Verenkierto (3. osa)
Useista valtimoista muodostuva valtimojärjestelmä huolehtii aivojen veren saannista ja sen mukana glukoosin ja hapen toimituksesta aivoille. Veri tulee aivoihin vasemman ja oikean yhteisen kaulavaltimon (Arteria carotis communis) haaroja eli sisimpiä kaulavaltimoita (Arteria carotis interna) sekä niskassa kulkevia parillisia nikamavaltimoita (Arteria vertabralis) pitkin. Yhteisistä päävaltimoista (yhteiset kaulavaltimot) lähtee pieniä haaroja henkitorveen eli trakeaan (lat. trachea) ja ruokatorveen (lat. oesophagus) sekä niitä ympäröiviin lihaksiin ja kaulaan. Ruokatorvi sijaitsee keuhkojen muodostamassa välikarsinassa henkitorven takana ja ruokatorvi sulkeutuu sekä avautuu yleensä vain nieltäessä, koska sen seinämässä ei ole sitä auki pitäviä rustorakenteita, kuten on henkitorvessa. Vasen yhteinen päävaltimo lähtee suoraan aortankaaresta, mutta oikea yhteinen päävaltimo lähtee aortankaaresta haarautuvasta pään ja käden valtimorungosta. Yhteiset päävaltimot kulkevat henkitorven vierellä kaulaan, jossa ne haarautuvat sisemmäksi ja ulommaksi päävaltimoksi. Yhteisen päävaltimon haaroista ulompi päävaltimo kuljettaa verta kasvojen alueelle ja pään ulommalle osalle, sisempi päävaltimo kuljettaa verta kahdelle kolmasosaa aivoista.
Nikamavaltimot yhdistyvät parittomaksi kallonpohjan valtimoksi (Arteria basilaris). Aivojen alapuolella sijaitseva kallonpohjavaltimo saa alkunsa vasemmasta ja oikeasta nikamavaltimosta sekä pienen selkäydinvaltimon etuhaarasta. Veri virtaa tätä valtimoa eteenpäin kohti aivojen valtimokehää ja kuutta aivovaltimoa. Varsinkin aivojen takaraivolohkot, mutta myös osittain ohimolohkot, saavat tätä kautta valtimosuonituksensa. Kallonpohjavaltimosta eroavat matkalla aivosiltaan (lat. pons) – aivorungossa keskiaivojen ja ydinjatkeen välissä sijaitseva aivojen osa – kulkevat valtimot sekä etummaiset pikkuaivovaltimot.
Aivojen pohjassa sijaitsevan aivojen valtimokehän (Circulus Willisi) muodostavat nämä kolme valtimoa. Aivojen valtimokehästä nousee molemmin puolin kolme aivojen päävaltimoa (Arteriae cerebri anterior, media et posterior) niin, että takaraivolohkot sekä suurimmassa osin ohimolohkotkin saavat verensä viimeksi mainitun kautta. Veri palautuu sydämeen lähellä kalloa sijaitsevien laskimojen, ennen muuta sisemmän kaulalaskimon (Vena jugularis interna) sekä yläonttolaskimon (Vena cava superior) kautta. Monihaarainen rakenne aivojen valtimokehällä auttaa aivojen verensaannissa, vaikka jokin valtimoista hitaasti ahtautuisikin, koska veri pystyy jossain määrin kulkeutumaan aivoille muita verisuonia pitkin. Aivot tarvitsevat jokseenkin tasaisesti verta, olitpa sitten unessa tai rasituksessa, niiden tasainen saanti on säädetty reseptorein. Kaulavaltimoiden yhteydessä olevat paine- ja kemialliset reseptorit aistivat muun verenpaineen ja hapen, glukoosin ja hiilidioksidin pitoisuuksien muutoksia ja vaikuttavat valtimoiden seinämiin. Hermosto ei itse asiassa juurikaan säätele aivojen verenpainetta.
Luinen kallo aivojen ympärillä suojaa toimii mekaanisena aivojen suojana. Kallo toimii kotelona, joka suojaa aivoja iskuilta. Kallon sisäpuolella on kolme suojaavaa aivokalvokerrosta: kaksilehtinen kovakalvo (dura mater) kallon sisäpinnalla toimii myös luukalvona, keskimmäisenä lukinkalvo (arachnoidea) ja sisimpänä pehmytkalvo (pia mater), joka myötäilee tarkasti aivojen ja selkäytimen pintojen muotoja. Selkärangassa on oma luukalvonsa, jonka vuoksi selkärangan ja kovakalvon väliin jää tyhjä tila, jota kutsutaan epiduraalitilaksi.
Kovakalvon muodostama pikkuaivoteltta (lat. tentorium cerebelli) sijaitsee iso- ja pikkuaivojen välissä. Yhdessä pikkuaivoteltta ja seulaluu (lat. os ethmoidale) muodostavat rakenteen, joka suojaa normaalioloissa aivoherniaatiolta eli aivojen työntymiseltä kallonpohjan niska-aukon läpi. Aivo-selkäydinneste toimii aivojen iskunvaimentimena ja neste myös ruokkii aivokudosta. Lapsilla kallon luut eivät ole aluksi kiinnittyneet toisiinsa, ja siksi se toimii suojana aluksi synnytystilanteessa, sittemmin se suojaa myös pieniltä iskuilta sekä aivopaineen kohoamiselta. Kallon luut niveltyvät aikuisilla toisiinsa suturoilla, jotka eivät anna periksi.
Veri-aivoeste vastaa aivojen kemiallisesta suojauksesta. Veri-aivoesteen muodostavat astrosyyteiksi nimetyt solut. Astrosyyttien tärkein tehtävä on pitää huolta hermosolujen kemiallisesta tasapainosta. Astrosyyttien perivaskulaariset ulokkeet ovat kosketuksissa keskushermoston hiussuonien endoteelisolujen kanssa ja siksi astrosyytit osallistuvat veri-aivoesteen muodostumiseen. Astrosyytin ulokkeista osa on siis kosketuksessa hiussuoniin, osa hermosoluihin ja näin ne huolehtivat hermosolujen ravinto- ja kuona-aineiden siirtämisestä. Astrosyyttejä on muodoltaan kahdenlaisia: säikeisiä (etenkin valkeassa aineessa, lat. substantia alba) ja protoplasmisia (etenkin harmaassa aineessa). Jotkin astrosyyteistä saattavat olla luonteeltaan hermokudoksen kantasoluja. Veri-aivoeste on erittäin tärkeä suojamekanismi, koska aivojen välittäjäaineet ja reseptorit ovat hyvin herkkiä. Aineen rasvaliukoisuus eli lipofiilisyys edistää molekyylien mahdollisuutta kulkeutua esteen läpi, sillä rasvaliukoiset aineet liukenevat toisiin rasvaliukoisiin aineisiin kun taas vesiliukoiset aineet liukenevat vesiliukoisiin aineisiin.
Ihmisen aivot ovat päässä kallon sisällä sijaitseva keskushermostoa hallitseva elin, jonka päätehtävä on käsitellä aistien välityksellä saatua informaatiota siten, että ihmisen toimintakyky ympäristössään säilyy. Ihmisen tietoisuudella on vahva kytkös aivojen sähkökemiallisiin ja fyysisiin tapahtumiin. Ihmisaivot koostuvat 80-prosenttisesti aivokudoksesta, jonka erikoistuneita soluja ovat hermosolut ja gliasolut eli hermotukisolut. Aikuisen ihmisaivot painavat keskimäärin 1,3-1,5 kilogrammaa. Ihmisen aivot ovat muihin eläinlajeihin verrattuna suhteellisesti hyvin suuret ja monimutkaiset, ja niissä on ehkä enemmän hermosoluja kuin minkään muun lajin aivoissa. Ihmisaivot voidaan jakaa erilaisiin yksiköihin. Isoaivot muodostavat yli kolme neljäsosaa kokonaistilavuudesta. Niiden uloin osa on aivokuori, joka vastaa pääasiassa korkeimman tason henkisistä prosesseista. Väliaivot, keskiaivot ja pikkuaivot ovat isoaivojen sisällä ja alapuolella, ja ne liittyvät evoluution kannalta varhemman tason henkisiin toimintoihin.
Aivokudos koostuu harmaasta ja valkeasta aineesta, jotka sisältävät hermosoluja ja glia- eli hermotukisoluja. Aivoista kymmenen prosenttia on verta ja kymmenen prosenttia aivo-selkäydinnestettä. Koostumukseltaan aivot ovat 77-78 prosenttia vettä, 10-12 prosenttia lipidejä eli rasvamolekyylejä, kahdeksan prosenttia proteiinia, kaksi prosenttia liukoisia orgaanisia aineita, prosentti hiilihydraatteja ja prosentti epäorgaanisia suoloja. Keskimäärin ihmisaivojen tilavuus on 1 350 kuutiosenttimetriä ja pinta-ala on 2 500 neliömetriä. Keskimääräiset aivot ihmisellä ovat 167 millimetriä pitkät, 140 millimetriä leveät ja 93 millimetriä korkeat. Aikuisen aivot ovat noin kaksi prosenttia ja vauvan aivot noin 12 prosenttia koko ruumiin painosta. Miehen aivot ovat keskimäärin hiukan painavammat kuin naisen aivot.
Ihmisen aivot ovat eläinkunnassa suhteellisesti hyvin suuret; ihmisaivot ovat neljä tai viisi kertaa niin suuret kuin ihmisenkokoisella nisäkkäällä voisi olettaa olevan. Hermosolujen lukumäärä saavuttaa vakiotasonsa lapsuusiässä, mutta aivojen massa suurenee senkin jälkeen, kun hermosolut kasvavat suuremmiksi ja muodostavat uusia kytköksiä. Aivomassa saavuttaa maksiminsa nuoruusiän aikana. 20 vuoden iässä aivot alkavat kutistua noin yhden gramman vuodessa kun hermosoluja kuolee. Ihmisen elintavat voivat vaikuttaa aivojen kokoon. Esimerkiksi alkoholia käyttävillä ihmisillä on havaittu aivojen kutistumista eli atrofiaa ja aerobisen liikunnan aloittaneilla ihmisillä aivojen kasvua.
Yhdysvaltalaisen vuonna 2015 julkaistun tutkimuksen mukaan ihmisaivojen kapasiteetti on verrattavissa noin tietokoneen yhden petatavun tallennustilaan. Tämä olisi kymmenen kertaa aikaisempaa arviota suurempi muistikapasiteetti. Usein toistetun myytin mukaan ihminen käyttäisi vain kymmentä prosenttia aivokapasiteetistaan. Aivokuvaukset ja aivojen vahingoittumisen seuraukset ovat kuitenkin osoittaneet, että aivojen kaikki osat ovat käytössä, vaikkakaan eivät aina samanaikaisesti.
Ihmisen aivot vaativat paljon energiaa. Aivot ovat riippuvaisia jatkuvasta verenkierrosta, koska aivot käyttävät energialähteenään glukoosia, jota ne eivt kykene varastoimaan itse. Vaikka ihmisen aivot ovat vain kaksi prosenttia ruumiinpainosta, ne käyttävät 15 prosenttia sydämen pumppaustehosta, 20 prosenttia hapen kokonaiskulutuksesta ja 25 prosenttia elimistön glukoosista. Levossa aivot kuluttavat energiaa suunnilleen saman verran kuin aktiivisen toiminnan aikana. Aivot kuluttavat noin 120 grammaa glukoosia päivässä, eli 420 kilokaloria. Jos glukoosia ei ole saatavilla riittävästi esimerkiksi paaston tai ketogeenisen ruokavalion seurauksena, aivot siirtyvät käyttämään energialähteenään ketoaineita tai jopa maitohappoa. Ketoosin kautta syntynyt glukoosi on noin 25 prosenttia parempaa aivoille, kuin valkoisen ja prosessoidun sokerin kautta saavutettu hyöty.
Ketoaine on elimistössä rasvasta, etanolista tai ketogeenisestä aminohaposta muodostuva pienimolekyylinen yhdiste, jota käytetään elimistön energiantuotantoon. Elimistö pystyy tuottamaan ketoaineiden avulla glukoosia enemmän energiaa jokaista käyttämäänsä happimolekyyliä kohden. Ketoaineita muodostuu maksassa ja munuaisissa erityisesti silloin, kun hiilihydraatteja eli sakkarideja on niukasti saatavilla (ketoosi) ja elimistö joutuu valmistamaan tarvittavan glukoosin itse glukoneogeneesissä. Elimistössä muodostuu kolmea eri ketoainetta: asetoasetaatti, beetahydroksibutyraatti ja asetoni.
Normaalisti ketoaineita syntyy maksan ja munuaisten solujen mitokondrioissa – aitotumallisten solujen soluelin, eräänlainen solun energiavoimalaitos, jossa ravintoaineet palavat hapen avulla vedeksi ja hiilidioksidiksi - solujen glukoneogeneesin sivutuotteena. Kun solut tuottavat glukoosia, ne tuottavat tarvitsemansa energian hapettamalla rasvahappoja asetyylikoentsyymi-A:ksi. Asetyylikoentsyymi-A, joka ei hapetu normaalisti sitruunahappokierrossa glukoneogeneesin ollessa käynnissä, muuntuu ketogeneesissä asetoasetaatiksi ja edelleen betahydroksibutyraatiksi. Ketoaineet kulkeutuvat verenkierron mukana maksasta ja munuaisista muualle elimistöön, jossa asetoasetaatti ja betahydroksibutyraatti voidaan käyttää hyväksi. Aivojen gliasolut käyttävät niitä lipidien rakentamiseen. Niillä voidaan hyödyntää myös energiantuotannossa. Erityisesti sydän, lihakset ja aivot käyttävät ketoaineita energianlähteenään.
Asetonia muodostuu spontaanisti asetoasetaatista ja sitä esiintyy paljon vähemmän kuin kahta muuta ketoainetta. Elimistö käyttää asetonia glukoosin, triglyseridien ja aminohappojen synteesissä. Osa asetonista poistuu kehosta virtsan ja uloshengityksen mukana. Tästä johtuu ketoosissa olevan henkilön hengityksen ”makea” tuoksu. Samasta syystä ketoosin voimakkuutta voidaan mitata virtsasta.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti