Μάθημα : ΑΝΑΤΟΜΙΑ- ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ Ι

Κυτταρική Ομοιοστασία

Ο ανθρώπινος οργανισμός αποτελείται από πολλά τρισεκατομμύρια κύτταρα. Το κύτταρο είναι η βασική ζωντανή μονάδα του οργανισμού. Αποτελείται από τον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα μέσα στο οποίο βρίσκονται τα διάφορα οργανύλλια του κυττάρου (μιτοχόνδριο, ενδοπλασματικό δίκτυο, συσκευή Golgi, λυσοσώματα). Ο πυρήνας χωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με την πυρηνική μεμβράνη και το κύτταρο από τα γύρω υγρά με την κυτταρική μεμβράνη.

Η κυτταρική μεμβράνη είναι ζωτικής σημασίας καθώς επιτρέπει την επικοινωνία με το εξωτερικό περιβάλλον για την πρόσληψη θρεπτικών ουσιών και την αποβολή άχρηστων προϊόντων. Η μεμβράνη αποτελείται από μια λιπιδιακή διπλοστιβάδα και μόρια πρωτεΐνης που διαπερνούν ή προσκολλώνται στην επιφάνειά της. Αυτή η σύνθεση επιτρέπει τη μεταφορά μορίων και ιόντων μέσα και έξω από το κύτταρο.

Στον ανθρώπινο οργανισμό, περίπου το 70% του βάρους του αποτελείται από υγρό. Ένα μέρος αυτού του υγρού βρίσκεται μέσα στα κύτταρα και είναι γνωστό ως ενδοκυττάριο υγρό. Το υγρό συστατικό του αίματος και το υγρό που βρίσκεται ανάμεσα στα κύτταρα αποτελούν το εξωκυττάριο υγρό. Έτσι, όλα τα κύτταρα ζουν μέσα στο ίδιο περιβάλλον, το εξωκυττάριο υγρό, το οποίο χαρακτηρίζεται ως το εσωτερικό περιβάλλον του σώματος. Αυτά τα δύο υγρά διαφέρουν σημαντικά στη σύστασή τους. Το εξωκυττάριο υγρό περιέχει μεγάλες ποσότητες νατρίου και πολύ μικρές ποσότητες καλίου. Αντίθετα, το ενδοκυττάριο υγρό περιέχει μεγάλες ποσότητες καλίου και μικρές ποσότητες νατρίου. Το εξωκυττάριο υγρό περιέχει επίσης μεγάλες ποσότητες άλλων ιόντων και θρεπτικές ουσίες για το κύτταρο, όπως οξυγόνο, γλυκόζη, λιπαρά οξέα και αμινοξέα. Αυτές οι διαφορές στη σύσταση των δύο υγρών είναι εξαιρετικά σημαντικές για τη ζωή του κυττάρου και τις συνολικές λειτουργίες του ανθρώπινου οργανισμού. Η κυτταρική μεμβράνη διαχωρίζει το ενδοκυττάριο από το εξωκυττάριο υγρό. Αν υποθέσουμε ότι όλες οι ουσίες που υπάρχουν σε αυτά τα δύο υγρά θα μπορούσαν να περνούν ελεύθερα από την κυτταρική μεμβράνη και προς τις δύο πλευρές της, το αποτέλεσμα θα ήταν να έχουμε την ίδια συγκέντρωση ουσιών στο ενδοκυττάριο και το εξωκυττάριο υγρό. Αυτό δεν συμβιβάζεται με τη ζωή και δεν συμβαίνει στην πραγματικότητα. Η κυτταρική μεμβράνη επιτρέπει επιλεκτικά σε ορισμένες ουσίες να περνούν από αυτή. Επιπλέον, για να δημιουργηθεί και να διατηρηθεί διαφορετική συγκέντρωση μορίων και ιόντων στο ενδοκυττάριο και το εξωκυττάριο υγρό, η κυτταρική μεμβράνη διαθέτει ειδικούς μηχανισμούς για τη μεταφορά τους μέσω αυτής.

Διάχυση, Ώσμωση και Ενεργητική Μεταφορά

Η διάχυση, η ώσμωση και η ενεργητική μεταφορά είναι τρεις βασικοί μηχανισμοί με τους οποίους οι ουσίες μεταφέρονται μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Η διάχυση ουσιών είναι μια παθητική μεταφορά που δεν απαιτεί κατανάλωση ενέργειας. Σε αντίθεση, η ενεργητική μεταφορά απαιτεί ενέργεια για τη μετακίνηση ουσιών, όπως τα ιόντα νατρίου και καλίου, μέσω της κυτταρικής μεμβράνης.

Δυναμικό Μεμβράνης και Δυναμικό Ενέργειας

Η παρουσία μεγάλου αριθμού ιόντων στο ενδοκυττάριο και το εξωκυττάριο υγρό έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία ηλεκτρικών φορτίων, θετικών ή αρνητικών, ανάλογα με τη συγκέντρωση των θετικά ή αρνητικά φορτισμένων ιόντων. Στην εσωτερική πλευρά της κυτταρικής μεμβράνης υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση αρνητικών ιόντων, κυρίως καλίου. Στην εξωτερική της πλευρά, αντίθετα, υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση θετικών ιόντων, κυρίως νατρίου. Μεταξύ της εξωτερικής και εσωτερικής πλευράς της κυτταρικής μεμβράνης δημιουργείται διαφορά δυναμικού. Το δυναμικό αυτό λέγεται δυναμικό ηρεμίας και είναι περίπου -70 mV. Αυτό σημαίνει ότι η εσωτερική πλευρά της μεμβράνης είναι ηλεκτραρνητικότερη κατά 70 mV από την εξωτερική.

Όταν επιδράσει κάποιο ερέθισμα στην επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης ενός νευρικού κυττάρου, η διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης για τα ιόντα νατρίου και καλίου στιγμιαία αλλάζει. Η μετακίνηση ιόντων έχει σαν αποτέλεσμα την αναστροφή του δυναμικού της μεμβράνης από αρνητικό σε θετικό και τη γρήγορη επαναφορά του. Οι γρήγορες μεταβολές στο δυναμικό της μεμβράνης συνιστούν το δυναμικό ενέργειας. Το δυναμικό ενέργειας που δημιουργείται σε ένα σημείο της κυτταρικής μεμβράνης μεταδίδεται πολύ γρήγορα σ’ ολόκληρη τη μεμβράνη. Η μετάδοση του δυναμικού ενέργειας κατά μήκος του νευρικού κυττάρου αποτελεί τη νευρική ώση.