Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy
Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována ani šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Prof. MUDr. Otomar Kittnar, CSc., MBA
a kolektiv

PŘEHLED LÉKAŘSKÉ FYZIOLOGIE

Pořadatel díla:
Prof. MUDr. Otomar Kittnar, CSc., MBA

Autorský kolektiv:
MUDr. Kateřina Jandová, Ph.D.
Prof. MUDr. Otomar Kittnar, CSc., MBA
MUDr. Eduard Kuriščák, Ph.D.
Prof. MUDr. Miloš Langmeier, DrSc.
Doc. MUDr. Dana Marešová, CSc.
MUDr. Mikuláš Mlček, Ph.D.
Prof. MUDr. Jaromír Mysliveček, Ph.D.
Prof. MUDr. Jaroslav Pokorný, DrSc.
Doc. MUDr. Vladimír Riljak, Ph.D.
†Prof. MUDr. Stanislav Trojan, DrSc.

Pracoviště autorů: Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Fyziologický ústav

Recenze:
Prof. MUDr. Martin Vízek, CSc.

Vydání odborné knihy schválila Vědecká redakce nakladatelství Grada Publishing, a.s.

© Grada Publishing, a.s., 2021
Cover Photo © depositphotos.com 2021
Cover Design © Grada Publishing, a.s., 2021

Vydala Grada Publishing, a.s.
U Průhonu 22, Praha 7
jako svou 7891. publikaci
Odpovědná redaktorka Mgr. Helena Vorlová
Sazba a zlom Jan Šístek
Obrázky dle předloh autorů překreslili (pro publikaci Lékařská fyziologie, 1. vydání, Grada Publishing 2011) MgA. Radek Krédl (kap. 1, 4, 8, 15, 16) a Jana Řeháková, DiS. (kap. 12, 14 a 17), část obrázků převzata z publikace Miloš Langmeier a kol. Základy lékařské fyziologie, Grada Publishing 2009.
Schémata a podklady k obrázkům dodali autoři.
Počet stran 336
1. vydání, Praha 2021

Vytiskla tiskárna PBtisk s.r.o., Příbram

Názvy produktů, firem apod. použité v této knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno.

Postupy a příklady v knize, rovněž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepším vědomím autorů. Z jejich praktického uplatnění ale nevyplývají pro autory ani pro nakladatelství žádné právní důsledky.

Všechna práva vyhrazena. Tato kniha ani její část nesmějí být žádným způsobem reprodukovány, ukládány či rozšiřovány bez písemného souhlasu nakladatelství.

ISBN 978-80-271-4037-4 (ePub)
ISBN 978-80-271-4036-7 (pdf)
ISBN 978-80-271-1025-4 (print)

Předmluva

Fyziologie je svojí nejvnitřnější podstatou vědou o životě. Ačkoliv je slovo „fyziologie“ více než 2500 let staré, jeho původně spíše filozofický význam dostal svoji současnou náplň teprve před pěti sty lety. Dnes fyziologii chápeme jako obor, jehož cílem je objevit, pochopit a popsat základní mechanismy zajišťující a udržující život v živých organismech, a to počínaje procesy na molekulární a buněčné úrovni až po chování organismu jako celku včetně pochodů, které jsou za toto chování zodpovědné. Přitom nejde jen o poznání toho, jak tělo funguje ve zdraví, ale také, jak je schopné se adaptovat na měnící se podmínky zevního prostředí. To vše pak usnadňuje pochopit, jak vznikají a probíhají patologické procesy, které živé organismy ohrožují, a současně i terapeutické postupy, které mohou tyto procesy zastavit a obnovit stav zdraví.

Tento stručný přehled fyziologie člověka navazuje na úspěšnou učebnici prof. M. Langmeiera a kol. „Základy lékařské fyziologie“ a jeho cílem je aktualizovat uvedenou knihu tak, aby odpovídala současnému stavu poznání v lékařských vědách. Jako učební text by měl Přehled lékařské fyziologie sloužit jako zdroj pro opakování základních znalostí fyziologie člověka pro studenty všeobecného lékařství, ale především jako hlavní učebnice lékařské fyziologie pro studenty zubního lékařství a studenty nelékařských zdravotnických oborů.

Každopádně bychom byli rádi, kdyby každý, kdo vezme tuto knihu do ruky, z ní pochopil funkce a pochody v lidském organismu, jejichž poznání je klíčové pro porozumění dalších preklinických a klinických oborů studia na lékařské fakultě. Ale kromě pochopení jednotlivých procesů a pochodů v lidském těle by tato kniha měla u svých čtenářů vyvolat zamyšlení nad smyslem a cílem těchto pochodů, protože právě integrace jednotlivých dějů od úrovně molekul, buněk, tkání a orgánů až po úroveň celého těla a pochodů, tyto děje řídících, je vlastní specifickou náplní fyziologie.

Praha, květen 2020

Otomar Kittnar

1Fyziologické principy

Otomar Kittnar, Miloš Langmeier, Jaromír Mysliveček

1.1Uspořádání lidského těla

Lidský organismus má neuvěřitelně komplexní adůmyslnou strukturu počínaje umístěním jednotlivých orgánů či tkání akonče chemickým složením buněčných organel. Tato mimořádná složitost však přestává být nepochopitelnou, jestliže si uvědomíme funkční vztahy mezi jednotlivými strukturami.

Můžeme si pro názorný příklad představit činnost vnašem životě zcela běžnou– chůzi. Fázické svaly dolních končetin apletence pánevního zajišťují svými rytmickými kontrakcemi pohyb, jehož rozsah amožnosti jsou dány skeletem avlastnostmi kloubů zúčastněných na pohybu. Tonické svaly trupu afázické svaly horních končetin pak pomáhají udržet vzpřímenou polohu arovnováhu. Svaly ovšem pro svoji činnost nutně potřebují energii. Tu získávají vpochodech buněčného metabolismu, při kterých se spotřebovává kyslík aživiny. Ty se do svalů dostávají díky krevnímu oběhu, který obsahuje tekutinu ‒ krev, jež je mimo jiných funkcí vhodně uzpůsobena pro transport látek. Transport kyslíku je zajišťován červenými krvinkami obsahujícími látku specializovanou pro tuto funkci– hemoglobin. Aby se ale červené krvinky obsahující kyslík aplazma sživinami dostaly kpracujícím svalům, musí rytmicky pracovat srdce, aaby byl kyslík vkrevním oběhu neustále doplňován, musí se vplicích procesem dýchání neustále obnovovat vzduch. Živiny se do krevního oběhu dostávají jednak zvlastních zásob ajednak zpotravy, kterou však musí pro tyto účely zpracovat aupravit zažívací ústrojí. Toto vše ale musí probíhat vrelativně velmi stálých fyzikálních ichemických podmínkách vnitřního prostředí, ocož se mimo jiné starají kůže, ledviny aimunitní systém. Akonečně celý tento proces musí být mimořádně pečlivě řízen, koordinován auzpůsoben okamžitým podmínkám vnějšího avnitřního prostředí. Oto se starají nervový aendokrinní systém.

Zuvedeného příkladu je zřejmé, že přestože každá tkáň vykonává své vlastní specifické funkce, jsou ve skutečnosti všechny tyto funkce propojeny ařízeny tak, aby vkonečném výsledku splnily společný úkol.

1.2Buňka

Základní stavební jednotkou každého živého organismu je buňka. Vlidském těle je dohromady více než 200 různých druhů buněk, pokud však pomineme histologickou podobu nebo embryologický původ, pak zčistě funkčního hlediska máme ve svém organismu pouze pět základních typů buněk:

1.nervové buňky

2.svalové buňky

3.epitelové buňky

4.buňky pojivových tkání

5.krevní elementy

Neurony jsou specializovány na získávání, přenos, zpracovávání aukládání informací. Základní formou informace vnervovém systému je elektrický signál. Některé neurony se specializují na získávání informací ovlastnostech našeho vnějšího ivnitřního prostředí, jejich zakódování do elektrických signálů apřenos do integračních center. Jiné neurony naopak přenášejí informaci zintegračních center do orgánů atkání lidského těla ařídí jejich činnost. Integrační centra (centrální nervový systém) pak informace zpracovávají, podle potřeby je ukládají avypracovávají plán reakce organismu na získané informace včetně jeho realizace.

Svalové buňky jsou stejně jako neurony dráždivými buňkami, jsou tedy schopné odpovědět na adekvátní podnět elektrickým signálem. Navíc jsou na rozdíl od neuronů také buňkami schopnými kontrakce. Jsou proto specializované na generování mechanické síly apohybu. Buňky kosterního svalu jsou pod volní kontrolou, zatímco buňky hladkých svalů abuňky srdečního svalu pod volní kontrolou nejsou.

Epitelové buňky vytvářejí souvislé plochy sestávající zjedné nebo více buněčných vrstev na tzv. bazální membráně. Jejich úkolem je vytvářet bariéry mezi intersticiální tekutinou (tkáňovým mokem) abuď okolním prostředím, nebo obsahem dutých orgánů (např. krevních cév, močového měchýře, střeva, ledvinných tubulů apod.), atak pomáhají udržet rozdílné chemické a/nebo fyzikální vlastnosti takto oddělených prostředí. Některé epitelové buňky vytvářejí žlázy, které syntetizují asecernují látky do zevního prostředí (exokrinní žlázy) nebo do vnitřního prostředí (endokrinní, parakrinní aautokrinní žlázy).

Buňky pojivových tkání (např. osteocyty, chondrocyty, fibrocyty nebo adipocyty) vytvářejí tkáně, které slouží jako opěrné azpevňující struktury (kosti, chrupavky, bazální membrány apod.), spojují různé orgány atkáně (např. šlachy avazy) nebo představují tepelnou či mechanickou izolaci asoučasně zásobárnu energie (tuková tkáň). Pro většinu ztěchto tkání jsou proto důležité jejich mechanické vlastnosti, které jsou určovány složením mezibuněčné hmoty obklopující buňky aobsahem proteinů (elastinu akolagenu) vtéto hmotě.

Krevní elementy mají různé specializace. Leukocyty jsou specializovány na zprostředkování imunitní odpovědi organismu na cizorodé materiály amikroorganismy. Erytrocyty (bezjaderné buňky) transportují vtěle kyslík ačástečně také oxid uhličitý. Trombocyty (vpodstatě úlomky „mateřské“ buňky) se pak významnou měrou podílejí na pochodech vedoucích kzástavě krvácení.

1.2.1Buněčné organely

Každá buňka je obalena plazmatickou membránou, která odděluje vlastní obsah buňky od extracelulárního prostředí. Během vývoje se vbuňkách vytvořily funkční struktury, tzv. buněčné organely (obr.1.1), které jsou uloženy vcytosolu (intracelulární tekutině). Organely vykonávají specifické funkce vbuňce, podobně jako orgány vykonávají specifické funkce vlidském těle.

Obr.1.1 Schéma buňky ajejích nejdůležitějších organel

Buněčné jádro (nucleus) obsahuje všechny buňky schopné reprodukce. Jádrem rozumíme oblast buňky, kde je deponována převážná část její genetické informace. Ztoho vyplývají tři základní úlohy jádra: 1. regulace diferenciace amaturace buňky, 2.replikace apřenos genetické informace do nové buňky a3. syntéza informační RNA (messenger RNA, mRNA), transferové RNA (tRNA) iribozomální RNA (rRNA) ajejich transport do cytoplazmy.

Jaderný obal tvoří dva listy jaderné membrány. Prostor mezi nimi nazýváme perinukleární prostor neboli perinukleární cisterna. Zevní jaderná membrána přechází na mnoha místech vmembránu granulárního endoplazmatického retikula. Vnitřní jadernou membránu aperinukleární cisternu prostupuje několik tisíc jaderných pórů překrytých velmi tenkou membránou.

Chromatin, chromozomy. Chromatinem rozumíme substanci viditelnou ve světelném mikroskopu jako nepravidelné nahromadění bazofilního materiálu během interfáze buněčného cyklu. Základní složku chromatinu tvoří komplex deoxyribonukleová kyselina (DNA)-protein. Během mitózy dochází kuspořádání chromatinu do specifických jaderných struktur, chromozomů. Ty nesou genetickou informaci aběhem interfáze mají dvě základní funkce. Řídí metabolismus idiferenciaci buňky areplikací svého materiálu se připravují na příští mitózu.

Jadérko (nucleolus). Jaderná organela neohraničená membránou aviditelná během interfáze buněčného cyklu se nazývá jadérko. Je lokalizováno buď volně vkaryoplazmě, anebo nasedá na vnitřní jadernou membránu. Jadérko představuje část chromatinu syntetizujícího ribozomální RNA, na níž se navazují ribozomální proteiny. Fibrilární RNA se kondenzuje do tvaru granulárních podjednotek– ribozomů. Ty jsou posléze transportovány prostřednictvím jaderných pórů do cytoplazmy, kde hrají zásadní roli při syntéze proteinů (obr.1.2).

Obr.1.2 Jaderné řízení proteosyntézy

Ribozomy jsou denzní granulární organely tvořené rRNA aproteiny zúčastněnými na proteosyntéze. Tvoří složitý komplex, skládající se zmalé avelké podjednotky, jenž se posunuje po řetězci mRNA apřitom podle informace zapsané vtéto molekule syntetizuje peptidový řetězec. Po jednom vlákně mRNA se současně pohybuje několik ribozomů. Tyto skupiny ribozomů se označují jako polyribozomy (polyzomy).

Ribozomy se vbuňce vyskytují jako volné vcytoplazmě nebo vázané na membránu granulárního endoplazmatického retikula či na zevní jadernou membránu.

Endoplazmatické retikulum (ER). Organelu tvořenou nepravidelným systémem membrán uspořádaných do anastomózujících cisteren, lamel asakulů nazýváme ER. Vnitřní prostor cisteren vyplňuje endoplazmatická matrix. Podle přítomnosti či nepřítomnosti ribozomů vázaných na cytoplazmatický povrch rozlišujeme granulární aagranulární ER. Vnitřní prostor endoplazmatického retikula komunikuje sperinukleární cisternou.

Granulární endoplazmatické retikulum má na svém povrchu obráceném do cytoplazmy vázány četné ribozomy apolyribozomy, jež jsou zapojeny do proteosyntézy. Vzniklé proteiny jsou inkorporovány do plazmatických membrán nebo jiných organel buňky, nebo jsou cestou Golgiho aparátu secernovány ven zbuňky. Nově tvořené řetězce polypeptidů penetrují přes membránu do nitra cisteren, tedy do endoplazmatické matrix. Zde jsou téměř všechny molekuly glykosylovány na glykoproteiny. Ty jsou pak distribuovány transportními vezikuly do Golgiho aparátu (obr.1.3).

Agranulární endoplazmatické retikulum. Na povrch agranulárního ER se nevážou ribozomy. Toto ER nejen syntetizuje lipidy, především fosfolipidy, triglyceridy acholesterol, ale zajišťuje ještě celou řadu dalších funkcí. Jsou vněm lokalizovány enzymy kontrolující glykogenolýzu avjátrech také detoxikační enzymy, které se zapojují do procesů detoxikace některých endogenních aexogenních látek. Další významnou funkci agranulárního endoplazmatického retikula představuje akumulace Ca2+ iontů.

Golgiho aparát (obr.1.3) spojuje velmi úzký vztah sendoplazmatickým retikulem. Tvoří ho lamely nebo cisterny orientované konvexitou směrem kjádru. Od endoplazmatického retikula se stále odštěpují malé transportní vezikuly, které posléze splývají s„formujícím povrchem“ Golgiho aparátu.

Obr.1.3 Golgiho aparát

Funkce Golgiho aparátu kontroluje buněčné jádro, které sním mj. komunikuje cestou transportních vezikul odštěpovaných zjaderné perinukleární cisterny. VGolgiho aparátu se syntetizují polysacharidy apokračuje zde isyntéza glykoproteinů. Především ale vGolgiho aparátu dochází khromadění produktů endoplazmatického retikula akjejich ukládání do vysoce koncentrovaných sekrečních vezikul. Tyto vezikuly posléze získají obal znově vytvořených membrán anakonec se zGolgiho aparátu uvolní.

Lyzozomy vznikají vGolgiho aparátu apředstavují intracelulární „trávicí aparát“. Jedná se omalé sférické organely obklopené jednoduchou membránou, vnichž bylo dosud popsáno více než 40 kyselých hydroláz, jež jsou schopné štěpit prakticky všechny makromolekuly. Potřebnou aktivitu kyselých hydroláz zajišťuje vnitřní kyselé prostředí lyzozomů udržované protonovou pumpou vmembráně lyzozomu.

Peroxizomy se tvoří nejčastěji vendoplazmatickém retikulu amají formu sférických buněčných organel obklopených jednoduchou membránou. Obsahují peroxidázu, katalázu, dehydrogenázu D-aminokyselin aurikázu. Jejich hlavní funkcí je degradace některých organických molekul, jako aminokyselin, mastných kyselin atoxických cizorodých materiálů, redukce H2O2 na vodu akyslík aoxidace řady látek, jež by mohly být buňce nebezpečné.

Mitochondrie jsou membránou ohraničené semiautonomní organely obsahující enzymatické systémy produkující základní energii buňky ve formě makroergních fosfátových vazeb. Nacházejí se prakticky ve všech buňkách ave všech oblastech buňky. Základní strukturu mitochondrií tvoří dvě lipidoproteinové membrány, přičemž vnitřní znich je zřasena vkristy. Vnitřní prostor mitochondrie vyplňuje gelovitá mitochondriální matrix obsahující řadu enzymů, mitochondriální DNA, mitochondriální granula, ribozomy, kapénky lipidů aglykogenová granula.

Hlavní úloha mitochondrií spočívá vzískávání auvolňování energie pro činnost buňky. Tuto funkci mitochondrie uskutečňuje spřaženým systémem biologických oxidací, což jsou tři na sebe navazující pochody: Krebsův cyklus, oxidace vodíku vdýchacím řetězci aoxidativní fosforylace. VKrebsově cyklu se zorganických látek uvolňuje vodík oxidovaný dále vdýchacím řetězci na vodu. Při této reakci dochází kakumulaci energie získané zpřenosu elektronů do makroergních fosfátových vazeb. Tento proces se označuje jako oxidativní fosforylace. Při něm nastává přeměna adenosindifosfátu (ADP) na energii bohatý adenosintrifosfát (ATP). Ten je transportován translokací extramitochodriálně adifunduje buňkou do potřebných oblastí. ATP představuje dárce energie pro celou řadu buněčných pochodů. Po odevzdání energie se ATP mění na ADP, jenž vstupuje znovu do oxidativní fosforylace, kde se opět přeměňuje na ATP.

Adenosintrifosfát (ATP) zajišťuje potřebnou energii zejména pro tři zásadní procesy (obr.1.4): Jedná se otransportní práci, tj. přenos látek přes buněčné membrány, omechanickou práci, energie zajišťuje svalovou kontrakci všech typů svalů aslouží ipro funkci cytoskeletu acilií aopráci chemickou, tedy při energetickém pokrytí syntézy mnoha tisíc typů makromolekul.

Obr.1.4 Role adenosintrifosfátu (ATP) vbuňce

Cytoskelet tvoří síť mikrofilament, mikrotubulů, intermediárních filament amikrotrabekul procházející celou buňkou azodpovídající za dynamickou organizaci cytoplazmy, mechanickou oporu organel, vytváření spojů se sousedními buňkami itransport substancí tělem buňky. Fibrózní proteiny, které jsou chemickou podstatou cytoskeletu, tak vytvářejí velmi dynamický systém, jehož některé části jsou neustále syntetizovány asoučasně jiné zanikají, cytoskelet spojuje organely aplazmatickou membránu, fixuje tvar buňky ipozici organel avytváří podklad pro změny tvaru buňky apřípadně ijejí aktivní pohyb.

Plazmatická membrána (PM). Plazmatickou membránou rozumíme strukturu zajišťující integritu buňky jako základní jednotky tkáně ohraničením těla této buňky včetně jejích výběžků. Do značné míry buňku chrání před zevními vlivy apodílí se na zachování jejího tvaru. Membrána nemá rigidní charakter– je tekutá. Zfunkčního imorfologického hlediska představuje jednu znejdůležitějších buněčných organel.

Základní matrix PM tvoří lipidy ‒ především fosfolipidy, glykolipidy acholesterol. Vdvojvrstvě jsou hydrofilní části molekul lipidů orientovány vně. Na ně se vážou glykolipidy aoligosacharidy. Hydrofobní části molekul lipidů vytvářejí dva hydrokarbonové řetězce aorientují se dovnitř. Cholesterol mj. reguluje (redukuje) fluiditu membrány. Proteiny netvoří pouze povrch PM, ale jsou do lipidové vrstvy též zanořeny. Hydrofilní konce proteinů mají orientaci shodnou se stejnou částí molekuly lipidů, tedy vně na povrch membrány. Zastoupení proteinů vmembránách se výrazně liší podle typu tkáně ibuňky ačiní přibližně 25–75% hmotnosti membrány. Proteiny představují strukturální základ iontových kanálů iakvaporinů azajišťují facilitovanou difuzi iaktivní transport látek přes membránu ajsou základem receptorových systémů.

Dynamickou strukturumembrány dokumentuje tzv. „model tekuté mozaiky“ (obr.1.5). Vněm vytváří membránu tekutá fáze lipidů smozaikovitě zabudovanými globulárními proteiny. Tyto proteiny, jejichž část je na povrchu lipidové matrix (periferní proteiny) ačást membránou prostupuje (integrální proteiny), jsou často vrámci membrány vysoce mobilní. Řadu proteinů naopak fixuje na místě cytoskelet nebo tight junctions. Kromě lipidoproteinové struktury bývá kširší membráně počítán ještě „plášť membrány (glykokalyx)“, což je síť molekul oligosacharidů, glykolipidů aglykoproteinů, kterou kovalentní vazby spojují se základní strukturou membrány.

Obr.1.5 Plazmatická membrána ‒ model tekuté mozaiky

Mezibuněčné kontakty lze podle počtu vrstev kontaktu, šířky mezibuněčného prostoru ajeho symetrie rozdělit do tří hlavních kategorií:

1.Zonula occludens, vníž dochází ktěsnému přiblížení obou zevních listů membrán atím kutěsnění mezibuněčného prostoru. Ztohoto spojení se podle počtu listů vydělují dvě skupiny gap junctions, kde dochází kvýraznému přiblížení zevních listů, ale bez úplného uzavření štěrbiny, akteré především zajišťují metabolické aelektrické propojení buněk, jejich kooperaci apředávání informací. Druhou skupinou jsou tight junctions (pravé těsné spojení), což jsou místa zvýšené soudržnosti buněk. Tento typ spojení se typicky vyskytuje vendotelových tkáních specializovaných na molekulární transport.

2.Zonula adhaerens, vníž se obě membrány přibližují pouze volně. Na vnitřní strany membrán tohoto kontaktu zasahují symetricky uložená tonofilamenta (cytoskelet).

3.Macula adhaerens (desmozom) představuje diskoidní útvar srelativně širokým intercelulárním prostorem, vněmž mezi membránami uložený denzní materiál symetricky rozděluje štěrbinu. Desmozom zajišťuje především bodové, obzvláště pevné mechanické spojení buněk, proto se nachází zejména tam, kde je tkáň vystavena mechanickým stresům.

Intracelulární membrány. Zhruba polovinu objemu buňky vyplňují organely také ohraničené membránami (což jsou všechny uvedené organely svýjimkou ribozomů acytoskeletu).

1.2.2Receptory

Informace předávaná mezi buňkami je nesena signálními molekulami– hormony, transmitery, imunomodulátory (cytokiny, chemokiny), růstovými faktory, součástmi extracelulární matrix. Signální molekuly se vážou na specifické struktury– receptory. Zde je třeba oddělit dva zásadně odlišné významy slova receptor. Je to:

1.buď buňka (vširším slova smyslu orgán), která je schopna převést podnět na vzruch,

2.nebo bílkovina, která po navázání ligandu mění svou konformaci, což vede ke změně dalších struktur.

Vnásledujícím výkladu je receptor chápán jako bílkovina, která se podílí na signalizaci.

Receptory jsou velice dynamickou strukturou, schopnou během milisekund měnit svoji konformaci. To se může dít tehdy, pokud je receptor nadměrně aktivován, nebo vopačném případě, pokud je jeho aktivace nedostatečná.

Receptory se dělí do dvou hlavních skupin podle lokalizace (přehled jednotlivých typů receptorů podává obrázek 1.6):

1.receptory cytoplazmatické

2.receptory membránové

Obr.1.6 Schéma jednotlivých typů receptorů ‒ shora zleva: receptor spřažený sG-proteiny; receptor, který je součástí iontového kanálu; receptor svlastní tyrozinkinázovou aktivitou; cytoplazmatický (steroidní) receptor

Signální molekuly se nevážou pouze na jeden typ receptorů ajedna molekula ovlivňuje vždy několik skupin receptorů.

1.Receptory cytoplazmatické. Cytoplazmatické receptory se vsignalizaci uplatňují především jako zprostředkovatelé vlivu hormonů. Interagují obecně stakovými signálními molekulami, které jsou lipofilní, ajsou tedy schopné pronikat do cytoplazmy.

2.Receptory membránové. Membránové receptory jsou hlavním typem proteinu, který zodpovídá za přenos informace mezi jednotlivými buňkami. Může zde jít jednak opřímý komunikační vliv (chemická synapse), jednak oefekt dálkový daný vazbou hormonu vyplaveného do oběhu (např. adrenalinu vyplaveného při stresu). Dělí se do následujících skupin:

a)receptory, které jsou součástí iontového kanálu

b)receptory, které mají samy osobě enzymatickou aktivitu

c)receptory spřažené sG-proteiny

Zvláštními skupinami receptorů jsou receptory, které zprostředkovávají signalizaci jednak realizovanou interakcí buněk sjejich bezprostředním okolím (ať už to je sextracelulárním matrix či sjinými buňkami vsousedství) ajednak vimunitních reakcích. Tyto skupiny receptorů signalizují odlišně od předcházejících skupin membránových receptorů arozdělují se na:

d)integriny, které jsou důležité pro interakce buňka-buňka či buňka-matrix

e)toll-like receptory, které se uplatňují vimunitních reakcích

Ad a. Receptory, které jsou součástí iontového kanálu, jsou ze strukturního hlediska buď pentamery, nebo tetramery, přičemž vkaždé podjednotce prochází bílkovinný řetězec 4krát (případně 3krát) plazmatickou membránou. Dělí se podle stupně homologie aminokyselinových zbytků nebo podle typu kanálu, jehož jsou součástí– tedy iontové kanály pro kationty či anionty.

Ad b. Receptory svlastní enzymatickou aktivitou (katalytické receptory) představují takovou strukturu, vníž je podjednotka integrovaná do membrány sama schopná katalyzovat některé děje. Tuto skupinu je možné rozdělit podle enzymatické aktivity jim vlastní do sedmi skupin, znichž uvádíme dvě nejvýznamnější:

Tyrozinkinázová aktivita– sem se řadí např. inzulinový receptor nebo receptory pro růstové faktory– aguanylátcyklázová aktivita– typicky sem patří např. receptor pro atriální natriuretický peptid (ANP); vnervovém systému tyto receptory především zprostředkovávají trofické funkce.

Ad c. Receptory spřažené sG-proteiny (GPCR). Tento typ receptorů tvoří největší skupinu membránových receptorů. Strukturně jde ve všech případech oglykoproteinové řetězce, které procházejí 7krát membránou. Signální molekula se ureceptorů pro velké molekuly váže na extracelulárně vyčnívající N-konec, případně může vazebné místo zahrnovat iněkteré části transmembránových zón. Ureceptorů pro malé signální molekuly působek většinou interaguje saminokyselinovými zbytky transmembránových zón.

Jako G-proteiny označujeme GTP (guanosintrifosfát) vázající regulační proteiny, které zprostředkují přenos zcelé řady receptorů na efektorové molekuly (např. iontové kanály). Jedná se oheterotrimery složené zpodjednotek α, β aγ. Množství typů aktivovaných G-proteinů je obrovské, tomu odpovídá imnožství enzymů jimi aktivovaných. G-proteiny ale neaktivují pouze enzymy. Vzhledem ke svým vlastnostem mohou aktivovat iiontové kanály, ato buď přímo, tedy vazbou na iontový kanál, nebo působením přes některý zenzymů.

Ad d. Integriny jsou receptory zprostředkovávající spojení mezi buňkou astrukturami, které ji obklopují, což mohou být buď buňky, nebo extracelulární matrix. Mimoto hrají úlohu vbuněčné signalizaci, určují buněčný tvar, mobilitu aregulují buněčný cyklus. Signalizační kaskáda, spouštěná integriny je odlišná od ostatních receptorů, aproto se vyčleňují jako jejich zvláštní skupina. Integriny jsou ze strukturního hlediska obligatorní heterodimery aobsahují dva řetězce: α-podjednotku aβ-podjednotku.

Ad e. Toll-like receptory jsou skupinou proteinů, které hrají klíčovou roli ve vrozených imunitních funkcích. Jde ojednořetězcové struktury procházející 1krát membránou, které rozpoznávají strukturálně konzervované molekuly cizorodých agens. Tím se spouští signalizační kaskáda, která je odlišná od ostatních receptorů, jež se uplatňují vimunitních reakcích (akteré odpovídají dříve popsaným signalizačním cestám).

Jedna signální molekula (mediátor, ligand) se většinou váže na různé skupiny receptorů. Kromě toho jeden podtyp receptoru nemusí ovlivňovat pouze jednu podjednotku či jeden podtyp G-proteinu, podobně jeden G-protein může interagovat svíce efektory.

Typickými příklady signálních molekul, které se vážou na více typů receptorů, jsou zejména:

•Acetylcholin, jenž se váže na nikotinový receptor (iontový kanál) ana muskarinový receptor (GPCR).

•Kyselina γ-aminomáselná (GABA) se váže jednak na GABAA (iontový kanál) aGABAB (GPCR).

•Glutamát pak má receptory, které jsou součástí iontového kanálu (NMDA, AMPA), ale též GPCR– mGluR.

•Atriální natriuretický peptid (ANP)– jeho receptory mohou mít vlastní guanylátcyklázovou aktivitu (R1), avšak typ R2 (neboli ANPC) je spřažen sG-proteiny.

Běžně se také dokumentuje, že ilátky lipofilní (steroidy) působí nejen na cytoplazmatické receptory, ale ina receptory membránové. Pro androgeny aneurosteroidy byl popsán nedávno imechanismus působení, ato cestou pertuzistoxin-senzitivního G-proteinu aktivujícího PLC. Podobně se předpokládá ipřítomnost receptorů pro hormony štítné žlázy na cytoplazmatické membráně.

Změna úrovně signalizace je nezbytným předpokladem toho, aby byla udržena homeostáza. Pokud dochází kovlivňování receptorového systému, který byl nadměrně aktivován, hovoříme ohomologních regulacích. Pokud se změny vreceptorových systémech dotýkají nejen původně aktivovaných receptorů, označuje se tento typ regulace přenosu signálu jako heterologní regulace. Oba typy regulačních pochodů se mohou uplatňovat jak vnormě (jako homeostatický mechanismus), tak vpatologii (kdy nároky vybočující znormy vedou kselhání homeostatických mechanismů).

■Homologní regulace

Změny úrovně přenosu signálu receptory existují jak ve smyslu minus, tak ve smyslu plus. Vprvním případě hovoříme odesenzitizaci, která je založena na tzv.down-regulaci, tj. snížení počtu receptorů pro příslušného agonistu, pokud jeho působení na receptor je dlouhodobé. Jde vpodstatě ojednoduchou zpětnou vazbu, kdy chronicky zvýšená koncentrace ligandu vede ke snížení počtu receptorů. Vedruhém případě hovoříme osenzitizaci aup-regulaci (zvýšení počtu receptorů). Kzesílení odpovědi dochází nejčastěji zvýšením aktivity enzymu tvořícího druhého posla, což může být spojeno se zvýšením počtu receptorů.

■Heterologní regulace

Receptorový systém může ovlivňovat úroveň přenosu jiným receptorovým systémem na dvou úrovních:

1.zesílením či zeslabením přenášeného signálu, aniž se mění množství receptorů ovlivňovaného systému (heterologní senzitizace či desenzitizace). Mechanismus heterologní senzitizace není znám, ureceptorů spřažených sG-proteiny (ale také udalších typů heterologních desenzitizací) je přikládán fosforylaci receptorů kinázami aktivovanými druhým poslem.

2.změnou počtu receptorů jiného systému (cross-regulace, heterologní up- či down-regulace). Změny počtu receptorů mají příčinu ve změnách přenosu genetické informace. Cross-regulace představuje regulační mechanismus, při kterém produkt nebo druhý posel jedné signalizační kaskády slouží jako inhibitor nebo naopak aktivátor kaskády jiné.

1.2.3Celulární transportní systémy

Transport látek na buněčné úrovni můžeme rozdělit do dvou základních skupin:

1.na paracelulární transport, kde je limitujícím faktorem především typ afunkční stav přítomných intercelulárních kontaktů (zejména gap junctions atight junctions)

2.na transcelulární transport, jenž závisí na jednotlivých mechanismech transportu transmembránového (obr.1.7).

Obr.1.7 Základní mechanismy transmembránového transportu

Síly, které řídí transport látek přes membránu, jsou jednak chemické, tj. koncentrační gradient, jednak elektrické, tj. elektrický gradient. Transport látky ve směru gradientu je pasivní, to znamená, že nevyžaduje energii. Transport látky proti gradientu musí být aktivní, tedy spotřebovává energii, ato buď přímo (primární aktivní transport), nebo nepřímo (sekundární aktivní transport) (tab.1.1).

Tab.1.1 Základní charakteristiky hlavních transportních mechanismů přes plazmatickou membránu

Prostá difuze

Zprostředkovaný transport

pasivní

aktivní

iontové kanály

facilitovaná difuze

primárně aktivní

sekundárně aktivní

směr transportu

ve směru
gradientu

ve směru gradientu

ve směru gradientu

proti směru gradientu

proti směru gradientu

transportní protein

ne

ano,
iontový kanál

ano,
nosič

ano,
pumpa

ano,
pumpa

spotřeba energie

ne

ne

ne

ano

ano

zdroj energie

ne

ne

ne

ano, ATP

ano, gradient jiné látky

specifičnost transportu

ne

ano

ano

ano

ano

charakter substrátu

hydrofobní

hydrofilní

hydrofilní

hydrofilní

hydrofilní

Prostá difuze

Tímto způsobem pronikají prakticky volně lipidovou dvouvrstvou látky rozpustné vlipidech. Kromě nich procházejí skrze membránu prostou difuzí také některé malé neutrální molekuly jako např. O2 či CO2 avněkterých případech také voda. Prostá difuze se odehrává ve směru koncentračního (případně elektrického) gradientu ajejí rychlost je kromě velikosti elektrochemického gradientu ovlivněna několika faktory: teplotou, plochou membrány, přes kterou se difuze uskutečňuje, propustností membrány pro danou látku.

Facilitovaná (usnadněná) difuze

Při facilitované difuzi hraje hlavní roli činnost transportních proteinů. Transportní bílkovinou (tzv. nosičem) je integrální protein, který naváže difundující látku na jedné straně membrány apřenese ji na druhou stranu prostřednictvím změny své konformace. Tak dojde kpřenosu molekuly nebo iontu mnohem větší rychlostí než při prosté difuzi. Rychlost ovlivňují zejména tři faktory: elektrochemický gradient, transportní rychlost konkrétního nosiče (ta závisí na jeho povaze ana podmínkách transportu, např. teplotě, pH apod.), ataké počet dostupných transportních bílkovin na membráně (řada hormonů zprostředkovává svůj účinek na tkáň právě ovlivněním počtu nosičů vbuněčných membránách, např. inzulin).

Sekundární aktivní transport

Tento přenašečový systém pro své fungování nepotřebuje energii, achápeme ho proto jako pasivní, pracuje však ve spojení sjiným systémem spotřebovávajícím energii. Spřažený transport dvou látek týmž směrem je označován jako symport, transport opačným směrem jako antiport.

Primární aktivní transport

Probíhá proti elektrochemickému gradientu, což vyžaduje přísun energie. Nejrozšířenějším typem aktivního transportu je Na+-K+ pumpa přítomná prakticky ve všech buněčných membránách, jež přispívá zejména ke stabilizaci klidového rozložení iontů po obou stranách membrány. Její funkce závisí na spotřebě metabolické energie. Systém transportuje Na+ mimo buňku aK+ do buňky. Udržuje tedy uvnitř nižší koncentraci sodíku než draslíku. Tyto systémy mají značnou energetickou spotřebu reprezentující přibližně 1/3 energie buňky. Ve velmi aktivních buňkách tato hodnota stoupá až na 70%. Vlastní přenos probíhá prostřednictvím membránového proteinu, jenž má ATPázovou aktivitu.

Endocytóza aexocytóza

Řada látek nemůže pronikat ani lipidovou dvouvrstvou ani transportními proteiny. Platí to především pro makromolekuly, např. pro cholesterol aproteiny. Přesto ityto látky mohou prostupovat přes membránu uzavřeny do transportních vezikul. Jejich vlastní průnik membránou umožňuje právě funkce endocytózy aexocytózy (obr.1.8 a1.9). Jde-li otransport celých částic, např. bakterií nebo odumřelých buněk, označuje se tento proces také jako fagocytóza. Jedná-li se opřenos tekutých kapének, bývá označován jako pinocytóza.

Obr.1.8 Endocytóza

Obr.1.9 Exocytóza

Difuze iontovými kanály

Velká skupina látek, především ionty avoda, procházejí přes membránu „póry“. Strukturální základ těchto pórů představuje vodou naplněný kanál vtransportním proteinu, jímž mohou difundovat ionty.

Podle mechanismu řízení lze iontové kanály rozdělit do pěti základních skupin:

1.iontové kanály stále otevřené

2.iontové kanály napěťově řízené

3.iontové kanály řízené chemicky

4.iontové kanály řízené napětím ichemicky

5.iontové kanály řízené mechanicky

1.Iontové kanály stále otevřené. Ionty procházejí většinou přes membránu „póry“ tvořenými transportními proteiny vmembráně. Ionty se pohybují díky gradientu po svém koncentračním spádu avzhledem ktomu, že nesou elektrický náboj, jejich pohyb rovněž ovlivňuje membránový potenciál. Vnitřní tvar kanálu se mění spontánně svysokou frekvencí mezi otevřeným azavřeným stavem. Proteiny mají vysoce dynamické pulzující struktury aani iontové kanály nejsou rigidní trubice, ale spíše vodou naplněné labyrinty rychle měnící konfiguraci ielektrický náboj. Často vykazují proteinové kanály vysoce selektivní permeabilitu pro transport jednoho nebo ivíce iontů či molekul.

2.Iontové kanály napěťově řízené. Napěťově řízené kanály charakterizuje změna jejich propustnosti pro příslušné ionty. Ke změně permeability kanálů dochází vdůsledku konfigurační změny molekuly proteinu, jež kanál tvoří. Kanály řízené napětím mění svoji permeabilitu, tj.tvar molekuly transportního proteinu, vdůsledku změny elektrického potenciálu na buněčné membráně. Silný negativní náboj na vnitřní straně buněčné membrány udržuje iontové kanály těsně uzavřené. Jakmile na intracelulární straně membrány začne negativní náboj klesat, kanály se otevřou (obr.1.10) aumožní iontům proniknout přes membránu. Napěťově řízené iontové kanály reagují na změnu polarizace membrány surčitým zpožděním charakteristickým pro jednotlivé typy kanálů.

Obr.1.10 Napěťově, chemicky amechanicky řízené iontové kanály

3.Iontové kanály řízené chemicky. Změnu prostupnosti iontového kanálu řízeného chemicky vyvolává vzájemná reakce mezi receptorem aiontovým kanálem. Na receptor se naváže ligand (např. hormon nebo neurotransmiter), ato vyvolá otevření kanálu. Mechanismy vedoucí od povelu zreceptoru kotevření kanálu mohou být různé:

•receptor tvoří bezprostřední součástí kanálu

•aktivace receptoru vyvolá prostřednictvím G-proteinu reakce vedoucí kfosforylaci kanálu

•aktivace receptoru vyvolá prostřednictvím G-proteinu reakce měnící buněčnou koncentraci látkových faktorů, ale nevedou kfosforylaci kanálu

•aktivace receptoru se prostřednictvím G-proteinu přímo přenáší na iontový kanál

4.Iontové kanály řízené napětím ichemicky. Tyto kanály se otevírají při depolarizaci membrány. Pravděpodobnost, že se otevřou, resp. doba, po kterou zůstanou otevřené při určitém stupni depolarizace membrány, však závisí na ovlivnění receptorů.

5.Iontové kanály řízené mechanicky. Mechanicky řízené iontové kanály (kanály citlivé na „napnutí“ cytoskeletu) představují nezbytnou součást celé řady mechanoreceptorů. Natažení buněčné membrány přímo mechanicky otevírá iontový kanál.

Akvaporiny

Voda může difundovat plazmatickou membránou jen velmi omezeně. Tento proces navíc výrazně závisí na teplotě aumožňují ho dynamické změny vuspořádání lipidové dvouvrstvy. Nicméně přesto jsou membrány řady buněk pro vodu velmi permeabilní, přičemž stupeň propustnosti pro vodu není na teplotě prakticky závislý. Vtakovém případě prochází voda, podobně jako ionty, póry vmembránových proteinech– „porinech“. Tyto „vodní kanály“ přitom vykazují selektivitu pouze pro prostup vody. Bílkoviny vytvářející poriny nazýváme akvaporiny. Selektivita je tak vysoká, že kanálem neprocházejí ani soluty ani malé molekuly. Některé ztěchto kanálů jsou řízeny chemicky, ujiných regulace není dosud známa.

1.3Tkáň, orgán, orgánový systém

Buňky stejného typu svým seskupením vytvářejí tkáň (např. neurony nervovou tkáň, svalové buňky svalovou tkáň apod.). Tkáň je tak definována jako soubor buněk, které vykonávají stejnou nebo alespoň podobnou funkci, avpřípadě některých tkání (pojivové tkáně, krev) ještě kbuňkám přistupuje další nebuněčný materiál, který vytváří danou tkáň spolu spříslušnými buňkami.

Struktura vytvořená spojením dvou nebo více tkání vykonávající určitou funkci se nazývá orgán. Jako příklad je možné uvést srdce. Srdce je tvořeno převážně svalovou tkání, obsahuje však také epitel (ten tvoří výstelku srdečních dutin), vazivo (zněj jsou mimo jiné vytvořeny srdeční chlopně), nervovou tkáň (vpodobě četných nervových zakončení), atak bychom mohli pokračovat dále. Různé orgány jsou pak uspořádány do orgánových systémů: např. vylučovací systém je tvořen ledvinami, močovody, močovým měchýřem amočovou trubicí. Některé orgány ovšem mohou patřit ido více orgánových systémů, např. pankreas patří do zažívacího systému vzhledem ke schopnosti produkovat trávicí šťávy (exokrinní funkce pankreatu), ale protože rovněž secernuje několik hormonů, patří také do systému endokrinního (endokrinní funkce pankreatu).

1.3.1Vývoj tkání

Buňky tkáně jsou uspořádány podle přesného plánu, který určuje její vlastnosti, stejně jako vlastnosti afunkci orgánu, který je zdané tkáně utvořen. Uvyšších organismů je proliferační potenciál buněk omezen jejich specializací. Proliferační potenciál je podřízen pouze potřebám průběžné obnovy aneumožňuje rozsáhlejší regeneraci. Potřebná vzájemná souhra buněk tkáně je umožněna mezibuněčnou komunikací, která dovoluje jednotlivým buňkám účastnit se plánu vývoje, případně obnovy, podle aktuálních požadavků organismu. Buněčná proliferace anásledná diferenciace je řízena:

•Přítomností růstových faktorů specifických pro danou buněčnou populaci (tkáň). Růstové faktory mají charakter signálních molekul anejsou jen materiálem nutným pro stavbu (např. nervový růstový faktor, fibroblasty stimulující faktor, hemopoetin). Úbytek růstových faktorů může vést kapoptóze (viz dále).

•Přítomností místa kzakotvení na proteiny extracelulární matrix, zvláště na bazální membránu: Vazbu umožňuje exprese specifických proteinů ze skupiny integrinů. Tak je například řízen vývoj aobnova epitelů.

•Kontaktem surčitými buňkami může být proliferace inhibována. Dosažení hranic sjinou tkání tak vede kzástavě růstu apřípadné tvorbě povrchových struktur.

•Proliferační kapacita buněčné populace může být omezena vlastnostmi genetické výbavy buněk (délkou telomer jednotlivých chromozomů). Ipotom, co se takové buňky přestanou dělit, mohou zůstat plně funkční (např. lidské fibroblasty po 50až70 děleních).

Řada buněčných populací si ponechává schopnost dělení po celý život. To umožňuje obnovu tkání, buněčné dělení je však stále přesně řízeno. Pouze vdůsledku náhodných mutací, oxidativního poškození apůsobením dalších faktorů přestanou zpětnovazebné řídicí mechanismy buněčné dělení ovládat. Tak se vysvětluje nádorová transformace buněk.

Zánik buněk

Součástí procesu tvorby aobnovy tkání je nejen vznik nových buněk, ale ijejich zánik. Rovnováha obou procesů je součástí mechanismů homeostázy. Může být vychýlena zvýšenou buněčnou proliferací vedoucí kezvětšení tkáně/orgánu (hypertrofie), případně nekontrolovanou proliferací (nádorové bujení). Rovnováha obnovy může být porušena také zvýšeným zánikem buněk. Je tomu tak při atrofii tkání nebo vdůsledku degenerativních onemocnění. Zánik buněk tedy představuje fyziologický mechanismus, který je přesně řízen programy buněčné aktivity. Buňky však mohou zanikat izjiných příčin. Jednou znich je extrémní činnost buněk (např. neuronů při epileptickém záchvatu). Další příčinou mohou být nepříznivé změny vnitřního prostředí (hypoxie, vyčerpání energetických zásob, nízká hladina některých hormonů); často se také uplatní přímé působení patogenních činitelů (toxiny, tepelné extrémy).

Fyziologický zánik buněk, který je výsledkem aktivace specifického buněčného programu, se nazývá apoptóza. Program buněčného zániku je řízen několika geny, přítomnými již uvelmi jednoduchých organismů. Může být spouštěn signálem zvenčí izbuňky samotné. Podnětem zvenčí může být například působení cytotoxického T-lymfocytu, který rozpoznal poškození buňky např. nádorem nebo infekcí virem. Buňka sama pak může apoptózu spustit například při neopravitelném poškození jaderné DNA. Vlastní průběh apoptózy využívá enzymatické aregulační výbavy buňky. Enzymy, které se nacházejí vbuňce vneaktivním stavu, jsou aktivovány nebonově vytvářeny ajejich působením dochází kfragmentaci jaderné DNA areakci cytoskeletu snásledným rozpadem buňky do apoptotických tělísek. Tyto membránou ohraničené buněčné fragmenty jsou následně fagocytovány. Důležité je, že enzymy nepoškodí okolní buňky anevyvolají zánětlivou reakci.

Při přímém poškození buňky zanikají patologickým mechanismem nekrózy (obr.1.11). Při nekróze je narušena integrita cytoplazmatické membrány, tím je porušena rovnováha vnitřního prostředí buňky, dochází kobjemovým změnám (edém) jak buňky, tak některých organel (mitochondrie, endoplazmatické retikulum, jádro). Celý proces vede kenzymatickému poškození buňky ajejímu rozpadu. Obsah buňky se vylije do okolí atakto uvolněné enzymy mohou indukovat nekrózu okolních buněk aspustit zánětlivou reakci.

Zvláštním typem zániku buněk je nekroptóza. Ta je stejně jako apoptóza geneticky regulovaným typem buněčné smrti, vykazuje ale iněkteré znaky typické pro nekrózu: zvětšení objemu organel, prasknutí plazmatické membrány avylití obsahu buňky do okolního prostředí, což může vést krozvoji zánětu.

Obr.1.11 Nekróza (nahoře) aapoptóza (dole)

Obnova tkání

Jen málokterá tkáň zůstává po celý život statická. Ve většině znich se buňky opotřebovávají, stárnou ajsou periodicky nahrazovány. Často je také stavba tkáně upravována podle okamžité potřeby. Přestože se struktura tkáně stále obnovuje, její specifické vlastnosti se nemění. To ukazuje, že obnova tkání je přesně řízena. Podle stupně obnovy můžeme tkáně rozdělovat na dvě skupiny.

1.Tkáně zbuněk, které jsou tvořeny jen vdobě embryonálního vývoje.

Buňky přetrvávají beze změny po celý život, nikdy se nedělí, apokud zaniknou, nejsou nahrazovány. Klasickým příkladem jsou buňky oční čočky, které se neobnovují, ani se neobnovuje materiál čočky, který znich pochází.

Buňky mohou být částečně remodelovány při změnách funkčního zatížení. Nervové buňky tak mohou upravovat svá synaptická zapojení jako součást tvorby paměťových stop, vdůsledku změn funkčního zatížení nebo při obnově porušených spojů. Buňky srdečního svalu mohou vdůsledku funkční zátěže hypertrofovat.

Buňky pravidelně obnovují své funkčně zatížené části. Fotoreceptory sítnice se nedělí, obnovují však svoji fotocitlivou membránu (membránu terčíků azáhybů zevního segmentu). Nové vrstvy jsou tvořeny vperinukleární zóně aposouvají se kperiferii, kde se postupně uvolňují ajsou fagocytovány (učípků trvá tento cyklus asi 10 dní).

2.Tkáně, ve kterých se buňky obnovují. Většina tkání je tvořena buňkami, které se periodicky obnovují. Rychlost obnovy se ujednotlivých tkání liší (dny až roky), může se však podle potřeby zvýšit, např. při potřebě nahradit ztracenou část populace. Nové diferencované buňky vznikají dvojím způsobem:

Prostým dělením vznikají dvě dceřiné buňky stejného typu vtkáních, kde si buňky ponechávají proliferační potenciál. Tak se tvoří například endotelové buňky nově tvořených krevních kapilár. Také regenerace vjátrech probíhá na základě dělení diferencovaných buněk– hepatocytů. Jejich počet je normálně udržován stálý, při poškození jater však zbývající hepatocyty zvyšují rychlost svého dělení adoplňují buněčnou populaci.

Proliferace nediferenciovaných kmenových buněk. Nové buňky tvořené dělením relativně nediferencovaných kmenových buněk umožňují obnovu buněčných populací, které se samy dělit nemohou (např. epidermální buňky nebo erytrocyty, buňky kosterního svalu či nervové buňky zapojené do sítě neuronálních okruhů). Přestože kmenové buňky nejsou diferencovány ve funkční elementy danné tkáně, jsou nicméně natolik specializované, že znich vzniká jen jeden typ buněk– unipotentní kmenové buňky. Tak vznikají buňky kosterního svalu ze satelitních buněk, buňky epidermis zbazálních buněk apod. Vněkterých případech je kmenová buňka zdrojem více typů buněk, jako je tomu upluripotentních kmenových buněk krevní řady. Kmenové buňky mají charakteristické vlastnosti: 1. nejsou funkčně diferencovány a2. mohou se dělit bez omezení počtu dělení. Rozdělí-li se kmenová buňka, každá zdceřiných buněk má možnost stát se opět kmenovou buňkou, nebo projít procesem diferenciace astát se specializovanou buňkou tkáně. Obvykle se tedy polovina populace dceřiných buněk diferencuje apolovina zůstává buňkami kmenovými (obr.1.12).

Obr.1.12 Obnova tkáně zkmenových buněk

Obnova krevních buněk

Krvetvorba (hematopoéza), tedy obnova krevních elementů, je založena na činnosti kmenových buněk kostní dřeně alymfatické tkáně. Krevní elementy zanikají činností makrofágového systému.

Obnova buněk vepidermis

Utkání, kde se buňky rychle obnovují, jako je například výstelka trávicího traktu nebo povrchové vrstvy kůže, je obnova výsledkem dělení kmenových buněk. Dceřiné buňky, které při dělení ztratí kontakt sbazální laminou, se diferencují, tvoří kreatin aztrácejí většinu buněčných organel. Při tom jsou novými buňkami vytlačovány směrem kpovrchu, ze kterého se posléze oddělují jako keratinové šupinky. Dceřiné buňky, které si udrží kontakt sbazální laminou, se nediferencují aplní funkci kmenových buněk.

Vývoj aobnova kosterního svalu

Vlákna kosterního svalu vznikají fúzí myoblastů následovanou tvorbou kontraktilních proteinů. To zabraňuje dalšímu dělení. Malý počet myoblastů přetrvává vpodobě satelitních buněk nacházejících se mezi sarkolemou abazální laminou svalových vláken. Působením růstových faktorů při intenzivním zatížení nebo po poranění mohou být satelitní buňky aktivovány, proliferují avytvářejí nová svalová vlákna.

Přeměna fibroblastů vjiné buňky pojivové tkáně

Fibroblasty jsou roztroušeny vpojivových tkáních ajsou zodpovědné za tvorbu některých komponent extracelulární matrix pojiva. Při poškození tkáně migrují do rány atvoří kolagenní matrix. Mohou se přeměňovat ivjiné typy mezenchymových buněk (osteocyty, chondrocyty, adipocyty, buňky hladké svaloviny).

Cyklus obnovy receptorových buněk

Receptorové senzorické buňky jsou vystaveny přímo či nepřímo řadě často velmi intenzivních podnětů. To může vést kjejich poškození, aproto je uřady znich vytvořen přirozený mechanismus obnovy. Pouze smyslové buňky sluchové afotoreceptory patří kbuňkám tvořeným pouze vembryonálním období ajejich obnova není učlověka potvrzena.

Úloha kmenových buněk vnervovém systému

Dospělý mozek byl považován za systém svysoce složitou strukturou, kde obnova jeho funkčních elementů není možná, atak je odsouzen kpostupnému úpadku. Vposledních letech se však množí důkazy opřetrvávající neurogenezi, ato iučlověka. Novotvorba neuronů se zde dává do souvislosti stvorbou paměťových stop adalšími neuroplastickými mechanismy.

Dospělé kmenové buňky aembryonální kmenové buňky

Pojem kmenová buňka, používaný vpředchozím textu, znamená dospělou kmenovou buňku. Vjiných souvislostech se hovoří oembryonálních kmenových buňkách, které jsou součástí blastocysty amají potenciál pro diferenciaci vjakoukoliv buňku (pluripotentní buňky).

1.4Vnitřní prostředí organismu

Vnitřní prostředí organismu je tvořeno vodním roztokem organických aanorganických látek. Množství vody vtěle se ovšem mění výrazně svěkem audospělých se také mírně liší podle pohlaví (užen je mírně nižší). Zatímco unovorozence tvoří voda skoro 80% tělesné hmotnosti, umladého dospělého muže představuje voda přibližně 60% tělesné hmotnosti (obr.1.13). Její podíl na tělesné hmotnosti se individuálně liší hlavně podle objemu tukové tkáně vtěle: čím více je tukové tkáně, tím menší podíl tělesné hmotnosti připadá na vodu.

Obr.1.13 Rozdělení tělesné vody do jednotlivých kompartmentů

Celková tělesná voda je obsažena ve dvou hlavních kompartmentech: vintracelulární avextracelulární tekutině.

Kompartment intracelulární tekutiny je představován vodou obsaženou vbuňkách ačiní asi 40% tělesné hmotnosti, tedy přibližně 2/3 celkové tělesné vody; kompartment extracelulární tekutiny je představován tělesnou vodou, která je mimo buňky ačiní zbývající třetinu celkové tělesné vody, tedy přibližně 20% tělesné hmotnosti. Extracelulární tekutina je tvořena dvěma kompartmenty: tkáňovým mokem (intersticiální tekutinou) aplazmou (intravaskulární tekutinou). Intersticiální tekutina obklopuje buňky různých tkání apředstavuje 75% extracelulární tekutiny (činí tedy 15% tělesné hmotnosti). Intravaskulární tekutina je uvnitř cév krevního oběhu apředstavuje zbylých 25% extracelulární tekutiny (tj. 5% tělesné hmotnosti).

Složení jednotlivých tekutin se ale významně liší, což je dáno propustností bariér, které jednotlivé kompartmenty oddělují od sebe navzájem. Přitom vnitřní prostředí musí být vinterakci sprostředím zevním. Lidský organismus je otevřený systém, vyměňuje si tedy hmotu aenergii sokolím. Itato výměna látek aenergie se musí dít přes bariéry, které chrání vnitřní prostředí organismu před negativními vlivy zevního prostředí. Tyto bariéry jsou tvořeny epitelem, rozdílným podle typu bariéry, vtěchto orgánech:

•kůže (výměna látek se děje především přes kožní žlázky– potní amazové, výměna energie, vtomto případě hlavně tepelné, celým povrchem)

•dýchací systém (výměna dýchacích plynů– kyslíku aoxidu uhličitého– avody se odehrává vplicních alveolech, malé množství látek je ale také vylučováno žlázkami dýchacích cest)

•trávicí systém (výměna látek se odehrává téměř na celém povrchu dutiny trávicího ústrojí)

•vylučovací systém (výměna látek se děje vledvinných tubulech od Bowmanova pouzdra až do sběracího kanálku)

•rozmnožovací ústrojí (výměna látek se odehrává především prostřednictvím žlázek, jako jsou např. vaginální žlázky užen nebo prostata umužů)

Je důležité si uvědomit, že veškerý obsah dutin uvedených orgánů, např. zažívacího traktu nebo dýchacích cest aplic, představuje vlastně zevní prostředí organismu. Vpraxi to znamená, že komunikační bariéry mezi vnitřním azevním prostředím organismu jsou neobyčejně rozsáhlé, amohou tak ohrožovat stálost prostředí vnitřního. Proto organismus potřebuje řadu mechanismů, které zaručují, že vnitřní prostředí si udrží relativně stálé vlastnosti, tj. chemické složení, osmolaritu, obsah vody, pH, tělesnou teplotu apod. Této důležité vlastnosti živých systémů se říká homeostáza.

1.5Homeostáza

Zevní prostředí, které nás obklopuje, se tedy svými vlastnostmi výrazně liší od našeho vnitřního prostředí, aproto má tendenci neustále naše vnitřní prostředí narušovat. Živé organismy včetně lidského jsou otevřenými systémy, které neustále komunikují sokolním prostředím. Přesto je organismus schopen tomuto nebezpečí odolávat audržovat si poměrně velmi stálé vnitřní prostředí. Významný francouzský fyziolog 19. století Claude Bernard (1813‒1878) jako první vyslovil myšlenku, že základní podmínkou pro zachování života je udržování stálého vnitřního prostředí aže všechny životně důležité pochody, byť často velmi odlišné svými mechanismy, mají jediný účel, ato zajistit stálost „životních podmínek ve vnitřním prostředí“.

Jako typický příklad základních charakteristik každého homeostatického řidícího systému si můžeme vybrat izoosmii, tedy udržování stálé osmolarity tělesných tekutin:

1.Vlidském organismu existuje ustálený stav osmolarity tělesných tekutin, který je dán především rovnováhou mezi příjmem avýdejem vody. Ustálený stav systému pak trvá, pokud trvá také rovnováha mezi příjmem avýdejem (obr.1.14).

Obr.1.15 Vyrovnáváním příjmu avýdeje jsou udržovány relativně stálé vlastnosti vnitřního prostředí