Menneskekroppen hefte by Gyldendal Norsk Forlag

Olav Sand, Øystein V. Sjaastad, Egil Haug, Jan Bjålie Medisinsk illustratør Kari C. Toverud

Menneskekroppen

Fysiologi og anatomi 3. utgave (2018)

Innholdsoversikt

1. Grunnleggende fysikk og kjemi 2. Celler 3. Fra celler til kropp 4. Nervesystemet 5. Sansene 6. Det endokrine systemet 7. Skjelettet 8. Musklene 9. Sirkulasjonssystemet 10. Blodet 11. Immunsystemet 12. Respirasjonssystemet 13. Nyrene og urinveiene 14. Syre-base-reguleringen 15. Fordøyelsessystemet 16. Kroppens energibalanse og omsetning av organiske næringsstoffer 17. Huden 18. Temperaturreguleringen 19. Forplantningen

ISBN 978-82-05-50482-0

Prøvekapitler Kapittel 2 og 9 (første 10 sider) (Vi tar forbehold om endringer)

3. utgave av Menneskekroppen – fysiologi og anatomi skiller seg fra forrige utgave på flere punkter: •

Det er foretatt en betydelig oppdatering av stoffet når det gjelder faglige nyvinninger som er relevante for sykepleierutdanningen. Oppdateringene er spesielt omfattende innenfor immunologi.

•

Teksten dekker de siste beskrivelsene av læringsutbytte og faginnhold for emnet Anatomi, fysiologi og biokjemi i bachelorutdanningen i sykepleie.

•

Omtalen av huden er utvidet og skilt ut som eget kapittel.

•

Ny oppbygning av kapitlene: Kapitlene starter nå med omtale av hovedoppgaver.

•

Latinske betegnelser, i tillegg til norske, brukes i større grad enn tidligere.

•

Det er ca. 200 helt nye eller justerte figurer i boken. De mange nye og endrete figurene vil gjøre tilegnelsen av teksten lettere.

•

Antallet margtekster er langt høyere enn i forrige utgave. Margtekstene gir nå en helhetlig forståelse av stoffet. Margtekstene blir dermed svært nyttige ved repetisjon av stoffet.

• Antall spørsmål er vesentlig økt. Spørsmålene er plassert i grupper rett etter omtalen av det aktuelle stoffet, slik at det er lett å finne svar på spørsmålene. Spørsmålene gjør det enkelt for leseren å kontrollere sin egen progresjon og faglige forståelse. •

Kapittelrekkefølge er noe endret fra forrige utgave. Se innholdsoversikten.

Vedlegg: Kapittel 2: Celler (første 10 sider) Kapittel 9: Sirkulasjonssystemet (første 10 sider) Kontaktinformasjon: Redaktør: Gro Hjelmeland Grimsbø: ghgr@gyldendal.no mobil: 924 8 5402 Markedsansvarlig: Lena Winsnes Solem: lws@gyldendal.no mobil: 932 54 935

Celler 50

Hovedtrekk ved dyreceller

Cellenes oppbygning og funksjon

Genetisk informasjon og proteinsyntese

63 Celledeling 72

Transport gjennom cellemembranen

77 Membranpotensial 80 Aksjonspotensial

Livet på jorden er knyttet til celler. Virus, som ikke selv er celler, er helt avhengig av celler for å kunne formere seg. Alle andre levende organismer består av én eller flere celler. Nye celler kan bare dannes ved deling eller sammensmelting av celler som allerede eksisterer. Alle

levende organismer er dermed et resultat av gjentatte celledelinger som går tilbake til livets opprinnelse. For å kunne forstå hvordan et friskt menneske fungerer, og hvorfor mennesker blir syke, er det nødvendig å ha innsikt i celleprosessene.

2 Celler

Hovedtrekk ved dyreceller

Det er omtrent 200 celletyper i kroppen

En celle består av cyto plasma omgitt av en cellemembran

Cellemembranen består av fosfolipider, kolesterol og proteiner

Det dobbelte lipidlaget er omtrent 5 nm tykt

Cellemembranen er en flytende hinne mellom cytoplasma og ekstra cellulærvæsken

Cellemembranen er en barriere for vannløse lige stoffer

Alt liv på jorden er avhengig av vann. Vann utgjør 60–70 % av menneskets kroppsmasse. De fleste andre molekylene i kroppen er mye større enn vannmolekylene, og 99 % av alle molekylene i kroppen er vannmolekyler. Nesten alle kjemiske reaksjoner i levende organismer skjer mellom stoffer som er løst i vann. På tross av det store innholdet av flytende vann har kroppen en fast, bestemt form. Det kommer av at kroppen er bygd opp av utallige små porsjoner av vann og oppløste stoffer innpakket i en lipidholdig membran som ikke er løselig i vann. Det er disse «pakkene» som kalles celler (cella = lite rom). Cellene kan settes sammen til kropper med uendelig mange former og størrelser. I menneskekroppen er det ca. 200 celletyper, som er spesialisert til å utføre ulike oppgaver. De grunnleggende strukturene og prosessene i dyreceller, fra encellete organismer til pattedyrceller, er imidlertid ganske like (figur 2.1). En celle består av cytoplasma, som er omsluttet av en cellemembran. Cytoplasma inneholder vann med oppløste stoffer og organeller (= små organer). Organellene er av forskjellige typer med spesielle funksjoner. De ulike delene av cellen samarbeider om å utføre mange av cellens oppgaver, for eksempel proteinsyntese, transport av stoffer gjennom cellemembranen og celledeling.

Cellenes oppbygning og funksjon Cellemembranen

Cellemembranen har flere viktige funksjoner: • Den danner en barriere som avgrenser cytoplasma fra væsken utenfor cellen, ekstra cellulærvæsken, slik at det er mulig for cellen å ha et indre miljø som er forskjellig fra det ytre (s. 000). • Den har proteiner som transporterer vannløselige stoffer inn i og ut av cellene (s. 000). • Den har proteiner som virker som mottakere, reseptorer, for signalmolekyler (hormoner og nevrotransmittere, s. 000), som formidler informasjon fra andre celler og fra omgivelsene. Sanseceller har membranreseptorer som påvirkes av sansestimuli (s. 000).

• Den har enzymer som katalyserer kjemiske reaksjoner. • Den kan ha proteiner som knytter naboceller sammen (s. 000). • Den kan ha proteiner som forankrer cellen til proteinfibrer i den ekstracellulære matriksen (s. 000) og til naboceller (s. 000). Cellemembranen består av lipider, proteiner og karbohydrater (figur 2.2). Lipidene er hovedsakelig fosfolipider (figur 1.24). Et fosfolipidmolekyl består av glyserol bundet til to fettsyrekjeder på den ene siden og en fosfatgruppe på den andre siden (s. 000). Til den negativt ladete fosfatgruppen er det bundet et organisk molekyl som også har elektrisk ladning. Denne delen av molekylet danner et vannløselig «hode». I de to fettsyrekjedene, som danner molekylets «hale», er det bare upolare bindinger, og denne delen av molekylet er dermed uløselig i vann (s. 000). I cellemembranen danner fosfolipidene et dobbelt molekyllag, der de hydrofile hodene peker ut mot henholdsvis ekstracellulærvæsken og cytosolen, mens de hydrofobe halene danner et midtsjikt. Det dobbelte lipidlaget er omtrent 5 nm (0,000 005 mm) tykt. Det er ingen sterke kjemiske bindinger mellom fosfolipidmolekylene, som derfor kan bevege seg ganske fritt sideveis. Det gjør at cellene kan endre form uten at membranen blir ødelagt. Termisk bevegelse (s. 000) fører dessuten til at molekylene i membranen hele tiden kolliderer og stadig forflyttes i forhold til hverandre. Det dobbelte fosfolipidlaget danner med andre ord en tynn hinne der membranproteinene flyter omkring (figur 2.2). Membranen inneholder også kolesterol (s. 000), som ved hjelp av svake kjemiske bindinger holder enkelte av fosfolipidmolekylene sammen. Kolesterol gjør derfor membranen sterkere, men samtidig mindre flytende. Mengden kolesterol i membranen er avhengig av celletype. Lipidene i celle membranen hindrer vannløselige stoffer, men ikke fettløselige stoffer, i å passere membranen ved diffusjon. Hos de fleste celler utgjør proteiner omtrent halvparten av cellemembranens masse. Membranproteinene krysser enten membranen én eller flere ganger, eller de er knyttet til innsiden av membranen. På yttersiden av cellemembranen er det bundet karbohydratmolekyler til mange av membranproteinene (glykoproteiner) og lipid-

51 Pore i den dobbelte kjernemembranen

Cellekjerne

Kjernelegeme

Kromatintråder Ribosom på ER

Glatt endoplasmatisk retikulum

Fritt ribosom Endocytose Kornet endoplasmatisk retikulum (ER) Aktinfilamenter Endosom Lysosom Mitokondrium Peroksisom Sekretorisk vesikkel Eksocytose Golgiapparat

Sentrosom med sentrioler

Glykosylerte membranproteiner

Mikrotubuli Intermediære filamenter

molekylene (glykolipider). C ellene omsluttes dermed av en karbohydratkappe (figur 2.2), som gir mekanisk og kjemisk beskyttelse. Membranproteinene kan blant annet virke som ionekanaler, bæreproteiner, enzymer, reseptorer for signalmolekyler og forankringspunkter for cytoskjelettet (celleskjelettet, s. 000), ekstracellulære proteiner eller membranproteiner i andre celler. Ionekanalene består av proteiner som danner kanaler tvers gjennom membranen. Ioner, som er løselige i vann, kan ikke løses i, og diffundere gjennom, det hydrofobe midtsjiktet i membranen. Ionekanalene virker derfor som diffusjonstunneler gjennom membranen. Ionekanalene utgjør imidlertid en svært liten del av cellemembranens overflateareal. Selv med ionekanaler er derfor cellemembranen en meget effektiv barriere for ioner. Små, polare molekyler som ikke er ioniserte, kan til en viss grad diffundere gjennom membranen mellom fosfolipidmolekylene. Vann kan for eksempel passere gjennom cellemembranen på denne måten, men det dobbelte lipidlaget har lav permeabilitet (gjennomtrengelighet) for vann. Grunnen til at de fleste cellemembraner likevel har høy permeabilitet for vann, er at de

har proteinkanaler (akvaporiner, s. 000) som er permeable for vann. Lipidmembranen er nesten helt ugjennomtrengelig for glukose og aminosyrer, som dermed er avhengig av bæreproteiner (s. 000) for å krysse membranen. Løste gasser, som CO2 og O2, og andre fettløselige stoffer diffunderer lett gjennom lipidmembranen. Fettløselige signalmolekyler, det vil si steroidhormonene (s. 000), tyreoideahormonene (s. 000), eikosanoidene (s. 000), cannabinoidene (s. 000) og nitrogenoksid (s. 000), kan diffundere gjennom cellemembranen, mens vannløselige signalmolekyler ikke kan krysse membranen ved diffusjon.

1 Beskriv cellemembranens struktur. 2 Nevn hovedtypene av proteiner i cellemem branen.

3 Hvilke egenskaper har de molekylene som kan diffundere fritt gjennom cellemembranen? 4 For hvilke stoffer er cellemembranen en barriere?

Figur 2.1 En celle med organeller som finnes i de fleste kropps cellene.

Fettløselige stoffer kan diffundere gjennom cellemembranen

2 Celler

Glykosylerte membranproteiner Ionekanal Fosfolipid Kolesterol

Glykolipid Ionekanal Membranreseptor Membranproteiner

Figur 2.2 Cellemembranens struktur. Membranen består av lipider og proteiner. I lipiddelen danner fosfolipider et dobbelt lag, med kolesterolmolekyler mellom fosfolipidmolekylene. De polare (hydrofile) hodene til fosfolipidene peker ut mot den intra- og ekstracellulære løsningen. De upolare fettsyrehalene danner et hydrofobt midtsjikt i membranen. Proteiner med mange forskjellige funksjoner er forankret i det dobbelte lipidlaget. På yttersiden av cellemembranen er det bundet karbohydratmolekyler til mange av membranproteinene (glykosylerte proteiner) og lipidmolekylene (glykolipider).

Cytoplasma

Innenfor cellemembranen er cellens cytoplasma, som består av • cytosol • organeller • uløselige proteinkomplekser

Cytosolen

Mange av proteinene i cytosolen er enzymer

Organellene er avgren set av lipidmembraner

Cytosolen, intracellulærvæsken, omslutter organellene og er en vandig løsning som inneholder organiske molekyler og uorganiske ioner. Sammensetningen av cytosolen skiller seg fra sammensetningen av både ekstracellulærvæsken og væsken i de fleste organellene. Mange av proteinene i cytosolen er enzymer som deltar i cellens metabolske prosesser. I cytosolen kan det også være uløselige lagringsprodukter av lipider og glukose. Lipider er for eksempel lagret som trigly-

serider (s. 000) i fettceller, og glukose er lagret som glykogen (s. 000) i lever- og muskelceller.

Organeller Cellens organeller er avgrenset av lipidmembraner, på liknende måte som cellen. Miljøet inne i organellene kan derfor være forskjellig fra cytosolen. De viktigste organellene er • mitokondriene • endoplasmatisk retikulum • golgiapparatet • lysosomene • peroksisomene • cellekjernen Mitokondriene. I cellene overføres energi som regel i form av adenosintrifosfat, ATP (s. 000), og mitokondriene er ansvarlige for ca. 90 % av

Figur 2.3 Mitokondrium. Mitokondrier har en glatt yttermembran og en sterkt foldet innermembran. Det meste av cellens ATP-produksjon skjer ved hjelp av enzymer i mitokondrienes innermembran. Reaksjonene i sitronsyresyklusen skjer i det indre rommet (matriks) i mitokondriene.

cellenes ATP-produksjon (s. 000). Mitokondriene er pølseformete organeller som er omsluttet av to atskilte, doble lipidmembraner (figur 2.3), som har samme generelle struktur som cellemembranen. Yttermembranen er glatt, mens innermembranen danner et stort antall folder, som øker arealet betydelig. Innermembranen er tettpakket med proteinmolekyler som utgjør elektrontransportkjedene (s. 000). De enzymene som deltar i sitronsyresyklusen (s. 000), finnes i det indre rommet (matriks) i mitokondriene. Antallet mitokondrier er særlig stort i celler med høy energiomsetning, for eksempel skjelettmuskelcellene. Mitokondriene skiller seg fra de andre organellene på to måter: • De har sitt eget DNA og sine egne ribosomer (s. 000) i matriks, og kan dermed lage en del av sine proteiner. I motsetning til arvestoffet i cellekjernen kommer mitokondrienes DNA bare fra moren (s. 000). • Mitokondriene kan reprodusere seg selv, også i celler som ikke deler seg. Nye mitokondrier vokser ut som knopper på mitokondrier som allerede eksisterer, og snøres av når de er ferdig utviklet. Antallet mitokondrier i en celle reguleres i forhold til cellens ATP-behov. Endoplasmatisk retikulum. Endoplasmatisk retikulum (ER) er den største organellen og består av et sammenhengende nettverk (reticulum = lite nett) av membrankledde, væskefylte kanaler og blærer. Til sammen danner de et væskefylt hulrom som er atskilt fra cytosolen. Det er særlig rikelig med endoplasmatisk retikulum omkring cellekjernen, der det er forbundet med kjernemembranen (figurene 2.1 og 2.22). Det er to ulike former av endoplasmatisk retikulum: • kornet endoplasmatisk retikulum • glatt endoplasmatisk retikulum

Yttermembran Innermembran Matriks

Kornet endoplasmatisk retikulum har tallrike korn, ribosomer (s. 000), bundet til den membranoverflaten som vender mot cytosolen. I tillegg er det mange frie ribosomer spredt i cytosolen. Ribosomene veksler mellom å være frie og bundet til endoplasmatisk retikulum. Ribosomene består av proteiner og ribonukleinsyre (RNA, s. 000). Ribosomene deltar i proteinsyntesen ved å sammenkople aminosyrene som inngår i proteinene (s. 000). Proteinene overføres til hulrommet (lumen) i retikkelet, der mesteparten pakkes i transportvesikler (vesikkel = membranblære) og overføres til golgiapparatet (se senere). De proteinene som skal innsettes i cellemembranen (s. 000), forblir membranbundet og overføres ikke til lumen i retikkelet eller golgiapparatet. Glatt endoplasmatisk retikulum mangler ribosomer og deltar ikke i proteinsyntesen, men inneholder enzymer som deltar i produksjonen av fettsyrer, lipider og steroider. Fosfolipidene både i cellemembranen og i membranene som omgir organeller, produseres her, og det er her kolesterol omdannes til steroidhormoner (s. 000). Glatt endoplasmatisk retikulum fungerer også som et lager for Ca2+, som har en viktig signalfunksjon i cellene (s. 000). I levercellene er det spesielt rikelig med glatt endoplasmatisk retikulum. Dette retikkelet inneholder enzymer som omdanner lite vannløselige avfallsstoffer, giftstoffer og legemidler til mer vannløselige forbindelser, slik at de kan skilles ut gjennom nyrene eller med gallen (s. 000 og 000). I tverrstripete muskelceller er det en form av glatt endoplasmatisk retikulum, sarkoplasmatisk retikulum, som lagrer særlig mye Ca2+. Når Ca2+ blir frigjort fra sarkoplasmatisk retikulum til cytosolen, kontraherer muskelcellen (s. 000). Golgiapparatet. Golgiapparatet består av flate membransekker som ligger tett sammen nær endoplasmatisk retikulum (figurene 2.1 og 2.22). Golgiapparatet mottar transportvesikler med nydannete proteiner fra kornet endoplasmatisk

Elektrontransport kjedene er lokalisert i mitokondrienes inner membran

Mitokondrienes matriks inneholder enzymer som deltar i sitronsyresyklusen

Cellens ATP-produksjon foregår hovedsakelig i mitokondriene

Endoplasmatisk reti kulum er den største organellen

Proteiner dannet på kornet ER overføres til lumen i ER

Glatt ER virker som et intracellulært Ca2+lager

Glatt ER deltar i synte sen av fettsyrer, lipider og steroidhormoner

2 Celler

Golgiapparatet mottar transportvesikler med proteiner fra kornet ER Golgiapparatet sorterer og merker proteinene før videre transport til de riktige stedene i cellen

retikulum. Enzymer i golgiapparatet forandrer en del av de mottatte proteinene ved å kople på karbohydrat- og fosfatgrupper. Noen av de tilførte gruppene fungerer som «adresselapper», og sørger for at proteinene transporteres videre til de riktige stedene i cellen. Golgiapparatet fungerer derfor som cellens sorterings- og transportsentral for proteiner. De ferdige proteinene pakkes i to hovedtyper vesikler: • Sekretoriske vesikler med proteiner som skal frisettes fra cellen eller settes inn i cellemembranen (s. 000). • Vesikler som inneholder enzymer til intern bruk. Lysosomene og peroksisomene er de viktigste av disse vesiklene.

Lysosomale enzymer bryter ned fremmede makromolekyler og partikler, og skadete celledeler

Celler fornyes ved hjelp av autofagi

Langkjedete fettsyrer forkortes i peroksiso mene Cellekjernen innehol der det meste av cellens genetiske informasjon (DNA)

Proteinene i cytosolen syntetiseres på de frie ribosomene og går ikke veien om golgiapparatet. Lysosomene og peroksisomene. De lysosomale enzymene bryter ned fremmede makromolekyler og partikler som har kommet inn i cellen, og skadete og nedslitte celledeler som fungerer dårlig. Lysosomene virker dermed som et intracellulært fordøyelsessystem. Innholdet i lysosomene er surt, med en pH på 4,8–5,0. Enkelte spesialiserte celler (nøytrofile granulocytter og makrofager, s. 000 og 000) kan ta opp partikler og mikroorganismer ved fagocytose (s. 000). De vesiklene som dannes ved fagocytose, fusjonerer med lysosomer, og innholdet brytes deretter ned. Organeller eller deler av organeller som ikke lenger fungerer, omsluttes først av en dobbelt membran som danner en vesikkel. Deretter

Leverens modifisering av legemidler Mange legemidler modifiseres (detoksifise res) i glatt endoplasmatisk retikulum i lever cellene, slik at stoffene blir mer vannløselige og dermed lettere kan skilles ut gjennom uri nen og gallen (s. 000). Barbiturater, som vir ker beroligende, er eksempler på slike stoffer. Langvarig bruk av barbiturater fører til at glatt endoplasmatisk retikulum i levercellene vok ser, og at mengden av de modifiserende enzy mene øker. Det gjør at pasientens toleranse for barbiturater øker. For å få samme virkning som tidligere av legemidlet, må derfor dosen økes. Langvarig bruk av mange andre legemid ler eller rusmidler fører også til økt toleranse.

smelter vesikkelen sammen med et lysosom, og innholdet brytes ned. Denne prosessen, som kalles autofagi, gjør at en celle kan fornye seg kontinuerlig. Peroksisomene ligner lysosomene, men inneholder andre enzymer, som blant annet forkorter langkjedete fettsyrer, uskadeliggjør toksiske fremmedstoffer og deltar i syntesen av spesielle fosfolipider. Navnet kommer av at spaltingen av fettsyrene fører til dannelse av hydrogenperoksid (H2O2). H2O2 er toksisk for cellene, men i peroksisomene omdannes det raskt til oksygen og vann. Cellekjernen. Cellekjernen, nukleus, inneholder nesten all genetisk informasjon i cellen og styrer cellens funksjoner. Det skjer ved at kjernen regulerer cellens produksjon av proteiner. De

Lysosomale lagringssykdommer Lysosomale lagringssykdommer er en gruppe sjeldne, medfødte sykdommer som skyldes man gel på lysosomale enzymer. Lysosomene bryter blant annet ned gamle og skadete organeller. I celler med mangel på lysosomale enzymer hopes avfallsstoffer opp. Sykdommene kalles derfor lysosomale lagringssykdommer eller lipidoser, fordi avfallsstoffene er lipider. Hvilke lipider som avleires, avhenger av hvilke enzymer som mangler. Tay-Sachs sykdom er en lysosomal lagringssyk dom som skyldes opphoping av lipider i nerve

celler. Infantil Tay-Sachs sykdom gir symptomer i løpet av barnets første leveår og er karakteri sert av forsinket fysisk utvikling, raskt økende mental reduksjon, lammelser, blindhet og død før 4–5-årsalderen. Juvenil Tay-Sachs sykdom er sjeldnere og merkes først når barnet er 2–10 år. Det er også en variant av sykdommen som ram mer voksne. Det er utviklet gentester som kan påvise sykdommen, for eksempel ved analyse av celler fra fostervannsprøver.

Svikt i peroksisomfunksjonen En sjelden organellesvikt er Refsums sykdom, som kommer av mangel på et enzym som katalyserer peroksisomenes oksidering av en gruppe umettede fettsyrer, fytansyrer, som er nedbrytningsproduker av klorofyll. Oppho ping av fytansyrer i blod og vev fører til nerve betennelse og netthinnebetennelse, som blant annet gir alvorlige bevegelsesvansker, lammel ser og redusert syn. Behandling med klorofyll fri kost gir bedring i flere av symptomene.

fleste celler har én cellekjerne. Noen få celletyper, blant annet skjelettmuskelcellene (s. 000) og osteoklastene (s. 000), har flere kjerner per celle, mens de modne, røde blodcellene (erytrocyttene) er kjerneløse hos pattedyr (s. 000). Væsken i cellekjernen har omtrent samme sammensetning som cytosolen. Kjernen inneholder kromosomer, som består av deoksyribonukleinsyre (DNA, s. 000) og proteiner. DNA representerer cellens genetiske informasjon, og er grunnlaget for at kroppens celler samlet kan produsere omtrent 100 000 forskjellige proteiner. En celles genom er dens totale innhold av DNA, inkludert DNA i mitokondriene. I en celle som ikke deler seg, danner kromosomene et nettverk av tynne tråder, kromatintråder, som er usynlige i lysmikroskop. Under celledelingen kveiles kromatintrådene opp til kortere og tykkere stavformete strukturer som kan ta opp fargestoffer, slik at de blir synlige i lysmikroskop (figur 2.17). Det er grunnen for navnet kromosom (chroma = farge, soma = legeme). Cellekjernen er omgitt av kjernemembranen, som består av to atskilte, doble lipidmembraner (figurene 2.1 og 2.22). Den ytre membranen er smeltet sammen med kornet endoplasmatisk retikulum, slik at rommet mellom den ytre og den indre kjernemembranen står i forbindelse med hulrommet i retikkelet. I den dobbelte kjernemembranen er det gjennomgående porer (figur 2.1). Molekyler som bærer den genetiske informasjonen fra kjernen til cytosolen (mRNA, s. 000), passerer gjennom disse porene. I de fleste cellekjernene er det minst ett kjernelegeme, nukleolus, som er sammensatt av proteiner og RNA. Nukleolus lager de subenhetene som danner ribosomene (se nedenfor). Subenhetene er store komplekser av proteinmolekyler og RNA-molekyler.

5 Hva kalles de forskjellige organellene? 6 Beskriv strukturen til de ulike organellene. 7 Hvilke funksjoner har de forskjellige orga nellene?

Uløselige proteinkomplekser I tillegg til organellene inneholder cytoplasma store, membranløse proteinkomplekser med spesialiserte funksjoner. De viktigste av disse strukturene er • ribosomene • cytoskjelettet • proteasomene Ribosomene. Proteinsyntesen, det vil si sammenkoplingen av aminosyrer til proteiner, skjer som nevnt på ribosomene. Det er spesielt mange ribosomer i celler som danner mye protein. Et ribosom består av to subenheter. Etter at subenhetene er produsert i nukleolus, transporteres de gjennom porene i kjernemembranen og over i cytosolen. Her koples subenhetene sammen til funksjonsdyktige ribosomer, som enten er frie i cytosolen, eller de bindes til overflaten av endoplasmatisk retikulum. De frie ribosomene produserer proteiner som har sin funksjon i cytosolen, og proteiner som skal til mitokondrier eller peroksisomer. Cytoskjelettet. I cytoplasma er det tre forskjellige grupper proteinfilamenter som ikke inngår i de organellene som allerede er beskrevet. Disse trådformete proteinfilamentene dannes ved polymerisering av proteinmolekyler (subenheter) og dan-

Antibiotika som hemmer proteinsyntesen i bakterier I alle typer celler, også bakterier, er protein syntesen avhengig av ribosomer. Bakterienes ribosomer er imidlertid litt forskjellige fra ribosomene i våre celler. Det er denne forskjel len som gjør at flere antibiotika, for eksempel tetrasyklin og streptomycin, kan brukes til å hemme proteinsyntesen i bakterier, og der med bekjempe bakterieinfeksjoner, uten at proteinsyntesen i våre celler blir påvirket.

mRNA kan passere gjennom porer i den dobbelte kjernemem branen

Proteinsyntesen skjer på ribosomene

Ribosomene er enten frie eller bundet til kornet ER

2 Celler

Figur 2.4 Cytoskjelettet. I en celle er det et nettverk av proteinfilamenter som bestemmer cellens form, og som gir cellen evne til bevegelse. I cytoskjelettet inngår det tre hovedtyper av filamenter: mikrotubuli, intermediære filamenter og aktinfilamenter. Bildet er tatt med skanningelektronmikroskop med en teknikk som framhe ver cytoskjelettet (foto: Merck Sharp & Dohme Research Laboratories).

5 µm

ner et fleksibelt, tredimensjonalt nettverk, som kalles cytoskjelettet (celleskjelettet) (figur 2.4). Cytoskjelettet har flere viktige funksjoner: • Det danner et reisverk som gir cellen mekanisk styrke og en bestemt form. • Det holder organellene på plass. • Det deltar i transporten av store molekyler, vesikler og organeller intracellulært, inkludert transporten av kromosomene under celledelingen. • Det kan begrense bevegelsene til membranproteiner. • Det gir mange celler evnen til å forandre form og bevege seg. Cytoskjelettet består av mikrotubuli, inter mediære filamenter og mikrofilamenter

Cytoskjelettet består av tre typer proteinfilamenter: • mikrotubuli • intermediære filamenter • mikrofilamenter (aktinfilamenter)

Mikrotubuli virker som skinner for intracellu lær transport

Mikrotubuli er tynne rør satt sammen av proteinet tubulin. Polymeriseringen av tubulin til mikrotubuli skjer i en struktur som kalles sentrosom (figur 2.1). Mikrotubuli danner et system av «skinner» for transport inne i cellen. Transporten langs mikrotubuli skjer ved hjelp av såkalte motorproteiner, som fester seg både til mikrotubuli og til det som skal transporteres, for eksempel vesikler eller celleorganeller. Energien som kreves for å bevege motorproteinene, skaffes ved hydrolyse av ATP. De fleste mikrotubuli er hele tiden i en dynamisk tilstand av polymerisering (oppbygging) og depolymerisering (nedbygging). Det gjør at fordelingen og mønsteret av mikrotubuli i en celle kan forandres raskt. Det mest dramatiske eksemplet på dette er dannelsen av mikrotubuli som fordeler kromosomene til de to cellehalvdelene under celledeling (s. 000).

Ciliebevegelser dannes ved samspill mellom mikrotubuli og motor proteiner

Intermediære filamen ter gjør cellen i stand til å motstå strekk

Aktinfilamenter er viktige for cellens form og bevegelse

Ciliene (flimmerhårene) på overflaten av spesialiserte epitelceller inneholder flere parallelle mikrotubuli som kan forskyves i forhold til hverandre ved hjelp av motorproteiner. Det fører til at ciliene bøyes. Spermienes hale består av ett cilium (s. 000). Ciliebevegelsen kan forskyve væske som er i kontakt med epitelet (for eksempel slimet i luftveiene, s. 000), mens halebevegelsene gjør spermiene i stand til å svømme mot en befruktningsklar eggcelle (s. 000). De intermediære filamentene er den delen av cytoskjelettet som har størst styrke, og deres viktigste funksjon er å gjøre cellen i stand til å motstå strekk. Navnet kommer av at disse filamentene er tykkere enn mikrofilamentene, men tynnere enn mikrotubuli. Det er særlig mye intermediære filamenter i celler som utsettes for store mekaniske påkjenninger, for eksempel epitelcellene i huden. De intermediære filamentene i epitelceller kalles keratiner (s. 000). Mikrofilamentene består hovedsakelig av aktinfilamenter, som er satt sammen av aktinmolekyler. Aktinfilamenter utgjør den største delen av cytoskjelettet i de fleste celler. Disse filamentene, som er de tynneste i cytoskjelettet, er særlig viktige for cellens form og bevegelse. I likhet med mikrotubuli har også aktinfilamentene motorproteiner som kan bevege seg langs filamentene. Disse motormolekylene tilhører en gruppe proteiner som kalles myosin. Noen typer myosinmolekyler polymeriserer selv til filamenter, som kan forskyves langs aktinfilamentene. Det er denne formen for skyvebevegelse som er ansvarlig for muskelkontraksjoner (s. 000). Muskelcellene er de cellene som inneholder mest aktin og myosin.

Proteasomene. Proteasomene er store komplekser som bryter ned defekte og overflødige proteiner i cytsolen og cellekjernen. Kompleksene består av proteinnedbrytende enzymer (proteaser) som danner rørformete strukturer, der de aktive setene (s. 000) vender inn mot hulrommet. Det sikrer at bare proteiner som kommer inn i proteasomet, blir nedbrutt. Proteiner som skal brytes ned, blir merket med et annet, lite protein, og deretter fanget inn av proteasomet. Aminosyrer som frigjøres under nedbrytingen, kan gjenbrukes til ny proteinsyntese.

5 Nevn de viktigste spesialiserte proteinkom pleksene i cytoplasma.

6 Beskriv strukturen til de viktigste spesiali serte proteinkompleksene i cytoplasma.

7 Hvilke funksjoner har de viktigste spesiali serte proteinkompleksene i cytoplasma?

Genetisk informasjon og proteinsyntese En celles egenskaper blir bestemt av de proteinene den syntetiserer. Denne syntesen reguleres av cellekjernen. Den genetiske informasjonen (arvestoffet) i cellene ligger lagret i rekkefølgen av nitrogenbasene i lange deoksyribonukleinsyremolekyler (DNA, s. 000) i cellekjernen. Et gen er en liten del av et DNA-molekyl og inneholder informasjon som beskriver ett bestemt protein. Hvert DNA-molekyl inneholder mange gener, og i menneskets genom er det til sammen omtrent 20 000 gener. Mens cellekjernen inneholder informasjonen om proteinene, skjer proteinsyntesen på ribosomene, som enten er frie i cytosolen eller festet til endoplasmatisk retikulum. Informasjonen må derfor fraktes ut til ribosomene, og spesielle ribonukleinsyremolekyler (RNA, s. 000) sørger for denne transporten. På ribosomene blir rekkefølgen av nitrogenbaser oversatt til rekkefølgen av aminosyrer i proteinet. Antallet proteiner i menneskekroppen (ca. 100 000) er langt høyere enn antallet gener. Det kommer av at den genetiske informasjonen

kan modifiseres under overføringen til ribosomene, og at proteiner kan endres etter syntesen (s. 000).

Cellekjernen innehol der informasjonen om proteinene

Deoksyribonukleinsyre (DNA)

Hver av kromatintrådene i cellekjernen består av ett DNA-molekyl, som er kveilet opp rundt kuleformete komplekser av proteiner som kalles histoner. DNA-molekylene er de største molekylene i kroppen. Hos pattedyr er den totale, utstrakte lengden av alle DNA-molekylene i én kroppscelle omtrent 1,5 m. Den samlete lengden av alle DNA-molekylene hos et voksent menneske er dermed flere hundre ganger avstanden mellom jorden og solen! Hvert DNA-molekyl består av to lange kjeder, som er polymerer av nukleotider (s. 000). De to kjedene er kveilet opp ved siden av hverandre, slik at de danner en dobbeltspiral, en dobbelt heliks (figur 2.5). Hvert nukleotid består av tre deler (figur 1.27): • ett sukkermolekyl, deoksyribose • én nitrogenbase • én fosfatgruppe

Mennesket har ca. 20 000 gener

Proteinsyntesen skjer på ribosomene utenfor cellekjernen

DNA-molekylene er de største molekylene i kroppen

Et DNA-molekyl består av to lange nukleotid kjeder som danner en dobbeltspiral

De enkelte nukleotidene er koplet sammen ved at fosfatgruppen i ett nukleotid er bundet til deoksyribosemolekylet i det neste nukleotidet, og nitrogenbasene peker innover mot sentrum av dobbeltspiralen (figur 1.28). Alle nukleotidene i DNA inneholder deoksyribose og fosfat, mens det er fire forskjellige nitrogenbaser (figur 1.27): adenin (A) tymin (T) guanin (G) cytosin (C) De to kjedene i dobbeltspiralen holdes sammen ved hjelp av hydrogenbindinger mellom nitrogenbasene. Hydrogenbindingene kan bare dannes mellom bestemte baser. Adenin i den ene av kjedene er alltid bundet til tymin i den andre kjeden, og guanin er alltid bundet til cytosin (figur 2.5). Adenin og tymin, og guanin og cytosin, kalles derfor korresponderende baser, som utgjør et basepar. Hvis baserekkefølgen i den ene kjeden i DNA er kjent, er derfor baserekkefølgen til den andre (den komplementære) kjeden også gitt. Det er baseparingen som gjør det mulig for DNA-molekylet å bli kopiert (s. 000), og som er grunn-

Hydrogenbindinger mellom nitrogenba sene holder kjedene i DNA sammen

Hydrogenbindingene i DNA kan bare dannes mellom bestemte baser

2 Celler

Deoksyribose

Genetisk informasjon er bestemt av rekkeføl gen av nitrogenbasene i DNA

En triplett av nitro genbaser koder for én bestemt aminosyre

Ett gen inneholder de triplettene som koder for ett bestemt protein

Det er 20 forskjellige aminosyrer som inngår i proteiner

Fosfat

laget for å overføre informasjonen i DNA til RNA (s. 000). Den genetiske informasjonen er bestemt av rekkefølgen av nitrogenbasene (basesekvensen) langs DNA-kjedene. Kjernens DNA-molekyler er derfor kodebånd, der rekkefølgen av nitrogenbasene bestemmer rekkefølgen av aminosyrene i hvert eneste protein i kroppen. Hos mennesket er det bare knappe 2 % av genomet som koder for proteiner i cellene. Den ikke-kodende delen av DNA blir ofte kalt søppel-DNA (junk DNA), fordi det tidligere ble antatt at denne delen av DNA ikke har andre oppgaver. Det har imidlertid vist seg å være feil, og betegnelsen søppel-DNA er derfor misvisende. For omtrent 1 % av nitrogenbasene er det forskjell i baserekkefølgen i DNA mellom ulike personer. De fleste forskjellene er i de områdene som ikke koder for proteiner. Disse forskjellene gjør det mulig å bestemme med stor sikkerhet hvilken person en gitt DNA-prøve stammer fra. Det kreves svært lite biologisk materiale for å utføre en slik analyse.

Den genetiske koden

Det genetiske språket er bygd opp på tilsvarende måte som et skriftspråk. Et sett av symboler (bokstavene) settes sammen til ord, ord former setninger, og setningene gir informasjonen.

Figur 2.5 Del av et DNA-molekyl med de to nukleotidkjedene kveilet opp ved siden av hver andre. Nukleotidkjedene er holdt sammen av hydrogenbindinger mellom nitrogenbasene, som er komplementære.

I det genetiske språket er det bare fire bokstaver, de fire nitrogenbasene i DNA: A, G, T og C. Alle ordene er like lange og dannes ved kombinasjoner av tre bokstaver (nitrogenbaser). En slik serie av nitrogenbaser kalles en triplett, og hver enkelt triplett tilsvarer navnet på én bestemt aminosyre (figur 2.6). Ordene settes sammen til forskjellige setninger av ulik lengde, der rekkene av ord beskriver rekkefølgen av aminosyrene i proteiner. Et gen er en liten del av et DNA-molekyl, og inneholder de triplettene som er nødvendige for å danne ett bestemt protein (figur 2.7). Antallet tripletter i det enkelte genet varierer fra færre enn ti til flere tusen, avhengig av størrelsen på det proteinet som genet bestemmer strukturen til. Det er 20 forskjellige aminosyrer som inngår i proteiner (s. 000). Mange av proteinmolekylene i kroppen er satt sammen av mer enn 2000 aminosyremolekyler. Fordi det for hvert aminosyremolekyl er 20 alternativer, er det et ufattelig stort antall mulige varianter for proteiner av den størrelsen. Bare ett enkelt molekyl av hver variant ville til sammen gi en masse som er større enn den samlete massen for alle himmellegemene i universet! Det er bare en forsvinnende liten del av de mulige proteinene som noen gang har eksistert. Fordi det kan være 20 ulike aminosyrer i et protein, må DNA-språket bestå av minimum 20

Triplett T A C GA A T T T C A A A C C C C G C A T G C T G T A AG T T GAGGA A GG DNA-kjede

Aminosyre Protein

Figur 2.6 Triplettene i DNA-kjeden og de tilsvarende aminosyrene i proteinet. Bokstavene langs DNAkjeden er forkortelser for nitrogenbasene i de nukleotidene som danner kjeden: adenin (A), guanin (G), tymin (T) og cytosin (C).

ord. Det er fire baser i DNA-alfabetet og hvert DNA-ord består av tre baser. Denne kombinasjonen gjør det mulig å lage 64 ulike ord. Det genetiske språket har dermed mer enn nok ord til å definere de 20 aminosyrene som brukes til proteinsyntesen. Det er 61 tripletter som spesifiserer aminosyrer, og forskjellige tripletter kan derfor kode for den samme aminosyren. Det er for eksempel fire ulike tripletter som koder for aminosyren glysin. I vårt daglige språk kan også flere ord ha samme betydning (synonymer, for eksempel hus og bygning). De tre triplettene som ikke koder for en aminosyre (ACT, ATC og ATT), er stoppsignal eller «punktum» i DNA-språket, og markerer slutten på proteinet (figur 2.7). Tripletten T-A-C er både kodeordet for aminosyren metionin og en starttriplett, som markerer begynnelsen av et protein. Den genetiske koden er et universelt språk som brukes av alle celler i alle levende organismer. Den universelle utbredelsen støtter teorien om at alt liv på jorden har en felles opprinnelse.

8 Hvordan er DNA-molekylene oppbygd? 9 Beskriv prinsippet for den genetiske koden.

Ribonukleinsyre (RNA)

Ribonukleinsyremolekyler (RNA) er, i likhet med DNA, bygd opp av nukleotider som er hektet sammen til lange kjeder, og nukleotidene i RNA består også av ett sukkermolekyl, én nitrogenbase og én fosfatgruppe (figur 1.27). Nukleotidene i RNA er sammenkoplet på samme måte som i

DNA, og som i DNA er det fire forskjellige nitrogenbaser. Tre av basene, adenin (A), guanin (G) og cytosin (C), er de samme som i DNA, mens den fjerde basen, uracil (U), bare forekommer i RNA. Uracil ligner i struktur på den fjerde basen i DNA, tymin (T). En annen forskjell mellom DNA og RNA er sukkermolekylet, som er deoksyribose i DNA og ribose i RNA. RNA-molekylene består dessuten av bare én nukleotidkjede, mens DNAmolekylene består av to (tabell 1.3). Det er flere typer RNA-molekyler, og tre typer har spesielt viktige funksjoner i proteinsyntesen: • budbringer-RNA eller mRNA (messenger RNA), som bringer informasjonen fra DNA til ribosomene • overførings-RNA eller tRNA (transfer RNA), som frakter aminosyrer til ribosomene • ribosomalt RNA eller rRNA, som utgjør en viktig del av ribosomene (s. 000)

DNA-språket innehol der tre stopptripletter og én starttriplett

Den genetiske koden brukes av alle celler

RNA-molekylene be står av bare én nukleo tidkjede

mRNA bringer infor masjon fra DNA til ribosomene

tRNA frakter amino syrer til ribosomene

I tillegg til genene som koder for proteiner, inkluderer genomet også gener som koder for tRNA og rRNA.

Proteinsyntese

Figur 2.8 viser hvordan den genetiske informasjonen overføres fra cellekjernen til ribosomene, der proteinsyntesen skjer ved sammenkopling av aminosyrer. Denne prosessen er lik i alle celler og består av fire etapper: • I kjernen overføres den genetiske informasjonen fra DNA til pre-mRNA, transkripsjon. • Deretter blir pre-mRNA omdannet til ferdig mRNA, pre-mRNA-prosessering. • mRNA transporteres fra kjernen til ribosomene.

10 Hvordan er RNA-molekylene oppbygd?

11 Hvilke oppga ver har mRNA og tRNA?

Sirkulasjonssystemet 310 Sirkulasjonssystemets hovedoppgaver 310 Hovedtrekk i sirkulasjonssystemets oppbygning 312 Hjertet 321 Hjertets pumpefunksjon 325 Hjertets minuttvolum 330 Blodårene og blodtrykket 350 Blodforsyning til hjertemuskulaturen 352 Blodforsyning til hjernen 353 Lungesirkulasjonen 354 Sirkulasjonen hos fostre og nyfødte 356 Store arterier i systemkretsløpet 358 Store vener i systemkretsløpet 360 Lymfeårer og lymfeknuter

For at transporten mellom kroppens organer skal foregå tilstrekkelig raskt, er kroppen avhengig av et spesialisert transportsystem, sirkulasjonssystemet. Hos mennesket og andre virveldyr består sirkulasjonssystemet av et pumpesystem (hjertet) og et lukket rørsystem som leder blod rundt i kroppen. Når et stoff først har kommet inn i blodet,

tar det mindre enn ett minutt å nå hvilken som helst del av kroppen. Til sammenligning ville det tatt mange år for et næringsstoff å diffundere fra tarmkanalen til for eksempel hjernen. Den raske transporten gjennom sirkulasjonssystemet er en betingelse for at cellene i kroppen kan samarbeide på en adekvat måte.

310

9 Sirkulasjonssystemet

Sirkulasjonssystemets hovedoppgaver Sirkulasjonssystemet består av hjertet og et stort antall blodårer Hjertet er delt i en høyre og en venstre halvdel, og hver halvdel er en muskelpumpe

Transport av stoff og varme er sirkulasjons systemets viktigste oppgaver

Hjertet har to atrier og to ventrikler

Hjerteklaffene sikrer enveistransport av blodet Lungekretsløpet og systemkretsløpet er koplet i serie

Figur 9.1 Prinsippet for en kammerpumpe med ventiler. Sam mentrekning av kam merveggen presser væske ut av kamme ret. Ventilenes retning sikrer enveistransport.

Sirkulasjonssystemet består av hjertet og et svært stort antall blodårer (blodkar) med forskjellig diameter og elastisitet. Hjertet er delt i en høyre og en venstre halvdel, og hver halvdel fungerer som en muskelpumpe. Pumpen på hjertets høyre side sender blod gjennom lungene (lungekretsløpet, det lille kretsløpet), mens den på venstre side pumper blod gjennom hele kroppen (systemkretsløpet, det store kretsløpet). De viktigste oppgavene til sirkulasjonssystemet er • å transportere O2 fra lungene, der det tas opp, til vevene, der det avgis • å transportere CO2 den motsatte veien av O2, fra vevene til lungene, der CO2 pustes ut • å transportere næringsstoffer fra fordøyelseskanalen til vevene, og til og fra organer som omdanner (spesielt leveren) og lagrer (spesielt leveren og fettvevet) næringsstoffene • å transportere avfallsstoffer fra vevene, der de produseres, til de organene der de skilles ut (nyrene og tarmkanalen) • å transportere hormoner fra de endokrine kjertlene til målcellene • å transportere varme fra vevene ut til kroppens overflate, der varme avgis • å beskytte mot infeksjon ved å transportere hvite blodceller og antistoffer til vevene • å stabilisere kroppens indre miljø med hensyn til blant annet pH, ioner, væskemengde og osmolaritet • å overføre kraft i form av væsketrykk, som er grunnlaget både for filtrasjon av væske gjennom de minste blodårene og for ereksjon

Ventil

Listen ovenfor viser at sirkulasjonssystemets hovedoppgave er transport. Transporten legger forholdene til rette for en omfattende stoffutveksling mellom blodet og kroppens celler. Betydningen av sirkulasjonssystemet blir tydelig hvis hjertet slutter å slå. Personen mister da bevisstheten allerede etter 5–10 s, og ved normal kroppstemperatur vil oksygenmangel gi varige skader av storhjernebarken etter 3–4 min. Også hjertemuskulaturen skades ved et kortvarig stopp i blodtilførselen.

Hovedtrekk i sirkulasjonssystemets oppbygning De to hjertehalvdelene er atskilt av en kraftig skillevegg, septum. Hver hjertehalvdel har to kamre, et forkammer, atrium, og et hjertekammer, ventrikkel. Veggene i hjertets ventrikler har velutviklete muskler, og det er ventriklene som fungerer som pumper. Atriene samler opp blodet som vender tilbake til hjertet, og overfører det til ventriklene. Hver ventrikkel fungerer som en separat pumpe, og de to pumpene sender blodet gjennom hvert sitt kretsløp (figur 9.2 b). Hjertet er utstyrt med ventiler, hjerteklaffer, som gjør at blodet kan strømme i bare én retning (figur 9.1). Hjertet har fire ventiler, som er plassert ved innløpet og utløpet av de to ventriklene. De to hjertehalvdelene og de to tilhørende blodkarsystemene er koplet i serie, som betyr at de følger etter hverandre. Det vil si at blodet strømmer gjennom høyre hjertehalvdel og lungekretsløpet før det sendes videre gjennom venstre hjertehalvdel og systemkretsløpet, for deretter å returnere til den høyre delen av hjertet. Like mye blod må derfor passere gjennom lungene og systemkretsløpet per tidsenhet.

1 Hva er sirkulasjonssystemets viktigste oppgaver?

2 Hva er lungekretsløpet og systemkrets Væskestrøm

løpet?

3 Hvor lang tid etter en hjertestans tapes bevisstheten?

Kammerpumpe

311

Lunger Kapillærer i øvre del av kroppen

Vener

Lungekretsløpet Lungearterier Lungevener Arterier

Lunge

Lungevener

Høyre ventrikkel

Lungearterier Aorta

V. cava superior

Venstre ventrikkel Høyre atrium

Høyre atrium V. cava inferior

Venstre atrium Venstre ventrikkel

Høyre ventrikkel

Hulvener

Bukaorta

Hjerte

Koronarvener

Vener

Nyrevener

Aorta

Hjerne

Koronararterier Portåren

Lever

Venstre atrium

Muskler Arterier

Fordøyelseskanalen Efferente arterioler

Leverarterien

Nyrene

Nyrer Afferente arterioler

Arterioler

a Kapillærer i nedre del av kroppen

Andre organer b Systemkretsløpet

Figur 9.2 a Systemkretsløpet og lungekretsløpet. Høyre ventrikkel pumper blodet gjennom lungene, mens venstre ventrikkel pumper blodet gjennom alle kroppens organer og vev. b Hjertet virker som to atskilte pumper. Den ene (høyre ventrikkel) pumper blodet gjennom lungene, der konsentrasjonene av O2 og CO2 justeres. Den andre (venstre ventrikkel) pumper det O2-rike blodet som kommer fra lungene, videre til organene gjennom parallellkoplete arterier. Anatomisk er de to pumpene bygd inn i ett organ, hjertet. Rødt angir O2-rikt blod, mens blått viser O2-fattig blod.

Det er tre hovedtyper av blodårer: arterier, vener og kapillærer. Arteriene leder blodet fra ventriklene til kroppens organer, venene returnerer det aller meste av blodet til atriene, og kapillærene forbinder arteriene med venene. Mennesket og andre virveldyr har et lukket sirkulasjonssystem, og blodet kommer derfor aldri i direkte kontakt med cellene utenfor blodkarene.

Hjertets kontraksjoner skaper trykkforskjeller som får blodet til å strømme gjennom blodårene. Som andre rørsystemer utøver blodårene motstand mot væskestrøm, og væsketrykket faller derfor etter hvert som blodet strømmer gjennom dem. Hovedpulsåren, aorta, og de største arteriene er de blodårene som først mottar blod fra hjertet. De utsettes dermed for det høyeste trykket. Arteriene er elastiske og utvides derfor

De tre hovedtypene av blodårer er arterier, vener og kapillærer Hjertets kontraksjoner skaper trykkforskjel ler som får blodet til å strømme gjennom blodårene

312

9 Sirkulasjonssystemet

Stoffutvekslingen mellom blodet og kroppens celler skjer i kapillærene Stoffutvekslingen mellom blodet og kroppens celler skjer ved diffusjon

Arteriene i system kretsløpet er koplet i parallell

når hjertet trekker seg sammen og pumper blod ut i dem. Når hjertet slapper av for å fylles med blod, trekker de elastiske arteriene seg passivt sammen. Energien som ble lagret i arterieveggen under hjertets utpumping av blod, brukes dermed til å opprettholde blodstrømmen gjennom sirkulasjonssystemet når hjertet er avslappet. Arteriene fordeler blodet til arteriolene, som forgrener seg videre til et stort antall ørsmå, tynnveggete kapillærer (figur 9.2). Utvekslingen av næringsstoffer, gasser og avfallsstoffer mellom blodet og cellene i vevene skjer mellom kapillærene og vevsvæsken. Denne utvekslingen, som foregår hovedsakelig ved diffusjon, er hele siktemålet med å ha et sirkulasjonssystem. Fordi avstanden mellom cellene og deres nærmeste kapillærer er svært liten, er diffusjonen rask nok til å ivareta cellenes behov. De minste venene, venolene, samler blodet fra kapillærene og leder det over i større vener, som returnerer blodet til hjertets høyre side. Atriet på hjertets høyre side mottar oksygenfattig veneblod fra vevene via vena cava superior (øvre hulvene) og vena cava inferior (nedre hulvene). Fra høyre atrium strømmer blodet til høyre ventrikkel, som pumper det gjennom lungearterien og lungene. I lungene tilføres blodet oksygen og avgir karbondioksid, før det returnerer gjennom lungevenene til hjertets venstre atrium (figur 9.2). Fra venstre atrium strømmer blodet til venstre ventrikkel og fordeles deret-

Prosent av hjertets minuttvolum

Organvekt som prosent av kroppsvekt

ter til alle organene i kroppen gjennom aorta og arteriegrenene fra aorta. De enkelte arteriene er parallelle tilførselsveier for blod til kroppens organer. Parallellkoplingen gjør at alle delene av kroppen mottar oksygenrikt blod (figur 9.2). Parallellkoplingen gjør det også mulig å endre fordelingen av blodet som pumpes ut av venstre ventrikkel. En omfordeling av blodtilførselen til organene skjer ved justeringer av diameteren av de minste arteriene, arteriolene. Hvis for eksempel arteriolediameteren i et organ reduseres, øker motstanden mot blodstrøm gjennom dette organet, som dermed mottar mindre blod. En typisk fordeling av blodet som hjertet pumper i hvile, er vist på figur 9.3.

4 Nevn hovedtypene av blodkar. 5 Hva er fordelen med at arteriene i system kretsløpet er parallellkoplet?

6 Hvilken type kar regulerer fordelingen av blod til de forskjellige organene?

Hjertet Trykkforskjellene som må til for at blodet skal sirkulere, oppstår ved at hjertet, som er et hult muskelorgan, trekker seg sammen med jevne mellomrom. Allerede når fosteret er ca. 3 uker gammelt og bare noen få millimeter langt, begynner hjertet å slå. Det forhold at hjertet er utviklet så kort tid etter at egget er befruktet, understreker nødvendigheten av sirkulasjonssystemet. I løpet av en vanlig livslengde slår hjertet ca. 3 milliarder

Prosent

Beinvev

Hud Fordøyelses- Lever systemet

Hjerne Skjelett- Hjerte muskulatur

Nyrer

Figur 9.3 Fordelingen av hjertets minuttvolum i hvile.Den blodmengden som hver hjertehalvdel pumper ut hvert minutt, kalles hjertets minutt volum. Blodet fra venstre hjertehalvdel fordeles mellom alle kroppens organer, mens høyre hjerte halvdel pumper en like stor blodmengde gjennom lungene. Legg merke til at noen organer som utgjør en liten del av kroppsvekten, mottar en uforholds messig stor del av blodet fra venstre hjertehalvdel.

313

ganger og pumper en blodmengde som er større enn lasteevnen til de største tankbåtene. Hos et voksent menneske veier hjertet ca. 300 g når det er tomt for blod. Hjertet ligger i brysthulen, litt til venstre for midtlinjen og like bak brystbeinet, sternum (figur 9.4). Sidene av hjertet ligger an mot de to lungene, mens den nederste delen grenser mot mellomgulvet, diaphragma. Hjertet er kjegleformet. Den vide delen av kjeglen, basis, er øverst, mens den spisse delen, apeks, peker ned og litt til venstre. De store blodårene munner ut i, og forlater, hjertet ved basis (figurene 9.5 a og 9.6 a). Todelingen av hjertet hindrer blanding av det oksygenrike blodet fra lungene og det oksygenfattige blodet fra vevene. Ordningen med to separate pumper gjør det også mulig å ha et mye lavere trykk i lungekretsløpet enn i systemkretsløpet, og det reduserer risikoen for opphoping av væske i lungene (lungeødem). Det lave trykket i lungekretsløpet gjør også hjertets samlete pumpearbeid mindre enn det ville ha vært ved et høyere trykk.

Perikardet

Hjertet er omsluttet av hjerteposen, perikardet, som består av to epitellag (s. 000). Lagene er atskilt av en tynn, væskefylt spalte, perikardhulen. Sammenhengen mellom perikardet og hjertet kan sammenlignes med en knyttneve som er presset mot sentrum av en delvis oppblåst ballong (figur 9.5 b). Ballongen og knyttneven representerer henholdsvis perikardet og hjertet, mens hulrommet mellom de to ballonglagene

Hjertetamponade Normalt er det bare en tynn væskefilm mel lom de to glatte cellelagene som begrenser perikardhulen. Fordi det ytre, fibrøse pe rikardlaget er lite ettergivende, vil ansam ling av unormalt mye væske i perikardhulen presse mot hjertet, og gjøre det vanskeligere for hjertet å fylles med blod under diastolen. Dette kalles hjertetamponade. Hvis situasjonen utvikles raskt, vil mer enn 250 mL væske i perikardhulen gi alvorlige problemer. Hjerte tamponade kan ha mange årsaker, for eksem pel at dødt vev eller arrvev etter et hjertein farkt plutselig brister.

Kragebeinet

Hjertet Brystbeinet

Ribbein

tilsvarer perikardhulen. Hjertet ligger omsluttet av perikardet, men ikke inne i perikardhulen. Det viscerale (indre) laget av perikardet er fast forbundet med den ytre hjerteveggen. Det parietale (ytre) laget er ytterst forsterket med et fibret og lite elastisk bindevevslag som er forankret til mellomgulvet og de store blodkarene nærmest hjertet. Dette fibrete bindevevslaget er viktig for å hindre akutt overstrekking av hjertemuskelfibrene (s. 000). Kontaktflatene mellom de to perikardlagene er glatte og smøres av væsken i perikardhulen. Friksjonen mot hjertets bevegelser blir dermed minimal.

Figur 9.4 Hjertets plassering i thorax. Oksygenrikt og oksy genfattig blod blandes ikke i hjertet Trykket i lungekretslø pet er mye lavere enn i systemkretsløpet Hjertet er omsluttet av perikardet, men ligger ikke inne i perikard hulen

9 Hva er fordelene med at hjertet har to atskilte pumper?

10 Hvilken betydning har det lave trykket i lungekretsløpet? 11 Beskriv perikardets anatomi.

Perikardet hindrer akutt overstrekking av hjertemuskelcellene

12 Hva er de viktigste funksjonene til peri kardet?

Hjerteklaffene

En plate av fibret bindevev, anulus fibrosus, skiller atriene fra ventriklene (figur 9.6). Lungearterien, truncus pulmonalis, aorta og hjertemuskulaturen er forankret i anulus fibrosus. Atriemuskulaturen er festet til oversiden av anulus

Anulus fibrosus skiller muskulaturen i atriene fra muskulaturen i ventriklene

Hjertemusklene er forankret til anulus fibrosus

314

9 Sirkulasjonssystemet

Figur 9.5 Hjertet med perikard. a Utsnitt av ventrikkelveggen viser endokard, myokard og perikard. Tykkelsen av perikardlagene er overdrevet på figuren. b Skjematisk illus trasjon av hjertets forhold til perikardet. Knyttneven tilsvarer hjertet.

V. cava superior

Aorta

Venstre lungearterie Truncus pulmonalis Visceralt lag Parietalt lag Perikardet

Det er ikke klaffer mel lom de store venene og atriene

Indre, visceralt lag av perikardet

Perikardhulen

Ytre, parietalt lag av perikardet

Parietalt lag av perikardet Visceralt lag av perikardet (epikard) V. cava inferior

Åpning og lukking av hjerteklaffene bestem mes av væsketrykkene mot klaffene

Bindevevslag Perikardhulen

Chordae tendineae og papillemusklene hin drer vrengning av AVklaffene inn i atriene

Myokardet Endokardet Myokardet Hjertespissen (apex cordis)

fibrosus, mens ventrikkelmuskulaturen er festet til undersiden. Anulus fibrosus består av fire bindevevsringer som er forbundet med hverandre, To av bindevevsringene danner åpningene mellom forkamrene og ventriklene, mens de to andre danner åpningene mellom høyre ventrikkel og lungearterien og mellom venstre ventrikkel og aorta. Til alle bindevevsringene i anulus fibrosus er det festet tynne klaffer av fibret bindevev. Klaffene virker som ventiler, og er konstruert på en måte som gjør at blodet kan strømme bare én vei. Atrioventrikulærklaffene (AVklaffene) er plassert mellom atriene og ventriklene, aortaklaffen er plassert ved utgangen til aorta, og pulmonalklaffen sitter ved utgangen til lungearterien. Åpningen og lukkingen av klaffene er en passiv prosess som bestemmes av forskjellene i væsketrykk mot de to sidene av klaffene. På grunn av sin form kalles AV-klaffene også for seilklaffer. Den venstre AV-klaffen, mitralklaffen, har to seil (cusps), og kalles ofte bikuspidalklaffen. Den høyre AV-klaffen har tre seil og kalles trikuspidalklaffen. Når trykket i atriene er høyere enn i ventriklene, presses seilene i AVklaffene fra hverandre, og blodet kan dermed strømme fra atriene til ventriklene (figurene 9.6 b og 9.7 a og b). Den ene enden av tynne, seneaktige tråder, chordae tendineae, er festet til de

frie endene av klaffeseilene. Trådenes andre ende er festet til papillemusklene, som er framskutte deler av ventrikkelmuskulaturen (figur 9.6 a). Når ventriklene trekker seg sammen (kontraherer), blir ventrikkeltrykket umiddelbart høyere enn atrietrykket. Seilene i AV-klaffene presses da mot hverandre, og klaffene lukkes (figurene 9.6 c og 9.7 c). Papillemusklene kontraherer samtidig med den øvrige ventrikkelmuskulaturen. Dermed strammes chordae tendineae og hindrer AV-klaffene fra å vrenges inn i atriene. AV-klaffene tillater derfor blod å strømme fra atriene til ventriklene, men ikke den motsatte veien. Aortaklaffen og pulmonalklaffen består begge av tre lommeaktige seil med tilnærmet halvmåneform (figur 9.6). De kalles derfor også semilunarklaffene (halvmåneklaffene). Når hjertet kontraherer, og trykket inne i ventriklene blir høyere enn i de utførende arteriene, åpnes semilunarklaffene, og blod strømmer ut i arteriene (figurene 9.6 c og 9.7 d). Når ventriklene slapper av og trykket inne i dem blir lavere enn i arteriene, lukkes klaffene, og blodet hindres i å strømme tilbake til ventriklene (figurene 9.6 b og 9.7 e). Det er ikke klaffer der de store venene munner ut i atriene. Det er likevel bare en beskjeden blodstrøm fra atriene tilbake til venene, fordi trykket i forkamrene alltid er lavt, og fordi åpningen mot venene klemmes delvis sammen når atriene kontraherer.

315

Arterier til hode og armer V. cava superior

Aorta Pulmonalarterier Trikuspidalklaffen Bindevevsring Pulmonalvener

Pulmonalvener

Venstre atrium

Bikuspidalklaffen b

Pulmonalklaffen

Aortaklaffen Bikuspidalklaffen

Pulmonalklaffen Høyre atrium

Aortaklaffen

Chordae tendineae Venstre ventrikkel

Trikuspidalklaffen

Septum V. cava inferior a

Papillemuskel Høyre ventrikkel

Anulus fibrosus c

Figur 9.6 a Snitt gjennom hjertet i frontalplanet. b og c Tverrsnitt gjennom hjertet sett ovenfra. Fire bindevevsringer med mellomliggende bindevev utgjør hjertets fibrøse skjelett (anulus fibrosus). Bikus pidalklaffen og trikuspidalklaffen er festet til to av ringene, aortaklaffen og pulmonalklaffen til de to andre. Bikuspidalklaffen har to seil, mens trikuspidalklaffen har tre seil. b Trykket er høyere i atriene enn i ventriklene. Dermed åpnes klaffene mellom atriene og ventriklene. c Trykket i ventriklene er høyere enn i arteriene ut fra hjertet. Dermed åpnes aortaklaffen og pulmonalklaffen.

13 Hva er anulus fibrosus? 14 Hva kalles de forskjellige hjerteklaffene? 15 Hvilken funksjon har hjerteklaffene? 16 Hvilken funksjon har chordae tendineae og papillemusklene?

17 Hva er det som bestemmer åpning og luk king av hjerteklaffene?

Hjerteveggen

Hjerteveggen består av tre lag, som fra innerst til ytterst kalles • endokard • myokard • epikard

Endokardet, som er i direkte kontakt med blodet i hjertekamrene, består av enlaget plateepitel og et tynt bindevevslag. Epitellaget av endokardet går direkte over i epitellaget som dekker blodårenes innside, endotelet. Myokardet, hjertemusklene, utgjør det meste av hjerteveggen (figur 9.6). Fordi det er en fullstendig skillevegg mellom de to halvdelene av hjertet, kan hjertet fungere som to atskilte pumper. Epikardet dekker myokardets utside. Epikardet er det samme som det indre, viscerale, laget av perikardet (figur 9.5).

Myokardets oppbygning og egenskaper

I likhet med skjelettmusklene består myokardet av tverrstripete muskelceller. Mens skjelettmuskelcellene er uforgrenete og ofte mange centi-

Hjerteveggen består hovedsakelig av mus kulatur

316

9 Sirkulasjonssystemet

b Atriene kontraherer og presser mer blod inn i ventriklene.

a Når ventriklene har slappet av så mye at ventrikkeltrykkene blir mindre enn atrietrykkene, åpnes AV-klaffene. Blod strømmer dermed passivt inn i ventriklene.

c Ventriklene begynner å trekke seg sammen, slik at ventrikkeltrykkene øker. AV-klaffene lukkes.

c a

e Ventriklene slapper av, og trykkene inne i ventriklene blir lavere enn i arteriene. Klaffene ut til arteriene lukkes. Når ventrikkeltrykkene synker under atrietrykkene, åpnes AV-klaffene. Hjertet er da over i en ny syklus (a).

d Trykkene i ventriklene øker ytterligere og overstiger trykket i de utførende arteriene. Klaffene ut til arteriene åpnes, og blodet strømmer ut i aorta og lungearterien. Blodmengden i ventriklene halveres dermed.

Figur 9.7 De ulike fasene i hjertesyklusen. Blå og rød fargetone viser passasjen av en bestemt mengde oksygenfattig og oksygenrikt blod gjennom og ut av hjertet. Blod strømmer fra venene og inn i atriene i alle fasene, unntatt under atriekontraksjonen (b). Overføring av blod fra atriene til ventriklene og fra ventriklene til arteriene skjer derimot periodevis. Blodet strømmer imidlertid gjennom systemkretsløpet og lungekretsløpet også når klaffene mellom ventriklene og arteriene er lukket (ikke vist på figuren). Det er mulig fordi energi overføres fra hjertet og lagres som strekk av arterieveggene når hjertet pumper ut blod (d).

317

Figur 9.8 Oppbygningen av hjertemuskulaturen. a De brede, mørke båndene på tvers av muskel cellene (interkalerte skiver) er områder der to celler ligger inntil hverandre. b Proteinkanaler (åpne celleforbindelser, gap junctions) gjennom borer membranene til naboceller der de ligger inntil hverandre, slik at det dannes direkte kontakt mellom cellenes cytosol.

meter lange, er hjertemuskelcellene forgrenete (figurene 8.18 og 9.8) og mindre enn 0,5 mm lange. Hjertemuskelcellene er dessuten forbundet med hverandre ende mot ende, og danner dermed to sammenhengende flettverk, ett for atriene og ett for ventriklene. Kontaktområdene mellom endene til nabomuskelceller inneholder mange åpne celleforbindelser (gap junctions, s. 000), som er kanaler tvers gjennom begge cellenes membraner (figur 9.8). Elektriske strømmer, som i væskeløsninger alltid bæres av ioner, kan dermed gå fra celle til celle. Aksjonspotensialer kan derfor spre seg gjennom flettverket av muskelceller. Fordi anulus fibrosus består av bindevev, fungerer den som en elektrisk isolator. Aksjonspotensialer kan derfor bare ledes fra atrie- til ventrikkelmuskelcellene gjennom et spesialisert ledningssystem som krysser denne bindevevsplaten (se senere). Innenfor atriene og ventriklene kan derimot aksjonspotensialer forplante seg lett fra celle til celle. Hjertemuskulaturen består med andre ord av to systemer av elektrisk sammenkoplete muskelceller, ett i atriene og ett i ventriklene. Forskjeller i tykkelsen av myokardet i de ulike hjertekamrene henger sammen med hvor høyt trykk som kreves for å presse blodet videre til neste avsnitt i sirkulasjonssystemet. Myokardet er tynnest i forkamrene. Arterietrykket i system-

18 Hvilke lag består hjerteveggen av? 19 Sammenlign strukturen til hjertemuskel celler og skjelettmuskelceller.

20 Hvordan ledes aksjonspotensialer gjen nom hjertemuskulaturen?

21 Hvordan ledes aksjonspotensialer fra atri ene til ventriklene?

b Cellemembran

Kanal

kretsløpet er høyere enn i lungekretsløpet, og myokardet i venstre ventrikkel er derfor tykkere enn i høyre ventrikkel.

Utløsning av hjertets kontraksjoner Det er to typer hjertemuskelceller: • kontraktile celler med stabilt membranpotensial • ikke-kontraktile celler med ustabilt membranpotensial (autorytmiske celler) Cirka 99 % av hjertemuskelcellene er kontraktile, som betyr at de kan trekke seg sammen. Både hjertets kontraktile celler og skjelettmuskelceller har et stabilt hvilemembranpotensial, og de må derfor stimuleres for at terskelverdien for utløsning av et aksjonspotensial skal nås. Aksjonspotensialet utløser i sin tur kontraksjon av muskelcellen. Mens hver enkelt skjelettmuskelcelle er forbundet med nervesystemet og stimuleres via en synapse, stimuleres de kontraktile hjertemuskelcellene av depolariserende strøm som ledes gjennom de åpne celleforbindelsene. Muskelcellene i et bestemt område trekker seg derfor sammen nesten samtidig. I motsetning til de kontraktile cellene kan de ikke-kontraktile hjertemuskelcellene (de autorytmiske cellene) danne aksjonspotensialer på egen hånd. Membranpotensialet i de autorytmiske cellene er ikke stabilt. Etter et aksjonspotensial blir det gradvis mer positivt inntil det når terskelverdien for utløsing av et nytt aksjonspotensial (figur 9.9). Denne spontane, gradvise depolariseringen skjer normalt raskest i en liten samling celler som er lokalisert i høyre forkammer, like ved munningen av v. cava inferior, sinusknuten. Når et aksjonspotensial er utløst i sinusknuten, sprer det seg fra muskelcelle til muskelcelle via de åpne celleforbindelsene, slik at det utløses kontraksjon. De spontane depolariseringene av autorytmiske

Aksjonspotensialer spres gjennom hjerte musklene via åpne celleforbindelser

Anulus fibrosus fun gerer som en elektrisk isolator Aksjonspotensialer ledes fra atriene til ventriklene gjennom et spesialisert lednings system Hjertemuskelcellene i et bestemt område trekker seg sammen nesten samtidig

Figur 9.9 Dannelsen av aksjonspoten sialer i sinusknuten. a Normal aktivitet i det autonome nervesystemet. b Virkning av endret aktivitet i det auto nome nervesystemet. Høy parasympatisk aktivitet reduserer hjertefrekvensen ved å forsinke membran potensialets drift mot terskelverdien. Høy sympatisk aktivitet har motsatt virkning.

Membranpotensial (mV)

9 Sirkulasjonssystemet

-40 -60 Aksjons- Pacemakerpotensial potensial a

Membranpotensial (mV)

318

Tid

-40 -60 Tid

b Terskelverdi

22 Hvilke to hovedtyper celler finnes i myokardet?

23 Hvilke egen skaper til cellene i sinusknuten gjør at den fungerer som hjertets pacemaker?

Spesialiserte hjerte muskelceller i sinus knuten fungerer som hjertets pacemaker

His-bunten leder aksjonspotensialene gjennom anulus fibrosus Impulsledningen fra atriene til ventriklene forsinkes gjennom AVknuten Hjertefrekvensen synker hvis aksjons potensialene oppstår i ledningssystemet

Hjertets elektriske ledningssystem har to hoved oppgaver. Den ene er å sørge for en raskere spredning av aksjonspotensialet enn det som er mulig gjennom de kontraktile muskelcellene. Hele ventrikkelmuskulaturen kontraherer derfor nesten samtidig. I atriene er ledningssystemet lite utviklet, og forplantningen av aksjonspotensialer fra sinusknuten skjer derfor langsommere her enn i ventriklene. Den andre hovedoppgaven til ledningssystemet er å forsinke impulsledningen gjennom AV-knuten. Fordi anulus fibrosus fungerer som en elektrisk isolator, og impulsledningen gjennom AV-knuten er langsom, kan atriene fullføre sin kontraksjon før kontraksjonen av ventriklene starter. Det gir optimal fylling av ventriklene før de pumper blodet videre gjennom lungene og systemkretsløpet.

Normal sympatisk og parasympatisk aktivitet Økt sympatisk aktivitet Økt parasympatisk aktivitet

celler i andre deler av hjertet har under normale forhold ingen betydning. Det kommer av at aksjonspotensialene fra sinusknuten utløser aksjonspotensialer i disse cellene før de spontane depolariseringene når terskelverdien. Sinusknuten fungerer derfor som hjertets pacemaker (frekvensbestemmer).

Hjertets elektriske ledningssystem I tillegg til at de autorytmiske cellene kan utløse aksjonspotensialer spontant, danner disse cellene et system som leder aksjonspotensialene gjennom hjertet. Hjertets elektriske ledningssystem består av tre deler som henger sammen (figur 9.10): • Atrioventrikulærknuten (AV-knuten) er plassert nederst i skilleveggen mellom de to atriene. • His-bunten gjennomborer anulus fibrosus og er den eneste elektriske forbindelsen mellom atriene og ventriklene. • Purkinjefibrene mottar aksjonspotensialer fra His-bunten, og har forgreninger i kontakt med de kontraktile muskelcellene i ventriklene.

24 Hva er hovedfunksjonene til hjertets elek triske ledningssystem? 25 Beskriv hvordan et aksjonspotensial fra sinusknuten forplanter seg gjennom hjertet. 26 Hva er de viktigste funksjonene til anulus fibrosus?

Hjertets rytme Hjertet slår normalt regelmessig fordi sinusknuten utløser aksjonspotensialer med jevne mellomrom. Selv om sinusknutens funksjon ødelegges, vil hjertet være i stand til å kontrahere rytmisk. AVknuten overtar da oppgaven som hjertets pacemaker. Hvis også AV-knuten faller ut, initieres aksjonspotensialene i His-bunten eller i purkinjefibrene. Hjertefrekvensen blir imidlertid lavere jo mer perifert i ledningssystemet aksjonspotensialene oppstår (sinusknuten: 70–80/min, AV-knuten: 40–50/min, purkinjefibrene: 20–40/min).

27 Hvor blir aksjonspotensialene i hjertet initiert hvis sinusknuten slutter å fungere? 28 Sammenlign frekvensen av pacemakerpo tensialer i sinusknuten og i purkinjefibrene.

319

Sinusknuten His-bunten med hovedgrener AV-knuten

Purkinjefibrer

Figur 9.10 Spredning av aksjonspotensialer gjennom hjertet. Aksjonspotensialer utløst i sinusknuten forsinkes i AV-knuten. Deretter ledes aksjonspotensialene raskt videre til hele ventrikkelmuskulaturen. Depolariserte områder er fargelagt. Legg merke til at depolariseringen av atriene er avsluttet før depola riseringen av ventriklene starter.

Selv om hjertet kan slå regelmessig uten at det mottar nerveimpulser, påvirkes kontraksjonsfrekvensen gjennom det autonome nervesystemet. Økt aktivitet i de sympatiske fibrene til hjertet gjør at den spontane depolariseringen av cellene i sinusknuten skjer raskere. Dermed øker hjertefrekvensen. Høy parasympatisk aktivitet har motsatt virkning (figur 9.9).

Aksjonspotensialene i de kontraktile hjertemuskelcellene Et aksjonspotensial i en kontraktil hjertemuskelcelle utløses normalt først når den mottar et aksjonspotensial fra sinusknuten. På samme måte som i skjelettmuskelceller (s. 000) skjer depolariseringen raskt. Hjertemuskelcellene forblir imidlertid depolarisert i 200–300 ms (0,2–0,3 s) ved vanlige hjertefrekvenser, mens aksjonspotensialene i skjelettmuskelceller varer

bare 1–2 ms (figur 9.11). Den langvarige depolariseringen av hjertemuskelcellene kommer av en vedvarende innstrømming av Ca2+ gjennom spenningsstyrte Ca2+-kanaler (s.  000), som lukker seg langsomt når de først har åpnet seg.

Hjertets refraktærperiode

Den absolutte refraktærperioden er det minimum av tid som må gå mellom to aksjonspotensialer i en celle (s. 000). Skjelettmuskelcellene har svært kort refraktærperiode, og kontraksjonskraften utvikles i sin helhet etter at refraktærperioden er over (figur 9.11). Aksjonspotensialer som følger tett etter hverandre, fører derfor til en vedvarende (tetanisk) kontraksjon (s. 000). I hjertet ville tetaniske kontraksjoner vært uforenlig med hjertets pumpefunksjon, fordi hjertet må slappe av for på nytt å kunne fylles med blod. Tetaniske kontraksjoner i hjertemuskelcellene unngås ved at

29 Hvordan påvir kes sinusknuten av det autonome nervesystemet?

30 Beskriv aksjonspotensia lene i kontraktile hjertemuskelceller.

Dannelsen av aksjonspo tensialer i sinusknuten påvirkes av det auto nome nervesystemet De kontraktile hjerte muskelcellene har et stabilt hvilemembran potensial Aksjonspotensialene til hjertemuskelcellene varer 0,2–0,3 s

Ekstrasystoler Når et område i hjertet utløser elektriske impulser uavhengig av sinusrytmen, kalles området et ektopisk fokus. De vanligste områdene for et ektopisk fokus er AV-knuten, His-bunten og purkinjefibre ne. Det fører til en ekstra ventrikkelkontraksjon, som kommer utenom den normale sinusknute rytmen (figur 9.13). Slike ekstra hjerteslag kalles ekstrasystoler. Det første normale aksjonspoten sialet i sinusknuten etter en ekstrasystole fører ikke til kontraksjon, fordi muskelcellene da er i

refraktærperioden. Det neste aksjonspotensialet fra sinusknuten vil imidlertid gi normal impulsled ning og kontraksjon. Fordi ventriklene nå er fylt med ekstra mye blod, blir kontraksjonen krafti gere enn normalt (figur 9.14). Hjertet «dunker i brystet», og det føles som om hjertet har hoppet over et slag. For eksempel kan drikking av ﬂere kopper sterk kaffe, mye røyking, stor søvnmangel og forskjellige former for hjertelidelser utløse et enkeltstående, ekstra aksjonspotensial.

Hjertemuskelcellene har spenningsstyrte Ca2+-kanaler

Den lange refraktær perioden til hjerte muskelceller hindrer tetaniske kontraksjoner