.

Autonomisen hermoston osat, signalointi ja toiminta

- Autonomisen hermoston tehtävät

o homeostaasi

o rauhaset, sydänlihas ja sileä lihas

- ANS jako sympaattiseen ja parasympaattiseen (para-sympatikotonus)

o toiminta yhdessä antagonistisesti, resiprookkisesti tai synergisesti

- CNS säätelee

- 2 neuronin rata per- ja postganglionaarinen

o pre

molemmilla Ach – nikotiini

normaali synapsi

o post

sympaattinen noradrenaali alfa 1 ja 2, Beeta 1,2,3

parasympaattinen Ach, muskariini 1-5

varikosiitit

- Sympaatisen hermoston rakenne, sympaattinen hermorunko, kollateraaligangliot ja

lisämunuaisenydin, divergenssi ja konvergenssi

- Parasympaattinen, III, CII, IX, X aivohermot ja S3-4

o Ei divergenssiä, poikkeus Auerbach

o vähemmän kuin sympaattisia syitä, suppeampi vaikutus

o joistain osista puuttuu

66

Autonominen eli tahdosta riippumaton hermosto (ANS) huolehtii elimistön homeostaasin

neuraalisesta säätelystä säätelemällä rauhasten, sydänlihaksen ja sileän lihaksen toimintaa sekä

mukauttaa elimistön vireystilan ja toiminnan sopivaksi kulloiseenkin tilanteeseen.

ANS jaetaan sympaattiseen ja parasympaattiseen osaan. Sympaattinen hermosto toimii

yleensä elimistön kiihdyttäjänä ja valmistaa elimistöä ns. fight-flight tilanteisiin (sympatikotonus).

Parasympaattinen on yleensä rauhoittava ja sitä kutsutaankin ”anaboliseksi-hermostoksi - relax and

digest” (parasympatikotonus). Sympaattinen ja parasympaattinen hermosto voivat toimia

antagonistisesti (sydän +/-), resiprookkisesti (silmäterän koon säätely) tai synergisesti

(virtsaaminen).

Autonomista hermostoa säätelevät keskushermoston osat isoaivokuori, hypotalamus,

limbinen järjestelmä, ydinjatke ja selkäydin. Autonomiset refleksit toimivat usein somaattisten

rinnalla viskeraalisten toimintojen säätelyssä ja saavat vertailutietoa CNS:n ylemmistä keskuksista.

Somaattisesta hermostosta poiketen ANS käyttää kahden neuronin rataa. Sekä sympaatisen

että parasympaatisen hermoston ganlionaarinen viestinvälitys tapahtuu asetyylikoliini -

nikotiinireseptori välityksellä. Sympaattisen hermoston postganglionaarinen viestinvälitys tapahtuu

noradrenaalin välityksellä (pl. Ach välitteinen hikirauhasen stimulaatio ns. stressihiki) alfa ja beeta

reseptoreihin (a1,a2,b1,b2,b3). Parasympaatisessa välitys tapahtuu asetyylikoliinin välityksellä,

mutta nyt muskariinireseptoreiden välityksellä (M1-M5). Ganglionaarinen viestinvälitys tapahtuu

normaaleissa synapseissa kun taas postganglionaarinen viestinvälitys neuronin ja kohde-elimen

välillä tapahtuu nk. varikosiittien välityksellä.

Alfa1 – reseptorit ovat kalsium-välitteisiä ja toimivat laajalti elimistössä sileän lihaksen

supistajina. Alfa2 – reseptorit toimivat verisuonten sileissä lihaksissa vasokonstriktiossa. Beeta1 –

reseptorit lisäävät sydämen sykettä ja supistumisvoimaa. Beeta2 – reseptorit toimivat luustolihaksen

verisuonten ja keuhkoputkien laajentajina l. vaso- ja bronkodilaattoreina. Beeta3 – reseptorit lisäävät

rasvakudoksessa lipolyysiä.

Muskariinireseptorit: M1-reseptorit lisäävät mahanesteen eritystä vagus – hermon välityksellä. M2 –

reseptorit hidastavat sydämen pulssia. M3-reseptorit välittävät stimulaation sileään lihakseen ja

rauhasiin. M4-reseptorit stimuloivat insuliinin eritystä. M5-reseptoreiden epäillään stimuloivan

aivoissa dopamiinin vapautumista.

Sympaattisessa osassa preganglionaarinen neuroni sijaitsee selkäytimen lateraalisessa

sarvessa T1 – L3 alueella ja sen preganglionaarinen aksoni kulkee ventraalisen haaran kautta

selkäytimen vieressä sijaitsevaan sympaattisen hermosrungon ganglioon, josta postganglionaarinen

aksoni lähtee kohde-elimeen. Sympaattisen hermoston preganglionaariset aksonit ovat yleensä siis

lyhyitä ja postganglionaariset pitkiä. Parasympaattisessa hermostossa asia on päinvastoin.

67

Sympaattisella hermostollakin on kohde-elinten lähellä sijaitsevia kollateraaliganglioita ja

lisämunuaisen ytimeen kulkee suoraan preganglionaarinen aksoni. Lisämunuaisen ytimestä vapautuu

adrenaliinia ja sitä onkin pidettävä sympaattisen hermoston erikoistuneena gangliona.

Sympaaattiselle hermostolle on ominaista divergenssi ja konvergenssi. Divergenssillä

tarkoitetaan sitä, kun yhdestä pregangliosta haarautuu syitä useampaan postganglioon ja

konvergenssillä taas sitä, että yksi postganglio saa informaatiota useammasta pregangliosta.

Edellinen siis jakaa tietoa laajalle alueelle ja jälkimmäinen taas keskittää sitä, joka sallii massa-

aktivaation synnyn. Parasympaatisesta hermostosta divergenssi puuttuu.

Parasympaattset aksonit kulkevat III, VII, IX ja X aivohermojen ja sakraalihermojen (3 ja 4)

mukana kohde-elimiinsä ja preganglionaarinen aksoni on pitkä kun taas postganlionaarinen aksoni

on lyhyt. Parasympaattisilla ganglioilla ei ole poikkiyhteyksiä, eli kuten edellä on jo mainittu,

divergenssi puuttu. Poikkeuksena tästä on Auerbachin plexus, jossa yksi preganlionaarinen aksoni

hermottaa 8000 postganglionaarista neuronia. Parasympaattisia hermoratoja on vähemmän kuin

sympaattisia, joten sillä on suppeampi vaikutus profiili. Parasympaattinen hermotus puuttuu esim.

maksasta, rasvakudoksesta, lisämunuaisen ytimestä, laskimoista ja luustolihaksen arterioleista.

Miten sikiön verenkierto järjestyy uudelleen syntymän yhteydessä?

Ennen syntymää sikiön verenkierto poikkeaa syntymän jälkeisestä kahdella tavalla: sikiöllä on

napa- eli istukkaverenkierto sekä kolme oikovirtauskohtaa, joissa hapekas ja vähemmän hapekas

veri pääsevät sekoittumaan. Oikovirtauskohdat aiheuttavat sen, että sydämen puoliskot on ”kytketty

rinnan” kun taas syntymän jälkeen sydämen puoliskot on kytketty sarjaan. Keuhkot, joilla ei ole

ennen syntymää juurikaan funktiota, ohitetaan foramen ovalen ja ductus arteriosuksen kautta.

Foramen ovale on aukko oikean ja vasemman eteisen välillä; oikeaan eteiseen tuleva (istukasta

tullut) runsashappinen alaonttolaskimon veri ei täysin sekoitu yläonttolaskimon

niukkahappisemman veren kanssa, vaan pääosin (2/3) runsashappinen veri pääsee foramen ovalen

kautta vasempaan eteiseen. Yläonttolaskimon veri jatkaa matkaansa oikeaan kammioon, mutta

keuhkovaltimossa 80% tuosta määrästä meneekin ductus arteriosuksen kautta suoraan aorttaan.

Siis ainoastaan hyvin pieni osa sikiön verenkierrosta kiertää keuhkojen kautta, sekin määrä on

varsin niukkahappista verta.

Niukkahappinen veri palaa kahta napavaltimoa pitkin hapetettavaksi istukkaan ja happeutunut veri

takasin yhtä napalaskimoa pitkin. Verenkierto ohittaa 80-prosenttisesti maha-suolikanavan, koska

hapettunut napalaskimo yhtyy porttilaskimoon ja kulkee suoraan maksan läpi ductus venosuksen

kautta. Ductus venosus laskee alaonttolaskimoon.

68

Synnytyksen yhteydessä verenkierto järjestyy uudelleen: Ensimmäisen hengenvedon myötä

keuhkorakkulat täyttyvät ilmasta ja keuhkokapillaarit avautuvat mekaanisesti. Hapen osapaine

nousee ja keuhkoverisuonten vastus laskee merkittävästä (vasodilaatio). Tässä vaiheessa oikea

kammio voi alkaa huolehtimaan keuhkoverenkierrosta, joten verenkierto kääntyy samoin päin kuin

aikuisella: veri hapettuu keuhkoissa ja hapettunut veri palaa keuhkolaskimoita pitkin vasempaan

eteiseen. Täällä kasvanut happimäärä (yhdessä muiden tekijöiden, mm. vasodilatoivien

prostaglandiinien vähenemisen vuoksi) edesauttaa ductus arteriosuksen sulkeutumista (puristuu

kiinni, ajan kuluessa ”surkastuu” jäänteeksi). Ductus arteriosuksen sulkeutuminen mahdollistaa

koko oikean kammion verimäärän kulkemisen keuhkojen kautta, mikä nostaa vasemman eteisen

painetta (laskimopaluu sinne lisääntyy) yhdessä muiden tekijöiden kanssa joka painaa foramen

ovalen suulla olevan läpän, ”venttiilin” kiinni eteisen seinämää vasten. Aikaa myöten läppä

kiinnittyy seinämään pysyvästi, mutta se voi jäädä (sydänpotilailla) myös vain passiivisesti

sulkeutuneeksi. Ductus venosus sulkeutuu hitaammin, muutamien päivien kuluttua synnytyksestä

(pysyvästi ”surkastunut” 2-3 kuukauden jälkeen). Napasuonet ja istukan suonet supistuvat

voimakkaasti lapsen alettua hengittämään; ne pakottavat veren lapsen kehoon ja minimoivat näin

verenhukan.

Millaisia muutoksia tapahtuu lapsen elintoiminnoissa syntymään liittyen?

*sydän ja verenkiertojärjestelmä, kts edellinen tehtävä*

Hengityselimet:

Raskausaikana sikiön keuhkot ovat olleet lapsiveden täyttämät (loppuvaiheessa n. 40ml) ja alveolit

painuneet kasaan. Keuhkokapillaarien virtausvastus on korkea. Keuhkot ovat valmistautuneet

toimintaansa jo raskausaikana: surfaktanttituotanto käynnistyy viimeisessä kolmanneksessa ja

sikiö harjoittelee hengittämistä hengitysliikkein rv10 lähtien. Hengitysliikkeet myös auttavat

keuhkojen kehityksessä.

Hapen osapaineet sikiön verenkierrossa ovat olleet varsin matalat, vaikka happikyllästeisyys onkin

ollut suhteessa suurempi johtuen sikiön suuremmasta Hb-pitoisuudesta ja fetaaliHb:n suuremmasta

affiniteetista happeen.

Nämä tekijät muuttuvat lapsen alettua hengittämään. Alhaisempi lämpötila synnytyksen jälkeen,

synnytyksessä kertynyt hiilidioksidi sekä sensorinen informaatiotulva stimuloivat lapsen

69

hengityksen käynnistymistä. Ensimmäinen hengenveto on raskain, mutta sitä helpottaa

pintajännitystä rikkova surfaktantti. Ensimmäinen hengenveto laajentaa keuhkot siten, että

keuhkoverisuonet avautuvat (vastus laskee) ja keuhkoverenkierto käynnistyy. Myös

oikovirtauspaikat sulkeutuvat. Keuhkoissa ollut alveolineste imeytyy nopeasti

keuhkokapillaareihin osmoottisen paineen vaikutuksesta. Hapen osapaineet verenkierrossa

nousevat aikuisen tasolle.

Maha- ja suolikanava, munuaiset, lisämunuaiset ja lämmönsäätely:

Maha- ja suolikanavan toiminta on raskausaikana ollut vähäistä, koska istukka on vastannut

ravinteiden siirtämisestä sikiön verenkiertoon;glukoosi, aminhapot ja rasvahapot ovat tulleet äidin

veren kautta. Sikiö on raskauden aikana varastoinut glykogeenia maksaan ja lihaksiin; näitä

varastoja käytetään syntymisen jälkeen. Synnytyksen jälkeen verensokeri tipahtaa puoleen

ensimmäisen vuorokauden aikana. Alussa (muutamien tuntien ajan) käytetään glykogeeni- ja

rasvavarastoja, lapsi on monesti myös ennen syntymää niellyt proteiinipitoista lapsivettä, joka vie

nälkää syntymän jälkeen. Äidinmaito (jota vauva saa pienen määrän usein jo synnytyssalissa parin

tunnin sisällä synnytyksestä) käynnistää suoliston kehittymisen ja suolen eritystoiminta ja

motiliteetti vilkastuvat. Lapsivedestä ja suoliepiteelin ekskreetiotuotteista koostuva meconium eli

lapsenpihka poistuu 1-2vrk synnytyksen jälkeen, jonka jälkeen uloste muuttuu vaaleaksi.

Myös munaiset ottavat syntymisen jälkeen vastuun kuonanerityksestä ja yksin nestetasapainosta.

Virtsamäärä ja glomerulusfiltraatio lisääntyy hitaasti, 1-2 vuoden aikana. Lisämunuaisten

fetaalikortex häviää pikkuhiljaa synnytyksen jälkeen (feto-plasentaalinen yksikkö ei enää toimi), ja

lisämunuaiset alkavat toimia kuten aikuisen lisämunuaiset.

Syntymän jälkeinen lämpötilaero käynnistää vastasyntyneessä termogeneesin ja ruskea rasva alkaa

palaa. Keskosilla ruskeaa rasvaa ja ihonalaista rasvaa on vähemmän, minkä vuoksi keskosena

syntynyt laitetaan syntymän jälkeen lämpökaappiin.

Mallivastausrunko:

1. Sydän ja verenkiertojärjestelmä

• sydän: rinnankytkentä sarjaan oikoteiden sulkeutuessa

a) Foramen ovale (paine vasemmalla puolella nousee hengityksen käynnistyessä)

b) Ductus arteriosus (keuhkoverenkierto aikuisen tasolle: 20% —> 100%)

c) Ductus venosus (veri maksaan)

d) Istukkakierto lakkaa (napasuonten supistuessa verta enemmän kehon alaosiin)

veri ei pääse sekoittumaan

70

• hapen osapaineen nousu hengityksen käynnistyessä

—> systeeminen vasokonstriktio (c ja d)

2. Hengityselinjärjestelmä

• sikiöajan nestetäytteiset keuhkot (painuneet kasaan) tyhjenevät

hengitys käynnistyy syntymän yhteydessä

(1. hengenveto/hengitystyö suuri, apuna surfaktantti)

käynnistää keuhkoverenkierron rintakehän laajetessa

(happen osapaine nousee/PG:t —> vasodilataatio —> vastus laskee)

“hypoksia” korjaantuu (osapaineet aikuisen tasolle)

3. Muut elinjärjestelmät (munuaiset, maha-suolikanava, lisämunuaiskuori)

• verensokerin akuutti lasku

• kehon lämpötilan lasku (suuri lämmönhukka/ihon ohut eristekerros)

—> NST (ruskea rasva) käynnistyy

• muut muutokset hitaampia:

a) Kuonaneritys istukalta munuaisille

b) Nutritio istukalta maha-suolikavalle rintaruokinnan käynnistyessä

c) Lisämunuaiskuoren fetaalicortexin toiminta hiipuu

( feto-plasentaaliyksikön toiminta lakkaa)

Raskauteen ja synnytykseen liittyvät endokriiniset muutokset

Kun hedelmöittynyt munasolu on kiinnittynyt 7-

10 päivän kuluessa hedelmöittymisestä, se alkaa

erittää äidin elimistöön istukkagonadotropiinia

eli hCG:tä (tämä voidaan todeta plasmasta tai

virtsasta -> raskaustestit). Istukkagonadotropiini

on lutropiinia muistuttava glykoproteeiini joka

ylläpitää keltarauhasen toimintaa kunnes istukka

voi itse valmistaa riittävästi progesteronia ja

estrogeeneja. Tätä kautta hormoni myös estää

äidin aivolisäkkeen gonadotropiineja: uusi

71

kierto ei pääse alkamaan. Veren hCG-pitoisuus on korkeimmillaan raskausviikon 10 tietämillä

minkä jälkeen se vähenee 80% raskausviikkoon 20 mennessä. Tällä tasolla se pysyy raskauden

loppuun saakka. hCG:n tuotantoa ensimmäisen kolmanneksen aikana säätelee paikallisesti erittynyt

GnRH (gonadotropiinia vapauttava hormoni). hCG:n vähenemiseen vaikuttaa negatiivisen

palautesäätelyn kautta sikiön (istukan) tuottama progesteroni tai steroidit. Progesteronin eritys

keltarauhasesta on korkeimmillaan 4-5 viikon kuluttua hedemöityksestä ja tämän jälkeen se laskee,

vaikka hCG tasot vielä nousevatkin. Syynä vasteeseen on reseptorien herkkyyden väheneminen ja

istukan estrogeenitasojen nousu. Viikkojen 7-10 välillä keltarauhasen steroidituotanto korvataan

istukan steroidituotannolla.

Istukan somatomammotropiini hCS muistuttaa rakenteeltaan ja toiminnaltaan prolaktiinia ja

kasvuhormonia. Sitä tuotetaan (istukan) synsytiotrofoblastisolukossa ja sen määrä äidin veressä

nousee koko raskauden ajan. hCS edistää rintarauhasen erikoistumista raskauden aikana (mutta

maidon tuottoon vaikuttaa huonommin kuin prolaktiini) ja sen pääfunktio on turvata sikiön

ravinnon saatavuus vastavaikuttamalla äidin glukoosi- ja rasva-aineenvaihduntaan. hCS:n

aiheuttaman anti-insuliinivaikutuksen seurauksena äidin plasman glukoosi nousee, jolloin myös

sikiö saa enemmän glukoosia käyttöönsä. hCS:n äidille indusoiman ”paaston” seurauksena myös

lipolyysi käynnistyy (rasvahappoja äidin käyttöön) ja proteolyysi, mitä kautta sikiö saa

aminohappoja käyttöönsä. Joskus hCS:n anti-insuliinivaikutuksen ja äidin luontaisen

insuliiniherkkyyden yhteysvaikutuksena voi syntyä raskausdiabetes, joka hoitamattomana on selkeä

riski mm. lapsen isokokoisuuteen (makrosomia).

Koska on tärkeää ettei äidin immuunijärjestelmä hylji sikiötä (jossa on 50% isältä peräisin olevaa

”vierasta” geenimateriaalia) istukan hormonit vaikuttavat äidin immuunijärjestelmään: mm.

progesteroni vähentää paikallisesti T-solu aktivaatiota, vaikuttaa makrofagien toimintaan ja

vähentää leukosyyttien määrää, hCG vähentää äidin immunoreaktiivisuutta.

Sukupuolihormonit vaikuttavat koko raskauden ajan: estrogeenit lisäävät kohdun kokoa, indusoivat

reseptoreja progesteronille ja oksitosiinille, stimuloivat äidin maksan proteiinin eritystä ja kasvattaa

rinnan ja rasvakudoksen kokoa. Progesteroni on tärkeä istukan implantaation ylläpidossa, se inhiboi

kohtulihaksen supistumista ja vähentää äidin immunologista vastatte sikiön antigeeneja kohtaan. Se

toimii prekursorina myös steroidituotannossa ja on osallisena synnytyksen käynnistymisessä.

Progesteroniarvot tasaantuvat alun nousun jälkeen vaiheessa, jossa progesteronituotanto siirtyy

keltarauhaselta istukalle; raskauden loppua kohden arvot nousevat voimakkaasti, noin 10-

kertaiseksi verrattuna korkeinpaan keltarauhasen progesteroniarvoihin. Estrogeeneja (erityisesti

72

estrioli) muodostetaan yhteistyössä sikiön, istukan ja äidin hormonien kanssa. Istukka muodostaa

estrogeeneja androgeeneista, joista tärkein prekursori on DHEA.

Äidin endokriininen toiminta muuttuu siis paljon raskauden aikana: Hypotalamus-aivolisäke-

gonadi –akselin toimintaa rajoitetaan sukupuolihormoneilla ja kiertävien gonadotropiinien

pieni määrä ei anna ovulaation tapahtua. Myös estrogeenin kasvu stimuloi prolaktiinin

eritystä; prolaktiinitasot alkavatkin nousta ensimmäisen kolmanneksen aikana ja kohoavat

loppua kohden kymmenkertaiseksi. Aivolisäkkeen laktotrofisolukko jakautuu ja kasvaa 50%.

Näiden lisäksi myös kilpirauhanen ja lisäkilpirauhanen kasvavat, lisäkilpirauhashormonin

eritys kasvaa eniten kolmannen kolmanneksen aikana.Sen tarkoitus on tehostaa kalsiumin

saantia seurauksena sikiön kasvavalle kalsiumin tarpeelle. Minerolo- ja glukokortikoidien

eritys kasvaa ja vapaan kortisolin määrä plasmassa on suurempi, koska sen sitojaproteiini on

korvattu progesteronilla. Useat äidin ja istukan hormonit toimivat yhteistyössä

varmistaakseen sikiön ravinnonsaannin. Toisen raskauspuoliskon tietämillä kehittyvä

insuliiniresistenssi on usean insuliini-antagonistihormonin yhdistynyt vaikutus; näitä

hormoneja ovat mm kasvuhormoni, prolaktiini hCS, glukagoni ja kortisoli.

Synnytystä edeltää istukan tuottaman kortikotropiini-vapauttajahormonin (CRH) nousu ja sitä

seuraavan DHEAn määrän kasvu. DHEAsta syntetisoidaan suoraan estrogeeniä (progesteronin

määrä laskee). Lopputuloksena on, että prostaglandiini E:n ja F:n synteesi kasvaa kohdun

solukossa ja sikiössä, mikä taas lisää oksitosiinireseptorien tuotantoa kohtuun. Se aiheuttaa myös

sen, että epämääräiset supistukset muuttuvat säännöllisiksi ja napakoiksi työntäen lasta

kohdunkaulaa vasten. Kohdunkaula on pehmentynyt relaksiinin vaikutuksesta, joten se aukeaa

lapsen työntyessä sitä vasten. Kohdunkaulan mekanoreseptorien venytys aiheuttaa kohtulihaksen

supistuksen sekä oksitosiinin vapautumista aivolisäkkeen takalohkosta. Oksitosiini taas on kohdun

voimakas supistaja, kohdun supistumisesta seuraa lapsen työntyminen, mekanoreseptoreiden

ärsytys ja taas oksitosiinin eritys, jne.

Syntymän jälkeen oksitosiini supistaa suonia (vähentää verenhukkaa ja mm. sulkee ductus

arteriosuksen).

73

Runko:

Alkuraskaus

*hCG ylläpitää keltarauhasta → estrogeeni, progesteroni (→tuotanto siirtyy istukalle

rv7-10)

*sukupuolihormonit rajoittavat hypotalamus-aivolisäke-gonadi –akselia → vain

vähän kiertäviä gonadotropiineja →ei ovulaatiota

*estrogeenin nousu →prolaktiini alkaa nousta

*(koko raskauden ajan) estrogeeni→kohtulihaksen kasvu, reseptorit, rintarauhanen...

*(koko raskauden ajan) progesteroni→ kohdun supistumisen esto,

immuunipuolustukselta suojelu jne

Keskiraskaus

*hCS (ja muut insuliini-antagonistit) → insuliiniresistenssi

*hCG laskee

*estrogeeni, progesteroni ja prolaktiini nousevat edelleen

(Keski/)loppuraskaus

*kilpirauhanen ja lisäkilpirauhanen kasvavat →kalsiumin tuotto

*mineralo- ja glukokortikoidien eritys kasvaa

*vapaan kortisolin määrä plasmassa kasvaa

Ennen synnytystä ja synnytyksen aikana

*Istukka→ CRH↑ →ACTH↑

*ACTH↑→ kortisoli↑→keuhkojen kypsyminen

*ACTH↑→DHEA↑→estrogeeni↑ , progesteroni ↓

*estrogeeni↑→aukkoliitoksia, reseptoreita, prostaglandiineja (→kohdunkaulan

pehmeneminen)

→kohdun supistuminen→oksitosiiniaallot→kohdun supistuminen...

74

Kalsiumaineenvaihdunnan endokriininen säätely - lisäkilpirauhashormoni (PTH)

- kalsitrioli (aktiivinen D-vitamiini)

- kalsitoniini

- luuston epäorgaaninen osa: kalsiumfosfaattia

- luuston orgaaninen osa: luusolut ja kollageeni I

- osteoblastit

- osteoklastit

- takaisinotto virtsasta

- hypokalseeminen tetanus

Vain osa ravinnon kalsiumista imeytyy ohutsuolessa. Imeytymisaste riippuu kalsiumin tarpeesta.

Imeytymiseen ohutsuolesta vaikuttaa Ca-kanava, D-vitamiini, calbindin, Na-Ca-vaihtaja ja H-Ca-

vaihtaja. Kaikki kalsium kulkee plasman kautta, osa sitoutuu sen proteiineihin ja osa kulkee

vapaana. Luusto on ylivoimaisesti tärkein kalsiumvarasto. Se koostuu orgaanisesta osasta (1/3),

johon kuuluu matriksi (98%), joka sisältää kollageeni tyyppi I:stä ja muita proteiineja sekä soluista

(2%), joihin kuuluu osteoblastit ja osteoklastit. Luusolujen toimintaa säädellään säätelytekijöillä.

Lisäksi luustossa on kalsiumfosfaatista ja muista suoloista koostuva epäorgaaninen osa (2/3).

Kalsium menetetään suoliston ja munuaisten kautta. Kalsiumaineenvaihdunnan kolme keskeistä

endokriinistä säätelijää ovat: lisäkilpirauhashormoni (PTH), kalsitrioli (aktiivinen D-vitamiini) ja

kalsitoniini. Muita kalsiumaineenvaihduntaan vaikuttavia tekijöitä ovat: PTHrP (parathyroid

hormone-related protein), glukokortikoidit, kasvuhormoni ja estrogeeni. Kalsiumaineenvaihdunnan

säätely on tärkeää, sillä liian alhaiset konsentraatiot veressä aiheuttavat pahoja kourituksia

luurankolihaksissa, jotka voivat johtaa hengitysteiden tukkeutumiseen. Lisäksi kalsiumilla on tärkeä

rooli mm. verenhyytymisessä.

Lisäkilpirauhashormoni (PTH)

Lisäkilpirauhaset tuottavat peptidirakenteista parathyroidhormonia PTH:ta. Se säätelee kalsiumin

kulkua solun kalvorakenteiden läpi ja suurentaa veren kalsiumpitoisuutta aktivoimalla

luunsyöjäsoluja eli osteoklasteja ja lisäämällä kalsiumin takaisinimeytymistä virtsasta distaalisissa

tubuluksissa. Lisäksi se vähentää fosfaattien takaisinimeytymistä proximaalisesta tubuluksesta ja

75

lisää 1,25-dihydroksikolekalsiferolin synteesiä. On olemassa kolmenlaisia PTH-reseptoreita. Kaksi

niistä on G-proteiinikytkentäisiä ja ne aktivoivat adenyylisyklaasin ja kasvattavat solunsisäistä

cAMP:tä. Kolmas reseptorityyppi käyttää toisiolähettinä solunsisäistä kalsiumia ja aktivoiden

proteiinikinaasi C:n. Ionisoitunut kalsium estää PTH:n synteesiä ja eritystä negatiivisellä

feedbackilla, puolestaan kalsiumin puutteessa PTH:n eritys lisääntyy. Kalsiumin pitoisuuksia

plasmassa havaitaan solukalvon Ca-reseptoreilla. Lisäkilpirauhasen liikatoiminnassa veren

kalsiumpitoisuus suurenee luuston kalsiumin kustannuksella. Luuston heikkeneminen aiheuttaa

murtumia ja kalsiumia saattaa kiteytyä keuhkoihin, valtimoiden seinämiin tai virtsateihin.

D-vitamiini

D-vitamiini vaikuttaa Ca2+ ja PO4:n aktiiviseen kuljetukseen ohutsuolesta, lisäksi se vaikuttaa

myös kalsiumin reabsorptioon munuaisissa. Näin plasman kalsiumkonsentraatio kasvaa.

Kolekalsiferoli tuotetaan auringon valon avulla 7-dehydrokolestrolista tai saadaan ravinnon

mukana. Kolekalsiferolia hydroksyloidaan edelleen maksassa ja munuaisissa ja siitä muodostuu

1,25-dihydroksikolekalsiferolia. Kun kalsiumin konsentraatio on korkea, synteesi ohjautuu toiseen

suuntaan ja tuotetaan inaktiivista varastomuotoa. 1,25-dihydroksikolekalsiferoli on steroidihormoni

ja sen sitoutuminen reseptoriin vaikuttaa calbindin-D:n geeniekspressioon. Calbindin-D proteiineja

on löydetty ohutsuolesta, aivoista ja munuaisista. Niiden pitoisuus ohutsuolessa korreloi limakalvon

läpi kuljetetun kalsiumin määrään.

Kalsitoniini

Kalsitoniini on kalsiumpitoisuutta madaltava hormoni. Se lisää luuta muodostavien määrää ja

vähentää luuta hävittävien solujen aktiivisuutta. Sitä erittyy kilpirauhasesta, kun kalsiumin

konsetraatio veressä kasvaa yli 9,5 mg/dL. Myös beta-adrenergiset agonistit, dopamiini ja

estrogeeni stimuloivat sen eritystä. Kalsitoniini reseptoreita löytyy luusta ja munuaisista.

Kalsitoniinin tarkka fysiologinen rooli on vielä epävarma, sillä sen puuttuminen ei vaikuta pitkällä

aikavälillä kalsium pitoisuuksiin elimistössä. Onkin ajateltu, että se olisikin tarpeellinen luuston

kehittymiselle, ja että se saattaisi suojella äidin luustoa raskauden aikana.