Informatie

21.2: De hartcyclus - biologie


Het belangrijkste doel van het hart is om bloed door het lichaam te pompen; het doet dit in een zich herhalende reeks die de hartcyclus wordt genoemd. De hartcyclus is de coördinatie van het vullen en ledigen van het bloed van het hart door elektrische signalen die ervoor zorgen dat de hartspieren samentrekken en ontspannen. Bij elke hartcyclus trekt het hart samen (systole), het bloed naar buiten duwen en door het lichaam pompen; dit wordt gevolgd door een ontspanningsfase (diastole), waar het hart zich vult met bloed, zoals geïllustreerd in figuur 1. Het sluiten van de halvemaanvormige kleppen produceert een monosyllabisch "dup" -geluid.

Het pompen van het hart is een functie van de hartspiercellen, of cardiomyocyten, die de hartspier vormen. Cardiomyocyten, getoond in figuur 2, zijn kenmerkende spiercellen die gestreept zijn als skeletspieren, maar ritmisch en onwillekeurig pompen zoals gladde spieren; ze zijn verbonden door geïntercaleerde schijven die exclusief zijn voor de hartspier. Ze zijn zelfstimulerend voor een bepaalde periode en geïsoleerde hartspiercellen zullen kloppen als ze de juiste balans van voedingsstoffen en elektrolyten krijgen.

Het autonome kloppen van hartspiercellen wordt gereguleerd door de interne pacemaker van het hart die elektrische signalen gebruikt om het kloppen van het hart te timen. De elektrische signalen en mechanische acties, geïllustreerd in figuur 3, zijn nauw met elkaar verweven. De interne pacemaker begint bij de sinusknoop (SA), die zich in de buurt van de wand van het rechter atrium bevindt. Elektrische ladingen pulseren spontaan vanuit de SA-knoop waardoor de twee atria gelijktijdig samentrekken. De puls bereikt een tweede knooppunt, het atrioventriculaire (AV) knooppunt genaamd, tussen het rechter atrium en het rechter ventrikel, waar het ongeveer 0,1 seconde pauzeert voordat het zich naar de wanden van de ventrikels verspreidt. Vanuit de AV-knoop komt de elektrische impuls de bundel van His binnen en vervolgens naar de linker en rechter bundeltakken die zich door het interventriculaire septum uitstrekken. Ten slotte geleiden de Purkinje-vezels de impuls van de apex van het hart naar het ventriculaire myocardium, waarna de ventrikels samentrekken. Door deze pauze kunnen de boezems zich volledig in de ventrikels ledigen voordat de ventrikels het bloed wegpompen. De elektrische impulsen in het hart produceren elektrische stromen die door het lichaam stromen en met elektroden op de huid kunnen worden gemeten. Deze informatie kan worden gezien als een elektrocardiogram (ECG)— een registratie van de elektrische impulsen van de hartspier.

Bezoek deze site om de "pacemaker" van het hart in actie te zien

21.2 Barrièreverdediging en de aangeboren immuunrespons

Het immuunsysteem kan worden onderverdeeld in twee overlappende mechanismen om pathogenen te vernietigen: de aangeboren immuunrespons, die relatief snel maar niet-specifiek en dus niet altijd effectief is, en de adaptieve immuunrespons, die langzamer ontwikkelt tijdens een initiële infectie met een pathogeen. , maar is zeer specifiek en effectief in het aanvallen van een grote verscheidenheid aan pathogenen (Figuur 21.2.1).

Figuur 21.2.1 – Samenwerking tussen aangeboren en adaptieve immuunresponsen: Het aangeboren immuunsysteem verbetert adaptieve immuunreacties, zodat ze effectiever kunnen zijn

Elke discussie over de aangeboren immuunrespons begint meestal met de fysieke barrières die voorkomen dat ziekteverwekkers het lichaam binnendringen, ze vernietigen nadat ze zijn binnengekomen of ze wegspoelen voordat ze zich kunnen vestigen in de gastvrije omgeving van de zachte weefsels van het lichaam. Barrièreverdediging maakt deel uit van de meest elementaire afweermechanismen van het lichaam. De barrièreverdediging is geen reactie op infecties, maar ze werken voortdurend aan bescherming tegen een breed scala aan pathogenen.

De verschillende manieren van barrièreverdediging houden verband met de externe oppervlakken van het lichaam, waar ziekteverwekkers kunnen proberen binnen te dringen (Tabel 21.2). De primaire barrière voor het binnendringen van micro-organismen in het lichaam is de huid. Niet alleen is de huid bedekt met een laag dood, verhoornd epitheel dat te droog is voor bacteriën om in te groeien, maar omdat deze cellen voortdurend van de huid worden afgestoten, dragen ze bacteriën en andere ziekteverwekkers met zich mee. Bovendien kunnen zweet en andere huidafscheidingen de pH verlagen, giftige lipiden bevatten en microben fysiek wegspoelen.

Barrièreverdediging (Tabel 21.2)
website specifieke verdediging Beschermend aspect
Huid Epidermaal oppervlak Gekeratineerde cellen van het oppervlak, Langerhans-cellen
Huid (zweet/secreties) Zweetklieren, talgklieren Lage pH, wassende actie
Mondholte Speekselklieren lysozym
Maag Maagdarmkanaal Lage pH
Mucosale oppervlakken Mucosaal epitheel Niet-verhoornde epitheelcellen
Normale flora (niet-pathogene bacteriën) Mucosale weefsels Voorkom dat ziekteverwekkers groeien op slijmvliesoppervlakken

Een andere barrière is het speeksel in de mond, dat rijk is aan lysozym, een enzym dat bacteriën vernietigt door hun celwanden te verteren. De zure omgeving van de maag, die dodelijk is voor veel ziekteverwekkers, is ook een barrière. Bovendien vangt de slijmlaag van het maagdarmkanaal, de luchtwegen, het voortplantingsstelsel, de ogen, de oren en de neus zowel microben als vuil op en vergemakkelijkt het de verwijdering ervan. In het geval van de bovenste luchtwegen verplaatsen trilhaarepitheelcellen mogelijk besmet slijm naar boven naar de mond, waar het vervolgens wordt ingeslikt in het spijsverteringskanaal en terechtkomt in de barre zure omgeving van de maag. Als je bedenkt hoe vaak je ademt in vergelijking met hoe vaak je eet of andere activiteiten uitvoert die je blootstellen aan ziekteverwekkers, is het niet verwonderlijk dat er meerdere barrièremechanismen zijn ontwikkeld om samen te werken om dit vitale gebied te beschermen.


Hoofdstuk 21. De bloedsomloop

Figuur 21.1. Net zoals snelwegsystemen mensen en goederen door een complex netwerk vervoeren, transporteert de bloedsomloop voedingsstoffen, gassen en afvalstoffen door het hele dierlijk lichaam. (credit: wijziging van het werk door Andrey Belenko)

Invoering

De meeste dieren zijn complexe meercellige organismen die een mechanisme nodig hebben om voedingsstoffen door hun lichaam te transporteren en afvalproducten te verwijderen. De bloedsomloop is in de loop van de tijd geëvolueerd van eenvoudige diffusie door cellen in de vroege evolutie van dieren tot een complex netwerk van bloedvaten die alle delen van het menselijk lichaam bereiken. Dit uitgebreide netwerk voorziet de cellen, weefsels en organen van zuurstof en voedingsstoffen, en verwijdert koolstofdioxide en afval, die bijproducten zijn van de ademhaling.

De kern van de menselijke bloedsomloop is het hart. De grootte van een gebalde vuist, het menselijk hart wordt beschermd onder de ribbenkast. Gemaakt van gespecialiseerde en unieke hartspier, pompt het bloed door het lichaam en naar het hart zelf. Hartcontracties worden aangedreven door intrinsieke elektrische impulsen die de hersenen en endocriene hormonen helpen reguleren. Het begrijpen van de fundamentele anatomie en functie van het hart is belangrijk voor het begrijpen van de bloedsomloop en ademhalingssystemen van het lichaam.

Gasuitwisseling is een essentiële functie van de bloedsomloop. Een bloedsomloop is niet nodig bij organismen zonder gespecialiseerde ademhalingsorganen, omdat zuurstof en koolstofdioxide rechtstreeks tussen hun lichaamsweefsels en de externe omgeving diffunderen. In organismen die longen en kieuwen hebben, moet zuurstof echter via een bloedsomloop van deze gespecialiseerde ademhalingsorganen naar de lichaamsweefsels worden getransporteerd. Daarom moesten de bloedsomloopsystemen evolueren om tegemoet te komen aan de grote diversiteit aan lichaamsgroottes en lichaamstypes die bij dieren aanwezig zijn.


21.2: De hartcyclus - biologie

Een abonnement op J o VE is vereist om deze inhoud te bekijken. U kunt alleen de eerste 20 seconden zien.

De JoVE-videospeler is compatibel met HTML5 en Adobe Flash. Oudere browsers die HTML5 en de H.264-videocodec niet ondersteunen, gebruiken nog steeds een op Flash gebaseerde videospeler. We raden aan om de nieuwste versie van Flash hier te downloaden, maar we ondersteunen alle versies 10 en hoger.

Mocht dat niet helpen, laat het ons dan weten.

Het hart klopt ritmisch in een volgorde die de hartcyclus wordt genoemd, een snelle coördinatie van samentrekking, systole en ontspanning, diastole. Een elektrisch signaal verzonden vanuit de sinusknoop, nabij de rechter atriale wand, zorgt ervoor dat beide atria gelijktijdig samentrekken en bloed in de ventrikels duwen.

Wanneer de puls de atrioventriculaire knoop tussen de rechterboezem en de rechterkamer bereikt, pauzeert deze ongeveer een 1/10e van een seconde, waardoor het bloed volledig uit de atria kan worden geleegd.

De lading verspreidt zich vervolgens door de bundel van His, door het intraventriculaire septum via de rechter en linker bundeltakken en vervolgens door de wanden van de ventrikels. Purkinje-vezels veroorzaken ventriculaire contractie en pompen bloed uit het hart en in de longslagader. en aorta.

Nadat de hartspier is ontspannen, vullen de atria zich met bloed en wordt de cyclus herhaald.

22.7: De hartcyclus

Het hart klopt ritmisch in een volgorde die de hartcyclus wordt genoemd en de snelle coördinatie van samentrekking (systole) en ontspanning (diastole).

Het proces

Elektrische signalen worden verzonden van de sinoatriale (SA) knoop in de rechter atriale wand naar de atrioventriculaire (AV) knoop tussen het rechter atrium en de rechter ventrikel en zorgen ervoor dat beide atria gelijktijdig samentrekken. Wanneer het signaal de AV-knoop bereikt, pauzeert het ongeveer een tiende van een seconde, waardoor de atria kunnen samentrekken en bloed in de ventrikels kunnen lozen voordat ze samentrekken.

De elektrische impulsen worden dan geleid door de bundel van His en verspreid naar de linker en rechter bundeltakken. Het signaal wordt vervolgens geleid door Purkinje-vezels in de ventriculaire wanden, waardoor ventriculaire contractie wordt opgewekt en bloed uit het hart wordt gepompt.

Tijdens diastole (ontspanning) vult het hart zich met bloed en wordt de cyclus herhaald.

Troiani, Diana en Ermanno Manni. &ldquoHet werk van Giulio Ceradini in het verklaren van het mechanisme van de semilunaire hartklepfunctie.&rdquo Vooruitgang in het fysiologieonderwijs 35, nee. 2 (1 juni 2011): 110&ndash13. [Bron]

Ho, Ivan Shun. &ldquoDe hartcyclus visualiseren: een handig hulpmiddel om het begrip van studenten te bevorderen.&rdquo Journal of Microbiology & Biology Education: JMBE 12, nee. 1 (19 mei 2011): 56&ndash58. [Bron]


3.6 Cellulaire differentiatie

Hoe ontwikkelt een complex organisme zoals een mens zich van een enkele cel - een bevruchte eicel - tot de enorme reeks celtypen zoals zenuwcellen, spiercellen en epitheelcellen die kenmerkend zijn voor de volwassene? Gedurende de ontwikkeling en volwassenheid leidt het proces van cellulaire differentiatie ertoe dat cellen hun uiteindelijke morfologie en fysiologie aannemen. Differentiatie is het proces waarbij niet-gespecialiseerde cellen gespecialiseerd worden om verschillende functies uit te voeren.

EEN stamcel is een niet-gespecialiseerde cel die naar behoefte onbeperkt kan delen en onder specifieke omstandigheden kan differentiëren tot gespecialiseerde cellen. Stamcellen zijn onderverdeeld in verschillende categorieën op basis van hun potentieel om te differentiëren.

De eerste embryonale cellen die ontstaan ​​uit de deling van de zygote zijn de ultieme stamcellen, deze stamcellen worden beschreven als totipotent omdat ze het potentieel hebben om te differentiëren tot een van de cellen die nodig zijn om een ​​organisme te laten groeien en ontwikkelen.

De embryonale cellen die zich ontwikkelen uit totipotente stamcellen en voorlopers zijn van de fundamentele weefsellagen van het embryo, worden geclassificeerd als pluripotent. Een pluripotente stamcel is er een die het potentieel heeft om te differentiëren in elk type menselijk weefsel, maar de volledige ontwikkeling van een organisme niet kan ondersteunen. Deze cellen worden dan iets meer gespecialiseerd en worden aangeduid als multipotent cellen.

Een multipotente stamcel heeft het potentieel om te differentiëren in verschillende soorten cellen binnen een bepaalde cellijn of een klein aantal lijnen, zoals een rode bloedcel of witte bloedcel.

Ten slotte kunnen multipotente cellen verder gespecialiseerde oligopotente cellen worden. Een oligopotent stamcel is beperkt tot het worden van een van de weinige verschillende celtypen. In tegenstelling, een unipotent cel is volledig gespecialiseerd en kan zich alleen voortplanten om meer van zijn eigen specifieke celtype te genereren.

Stamcellen zijn uniek omdat ze zich ook continu kunnen delen en nieuwe stamcellen kunnen regenereren in plaats van zich verder te specialiseren. Er zijn verschillende stamcellen aanwezig in verschillende stadia van het leven van een mens. Ze omvatten de embryonale stamcellen van het embryo, foetale stamcellen van de foetus en volwassen stamcellen bij de volwassene. Eén type volwassen stamcel is de epitheliale stamcel, die aanleiding geeft tot de keratinocyten in de meerdere lagen epitheelcellen in de epidermis van de huid. Volwassen beenmerg heeft drie verschillende soorten stamcellen: hematopoëtische stamcellen (die aanleiding geven tot rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes), endotheliale stamcellen (die aanleiding geven tot de endotheelceltypes die de bloed- en lymfevaten bekleden) en mesenchymale stamcellen (die aanleiding geven tot de verschillende soorten spiercellen).

Het proces van hematopoëse omvat de differentiatie van multipotente cellen in bloed- en immuuncellen. De multipotente hematopoëtische stamcellen geven aanleiding tot veel verschillende celtypen, waaronder de cellen van het immuunsysteem en rode bloedcellen.

Differentiatie

Wanneer een cel differentieert (meer gespecialiseerd wordt), kan deze grote veranderingen ondergaan in zijn grootte, vorm, metabolische activiteit en algemene functie. Aangezien alle cellen in het lichaam, te beginnen met de bevruchte eicel, hetzelfde DNA bevatten, hoe komt het dan dat de verschillende celtypes zo verschillend zijn? Het antwoord is analoog aan een filmscript. De verschillende acteurs in een film lezen allemaal uit hetzelfde script, maar ze lezen elk alleen hun eigen deel van het script. Evenzo bevatten alle cellen hetzelfde volledige complement van DNA, maar elk type cel "leest" alleen de delen van het DNA die relevant zijn voor zijn eigen functie. In de biologie wordt dit de unieke genetische expressie van elke cel genoemd.

Om een ​​cel te laten differentiëren in zijn gespecialiseerde vorm en functie, hoeft hij alleen die genen (en dus die eiwitten) te manipuleren die tot expressie zullen worden gebracht, en niet die die zullen zwijgen. Het primaire mechanisme waarmee genen "aan" of "uit" worden gezet, is via transcriptiefactoren.

Terwijl elke lichaamscel het volledige genoom van het organisme bevat, reguleren verschillende cellen de genexpressie met behulp van verschillende transcriptiefactoren. Transcriptiefactoren zijn eiwitten die de binding van RNA-polymerase aan een bepaald gen op het DNA-molecuul beïnvloeden.

Dagelijkse verbinding: Stamcel onderzoek

Stamcelonderzoek heeft tot doel manieren te vinden om stamcellen te gebruiken om cellulaire schade te regenereren en te herstellen. Na verloop van tijd ondergaan de meeste volwassen cellen de slijtage van veroudering en verliezen ze hun vermogen om zichzelf te delen en te herstellen. Stamcellen vertonen geen bepaalde morfologie of functie. Volwassen stamcellen, die in de meeste weefsels als een kleine subset van cellen voorkomen, blijven delen en kunnen differentiëren tot een aantal gespecialiseerde cellen die in het algemeen door dat weefsel worden gevormd. Deze cellen stellen het lichaam in staat om lichaamsweefsels te vernieuwen en te herstellen.

De mechanismen die een niet-gedifferentieerde cel ertoe aanzetten een gespecialiseerde cel te worden, zijn slecht begrepen. In een laboratoriumomgeving is het mogelijk om stamcellen te laten differentiëren tot gespecialiseerde cellen door de fysische en chemische groeiomstandigheden te veranderen. Verschillende bronnen van stamcellen worden experimenteel gebruikt en worden geclassificeerd op basis van hun oorsprong en potentieel voor differentiatie. Menselijke embryonale stamcellen (hESC's) worden gewonnen uit embryo's en zijn pluripotent. De volwassen stamcellen die aanwezig zijn in veel organen en gedifferentieerde weefsels, zoals beenmerg en huid, zijn multipotent en zijn in differentiatie beperkt tot de soorten cellen die in die weefsels worden aangetroffen. De stamcellen die worden geïsoleerd uit navelstrengbloed zijn ook multipotent, evenals cellen van melktanden (melktanden). Onderzoekers hebben onlangs geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's) ontwikkeld uit volwassen stamcellen van muizen en mensen. Deze cellen zijn genetisch geherprogrammeerde multipotente volwassen cellen die functioneren als embryonale stamcellen. Ze zijn in staat cellen te genereren die kenmerkend zijn voor alle drie de kiemlagen.

Vanwege hun vermogen om zich te delen en te differentiëren in gespecialiseerde cellen, bieden stamcellen een potentiële behandeling voor ziekten zoals diabetes en hartaandoeningen (Figuur 3.6.1). Celgebaseerde therapie verwijst naar een behandeling waarbij stamcellen die zijn geïnduceerd om te differentiëren in een groeischaal, in een patiënt worden geïnjecteerd om beschadigde of vernietigde cellen of weefsels te herstellen. Voor de toepassing van celtherapie moeten veel obstakels worden overwonnen. Hoewel embryonale stamcellen een bijna onbeperkt differentiatiepotentieel hebben, worden ze door het immuunsysteem van de patiënt als vreemd beschouwd en kunnen ze afstoting veroorzaken. Ook roept de vernietiging van embryo's om embryonale stamcellen te isoleren aanzienlijke ethische en juridische vragen op.

Figuur 3.6.1 – Stamcellen: Het vermogen van stamcellen om te differentiëren tot gespecialiseerde cellen maakt ze potentieel waardevol in therapeutische toepassingen die zijn ontworpen om beschadigde cellen van verschillende lichaamsweefsels te vervangen.

Daarentegen worden volwassen stamcellen die uit een patiënt zijn geïsoleerd niet door het lichaam als lichaamsvreemd gezien, maar hebben ze een beperkt differentiatiebereik. Sommige mensen bewaren het navelstrengbloed of de melktanden van hun kind en bewaren die bronnen van stamcellen voor toekomstig gebruik, mocht hun kind het nodig hebben. Geïnduceerde pluripotente stamcellen worden beschouwd als een veelbelovende vooruitgang in het veld omdat het gebruik ervan de juridische, ethische en immunologische valkuilen van embryonale stamcellen vermijdt.

Hoofdstukoverzicht

Een van de belangrijkste onderzoeksgebieden in de biologie is hoe cellen zich specialiseren om hun unieke structuren en functies aan te nemen, aangezien alle cellen in wezen afkomstig zijn uit een enkele bevruchte eicel. Celdifferentiatie is het proces waarbij cellen zich specialiseren naarmate hun lichaam zich ontwikkelt. Een stamcel is een niet-gespecialiseerde cel die zich onbeperkt kan delen en onder bepaalde omstandigheden kan differentiëren tot gespecialiseerde cellen. Stamcellen zijn onderverdeeld in verschillende categorieën op basis van hun potentieel om te differentiëren. Hoewel alle somatische cellen exact hetzelfde genoom bevatten, brengen verschillende celtypen slechts enkele van die genen op een bepaald moment tot expressie. Deze verschillen in genexpressie bepalen uiteindelijk de unieke morfologische en fysiologische kenmerken van een cel. Het primaire mechanisme dat bepaalt welke genen tot expressie zullen worden gebracht en welke niet, is door het gebruik van verschillende transcriptiefactoreiwitten, die aan DNA binden en de transcriptie van verschillende genen bevorderen of belemmeren. Door de werking van deze transcriptiefactoren specialiseren cellen zich in een van de honderden verschillende celtypen in het menselijk lichaam.


2.4 Anorganische verbindingen die essentieel zijn voor het menselijk functioneren

De concepten die je tot nu toe in dit hoofdstuk hebt geleerd, zijn van toepassing op alle vormen van materie en zouden zowel voor geologie als voor biologie kunnen dienen. Dit gedeelte van het hoofdstuk vernauwt de focus tot de chemie van het menselijk leven, dat wil zeggen de verbindingen die belangrijk zijn voor de structuur en functie van het lichaam. In het algemeen zijn deze verbindingen anorganisch of organisch.

  • Een anorganische verbinding is een stof die niet zowel koolstof als waterstof bevat. Heel veel anorganische verbindingen bevatten wel waterstofatomen, zoals water (H2O) en het zoutzuur (HCl) dat door uw maag wordt geproduceerd. Daarentegen bevatten slechts een handvol anorganische verbindingen koolstofatomen. Kooldioxide (CO2) is een van de weinige voorbeelden.
  • Een organische verbinding is een stof die zowel koolstof als waterstof bevat. Organische verbindingen worden gesynthetiseerd via covalente bindingen in levende organismen, inclusief het menselijk lichaam. Bedenk dat koolstof en waterstof de tweede en derde meest voorkomende elementen in je lichaam zijn. Je zult snel ontdekken hoe deze twee elementen zich combineren in het voedsel dat je eet, in de verbindingen waaruit je lichaamsstructuur bestaat en in de chemicaliën die je functioneren voeden.

De volgende sectie onderzoekt de vier groepen anorganische verbindingen die essentieel zijn voor het leven: water, zouten, zuren en basen. Organische verbindingen komen later in het hoofdstuk aan de orde.

Maar liefst 70 procent van het lichaamsgewicht van een volwassene is water. Dit water bevindt zich zowel in de cellen als tussen de cellen waaruit weefsels en organen bestaan. De verschillende rollen maken water onmisbaar voor het menselijk functioneren.

Water als smeermiddel en kussen

Water is een belangrijk bestanddeel van veel van de smeervloeistoffen van het lichaam. Net zoals olie het scharnier van een deur smeert, smeert water in gewrichtsvloeistof de werking van lichaamsgewrichten, en water in pleuravocht helpt de longen uit te zetten en terug te deinzen bij het ademen. Waterige vloeistoffen helpen voedsel door het spijsverteringskanaal te laten stromen en zorgen ervoor dat de beweging van aangrenzende buikorganen wrijvingsvrij is.

Water beschermt ook cellen en organen tegen fysiek trauma, dempt bijvoorbeeld de hersenen in de schedel en beschermt het delicate zenuwweefsel van de ogen. Water dempt ook een zich ontwikkelende foetus in de baarmoeder van de moeder.

Water als koellichaam

Een koellichaam is een stof of object dat warmte absorbeert en afvoert, maar geen overeenkomstige temperatuurstijging ervaart. In het lichaam absorbeert water de warmte die wordt gegenereerd door chemische reacties zonder sterk in temperatuur te stijgen. Bovendien, wanneer de omgevingstemperatuur stijgt, helpt het water dat in het lichaam is opgeslagen het lichaam koel te houden. Dit verkoelende effect vindt plaats wanneer warm bloed uit de kern van het lichaam naar de bloedvaten net onder de huid stroomt en wordt overgebracht naar de omgeving. Tegelijkertijd geven zweetklieren warm water af in het zweet. Terwijl het water in de lucht verdampt, voert het warmte af, en dan circuleert het koelere bloed uit de periferie terug naar de lichaamskern.

Water als bestanddeel van vloeibare mengsels

Een mengsel is een combinatie van twee of meer stoffen, die elk hun eigen chemische identiteit behouden. Met andere woorden, de samenstellende stoffen zijn niet chemisch gebonden tot een nieuwe, grotere chemische verbinding. Het concept is gemakkelijk voor te stellen als je denkt aan poederachtige stoffen zoals bloem en suiker als je ze in een kom door elkaar roert, ze hechten zich natuurlijk niet tot een nieuwe verbinding. De kamerlucht die u inademt, is een gasvormig mengsel dat drie afzonderlijke elementen bevat - stikstof, zuurstof en argon - en één verbinding, koolstofdioxide. Er zijn drie soorten vloeibare mengsels, die allemaal water als hoofdbestanddeel bevatten, dit zijn oplossingen, colloïden en suspensies.

Om cellen in het lichaam te laten overleven, moeten ze vochtig worden gehouden in een vloeistof op waterbasis die een oplossing wordt genoemd. In de chemie, een vloeistof oplossing bestaat uit een oplosmiddel dat een stof oplost die een opgeloste stof wordt genoemd. Een belangrijk kenmerk van oplossingen is dat ze homogeen zijn, dat wil zeggen dat de opgeloste moleculen gelijkmatig door de oplossing zijn verdeeld. Als je een theelepel suiker in een glas water zou roeren, zou de suiker oplossen in suikermoleculen gescheiden door watermoleculen. De verhouding van suiker tot water aan de linkerkant van het glas zou hetzelfde zijn als de verhouding van suiker tot water aan de rechterkant van het glas. Als je meer suiker zou toevoegen, zou de verhouding tussen suiker en water veranderen, maar de verdeling zou nog steeds gelijkmatig zijn, mits je goed had geroerd.

Water wordt beschouwd als het "universele oplosmiddel" en men gelooft dat er daarom geen leven kan bestaan ​​zonder water. Water is zeker het meest voorkomende oplosmiddel in het lichaam. In wezen vinden alle chemische reacties van het lichaam plaats tussen verbindingen die in water zijn opgelost. Omdat watermoleculen polair zijn, met gebieden met positieve en negatieve elektrische lading, lost water gemakkelijk ionische verbindingen en polaire covalente verbindingen op. Dergelijke verbindingen worden hydrofiel of 'waterminnend' genoemd. Zoals hierboven vermeld, lost suiker goed op in water. Dit komt omdat suikermoleculen gebieden met polaire waterstof-zuurstofbindingen bevatten, waardoor het hydrofiel is. Niet-polaire moleculen, die niet gemakkelijk in water oplossen, worden hydrofoob of 'watervrezend' genoemd.

Concentraties van opgeloste stoffen

In de chemie worden verschillende mengsels van opgeloste stoffen en water beschreven. De concentratie van een bepaalde opgeloste stof is het aantal deeltjes van die opgeloste stof in een bepaalde ruimte (zuurstof vormt ongeveer 21 procent van de atmosferische lucht). In de bloedbaan van mensen wordt de glucoseconcentratie gewoonlijk gemeten in milligram (mg) per deciliter (dL), en bij een gezonde volwassene gemiddeld ongeveer 100 mg/dL. Een andere methode om de concentratie van een opgeloste stof te meten, is door zijn molariliteit - dat is mol (M) van de moleculen per liter (L). De mol van een element is het atoomgewicht, terwijl een mol van een verbinding de som is van de atoomgewichten van de componenten, het molecuulgewicht genoemd. Een veelgebruikt voorbeeld is het berekenen van een mol glucose, met de chemische formule C6H12O6. Met behulp van het periodiek systeem is het atoomgewicht van koolstof (C) 12,011 gram (g), en er zijn zes koolstofatomen in glucose, voor een totaal atoomgewicht van 72,066 g. Als we dezelfde berekeningen doen voor waterstof (H) en zuurstof (O), is het molecuulgewicht gelijk aan 180,156 g (het "grammolecuulgewicht" van glucose). Wanneer water wordt toegevoegd om één liter oplossing te maken, heb je één mol (1M) glucose. Dit is met name handig in de chemie vanwege de relatie tussen moedervlekken en "Avogadro's nummer". Een mol van elke oplossing heeft hetzelfde aantal deeltjes: 6,02 × 10 23 . Veel stoffen in de bloedbaan en andere weefsels van het lichaam worden gemeten in duizendsten van een mol of millimol (mM).

EEN colloïde is een mengsel dat enigszins lijkt op een zware oplossing. De opgeloste deeltjes bestaan ​​uit kleine klompjes moleculen die groot genoeg zijn om het vloeibare mengsel ondoorzichtig te maken (omdat de deeltjes groot genoeg zijn om licht te verstrooien). Bekende voorbeelden van colloïden zijn melk en room. In de schildklier wordt het schildklierhormoon opgeslagen als een dik eiwitmengsel, ook wel colloïde genoemd.

EEN oponthoud is een vloeibaar mengsel waarin een zwaardere stof tijdelijk in een vloeistof wordt gesuspendeerd, maar na verloop van tijd bezinkt. Deze scheiding van deeltjes uit een suspensie wordt sedimentatie genoemd. Een voorbeeld van sedimentatie komt voor in de bloedtest die de sedimentatiesnelheid of sed-snelheid vaststelt. De test meet hoe snel rode bloedcellen in een reageerbuis gedurende een bepaalde periode uit het waterige deel van het bloed (ook wel plasma genoemd) bezinken. Snelle sedimentatie van bloedcellen gebeurt normaal gesproken niet in het gezonde lichaam, maar aspecten van bepaalde ziekten kunnen ervoor zorgen dat bloedcellen samenklonteren, en deze zware klonten bloedcellen zakken sneller naar de bodem van de reageerbuis dan normale bloedcellen.

De rol van water in chemische reacties

Twee soorten chemische reacties hebben betrekking op de creatie of het verbruik van water: dehydratatiesynthese en hydrolyse.

  • Bij dehydratatiesynthese geeft één reactant een waterstofatoom af en een andere reactant een hydroxylgroep (OH) bij de synthese van een nieuw product. Bij de vorming van hun covalente binding komt een watermolecuul als bijproduct vrij (Figuur 2.4.1). Dit wordt ook wel een condensatiereactie genoemd.
  • Bij hydrolyse verstoort een watermolecuul een verbinding, waardoor de bindingen worden verbroken. Het water is zelf gesplitst in H en OH. Een deel van de afgesneden verbinding bindt zich dan met het waterstofatoom en het andere deel bindt zich aan de hydroxylgroep.

Deze reacties zijn omkeerbaar en spelen een belangrijke rol in de chemie van organische verbindingen (die binnenkort zal worden besproken).

Figuur 2.4.1 – Uitdroging Synthese en Hydrolyse: Monomeren, de basiseenheden voor het bouwen van grotere moleculen, vormen polymeren (twee of meer chemisch gebonden monomeren). (a) Bij dehydratatiesynthese worden twee monomeren covalent gebonden in een reactie waarbij de ene een hydroxylgroep afstaat en de andere een waterstofatoom. Bij uitdrogingsreacties komt een watermolecuul vrij als bijproduct. (b) Bij hydrolyse wordt de covalente binding tussen twee monomeren gesplitst door de toevoeging van een waterstofatoom aan de ene en een hydroxylgroep aan de andere, wat de bijdrage van één molecuul water vereist.

Bedenk dat zouten worden gevormd wanneer ionen ionische bindingen vormen. Bij deze reacties geeft het ene atoom een ​​of meer elektronen af ​​en wordt dus positief geladen, terwijl het andere een of meer elektronen accepteert en negatief wordt geladen. Je kunt een zout nu definiëren als een stof die, wanneer opgelost in water, uiteenvalt in andere ionen dan H + of OH -. Dit feit is belangrijk bij het onderscheiden van zouten van zuren en basen, die hierna worden besproken.

Een typisch zout, NaCl, dissocieert volledig in water (Figuur 2.4.2). De positieve en negatieve gebieden op het watermolecuul (respectievelijk de waterstof- en zuurstofuiteinden) trekken de negatieve chloride- en positieve natriumionen aan en trekken ze van elkaar weg. Nogmaals, terwijl niet-polaire en polaire covalent gebonden verbindingen uiteenvallen in moleculen in oplossing, dissociëren zouten in ionen. Deze ionen zijn elektrolyten, ze zijn in staat om een ​​elektrische stroom in oplossing te geleiden. Deze eigenschap is van cruciaal belang voor de functie van ionen bij het doorgeven van zenuwimpulsen en het aanzetten tot spiercontractie.

Figuur 2.4.2 – Dissociatie van natriumchloride in water: Merk op dat de kristallen van natriumchloride niet dissociëren in NaCl-moleculen, maar in Na+-kationen en Cl-anionen, elk volledig omringd door watermoleculen.

Veel andere zouten zijn belangrijk in het lichaam. Galzouten die door de lever worden geproduceerd, helpen bijvoorbeeld voedingsvetten af ​​te breken, en calciumfosfaatzouten vormen het minerale deel van tanden en botten.

Zuren en basen

Zuren en basen, zoals zouten, dissociëren in water in elektrolyten. Zuren en basen kunnen de eigenschappen van de oplossingen waarin ze zijn opgelost sterk veranderen.

Een zuur is een stof die waterstofionen (H + ) afgeeft in oplossing (Figuur 2.4.3een). Omdat een waterstofatoom slechts één proton en één elektron heeft, is een positief geladen waterstofion gewoon een proton. Dit solitaire proton zal hoogstwaarschijnlijk deelnemen aan chemische reacties. Sterke zuren zijn verbindingen die al hun H+ in oplossing afgeven, dat wil zeggen dat ze volledig ioniseren. Zoutzuur (HCl), dat vrijkomt uit cellen in het slijmvlies van de maag, is een sterk zuur omdat het al zijn H+ afgeeft in de waterige omgeving van de maag. Dit sterke zuur helpt bij de spijsvertering en doodt opgenomen microben. Zwakke zuren ioniseren niet volledig, dat wil zeggen dat sommige van hun waterstofionen gebonden blijven in een verbinding in oplossing. Een voorbeeld van een zwak zuur is azijn, of azijnzuur, het wordt acetaat genoemd nadat het een proton opgeeft.

Afbeelding 2.4.3Zuren en basen: (a) In een waterige oplossing dissocieert een zuur in waterstofionen (H+) en anionen. Bijna elk molecuul van een sterk zuur dissocieert, waardoor een hoge concentratie H+ ontstaat. (b) In aqueous solution, a base dissociates into hydroxyl ions (OH – ) and cations. Nearly every molecule of a strong base dissociates, producing a high concentration of OH – .

EEN baseren is a substance that releases hydroxyl ions (OH – ) in solution, or one that accepts H+ already present in solution (see Figure 2.4.3B). The hydroxyl ions (also known as hydroxide ions) or other basic substances combine with H + present to form a water molecule, thereby removing H+ and reducing the solution’s acidity. Strong bases release most or all of their hydroxyl ions weak bases release only some hydroxyl ions or absorb only a few H + . Food mixed with hydrochloric acid from the stomach would burn the small intestine (the next portion of the digestive tract after the stomach), if it were not for the release of bicarbonate (HCO3 – ), a weak base that attracts H + . Bicarbonate accepts some of the H+ protons, thereby reducing the acidity of the solution.

The Concept of pH

The relative acidity or alkalinity of a solution can be indicated by its pH. A solution’s pH is the negative, base-10 logarithm of the hydrogen ion (H + ) concentration of the solution. As an example, a pH 4 solution has an H + concentration that is ten times greater than that of a pH 5 solution. That is, a solution with a pH of 4 is ten times more acidic than a solution with a pH of 5. The concept of pH will begin to make more sense when you study the pH scale, as shown in Figure 2.4.4. The scale consists of a series of increments ranging from 0 to 14. A solution with a pH of 7 is considered neutral—neither acidic nor basic. Pure water has a pH of 7. The lower the number below 7, the more acidic the solution, or the greater the concentration of H + . The concentration of hydrogen ions at each pH value is 10 times different than the next pH. For instance, a pH value of 4 corresponds to a proton concentration of 10 –4 M, or 0.0001M, while a pH value of 5 corresponds to a proton concentration of 10 –5 M, or 0.00001M. The higher the number above 7, the more basic (alkaline) the solution, or the lower the concentration of H + . Human urine, for example, is ten times more acidic than pure water, and HCl is 10,000,000 times more acidic than water.

Figure 2.4.4 The pH Scale

The pH of human blood normally ranges from 7.35 to 7.45, although it is typically identified as pH 7.4. At this slightly basic pH, blood can reduce the acidity resulting from the carbon dioxide (CO2) constantly being released into the bloodstream by the trillions of cells in the body. Homeostatic mechanisms (along with exhaling CO2 while breathing) normally keep the pH of blood within this narrow range. This is critical, because fluctuations—either too acidic or too alkaline—can lead to life-threatening disorders.

All cells of the body depend on homeostatic regulation of acid–base balance at a pH of approximately 7.4. The body therefore has several mechanisms for this regulation, involving breathing, the excretion of chemicals in urine, and the internal release of chemicals collectively called buffers into body fluids. EEN buffer is a solution of a weak acid and its conjugate base. A buffer can neutralize small amounts of acids or bases in body fluids. For example, if there is even a slight decrease below 7.35 in the pH of a bodily fluid, the buffer in the fluid—in this case, acting as a weak base—will bind the excess hydrogen ions. In contrast, if pH rises above 7.45, the buffer will act as a weak acid and contribute hydrogen ions.

Homeostatische onevenwichtigheden

The excessive acidity of acids and bases, of the blood, and other body fluids is known as acidosis. Common causes of acidosis are situations and disorders that reduce the effectiveness of breathing, especially the person’s ability to exhale fully, which causes a buildup of CO2 (and H + ) in the bloodstream. Acidosis can also be caused by metabolic problems that reduce the level or function of buffers that act as bases, or that promote the production of acids. For instance, with severe diarrhea, too much bicarbonate can be lost from the body, allowing acids to build up in body fluids. In people with poorly managed diabetes (ineffective regulation of blood sugar), acids called ketones are produced as a form of body fuel. These can build up in the blood, causing a serious condition called diabetic ketoacidosis. Kidney failure, liver failure, heart failure, cancer, and other disorders also can prompt metabolic acidosis.

In contrast, alkalosis is a condition in which the blood and other body fluids are too alkaline (basic). As with acidosis, respiratory disorders are a major cause however, in respiratory alkalosis, carbon dioxide levels fall too low. Lung disease, aspirin overdose, shock, and ordinary anxiety can cause respiratory alkalosis, which reduces the normal concentration of H + .

Metabolic alkalosis often results from prolonged, severe vomiting, which causes a loss of hydrogen and chloride ions (as components of HCl). Medications can also prompt alkalosis. These include diuretics that cause the body to lose potassium ions, as well as antacids when taken in excessive amounts, for instance by someone with persistent heartburn or an ulcer.

Hoofdstukoverzicht

Inorganic compounds essential to human functioning include water, salts, acids, and bases. These compounds are inorganic that is, they do not contain both hydrogen and carbon. Water is a lubricant and cushion, a heat sink, a component of liquid mixtures, a byproduct of dehydration synthesis reactions, and a reactant in hydrolysis reactions. Salts are compounds that, when dissolved in water, dissociate into ions other than H + or OH – . In contrast, acids release H + in solution, making it more acidic. Bases accept H + , thereby making the solution more alkaline (caustic).


Anatomy & Physiology

Alle rechten voorbehouden. Dit boek of enig deel daarvan mag op geen enkele wijze worden verveelvoudigd of gebruikt zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van de uitgever, behalve voor het gebruik van korte citaten in een boekbespreking.

Printed in the United States of America

Achieve PO Box 10188 #29831 Newark, NJ 07101-3188

Visit the Achieve website for more information.

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 Table of Contents Chapter 1: Basic A a omical Terminology . 12 1.1 Superficial Anatomy . 13 1.2 Sectional Anatomy. 15 1.3 Chapter One Review . 18 Chapter 2: General Organization of the Body. 19 2.1 Hierarchy of Organization. 19 2.2 General Breakdown of Organ Systems . 20 2.3 Maintenance of the Internal Environment. 21 2.4 Chapter Two Review . 23 2.5 Chapter Two Practice Exam . 24 Chapter 3: Cellular Level of Organization. 25 3.1 Cell Structure. 25 3.2 Material Transport. 26 3.3 Cell Life Cycle. 31 3.4 Chapter Three Review . 32 3.5 Chapter Three Practice Exam . 35 Chapter 4: The Tissue Level of Organization. 36 4.1 Epithelial Tissue. 36 4.2 Connective Tissue. 39 4.3 Muscle Tissue . 41 4.4 Neural Tissue. 43 4.5 Tissue Repair . 43 4.6 Chapter Four Review. 44 4.7 Chapter Four Practice Exam. 48 Chapter 5: The Chemical Level of Organization . 49 5.1 Atoms. 49 5.2 Chemical Bonding. 50 5.3 Types of Chemical Reactions. 52 5.4 Electrolytes and Body Fluids . 52 5.5 Carbohydrates. 53 5.6 Lipids . 54 5.7 Proteins. 54 ©2018 Achieve Page 3

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 5.8 DNA and RNA. 56 5.9 ATP. 57 5.10 Chapter Five Review. 58 5.11 Chapter Five Practice Exam . 61 Chapter 6: The Integumentary System . 62 6.1 The Cutaneous Membrane . 63 6.2 Accessory Structures. 66 6.3 Integumentary Injury and Repair . 69 6.4 Burns and Grafts . 70 6.5 Aging . 70 6.6 Chapter Six Review . 71 6.7 Chapter Six Practice Exam . 74 Chapter 7: Bone and Osseous Tissue . 75 7.1 Bone Classification . 75 7.2 Bone Structure . 76 7.3 Bone Composition . 76 7.4 Bone Types . 78 7.5 Bone Parts. 78 7.6 Bone Formation and Growth . 78 7.7 Fractures . 81 7.8 Aging . 81 7.9 Chapter Seven Review . 82 7.10 Chapter Seven Practice Exam. 84 Chapter 8: The Skeletal System. 85 8.1 Axial Skeleton. 85 8.2 Appendicular Skeleton . 89 8.3 Chapter Eight Review. 93 8.4 Chapter Eight Practice Exam. 96 Chapter 9: Joints and Articulations. 97 9.1 Classification of Joints. 97 9.2 Movement of Joints . 99 9.3 Types of Synovial Joints . 100 9.4 Intervertebral Discs . 101 9.5 Intervertebral Ligaments . 101 ©2018 Achieve Page 4

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 9.6 Chapter Nine Review. 102 9.7 Chapter Nine Practice Exam. 104 Chapter 10: Muscle Tissue . 105 10.1 Skeletal Muscle. 105 10.2 Cardiac Muscle Tissue Structural Characteristics . 111 10.3 Smooth Muscle Tissue. 111 10.4 Chapter Ten Review. 113 10.5 Chapter Ten Practice Exam. 116 Chapter 11: The Muscular System . 118 11.1 Muscle Classification. 118 11.2 Levers. 119 11.3 Origins and Insertions. 119 11.4 Accessory Muscles . 119 11.5 Skeletal Muscle Names. 119 11.6 Aging. 120 11.7 Chapter Eleven Review. 121 11.8 Chapter Eleven Practice Exam. 123 Chapter 12: Structural Divisions of The Nervous System: Brain and Cranial Nerves . 124 12.1 Brain Regions and Landmarks. 125 12.2 Embryology of the Brain . 126 12.3 Ventricles of the Brain. 126 12.4 Protection and Support of the Brain . 127 12.5 The Blood Supply to the Brain. 128 12.6 The Cerebrum. 129 12.7 The Basal Nuclei . 129 12.8 Motor and Sensory Areas of the Cortex . 130 12.9 Association Areas. 130 12.10 Integrative Centers . 131 12.11 Brain Functions . 131 12.12 The Limbic System. 135 12.13 The Electroencephalogram (EEG) . 135 12.14 Cranial Nerves. 136 12.15 Chapter Twelve Review . 138 12.16 Chapter Twelve Practice Exam . 142 ©2018 Achieve Page 5

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 Chapter 13: Neural Tissue. 143 13.1 Divisions of the Nervous System Structural . 143 13.2 Neurons. 144 13.3 Structure . 144 13.4 Structural Classification . 145 13.5 Functional Classification . 146 13.6 Neuroglia . 147 13.7 Transmembrane Potential . 148 13.8 Action Potential . 151 13.9 Synapses . 153 13.10 Neurotransmitters . 154 13.11 Neuromodulators . 154 13.12 Postsynaptic Potentials. 155 13.13 Chapter Thirteen Review . 155 13.14 Chapter Thirteen Practice Exam . 160 Chapter 14: Spinal Cord and Spinal Nerves . 161 14.1 Gross Anatomy of the Spinal Cord . 161 14.2 Spinal Meninges. 163 14.3 Gray and White Matter. 164 14.4 Anatomy of Spinal Nerves . 164 14.5 Neuronal Pools . 165 14.6 Reflexes . 166 14.7 Reinforcement and Inhibition. 168 14.8 Chapter Fourteen Review. 169 14.9 Chapter Fourteen Practice Exam. 172 Chapter 15: Functional Divisions of the Nervous System: Somatic and Autonomic Nervous System . 173 15.1 The Somatic Nervous System. 173 15.2 Levels of Processing and Motor Control. 174 15.3 The Autonomic Nervous System. 175 15.4 Higher Order Functions. 176 15.5 Aging. 178 15.6 Chapter Fifteen Review . 179 15.7 Chapter Fifteen Practice Exam . 183 Chapter 16: Senses . 184 ©2018 Achieve Page 6

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 16.1 Sensory Receptors . 184 16.2 General Sensory Receptors . 186 16.3 Somatic Sensory Pathways . 187 16.4 Visceral Sensory Pathways . 188 16.5 Olfaction. 188 16.6 Gustation. 189 16.7 Sight . 189 16.8 Hearing and Balance . 196 16.9 Chapter Sixteen Review. 200 16.10 Chapter Sixteen Practice Exam. 205 Chapter 17: The Endocrine System . 206 17.1 Hormones. 206 17.2 Pituitary Gland . 209 17.3 Thyroid Gland. 211 17.4 Parathyroid Glands. 211 17.5 Suprarenal Glands. 211 17.6 The Pineal Gland. 213 17.7 Pancreas. 213 17.8 Secondary Endocrine Organs. 214 17.9 Cell Response to Hormones . 215 17.10 Role of Hormones in Growth . 215 17.11 The Alarm Phase. 216 17.12 The Effects of Hormones on Behavior . 216 17.13 Aging and Hormone Production. 216 17.14 Chapter Seventeen Review. 217 17.15 Chapter Seventeen Practice Exam. 221 Chapter 18: Blood . 222 18.1 Blood . 222 18.2 Characteristics of Blood. 222 18.3 Blood Composition . 222 18.4 Red Blood Cells. 224 18.5 White Blood Cells . 227 18.6 Platelets. 230 18.7 Hemostasis. 230 ©2018 Achieve Page 7

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 18.8 Chapter Eighteen Review. 233 18.9 Chapter Eighteen Practice Exam. 236 Chapter 19: The Heart. 237 19.1 An Introduction to the Cardiovascular System. 237 19.2 The Pericardium. 237 19.3 Superficial Anatomy of the Heart . 237 19.4 Internal Anatomy and Organization. 240 19.5 The Blood Supply to the Heart. 243 19.6 Cardiac Physiology . 244 19.7 The Electrocardiogram . 246 19.8 The Action Potential in Cardiac Muscle Cells . 246 19.9 Cardiac Cycle. 247 19.10 Heart Sounds . 248 19.11 Hormones . 250 19.12 Chapter Nineteen Review . 251 19.13 Chapter Nineteen Practice Exam . 254 Chapter 20: Blood Vessels and Circulation . 255 20.1 Blood Vessels . 255 20.2 Arteries. 257 20.3 Capillaries. 258 20.4 Vasomotion. 259 20.5 Veins . 261 20.6 Venous Valves. 261 20.7 The Distribution of Blood . 261 20.8 Blood Pressure . 262 20.9 Autoregulation, Neural Mechanisms, and Endocrine Responses. 266 20.10 Vascular Supply to Special Regions . 267 20.11 Systemic Arteries. 269 20.12 Systemic Veins . 272 20.13 The Hepatic Portal System . 273 20.14 Placental Blood Supply. 274 20.15 Fetal Circulation in the Heart and Great Vessels. 274 20.16 Aging . 274 20.17 Chapter Twenty Review . 275 ©2018 Achieve Page 8

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 20.18 Chapter Twenty Practice Exam . 279 Chapter 21: The Lymphatic System. 280 21.1 Anatomy. 280 21.2 Lymphatic Vessels . 280 21.3 Lymphocytes. 281 21.4 Lymphocyte Production. 281 21.5 Lymphoid Tissues . 281 21.6 Lymph Flow. 282 21.7 The Lymphatic System and Body Defenses. 284 21.8 Properties of Immunity . 287 21.9 Hormones of the Immune System. 289 21.10 Immune Disorders . 290 21.11 Aging . 290 21.12 Chapter Twenty-One Review. 290 21.13 Chapter Twenty-One Practice Exam. 295 Chapter 22: Respiratory System. 296 22.1 Functions of the Respiratory System. 296 22.2 Organization of the Respiratory System. 297 22.3 Upper Respiratory System . 297 22.4 Lower Respiratory System. 299 22.5 Respiration . 302 22.6 The Gas Laws . 306 22.7 The Respiratory Centers of the Brain . 307 22.8 Aging. 308 22.9 Chapter Twenty-Two Review . 308 22.10 Chapter Twenty-Two Practice Exam. 313 Chapter 23: The Digestive System . 314 23.1 Functions of the Digestive System . 314 23.2 The Digestive Organs and the Peritoneum. 314 23.3 The Movement of Digestive Materials. 315 23.4 Control of Digestive Functions . 316 23.5 The Oral Cavity. 316 23.6 The Pharynx . 318 23.7 The Esophagus . 318 ©2018 Achieve Page 9

Anatomy & Physiology Study Guide of 368 23.8 Stomach. 320 23.9 The Small Intestine. 321 23.10 Large Intestines. 321 23.11 The Rectum . 322 23.12 Secondary Digestive Organs . 322 23.13 Digestion . 323 23.14 Nutrition. 324 23.15 Aging . 324 23.16 Chapter Twenty-Three Review. 325 23.17 Chapter Twenty-Three Practice Exam. 330 Chapter 24: The Urinary System . 331 24.1 The Kidneys. 331 24.2 Internal Structure of Kidneys. 332 24.3 Tubular Transport Factors. 334 24.4 Transport of Specific Substances. 334 24.5 Diuresis . 335 24.6 Hormonal Involvement. 335 24.7 Aging. 336 24.8 Chapter Twenty-Four Review. 336 24.9 Chapter Twenty-Four Practice Exam. 337 Chapter 25: The Reproductive System. 338 25.1 Male Reproductive System. 338 25.2 Spermatogenesis . 340 25.3 The Male Reproductive Tract. 341 25.4 Hormones and Male Reproductive Function. 343 25.5 Female Reproductive System. 344 25.6 The Uterus. 346 25.7 Hormones and the Female Reproductive Cycle. 348 25.8 Sexual Function. 349 25.9 Aging. 350 25.10 Chapter Twenty-Five Review . 350 25.11 Chapter Twenty-Five Practice Exam . 353 Chapter 26: Development and Inheritance . 354 26.1 Prenatal . 354 ©2018 Achieve Page 10


21.2: The Cardiac Cycle - Biology

Een abonnement op J o VE is vereist om deze inhoud te bekijken. U kunt alleen de eerste 20 seconden zien.

De JoVE-videospeler is compatibel met HTML5 en Adobe Flash. Oudere browsers die HTML5 en de H.264-videocodec niet ondersteunen, gebruiken nog steeds een op Flash gebaseerde videospeler. We raden aan om de nieuwste versie van Flash hier te downloaden, maar we ondersteunen alle versies 10 en hoger.

Mocht dat niet helpen, laat het ons dan weten.

Biology is the scientific study of life. And all living organisms share a few key characteristics. The biological world has a highly organized, and complex structure.

From molecules inside each cell to the organ systems that make up an organism's body. Organisms can reproduce to create offspring, and their inherited genetic material provide special instructions for growth and development. They can also react to the environment, for example, in a desert, by burrowing during the day to keep cool.

All of these internal and external processes are highly regulated. For instance, the cardiovascular system controls blood and heat flow in the ears of a desert hare, and is powered by chemical energy from food that is transformed into kinetic energy to perform work, like running away from predators. This combination of environmental interactions and genetics allows populations to adapt to their changing environments and evolve, as is the case with long ears and slim bodies in response to the desert heat. And short ears and large bodies to acclimate to the Arctic cold.

1.1: What is Biology?

Overzicht

Biology is the natural science that focuses on the study of life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, distribution, and taxonomy. The scope of the field is extensive and is divided into several specialized disciplines, such as anatomy, physiology, ethology, genetics, and many more.

All living things share a few key traits: cellular organization, heritable genetic material and the ability to adapt/evolve, metabolism to regulate energy needs, the ability to interact with the environment, maintain homeostasis, reproduce, and the ability to grow and change.

The Complexity of Life

Despite its complexity, life is organized and structured. The cell theory in biology states that all living organisms are composed of one or more cells. The cell is the basic unit of life, and all cells arise from previously existing cells. Even single-celled organisms, such as bacteria, have structures that allow them to carry out essential functions, such as interacting with the environment and carry out chemical reactions that maintain life, or metabolism. In multicellular organisms, cells work together to form tissues, organs, organ systems, and finally, entire organisms. This hierarchical organization can extend further into populations, communities, ecosystems, and the biosphere.

Genetics and Adaptation

An organism&rsquos genetic material, the biological &ldquoblueprints&rdquo encoded in their DNA, is passed down to their offspring. Over the course of several generations, the genetic material is shaped by the biotic (living) and abiotic (non-living) environment. This process is called adaptation. Offspring of well-adapted parents have a high likelihood to survive in conditions that are similar to those that their parents lived in.

The process in which inherited traits increase survival and reproduction is called natural selection. Natural selection is the central mechanism of evolution. For example, some kangaroo rats live in hot and dry areas with little rainfall. To avoid the blistering heat and conserve water, they burrow into the soil where it is cooler and lower their metabolic rate to slow down evaporation. In this way, the kangaroo rat&rsquos genetics&mdashencoding this behavior and passed down through generations&mdashenables the animal to survive in such extreme environmental conditions.

Environmental Interactions

Organisms must also be able to successfully interact with their environment. This includes being able to navigate the world around them in search of resources or potential mates but also includes regulating their internal environments. Homeostasis is the ability of an organism to keep steady internal conditions. For example, humans maintain constant body temperature. If they get cold, they shiver if they are too hot, they start to sweat. Living things also maintain metabolism&mdashthe chemical processes that regulate energy needs. For instance, plants convert sunlight into sugar and store chemical energy in adenosine triphosphate.

Building Upwards from Basic Tenets

While &ldquoWhat is biology?&rdquo and &ldquoWhat is life&rdquo may seem like basic questions, they are important to understand and are prerequisites to asking more complicated questions. For example, without understanding the basic tenets of life&mdashsuch as how cells divide and replicate&mdashit would be difficult to investigate what causes cancer. This knowledge also allows scientist to develop the required tools and methods to study biological processes.

Forterre, Patrick. &ldquoDefining Life: The Virus Viewpoint.&rdquo Oorsprong van het leven en evolutie van de biosfeer 40, nee. 2 (April 2010): 151&ndash60. [Bron]


3.0 Introduction

Figure 3.0 – Fluorescence-stained Cell Undergoing Mitosis: A lung cell from a newt, commonly studied for its similarity to human lung cells, is stained with fluorescent dyes. The green stain reveals mitotic spindles, red is the cell membrane and part of the cytoplasm, and the structures that appear light blue are chromosomes. This cell is in anaphase of mitosis. (credit: “Mortadelo2005”/Wikimedia Commons)

Chapter Objectives

After studying this chapter, you will be able to:

  • Describe the structure and function of the cell membrane, including its regulation of materials into and out of the cell
  • Describe the functions of the various cytoplasmic organelles
  • List the morphological and physiological characteristics of some representative cell types in the human body
  • Explain the structure and contents of the nucleus, as well as the process of DNA replication
  • Explain the process by which a cell builds proteins using the DNA code
  • List the stages of the cell cycle in order, including the steps of cell division in somatic cells
  • Discuss how a cell differentiates and becomes more specialized

You developed from a single fertilized egg cell into the complex organism that you see when you look in a mirror, containing trillions of cells. During this developmental process, early, unspecialized cells become specialized in their structure and function (this is known as differentiation). These different cell types join to form specialized tissues that work in concert to perform all of the functions necessary for the living organism. Cellular and developmental biologists study how the continued division of a single cell leads to such complexity and differentiation.

Consider the difference between a structural cell in the skin and a nerve cell. A structural skin cell may be shaped like a flat plate (squamous) and live only for a short time before it is shed and replaced. Packed tightly into rows and sheets, the squamous skin cells provide a protective barrier for the cells and tissues that lie beneath. A nerve cell, on the other hand, may be shaped something like a star, sending out long processes up to a meter in length and may live for the entire lifetime of the organism. With their long winding appendages, nerve cells can communicate with one another and with other types of body cells and send rapid signals that inform the organism about its environment and allow it to interact with that environment. These differences illustrate one very important theme that is consistent at all organizational levels of biology: the form of a structure is optimally suited to perform particular functions assigned to that structure. Keep this theme in mind as you tour the inside of a cell and are introduced to the various types of cells in the body.

A primary responsibility of each cell is to contribute to homeostasis. Homeostasis is a term used in biology that refers to a dynamic state of balance within parameters that are compatible with life. For example, living cells require a water-based environment to survive in, and there are various physical (anatomical) and physiological mechanisms that keep all of the trillions of living cells in the human body moist. This is one aspect of homeostasis. When a particular parameter, such as blood pressure or blood oxygen content, moves far enough uit of homeostasis (generally becoming too high or too low), illness or disease—and sometimes death—inevitably results.

The concept of a cell started with microscopic observations of dead cork tissue by scientist Robert Hooke in 1665. Without realizing their function or importance, Hooke coined the term “cell” based on the resemblance of the small subdivisions in the cork to the rooms that monks inhabited, called cells. About ten years later, Antonie van Leeuwenhoek became the first person to observe living and moving cells under a microscope. In the century that followed, the theory that cells represented the basic unit of life would develop. These tiny fluid-filled sacs house components responsible for the thousands of biochemical reactions necessary for an organism to grow and survive. In this chapter, you will learn about the major components and functions of cells and discover some of the different types of cells in the human body.


Bekijk de video: Задание (Januari- 2022).