Вивчайте тему «Фізіологія людини» з нуля
Перед цим: Анатомія людини
1Що таке фізіологія: підтримання сталості
Фізіологія — це наука про те, як працює тіло. Анатомія говорить, де розташоване серце; фізіологія — як воно перекачує кров і як цим керують.
Одна ідея проходить крізь весь предмет: гомеостаз. Організм тримає свої внутрішні умови, як-от температуру, артеріальний тиск, глюкозу крові та pH, у вузькому діапазоні.
Більшість цього контролю працює за принципом негативного зворотного зв’язку. Зміну виявляють, і організм реагує в протилежному напрямку, тож зміна меншає. Контур зворотного зв’язку має три частини:
- Рецептор (сенсор) виявляє зміну, наприклад теплочутливі нервові закінчення.
- Центр керування порівнює її із заданим значенням, наприклад гіпоталамус біля 37 °C.
- Ефектор виробляє відповідь, наприклад потові залози й розширення судин шкіри.
Позитивний зворотний зв’язок трапляється рідко. Він збільшує зміну, доки подія не завершиться. Приклади: перейми під час пологів (окситоцин), зсідання крові та сплеск ЛГ, що запускає овуляцію.
Самоперевірка Глюкоза крові підвищується після їжі. Вивільняється інсулін, і глюкоза знову знижується до норми. Який це вид регуляції?
- Жодного зворотного зв’язку, бо нерви не беруть участі
- Заданий рівень, що змістився
- Негативний зворотний зв’язок
- Позитивний зворотний зв’язок
Відповідь: Негативний зворотний зв’язок. Відповідь (інсулін) протидіє зміні (висока глюкоза), тож це негативний зворотний зв’язок. Позитивний зворотний зв’язок підняв би глюкозу ще вище. Гормони можуть здійснювати зворотний зв’язок без нервів.
2Нормальні значення та ключові формули
Багато запитань починаються з числа. Вивчіть ці значення спокою для здорової дорослої людини:
- Частота серцевих скорочень приблизно 60–100 ударів за хвилину; частота дихання приблизно 12–20 вдихів за хвилину.
- Артеріальний тиск приблизно 120/80 mmHg. Перше число — систолічний (поки шлуночки скорочуються), друге — діастолічний (поки вони розслаблені).
- Температура ядра тіла приблизно 37 °C; pH артеріальної крові 7,35–7,45.
- Потенціал спокою мембрани нейрона приблизно −70 mV.
Дві формули пов’язують серце й судини:
CO = HR × SV
MAP = CO × TPR MAP ≈ DBP + (SBP − DBP) / 3
CO — серцевий викид, HR — частота серцевих скорочень, SV — ударний об’єм, кров, що перекачується за один удар. Приклад: 70 ударів/хв × 70 mL = 4900 mL/min, близько 4,9 L/min.
MAP — середній артеріальний тиск, а TPR — загальний периферичний опір судин. За 120/80 mmHg MAP ≈ 80 + 40/3 ≈ 93 mmHg.
Гази рухаються шляхом дифузії, від високого до низького парціального тиску. Кисень рухається з альвеол у кров; вуглекислий газ рухається з крові в альвеоли. Більшість CO₂ переноситься кров’ю у вигляді бікарбонату.
Самоперевірка Частота серцевих скорочень — 80 ударів/хв, а ударний об’єм — 60 mL. Який серцевий викид?
- 1,33 L/min
- 140 mL/min
- 4,8 L/min
- 48 L/min
Відповідь: 4,8 L/min. CO = HR × SV = 80 × 60 = 4800 mL/min = 4,8 L/min. Додавання чисел (140) або їх ділення (1,33) — неправильна операція; 48 L/min — промах при переведенні mL у L.
3Як керуються основні системи
Ритм серця. Кожен удар починається в синоатріальному (SA) вузлі правого передсердя, природному водії ритму. Сигнал поширюється по передсердях, потім затримується в атріовентрикулярному (AV) вузлі, тож передсердя встигають спорожнитися, перш ніж шлуночки скоротяться.
На ЕКГ зубець P — це деполяризація передсердь, комплекс QRS — деполяризація шлуночків, а зубець T — реполяризація шлуночків.
Нерви. У потенціалі дії іони натрію (Na⁺) входять у клітину й спричиняють деполяризацію. Потім іони калію (K⁺) виходять і спричиняють реполяризацію.
Нирка. Функціональна одиниця — нефрон. Кров фільтрується в клубочку, а проксимальний каналець реабсорбує більшість відфільтрованої води та натрію.
- АДГ (антидіуретичний гормон) змушує збірні протоки реабсорбувати більше води, тож сеча стає концентрованою.
- Альдостерон змушує нирку реабсорбувати натрій і виділяти калій. Вода йде за натрієм.
- Низький артеріальний тиск у нирці вивільняє ренін. Ренін веде до ангіотензину II, який звужує судини й вивільняє альдостерон. Це ренін-ангіотензин-альдостеронова система.
Глюкоза. Інсулін знижує глюкозу крові, переміщуючи глюкозу в клітини. Глюкагон підвищує її, розщеплюючи глікоген у печінці й утворюючи нову глюкозу.
Кислотно-лужний баланс. CO₂ діє як кислота. Надлишок CO₂ (повільне дихання) спричиняє дихальний ацидоз; нестача (швидке дихання) — дихальний алкалоз. Зміни бікарбонату спричиняють метаболічний ацидоз або алкалоз.
Самоперевірка Чому сигнал затримується в AV-вузлі?
- Бо SA-вузол спрацьовує надто швидко для передсердь
- Щоб передсердя завершили скорочення, перш ніж скоротяться шлуночки
- Щоб частота серцевих скорочень залишалася нижчою за 60 ударів за хвилину
- Щоб шлуночки могли реполяризуватися перед наступним зубцем P
Відповідь: Щоб передсердя завершили скорочення, перш ніж скоротяться шлуночки. Коротка затримка дає передсердям змогу спершу виштовхнути кров у шлуночки. Реполяризація шлуночків — це зубець T, і вона не має стосунку до цієї затримки.
4Як міркувати над запитанням з фізіології
Більшість запитань із фізіології описує зміну й питає, що відбувається далі. Проходьте їх як ланцюг:
- Назвіть змінну, що змінилася першою, наприклад об’єм крові, CO₂ чи глюкоза.
- Запитайте, який рецептор її виявляє, наприклад барорецептори для тиску або хеморецептори для CO₂ і кисню.
- Знайдіть відповідь і її напрямок. За негативного зворотного зв’язку відповідь протидіє зміні.
- Простежте наслідки за формулами, наприклад CO = HR × SV і MAP = CO × TPR.
- Перевірте інші органи, що долучаються, як-от нирка, яка діє повільніше через гормони.
Записуйте маленькі стрілки: «об’єм ↓ ⇒ SV ↓ ⇒ CO ↓ ⇒ MAP ↓». Це зберігає зрозумілим напрямок кожної зміни.
5Розв’язаний приклад
Проходьте ланцюг ланка за ланкою. Спробуйте передбачити наступну ланку, перш ніж її відкрити.
Розв’язаний прикладЗдорова доросла людина втрачає близько 1 L крові. До кровотечі HR становила 70 ударів/хв, а SV — 70 mL. Що робить організм у перші хвилини і яких ознак слід чекати?
1Об’єм крові падає, тож менше крові повертається до серця. Шлуночки наповнюються менше, і ударний об’єм падає, скажімо, з 70 mL до 50 mL.
2За колишньої частоти серцевих скорочень CO = 70 × 50 mL = 3500 mL/min замість 4900 mL/min. З нижчим серцевим викидом MAP = CO × TPR починає падати.
3Барорецептори в каротидному синусі та дузі аорти відчувають нижчий тиск і посилають менше сигналів до довгастого мозку.
4Довгастий мозок підвищує симпатичну активність і знижує вагусну. Серце б’ється швидше, а судини шкіри й кишківника звужуються, що підвищує TPR.
Щоб повернути CO до 4900 mL/min за SV = 50 mL, частота серцевих скорочень має зрости до 4900 / 50 = 98 ударів/хв.
5До нирок надходить менше крові, ренін зростає, а ангіотензин II, альдостерон і АДГ збільшуються. Нирка затримує натрій і воду, тож утворюється менше сечі.
6Кожна відповідь протидіє падінню тиску, як і має робити негативний зворотний зв’язок. Тому артеріальний тиск спочатку може лишатися близьким до норми, поки частота серцевих скорочень зростає.
Відповідь Тахікардія (близько 98/хв), прохолодна бліда шкіра через вазоконстрикцію та низький діурез; артеріальний тиск спочатку утримується близько до норми.
6Типові помилки
- Думати, що зворотний зв’язок збільшує зміну. Більшість регуляції — це негативний зворотний зв’язок, який її зменшує.
- Плутати АДГ (утримує воду) та альдостерон (утримує натрій, втрачає калій).
- Читати зубець T як активність передсердь. Це реполяризація шлуночків; реполяризація передсердь прихована в комплексі QRS.
- Плутати кислотно-лужний баланс навпаки. Швидке дихання виводить CO₂, тож pH зростає: дихальний алкалоз.
- Чекати, що артеріальний тиск упаде першим при крововтраті. Частота серцевих скорочень зазвичай зростає першою, бо рефлекси утримують тиск.
- Плутати напрямок дифузії: гази завжди рухаються від високого до низького парціального тиску.
Самоперевірка Під час панічної атаки людина дихає дуже швидко. Що показує артеріальна кров?
- Високий CO₂ і низький pH (дихальний ацидоз)
- Низький CO₂ і високий pH (дихальний алкалоз)
- Низький бікарбонат і низький pH (метаболічний ацидоз)
- Нормальний CO₂ і нормальний pH
Відповідь: Низький CO₂ і високий pH (дихальний алкалоз). Швидке дихання виводить CO₂, а менше CO₂ означає менше кислоти, тож pH зростає. Вибір дихального ацидозу — зворотний напрямок: це буває при повільному, поверхневому диханні.
7Як виглядають екзаменаційні запитання
- Легкий (ключові терміни та факти): нормальні значення та функції. Наприклад, нормальна частота дихання, що роблять тромбоцити або де розташований водій ритму.
- Середній (застосування понять): механізми. Як діє гормон, що показує зубець ЕКГ або як змінюється формула на кшталт CO = HR × SV.
- Складний (випадки й аналіз): пацієнт або експеримент. Ви читаєте гази крові, передбачаєте ознаки шоку, пояснюєте набряк або пов’язуєте хворобу з механізмом, що виходить з ладу.
Для складних запитань намалюйте ланцюг зі стрілок. Почніть із першої зміни й нехай негативний зворотний зв’язок підкаже напрямок кожної відповіді.
Вивчайте крок за кроком у застосункуВивчайте крок за кроком у застосунку