Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

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

Prof. MUDr. Jindřich Mourek, DrSc.

FYZIOLOGIE (ukážka)

Učebnice pro studenty zdravotnických oborů

2., doplněné vydání

Recenzenti:

Prof. MUDr. Otomar Kittnar, CSc., MBA

MUDr. Jan Barcal, Ph.D.

TIRÁŽ TIŠTĚNÉ PUBLIKACE:

© Grada Publishing, a.s., 2012

Cover Design © Grada Publishing, a.s., 2012

Kresba na obálce prof. MUDr. Jindřich Mourek, DrSc.

Vydala Grada Publishing, a.s.

U Průhonu 22, Praha 7

jako svou 4740. publikaci

Odpovědná redaktorka Mgr. Helena Vorlová

Ilustrace Kateřina Novotná, obrázky 3.1, 3.2, 3.3, 7.1 a 13.1 dle předloh autora

nakreslila Jana Řeháková, DiS.

Sazba a zlom Jan Šístek

Počet stran 224

Vydání první, Praha 2012

Vytiskly Tiskárny Havlíčkův Brod, a.s.

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

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

ISBN 978-80-247-3918-2

ELEKTRONICKÉ PUBLIKACE:

ISBN 978-80-247-7872-3 pro formát PDF

ISBN 978-80-247-7873-0 pro formát EPUB

Předmluva

Téměř každý autor odborné monografie či vysokoškolské učebnice začíná předmluvu či úvod osvědčeným klišé – že totiž „vychází z potřeby“. Bohužel mě nenapadá nic jiného, a to z jednoduchého důvodu: je to totiž pravda. Během několikaletého přednášení fyziologie studujícím v bakalářském programu jsem zjistil, že spektrum učebních textů je silně omezeno nebo má nevhodnou skladbu. Fyziologie, i když zůstane vždy nosným oborem, představuje totiž něco analogického, jako je matematika či deskriptivní geometrie na gymnáziu. Učí souvislostem, učí kauzalitě, přináší do oboru celistvý pohled, učí propojovat vertikálně jednotlivé oblasti látky a především učí logice, protože její nejpodstatnější jádro tkví v regulačních mechanizmech. Navíc, dnešní znalosti již umožňují podstatně více nahlédnout např. do funkcí nervového systému a dát tak pojmům, jako je paměť, emoce, motivace, řeč, myšlení mnohem konkrétnější formu, a zbavit tak tuto oblast balastu psychologizování, planého a diletantského filozofování a amatérizmu.

Tato učebnice je studujícím v bakalářském programu „šitá na tělo“ a je psána tak, aby jim přinesla vše podstatné a důležité, aby ukázala na vazbu s praxí. Studenti musejí nabýt přesvědčení, že studium fyziologie není studium teoretické, ale naopak nanejvýše reálné a bezpodmínečně nutné právě pro následující kliniku a praxi. Látka je v učebnici předkládána klasickým způsobem, tj., řazení jednotlivých kapitol odpovídá předkládání učiva (a problémů) od základního kamene (tekutiny, krev) k finálnímu (regulační mechanizmy, analytické a syntetické aktivity mozku). Rozsah jednotlivých kapitol byl zvolen tak, aby pokryl a vysvětlil nejdůležitější fakta a souvislosti způsobem, který omezí memorování a spíše vybídne k aktivnímu přístupu k látce.

Bylo by šťastným završením studia nikoliv jen nabytí nezbytných vědomostí a znalostí, ale i vznik úcty a pokory k tak složitému a současně odolnému ústrojenství, jako je naše tělo.

Studium má přinášet radost: velkou radost z poznání. Rigorózum není smyslem a účelem studia, je jen jeho doprovodným (byť nutným) fenoménem. Dnešní svět fandí lidem znalým. Parazitizmus v životě a samozřejmě i ve studiu je nejen nemorálnost, ale dokonce hloupost.

Nechť se vám daří!

Praha, prosinec 2004

prof. MUDr. Jindřich Mourek, DrSc.

Předmluva ke druhému vydání

Na rozdíl od člověka (a dalších tvorů i věcí), knížka umí – alespoň dočasně – mládnout. Dostáváte druhé vydání, které je ,,omlazeno“ o nová fakta, nové interpretace a pohledy. Prosím čtenáře, aby si byli vědomi toho, že ani autor nemůže překročit ,,svůj stín“, tj. míru znalostí k dnešnímu dni. Může se tedy velmi snadno stát, že za dva tři roky se objeví nejen nová fakta, ale i skutečnosti, které nebudou jen doplňovat a rozšiřovat, ale i opravovat(!).

Každé druhé vydání je pro autora učebnice či vědecké monografie velkou satisfakcí a radostí. Ta první kniha totiž nebyla napsána nadarmo.

V předmluvě k prvnímu vydání jsem všem studentům přál především radost z vlastního procesu poznávání. To platí od dob starých Řeků do dnešního dne a bude platit i v dalších staletích. Míra neznámého – a to myslím nyní právě fyziologii či medicínu a biologii obecně – je stále ještě větší než míra poznaného.

Praha, prosinec 2011

prof. MUDr. Jindřich Mourek, DrSc.

Seznam zkratek

AA  kyselina arachidonová

ACTH  adrenokortikotropní hormon

ADH  antidiuretický hormon

ADP  adenosin-difosfát (kyselina adenosin-difosforečná)

ATP  adenosin-trifosfát (kyselina adenosin-trifosforečná)

BM  bazální metabolizmus

BMI  body mass index

cAMP  cyklický adenosin-monofosfát

CCK  cholecystokinin

cGMP  cyklický guanosin-monofosfát

ECT  extracelulární tekutina

EDRF  endothelium derived relaxing factor

EEG  elektroencefalografie

EKG  elektrokardiografie

EMG  elektromyografie

EPSP  excitační postsynaptický potenciál

ERV  expirační rezervní objem

FSH  folikuly stimulující hormon

GF  glomerulární filtrace

GH  growth hormone (růstový hormon)

GIP  gastric inhibitory peptid

GIT  gastrointestinální trakt

HEB  hematoencefalická bariéra

HDL  high density lipoproteins (lipoproteidy o vysoké hustotě)

HTK  hematokrit

ICT  intracelulární tekutina

Ig  imunoglobuliny

IPSP  inhibiční postsynaptický potenciál

IRV  inspirační rezervní objem

LDH  low density lipoproteins (lipoproteidy o nízké hustotě)

LH  luteinizační hormon

MSH  melanocyty stimulující hormon

MV  minutový objem

NEMK  neesterifikované mastné kyseliny

NK  natural killer

pasy  parasympatikus

PIH  prolaktin inhibitory hormon

PRL  prolaktin

PTH  parathormon

REM  rapid eye movement

RF  retikulární formace

RDS  respiratory distress syndrom

Rh  Rhesus factor

RV  reziduální objem

SAS  sympatoadrenální systém

SS  somatostatin

STH  somatotropní hormon (růstový)

SWS  slow wave slep (spánek, charakterizovaný pomalými vlnami)

sy  sympatikus

T4  tyroxin

VIP  vazoaktivní intestinální peptid

VKP  vitální kapacita plic

VLDL  very low density lipoproteins (lipoproteidy o velmi nízké hustotě)

V/Q  ventilačně perfuzní kvocient

1 Tělní tekutiny

1.1 Úvod a historie

Existence savčí buňky, tkáně, orgánu a tím celého organizmu je podmíněna především tzv. stabilitou vnitřního prostředí, přísunem živin a kyslíku a odváděním katabolitů (včetně CO_2). Stálost vnitřního prostředí (homeostázu) charakterizoval již v 19. století slavný francouzský fyziolog Claude Bernard jako stabilitu důležitých parametrů, jako je pH, teplota, osmolarita, objem tělesných tekutin, ale také stabilita pO_2, pCO_2 a hladiny energetických substrátů, např. glukózy. Čím je organizmus dokonalejší, tím je také stabilita vnitřního prostředí více kontrolována a regulována. Vnitřní prostředí v sobě tedy zahrnuje i přísun informačních molekul, např. hormonů.

Každá buňka v lidském těle je „obtékána“ tzv. intersticiální tekutinou (tkáňový mok) přinášející shora zmíněné živiny a udržující rovněž zmíněnou stabilitu vnitřního prostředí. Vysoká stabilita širokého spektra komponent vnitřního prostředí je např. naprosto nutná pro aktivitu takových orgánů, jako je mozek a srdeční sval.

1.2 Hlavní oddíly tělních tekutin

Význam tělních tekutin je pro homeostázu vlastně rozhodující. Je proto pochopitelné, že rozdělení tělesných tekutin v lidském těle je významné. Podíl vody na tělesné hmotnosti u dospělého muže vážícího 70 kg je 60 %, tj. 42 litrů. Nazývá se celková tělesná voda (CTV). Tato voda se dále rozděluje na tekutinu v buňkách, tj. intracelulární (ICT), která zaujímá 40 % tělesné hmotnosti., tj. 28 litrů, a na tekutinu mimo buňky, tj. extracelulární (ECT) s 20 % tělesné hmotnosti, tj. 14 litrů. Tato ECT se ještě rozděluje do dvou kompartmentů: na krevní plazmu, tj. tekutinu intravaskulární (5 % těl. hmot., tj. 3,5 litru), a tekutinu extravaskulární, tj. tkáňový mok (15 % těl. hmot., tj. 10,5 litru). Tyto hodnoty jsou ovšem typické pro dospělého muže. Ženy mají většinou podíl vody na tělesné hmotnosti o něco menší (asi o 10 %) než muži, vzhledem k tomu, že mají větší podíl tuku, který je hydrofobní. Rovněž novorozenci a kojenci vykazují rozdíly. Podíl CTV na tělesné hmotnosti je u nich až 77 % a z toho oddíl ECT je větší než ICT (ICT = 33 %, ECT = 44 %), což je opačné než u dospělého člověka. Rozdělení tekutin v těle znázorňuje obr. 1.1.

Obr. 1.1 Optické znázornění rozdělení tekutin v lidském organizmu.

Celková tělesná voda je u 70kg jedince (bez ohledu na pohlaví) asi 42 l, to je 60 % celkové tělesné hmotnosti.

Převaha ECT nad ICT u novorozenců a kojenců vysvětluje velmi snadnou dehydrataci (ztrátu tekutin) u těchto dětí např. zvracením, průjmy či nedostatečným příjmem tekutin, což je spojeno s následným těžkým rozvratem vnitřního prostředí a může vést až ke smrti.

Kromě uvedených tekutin existuje ještě tzv. transcelulární tekutina, která vznikla na podkladě transportní a sekreční aktivity buněk. K transcelulární tekutině řadíme moč, žaludeční a střevní šťávu, žluč, sliny, komorovou vodu, endolymfu a perilymfu ve vnitřním uchu, synoviální tekutinu v kloubech a mozkomíšní mok.

Látkové složení tělních tekutin podmiňuje vznik osmotických sil, které mají rozhodující význam pro udržení objemu hlavních oddílů CTV.

(Osmolalita tělních tekutin je přibližně 290 mosmol/litr). Tělní tekutiny obsahují:

1. nízkomolekulární organické látky (močovina, glukóza, aminokyseliny),

2. vysokomolekulární organické látky (bílkoviny) s tzv. onkotickým tlakem (viz dále),

3. anorganické látky (elektrolyty) mající největší podíl na osmotické hodnotě tělních tekutin (Na, Cl, K, Ca, Mg, P).

1.3 Krev

Krev je hlavní součástí vnitřního prostředí organizmu. Je to suspenze buněčných elementů, tj. krevních destiček, červených a bílých krvinek v krevní plazmě. Tvoří cca 7 % tělesné hmotnosti, tj. 4,5–5 litrů. Ženy mají o něco méně krve než muži, což je dáno opět větším podílem tukové tkáně u žen (na rozdíl od většího podílu svaloviny u mužů, která je metabolicky aktivnější než tuk).

Krevní plazma je nažloutlá kapalina, obsahující četné anorganické a organické látky. Hodnota pH plazmy (krve) je 7,4 a je poměrně velmi stabilní. Objem plazmy u dospělého člověka je cca 2,8 až 3,5 litrů. Hlavním anorganickým kationtem krevní plazmy je sodík (Na+), dále draslík (K+), vápník (Ca++), hořčík (Mg++) a anionty chloru (Cl-) a bikarbonátu (HCO_3-). Ze stopových prvků je důležité železo, jód a další (tab. 1.1).

Kalcium má mnohočetný význam. V plazmě je transportováno v několika formách. Je částečně vázáno na plazmatické bílkoviny a asi ve stejném množství je volné (difuzibilní) jako Ca2+ ionty, a tedy využitelné.

Z organických látek, které jsou obsaženy v krevní plazmě, jsou na prvním místě plazmatické bílkoviny. Jejich množství je 60–80 g/litr, v celé plazmě je jich tedy přibližně 200 g. Dělíme je na albuminy, globuliny a fibrinogen. Albuminy tvoří největší podíl plazmatických bílkovin, asi přes 40 g/l, globuliny celkem asi 26 g/l (z toho imunoglobuliny asi 15–16 g/l) a fibrinogen asi 4 g/l plazmy. Postupem času se ukázalo, že existuje mnoho dalších bílkovinných složek. Většina bílkovin, s výjimkou gama-globulinů (imunoglobulinů), se syntetizuje v játrech. Funkce plazmatických bílkovin můžeme schematicky shrnout do následujících bodů:

a) Podíl na udržování stálého objemu plazmy. Bílkoviny krevní plazmy tvoří tzv. onkotický tlak (což je součást celkového osmotického tlaku krevní plazmy, který je 5150 mm Hg) a jeho hodnota se pohybuje mezi 25–35 mm Hg. Jeho výrazné uplatnění je v kapilárách, kde na arteriálním konci krevní tlak převyšuje tento tlak onkotický, a tím dochází k filtraci tekutiny z kapilár. Na venózním konci kapilár je však zmíněný onkotický tlak vyšší než krevní a tekutina se zase z intersticia nasává zpět do kapiláry.

b) Transportní funkce. Plazmatické bílkoviny vážou, a tak transportují např. vitaminy, hormony a některé anorganické látky (železo, měď). Převážná většina lipidů v krevní plazmě je transportována ve vazbě (reverzibilní) na proteiny.

c) Udržování pH. Bílkoviny obsahují jak kyselou složku (COOH), tak i zásadotvornou (NH_2), proto mohou přijímat i odevzdávat vodíkové ionty a fungovat jako nárazník.

d) Normální hladina plazmatických bílkovin je důležitá pro tzv. suspenzní stabilitu krve.

e) Obrana organizmu. Na obraně organizmu se podílí globulinová složka plazmatických bílkovin, tzv. gama-globuliny (imunoglobuliny = protilátky). Tyto protilátky se vytvářejí ve vlastním imunitním systému (viz dále) a jejich absence znamená snížení imunity.

f) Hemokoagulace. Fibrinogen představuje vysokomolekulární bílkovinu krevní plazmy a tvoří finální složku hemokoagulačního procesu (srážení krve).

Tab. 1.1 Zastoupení nejdůležitějších prvků v krevní plazmě

Prvek

Koncentrace v plazmě

Fyziologický význam

sodík

(natrium, Na)

137–142 mmol/l

osmotický tlak, stálost objemu (izovolémie), udržování pH, hlavní kationt ECT

draslík

(kalium, K)

3,8–5,1 mmol/l

aktivace enzymů, dráždivost nervů a svalů, hlavní kationt ICT

vápník

(calcium, Ca)

2,25–2,75 mmol/l

srážlivost krve, dráždivost, nervosvalový přenos, svalová kontrakce, činnost srdce, kostní tkáň atd.

hořčík

(magnezium, Mg)

0,7–1,2 mmol/l

aktivace enzymů, tlumivé účinky na nervový systém

chloridy

96–106 mmol/l

spolu s Na udržuje osmolalitu, stálý objem i pH; žaludeční šťáva

bikarbonát

(HCO_3–)

24–35 mmol/l

transport CO_2, udržování pH

fosfor (phosphorum, P)

0,6–1,6 mmol/l

udržuje pH, kostní tkáň

Plazma dále přenáší velký počet dalších organických látek. Především je to glukóza a její hladina (glykémie) se pohybuje přibližně mezi 3,3 až 6,1 mmol/l. Představuje podstatný a hlavní energetický substrát. Vedle glukózy je v krvi obsažen ještě např. laktát (0,5–2,2 mmol/l) a další látky glycidového metabolizmu. Krevní plazma obsahuje také celou řadu dusíkatých látek (močovinu, kyselinu močovou, kreatin, kreatinin, amoniak), které představují vlastně katabolity bílkovinného metabolizmu (tzv. nebílkovinný dusík).

Selhání ledvin je charakterizováno právě vzestupem hladin uvedených dusíkatých látek, tzv. urémií.

V plazmě jsou transportovány rovněž lipidy. Celková lipémie je v našich středoevropských poměrech asi 4,0–9,0 g/l. Je závislá na podílu tuků v potravě. Cirkulující tuky mají řadu forem:

a) Neesterifikované mastné kyseliny (NEMK, v anglosaské literatuře se označují FFA, tj. free fatty acids) v množství 0,3–l,0 mmol/l představují důležitý energetický substrát (např. pro srdeční sval). Jejich hladina je silně variabilní, při nedostatku potravy, hladovění a vyčerpání se zvyšuje.

b) Velmi významným ukazatelem v plazmě je cholesterol. I když je to látka, kterou organizmus nezbytně potřebuje na stavbu a obnovu buněčných membrán a k syntéze steroidních hormonů, jeho přebytek se ukládá velmi snadno v cévách a stává se podkladem jejich aterosklerotických změn. Hladina cholesterolu v krvi je tedy důležitým prognostickým ukazatelem. U dospělého by neměla přesáhnout 5,2 mmol/l.

c) Lipidy jsou dále přenášeny ve vazbě na proteiny, tzv. lipoproteiny, rozlišené podle denzity na HDL (s vysokou denzitou – high density lipoproteins) a LDL (s nízkou denzitou – low denzity lipoproteins). Zvláště HDL jsou významné, protože přenášejí cholesterol z periferie do jater, a tak snižují riziko jeho ukládání do cévní stěny. LDL toto ukládání naopak podporují.

V plazmě se také nacházejí barviva, z nichž nejdůležitější je bilirubin (žlučové krevní barvivo). Dále hormony, vitaminy, enzymy, popř. další látky včetně léků.

Hodnoty koncentrací shora uvedených anorganických i organických látek jsou významnými ukazateli homeostázy a jsou proto velmi citlivě regulovány a udržovány.

1.3.1 Červené krvinky – erytrocyty

Červená krvinka (erytrocyt) je bezjaderná buňka, která během svého individuálního vývoje ztratila buněčné jádro. Tato ztráta je naprosto účelová, protože erytrocyt transportuje dýchací plyny (kyslík a oxid uhličitý) a buněčné jádro má živý metabolizmus; proto by významný podíl transportovaného kyslíku spotřebovalo (respektive celá buňka). Erytrocyt má bikonkávní tvar připomínající na podélném řezu cukrářský piškot, což zvětšuje povrch erytrocytu, a tím i difuzní plochu pro dýchací plyny. Normocyt (zralá krvinka uvedené velikosti) má průměr 7,4 μm a největší šířka je 2,1 μm. V krvi se objevují v malé míře i větší (makrocyty) a menší (mikrocyty) erytrocyty. Tento jev se nazývá fyziologická anisocytóza.

Počet červených krvinek se liší u mužů a u žen. Muži mají 4,3–5,3 . 10^12/litr krve, ženy 3,8–4,8 . 10^12/l krve. Tento rozdíl vzniká v pubertě a je podmíněn účinkem pohlavních hormonů.

Bikonkávní tvar, pružná membrána a nepřítomnost jádra dovolují erytrocytům přizpůsobovat se svým tvarem kapilárám, které mají vesměs menší průměr než erytrocyty. Červená krvinka stárne a zaniká rozpadem (hemolýzou) po 90 až 120 dnech života.

Hemolýza je rozpad erytrocytů s vyplavením hemoglobinu. Rozlišujeme jich několik typů:

a) osmotická probíhá v hypertonickém či hypotonickém prostředí,

b) chemická vlivem silných kyselin a zásad, tukovými rozpouštědly, saponiny apod.,

c) fyzikální, způsobena fyzikálními jevy (třepáním, šleháním, ultrazvukem, teplem),

d) toxická je vyvolaná jedy (hadí, bakteriální),

e) imunologická vzniká jako důsledek reakce antigen-protilátka např. při inkompatibilitě krevních skupin (viz dále).

Staré krvinky jsou vychytávány ve slezině, játrech či kostní dřeni, kde jsou napadány fagocytujícími buňkami (makrofágy) a likvidovány.

Hematokritem (HTK) označujeme procentuální zastoupení objemu erytrocytů v celkovém objemu krve. U dospělého zdravého muže je hodnota HTK = 44 ± 5 %, u žen 39 ± 4 %. Při pobytu ve vyšší nadmořské výšce se hodnota HTK zvětšuje, protože se zvyšuje počet erytrocytů (a tedy jejich podíl v objemu krve).

Sedimentace erytrocytů je významný test v klinice. Posuzuje stav suspenzní stability krve. Za fyziologických podmínek klesá sloupec erytrocytů vlivem gravitace přibližně o 3–8 mm/h u mužů, u žen vzhledem k menšímu množství erytrocytů o 6–11 mm/h. Při zvýšeném množství gama-globulinů (protilátek) signalizující většinou bakteriální či virové onemocnění a při zvýšené hladině fibrinofenu se sedimentační rychlost zvyšuje. Fyziologicky stoupá po jídle (zvýšení lipémie), při menstruaci a v těhotenství. Jde o citlivou, ale nespecifickou zkoušku.

Hemoglobin

Červené krvinky mají svůj název od červeného krevního barviva hemoglobinu (Hb). Molekula Hb se skládá ze čtyř podjednotek, z nichž každá je tvořena ze dvou složek: barevného hemu (obsahuje železo) a proteinového řetězce (globinu). Množství Hb je u mužů 135–170 g/l, u žen 120–158 g/l krve. Denně se rozpadá asi 7–8 g hemoglobinu a stejné množství se zase musí vytvořit.

Hb je schopen vázat reverzibilně kyslík (1 gram Hb váže 1,39 ml O_2). Znamená to, že arteriální krev, která je nasycena kyslíkem, může přenášet asi 200 ml O_2 v 1 litru krve. Hb vážící kyslík (oxyhemoglobin) předává na periferii kyslík tkáním. Čím je v tkáních méně kyslíku, tím více se jej uvolňuje z vazby na Hb. Tento efekt má i vyšší teplota, vyšší pCO_2 a nižší pH (Bohrův efekt – viz kapitola 3). Hb přenáší i CO_2 ve vazbě na aminoskupinu proteinového řetězce. Tento derivát se nazývá karbaminohemoglobin. Tato vazba je také reverzibilní a souvisí s podmínkami vaznosti kyslíku. Oxid uhličitý se totiž může navázat pouze tehdy, když není ve vazbě kyslík, tedy za podmínek, které snižují afinitu Hb ke kyslíku. Nebezpečnou vazbou je vazba s oxidem uhelnatým CO (karboxyhemoglobin), protože tato vazba je 200krát pevnější než s kyslíkem, a tak Hb ztrácí schopnost jak v tkáních kyslík uvolňovat, tak v plicích kyslík vázat. Proto ke smrtelné otravě stačí velmi malé množství CO ve vzduchu (působení kouřových nebo výfukových plynů).

Během vývoje člověka dochází ke změně typu Hb. V intrauterinním vývoji má plod k dispozici v krvi tzv. fetální hemoglobin (HbF), který se liší od hemoglobinu dospělého typu (HbA) ve své globinové složce. Význam HbF spočívá v tom, že jeho afinita vázat kyslík je vyšší, a proto se fetální krev (erytrocyty) plně sytí kyslíkem, i když pO_2 v placentě je zřetelně nižší než v alveolárním vzduchu v plicích matky. Po narození se postupně HbF vyměňuje za HbA, což je spojeno s rozpadem erytrocytů u novorozence a následnou novorozeneckou žloutenkou (icterus neonatorum).

Erytropoéza

Tvorba erytrocytů je velmi náročný a složitý děj. Vlastní „mateřskou“ buňkou, ze které postupně vznikají červené krvinky, je pluripotentní kmenová buňka v kostní dřeni. Tato buňka v několika vývojových stadiích postupně ztrácí jadernou hmotu a mění se na zralý erytrocyt. Retikulocyt je stadium vývoje erytrocytu těsně před jeho dozráním na definitivní bezjadernou buňku. Retikulocyt obsahuje ještě organely a je schopen syntézy Hb. U zdravého dospělého člověka se v krvi běžně nachází jen asi 0,5–1 % retikulocytů a toto množství je pokládáno za relevantní důkaz probíhající normální erytropoézy.

Samotná tvorba erytrocytů nebyla vždy situována do kostní dřeně. V raných vývojových stadiích jedince (asi v 6. týdnu embryonálního vývoje) jsou nejdůležitějším krvetvorným orgánem játra, pak slezina a teprve po 20. týdnu intrauterinního vývoje je to kostní dřeň se současným zánikem krvetvorby v játrech a slezině.

Krvetvorba představuje náročnou syntetickou aktivitu. Nejdůležitější substráty pro fyziologický průběh erytropoézy jsou: dostatek příslušných aminokyselin (proteinů), železa a vitaminů skupiny B.

Železo přijímáme potravou (viz kapitola 6) v doporučeném množství asi 15 až 18 mg/den. U žen platí vyšší hodnota vzhledem k menstruačním ztrátám krve. Samotné železo je vázáno v játrech na bílkovinu, vytváří určitou zásobu (ferritin). V plazmě cirkuluje Fe ve formě tzv. transferrinu. I když vlastní ztráty železa (stolicí) jsou vcelku malé, resorpce železa není zdaleka stoprocentní, ale jen asi 10 % množství přijatého potravou. Ze žaludku se mnohem snadněji vstřebává železo ve ferro formě (Fe2+).

K tomu, aby krvetvorba probíhala bez komplikací, jsou nutné vitaminy. Je to především vitamin B_12, jehož nedostatek vyvolává perniciózní anémii, dále kyselina listová, vitamin B_6 (nezbytný pro syntézu hemu) a vitamin C (kyselina askorbová), který má na krvetvorbu spíše nepřímý účinek; při jeho nedostatku je totiž omezeno vstřebávání železa z trávicího traktu. Pro erytropoézu je finálně nutný rovněž dostatek energie, tj., potrava musí obsahovat nejen všechny shora zmíněné faktory, ale musí být i kaloricky bohatá.

Erytropoézu řídí hormon erytropoetin (esenciální růstový faktor erytroidní řady), produkovaný ledvinami. Impulzem pro produkci, a tedy i uplatnění vlivu erytropoetinu je nedostatek kyslíku (tkáňová hypoxie). V důsledku této informace (receptorové pole je rovněž umístěno v ledvinách) se začne tvořit erytropoetin, který zvyšuje počet cirkulujících erytrocytů, a tak se zajišťuje dostatek kyslíku tkáním.

1.3.2 Krevní destičky – trombocyty

Krevní destičky (trombocyty) jsou nejmenší formované elementy krve. Nemají jádro, mají tvar hladkých okrouhlých disků o průměru 2–4 μm. Počet trombocytů je celý život stejný a pohybuje se v rozmezí 150–400. 10^9/litr krve. Neustále se musí obměňovat, protože jejich životnost je poměrně krátká, cca 9–12 dní. Destičky obsahují četné granule; tzv. denzní granula obsahují např. kalcium, serotonin, ATP (adenozintrifosfát). Alfa-granula obsahují některé faktory, které jsou nutné pro hemokoagulaci, ale také velmi významný růstový faktor, který podporuje hojení poraněné cévní stěny. Trombocyty obsahují ještě různé fosfolipidy a kontraktilní vlákna (bílkovinné povahy). Kontraktilní aparát se uplatňuje po aktivaci destiček během jejich hemostatické funkce (změna tvaru, tvorba trombu, retrakce koagula). Nejdůležitější funkcí destiček je jejich úloha v ochraně organizmu před ztrátami krve. Svým vybavením vlastně tvoří kompletní hemostatickou jednotku.

Hemostáza (zástava krvácení) spočívá v realizaci a souhře těchto dějů:

a) reakce cév v místě poranění (vazokonstrikce),

b) činnost trombocytů (tvorba provizorní hemostatické zátky),

c) hemokoagulace (srážení krve),

d) fibrinolýza (odstranění fibrinu, zhojení a zprůchodnění cévy).

Vazokonstrikce je přímou odpovědí poraněných cév. Je důsledkem reflexní a myogenní reakce a výsledkem působení především uvolněného serotoninu (jeden z destičkových faktorů) a derivátu kyseliny arachidonové – tromboxanu A_2.

Destičky se v místě poranění aktivují. Po přilnutí k odkrytému vazivu (adheze) mění svůj tvar, vzájemně se splétají dlouhými, jemnými výběžky, a tak se shlukují do agregátů (agregace). Tento útvar, který nazýváme destičkový trombus (bílý trombus), vlastně uzavře krvácející cévu (primární či provizorní hemostatická zátka).

Hemokoagulace (srážení krve) je soubor na sebe navazujících enzymatických dějů, kterých se zúčastňuje řada plazmatických koagulačních faktorů (I–XIII), fosfolipidy a vápenaté ionty. Výsledkem je přeměna tekuté krve na nerozpustný gel. Hemokoagulace je kaskádovitý proces, kde jedna reakce navazuje a podmiňuje reakci následující. Aktivuje se dvěma cestami – vnitřním a zevním systémem. Z vnitřního systému začíná koagulace aktivací faktoru XII (Hagemanův) narušeným povrchem (odkrytý kolagen poraněné cévy, smáčivý povrch). Ze zevního systému se aktivuje účinkem tkáňového tromboplastinu (fosfolipidoproteinový komplex) na faktor VII (prokonvertin). Obě cesty se setkávají u aktivace faktoru X (Stuart-Prower), odkud už další reakce probíhají společně (společný systém). Výsledkem je aktivace protrombinu (II) na trombin, který finálně aktivuje fibrinogen (I) na fibrin. Během koagulace se na několika místech nutně uplatňují kalciové ionty a destičkový fosfolipid (destičkový faktor č. 3). Dochází k vytváření vzájemně spojených fibrinových vláken (polymerů z monomerů), která jsou pružná a odolná a zpevňují destičkový trombus (definitivní hemostatická zátka). Do této sítě se navíc zachycují erytrocyty (červený trombus).

Trombus je po čase odstraněn rozpadem trombocytů a fibrinu (fibrinolýza) a zhojením rány reparačními a regeneračními procesy.

Celá řada faktorů, nutných pro hemokoagulaci, je vytvářena v játrech. Proto také jaterní onemocnění představují v tomto směru vždy riziko. K syntéze některých faktorů je potřeba vitamin K (II, VII, IX, X), proto jeho nedostatek vede ke krvácivosti. Defekt některých faktorů vnitřního koagulačního systému způsobuje hemofilii, která je dědičná a projevuje se zvýšenou krvácivostí i z malého poranění.

Hemostatické děje jsou místně i časově omezené. Mohou se uplatnit jen ve středních a malých cévách, včetně kapilár. Mluvíme o tzv. fluido-koagulační rovnováze. Porucha tohoto vysoce integrovaného systému může vést ke krvácení nebo naopak k trombóze. Při neporušeném cévním endotelu převažují antikoagulační mechanizmy, nesmáčivá cévní výstelka brání přilnutí a agregaci destiček.

V praxi je velmi často nutné zabránit hemokoagulaci, aby se odebraná krev mohla biochemicky vyšetřit.

K antikoagulačním mechanizmům patří:

a) Dekalcifikace. Nejčastější a nejjednodušší způsob, kdy se přidáním např. citrátu nebo oxalátu vyváže kalcium a shora zmíněné reakce nemohou probíhat.

b) Heparinizace. Heparin je součástí lidské plazmy a je to silně působící antioagulační prostředek. Přidáním heparinu nebo heparinizací zkumavek učiníme krev nesrážlivou.

c) Existují ještě další způsoby, např. přidáním hirudinu (antikoagulační faktor ve slinách pijavek), který inhibuje působení trombinu.

1.3.3 Krevní skupiny (krevní systémy)

Objev a nález krevních skupin (Janský), stejně jako objev rentgenových paprsků (Röntgen), popis tyčinkovité bakterie způsobující tuberkulózu (Koch) nebo objev penicilinu (Fleming), patří mezi ty nálezy a objevy, které posunuly medicínu významným způsobem dopředu a představovaly vždy kvalitativní změny jak v diagnostice, tak zejména v terapii.

Červené krvinky mají (stejně jako ostatní buňky lidského těla) na svých membránách znaky antigenní povahy. To má zásadní význam pro transfuzi krve i pro trasnsplantace orgánů. Pokud tyto antigenní znaky nesouhlasí s antigenní strukturou příjemce, dojde k následné imunitní reakci. Pod pojmem krevní systémy myslíme antigenní systémy na membránách erytrocytů. Antigenní strukturu červených krvinek nazýváme aglutinogeny a protilátky v krevním séru aglutininy. Toto pojmenování je podle jejich vzájemné reakce. Dojde-li v tomto případě mezi antigenem a protilátkou k imunitní reakci, označujeme ji za aglutinaci (shlukování). Každý systém může být zastoupen několika skupinami, podle přítomnosti antigenů tohoto systému u daného jedince.

Systém ABO je zastoupen aglutinogeny A a B (glykoproteiny) vázanými nejen na povrch erytrocytů, ale všech buněk těla. Aglutininy anti A a anti B jsou přirozené protilátky, které se vytvářejí až po narození, a to vždy opačné, než je antigen jedince (u skupiny A anti B, u skupiny B anti A).

Tyto antigeny A a B jsou i na střevních bakteriích. Stimulem k tvorbě aglutininů anti A nebo anti B v krevním systému ABO je právě imunizace jedince opačnými antigeny na těle střevních bakterií, s kterými se dostane do styku jeho střevní imunitní systém.

Uspořádání krevních skupin v tomto systému znázorňuje tabulka 1.2.

Tab. 1.2 Krevní skupiny

Skupina

Antigen

Protilátky

Výskyt v ČR

A

A

anti B

41,5 %

B

B

anti A

14,1 %

AB

A i B

žádné

6,6 %

O

H

anti A i anti B

37,8 %

Systém Rh (Rhesus faktor) byl objeven později (pojmenován podle opičky Macacus Rhesus). Rozděluje se na skupiny Rh pozitivní, tj. Rh+ (85 % populace) a Rh negativní, tj. Rh- (15 % populace). Antigeny tohoto systému jsou polypeptidy vázané jen na povrch erytrocytů. Skupina Rh+ je určena přítomností antigenu D, skupina Rh- pak jeho nepřítomností, čili antigenem d. Protilátky tohoto systému se vytvářejí jen po imunizaci Rh- jedince Rh+ krví.

Rh faktor je značně důležitý v porodnictví a v neonatologii. Může se stát, že v těhotenství je plod Rh pozitivní (po otci) a matka Rh negativní. Po ukončení prvního těhotenství (i po potratu) může dojít při odlučování placenty k vniknutí několika krvinek plodu Rh+ do oběhu matky Rh-. Tam dojde k imunitní reakci vedoucí k tvorbě protilátek anti D. Tyto protilátky pak v dalším těhotenství velmi snadno prostupují placentou, dostanou se do oběhu plodu, kde (pokud je opět po otci Rh+) dojde k aglutinaci erytrocytů, následné hemolýze se všemi nepříznivými až infaustními důsledky (odumření plodu). Proto je nutné vždy na začátku těhotenství registrovat Rh skupinu u matky, resp. otce, popřípadě titr protilátek anti D u matky. Po porodu či potratu je třeba matce Rh- co nejrychleji podat protilátky anti D ke zničení případných krvinek Rh+ plodu, a tím zabránit následné imunizaci matky s možnou tvorbou anti D protilátek.

Existují ještě další antigenní systémy – MNS, P atd., které ovšem mají svůj význam v kriminalistice nebo při určování otcovství.

Při krevní transfuzi je nutné dbát vždy zvýšené opatrnosti. U dárce a příjemce musí být shoda v krevních skupinách systému ABO a faktoru Rh. Vhodnost konzervy dárce otestujeme ještě tzv. křížovými zkouškami (plazma příjemce s krvinkami dárce a naopak). Před transfuzí ještě kontrolujeme, zda na konzervě souhlasí udaná informace s krevními skupinami příjemce. I během transfuze postupujeme opatrně a sledujeme první minuty, zda nedochází k nežádoucím projevům. Jakýkoliv omyl v krevních skupinách totiž znamená bezprostřední ohrožení života.

Table of Contents

Předmluva

Předmluva ke druhému vydání

Seznam zkratek

1 Tělní tekutiny

1.1 Úvod a historie

1.2 Hlavní oddíly tělních tekutin

1.3 Krev

2 Kardiovaskulární systém

3 Fyziologie dýchání

4 Metabolizmus – přeměna látek a energií

5 Termoregulace

6 Racionální výživa

7 Funkce gastrointestinálního systému (GIT)

8 Fyziologie vylučování

9 Endokrinologie – fyziologie žláz s vnitřní sekrecí

10 Fyziologie rozmnožování

11 Neurofyziologie

12 Fyziologie svalstva

13 Motorické funkce

14 Fyziologie smyslů

15 Funkční stavy CNS, integrační funkce