Isometrická a isotonická kontrakce příčně pruhovaného svalu.

Při studiu fyziologie příčně pruhovaných svalů jsem narazil na jeden zásadní problém: isometrická a isotonická kontrakce. Naprosto neintuitivní záležitost.

Nechápal jsem to poměrně dlouhou dobu, ale když jsem objevil Guytonovu fyziologii, tak jsem prohlédl. Navíc ono to je vysvětlené i v Silbernagelově atlase. A to docela pěkně.

Takže po pořádku. Zásadní informace, která je lehce přehlédnutelná, ale v podstatě vše hned vysvětluje je tato: "...sval obsahuje i elastické a viskózní složky zapojené s kontraktilními jednotkami v sérii, je možné, aby kontrakce proběhla i bez zjistitelného zkrácení svalu jako celku." (Ganong, kap. 3).Tato věta v podstatě objasňuje celý problém.

Isometrická kontrakce: Máte v ruce PET láhev, která je plná vzduchu. Stisknete láhev tak, že to už více nejde. V okamžiku, kdy to víc už nejde se vaše svaly už více nezkracují, ale přesto jsou v kontrakci, protože vás to stojí nějakou energii. A tohle se může stát právě proto, že sval obsahuje elastické struktury, které jsou zapojeny v sérii s kontraktilními vlákny. Představit si to můžete například takto: máte siloměr, na nějž je zavěšena pružina a na ní závaží. Vy vezmete siloměr a zdvihnete ho. Pružina se vahou závaží protáhne a závaží se nehne (pokud nebudete tahat moc dlouho). Nyní jak má tento model demonstrovat sval: Siloměr a pohyb jím napodobuje kontraktilní elementy. Pružina, která je s ním v sérii, napodobuje ony elastické struktury a závaží je závaží. Čili protože jste zdvihli siloměr, napodobili jste kontrakci kontraktilních vláken ve svalu. Tím došlo k protažení elastických struktur a pokud nebyla síla moc velká, tak se závaží vůbec nepohlo, což demonstruje nezkrácení svalu jako celku. Jasné? :)

Isotonická kontrakce. Tonus = napětí. Napětí závisí na hmotnosti závaží, které musí svalu zvednout. Od hmotnosti se tedy odvíjí síla, která proti pohybu svalu působí. Protože jsme na Zemi, kde je gravitační zrychlení stejné (fyzici by asi nesouhlasili, ale fyziologům to (a právem) nevadí), je i síla, kterouž toto závaží působí proti pohybu svalu, stále stejná. Čili i napětí, které sval musí vyvinout, aby závažím pohnul, je stále stejné = isotonická kontrakce. Pokud zvednete nákupní tašku to určité výšky, tak ono zdvihnutí ze země je isotonická kontrakce. Nyní už ji máte v požadované výšce, kde ji udržujete a taška se nehýbe, sval se makroskopicky nehýbe (elastické elementy jsou samozřejmě protaženy a ke kontrakci mikroskopicky dochází), čili to je příklad isometrické kontrakce.

Rád bych měl ještě jednu krátkou poznámku k srdečnímu cyklu. Jistě víte, že existuje tzv. fáze isovolumetrické kontrakce. To je přesně stejný případ isometrické kontrakce. Ale projevuje se tím, že dochází ke kontrakci myokardu, nicméně protože jsou stále ještě uzavřeny poloměsíčité chlopně, nemění se objem krve v komorách, a proto isovolumetrická kontrakce.

Read More

Čím je významný oxid uhličitý?

Chemická struktura

Chemická struktura CO2 není nijak významně složitá. Uhlík je prvek umístěný v periodě druhé a skupině čtvrté. Jeho protonové číslo je 6. Jeho elektronová konfigurace je proto: 2He 2s2 2p2, čili má jeden volný orbital a dva valenční elektrony. Aby mohl vytvořit dvě dvojné vazby s kyslíkem, je nutné, aby vstoupil do excitovaného stavu a umístil jeden elektron z orbitalu 2s do orbitalu 2p, čili získáme stav: 2He 2s1 2p3, čili máme 4 valenční elektrony. Uhlík si vytvoří dvě dvojné vazby s kyslíkem, čili CO2 je z toho důvodu relativně stabilní látka.

Fysiologická významnost v těle

V již dříve publikovaných článcích bylo zmíněno proč v těle oxidu uhličitý vzniká. Je tomu tak z toho důvodu, že pro normální pohon lidských buněk je potřeba získávat energii a protože člověk je chemoorganotrofní heterotrof, tak energii získává oxidací organických látek. Koloběh tohoto děje je velice jednoduchý: zelená rostlina na své fotosystému v chloroplastech zachytí fotony (tedy kvanta energie), které využije pro tvorbu energie ve formě ATP. ATP je použito pro zabudování CO2 ze vzduchu (nebo z vody) do organických látek. Typicky se jedná o glukózu. Glukóza (obvykle ve formě polysacharidů jako je například škrob) dostává do lidského těla, posléze do jeho jednotlivých buněk a organismus musí z glukózy tu energii vyextrahovat, což s sebou přináší uvolnění oxidu uhličitého, který tam byl rostlinami zabudován. Proto člověk vydechuje = "produkuje" oxid uhličitý.

Další významné funkce oxidu uhličitého pro tělo. Oxid uhličitý s vodou reaguje za vzniku velmi slabé kyseliny uhličité. Sůl této kyseliny = hydrogen uhličitan sodný (může být i draselný, ale v těle zdaleka nejvíce sodný), je naprosto nezbytnou součástí pufrovacích mechanismů organismu. Bez pufrů by člověk dlouho nepřežil (denně vzniká 20molů (molů!!! ne mmolů!) oxidu uhličitého = v podstatě 20molů slabé kyseliny + 300mmolů silných kyselin). Oxid uhličitý, protože to je plyn, je možné eliminovat z těla plícemi, a proto s ním obvykle není problém. Problémy nastávají pokud dýcháme málo nebo hodně.

Oxid uhličitý je též (tím, že produkuje kyselinu) důležitý pro normální zásobení tkání kyslíkem. Umožňuje totiž existenci tzv. Bohrova efektu = hemoglobin "pouští" kyslík ve tkáních, protože tam je oxid uhličitý, tam je tedy nižší pH, a protože hemoglobin je tak nastaven, dochází zde k uvolňování kyslíku, což je žádoucí, aby pracující tkáň dostala kyslík, který potřebuje.


Oxid uhličitý je naprosto nezbytný pro normální funkci regulace dýchání.

Oxid uhličitý je potenciačním faktorem růstu některých patogenních streptokoků (nazývají se proto kapnofilní streptokoky).


Oxid uhličitý je jedním z určujících faktorů, které regulují parciální tlak kyslíku v krvi, neboť hladina oxidu uhličitého v krvi určuje kolik kyslíku může být v alveolech, a tak určuje kolik kyslíku může přejít do krve.

Oxid uhličitý je zdrojem bikarbonátu, čímž je v podstatě zodpovědný za existenci Hamburgerova efektu (= zvýšený hematokrit žilní krve kvůli výměně bikarbonátu za chloridy, které táhnou do červených krvinek vodu, a tak je zvětšují, a proto má žilní krev vyšší hematokrit)

Shrnutí:

Oxid uhličitý je primárně dýchací plyn. Jeho přítomnost v těle je zcela obligátní (vzhledem k typu lidského metabolismu). Jeho funkce jsou tedy primárně vztaženy na dýchání a přenos krevních plynů. Je však kruciálně zásadní i pro funkce acidobasické. Je součástí tzv. bikarbonátového pufru, který je ze všech pufrů lidského těla nejvýznamnější, protože je tzv. otevřený.

Read More