1. Bölüm: Hücreler Vücudun Canlı Birimleridir

Vücudun temel canlı birimi hücredir. Her organ birçok farklı hücrenin, hücrelerarası destekleyici yapılarla bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Her bir hücre tipi bir ya da birkaç özel işlevi gerçekleştirmek üzere uzmanlaşmıştır. Örneğin, her insanda toplam 25 trilyon kırmızı kan hücresi oksijeni akciğerlerden dokulara taşır. Bu hücre tipi vücutta belki en fazla sayıda bulunan hücredir ancak vücutta kırmızı kan hücrelerinin işlevlerinden farklı işlevler yapan 75 trilyon hücre daha bulunur. Yani tüm vücutta toplam 100 trilyon hücre vardır.

Vücuttaki hücrelerin çoğu birbirinden belirgin biçimde farklı olsa da tüm hücreler birbirine benzeyen belli temel özelliklere sahiptirler. Örneğin, oksijen tüm hücrelerde hücre işlevlerinin gerektirdiği enerjiyi sağlamak için karbonhidrat, yağ ya da proteinlerle tepkimeye girer. Üstelik besinleri enerjiye dönüştüren genel mekanizmalar, tüm hücrelerde temel olarak aynıdır ve tüm hücreler kimyasal reaksiyonların son ürünlerini kendilerini çevreleyen sıvıya verirler.

Hemen hemen bütün hücrelerin kendilerine benzer hücreler üreterek çoğalma yeteneği de vardır. Neyse ki, belli bir tip hücre herhangi bir nedenle hasarlandığında, geriye kalan bu tipteki hücreler gereksinim karşılanıncaya kadar çoğalırlar.

Hücredışı Sıvı - İç Ortam

Erişkin insan vücudunun yüzde 60'ı iyon ve diğer maddelerin sudaki çözeltilerinden oluşan bir sıvıdır. Bu sıvının büyük bölümü hücrelerin içinde bulunur ve hücreiçi sıvı (intraselüler sıvı) adını alır. Yaklaşık üçte biri ise hücre dışındaki alandadır ve hücredışı sıvı (ekstraselüler sıvı) olarak isimlendirilir. Bu hücredışı sıvı tüm vücutta sürekli hareket halindedir. Dolaşımdaki kanla hızla taşınır, daha sonra kan ve doku sıvıları, kapiller damar duvarından difüzyon yoluyla birbirine karışır.

Hücredışı sıvı içinde bulunan iyon ve besinler hücrelerin canlılıklarını sürdürmeleri için gereklidirler. Bu durumda, tüm hücreler aslında aynı ortam içinde (hücredışı sıvıda) yaşarlar. Bu nedenle hücredışı sıvı vücudun iç ortamı ya da 150 yıl önce, 19. yüzyılın büyük Fransız fizyoloğu Claude Bernard'ın ifade ettiği biçimiyle milieu intérieur olarak isimlendirilir.

Hücreler bu iç ortamda uygun konsantrasyonlarda oksijen, glikoz, farklı iyonlar, amino asitler, yağlar ve diğer yapıtaşları bulunduğu sürece yaşayabilirler ve özel işlevlerini yapabilirler.

Hücredışı ve Hücreiçi Sıvılar Arasındaki Farklar

Hücredışı sıvı çok miktarda sodyum, klor ve bikarbonat iyonuyla birlikte hücreler için gerekli oksijen, glikoz, yağ asitleri ve amino asitler gibi besinler içerir. Ayrıca hücrelerden atılmak üzere akciğerlere taşınan karbondioksit ve böbrekler yoluyla atılacak diğer hücresel atıklar da hücredışı sıvı içinde yer alır.

Hücreiçi sıvı hücredışı sıvıdan büyük ölçüde farklıdır; örneğin, hücredışı sıvıda bulunan sodyum ve klor iyonları yerine, çok miktarda potasyum, magnezyum ve fosfat iyonları hücreiçi sıvıda bulunur. Hücre zarlarından iyonların geçişini düzenleyen özel mekanizmalar hücreiçi ve hücredışı sıvılar arasındaki bu konsantrasyon farklılıklarını korur.

Homeostaz - Yaklaşık Olarak Sabit Bir Çevrenin Sürdürülmesi

1929 yılında Amerikalı fizyolog Walter Cannon iç çevrede yaklaşık olarak sabit koşulların sürdürülmesini tarif etmek için homeostaz terimini ilk kez kullanmıştır. Aslında vücuttaki tüm organ ve dokular bu sabit koşulları korumaya yardım etmek üzere görevler üstlenmiştir. Örneğin akciğerler, hücreler tarafından kullanılan oksijeni karşılamak üzere hücredışı sıvıya sürekli oksijen sağlarlar; böbrekler iyon derişimini sabit tutar, sindirim sistemi besinleri sağlar.

Vücudun çeşitli iyonları, besinleri, artık ürünleri ve diğer bileşenleri normalde sabit değerlerden ziyade bir değerler aralığında düzenlenir. Bazı vücut bileşenleri için bu aralık oldukça dardır. Örneğin, kan hidrojen iyon konsantrasyonundaki değişiklikler normalde litrede 5 nanomolden (0,000000005 mol/L) bile azdır. Kan sodyum konsantrasyonu da çok sıkı bir şekilde düzenlenir. Sodyum alımında büyük değişiklikler olsa bile sodyum normalde sadece birkaç milimol/L kadar değişir. Ancak sodyum konsantrasyonundaki bu değişiklikler hidrojen iyonundaki değişiklikleri bir milyon katından bile daha fazladır.

Vücuttaki birçok diğer iyonlar, besinler ve maddeler için de olduğu gibi, sodyum ve hidrojen iyon konsantrasyonlarını korumak için güçlü kontrol sistemleri mevcuttur. Bu durum, büyük çevresel değişiklikler ile yaralanma ve hastalık gibi zor durumlara rağmen hücre, doku ve organların normal işlevlerini yerine getirmelerini sağlar.

Bu blog serisinin büyük bölümü her bir organ ya da dokunun homeostaza nasıl katkıda bulunduğunu anlatmaktadır. Normal vücut fonksiyonları hep beraber homeostaz ve sağlıklı olmaya katkıda bulunan hücre, doku, organlar ile çok sayıda sinirsel, hormonsal ve yerel kontrol sistemlerinin birlikte etkilerine gereksinim duyar.

Hastalık sıklıkla homeostazın bozulma durumu olarak düşünülür. Ancak hastalık varlığında bile, homeostatik mekanizmalar çeşitli kompansasyonlar yoluyla yaşamsal işlevlerin sürdürülmesi için çalışmaya devam ederler. Bazı durumlarda, bu kompansasyonların kendileri vücut işlevlerinde normal aralıkların dışında büyük sapmalara yol açarak hastalığın primer nedenini kompansatuvar yanıtlardan ayırt etmeyi zorlaştırmaktadır. Örneğin, böbreklerin tuz ve su atma yeteneğini bozan hastalıklar yüksek kan basıncına yol açabilir. Basınç artışı başlangıçta atımın normale dönmesine ve böylece alım ve böbrekten atım dengesinin sürdürülmesine yardımcı olur. Bu denge yaşamın sürdürülmesi için gereklidir ama uzun zaman süren yüksek kan basıncı, böbrekler dahil çeşitli organlara zarar verebilir. Bu da, kan basıncını daha da yükselterek daha fazla böbrek hasarına neden olur. Böylelikle yaralanma, hastalık veya vücudun maruz kaldığı büyük çağlı çevresel değişiklikleri izleyen homeostatik kompansasyonlar yaşamsal işlevlerin sürdürülmesi için gerekli olan "değiş-tokuşu" temsil edebilir ancak uzun dönemde vücut işlevinde ilave anormalliklere de katkıda bulunabilirler. Patofizyoloji bilim dalı hastalık ve yaralanma durumlarında çeşitli fizyolojik süreçlerin nasıl etkilendiklerini açıklamaya çalışır.

Hücredışı Sıvı Taşıma ve Karıştırma Sistemi - Kan Dolaşım Sistemi

Hücredışı sıvı vücudun tüm bölgelerinde iki aşamada dolaşır. Birinci aşama kanın vücutta damarlar içinde hareketidir, ikinci aşama ise sıvının kapiller damarlar ile doku hücreleri arasında bulunan hücrelerarası alanlar (interstisyel aralık) arasında dolaşmasıdır.

Şekil 1 kanın genel dolaşımını göstermektedir. Dolaşım yollarındaki bütün kan, dinlenme durumundaki bir insanda tüm dolaşım döngüsünü bir dakikada tamamlar, bu süre aşırı aktif bir insanda dakikada altı kez olacak kadar kısalır.

Kan, kapiller damarlardan geçerken, kanın plazma bölümüyle hücrelerarası alanı dolduran interstisyel sıvı arasında sürekli bir alışveriş gerçekleşir. Bu süreç Şekil 2'de gösterilmiştir. Kapiller damar çeperleri kan plazmasındaki kapillerden geçmek için oldukça büyük olan protein molekülleri dışındaki birçok moleküle geçirgendir. Böylece çok miktarda sıvı ve içinde erimiş haldeki bileşenler kanla doku aralığı arasında, oklarla gösterildiği gibi, iki yöne doğru da difüze olabilir. Difüzyon, hem hücrelerarası hem de plazmadaki moleküllerin kinetik hareketlerinden kaynaklanır. Yani, sıvı ve içindeki çözünmüş moleküller hücrelerarası sıvıda ve plazma içinde her yönde hareket eder ve sıçrarlar, kapiller damar deliklerinden de (porlar) geçerler. Hücrelerin bir kapiller damara uzaklığı 50 mikrometreden daha fazla değildir, böylece bütün maddelerin kapillerden hücreye birkaç saniye içinde difüze olması sağlanır. Böylece vücudun her yerindeki hücredışı sıvı (hem plazma hem de hücrelerarası sıvı) sürekli olarak karışır. Sonuçta tüm vücutta tam olarak homojen bir bileşimde tutulur.

Hücredışı Sıvıdaki Besinlerin Kaynağı

Solunum Sistemi: Şekil 1'de kanın her defasında vücudun yanı sıra akciğerlerden de geçtiği görülmektedir. Kan, alveollerden geçerken oksijeni bağlar, böylece hücrelerin gereksindiği oksijen sağlanır. Alveol ile pulmoner kapiller damar arasındaki alveol zarının kalınlığı sadece 0,4-2 mikrometredir; bu sayede oksijen moleküler hareketlerle bu zardan kana hızla difüze olur.

Gastrointestinal Sistem: Kalbin pompaladığı kanın büyük bölümü sindirim sistemi organlarının çeperlerinden de geçer. Burada karbonhidratlar, yağ asitleri ve amino asitleri içeren çözünmüş çeşitli besin maddeleri ağızdan alınan yiyeceklerden kanın hücredışı sıvısına emilirler.

Karaciğer ve Öncelikle Metabolik İşlev Üstlenen Diğer Organlar: Sindirim sisteminden emilen maddelerin hepsi hücreler tarafından kullanılabilecek durumda olmayabilir. Karaciğer, bu maddelerin birçoğunun kimyasal bileşimini değiştirerek daha iyi kullanılabilir hale getirir. Vücuttaki diğer dokular (yağ hücreleri, sindirim sistemi mukozası, böbrekler ve endokrin bezler) ise emilen besinlerde değişiklik yapılmasına ya da onların gerektiği zaman kullanılmak üzere depo edilmesine yardımcı olurlar. Karaciğer vücutta üretilen bazı atık ürünleri ve alınan zehirli maddeleri de ortadan kaldırır.

İskelet ve Kas Sistemi: İskelet ve kas sistemi vücudun homeostatik işlevlerine nasıl katkı sağlar? Yanıt basit ve açıktır: Kaslar olmasaydı, vücut beslenmesi için gerekli yiyeceklere ulaşabilmek üzere hareket edemezdi. İskelet ve kas sistemi ayrıca olumsuz çevre koşullarından korunabilmek için gerekli hareketliliği de sağlar; bu sistem olmasaydı, homeostatik mekanizmalarıyla birlikte bütün vücut anında tahrip olabilirdi.

Metabolizma Atıklarının Uzaklaştırılması

Karbondioksidin Akciğerler Tarafından Atılması: Kanın akciğerlerden oksijeni taşımasıyla eşzamanlı olarak, karbondioksit ve kandan alveol havasına geçer; solunum hareketleriyle alveol havasının içeri ve dışarı taşınması karbondioksidin atmosfere verilmesini sağlar. Karbondioksit metabolizma sonucu oluşan tüm son ürünler arasında en fazla miktarda oluşandır.

Böbrekler: Kan böbreklerden geçerken hücrelere gerekli olmayan karbondioksit dışındaki maddelerin çoğu plazmadan uzaklaştırılır. Bu maddeler arasında üre ve ürik asit gibi hücre metabolizmasının farklı son ürünleri ve beslenme sırasında alınan, hücredışı sıvıda birikebilecek fazla su ve iyonlar da bulunur.

Böbrekler işlevlerini önce çok miktarda plazmayı glomerüllerden tübüllere süzerek, daha sonra da vücut için gerekli olan glikoz, amino asitler, yeterli miktarda su ve iyonların büyük bölümünü geri emerek gerçekleştirirler. Vücudun, gereksinim duymadığı maddelerin çoğu, özellikle üre gibi metabolik atıklar çok az emilirler ve böbrek tübüllerinden idrara geçerler.

Gastrointestinal Sistem: Gastrointestinal sisteme giren sindirilmemiş maddeler ve bazı metabolizma atıkları feçes ile vücuttan uzaklaştırılırlar.

Karaciğer: Karaciğerin işlevleri arasında vücuda alınan birçok ilaç ve kimyasal maddenin zehirsizleştirilmesi ve vücuttan uzaklaştırılması da vardır. Karaciğer bu atıkların çoğunu sonunda feçes yoluyla vücuttan atılmak üzere safraya salgılar.