Alcătuirea corpului uman

Topografia organelor și sistemelor de organe

În corpul uman, celulele și țesuturile formează organe și sisteme de organe.

Organele reprezintă grupări de celule și țesuturi specializate pentru a îndeplini funcții specifice în organism. Ele nu acționează independent, ci colaborează strâns unele cu altele. Termenul „viscere” este adesea utilizat pentru a desemna organele interne.

Sistemele de organe sunt structuri morfologice care asigură funcțiile esențiale ale organismului: relația, nutriția și reproducerea.

Segmentele corpului uman

Corpul uman este compus din:

cap
gât
trunchi
membre

Capul și gâtul formează împreună extremitatea cefalică a corpului.

Capul este alcătuit din două părți:

partea craniană, care include neurocraniul (cutia craniană)
partea facială, care corespunde viscerocraniului (fața)

Gâtul este segmentul care face legătura între cap și trunchi, conținând elemente somatice, precum mușchi, oase și articulații, dar și viscere, cum ar fi laringele, traheea, esofagul, tiroida și paratiroidele.

Trunchiul este format din torace, abdomen și pelvis, în care se află cavitățile toracică, abdominală și pelviană. Aceste cavități adăpostesc viscerele și sunt separate între ele de structuri musculare: cavitatea toracică este delimitată de cavitatea abdominală prin diafragmă, iar cavitatea abdominală continuă cu cea pelviană, fiind limitată inferior de diafragma perineală.

Membrele sunt împărțite în superioare și inferioare. Membrele superioare se atașează de trunchi prin centura scapulară, iar porțiunea lor liberă cuprinde trei segmente: braț, antebraț și mână. Membrele inferioare se leagă de trunchi prin centura pelviană, iar porțiunea lor liberă include coapsa, gamba și piciorul.

Planuri și raporturi anatomice

Pentru a descrie poziția segmentelor care compun corpul uman, se utilizează axe și planuri ca elemente de orientare.

Corpul uman, organizat conform principiului simetriei bilaterale, este o structură tridimensională ce include trei axe și trei planuri. Axele reprezintă dimensiunile spațiului și se intersectează la unghiuri drepte.

Axele corpului uman

Axul longitudinal (axul lungimii corpului) este vertical la om, având doi poli: superior (cranial) și inferior (caudal). Acesta pornește de la creștetul capului și ajunge până la suprafața tălpilor.

Axul sagital (anteroposterior) reprezintă axul grosimii corpului, cu un pol anterior și unul posterior.

Axul transversal (orizontal) corespunde lățimii corpului, având un pol stâng și unul drept.

Planurile corpului uman

Fiecare dintre cele trei planuri principale este definit prin intersecția a două axe.

Planul sagital trece prin axele longitudinal și sagital. Planul care traversează centrul corpului, împărțindu-l în două jumătăți simetrice, se numește plan medio-sagital și reprezintă planul simetriei bilaterale.

Planul frontal este paralel cu fruntea și trece prin axele longitudinal și transversal. Acesta împarte corpul în două părți: una anterioară (ventrală) și alta posterioară (dorsală).

Planul transversal (orizontal) trece prin axele sagital și transversal. El împarte corpul în două secțiuni: superioară (cranială) și inferioară (caudală). Acesta mai este cunoscut sub numele de plan al metameriei corpului.

Aceste axe și planuri sunt folosite pentru a determina poziția și orientarea diferitelor componente la nivelul fiecărui organ.

Nomenclatura anatomică

Odată cu descrierea axelor și planurilor corpului, au fost introduși anumiți termeni:

cranial (spre cap)
caudal (spre partea inferioară a corpului)
ventral (spre partea anterioară)
dorsal (spre partea posterioară)
medial (mai aproape de linia mediană)
lateral (mai îndepărtat de linia mediană)
sagital, frontal și transversal (corespunzătoare planurilor)

În contextul membrelor corpului:

proximal – desemnează structurile mai apropiate de centuri
distal – desemnează structurile mai îndepărtate de centuri

Pentru mâini și picioare:

la mână, volar sau palmar se referă la partea palmei
la picior, plantar desemnează partea tălpii, iar dorsal indică partea superioară a labei piciorului

Termenii superficial și profund sunt utilizați pentru a indica gradul de apropiere față de suprafața corpului.

Niveluri de organizare

Celule, țesuturi, organe, sisteme de organe, organism

Există diferite niveluri de organizare ale corpului uman, fiecare având un rol esențial în formarea și funcționarea organismului ca întreg morfo-funcțional. Aceste niveluri lucrează împreună pentru a asigura integrarea și coordonarea întregului sistem biologic.

Celula

Celula reprezintă unitatea de bază morfofuncțională și genetică a materiei vii. Aceasta poate exista individual sau în grupuri, formând diferite tipuri de țesuturi.

Forma celulelor este adaptată funcției pe care o îndeplinesc. Inițial, toate celulele au o formă globuloasă, însă ulterior pot deveni fusiforme, stelate, cubice, cilindrice etc. Cu toate acestea, unele celule, precum hematiile, ovulele, celulele adipoase sau cele cartilaginoase, își păstrează forma globuloasă.

Dimensiunile celulelor variază în funcție de specializarea lor, de starea fiziologică a organismului, de condițiile mediului extern, de vârstă și alți factori. Exemple: hematiile au aproximativ 7,5 μm, ovulul între 150 și 200 μm, iar fibra musculară striată poate ajunge la 5–15 cm. Dimensiunea medie a celulelor este considerată a fi între 20 și 30 μm.

Structura celulei

Celula este alcătuită din trei componente principale:

membrana celulară
citoplasma
nucleul

Membrana celulară

Membrana celulară (sau plasmalema) învelește celula, îi conferă forma și separă structurile interne de mediul extracelular. Structura sa principală este alcătuită din:

fosfolipide
proteine

Fosfolipidele sunt organizate sub forma unui bistrat, cu porțiunile hidrofile orientate spre exterior și interior, iar partea hidrofobă se află în mijloc. Acest strat hidrofob limitează trecerea moleculelor solubile în apă și a ionilor prin membrană.

Proteinele din membrană îndeplinesc funcții specializate, inclusiv mecanismele de transport transmembranar. Ele pot fi localizate pe fața externă, internă sau pot traversa membrana.

Datorită aranjamentului variabil al proteinelor în bistratul lipidic, structura membranei este descrisă prin modelul mozaic fluid.

Membrana celulară mai conține și glucide (sub formă de glicoproteine și glicolipide) atașate pe fața externă, care sunt încărcate negativ și contribuie la diverse funcții celulare, cum ar fi recunoașterea și comunicarea între celule.

În unele celule, citoplasma prezintă diverse prelungiri acoperite de plasmalemă. Acestea pot fi:

prelungiri temporare și neordonate: cum sunt pseudopodele, întâlnite la leucocite, care le permit mișcarea și fagocitoza
prelungiri permanente:
- microvili – se găsesc în epiteliul mucoasei intestinului și în epiteliul tubilor renali, având rol în mărirea suprafeței de absorbție
- cili – prezenți în epiteliul mucoasei traheei, cu rol în deplasarea mucusului și particulelor străine
- desmozomi – corpusculi de legătură care solidarizează celulele epiteliale, conferindu-le rezistență mecanică

Citoplasma

Citoplasma are o structură complexă, fiind locul unde se desfășoară majoritatea funcțiilor vitale ale celulei. Este un sistem coloidal în care:

mediul de dispersie este apa
faza dispersată constă în micelii coloidale aflate în mișcare browniană

Funcțional, citoplasma este alcătuită din:

hialoplasma – partea nestructurată, care reprezintă mediul de bază al citoplasmei
organitele celulare – partea structurată, care poate fi:
- comune tuturor celulelor – organite esențiale pentru funcționarea celulei
- specifice – organite prezente doar în anumite tipuri de celule, unde îndeplinesc funcții particulare

Organizarea generală a celulei: 1. aparat Golgi; 2. membrană nucleară; 3. mitocondrie; 4. lizozom; 5. cromatină; 6. membrană celulară; 7. reticul endoplasmatic rugos; 8. citoplasmă; 9. ribozom; 10. reticul endoplasmatic neted; 11. nucleu; 12. centriol; 13. nucleol; 14. granulă de secreție. (Biologie – manual pentru clasa a XI-a, Editura Corint, 2008, Dan Cristescu, Carmen Sălăvăstru, Bogdan Voiculescu, Cezar Th. Niculescu, Radu Cârmaciu)

Organite comune

Organite specifice:

miofibrilele – reprezintă elementele contractile din sarcoplasma fibrelor musculare, esențiale pentru procesul de contracție musculară
neurofibrilele – formează o rețea care se extinde în citoplasma neuronului, inclusiv în axoplasmă și dendrite, contribuind la transmiterea semnalelor nervoase
corpii Nissl (sau corpii tigroizi) – sunt echivalenți ai ergastoplasmei în celulele nervoase, având un rol important în sinteza proteică

În afara organitelor comune și specifice, citoplasma mai conține incluziuni citoplasmatice, care au caracter temporar. Acestea includ:

granule de substanțe de rezervă
produși de secreție
pigmenți

Nucleul

Nucleul este o componentă fundamentală a celulei, cu rol principal în coordonarea proceselor biologice esențiale.

Funcții:

conține materialul genetic (ADN)
controlează metabolismul celular
transmite informația genetică

Poziția poate fi centrală sau excentrică, în funcție de tipul celulei (ex. celulele adipoase sau mucoase).

Forma – de regulă, nucleul are forma specifică celulei în care se află.

Numărul nucleilor:

majoritatea celulelor sunt mononucleate (au un singur nucleu)
există și excepții:
- celule binucleate: ex. hepatocitele
- celule polinucleate: ex. fibrele musculare striate
- celule anucleate: ex. hematiile adulte

Dimensiunile nucleului variază între 3 și 20 μm, în funcție de ciclul funcțional al celulei, având un raport de aproximativ 1/3–1/4 în raport cu citoplasma.

Structura nucleului

Nucleul este alcătuit din:

membrana nucleară
carioplasma
nucleoli

Membrana nucleară:

este o structură dublă și poroasă, cu o organizare trilaminată
foițele membranei:
- foița externă – orientată spre matricea citoplasmatică, prezintă ribozomi și este continuă cu citomembranele reticulului endoplasmatic
- foița internă – aderă la materialul nuclear
între cele două foițe se află un spațiu numit spațiu perinuclear

Carioplasma:

este o soluție coloidală cu aspect omogen, localizată sub membrana nucleară
cuprinde o rețea subțire de filamente formate din granule fine de cromatină
cromatina este compusă din:
- ADN (materialul genetic)
- ARN cromozomal
- proteine histonice și nonhistonice
- cantități mici de lipide
- ioni de calciu (Ca) și magneziu (Mg)
în timpul diviziunii celulare, cromatina se condensează, formând cromozomii, care conțin materialul genetic esențial

Proprietățile celulei

Celulele au o serie de proprietăți generale și speciale care le permit să își îndeplinească funcțiile specifice în organism. Dintre acestea, sinteza proteică, reproducerea celulară și metabolismul celular au fost deja studiate. Alte proprietăți importante includ transportul transmembranar și potențialul de membrană.

Transportul transmembranar

Membrana celulară are o permeabilitate selectivă pentru anumite molecule și majoritatea ionilor. Aceasta facilitează:

schimbul bidirecțional de substanțe nutritive și produse rezultate din catabolismul celular
transferul ionic, care generează curenți electrici

Mecanismele transportului transmembranar se clasifică astfel:

după necesitatea proteinelor transportoare (cărăuși):
- fără proteine transportoare:
  - difuziunea – mișcarea dezordonată a moleculelor dintr-o zonă cu concentrație mare către una cu concentrație mică, până la uniformizare (ex: moleculele de O₂ sau steroizii)
  - osmoza – mișcarea apei prin membrană, în funcție de gradientul de concentrație
- cu proteine transportoare:
  - difuziunea facilitată – moleculele mari polarizate (ex: glucoza) traversează membrana cu ajutorul proteinelor transportoare
  - transportul activ – necesită consum de energie (ATP) pentru a muta molecule împotriva gradientului de concentrație
după consumul energetic:
- transport pasiv – nu necesită energie. Include difuziunea, osmoza și difuziunea facilitată
- transport activ – necesită energie (ATP) pentru a muta molecule sau ioni împotriva gradientului de concentrație

Difuziunea

Difuziunea este mișcarea dezordonată a moleculelor cauzată de energia lor termică. Ori de câte ori există un gradient de concentrație între două compartimente, moleculele vor tinde să se miște astfel încât să elimine diferența și să se distribuie uniform.

Membrana celulară permite difuziunea moleculelor:

nepolarizate și liposolubile, cum ar fi oxigenul (O₂) și hormonii steroizi
covalent polarizate, dar neîncărcate electric, cum ar fi dioxidul de carbon (CO₂), etanolul sau ureea

Moleculele polarizate mari (ex: glucoza) nu pot traversa membrana prin difuziune simplă și necesită proteine transportoare pentru a fi transferate.

Membrana celulară are o permeabilitate selectivă, iar transportul ionic liber este restricționat. Ionii pot traversa membrana doar prin canale ionice de natură proteică, care sunt atât de mici încât nu pot fi observate nici cu microscopul electronic.

Osmoza

Osmoza reprezintă difuziunea apei (solventului) printr-o membrană semipermeabilă, care permite trecerea moleculelor de apă, dar restricționează moleculele de solvit. Apa se deplasează din compartimentul cu concentrație mai mare de apă (soluție mai diluată) către cel cu concentrație mai mică de apă (soluție mai concentrată).

Presiunea osmotică reprezintă forța necesară pentru a preveni osmoza. Este direct proporțională cu numărul particulelor dizolvate în soluție.

Mecanisme care utilizează proteine transportoare

Moleculele organice polarizate și cu greutate moleculară mare traversează membrana celulară cu ajutorul proteinelor transportoare. Caracteristicile acestui tip de transport includ:

specificitate – proteinele transportoare sunt specifice pentru anumite molecule
saturabilitate – există o limită maximă a ratei de transport pentru o anumită substanță
competiție – moleculele similare pot concura pentru aceeași proteină transportoare

Difuziunea facilitată:

moleculele se deplasează conform gradientului de concentrație
nu necesită consum de energie

Transportul activ:

permite deplasarea moleculelor și ionilor împotriva gradientelor de concentrație
necesită energie furnizată de ATP

Tipuri de transport activ:

primar – proteina transportoare utilizează energia generată prin hidroliza directă a ATP-ului. Ex.: pompa de Na⁺/K⁺
secundar (cotransport) – energia necesară este obținută din transferul unei alte molecule care se deplasează conform gradientului său de concentrație

Transportul vezicular

Aceasta este o formă specială de transport, care implică formarea de vezicule:

endocitoza – materialul extracelular este captat în vezicule formate prin invaginarea membranei și transferat intracelular
- fagocitoza – captarea particulelor solide
- pinocitoza – captarea lichidelor sau a solvitului dizolvat
exocitoza – materialul intracelular este încapsulat în vezicule care fuzionează cu membrana celulară, eliberând conținutul în mediul extern

Potențialul de membrană

Membrana celulară prezintă o permeabilitate selectivă, iar activitatea pompei Na⁺/K⁺ și prezența intracelulară a moleculelor nedifuzibile, încărcate negativ, determină o distribuție inegală a sarcinilor electrice de o parte și de alta a membranei. Această diferență de potențial este cunoscută sub numele de potențial de membrană.

Potențialul membranar de repaus:

valoare medie – –65 mV până la –85 mV, apropiată de potențialul de echilibru al ionilor de potasiu (K⁺)
condiții – apare atunci când la nivelul membranei nu se produc impulsuri electrice
mecanism – este menținut de activitatea pompei Na⁺/K⁺, care transferă:
- 2 ioni de K⁺ în celulă
- 3 ioni de Na⁺ în afara celulei;
  aceasta asigură o concentrație intracelulară constantă de Na⁺ și K⁺, precum și stabilitatea potențialului membranar în absența stimulilor

Potențialul de acțiune:

reprezintă o modificare temporară a potențialului de membrană, generată de celulele stimulate electric
apare prin deschiderea și închiderea canalelor membranare specifice, care permit trecerea ionilor în funcție de valoarea potențialului membranar

Fazele potențialului de acțiune:

pragul:

- celulele excitabile se depolarizează rapid dacă potențialul membranar scade până la o valoare critică, numită potențial prag
- după atingerea pragului, depolarizarea devine spontană

depolarizarea – are loc o intrare masivă de Na⁺ în celulă prin deschiderea canalelor de sodiu; aceasta crește valoarea potențialului membranar

repolarizarea:

- canalele de Na⁺ se închid, iar cele de K⁺ se deschid, permițând ieșirea K⁺ din celulă, ceea ce readuce potențialul membranar spre valoarea sa de repaus

hiperpolarizarea:

- uneori, potențialul scade sub valoarea de repaus din cauza unei ieșiri excesive de K⁺, înainte ca membrana să revină la starea inițială

Acest proces stă la baza excitabilității celulelor nervoase și musculare, permițând transmiterea semnalelor electrice în organism.

Potențialul de acțiune

Potențialul de acțiune este un răspuns de tip „tot sau nimic“, ceea ce înseamnă:

stimuli subliminari (sub pragul critic) nu declanșează depolarizarea sau un impuls
stimuli supraliminari (peste prag) nu produc o reacție mai intensă decât stimulul prag

Etapele potențialului de acțiune:

panta ascendentă (depolarizarea):

- apare după atingerea potențialului prag
- este cauzată de creșterea permeabilității membranei pentru ionii de Na⁺, care intră rapid în celulă prin canale voltaj-dependente de sodiu
- aceste canale se deschid atunci când potențialul membranar atinge valoarea prag, determinând o creștere bruscă a potențialului

panta descendentă (repolarizarea):

- potențialul membranar revine treptat la valoarea de repaus
- acest proces este determinat de ieșirea ionilor de K⁺ din celulă prin canale voltaj-dependente de potasiu; aceste canale se deschid ca răspuns la depolarizare, contribuind la scăderea potențialului membranar

Acești pași reflectă mecanismele electrice fundamentale care permit celulelor excitabile, cum ar fi neuronii și fibrele musculare, să transmită semnale rapide și eficiente.

Perioada refractară

Perioada refractară este intervalul de timp în care este dificil sau imposibil de generat un nou potențial de acțiune. Aceasta se împarte în două faze:

perioada refractară absolută:
- în această perioadă, indiferent de intensitatea stimulului, nu se poate genera un nou potențial de acțiune
- cuprinde panta ascendentă a potențialului de acțiune și o parte din panta descendentă
- este cauzată de inactivarea canalelor pentru Na⁺
perioada refractară relativă:
- în această perioadă, un nou potențial de acțiune poate fi inițiat doar dacă stimulul este suficient de puternic
- potențialul generat în această fază are o viteză de ascensiune mai mică și o amplitudine redusă comparativ cu un potențial normal

Propagarea potențialului de acțiune

Odată generat, potențialul de acțiune stimulează zonele adiacente ale membranei excitabile, propagându-se în ambele sensuri până la depolarizarea completă. Acest proces poartă denumirea de impuls nervos (în fibrele nervoase) sau impuls muscular (în fibrele musculare).

Proprietăți speciale ale celulelor:

contractilitatea:
- este specifică celulelor musculare și constă în transformarea energiei chimice din compuși în energie mecanică, ceea ce permite mișcarea
activitatea secretorie:
- fiecare celulă sintetizează substanțe proteice și lipidice necesare pentru:
  - refacerea structurilor
  - creștere
  - înmulțire
- unele celule sunt specializate pentru secreția de substanțe:
  - secreție endocrină – eliberarea substanțelor în mediul intern (ex. hormoni)
  - secreție exocrină – eliberarea substanțelor în mediul extern (ex. enzime digestive)

Țesuturile

Țesuturile sunt sisteme organizate de materie vie, alcătuite din celule similare, care îndeplinesc aceeași funcție sau un grup de funcții în organism.

Celulele din țesuturi sunt conectate între ele printr-o substanță intercelulară, care poate fi:

substanță de ciment – prezentă în cantitate mică, având rol de coeziune între celule
substanță fundamentală – prezentă în cantitate mare, oferind suport și contribuind la funcțiile specifice ale țesutului

Clasificarea țesuturilor

Bibliografie:

Biologie – manual pentru clasa a XI-a, Editura Corint, 2008, Dan Cristescu, Carmen Sălăvăstru, Bogdan Voiculescu, Cezar Th. Niculescu, Radu Cârmaciu
„Biologie clasa a XI-a” – Autor: Alexandru Toma, Editura Corint
„Biologie clasa a XII-a” – Autor: Alexandru Toma, Editura Corint
„Biologie pentru admiterea la facultate” – Autor: Tatiana Duțescu Colintineanu, Editura Niculescu
„Anatomie și fiziologie umană pentru liceu” – Autor: Radu Constantinescu, Editura Niculescu
„Teste de biologie pentru admiterea la medicină” – Autor: M. V. Ionescu, Editura Medicală