Co znaczy homeostaza. Homeostaza, mechanizmy homeostatyczne, regulacja homeostatyczna

W organizmie zwierząt wyższych wykształciły się adaptacje, które przeciwdziałają wielu wpływom środowiska zewnętrznego, zapewniając względnie stałe warunki istnienia komórek. Jest to niezbędne do życia całego organizmu. Ilustrujemy to przykładami. Komórki ciała zwierząt stałocieplnych, czyli zwierząt o stałej temperaturze ciała, funkcjonują normalnie tylko w wąskich granicach temperatur (u ludzi w granicach 36-38 °). Przesunięcie temperatury poza te granice prowadzi do zakłócenia aktywności komórek. Jednocześnie ciało zwierząt stałocieplnych może normalnie istnieć przy znacznie większych wahaniach temperatury środowiska zewnętrznego. Na przykład niedźwiedź polarny może żyć w temperaturach od -70° do +20-30°. Dzieje się tak dlatego, że w całym organizmie regulowana jest jego wymiana ciepła z otoczeniem, czyli wytwarzanie ciepła (intensywność procesów chemicznych zachodzących wraz z wydzielaniem ciepła) oraz przekazywanie ciepła. Zatem w niskiej temperaturze otoczenia wzrasta wytwarzanie ciepła, a przenikanie ciepła maleje. Dlatego przy wahaniach temperatury zewnętrznej (w pewnych granicach) utrzymuje się stała temperatura ciała.

Funkcje komórek organizmu są normalne tylko przy względnej stałości ciśnienia osmotycznego, ze względu na stałą zawartość elektrolitów i wody w komórkach. Zmiany ciśnienia osmotycznego - jego spadek lub wzrost - prowadzą do ostrych naruszeń funkcji i struktury komórek. Organizm jako całość może istnieć przez pewien czas zarówno przy nadmiernym spożyciu, jak i przy pozbawieniu wody, a także przy dużych i małych ilościach soli w pożywieniu. Wynika to z obecności w ciele adaptacji, które przyczyniają się do utrzymania
stałość ilości wody i elektrolitów w organizmie. W przypadku spożycia nadmiernej ilości wody, znaczna jej ilość jest szybko wydalana z organizmu przez narządy wydalnicze (nerki, gruczoły potowe, skóra), a przy niedoborze wody zostaje zatrzymana w organizmie. W ten sam sposób narządy wydalnicze regulują zawartość elektrolitów w organizmie: szybko usuwają ich nadmiar lub zatrzymują w płynach ustrojowych przy niewystarczającym spożyciu soli.

Stężenie poszczególnych elektrolitów we krwi i płynie tkankowym z jednej strony oraz w protoplazmie komórek z drugiej jest różne. Krew i płyn tkankowy zawierają więcej jonów sodu, a protoplazma komórek zawiera więcej jonów potasu. Różnicę w stężeniu jonów wewnątrz komórki i na zewnątrz uzyskuje się dzięki specjalnemu mechanizmowi, który zatrzymuje jony potasu wewnątrz komórki i nie pozwala na gromadzenie się w komórce jonów sodu. Mechanizm ten, którego natura nie jest jeszcze jasna, nazywany jest pompą sodowo-potasową i jest związany z procesem metabolizmu komórkowego.

Komórki ciała są bardzo wrażliwe na zmiany stężenia jonów wodorowych. Zmiana stężenia tych jonów w tym czy innym kierunku gwałtownie zakłóca żywotną aktywność komórek. Środowisko wewnętrzne organizmu charakteryzuje się stałym stężeniem jonów wodorowych, które zależy od obecności we krwi i płynie tkankowym tzw. układów buforowych (s. 48) oraz od aktywności narządów wydalniczych. Wraz ze wzrostem zawartości kwasów lub zasad we krwi, są one szybko wydalane z organizmu, dzięki czemu zachowana jest stała koncentracja jonów wodorowych w środowisku wewnętrznym.

Komórki, szczególnie komórki nerwowe, są bardzo wrażliwe na zmiany poziomu cukru we krwi, ważnego składnika odżywczego. Dlatego stałość zawartości cukru we krwi ma ogromne znaczenie dla procesu życiowego. Osiąga się to poprzez to, że wraz ze wzrostem poziomu cukru we krwi w wątrobie i mięśniach syntetyzuje się z niego polisacharyd, glikogen, zdeponowany w komórkach, a przy spadku poziomu cukru we krwi glikogen ulega rozkładowi w wątrobie i mięśniach, a cukier winogronowy jest uwalniany do krwi.

Stałość składu chemicznego i właściwości fizykochemicznych środowiska wewnętrznego jest ważną cechą wyższych organizmów zwierzęcych. Aby określić tę stałość, W. Cannon zaproponował termin, który stał się powszechny – homeostaza. Wyrazem homeostazy jest obecność szeregu stałych biologicznych, czyli stabilnych wskaźników ilościowych charakteryzujących normalny stan organizmu. Takimi stałymi wartościami są: temperatura ciała, ciśnienie osmotyczne krwi i płynu tkankowego, zawartość jonów sodu, potasu, wapnia, chloru i fosforu, a także białek i cukru, stężenie jonów wodorowych i szereg innych.

Zwracając uwagę na stałość składu, właściwości fizykochemicznych i biologicznych środowiska wewnętrznego, należy podkreślić, że nie jest ona absolutna, lecz względna i dynamiczna. Stałość tę osiąga się poprzez ciągłą pracę wielu narządów i tkanek, w wyniku czego zmiany składu i właściwości fizykochemicznych środowiska wewnętrznego, jakie zachodzą pod wpływem zmian w środowisku zewnętrznym oraz w wyniku Aktywność życiowa organizmu zostaje wyrównana.

Rola różnych narządów i ich układów w utrzymaniu homeostazy jest różna. Tym samym układ trawienny zapewnia dopływ składników odżywczych do krwi w takiej postaci, w jakiej mogą zostać wykorzystane przez komórki organizmu. Układ krwionośny zapewnia ciągły ruch krwi i transport różnych substancji w organizmie, w wyniku czego do komórek same przedostają się składniki odżywcze, tlen i różne związki chemiczne powstałe w organizmie, a produkty rozkładu, w tym dwutlenek węgla, uwalniane przez organizm komórki przenoszone są do narządów, które usuwają je z organizmu. Narządy oddechowe dostarczają tlen do krwi i usuwają dwutlenek węgla z organizmu. Wątroba i szereg innych narządów przeprowadza znaczną liczbę przemian chemicznych - syntezę i rozkład wielu związków chemicznych ważnych w życiu komórek. Narządy wydalnicze – nerki, płuca, gruczoły potowe, skóra – usuwają z organizmu końcowe produkty rozkładu substancji organicznych i utrzymują stałą zawartość wody i elektrolitów we krwi, a co za tym idzie, w płynie tkankowym i w organizmie. komórki ciała.

Układ nerwowy odgrywa ważną rolę w utrzymaniu homeostazy. Wrażliwie reagując na różne zmiany w środowisku zewnętrznym lub wewnętrznym, reguluje pracę narządów i układów w taki sposób, że zapobiega i wyrównuje przesunięcia i zaburzenia, które zachodzą lub mogą wystąpić w organizmie.

Dzięki rozwojowi adaptacji zapewniających względną stałość środowiska wewnętrznego organizmu, jego komórki są mniej podatne na zmienne wpływy środowiska zewnętrznego. Według kl. Bernarda „stałość środowiska wewnętrznego jest warunkiem wolnego i niezależnego życia”.

Homeostaza ma pewne ograniczenia. Gdy organizm, zwłaszcza przez długi czas, przebywa w warunkach znacznie odbiegających od tych, do których jest przystosowany, homeostaza zostaje zachwiana i mogą nastąpić przesunięcia nie dające się pogodzić z normalnym życiem. Zatem przy znacznej zmianie temperatury zewnętrznej w kierunku zarówno jej wzrostu, jak i spadku, temperatura ciała może wzrosnąć lub spaść i może nastąpić przegrzanie lub wychłodzenie organizmu, co prowadzi do śmierci. Podobnie przy znacznym ograniczeniu przyjmowania wody i soli do organizmu lub całkowitym pozbawieniu tych substancji, po pewnym czasie względna stałość składu i właściwości fizykochemicznych środowiska wewnętrznego zostaje zakłócona i życie się zatrzymuje.

Wysoki poziom homeostazy występuje tylko na określonych etapach rozwoju gatunkowego i indywidualnego. Zwierzęta niższe nie mają dostatecznie rozwiniętych przystosowań, aby łagodzić lub eliminować wpływy zmian w środowisku zewnętrznym. Na przykład względna stałość temperatury ciała (homeotermia) utrzymuje się tylko u zwierząt stałocieplnych. U tak zwanych zwierząt zmiennocieplnych temperatura ciała jest zbliżona do temperatury środowiska zewnętrznego i ma wartość zmienną (poikilotermia). Nowo narodzone zwierzę nie ma takiej stałości temperatury ciała, składu i właściwości środowiska wewnętrznego, jak u dorosłego organizmu.

Nawet niewielkie zaburzenia homeostazy prowadzą do patologii, dlatego określenie względnie stałych parametrów fizjologicznych, takich jak temperatura ciała, ciśnienie krwi, skład, właściwości fizykochemiczne i biologiczne krwi itp., ma dużą wartość diagnostyczną.

Homeostaza w klasycznym znaczeniu tego słowa jest pojęciem fizjologicznym, które oznacza stabilność składu środowiska wewnętrznego, stałość składników jego składu, a także równowagę funkcji biofizjologicznych każdego żywego organizmu.

Podstawą takiej funkcji biologicznej, jak homeostaza, jest zdolność organizmów żywych i systemów biologicznych do przeciwstawiania się zmianom środowiskowym; podczas gdy organizmy wykorzystują autonomiczne mechanizmy obronne.

Po raz pierwszy terminu tego użył fizjolog Amerykanin W. Kennon na początku XX wieku.
Każdy obiekt biologiczny ma uniwersalne parametry homeostazy.

Homeostaza ustroju i organizmu

Podstawę naukową dla takiego zjawiska jak homeostaza stworzył Francuz C. Bernard - była to teoria o stałym składzie środowiska wewnętrznego w organizmach istot żywych. Ta teoria naukowa została sformułowana w latach osiemdziesiątych XVIII wieku i doczekała się szerokiego rozwoju.

Zatem homeostaza jest wynikiem złożonego mechanizmu interakcji w zakresie regulacji i koordynacji, który zachodzi zarówno w organizmie jako całości, jak i w jego narządach, komórkach, a nawet na poziomie molekularnym.

Koncepcja homeostazy otrzymała impuls do dalszego rozwoju w wyniku zastosowania metod cybernetycznych w badaniu złożonych układów biologicznych, takich jak biocenoza czy populacja).

Funkcje homeostazy

Badanie obiektów posiadających funkcję sprzężenia zwrotnego pomogło naukowcom poznać wiele mechanizmów odpowiedzialnych za ich stabilność.

Nawet w warunkach poważnych zmian mechanizmy adaptacji (adaptacji) nie pozwalają na znaczną zmianę właściwości chemicznych i fizjologicznych organizmu. Nie można powiedzieć, że pozostają one całkowicie stabilne, ale poważne odchylenia zwykle nie występują.

Mechanizmy homeostazy

Mechanizm homeostazy w organizmach jest najlepiej rozwinięty u zwierząt wyższych. W organizmach ptaków i ssaków (w tym człowieka) funkcja homeostazy pozwala na utrzymanie stabilności liczby jonów wodorowych, reguluje stałość składu chemicznego krwi, utrzymuje ciśnienie w układzie krążenia i temperaturę ciała na mniej więcej tym samym poziomie.

Homeostaza wpływa na układy narządów i organizm jako całość na kilka sposobów. Może to być efekt za pomocą hormonów, układu nerwowego, układu wydalniczego lub neurohumoralnego organizmu.

Homeostaza człowieka

Na przykład stabilność ciśnienia w tętnicach jest utrzymywana przez mechanizm regulacyjny działający na zasadzie reakcji łańcuchowych, w które wchodzą narządy krwi.

Dzieje się to w ten sposób, że receptory naczyniowe wyczuwają zmianę siły nacisku i przekazują o tym sygnał do ludzkiego mózgu, który wysyła impulsy odpowiedzi do ośrodków naczyniowych. Konsekwencją tego jest wzrost lub spadek napięcia układu krążenia (serca i naczyń krwionośnych).

Ponadto w grę wchodzą narządy regulacji neurohumoralnej. W wyniku tej reakcji ciśnienie wraca do normy.

Homeostaza ekosystemu

Przykładem homeostazy w świecie roślin jest utrzymanie stałej wilgotności liści poprzez otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych.

Homeostaza jest również charakterystyczna dla zbiorowisk organizmów żywych o dowolnym stopniu złożoności; na przykład fakt, że w biocenozie zachowuje się stosunkowo stabilny skład gatunków i osobników, jest bezpośrednią konsekwencją działania homeostazy.

Homeostaza populacji

Taki rodzaj homeostazy jak populacja (inna nazwa to genetyka) pełni rolę regulatora integralności i stabilności składu genotypowego populacji w zmieniającym się środowisku.

Działa poprzez zachowanie heterozygotyczności, a także kontrolowanie rytmu i kierunku zmian mutacyjnych.

Ten typ homeostazy pozwala populacji zachować optymalny skład genetyczny, co pozwala zbiorowości organizmów żywych zachować maksymalną żywotność.

Rola homeostazy w społeczeństwie i ekologii

Konieczność zarządzania złożonymi systemami o charakterze społecznym, gospodarczym i kulturowym doprowadziła do rozszerzenia terminu homeostaza i jego zastosowania nie tylko do obiektów biologicznych, ale także społecznych.

Za przykład działania homeostatycznych mechanizmów społecznych może posłużyć następująca sytuacja: jeśli w społeczeństwie brakuje wiedzy lub umiejętności albo niedoborów zawodowych, to poprzez mechanizm sprzężenia zwrotnego fakt ten powoduje, że społeczność rozwija się i doskonali.

Natomiast w przypadku nadmiaru specjalistów, na których w rzeczywistości nie ma zapotrzebowania społecznego, pojawi się negatywna informacja zwrotna i będzie mniej przedstawicieli zawodów niepotrzebnych.

Ostatnio koncepcja homeostazy znalazła szerokie zastosowanie w ekologii, ze względu na potrzebę badania stanu złożonych systemów ekologicznych i biosfery jako całości.

W cybernetyce termin homeostaza jest używany w odniesieniu do dowolnego mechanizmu, który ma zdolność do automatycznej samoregulacji.

Linki związane z homeostazą

Homeostaza w Wikipedii

Homeostaza(starożytny grecki ὁμοιοστάσις od ὅμοιος - ten sam, podobny i στάσις - stanie, bezruch) - samoregulacja, zdolność układu otwartego do utrzymywania stałości swojego stanu wewnętrznego poprzez skoordynowane reakcje mające na celu utrzymanie dynamicznej równowagi. Chęć systemu do reprodukcji, przywrócenia utraconej równowagi, pokonania oporu środowiska zewnętrznego. Homeostaza populacji to zdolność populacji do utrzymania określonej liczby osobników przez długi czas.

Informacje ogólne

właściwości homeostazy

• niestabilność
• Dążenie do równowagi
• nieprzewidywalność

• Regulacja poziomu podstawowej przemiany materii w zależności od diety.

Główny artykuł: Informacja zwrotna

Homeostaza ekologiczna

Homeostaza biologiczna

Homeostaza komórkowa

Regulacja aktywności chemicznej komórki odbywa się poprzez szereg procesów, wśród których szczególne znaczenie ma zmiana struktury samej cytoplazmy, a także struktury i aktywności enzymów. Autoregulacja zależy od temperatury, stopnia kwasowości, stężenia substratu, obecności określonych makro- i mikroelementów. Komórkowe mechanizmy homeostazy mają na celu przywrócenie naturalnie martwych komórek tkanek lub narządów w przypadku naruszenia ich integralności.

Regeneracja-proces aktualizacji elementów strukturalnych organizmu i przywracania ich liczby po uszkodzeniu, mający na celu zapewnienie niezbędnej aktywności funkcjonalnej

W zależności od reakcji regeneracyjnej tkanki i narządy ssaków można podzielić na 3 grupy:

1) tkanki i narządy charakteryzujące się regeneracją komórkową (kości, luźna tkanka łączna, układ krwiotwórczy, śródbłonek, międzybłonek, błony śluzowe przewodu pokarmowego, dróg oddechowych i układu moczowo-płciowego)

2) tkanki i narządy charakteryzujące się regeneracją komórkową i wewnątrzkomórkową (wątroba, nerki, płuca, mięśnie gładkie i szkieletowe, autonomiczny układ nerwowy, trzustka, układ hormonalny)

3) tkanki, które charakteryzują się głównie lub wyłącznie regeneracją wewnątrzkomórkową (komórki mięśnia sercowego i zwojowego ośrodkowego układu nerwowego)

W procesie ewolucji powstały 2 rodzaje regeneracji: fizjologiczna i naprawcza.

Inne obszary

Aktuariusz może rozmawiać homeostaza ryzyka, w którym na przykład osoby posiadające w samochodzie układ przeciwblokujący nie znajdują się w bezpieczniejszej sytuacji w porównaniu z osobami, które go nie mają, ponieważ osoby te nieświadomie rekompensują sobie bezpieczniejszy samochód ryzykowną jazdą. Dzieje się tak, ponieważ niektóre mechanizmy trzymające – takie jak strach – przestają działać.

homeostaza stresu

Przykłady

• termoregulacja
  • Jeśli temperatura ciała jest zbyt niska, może rozpocząć się drżenie mięśni szkieletowych.
• Regulacja chemiczna

Źródła

1. O.-Ya.L.Bekish. Biologia medyczna. - Mińsk: Urajaj, 2000. - 520 s. - ISBN 985-04-0336-5.

Temat nr 13. Homeostaza, mechanizmy jej regulacji.

Ciało jako otwarty system samoregulujący.

Organizm żywy to układ otwarty, który ma połączenie ze środowiskiem poprzez układ nerwowy, trawienny, oddechowy, wydalniczy itp.

W procesie metabolizmu z pożywieniem, wodą, podczas wymiany gazowej do organizmu dostają się różne związki chemiczne, które ulegają w organizmie zmianom, wnikają w strukturę organizmu, ale nie pozostają na stałe. Zasymilowane substancje rozkładają się, uwalniają energię, produkty rozpadu są usuwane do środowiska zewnętrznego. Zniszczona cząsteczka zostaje zastąpiona nową i tak dalej.

Ciało jest otwartym, dynamicznym systemem. W stale zmieniającym się środowisku organizm przez pewien czas utrzymuje stabilny stan.

Pojęcie homeostazy. Ogólne wzorce homeostazy układów żywych.

homeostaza - właściwość żywego organizmu polegająca na utrzymywaniu względnej dynamicznej stałości środowiska wewnętrznego. Homeostaza wyraża się we względnej stałości składu chemicznego, ciśnieniu osmotycznym, stabilności podstawowych funkcji fizjologicznych. Homeostaza jest specyficzna i zdeterminowana genotypem.

Zachowanie integralności indywidualnych właściwości organizmu jest jednym z najbardziej ogólnych praw biologicznych. Prawo to zapewniają w pionowym szeregu pokoleń mechanizmy reprodukcji, a przez całe życie jednostki - mechanizmy homeostazy.

Zjawisko homeostazy jest ewolucyjnie rozwiniętą, dziedzicznie utrwaloną właściwością adaptacyjną organizmu do normalnych warunków środowiskowych. Jednakże warunki te mogą mieć charakter krótkotrwały lub długotrwały poza normalnym zakresem. W takich przypadkach zjawiska adaptacji charakteryzują się nie tylko przywróceniem zwykłych właściwości środowiska wewnętrznego, ale także krótkotrwałymi zmianami funkcji (na przykład wzrostem rytmu czynności serca i wzrostem częstotliwość ruchów oddechowych podczas wzmożonej pracy mięśni). Reakcje homeostazy można skierować na:

utrzymywanie znanych poziomów stanu ustalonego;

eliminacja lub ograniczenie czynników szkodliwych;

rozwój lub zachowanie optymalnych form współdziałania organizmu ze środowiskiem w zmienionych warunkach jego istnienia. Wszystkie te procesy determinują adaptację.

Dlatego koncepcja homeostazy oznacza nie tylko pewną stałość różnych stałych fizjologicznych organizmu, ale także obejmuje procesy adaptacji i koordynacji procesów fizjologicznych, które zapewniają jedność organizmu nie tylko w normie, ale także w zmieniających się warunkach swojego istnienia.

Główne składniki homeostazy zostały zdefiniowane przez C. Bernarda i można je podzielić na trzy grupy:

A. Substancje zaspokajające potrzeby komórkowe:

Substancje niezbędne do wytwarzania energii, wzrostu i regeneracji - glukoza, białka, tłuszcze.

NaCl, Ca i inne substancje nieorganiczne.

Tlen.

wydzielina wewnętrzna.

B. Czynniki środowiskowe wpływające na aktywność komórkową:

ciśnienie osmotyczne.

Temperatura.

Stężenie jonów wodorowych (pH).

B. Mechanizmy zapewniające jedność strukturalną i funkcjonalną:

Dziedziczność.

Regeneracja.

reaktywność immunobiologiczna.

Zasada regulacji biologicznej zapewnia stan wewnętrzny organizmu (jego zawartość), a także związek między etapami ontogenezy i filogenezy. Zasada ta stała się powszechna. Podczas jego studiowania powstała cybernetyka - nauka o celowej i optymalnej kontroli złożonych procesów w dzikiej przyrodzie, w społeczeństwie ludzkim, przemyśle (Berg I.A., 1962).

Organizm żywy to złożony, kontrolowany system, w którym oddziałuje na siebie wiele zmiennych środowiska zewnętrznego i wewnętrznego. Wspólną cechą wszystkich systemów jest obecność wejście zmienne, na które w zależności od właściwości i praw zachowania systemu ulegają transformacji weekend zmienne (ryc. 10).

Ryż. 10 - Ogólny schemat homeostazy układów żywych

Zmienne wyjściowe zależą od zmiennych wejściowych i praw zachowania systemu.

Nazywa się wpływem sygnału wyjściowego na część sterującą układu informacja zwrotna , co ma ogromne znaczenie w samoregulacji (reakcja homeostatyczna). Wyróżnić negatywny Ipozytywny informacja zwrotna.

negatywny sprzężenie zwrotne zmniejsza wpływ sygnału wejściowego na wartość wyjściową zgodnie z zasadą: „im więcej (na wyjściu), tym mniej (na wejściu)”. Pomaga przywrócić homeostazę ustroju.

Na pozytywny sprzężenia zwrotnego wartość sygnału wejściowego wzrasta zgodnie z zasadą: „im więcej (na wyjściu), tym więcej (na wejściu)”. Potęguje powstałe odchylenie od stanu początkowego, co prowadzi do naruszenia homeostazy.

Jednak wszystkie rodzaje samoregulacji działają na tej samej zasadzie: samoodchyleniu od stanu początkowego, co służy jako bodziec do włączenia mechanizmów korekcyjnych. Zatem normalne pH krwi wynosi 7,32 - 7,45. Przesunięcie pH o 0,1 prowadzi do naruszenia czynności serca. Zasadę tę opisał Anokhin P.K. w 1935 roku i nazwana zasadą sprzężenia zwrotnego, która służy realizacji reakcji adaptacyjnych.

Ogólna zasada odpowiedzi homeostatycznej(Anokhin: „Teoria systemów funkcjonalnych”):

odchylenie od poziomu początkowego → sygnał → aktywacja mechanizmów regulacyjnych opartych na zasadzie sprzężenia zwrotnego → korekta zmian (normalizacja).

Tak więc podczas pracy fizycznej wzrasta stężenie CO 2 we krwi → pH przesuwa się w stronę kwaśną → sygnał dociera do ośrodka oddechowego rdzenia przedłużonego → nerwy odśrodkowe przewodzą impuls do mięśni międzyżebrowych i oddech się pogłębia → zmniejszenie CO 2 we krwi, pH zostaje przywrócone.

Mechanizmy regulacji homeostazy na poziomie molekularno-genetycznym, komórkowym, organizmowym, populacyjno-gatunkowym i biosferycznym.

Regulacyjne mechanizmy homeostatyczne działają na poziomie genów, komórkowych i systemowych (organizmów, gatunków populacyjnych i biosfery).

Mechanizmy genowe homeostaza. Wszystkie zjawiska homeostazy organizmu są zdeterminowane genetycznie. Już na poziomie produktów genów pierwotnych istnieje bezpośrednie powiązanie – „jeden gen strukturalny – jeden łańcuch polipeptydowy”. Ponadto istnieje kolinearna zgodność pomiędzy sekwencją nukleotydową DNA i sekwencją aminokwasów łańcucha polipeptydowego. Dziedziczny program indywidualnego rozwoju organizmu przewiduje kształtowanie cech gatunkowych nie w stałych, ale w zmieniających się warunkach środowiskowych, w granicach dziedzicznie określonej normy reakcji. Podwójna helisa DNA jest niezbędna w procesach jego replikacji i naprawy. Obydwa są bezpośrednio związane z zapewnieniem stabilności funkcjonowania materiału genetycznego.

Z genetycznego punktu widzenia można rozróżnić elementarne i ogólnoustrojowe przejawy homeostazy. Przykładami elementarnych przejawów homeostazy są: kontrola genowa trzynastu czynników krzepnięcia krwi, kontrola genowa zgodności tkankowej tkanek i narządów, co umożliwia przeszczep.

Przeszczepiany obszar nazywa się przeszczep. Organizmem, z którego pobierana jest tkanka do przeszczepu, jest dawca , i komu przeszczepiają - odbiorca . Powodzenie przeszczepu zależy od reakcji immunologicznych organizmu. Wyróżnia się autotransplantację, transplantację syngeniczną, allotransplantację i ksenotransplantację.

Autotransplantacja – przeszczepienie tkanek w tym samym organizmie. W tym przypadku białka (antygeny) przeszczepu nie różnią się od białek biorcy. Nie ma reakcji immunologicznej.

Przeszczep syngeniczny przeprowadzono u identycznych bliźniąt o tym samym genotypie.

allotransplantacja – przeszczepianie tkanek od jednego osobnika do drugiego, należącego do tego samego gatunku. Dawca i biorca różnią się antygenami, dlatego u zwierząt wyższych obserwuje się długotrwałe wszczepienie tkanek i narządów.

Ksenotransplantacja Dawca i biorca należą do różnych typów organizmów. Ten rodzaj przeszczepu udaje się niektórym bezkręgowcom, ale takie przeszczepy nie zakorzeniają się u zwierząt wyższych.

W transplantologii zjawisko to ma ogromne znaczenie tolerancja immunologiczna (kompatybilność tkanek). Tłumienie odporności w przypadku przeszczepu tkanki (immunosupresja) osiąga się poprzez: tłumienie aktywności układu odpornościowego, napromieniowanie, podanie surowicy przeciwlimfotycznej, hormonów kory nadnerczy, preparatów chemicznych - leków przeciwdepresyjnych (imuran). Głównym zadaniem jest tłumienie nie tylko odporności, ale także odporności na przeszczep.

odporność na przeszczep zależy od struktury genetycznej dawcy i biorcy. Geny odpowiedzialne za syntezę antygenów wywołujących reakcję na przeszczepioną tkankę nazywane są genami niezgodności tkankowej.

U ludzi głównym systemem genetycznym zgodności tkankowej jest układ HLA (ludzki antygen leukocytowy). Antygeny są wystarczająco dobrze reprezentowane na powierzchni leukocytów i są oznaczane za pomocą antysurowic. Plan struktury układu u ludzi i zwierząt jest taki sam. Przyjęto ujednoliconą terminologię do opisu loci i alleli genetycznych układu HLA. Antygeny są oznaczone: HLA-A 1; HLA-A2 itp. Nowe antygeny, które nie zostały ostatecznie zidentyfikowane, oznaczane są - W (Praca). Antygeny układu HLA dzielą się na 2 grupy: SD i LD (ryc. 11).

Antygeny grupy SD oznaczane są metodami serologicznymi i determinowane przez geny 3 subloci układu HLA: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

Ryż. 11 - Główny układ genetyczny zgodności tkankowej człowieka HLA

LD - antygeny kontrolowane są przez podlocus HLA-D szóstego chromosomu i oznaczane są metodą mieszanych kultur leukocytów.

Każdy z genów kontrolujących HLA – antygeny ludzkie, posiada dużą liczbę alleli. Zatem podlocus HLA-A kontroluje 19 antygenów; HLA-B - 20; HLA-C - 5 „działających” antygenów; HLA-D - 6. Zatem u człowieka znaleziono już około 50 antygenów.

Polimorfizm antygenowy układu HLA jest wynikiem pochodzenia jednego z drugiego oraz ścisłego pokrewieństwa genetycznego pomiędzy nimi. Do przeszczepienia konieczna jest tożsamość dawcy i biorcy na podstawie antygenów układu HLA. Przeszczepienie nerki identycznej w 4 antygenach układu zapewnia przeżycie o 70%; 3 - 60%; 2 - 45%; 1 - 25%.

Istnieją specjalne ośrodki, które przeprowadzają selekcję dawcy i biorcy do przeszczepu, na przykład w Holandii - „Eurotransplant”. Typowanie za pomocą antygenów układu HLA przeprowadza się również w Republice Białorusi.

Mechanizmy komórkowe homeostaza mają na celu przywrócenie komórek tkanek i narządów w przypadku naruszenia ich integralności. Nazywa się całość procesów mających na celu przywrócenie zniszczalnych struktur biologicznych regeneracja. Proces taki jest charakterystyczny dla wszystkich poziomów: odnowy białek, składników organelli komórkowych, całych organelli i samych komórek. Przywrócenie funkcji narządów po urazie lub zerwaniu nerwu, gojenie ran jest ważne dla medycyny ze względu na opanowanie tych procesów.

Tkanki, ze względu na ich zdolność regeneracyjną, dzielą się na 3 grupy:

Charakterystyka tkanek i narządów komórkowy regeneracja (kości, luźna tkanka łączna, układ krwiotwórczy, śródbłonek, międzybłonek, błony śluzowe przewodu pokarmowego, dróg oddechowych i układu moczowo-płciowego.

Charakterystyka tkanek i narządów komórkowe i wewnątrzkomórkowe regeneracja (wątroba, nerki, płuca, mięśnie gładkie i szkieletowe, autonomiczny układ nerwowy, gruczoł wydzielania wewnętrznego, trzustka).

Tkaniny, które są przeważnie wewnątrzkomórkowy regeneracja (miokardium) lub wyłącznie regeneracja wewnątrzkomórkowa (komórki zwojowe ośrodkowego układu nerwowego). Obejmuje procesy odbudowy makrocząsteczek i organelli komórkowych poprzez składanie struktur elementarnych lub ich podział (mitochondria).

W procesie ewolucji powstały 2 rodzaje regeneracji fizjologiczne i naprawcze .

Regeneracja fizjologiczna - Jest to naturalny proces przywracania elementów organizmu przez całe życie. Na przykład odbudowa erytrocytów i leukocytów, zmiana nabłonka skóry, włosów, wymiana zębów mlecznych na stałe. Na procesy te wpływają czynniki zewnętrzne i wewnętrzne.

Regeneracja naprawcza to odbudowa narządów i tkanek utraconych w wyniku uszkodzenia lub urazu. Proces ten następuje po urazach mechanicznych, oparzeniach, urazach chemicznych lub popromieniowych, a także w wyniku chorób i operacji chirurgicznych.

Regeneracja naprawcza dzieli się na typowy (homomorfoza) i nietypowy (heteromorfoza). W pierwszym przypadku regeneruje usunięty lub zniszczony narząd, w drugim w miejsce usuniętego narządu powstaje inny narząd.

Regeneracja nietypowa częściej u bezkręgowców.

Hormony stymulują regenerację przysadka mózgowa I Tarczyca . Istnieje kilka sposobów regeneracji:

Epimorfoza lub całkowita regeneracja - przywrócenie powierzchni rany, uzupełnienie części do całości (na przykład wzrost ogona u jaszczurki, kończyny u traszki).

Morfolaksja - przebudowa pozostałej części ciała do całości, tylko mniejszej. Metoda ta charakteryzuje się restrukturyzacją nowego z resztek starego (na przykład przywróceniem kończyny karalucha).

Endomorfoza - powrót do zdrowia w wyniku wewnątrzkomórkowej restrukturyzacji tkanki i narządu. Ze względu na wzrost liczby komórek i ich wielkości masa narządu zbliża się do początkowej.

U kręgowców regeneracja naprawcza zachodzi w następującej formie:

Całkowita regeneracja - odbudowa pierwotnej tkanki po jej uszkodzeniu.

Przerost regeneracyjny charakterystyczne dla narządów wewnętrznych. W tym przypadku powierzchnia rany goi się blizną, usunięty obszar nie odrasta i kształt narządu nie zostaje przywrócony. Masa pozostałej części narządu wzrasta w wyniku wzrostu liczby komórek i ich wielkości i zbliża się do wartości pierwotnej. Zatem u ssaków regeneruje się wątroba, płuca, nerki, nadnercza, trzustka, ślina i tarczyca.

Wewnątrzkomórkowy rozrost kompensacyjny ultrastruktury komórkowe. W tym przypadku w miejscu uszkodzenia powstaje blizna, a przywrócenie pierwotnej masy następuje w wyniku wzrostu objętości komórek, a nie ich liczby, w oparciu o wzrost (rozrost) struktur wewnątrzkomórkowych (tkanka nerwowa ).

Mechanizmy systemowe zapewniają interakcja systemów regulacyjnych: nerwowy, endokrynologiczny i odpornościowy .

Regulacja nerwowa przeprowadzane i koordynowane przez centralny układ nerwowy. Impulsy nerwowe wnikając do komórek i tkanek, powodują nie tylko pobudzenie, ale także regulują procesy chemiczne, wymianę substancji biologicznie czynnych. Obecnie znanych jest ponad 50 neurohormonów. Tak więc w podwzgórzu wytwarzana jest wazopresyna, oksytocyna, liberyny i statyny, które regulują funkcję przysadki mózgowej. Przykładami ogólnoustrojowych objawów homeostazy są utrzymanie stałej temperatury, ciśnienia krwi.

Z punktu widzenia homeostazy i adaptacji układ nerwowy jest głównym organizatorem wszystkich procesów organizmu. Według N.P. Pawłowa, są procesami odruchowymi. Pomiędzy różnymi poziomami regulacji homeostatycznej istnieje prywatne hierarchiczne podporządkowanie w systemie regulacji procesów wewnętrznych organizmu (ryc. 12).

kora półkulowa i części mózgu

samoregulacja zwrotna

obwodowe procesy neuroregulacyjne, odruchy lokalne

Poziomy homeostazy komórkowej i tkankowej

Ryż. 12. - Hierarchiczne podporządkowanie w systemie regulacji procesów wewnętrznych organizmu.

Najbardziej podstawowym poziomem są systemy homeostatyczne na poziomie komórkowym i tkankowym. Nad nimi znajdują się obwodowe procesy regulacyjne nerwów, takie jak odruchy lokalne. Dalej w tej hierarchii znajdują się systemy samoregulacji pewnych funkcji fizjologicznych z różnymi kanałami „sprzężenia zwrotnego”. Szczyt tej piramidy jest zajęty przez korę mózgową i mózg.

W złożonym organizmie wielokomórkowym zarówno połączenia bezpośrednie, jak i sprzężenia zwrotnego realizowane są nie tylko przez mechanizmy nerwowe, ale także hormonalne (endokrynne). Każdy z gruczołów tworzących układ hormonalny wpływa na inne narządy tego układu i z kolei ulega wpływowi tego ostatniego.

Mechanizmy endokrynologiczne homeostaza według B.M. Zavadsky'ego, jest to mechanizm interakcji plus-minus, tj. równoważenie czynności funkcjonalnej gruczołu ze stężeniem hormonu. Przy wysokim stężeniu hormonu (powyżej normy) aktywność gruczołu jest osłabiona i odwrotnie. Efekt ten odbywa się poprzez działanie hormonu na gruczoł, który go wytwarza. W wielu gruczołach regulacja odbywa się za pośrednictwem podwzgórza i przedniego płata przysadki mózgowej, zwłaszcza podczas reakcji na stres.

Gruczoły dokrewne można podzielić na dwie grupy ze względu na ich związek z przednim płatem przysadki mózgowej. Ten ostatni uważa się za centralny, a pozostałe gruczoły dokrewne za peryferyjne. Podział ten opiera się na fakcie, że przedni płat przysadki mózgowej wytwarza tzw. hormony tropowe, które aktywują określone obwodowe gruczoły dokrewne. Z kolei hormony obwodowych gruczołów dokrewnych działają na przedni płat przysadki mózgowej, hamując wydzielanie hormonów tropowych.

Reakcje zapewniające homeostazę nie mogą ograniczać się do jednego gruczołu dokrewnego, ale w takim czy innym stopniu obejmują wszystkie gruczoły. Powstała reakcja nabiera przepływu łańcuchowego i rozprzestrzenia się na inne efektory. Fizjologiczne znaczenie hormonów polega na regulacji innych funkcji organizmu, dlatego należy w miarę możliwości wyrazić charakter łańcuchowy.

Ciągłe naruszanie środowiska organizmu przyczynia się do zachowania jego homeostazy przez całe długie życie. Jeśli stworzysz takie warunki życia, w których nic nie powoduje znaczących zmian w środowisku wewnętrznym, wówczas organizm w kontakcie z otoczeniem będzie zupełnie bezbronny i wkrótce umrze.

Połączenie nerwowych i endokrynnych mechanizmów regulacji w podwzgórzu pozwala na złożone reakcje homeostatyczne związane z regulacją funkcji trzewnych organizmu. Układ nerwowy i hormonalny stanowią mechanizm jednoczący homeostazę.

Przykładem ogólnej reakcji mechanizmów nerwowych i humoralnych jest stan stresu, który rozwija się w niesprzyjających warunkach życia i grozi zaburzeniem homeostazy. Pod wpływem stresu następuje zmiana stanu większości układów: mięśniowego, oddechowego, sercowo-naczyniowego, trawiennego, narządów zmysłów, ciśnienia krwi, składu krwi. Wszystkie te zmiany są przejawem indywidualnych reakcji homeostatycznych, mających na celu zwiększenie odporności organizmu na niekorzystne czynniki. Szybka mobilizacja sił organizmu jest reakcją obronną na stan stresu.

W przypadku „stresu somatycznego” zadanie zwiększenia ogólnej odporności organizmu rozwiązuje się zgodnie ze schematem pokazanym na rycinie 13.

Ryż. 13 - Schemat zwiększania ogólnego oporu ciała, gdy

Homeostaza – co to jest? Pojęcie homeostazy

Homeostaza to proces samoregulujący, w którym wszystkie systemy biologiczne dążą do utrzymania stabilności w okresie adaptacji do określonych warunków optymalnych do przeżycia. Każdy układ będący w równowadze dynamicznej dąży do osiągnięcia stanu stabilnego, odpornego na czynniki zewnętrzne i bodźce.

Pojęcie homeostazy

Wszystkie układy organizmu muszą ze sobą współpracować, aby utrzymać prawidłową homeostazę w organizmie. Homeostaza to regulacja temperatury ciała, zawartości wody i poziomu dwutlenku węgla. Na przykład cukrzyca to stan, w którym organizm nie jest w stanie regulować poziomu glukozy we krwi.

Homeostaza to termin używany zarówno do opisania istnienia organizmów w ekosystemie, jak i do opisania prawidłowego funkcjonowania komórek w organizmie. Organizmy i populacje mogą utrzymać homeostazę przy jednoczesnym utrzymaniu stabilnych wskaźników urodzeń i zgonów.

Informacja zwrotna

Sprzężenie zwrotne to proces, który zachodzi, gdy systemy organizmu muszą zostać spowolnione lub całkowicie zatrzymane. Kiedy człowiek je, pokarm dostaje się do żołądka i rozpoczyna się trawienie. Pomiędzy posiłkami żołądek nie powinien pracować. Układ trawienny współpracuje z szeregiem hormonów i impulsów nerwowych, aby zatrzymać i rozpocząć produkcję kwasu w żołądku.

Inny przykład negatywnego sprzężenia zwrotnego można zaobserwować w przypadku wzrostu temperatury ciała. Regulacja homeostazy objawia się poceniem, reakcją ochronną organizmu na przegrzanie. W ten sposób zatrzymuje się wzrost temperatury i neutralizuje problem przegrzania. W przypadku hipotermii organizm również podejmuje szereg działań mających na celu rozgrzewkę.

Utrzymanie równowagi wewnętrznej

Homeostazę można zdefiniować jako właściwość organizmu lub układu, która pomaga mu utrzymać dane parametry w normalnym zakresie wartości. To klucz do życia, a zła równowaga w utrzymaniu homeostazy może prowadzić do chorób takich jak nadciśnienie i cukrzyca.

Homeostaza jest kluczowym elementem zrozumienia działania ludzkiego organizmu. Taka formalna definicja charakteryzuje system, który reguluje swoje środowisko wewnętrzne i dąży do utrzymania stabilności i prawidłowości wszystkich procesów zachodzących w organizmie.

Regulacja homeostatyczna: temperatura ciała

Kontrola temperatury ciała u człowieka jest dobrym przykładem homeostazy w układzie biologicznym. Kiedy człowiek jest zdrowy, temperatura jego ciała oscyluje wokół + 37°C, ale na tę wartość mogą wpływać różne czynniki, w tym hormony, tempo metabolizmu i różne choroby wywołujące gorączkę.

W organizmie regulacja temperatury odbywa się w części mózgu zwanej podwzgórzem. Poprzez przepływ krwi do mózgu odbierane są sygnały temperatury, a także analiza wyników danych dotyczących częstotliwości oddychania, poziomu cukru we krwi i metabolizmu. Utrata ciepła w organizmie człowieka również przyczynia się do zmniejszenia aktywności.

Bilans wodno-solny

Bez względu na to, ile wody ktoś wypije, ciało nie puchnie jak balon, a ciało ludzkie nie kurczy się jak rodzynki, jeśli pije się bardzo mało. Zapewne ktoś choć raz o tym pomyślał. Tak czy inaczej organizm wie, ile płynu musi zgromadzić, aby utrzymać pożądany poziom.

Stężenie soli i glukozy (cukru) w organizmie utrzymuje się na stałym poziomie (przy braku czynników negatywnych), ilość krwi w organizmie wynosi około 5 litrów.

Regulacja poziomu cukru we krwi

Glukoza to rodzaj cukru występującego we krwi. Aby zachować zdrowie, organizm ludzki musi utrzymywać odpowiedni poziom glukozy. Kiedy poziom glukozy staje się zbyt wysoki, trzustka uwalnia hormon insulinę.

Jeśli poziom glukozy we krwi spadnie zbyt nisko, wątroba przekształca glikogen we krwi, podnosząc w ten sposób poziom cukru. Kiedy chorobotwórcze bakterie lub wirusy dostaną się do organizmu, zaczyna on zwalczać infekcję, zanim elementy chorobotwórcze spowodują jakiekolwiek problemy zdrowotne.

Ciśnienie pod kontrolą

Utrzymanie prawidłowego ciśnienia krwi jest również przykładem homeostazy. Serce wyczuwa zmiany ciśnienia krwi i wysyła sygnały do ​​mózgu w celu przetworzenia. Następnie mózg wysyła sygnał z powrotem do serca z instrukcją, jak prawidłowo zareagować. Jeśli ciśnienie krwi jest zbyt wysokie, należy je obniżyć.

Jak osiąga się homeostazę?

W jaki sposób organizm ludzki reguluje wszystkie układy i narządy oraz kompensuje zachodzące zmiany w środowisku? Dzieje się tak dzięki obecności wielu naturalnych czujników kontrolujących temperaturę, skład soli we krwi, ciśnienie krwi i wiele innych parametrów. Detektory te wysyłają sygnały do ​​mózgu, do głównego centrum kontroli, w przypadku, gdy niektóre wartości odbiegają od normy. Następnie uruchamiane są działania kompensacyjne mające na celu przywrócenie normalnego stanu.

Utrzymanie homeostazy jest niezwykle ważne dla organizmu. Organizm człowieka zawiera pewną ilość substancji chemicznych zwanych kwasami i zasadami, a ich właściwa równowaga jest niezbędna do optymalnego funkcjonowania wszystkich narządów i układów organizmu. Poziom wapnia we krwi musi być utrzymywany na właściwym poziomie. Ponieważ oddychanie jest mimowolne, układ nerwowy dostarcza organizmowi tak potrzebnego tlenu. Kiedy toksyny dostają się do krwioobiegu, zakłócają homeostazę organizmu. Organizm ludzki reaguje na te zaburzenia za pomocą układu moczowego.

Należy podkreślić, że homeostaza organizmu działa automatycznie, jeśli układ funkcjonuje normalnie. Na przykład reakcja na ciepło - skóra staje się czerwona, ponieważ jej małe naczynia krwionośne automatycznie się rozszerzają. Drżenie jest reakcją na zimno. Zatem homeostaza nie jest zbiorem narządów, ale syntezą i równowagą funkcji organizmu. Razem pozwala to na utrzymanie całego organizmu w stabilnym stanie.

9.4. Pojęcie homeostazy. Ogólne wzorce homeostazy układów żywych

Pomimo tego, że żywy organizm jest systemem otwartym, wymieniającym materię i energię ze środowiskiem i istnieje z nim w jedności, zachowuje się w czasie i przestrzeni jako odrębna jednostka biologiczna, zachowuje swoją strukturę (morfologię), reakcje behawioralne, specyficzne warunki fizyczno-chemiczne w komórkach, płynie tkankowym. Zdolność żywych systemów do wytrzymywania zmian i utrzymywania dynamicznej stałości składu i właściwości nazywana jest homeostazą. Termin „homeostaza” zaproponował W. Cannon w 1929 roku. Jednak ideę istnienia mechanizmów fizjologicznych zapewniających utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego organizmów wyraził w drugiej połowie XIX wieku C. Bernard.

Homeostaza poprawiła się w toku ewolucji. Organizmy wielokomórkowe mają środowisko wewnętrzne, w którym znajdują się komórki różnych narządów i tkanek. Następnie powstały wyspecjalizowane układy narządów (krążenie, odżywianie, oddychanie, wydalanie itp.), które biorą udział w zapewnieniu homeostazy na wszystkich poziomach organizacji (molekularnym, subkomórkowym, komórkowym, tkankowym, narządowym i organizmowym). U ssaków wykształciły się najdoskonalsze mechanizmy homeostazy, co przyczyniło się do znacznego poszerzenia możliwości ich adaptacji do środowiska. Mechanizmy i typy homeostazy wyewoluowały w procesie długotrwałej ewolucji i zostały utrwalone genetycznie. Pojawienie się w organizmie obcej informacji genetycznej, która często jest wprowadzana przez bakterie, wirusy, komórki innych organizmów, a także własne zmutowane komórki, może znacząco zaburzyć homeostazę organizmu. W celu ochrony przed obcą informacją genetyczną, której przedostanie się do organizmu i późniejsze jej wdrożenie doprowadziłoby do zatrucia toksynami (obcymi białkami), powstał taki rodzaj homeostazy jak homeostazę genetyczną, która zapewnia stałość genetyczną środowiska wewnętrznego organizmu. Opiera się na mechanizmy immunologiczne, w tym nieswoista i swoista ochrona własnej integralności i indywidualności organizmu. Mechanizmy niespecyficzne leżą u podstaw odporności wrodzonej, konstytucjonalnej, gatunkowej, a także indywidualnej odporności nieswoistej. Należą do nich: funkcja barierowa skóry i błon śluzowych, bakteriobójcze działanie wydzieliny potu i gruczołów łojowych, właściwości bakteriobójcze zawartości żołądka i jelit, lizozymowe wydzielanie gruczołów ślinowych i łzowych. Jeśli drobnoustroje przedostaną się do środowiska wewnętrznego, są eliminowane w trakcie reakcji zapalnej, której towarzyszy wzmożenie fagocytozy i działanie wirusostatyczne interferonu (białko o masie cząsteczkowej 25 000 - 110 000).

Specyficzne mechanizmy immunologiczne stanowią podstawę odporności nabytej, realizowanej przez układ odpornościowy, który rozpoznaje, przetwarza i eliminuje obce antygeny. Odporność humoralna zachodzi poprzez tworzenie przeciwciał krążących we krwi. Podstawą odporności komórkowej jest tworzenie limfocytów T, pojawienie się długowiecznych limfocytów T i B „pamięci immunologicznej”, występowanie alergii (nadwrażliwość na określony antygen). U człowieka reakcje obronne pojawiają się dopiero w 2. tygodniu życia, największą aktywność osiągają w wieku 10 lat, nieco zmniejszają się od 10 do 20 lat, pozostają na mniej więcej tym samym poziomie od 20 do 40 lat, a następnie stopniowo zanikają .

Immunologiczne mechanizmy obronne stanowią poważną przeszkodę w przeszczepianiu narządów, powodując resorpcję przeszczepu. Najbardziej udane są obecnie wyniki autotransplantacji (przeszczepiania tkanek w obrębie organizmu) i alotransplantacji pomiędzy bliźniętami jednojajowymi. Znacznie mniej skuteczne są w przeszczepianiu międzygatunkowym (heterotransplantacja lub ksenotransplantacja).

Innym rodzajem homeostazy jest homeostaza biochemiczna pomaga w utrzymaniu stałości składu chemicznego płynnego środowiska zewnątrzkomórkowego (wewnętrznego) organizmu (krew, limfa, płyn tkankowy), a także stałości składu chemicznego cytoplazmy i plazmolemmy komórek. Homeostaza fizjologiczna zapewnia stałość procesów życiowych organizmu. Dzięki niemu powstała i ulega poprawie izoosmia (stała zawartość substancji czynnych osmotycznie), izotermia (utrzymanie temperatury ciała ptaków i ssaków w określonych granicach) itp. Homeostaza strukturalna zapewnia stałość struktury (organizacji morfologicznej) na wszystkich poziomach (molekularnym, subkomórkowym, komórkowym itp.) organizacji żywych.

Homeostaza populacji zapewnia stałość liczebności osobników w populacji. Homeostaza biocenotyczna przyczynia się do stałości składu gatunkowego i liczebności osobników w biocenozach.

Ze względu na to, że organizm funkcjonuje i współdziała z otoczeniem jako jeden system, procesy leżące u podstaw różnych typów reakcji homeostatycznych są ze sobą ściśle powiązane. Oddzielne mechanizmy homeostatyczne są łączone i wdrażane w holistycznej reakcji adaptacyjnej organizmu jako całości. Takie połączenie odbywa się na skutek działania (funkcji) regulacyjnych układów integrujących (nerwowy, hormonalny, immunologiczny). Najszybsze zmiany stanu obiektu regulowanego zapewnia układ nerwowy, co jest związane z szybkością procesów powstawania i przewodzenia impulsu nerwowego (od 0,2 do 180 m/s). Funkcja regulacyjna układu hormonalnego odbywa się wolniej, ponieważ jest ograniczona szybkością uwalniania hormonów przez gruczoły i ich transportem do krwioobiegu. Jednakże wpływ gromadzących się w nim hormonów na regulowany obiekt (narząd) jest znacznie dłuższy niż w przypadku regulacji nerwowej.

Ciało jest samoregulującym się żywym systemem. Ze względu na obecność mechanizmów homeostatycznych organizm jest złożonym systemem samoregulującym. Zasady istnienia i rozwoju takich systemów bada cybernetyka, natomiast zasad życia systemów żywych - cybernetyka biologiczna.

Samoregulacja układów biologicznych opiera się na zasadzie bezpośredniego i sprzężenia zwrotnego.

Informacja o odchyleniu wartości regulowanej od poziomu zadanego przekazywana jest do sterownika kanałami sprzężenia zwrotnego i zmienia jego działanie w taki sposób, że wartość regulowana powraca do poziomu początkowego (optymalnego) (rys. 122). Opinia może być negatywna(kiedy wartość kontrolowana odchyliła się w kierunku dodatnim (na przykład synteza substancji nadmiernie wzrosła)) i umieścić-

Ryż. 122. Schemat bezpośredniego i sprzężenia zwrotnego w organizmie żywym:

P - regulator (ośrodek nerwowy, gruczoł dokrewny); RO - obiekt regulowany (komórka, tkanka, narząd); 1 – optymalna aktywność funkcjonalna RO; 2 - zmniejszona aktywność funkcjonalna RO z pozytywnym sprzężeniem zwrotnym; 3 - zwiększona aktywność funkcjonalna RO z ujemnym sprzężeniem zwrotnym

ciało(gdy wartość kontrolowana odchyliła się w kierunku ujemnym (substancja jest syntetyzowana w niewystarczającej ilości)). Mechanizm ten, jak również bardziej złożone kombinacje kilku mechanizmów, zachodzą na różnych poziomach organizacji układów biologicznych. Jako przykład ich funkcjonowania na poziomie molekularnym można wskazać hamowanie kluczowego enzymu z nadmiernym tworzeniem się produktu końcowego lub tłumienie syntezy enzymu. Na poziomie komórkowym mechanizmy bezpośredniego i sprzężenia zwrotnego zapewniają regulację hormonalną i optymalną gęstość (liczbę) populacji komórek. Przejawem bezpośredniego i sprzężenia zwrotnego na poziomie organizmu jest regulacja poziomu glukozy we krwi. W żywym organizmie mechanizmy automatycznej regulacji i kontroli (badane przez biocybernetykę) są szczególnie złożone. Stopień ich złożoności przyczynia się do wzrostu poziomu „niezawodności” i stabilności systemów żywych w odniesieniu do zmian środowiskowych.

Mechanizmy homeostazy są powielane na różnych poziomach. To w naturze realizuje zasadę wielopętlowej regulacji systemów. Główne obwody są reprezentowane przez mechanizmy homeostazy komórkowej i tkankowej. Mają wysoki stopień automatyzmu. Główną rolę w kontroli mechanizmów homeostazy komórkowej i tkankowej odgrywają czynniki genetyczne, lokalne wpływy odruchowe, interakcje chemiczne i kontaktowe między komórkami.

Mechanizmy homeostazy ulegają znaczącym zmianom w trakcie ontogenezy człowieka. Dopiero 2 tygodnie po urodzeniu

Ryż. 123. Opcje utraty i regeneracji w organizmie

W grę wchodzą biologiczne reakcje obronne (powstają komórki zapewniające odporność komórkową i humoralną), a ich skuteczność stale rośnie do 10 roku życia. W tym okresie doskonalą się mechanizmy ochrony przed obcą informacją genetyczną, wzrasta także dojrzałość układu regulacyjnego nerwowego i hormonalnego. Mechanizmy homeostazy osiągają największą niezawodność w wieku dorosłym, pod koniec okresu rozwoju i wzrostu organizmu (19-24 lata). Starzeniu się organizmu towarzyszy spadek efektywności mechanizmów homeostazy genetycznej, strukturalnej, fizjologicznej, osłabienie wpływów regulacyjnych układu nerwowego i hormonalnego.

5. Homeostaza.

Organizm można zdefiniować jako układ fizykochemiczny występujący w środowisku w stanie stacjonarnym. To właśnie zdolność żywych systemów do utrzymywania stanu stacjonarnego w stale zmieniającym się środowisku decyduje o ich przetrwaniu. Aby zapewnić stan stabilny, wszystkie organizmy - od najprostszych morfologicznie do najbardziej złożonych - rozwinęły różnorodne adaptacje anatomiczne, fizjologiczne i behawioralne, które służą temu samemu celowi - utrzymaniu stałości środowiska wewnętrznego.

Po raz pierwszy pogląd, że stałość środowiska wewnętrznego zapewnia optymalne warunki życia i rozmnażania organizmów, wyraził w 1857 roku francuski fizjolog Claude Bernard. Przez całą swoją działalność naukową Claude Bernard był pod wrażeniem zdolności organizmów do regulowania i utrzymywania w dość wąskich granicach takich parametrów fizjologicznych, jak temperatura ciała czy zawartość w nim wody. Podsumował tę ideę samoregulacji jako podstawy stabilności fizjologicznej w formie klasycznego stwierdzenia: „Stałość środowiska wewnętrznego jest warunkiem wolnego życia”.

Claude Bernard podkreślił różnicę pomiędzy środowiskiem zewnętrznym, w którym żyją organizmy, a środowiskiem wewnętrznym, w którym znajdują się ich poszczególne komórki, i zrozumiał, jak ważne jest, aby środowisko wewnętrzne pozostało niezmienione. Na przykład ssaki są w stanie utrzymać temperaturę ciała pomimo wahań temperatury otoczenia. Jeśli zrobi się za zimno, zwierzę może przenieść się do cieplejszego lub bardziej osłoniętego miejsca, a jeśli nie jest to możliwe, włączają się mechanizmy samoregulacyjne, które podnoszą temperaturę ciała i zapobiegają utracie ciepła. Adaptacyjne znaczenie tego polega na tym, że organizm jako całość funkcjonuje wydajniej, ponieważ komórki, z których się składa, znajdują się w optymalnych warunkach. Systemy samoregulacji działają nie tylko na poziomie organizmu, ale także na poziomie komórek. Organizm jest sumą składających się na niego komórek, a optymalne funkcjonowanie organizmu jako całości zależy od optymalnego funkcjonowania jego części składowych. Każdy system samoorganizujący się zachowuje stałość swojego składu – jakościowego i ilościowego. Zjawisko to nazywa się homeostazą i jest powszechne w większości systemów biologicznych i społecznych. Termin homeostaza został wprowadzony w 1932 roku przez amerykańskiego fizjologa Waltera Cannona.

homeostaza(gr. homoios - podobny, taki sam; stan zastoju, bezruch) - względna dynamiczna stałość środowiska wewnętrznego (krew, limfa, płyn tkankowy) i stabilność podstawowych funkcji fizjologicznych (krążenie krwi, oddychanie, termoregulacja, metabolizm itp.) .) ludzi i zwierząt. Mechanizmy regulacyjne utrzymujące stan fizjologiczny lub właściwości komórek, narządów i układów całego organizmu na optymalnym poziomie nazywane są homeostazą. Historycznie i genetycznie koncepcja homeostazy ma biologiczne i biomedyczne przesłanki. Tam jest ono skorelowane jako proces końcowy, okres życia z odrębnym izolowanym organizmem lub jednostką ludzką jako zjawisko czysto biologiczne. Skończoność istnienia i potrzeba realizacji swego przeznaczenia – reprodukcji własnego rodzaju – pozwalają określić strategię przetrwania indywidualnego organizmu poprzez koncepcję „zachowania”. „Zachowanie stabilności strukturalnej i funkcjonalnej” jest istotą każdej homeostazy, kontrolowanej przez homeostat lub samoregulującej.

Jak wiadomo, żywa komórka jest mobilnym, samoregulującym się systemem. Jej wewnętrzną organizację wspierają aktywne procesy mające na celu ograniczanie, zapobieganie lub eliminowanie przesunięć spowodowanych różnorodnymi wpływami otoczenia i środowiska wewnętrznego. Główną właściwością komórki jest zdolność powrotu do stanu pierwotnego po odchyleniu od pewnego średniego poziomu, spowodowanego tym lub innym czynnikiem „zakłócającym”. Organizm wielokomórkowy jest organizacją holistyczną, której elementy komórkowe specjalizują się w wykonywaniu różnych funkcji. Interakcja w organizmie odbywa się poprzez złożone mechanizmy regulacyjne, koordynujące i korelujące z udziałem czynników nerwowych, humoralnych, metabolicznych i innych. Wiele indywidualnych mechanizmów regulujących relacje wewnątrz- i międzykomórkowe ma w niektórych przypadkach wzajemnie przeciwne skutki, które się równoważą. Prowadzi to do powstania w organizmie ruchomego tła fizjologicznego (równowagi fizjologicznej) i pozwala układowi żywemu zachować względną stałość dynamiczną, pomimo zmian w środowisku i przesunięć zachodzących w trakcie życia organizmu.

Jak pokazują badania, metody regulacji istniejące w organizmach żywych mają wiele cech wspólnych z urządzeniami regulacyjnymi w układach nieożywionych, takich jak maszyny. W obu przypadkach stabilność osiąga się poprzez pewną formę zarządzania.

Samo pojęcie homeostazy nie pokrywa się z koncepcją stabilnej (nie zmiennej) równowagi w organizmie – zasada równowagi nie ma zastosowania do złożonych procesów fizjologicznych i biochemicznych zachodzących w układach żywych. Niewłaściwe jest także przeciwstawianie homeostazy rytmicznym wahaniom środowiska wewnętrznego. Homeostaza w szerokim znaczeniu obejmuje zagadnienia cyklicznego i fazowego przepływu reakcji, kompensacji, regulacji i samoregulacji funkcji fizjologicznych, dynamiki współzależności układu nerwowego, humoralnego i innych elementów procesu regulacyjnego. Granice homeostazy mogą być sztywne i plastyczne, różnić się w zależności od indywidualnego wieku, płci, warunków społecznych, zawodowych i innych.

Szczególne znaczenie dla życia organizmu ma stałość składu krwi – płynnej podstawy organizmu (fluidmatrix) według W. Cannona. Dobrze znana jest stabilność jego aktywnego odczynu (pH), ciśnienie osmotyczne, stosunek elektrolitów (sodu, wapnia, chloru, magnezu, fosforu), zawartość glukozy, liczba powstałych pierwiastków itp. Na przykład pH krwi, z reguły nie przekracza 7,35-7,47. Nawet ciężkie zaburzenia metabolizmu kwasowo-zasadowego z patologicznym gromadzeniem się kwasów w płynie tkankowym, na przykład w kwasicy cukrzycowej, mają bardzo niewielki wpływ na aktywną reakcję krwi. Pomimo tego, że ciśnienie osmotyczne krwi i płynu tkankowego podlega ciągłym wahaniom ze względu na stały dopływ osmotycznie aktywnych produktów metabolizmu śródmiąższowego, utrzymuje się na pewnym poziomie i zmienia się jedynie w niektórych ciężkich stanach patologicznych. Utrzymanie stałego ciśnienia osmotycznego ma ogromne znaczenie dla metabolizmu wody i utrzymania równowagi jonowej w organizmie. Największą stałością jest stężenie jonów sodu w środowisku wewnętrznym. Zawartość innych elektrolitów również waha się w wąskich granicach. Obecność dużej liczby osmoreceptorów w tkankach i narządach, w tym w ośrodkowych formacjach nerwowych (podwzgórze, hipokamp) oraz skoordynowany układ regulatorów metabolizmu wody i składu jonowego pozwala organizmowi szybko wyeliminować zmiany ciśnienia osmotycznego krwi, które powodują powstają np. po wprowadzeniu do organizmu wody.

Pomimo tego, że krew reprezentuje ogólne środowisko wewnętrzne organizmu, komórki narządów i tkanek nie mają z nią bezpośredniego kontaktu. W organizmach wielokomórkowych każdy narząd ma swoje własne środowisko wewnętrzne (mikrośrodowisko) odpowiadające jego cechom strukturalnym i funkcjonalnym, a normalny stan narządów zależy od składu chemicznego, fizykochemicznych, biologicznych i innych właściwości tego mikrośrodowiska. O jego homeostazie decyduje stan funkcjonalny barier histohematycznych i ich przepuszczalność w kierunku krew – płyn tkankowy; płyn tkankowy - krew.

Szczególne znaczenie ma stałość środowiska wewnętrznego dla aktywności ośrodkowego układu nerwowego: nawet niewielkie zmiany chemiczne i fizykochemiczne zachodzące w płynie mózgowo-rdzeniowym, glejach i przestrzeniach okołokomórkowych mogą spowodować gwałtowne zakłócenie przebiegu procesów życiowych u poszczególnych osób. neurony lub w ich zespołach. Złożony układ homeostatyczny, obejmujący różne mechanizmy neurohumoralne, biochemiczne, hemodynamiczne i inne mechanizmy regulacyjne, to system zapewniający optymalny poziom ciśnienia krwi. Jednocześnie górną granicę poziomu ciśnienia tętniczego określa funkcjonalność baroreceptorów układu naczyniowego organizmu, a dolną granicę określa zapotrzebowanie organizmu na dopływ krwi.

Do najdoskonalszych mechanizmów homeostatycznych w organizmie zwierząt wyższych i człowieka zaliczają się procesy termoregulacji; u zwierząt homoiotermicznych wahania temperatury wewnętrznych części ciała podczas najbardziej dramatycznych zmian temperatury w środowisku nie przekraczają dziesiątych części stopnia.

Organizująca rola aparatu nerwowego (zasada nerwizmu) leży u podstaw dobrze znanych poglądów na temat istoty zasad homeostazy. Jednak ani zasada dominująca, ani teoria funkcji barierowych, ani ogólny zespół adaptacyjny, ani teoria układów funkcjonalnych, ani podwzgórzowa regulacja homeostazy, ani wiele innych teorii nie są w stanie całkowicie rozwiązać problemu homeostazy.

W niektórych przypadkach koncepcja homeostazy nie jest całkiem słusznie stosowana do wyjaśnienia izolowanych stanów fizjologicznych, procesów, a nawet zjawisk społecznych. Tak w literaturze pojawiają się określenia „immunologiczny”, „elektrolit”, „ustrojowy”, „molekularny”, „fizykochemiczny”, „homeostaza genetyczna” itp. Podejmowano próby sprowadzenia problemu homeostazy do zasady samoregulacji. Przykładem rozwiązania problemu homeostazy z punktu widzenia cybernetyki jest próba Ashby’ego (W.R. Ashby, 1948) zaprojektowania urządzenia samoregulującego, symulującego zdolność organizmów żywych do utrzymywania poziomu określonych wielkości w dopuszczalnych fizjologicznie granicach.

W praktyce badacze i klinicyści stają przed pytaniami dotyczącymi oceny zdolności adaptacyjnych (adaptacyjnych) lub kompensacyjnych organizmu, ich regulacji, wzmacniania i mobilizacji, przewidywania reakcji organizmu na zakłócające wpływy. Niektóre stany niestabilności wegetatywnej, spowodowane niedoborem, nadmiarem lub nieadekwatnością mechanizmów regulacyjnych, uznawane są za „choroby homeostazy”. Z pewną umownością mogą one obejmować zaburzenia funkcjonalne normalnego funkcjonowania organizmu związane z jego starzeniem się, wymuszoną restrukturyzację rytmów biologicznych, niektóre zjawiska dystonii wegetatywnej, reaktywność hiper- i hipokompensacyjną podczas stresujących i ekstremalnych wpływów itp.

Aby ocenić stan mechanizmów homeostatycznych w eksperymencie fizjologicznym i praktyce klinicznej, stosuje się różne dozowane testy funkcjonalne (zimne, termiczne, adrenalina, insulina, mezaton itp.) Z określeniem stosunku substancji biologicznie czynnych (hormonów, mediatorów , metabolity) we krwi i moczu itp. .d.

Biofizyczne mechanizmy homeostazy.

Z punktu widzenia biofizyki chemicznej homeostaza to stan, w którym wszystkie procesy odpowiedzialne za przemiany energetyczne w organizmie znajdują się w dynamicznej równowadze. Stan ten jest najbardziej stabilny i odpowiada optymalowi fizjologicznemu. Zgodnie z koncepcjami termodynamiki organizm i komórka mogą istnieć i przystosowywać się do takich warunków środowiskowych, w których w układzie biologicznym można ustalić stacjonarny przebieg procesów fizykochemicznych, tj. homeostaza. Główną rolę w tworzeniu homeostazy odgrywają przede wszystkim układy błon komórkowych, które odpowiadają za procesy bioenergetyczne oraz regulują szybkość wnikania i uwalniania substancji przez komórki.

Z tych pozycji głównymi przyczynami zaburzeń są reakcje nieenzymatyczne, nietypowe dla normalnej aktywności życiowej, zachodzące w błonach; w większości przypadków są to reakcje łańcuchowe utleniania z udziałem wolnych rodników, które występują w fosfolipidach komórkowych. Reakcje te prowadzą do uszkodzenia elementów strukturalnych komórek i zakłócenia funkcji regulacyjnej. Czynnikami powodującymi zaburzenia homeostazy są także czynniki wywołujące powstawanie rodników – promieniowanie jonizujące, toksyny zakaźne, niektóre pokarmy, nikotyna, a także brak witamin itp.

Jednym z głównych czynników stabilizujących stan homeostatyczny i funkcje błon są bioprzeciwutleniacze, które hamują rozwój rodnikowych reakcji oksydacyjnych.

Cechy wiekowe homeostazy u dzieci.

Stałość wewnętrznego środowiska organizmu i względna stabilność parametrów fizykochemicznych w dzieciństwie zapewniają wyraźną przewagę anabolicznych procesów metabolicznych nad katabolicznymi. Jest to niezbędny warunek wzrostu i odróżnia organizm dziecka od organizmu osoby dorosłej, w której intensywność procesów metabolicznych znajduje się w stanie dynamicznej równowagi. Pod tym względem neuroendokrynna regulacja homeostazy organizmu dziecka jest intensywniejsza niż u dorosłych. Każdy okres wiekowy charakteryzuje się specyficznymi cechami mechanizmów homeostazy i ich regulacji. Dlatego u dzieci znacznie częściej niż u dorosłych dochodzi do poważnych zaburzeń homeostazy, często zagrażających życiu. Zaburzenia te najczęściej związane są z niedojrzałością funkcji homeostatycznych nerek, z zaburzeniami funkcji przewodu pokarmowego lub funkcji oddechowej płuc.

Wzrostowi dziecka, wyrażającemu się wzrostem masy jego komórek, towarzyszą wyraźne zmiany w rozmieszczeniu płynów w organizmie. Bezwzględny wzrost objętości płynu zewnątrzkomórkowego pozostaje w tyle za tempem całkowitego przyrostu masy ciała, zatem względna objętość środowiska wewnętrznego, wyrażona jako procent masy ciała, zmniejsza się wraz z wiekiem. Zależność ta jest szczególnie wyraźna w pierwszym roku po urodzeniu. U starszych dzieci zmniejsza się tempo zmian względnej objętości płynu pozakomórkowego. System regulacji stałości objętości cieczy (regulacja objętości) zapewnia kompensację odchyleń bilansu wodnego w dość wąskich granicach. Wysoki stopień nawodnienia tkanek u noworodków i małych dzieci determinuje znacznie większe zapotrzebowanie na wodę niż u dorosłych (w przeliczeniu na jednostkę masy ciała). Straty wody lub jej ograniczenie szybko prowadzą do rozwoju odwodnienia za sprawą sektora zewnątrzkomórkowego, czyli środowiska wewnętrznego. Jednocześnie nerki - główne narządy wykonawcze w systemie regulacji objętości - nie zapewniają oszczędności wody. Czynnikiem ograniczającym regulację jest niedojrzałość układu kanalikowego nerek. Najważniejszą cechą neuroendokrynnej kontroli homeostazy u noworodków i małych dzieci jest stosunkowo duże wydzielanie i wydalanie przez nerki aldosteronu, co ma bezpośredni wpływ na stan nawodnienia tkanek i funkcję kanalików nerkowych.

Ograniczona jest także regulacja ciśnienia osmotycznego osocza krwi i płynu pozakomórkowego u dzieci. Osmolarność środowiska wewnętrznego waha się w szerszym zakresie ( 50 mosm/l) , niż dorośli

( 6 mosm/l) . Wynika to z większej powierzchni ciała na 1 kg. masy ciała, a w konsekwencji z większą utratą wody podczas oddychania, a także z niedojrzałością mechanizmów nerkowych zagęszczania moczu u dzieci. Zaburzenia homeostazy, objawiające się hiperosmozą, szczególnie często występują u dzieci w okresie noworodkowym i w pierwszych miesiącach życia; w starszym wieku zaczyna dominować hipoosmoza, związana głównie z chorobami przewodu pokarmowego lub nerek. Mniej zbadana jest jonowa regulacja homeostazy, która jest ściśle związana z pracą nerek i charakterem odżywiania.

Wcześniej uważano, że głównym czynnikiem determinującym wartość ciśnienia osmotycznego płynu pozakomórkowego jest stężenie sodu, jednak nowsze badania wykazały, że nie ma ścisłej korelacji pomiędzy zawartością sodu w osoczu krwi a wartością całkowite ciśnienie osmotyczne w patologii. Wyjątkiem jest nadciśnienie plazmatyczne. Dlatego terapia homeostatyczna poprzez podawanie roztworów soli glukozy wymaga monitorowania nie tylko zawartości sodu w surowicy czy osoczu, ale także zmian w osmolarności całkowitej płynu pozakomórkowego. Duże znaczenie w utrzymaniu całkowitego ciśnienia osmotycznego w środowisku wewnętrznym ma stężenie cukru i mocznika. Zawartość tych substancji osmotycznie czynnych i ich wpływ na metabolizm wody i soli może gwałtownie wzrosnąć w wielu stanach patologicznych. Dlatego w przypadku jakichkolwiek naruszeń homeostazy konieczne jest określenie stężenia cukru i mocznika. W związku z powyższym u dzieci w młodym wieku, z naruszeniem reżimów wodno-solnych i białkowych, może rozwinąć się stan utajonej hiper- lub hipoosmozy, hiperazotemia.

Ważnym wskaźnikiem charakteryzującym homeostazę u dzieci jest stężenie jonów wodorowych we krwi i płynie zewnątrzkomórkowym. W okresie przedporodowym i wczesnym poporodowym regulacja równowagi kwasowo-zasadowej jest ściśle powiązana ze stopniem nasycenia krwi tlenem, co tłumaczy się względną przewagą glikolizy beztlenowej w procesach bioenergetycznych. Ponadto nawet umiarkowanemu niedotlenieniu płodu towarzyszy gromadzenie się kwasu mlekowego w jego tkankach. Ponadto niedojrzałość kwasogenetycznej funkcji nerek stwarza warunki do rozwoju kwasicy „fizjologicznej” (przesunięcie równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie w kierunku względnego wzrostu liczby anionów kwasowych). W związku ze specyfiką homeostazy u noworodków często występują zaburzenia na granicy fizjologicznej i patologicznej.

Restrukturyzacja układu neuroendokrynnego w okresie dojrzewania (dojrzewania) wiąże się również ze zmianami w homeostazie. Jednak w tym wieku funkcje narządów wykonawczych (nerki, płuca) osiągają swój maksymalny stopień dojrzałości, dlatego ciężkie zespoły czy choroby homeostatyczne zdarzają się rzadko, częściej jednak mamy na myśli skompensowane zmiany w metabolizmie, które można wykryć jedynie za pomocą biochemiczne badanie krwi. W klinice, aby scharakteryzować homeostazę u dzieci, należy zbadać następujące wskaźniki: hematokryt, całkowite ciśnienie osmotyczne, sód, potas, cukier, wodorowęglany i mocznik we krwi, a także pH krwi, p0 2 i pCO 2.

Cechy homeostazy w wieku podeszłym i starczym.

Ten sam poziom wartości homeostatycznych w różnych okresach wiekowych utrzymuje się ze względu na różne przesunięcia w systemach ich regulacji. Przykładowo stałość ciśnienia krwi w młodym wieku utrzymuje się dzięki zwiększonemu rzutowi serca i niskiemu całkowitemu obwodowemu oporowi naczyniowemu, a u osób starszych i starczych – dzięki większemu całkowitemu oporowi obwodowemu i zmniejszeniu rzutu serca. W okresie starzenia się organizmu, w warunkach zmniejszającej się niezawodności i ograniczającego możliwy zakres fizjologicznych zmian homeostazy, zostaje zachowana stałość najważniejszych funkcji fizjologicznych. Zachowanie względnej homeostazy przy znaczących zmianach strukturalnych, metabolicznych i funkcjonalnych osiąga się poprzez fakt, że jednocześnie następuje nie tylko wymieranie, zaburzenie i degradacja, ale także rozwój specyficznych mechanizmów adaptacyjnych. Dzięki temu utrzymuje się stały poziom cukru we krwi, pH krwi, ciśnienie osmotyczne, potencjał błon komórkowych itp.

Zmiany w mechanizmach regulacji neurohumoralnej, wzrost wrażliwości tkanek na działanie hormonów i mediatorów na tle osłabienia wpływów nerwowych, są niezbędne w utrzymaniu homeostazy w procesie starzenia.

Wraz ze starzeniem się organizmu znacząco zmienia się praca serca, wentylacja płuc, wymiana gazowa, czynność nerek, wydzielanie gruczołów trawiennych, funkcja gruczołów dokrewnych, metabolizm itp. Zmiany te można scharakteryzować jako homeorezę - regularną trajektorię (dynamikę) zmian intensywności metabolizmu i funkcji fizjologicznych wraz z wiekiem w czasie. Wartość przebiegu zmian związanych z wiekiem jest bardzo istotna dla charakterystyki procesu starzenia się człowieka, określając jego wiek biologiczny.

W wieku starszym i starczym ogólny potencjał mechanizmów adaptacyjnych maleje. Dlatego w starszym wieku, przy zwiększonych obciążeniach, stresie i innych sytuacjach, wzrasta prawdopodobieństwo zakłócenia mechanizmów adaptacyjnych i zaburzeń homeostazy. Takie obniżenie niezawodności mechanizmów homeostazy jest jedną z najważniejszych przesłanek rozwoju zaburzeń patologicznych w starszym wieku.

Zatem homeostaza jest koncepcją integralną, łączącą funkcjonalnie i morfologicznie układ sercowo-naczyniowy, układ oddechowy, układ nerek, metabolizm wodno-elektrolitowy, równowaga kwasowo-zasadowa.

Główny cel układu sercowo-naczyniowego – zaopatrzenie i dystrybucja krwi we wszystkich basenach mikrokrążenia. Ilość krwi wyrzucanej przez serce w ciągu 1 minuty to objętość minutowa. Jednak funkcją układu sercowo-naczyniowego nie jest tylko utrzymywanie zadanej objętości minutowej i jej rozkład pomiędzy pule, ale zmiana objętości minutowej zgodnie z dynamiką potrzeb tkanek w różnych sytuacjach.

Głównym zadaniem krwi jest transport tlenu. Wielu pacjentów poddawanych zabiegom chirurgicznym doświadcza ostrego spadku objętości minutowej, co upośledza dostarczanie tlenu do tkanek i może prowadzić do śmierci komórek, narządów, a nawet całego ciała. Dlatego w ocenie funkcji układu sercowo-naczyniowego należy uwzględniać nie tylko objętość minutową, ale także zaopatrzenie tkanek w tlen i ich zapotrzebowanie.

Główny cel układy oddechowe - zapewnienie odpowiedniej wymiany gazowej pomiędzy organizmem a otoczeniem przy stale zmieniającym się tempie procesów metabolicznych. Prawidłową funkcją układu oddechowego jest utrzymanie stałego poziomu tlenu i dwutlenku węgla we krwi tętniczej przy prawidłowym oporze naczyniowym w krążeniu płucnym oraz przy zwykłym wydatkowaniu energii na pracę oddechową.

Układ ten jest ściśle powiązany z innymi układami, a przede wszystkim z układem sercowo-naczyniowym. Funkcje układu oddechowego obejmują wentylację, krążenie płucne, dyfuzję gazów przez błonę pęcherzykowo-włośniczkową, transport gazów przez krew i oddychanie tkankowe.

Funkcje układ nerkowy : Nerki są głównym narządem, którego zadaniem jest utrzymanie stałych warunków fizykochemicznych w organizmie. Główną ich funkcją jest wydalnicza. Obejmuje: regulację gospodarki wodno-elektrolitowej, utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej oraz usuwanie z organizmu produktów przemiany materii białek i tłuszczów.

Funkcje metabolizm wody i elektrolitów : woda w organizmie pełni rolę transportową, wypełniając przestrzenie komórkowe, śródmiąższowe (pośrednie) i naczyniowe, jest rozpuszczalnikiem soli, koloidów i krystaloidów oraz bierze udział w reakcjach biochemicznych. Wszystkie płyny biochemiczne są elektrolitami, ponieważ sole i koloidy rozpuszczone w wodzie są w stanie zdysocjowanym. Nie sposób wymienić wszystkich funkcji elektrolitów, ale najważniejsze z nich to: utrzymywanie ciśnienia osmotycznego, utrzymywanie reakcji środowiska wewnętrznego, udział w reakcjach biochemicznych.

Główny cel Równowaga kwasowej zasady Polega na utrzymaniu stałego pH płynnych mediów organizmu jako podstawy normalnych reakcji biochemicznych, a w konsekwencji życia. Metabolizm zachodzi przy nieodzownym udziale układów enzymatycznych, których aktywność ściśle zależy od reakcji chemicznej elektrolitu. Wraz z metabolizmem wody i elektrolitów, równowaga kwasowo-zasadowa odgrywa decydującą rolę w uporządkowaniu reakcji biochemicznych. W regulacji równowagi kwasowo-zasadowej biorą udział układy buforowe oraz wiele układów fizjologicznych organizmu.

homeostaza

Homeostaza, homeoreza, homeomorfoza - charakterystyka stanu organizmu. Istota systemowa organizmu przejawia się przede wszystkim w jego zdolności do samoregulacji w ciągle zmieniających się warunkach środowiskowych. Ponieważ wszystkie narządy i tkanki organizmu składają się z komórek, z których każdy jest stosunkowo niezależnym organizmem, stan środowiska wewnętrznego organizmu ludzkiego ma ogromne znaczenie dla jego normalnego funkcjonowania. Dla organizmu człowieka – istoty lądowej – środowiskiem jest atmosfera i biosfera, natomiast w pewnym stopniu oddziałuje on z litosferą, hydrosferą i noosferą. Jednocześnie większość komórek ludzkiego ciała zanurzona jest w płynnym ośrodku, którym jest krew, limfa i płyn międzykomórkowy. Tylko tkanki powłokowe bezpośrednio oddziałują ze środowiskiem człowieka, wszystkie pozostałe komórki są izolowane od świata zewnętrznego, co pozwala organizmowi w dużym stopniu ujednolicić warunki ich istnienia. W szczególności zdolność do utrzymania stałej temperatury ciała wynoszącej około 37 ° C zapewnia stabilność procesów metabolicznych, ponieważ wszystkie reakcje biochemiczne składające się na istotę metabolizmu są bardzo zależne od temperatury. Równie ważne jest utrzymanie stałego napięcia tlenu, dwutlenku węgla, stężenia różnych jonów itp. w płynnych ośrodkach organizmu. W normalnych warunkach życia, w tym podczas adaptacji i aktywności, zdarzają się niewielkie odchylenia tych parametrów, ale szybko je eliminują, środowisko wewnętrzne organizmu powraca do stabilnej normy. Wielki francuski fizjolog XIX wieku. Claude Bernard powiedział: „Stałość środowiska wewnętrznego jest warunkiem wstępnym wolnego życia”. Mechanizmy fizjologiczne zapewniające utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego nazywane są homeostazą, a samo zjawisko, które odzwierciedla zdolność organizmu do samoregulacji środowiska wewnętrznego, nazywa się homeostazą. Termin ten wprowadził w 1932 roku W. Cannon, jeden z tych fizjologów XX wieku, którzy wraz z N.A. Bernsteinem, P.K. Anokhinem i N. Wienerem stali u początków nauki o sterowaniu – cybernetyki. Termin „homeostaza” jest używany nie tylko w badaniach fizjologicznych, ale także cybernetycznych, ponieważ to właśnie utrzymanie stałości wszelkich cech złożonego układu jest głównym celem każdej kontroli.

Inny wybitny badacz, K. Waddington, zwrócił uwagę na fakt, że organizm jest w stanie utrzymać nie tylko stabilność swojego stanu wewnętrznego, ale także względną stałość cech dynamicznych, czyli przebiegu procesów w czasie. Zjawisko to, analogicznie do homeostazy, nazwano homeoreza. Ma to szczególne znaczenie dla rosnącego i rozwijającego się organizmu i polega na tym, że organizm jest w stanie utrzymać (oczywiście w pewnych granicach) „kanał rozwoju” w toku swoich dynamicznych przemian. W szczególności, jeśli dziecko z powodu choroby lub gwałtownego pogorszenia warunków życia spowodowanego przyczynami społecznymi (wojna, trzęsienie ziemi itp.) pozostaje w znacznym stopniu w tyle za swoimi normalnie rozwijającymi się rówieśnikami, nie oznacza to, że takie opóźnienie jest śmiertelne i nieodwracalny. Jeśli zakończy się okres zdarzeń niepożądanych i dziecko otrzyma odpowiednie warunki do rozwoju, to zarówno pod względem wzrostu, jak i poziomu rozwoju funkcjonalnego, szybko dogania rówieśników i w przyszłości nie różni się od nich znacząco. Tłumaczy to fakt, że dzieci, które we wczesnym wieku przeszły poważną chorobę, często wyrastają na zdrowych i proporcjonalnie zbudowanych dorosłych. Homeoreza odgrywa ważną rolę zarówno w zarządzaniu rozwojem ontogenetycznym, jak iw procesach adaptacji. Tymczasem fizjologiczne mechanizmy homeorezy są nadal niewystarczająco zbadane.

Trzecią formą samoregulacji stałości ciała jest homeomorfoza - umiejętność zachowania niezmienności formy. Ta cecha jest bardziej charakterystyczna dla organizmu dorosłego, ponieważ wzrost i rozwój są nie do pogodzenia z niezmiennością formy. Niemniej jednak, jeśli weźmiemy pod uwagę krótkie okresy czasu, zwłaszcza w okresach zahamowania wzrostu, wówczas u dzieci można wykryć zdolność do homeomorfozy. Mówimy o tym, że w organizmie następuje ciągła zmiana pokoleń jego komórek składowych. Komórki nie żyją długo (jedynym wyjątkiem są komórki nerwowe): normalna długość życia komórek organizmu to tygodnie lub miesiące. Niemniej jednak każda nowa generacja komórek niemal dokładnie powtarza kształt, rozmiar, układ i odpowiednio właściwości funkcjonalne poprzedniej generacji. Specjalne mechanizmy fizjologiczne zapobiegają znaczącym zmianom masy ciała w warunkach głodu lub przejadania się. W szczególności podczas głodu strawność składników odżywczych gwałtownie wzrasta, a podczas przejadania się, wręcz przeciwnie, większość białek, tłuszczów i węglowodanów dostarczanych z pożywieniem jest „spalana” bez żadnych korzyści dla organizmu. Udowodniono (N.A. Smirnova), że u osoby dorosłej ostre i znaczące zmiany masy ciała (głównie ze względu na ilość tłuszczu) w dowolnym kierunku są pewnymi oznakami załamania adaptacji, przeciążenia i wskazują na dysfunkcję funkcjonalną organizmu . Organizm dziecka staje się szczególnie wrażliwy na wpływy zewnętrzne w okresach najszybszego wzrostu. Naruszenie homeomorfozy jest tym samym niekorzystnym znakiem, co naruszenie homeostazy i homeorezy.

Pojęcie stałych biologicznych. Ciało jest kompleksem ogromnej liczby różnorodnych substancji. W procesie życiowej aktywności komórek organizmu stężenie tych substancji może się znacznie zmienić, co oznacza zmianę środowiska wewnętrznego. Byłoby nie do pomyślenia, gdyby układy sterujące organizmu były zmuszone do monitorowania stężenia wszystkich tych substancji, tj. posiadają wiele czujników (receptorów), na bieżąco analizują stan bieżący, podejmują decyzje zarządcze i monitorują ich skuteczność. Ani informacja, ani zasoby energetyczne organizmu nie wystarczą dla takiego reżimu kontroli wszystkich parametrów. Dlatego organizm ogranicza się do monitorowania stosunkowo niewielkiej liczby najistotniejszych wskaźników, które dla dobrostanu zdecydowanej większości komórek organizmu muszą być utrzymywane na w miarę stałym poziomie. Te najbardziej sztywno homeostatyczne parametry zamieniają się więc w "stałe biologiczne", a ich niezmienność zapewniają czasami dość znaczne wahania innych parametrów nie należących do kategorii homeostatycznych. Zatem poziom hormonów biorących udział w regulacji homeostazy może zmieniać się we krwi dziesięciokrotnie, w zależności od stanu środowiska wewnętrznego i wpływu czynników zewnętrznych. Jednocześnie parametry homeostatyczne zmieniają się tylko o 10-20%.

Najważniejsze stałe biologiczne. Wśród najważniejszych stałych biologicznych, za których utrzymanie na stosunkowo niezmienionym poziomie odpowiadają różne układy fizjologiczne organizmu, należy wymienić: temperatura ciała, poziom glukozy we krwi, zawartość jonów H+ w płynach ustrojowych, napięcie cząstkowe tlenu i dwutlenku węgla w tkankach.

Choroba jako objaw lub konsekwencja zaburzeń homeostazy. Prawie wszystkie choroby człowieka wiążą się z naruszeniem homeostazy. Na przykład w wielu chorobach zakaźnych, a także w przypadku procesów zapalnych, homeostaza temperaturowa w organizmie zostaje gwałtownie zaburzona: pojawia się gorączka (gorączka), czasami zagrażająca życiu. Przyczyną takiego naruszenia homeostazy mogą być zarówno cechy reakcji neuroendokrynnej, jak i naruszenia aktywności tkanek obwodowych. W tym przypadku manifestacja choroby - gorączka - jest konsekwencją naruszenia homeostazy.

Zwykle stanom gorączkowym towarzyszy kwasica - naruszenie równowagi kwasowo-zasadowej i przesunięcie reakcji płynów ustrojowych na stronę kwasową. Kwasica jest również charakterystyczna dla wszystkich chorób związanych z pogorszeniem układu sercowo-naczyniowego i oddechowego (choroby serca i naczyń krwionośnych, zmiany zapalne i alergiczne układu oskrzelowo-płucnego itp.). Często kwasica towarzyszy pierwszym godzinom życia noworodka, szczególnie jeśli normalne oddychanie nie rozpoczęło się zaraz po urodzeniu. Aby wyeliminować ten stan, noworodek umieszcza się w specjalnej komorze o dużej zawartości tlenu. Kwasica metaboliczna przy dużym wysiłku mięśni może wystąpić u osób w każdym wieku i objawia się dusznością i wzmożoną potliwością, a także bolesnością mięśni. Po zakończeniu pracy stan kwasicy może utrzymywać się od kilku minut do 2-3 dni, w zależności od stopnia zmęczenia, sprawności i skuteczności mechanizmów homeostatycznych.

Bardzo niebezpieczne choroby prowadzące do naruszenia homeostazy wodno-solnej, np. cholera, w wyniku której z organizmu usuwane są ogromne ilości wody, a tkanki tracą swoje właściwości funkcjonalne. Wiele chorób nerek prowadzi również do naruszenia homeostazy wodno-solnej. W wyniku niektórych z tych chorób może rozwinąć się zasadowica - nadmierny wzrost stężenia substancji zasadowych we krwi i wzrost pH (przesunięcie na stronę zasadową).

W niektórych przypadkach drobne, ale długotrwałe zaburzenia homeostazy mogą być przyczyną rozwoju niektórych chorób. Istnieją zatem dowody na to, że nadmierne spożycie cukru i innych źródeł węglowodanów zakłócających homeostazę glukozy prowadzi do uszkodzenia trzustki, w efekcie czego u człowieka rozwija się cukrzyca. Niebezpieczne jest także nadmierne spożywanie soli kuchennych i innych soli mineralnych, ostrych przypraw itp., które zwiększają obciążenie układu wydalniczego. Nerki Mogą nie radzić sobie z nadmiarem substancji, które należy usunąć z organizmu, co skutkuje naruszeniem homeostazy wodno-solnej. Jednym z jego objawów jest obrzęk - nagromadzenie płynu w tkankach miękkich organizmu. Przyczyną obrzęków jest zwykle niewydolność układu sercowo-naczyniowego lub naruszenie nerek, a w rezultacie metabolizm minerałów.

Homeostaza to:

homeostaza

Homeostaza(starożytny grecki ὁμοιοστάσις od ὁμοιος - ten sam, podobny i στάσις - stanie, bezruch) - samoregulacja, zdolność układu otwartego do utrzymywania stałości swojego stanu wewnętrznego poprzez skoordynowane reakcje mające na celu utrzymanie dynamicznej równowagi. Chęć systemu do reprodukcji, przywrócenia utraconej równowagi, pokonania oporu środowiska zewnętrznego.

Homeostaza populacji to zdolność populacji do utrzymania określonej liczby osobników przez długi czas.

Amerykański fizjolog Walter B. Cannon w 1932 roku w swojej książce The Wisdom of the Body zaproponował ten termin jako nazwę „skoordynowanych procesów fizjologicznych, które utrzymują większość stabilnych stanów organizmu”. Później termin ten został rozszerzony na zdolność do dynamicznego utrzymywania stałości swojego stanu wewnętrznego dowolnego systemu otwartego. Jednak koncepcja stałości środowiska wewnętrznego została sformułowana już w 1878 roku przez francuskiego naukowca Claude'a Bernarda.

Informacje ogólne

Termin „homeostaza” jest najczęściej używany w biologii. Aby organizmy wielokomórkowe mogły istnieć, konieczne jest zachowanie stałości środowiska wewnętrznego. Wielu ekologów jest przekonanych, że zasada ta dotyczy także środowiska zewnętrznego. Jeśli system nie będzie w stanie przywrócić równowagi, może w końcu przestać działać.

Złożone układy – na przykład organizm ludzki – muszą posiadać homeostazę, aby zachować stabilność i istnieć. Systemy te muszą nie tylko starać się przetrwać, ale także dostosowywać się do zmian środowiskowych i ewoluować.

właściwości homeostazy

Układy homeostatyczne mają następujące właściwości:

• niestabilność system: sprawdza, jak najlepiej się przystosować.
• Dążenie do równowagi: cała wewnętrzna, strukturalna i funkcjonalna organizacja systemów przyczynia się do utrzymania równowagi.
• nieprzewidywalność: Wynikowy efekt określonego działania często może różnić się od oczekiwanego.

Przykłady homeostazy u ssaków:

• Regulacja ilości mikroelementów i wody w organizmie – osmoregulacja. Przeprowadzane w nerkach.
• Usuwanie produktów przemiany materii - izolacja. Dokonują tego narządy zewnątrzwydzielnicze – nerki, płuca, gruczoły potowe i przewód pokarmowy.
• Regulacja temperatury ciała. Obniżenie temperatury poprzez pocenie się, różnorodne reakcje termoregulacyjne.
• Regulacja poziomu glukozy we krwi. Zajmowana jest głównie przez wątrobę, insulinę i glukagon wydzielane przez trzustkę.

Należy pamiętać, że chociaż organizm jest w równowadze, jego stan fizjologiczny może być dynamiczny. Wiele organizmów wykazuje zmiany endogenne w postaci rytmów dobowych, ultradobowych i infradialnych. Zatem nawet w homeostazie temperatura ciała, ciśnienie krwi, tętno i większość wskaźników metabolicznych nie zawsze utrzymują się na stałym poziomie, ale zmieniają się w czasie.

Mechanizmy homeostazy: sprzężenie zwrotne

Główny artykuł: Informacja zwrotna

W przypadku zmiany zmiennych system reaguje na dwa główne typy informacji zwrotnych:

1. Negatywne sprzężenie zwrotne, wyrażające się jako reakcja, w której system reaguje w taki sposób, aby odwrócić kierunek zmian. Ponieważ sprzężenie zwrotne służy utrzymaniu stałości układu, pozwala na utrzymanie homeostazy.
   • Na przykład, gdy wzrasta stężenie dwutlenku węgla w organizmie człowieka, płuca otrzymują sygnał, aby zwiększyły swoją aktywność i wydychały więcej dwutlenku węgla.
   • Termoregulacja jest kolejnym przykładem negatywnego sprzężenia zwrotnego. Kiedy temperatura ciała wzrasta (lub spada), termoreceptory w skórze i podwzgórzu rejestrują tę zmianę, wyzwalając sygnał z mózgu. Sygnał ten z kolei powoduje reakcję - spadek (lub wzrost) temperatury.
2. Pozytywne sprzężenie zwrotne, które wyraża się jako wzrost zmiany zmiennej. Działa destabilizująco, więc nie prowadzi do homeostazy. Pozytywne sprzężenie zwrotne jest mniej powszechne w systemach naturalnych, ale ma również swoje zastosowania.
   • Na przykład w nerwach progowy potencjał elektryczny powoduje generowanie znacznie większego potencjału czynnościowego. Krzepnięcie krwi i wydarzenia związane z porodem to kolejne przykłady pozytywnego sprzężenia zwrotnego.

Stabilne systemy wymagają kombinacji obu rodzajów sprzężenia zwrotnego. O ile negatywne sprzężenie zwrotne pozwala na powrót do stanu homeostatycznego, o tyle pozytywne sprzężenie zwrotne służy do przejścia do zupełnie nowego (i całkiem możliwe, że mniej pożądanego) stanu homeostazy, czyli sytuacji zwanej „metastabilnością”. Do takich katastrofalnych zmian może dojść np. wraz ze wzrostem zawartości składników pokarmowych w rzekach o czystej wodzie, co prowadzi do homeostatycznego stanu wysokiej eutrofizacji (przerostu glonów koryta) i zmętnienia.

Homeostaza ekologiczna

Homeostazę ekologiczną obserwuje się w zbiorowiskach klimaksowych o najwyższej możliwej różnorodności biologicznej w sprzyjających warunkach środowiskowych.

W ekosystemach zakłóconych, czyli zbiorowiskach biologicznych znajdujących się w okresie subklimaksu – jak na przykład wyspa Krakatau, po silnej erupcji wulkanu w 1883 roku – stan homeostazy poprzedniego leśnego ekosystemu kulminacyjnego został zniszczony, podobnie jak całe życie na tej wyspie. W ciągu lat od erupcji Krakatau przeszło przez łańcuch zmian ekologicznych, podczas których nowe gatunki roślin i zwierząt zastępowały się nawzajem, co doprowadziło do różnorodności biologicznej, a w rezultacie do społeczności kulminacyjnej. Sukcesja ekologiczna w Krakatoa przebiegała w kilku etapach. Kompletny łańcuch sukcesji prowadzący do punktu kulminacyjnego nazywa się preserie. Na przykładzie Krakatau na tej wyspie rozwinęło się zbiorowisko kulminacyjne obejmujące 8 000 różnych gatunków, odnotowane w 1983 r., sto lat po tym, jak erupcja zniszczyła na niej życie. Dane potwierdzają, że pozycja przez pewien czas utrzymuje się w homeostazie, natomiast pojawienie się nowych gatunków bardzo szybko prowadzi do szybkiego zaniku starych.

Przypadek Krakatau i innych zaburzonych lub nienaruszonych ekosystemów pokazuje, że początkowa kolonizacja przez gatunki pionierskie następuje poprzez strategie reprodukcji z pozytywnym sprzężeniem zwrotnym, w ramach których gatunki rozprzestrzeniają się, wytwarzając jak najwięcej potomstwa, ale przy niewielkich lub żadnych inwestycjach w sukces każdego osobnika. . U takich gatunków następuje szybki rozwój i równie szybki upadek (na przykład w wyniku epidemii). Gdy ekosystem zbliża się do punktu kulminacyjnego, gatunki takie są zastępowane przez bardziej złożone gatunki kulminacyjne, które dostosowują się poprzez negatywne sprzężenie zwrotne do specyficznych warunków swojego środowiska. Gatunki te są starannie kontrolowane przez potencjalną pojemność ekosystemu i realizują inną strategię - produkcję mniejszego potomstwa, w którego sukces reprodukcyjny, w warunkach mikrośrodowiska swojej specyficznej niszy ekologicznej, inwestuje się więcej energii.

Rozwój zaczyna się od społeczności pionierskiej i kończy się na społeczności kulminacyjnej. Ta kulminacyjna społeczność powstaje, gdy flora i fauna osiągają równowagę z lokalnym środowiskiem.

Takie ekosystemy tworzą heterarchie, w których homeostaza na jednym poziomie przyczynia się do procesów homeostatycznych na innym złożonym poziomie. Na przykład utrata liści na dojrzałym drzewie tropikalnym udostępnia miejsce dla nowego wzrostu i wzbogaca glebę. Podobnie drzewo tropikalne ogranicza dostęp światła do niższych poziomów i pomaga zapobiegać inwazji innych gatunków. Ale drzewa również spadają na ziemię, a rozwój lasu zależy od ciągłych zmian drzew, cyklu składników odżywczych przeprowadzanych przez bakterie, owady, grzyby. Podobnie lasy takie przyczyniają się do procesów ekologicznych, takich jak regulacja mikroklimatu lub cykli hydrologicznych ekosystemu, a kilka różnych ekosystemów może oddziaływać na siebie, aby utrzymać homeostazę drenażu rzek w regionie biologicznym. Zmienność bioregionów odgrywa również rolę w homeostatycznej stabilności regionu biologicznego, czyli biomu.

Homeostaza biologiczna

Dalsze informacje: Równowaga kwasowo-zasadowa

Homeostaza jest podstawową cechą organizmów żywych i rozumiana jest jako utrzymywanie środowiska wewnętrznego w dopuszczalnych granicach.

Środowisko wewnętrzne organizmu obejmuje płyny ustrojowe - osocze krwi, limfę, substancję międzykomórkową i płyn mózgowo-rdzeniowy. Utrzymanie stabilności tych płynów jest dla organizmów istotne, natomiast ich brak prowadzi do uszkodzeń materiału genetycznego.

Ze względu na dowolny parametr organizmy dzielą się na konformacyjne i regulacyjne. Organizmy regulacyjne utrzymują ten parametr na stałym poziomie, niezależnie od tego, co dzieje się w środowisku. Organizmy konformacyjne pozwalają środowisku określić parametr. Na przykład zwierzęta stałocieplne utrzymują stałą temperaturę ciała, podczas gdy zwierzęta zimnokrwiste wykazują szeroki zakres temperatur.

Nie mówimy tu o tym, że organizmy konformacyjne nie posiadają adaptacji behawioralnych, które pozwalają im w pewnym stopniu regulować dany parametr. Na przykład gady często siedzą rano na rozgrzanych skałach, aby podnieść temperaturę ciała.

Zaletą regulacji homeostazy jest to, że pozwala organizmowi na wydajniejsze funkcjonowanie. Na przykład zwierzęta zmiennocieplne w niskich temperaturach popadają w letarg, podczas gdy zwierzęta stałocieplne są prawie tak samo aktywne jak zawsze. Z drugiej strony regulacja wymaga energii. Powodem, dla którego niektóre węże mogą jeść tylko raz w tygodniu, jest to, że zużywają znacznie mniej energii do utrzymania homeostazy niż ssaki.

Homeostaza komórkowa

Regulacja aktywności chemicznej komórki odbywa się poprzez szereg procesów, wśród których szczególne znaczenie ma zmiana struktury samej cytoplazmy, a także struktury i aktywności enzymów. Autoregulacja zależy od temperatury, stopnia kwasowości, stężenia substratu, obecności określonych makro- i mikroelementów.

Homeostaza w organizmie człowieka

Dalsze informacje: Równowaga kwasowo-zasadowa Zobacz także: Układy buforowe krwi

Różne czynniki wpływają na zdolność płynów ustrojowych do podtrzymywania życia. Należą do nich takie parametry, jak temperatura, zasolenie, kwasowość oraz stężenie składników odżywczych – glukozy, różnych jonów, tlenu i produktów przemiany materii – dwutlenku węgla i moczu. Ponieważ parametry te wpływają na reakcje chemiczne utrzymujące organizm przy życiu, istnieją wbudowane mechanizmy fizjologiczne, które utrzymują je na wymaganym poziomie.

Homeostazy nie można uważać za przyczynę procesów tych nieświadomych adaptacji. Należy to traktować jako ogólną cechę wielu normalnych procesów działających razem, a nie jako ich pierwotną przyczynę. Co więcej, istnieje wiele zjawisk biologicznych, które nie pasują do tego modelu - na przykład anabolizm.

Inne obszary

Pojęcie „homeostazy” jest stosowane także w innych obszarach.

Aktuariusz może rozmawiać homeostaza ryzyka, w którym na przykład osoby posiadające w samochodach hamulce z powłoką nieprzywierającą nie są w bezpieczniejszej sytuacji niż osoby, które ich nie posiadają, ponieważ osoby te nieświadomie rekompensują sobie bezpieczniejszy samochód ryzykowną jazdą. Dzieje się tak, ponieważ niektóre mechanizmy trzymające – takie jak strach – przestają działać.

Socjolodzy i psychologowie mogą o tym mówić homeostaza stresu- pragnienie populacji lub jednostki, aby pozostać na określonym poziomie stresu, często sztucznie wywołując stres, jeśli „naturalny” poziom stresu nie jest wystarczający.

Przykłady

• termoregulacja
  • Jeśli temperatura ciała jest zbyt niska, może rozpocząć się drżenie mięśni szkieletowych.
  • Inny rodzaj termogenezy obejmuje rozkład tłuszczów w celu uwolnienia ciepła.
  • Pocenie się chłodzi organizm poprzez parowanie.
• Regulacja chemiczna
  • Trzustka wydziela insulinę i glukagon, aby kontrolować poziom glukozy we krwi.
  • Płuca pobierają tlen i wydzielają dwutlenek węgla.
  • Nerki wydalają mocz oraz regulują poziom wody i ilość jonów w organizmie.

Wiele z tych narządów jest kontrolowanych przez hormony układu podwzgórzowo-przysadkowego.

Zobacz też

Kategorie:

• homeostaza
• systemy otwarte
• Procesy fizjologiczne

Fundacja Wikimedia. 2010.

homeostaza I Homeostaza (greckie homoios podobny, identyczny + grecki zastój stojący, bezruch)

zdolność organizmu do utrzymywania funkcjonalnie istotnych zmiennych w granicach zapewniających jego optymalną aktywność życiową. Mechanizmy regulacyjne utrzymujące stan fizjologiczny lub właściwości komórek, narządów i układów całego organizmu na poziomie odpowiadającym jego bieżącym potrzebom nazywane są homeostazą.

Początkowo termin „homeostaza” oznaczał jedynie utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego, tj. krew, limfa, płyn międzykomórkowy (patrz Metabolizm wody i soli , Równowaga kwasowej zasady) . W przyszłości różnym substratom biochemicznym i strukturalnym na różnych poziomach ich organizacji (komórki, narządy i ich układy) zaczęto przypisywać funkcjonalnie istotnym wskaźnikom G..

W szerokim znaczeniu G. obejmuje zagadnienia przebiegu reakcji kompensacyjnych (patrz. Procesy kompensacyjne). , regulacja i samoregulacja funkcji fizjologicznych (patrz Samoregulacja funkcji fizjologicznych) , charakter i dynamika relacji pomiędzy nerwowymi, humoralnymi i innymi elementami procesu regulacyjnego w całym organizmie. Granice G mogą się różnić w zależności od indywidualnego wieku, płci, warunków społecznych, zawodowych i innych.

Bibliografia: Anokhin P.K. Eseje na temat fizjologii układów funkcjonalnych. M., 1975; Homeostaza, wyd. P.D. Gorizontova, M., 1976; Regulacja funkcji trzewnych. Wzory i mechanizmy, wyd. N.P. Bechterewa, s. 129, L., 1987; Sarkisow D.S. Eseje o strukturalnych podstawach homeostazy, M., 1977; autonomiczny układ nerwowy, wyd. OG Baklavadzhyan, s. 536, L., 1981.

II Homeostaza (Homeo- + grecka staza stojąca, bezruch; . homeostaza)

w fizjologii - względna dynamiczna stałość środowiska wewnętrznego (krew, limfa, płyn tkankowy) i stabilność podstawowych funkcji fizjologicznych (krążenie, oddychanie, termoregulacja, metabolizm itp.) organizmu.

1. Mała encyklopedia medyczna. - M.: Encyklopedia medyczna. 1991-96 2. Pierwsza pomoc. - M.: Wielka encyklopedia rosyjska. 1994 3. Encyklopedyczny słownik terminów medycznych. - M .: Encyklopedia radziecka. - 1982-1984.

Synonimy:

Zobacz, co „Homeostaza” znajduje się w innych słownikach:

Homeostaza... Słownik ortografii

homeostaza- Ogólna zasada samoregulacji organizmów żywych. Perls mocno podkreśla wagę tej koncepcji w swoich pracach Podejście Gestalt i Naoczny świadek terapii. Krótki objaśniający słownik psychologiczny i psychiatryczny. wyd. igiszewa. 2008... Wielka encyklopedia psychologiczna

Homeostaza (z greckiego podobny, identyczny i stan), właściwość organizmu do utrzymywania jego parametrów i fizjologii. działa w def. zakres, w oparciu o stabilność wewnętrzną. środowisko ciała w odniesieniu do zakłócających wpływów... Encyklopedia filozoficzna

HOMEOSTAZA- (z greckiego homoios to samo, podobne i greckie zastój, bezruch, stanie), homeostaza, zdolność organizmu lub układu organizmów do utrzymania stabilnej (dynamicznej) równowagi w zmieniających się warunkach środowiskowych. Homeostaza w populacji Słownik ekologiczny

Homeostaza (z homeo... i greckiego staza bezruch, stan), zdolność biol. systemy, aby opierały się zmianom i zachowywały dynamikę. odnosi się do stałości składu i właściwości. Termin „G.” zaproponowany przez W. Kennona w 1929 r. w celu scharakteryzowania stanów… Biologiczny słownik encyklopedyczny

- (z homeo… i greckiego stanu bezruchu zastój), względna dynamiczna stałość składu i właściwości środowiska wewnętrznego oraz stabilność podstawowych funkcji fizjologicznych organizmu. Pojęcie homeostazy stosuje się również do biocenoz (zachowanie ... ... Wielki słownik encyklopedyczny

- (z greckiego homoios podobny i stasis bezruch) proces, w wyniku którego osiągana jest względna stałość środowiska wewnętrznego organizmu (stała temperatura ciała, ciśnienie krwi, stężenie cukru we krwi). Jako osobna... Słownik psychologiczny

HOMEOSTAZA (IS) [Słownik słów obcych języka rosyjskiego

homeostaza- Stan dynamicznie poruszającej się równowagi ekosystemu homeostaza homeostaza Stabilny stan równowagi układu otwartego w jego interakcji z otoczeniem. Koncepcja ta weszła do gospodarki… Podręcznik tłumacza technicznego

HOMEOSTAZA, w biologii, proces utrzymywania stałych warunków w komórce lub organizmie, niezależnie od zmian wewnętrznych lub zewnętrznych. Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny

HOMEOSTAZA, homeostaza (gr. homois podobny, identyczny i stasis nieruchomy, stan) to właściwość systemów biologicznych polegająca na utrzymywaniu względnej dynamicznej stabilności parametrów składu i funkcji. Podstawą tej umiejętności jest umiejętność ... ... Najnowszy słownik filozoficzny

Książki

• Homeostaza i odżywianie. Podręcznik, Mezenova Olga Jakowlewna. Historyczne aspekty i cechy narodowe nauki o żywieniu, budowa i funkcje układu pokarmowego, biochemiczne podstawy homeostazy organizmu, znaczenie różnych...

Dążą do utrzymania stabilności w okresie adaptacji do określonych warunków optymalnych do przeżycia. Każdy układ będący w równowadze dynamicznej dąży do osiągnięcia stanu stabilnego, odpornego na czynniki zewnętrzne i bodźce.

Pojęcie homeostazy

Wszystkie układy organizmu muszą ze sobą współpracować, aby utrzymać prawidłową homeostazę w organizmie. Homeostaza to regulacja temperatury ciała, zawartości wody i poziomu dwutlenku węgla. Na przykład cukrzyca to stan, w którym organizm nie jest w stanie regulować poziomu glukozy we krwi.

Homeostaza to termin używany zarówno do opisania istnienia organizmów w ekosystemie, jak i do opisania prawidłowego funkcjonowania komórek w organizmie. Organizmy i populacje mogą utrzymać homeostazę przy jednoczesnym utrzymaniu stabilnych wskaźników urodzeń i zgonów.

Informacja zwrotna

Sprzężenie zwrotne to proces, który zachodzi, gdy systemy organizmu muszą zostać spowolnione lub całkowicie zatrzymane. Kiedy człowiek je, pokarm dostaje się do żołądka i rozpoczyna się trawienie. Pomiędzy posiłkami żołądek nie powinien pracować. Układ trawienny współpracuje z szeregiem hormonów i impulsów nerwowych, aby zatrzymać i rozpocząć produkcję kwasu w żołądku.

Inny przykład negatywnego sprzężenia zwrotnego można zaobserwować w przypadku wzrostu temperatury ciała. Regulacja homeostazy objawia się poceniem, reakcją ochronną organizmu na przegrzanie. W ten sposób zatrzymuje się wzrost temperatury i neutralizuje problem przegrzania. W przypadku hipotermii organizm również podejmuje szereg działań mających na celu rozgrzewkę.

Utrzymanie równowagi wewnętrznej

Homeostazę można zdefiniować jako właściwość organizmu lub układu, która pomaga mu utrzymać dane parametry w normalnym zakresie wartości. To klucz do życia, a zła równowaga w utrzymaniu homeostazy może prowadzić do chorób takich jak nadciśnienie i cukrzyca.

Homeostaza jest kluczowym elementem zrozumienia działania ludzkiego organizmu. Taka formalna definicja charakteryzuje system, który reguluje swoje środowisko wewnętrzne i dąży do utrzymania stabilności i prawidłowości wszystkich procesów zachodzących w organizmie.

Regulacja homeostatyczna: temperatura ciała

Kontrola temperatury ciała u człowieka jest dobrym przykładem homeostazy w układzie biologicznym. Kiedy człowiek jest zdrowy, temperatura jego ciała oscyluje wokół + 37°C, ale na tę wartość mogą wpływać różne czynniki, w tym hormony, tempo metabolizmu i różne choroby wywołujące gorączkę.

W organizmie regulacja temperatury odbywa się w części mózgu zwanej podwzgórzem. Poprzez przepływ krwi do mózgu odbierane są sygnały temperatury, a także analiza wyników danych dotyczących częstotliwości oddychania, poziomu cukru we krwi i metabolizmu. Utrata ciepła w organizmie człowieka również przyczynia się do zmniejszenia aktywności.

Bilans wodno-solny

Bez względu na to, ile wody ktoś wypije, ciało nie puchnie jak balon, a ciało ludzkie nie kurczy się jak rodzynki, jeśli pije się bardzo mało. Zapewne ktoś choć raz o tym pomyślał. Tak czy inaczej organizm wie, ile płynu musi zgromadzić, aby utrzymać pożądany poziom.

Stężenie soli i glukozy (cukru) w organizmie utrzymuje się na stałym poziomie (przy braku czynników negatywnych), ilość krwi w organizmie wynosi około 5 litrów.

Regulacja poziomu cukru we krwi

Glukoza to rodzaj cukru występującego we krwi. Aby zachować zdrowie, organizm ludzki musi utrzymywać odpowiedni poziom glukozy. Kiedy poziom glukozy staje się zbyt wysoki, trzustka uwalnia hormon insulinę.

Jeśli poziom glukozy we krwi spadnie zbyt nisko, wątroba przekształca glikogen we krwi, podnosząc w ten sposób poziom cukru. Kiedy chorobotwórcze bakterie lub wirusy dostaną się do organizmu, zaczyna on zwalczać infekcję, zanim elementy chorobotwórcze spowodują jakiekolwiek problemy zdrowotne.

Ciśnienie pod kontrolą

Utrzymanie prawidłowego ciśnienia krwi jest również przykładem homeostazy. Serce wyczuwa zmiany ciśnienia krwi i wysyła sygnały do ​​mózgu w celu przetworzenia. Następnie mózg wysyła sygnał z powrotem do serca z instrukcją, jak prawidłowo zareagować. Jeśli ciśnienie krwi jest zbyt wysokie, należy je obniżyć.

Jak osiąga się homeostazę?

W jaki sposób organizm ludzki reguluje wszystkie układy i narządy oraz kompensuje zachodzące zmiany w środowisku? Dzieje się tak dzięki obecności wielu naturalnych czujników kontrolujących temperaturę, skład soli we krwi, ciśnienie krwi i wiele innych parametrów. Detektory te wysyłają sygnały do ​​mózgu, do głównego centrum kontroli, w przypadku, gdy niektóre wartości odbiegają od normy. Następnie uruchamiane są działania kompensacyjne mające na celu przywrócenie normalnego stanu.

Utrzymanie homeostazy jest niezwykle ważne dla organizmu. Organizm człowieka zawiera pewną ilość substancji chemicznych zwanych kwasami i zasadami, a ich właściwa równowaga jest niezbędna do optymalnego funkcjonowania wszystkich narządów i układów organizmu. Poziom wapnia we krwi musi być utrzymywany na właściwym poziomie. Ponieważ oddychanie jest mimowolne, układ nerwowy dostarcza organizmowi tak potrzebnego tlenu. Kiedy toksyny dostają się do krwioobiegu, zakłócają homeostazę organizmu. Organizm ludzki reaguje na te zaburzenia za pomocą układu moczowego.

Należy podkreślić, że homeostaza organizmu działa automatycznie, jeśli układ funkcjonuje normalnie. Na przykład reakcja na ciepło - skóra staje się czerwona, ponieważ jej małe naczynia krwionośne automatycznie się rozszerzają. Drżenie jest reakcją na zimno. Zatem homeostaza nie jest zbiorem narządów, ale syntezą i równowagą funkcji organizmu. Razem pozwala to na utrzymanie całego organizmu w stabilnym stanie.