L'omeostasi (dal greco homoios - stesso, simile, stasi - stabilità, equilibrio) è un insieme di reazioni coordinate che assicurano il mantenimento o il ripristino della costanza dell'ambiente interno del corpo. A metà del XIX secolo, il fisiologo francese Claude Bernard introdusse il concetto di ambiente interno, che considerava come un insieme di fluidi corporei. Questo concetto è stato ampliato dal fisiologo americano Walter Cannon, che per ambiente interno intendeva l'intero insieme di fluidi (sangue, linfa, fluido tissutale) coinvolti nel metabolismo e nel mantenimento dell'omeostasi. Il corpo umano si adatta a condizioni ambientali in costante cambiamento, ma l'ambiente interno rimane costante e i suoi indicatori fluttuano entro limiti molto ristretti. Pertanto, una persona può vivere in diverse condizioni ambientali. Alcuni parametri fisiologici sono regolati in modo particolarmente accurato e sottile, ad esempio la temperatura corporea, la pressione sanguigna, il glucosio, i gas, i sali, gli ioni di calcio nel sangue, l'equilibrio acido-base, il volume del sangue, la pressione osmotica, l'appetito e molti altri. La regolazione viene effettuata secondo il principio del feedback negativo tra i recettori f, che rilevano i cambiamenti in questi indicatori e sistemi di controllo. Pertanto, una diminuzione di uno dei parametri viene catturata dal recettore corrispondente, da cui vengono inviati gli impulsi all'una o all'altra struttura del cervello, al comando della quale il sistema nervoso autonomo attiva meccanismi complessi per equalizzare i cambiamenti avvenuti . Il cervello utilizza due sistemi principali per mantenere l’omeostasi: autonomo ed endocrino. Ricordiamo che la funzione principale del sistema nervoso autonomo è mantenere la costanza dell'ambiente interno del corpo, che viene effettuata a causa dei cambiamenti nell'attività delle parti simpatiche e parasimpatiche del sistema nervoso autonomo. Quest'ultimo, a sua volta, è controllato dall'ipotalamo e l'ipotalamo dalla corteccia cerebrale. Il sistema endocrino regola la funzione di tutti gli organi e sistemi attraverso gli ormoni. Inoltre, il sistema endocrino stesso è sotto il controllo dell'ipotalamo e della ghiandola pituitaria. Omeostasi (dal greco homoios - identico e stasi - stato, immobilità)
Poiché le nostre idee sulla fisiologia normale, e ancor più su quella patologica, sono diventate più complesse, questo concetto è stato chiarito come omeocinesi, cioè. equilibrio in movimento, equilibrio di processi in costante cambiamento. Il corpo è tessuto da milioni di “omeocinesi”. Questa enorme galassia vivente determina lo stato funzionale di tutti gli organi e le cellule che comunicano con i peptidi regolatori. Come i sistemi economici e finanziari globali, molte aziende, industrie, fabbriche, banche, borse, mercati, negozi... E tra loro - la "valuta convertibile" - i neuropeptidi. Tutte le cellule del corpo sintetizzano e mantengono costantemente un certo livello, funzionalmente necessario, di peptidi regolatori. Ma quando si verificano deviazioni dalla “stazionarietà”, la loro biosintesi (nel corpo nel suo complesso o nei suoi “loci” individuali) aumenta o diminuisce. Tali fluttuazioni si verificano costantemente quando si tratta di reazioni adattative (abituarsi a nuove condizioni), prestazioni lavorative (azioni fisiche o emotive), stato di pre-malattia - quando il corpo "attiva" una maggiore protezione contro i disturbi dell'equilibrio funzionale . Un caso classico di mantenimento dell’equilibrio è la regolazione della pressione sanguigna. Esistono gruppi di peptidi tra i quali esiste una competizione costante per aumentare / diminuire la pressione sanguigna. Per correre, scalare una montagna, fare il bagno in sauna, esibirsi sul palco e infine pensare, è necessario un aumento della pressione sanguigna funzionalmente sufficiente. Ma non appena il lavoro è finito, i regolatori entrano in azione, garantendo la “calmazione” del cuore e la normale pressione nei vasi sanguigni. Peptidi vasoattivi interagiscono costantemente per “consentire” alla pressione di aumentare fino a questo o quel livello (non di più, altrimenti il sistema vascolare va “fuori di testa”; un noto e amaro esempio è un ictus) e affinché dopo il completamento del lavoro fisiologicamente necessario
Il corpo degli animali superiori ha sviluppato adattamenti che contrastano molte influenze dell'ambiente esterno, fornendo condizioni relativamente costanti per l'esistenza delle cellule. Questo è della massima importanza per il funzionamento dell'intero organismo. Lo illustriamo con degli esempi. Le cellule del corpo degli animali a sangue caldo, cioè degli animali con una temperatura corporea costante, funzionano normalmente solo entro ristretti limiti di temperatura (nell'uomo entro 36-38°). Uno spostamento della temperatura oltre questi limiti porta all’interruzione dell’attività cellulare. Allo stesso tempo, il corpo degli animali a sangue caldo può normalmente esistere con fluttuazioni molto più ampie della temperatura esterna. Ad esempio un orso polare può vivere a temperature comprese tra -70° e +20-30°. Ciò è dovuto al fatto che in tutto l'organismo è regolato lo scambio di calore con l'ambiente, cioè la generazione di calore (intensità dei processi chimici che si verificano con il rilascio di calore) e il trasferimento di calore. Pertanto, a basse temperature ambiente, la generazione di calore aumenta e il trasferimento di calore diminuisce. Pertanto, quando la temperatura esterna oscilla (entro certi limiti), la temperatura corporea rimane costante.
Le funzioni delle cellule del corpo sono normali solo quando la pressione osmotica è relativamente costante, a causa del contenuto costante di elettroliti e acqua nelle cellule. I cambiamenti della pressione osmotica - la sua diminuzione o il suo aumento - portano a improvvisi disturbi nelle funzioni e nella struttura delle cellule. L'organismo nel suo insieme può esistere per qualche tempo anche con un eccesso di apporto e privazione di acqua e con grandi e piccole quantità di sali negli alimenti. Ciò è spiegato dalla presenza nel corpo di dispositivi che aiutano a mantenere
costanza della quantità di acqua ed elettroliti nel corpo. In caso di assunzione eccessiva di acqua, quantità significative di essa vengono rapidamente espulse dal corpo dagli organi emuntori (reni, ghiandole sudoripare, pelle) e, in caso di carenza d'acqua, vengono trattenute nel corpo. Allo stesso modo, gli organi emuntori regolano il contenuto di elettroliti nel corpo: ne rimuovono rapidamente le quantità in eccesso o li trattengono nei liquidi corporei quando l'apporto di sale è insufficiente.
La concentrazione dei singoli elettroliti nel sangue e nel fluido tissutale, da un lato, e nel protoplasma delle cellule, dall'altro, è diversa. Il sangue e i fluidi tissutali contengono più ioni sodio e il protoplasma delle cellule contiene più ioni potassio. La differenza nelle concentrazioni di ioni all'interno e all'esterno della cellula è ottenuta mediante uno speciale meccanismo che trattiene gli ioni potassio all'interno della cellula e non consente agli ioni sodio di accumularsi nella cellula. Questo meccanismo, la cui natura non è ancora chiara, è chiamato pompa sodio-potassio ed è associato al processo di metabolismo cellulare.
Le cellule del corpo sono molto sensibili ai cambiamenti nella concentrazione degli ioni idrogeno. Un cambiamento nella concentrazione di questi ioni in una direzione o nell'altra interrompe bruscamente l'attività vitale delle cellule. L'ambiente interno del corpo è caratterizzato da una concentrazione costante di ioni idrogeno, che dipende dalla presenza dei cosiddetti sistemi tampone nel sangue e nei fluidi tessutali (pag. 48) e dall'attività degli organi emuntori. Quando il contenuto di acidi o alcali nel sangue aumenta, questi vengono rapidamente eliminati dall'organismo e in questo modo viene mantenuta la costanza della concentrazione di ioni idrogeno nell'ambiente interno.
Le cellule, in particolare quelle nervose, sono molto sensibili ai cambiamenti dei livelli di zucchero nel sangue, che fungono da importanti nutrienti. Pertanto, la costanza dei livelli di zucchero nel sangue è di grande importanza per il processo vitale. Si ottiene dal fatto che quando il livello di zucchero nel sangue aumenta nel fegato e nei muscoli, da esso viene sintetizzato il polisaccaride depositato nelle cellule, il glicogeno, e quando il livello di zucchero nel sangue diminuisce, il glicogeno viene scomposto nel fegato e nei muscoli e lo zucchero d'uva viene rilasciato nel sangue.
La costanza della composizione chimica e delle proprietà fisico-chimiche dell'ambiente interno è una caratteristica importante degli organismi degli animali superiori. Per denotare questa costanza, W. Cannon ha proposto un termine ormai diffuso: omeostasi. L'espressione dell'omeostasi è la presenza di un numero di costanti biologiche, cioè indicatori quantitativi stabili che caratterizzano lo stato normale del corpo. Tali indicatori costanti sono: temperatura corporea, pressione osmotica del sangue e del fluido tissutale, contenuto di ioni sodio, potassio, calcio, cloro e fosforo, nonché proteine e zucchero, concentrazione di ioni idrogeno e numerosi altri.
Notando la costanza della composizione, delle proprietà fisico-chimiche e biologiche dell'ambiente interno, va sottolineato che non è assoluto, ma relativo e dinamico. Questa costanza è raggiunta dal lavoro continuo di un numero di organi e tessuti, a seguito del quale i cambiamenti nella composizione e nelle proprietà fisico-chimiche dell'ambiente interno che si verificano sotto l'influenza dei cambiamenti nell'ambiente esterno e come un risultato dell’attività vitale del corpo vengono livellati.
Il ruolo dei diversi organi e dei loro sistemi nel mantenimento dell’omeostasi è diverso. Pertanto, il sistema digestivo garantisce che i nutrienti entrino nel flusso sanguigno nella forma in cui possono essere utilizzati dalle cellule del corpo. Il sistema circolatorio effettua il movimento continuo del sangue e il trasporto di varie sostanze nel corpo, a seguito dei quali le sostanze nutritive, l'ossigeno e vari composti chimici formati nel corpo stesso vengono forniti alle cellule e i prodotti di degradazione, incluso l'anidride carbonica, rilasciati dalle cellule vengono trasferiti agli organi, che li rimuovono dal corpo. Gli organi respiratori assicurano l'apporto di ossigeno al sangue e l'eliminazione dell'anidride carbonica dal corpo. Il fegato e numerosi altri organi eseguono un numero significativo di trasformazioni chimiche: la sintesi e la scomposizione di molti composti chimici importanti nella vita delle cellule. Gli organi emuntori - reni, polmoni, ghiandole sudoripare, pelle - rimuovono i prodotti finali della degradazione delle sostanze organiche dal corpo e mantengono un contenuto costante di acqua ed elettroliti nel sangue, e quindi nei fluidi tissutali e nelle cellule del corpo .
Il sistema nervoso svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento dell’omeostasi. Reagendo in modo sensibile ai vari cambiamenti dell'ambiente esterno o interno, regola l'attività di organi e sistemi in modo tale da prevenire e livellare i cambiamenti e i disturbi che si verificano o potrebbero verificarsi nel corpo.
Grazie allo sviluppo di dispositivi che garantiscono la relativa costanza dell'ambiente interno del corpo, le sue cellule sono meno suscettibili alle mutevoli influenze dell'ambiente esterno. Secondo Cl. Bernard, “la costanza dell’ambiente interno è una condizione per la vita libera e indipendente”.
L’omeostasi ha determinati confini. Quando un organismo si trova, soprattutto per lungo tempo, in condizioni significativamente diverse da quelle a cui è adattato, l’omeostasi viene interrotta e possono verificarsi cambiamenti incompatibili con la vita normale. Pertanto, con un cambiamento significativo della temperatura esterna nella direzione dell'aumento o della diminuzione, la temperatura corporea può aumentare o diminuire e può verificarsi un surriscaldamento o un raffreddamento del corpo, portando alla morte. Allo stesso modo, con una significativa limitazione dell'assunzione di acqua e sali nel corpo o una completa privazione di queste sostanze, la relativa costanza della composizione e delle proprietà fisico-chimiche dell'ambiente interno viene interrotta dopo un po 'di tempo e la vita cessa.
Un elevato livello di omeostasi si verifica solo in determinate fasi dello sviluppo della specie e dell'individuo. Gli animali inferiori non hanno adattamenti sufficientemente sviluppati per mitigare o eliminare gli effetti dei cambiamenti nell'ambiente esterno. Ad esempio, la relativa costanza della temperatura corporea (omeotermia) viene mantenuta solo negli animali a sangue caldo. Negli animali cosiddetti a sangue freddo la temperatura corporea è prossima alla temperatura dell'ambiente esterno ed è variabile (poichilotermia). Un animale appena nato non ha la stessa costanza della temperatura corporea, della composizione e delle proprietà dell'ambiente interno di un organismo adulto.
Anche piccoli disturbi dell'omeostasi portano alla patologia, e quindi la determinazione di indicatori fisiologici relativamente costanti, come la temperatura corporea, la pressione sanguigna, la composizione, le proprietà fisico-chimiche e biologiche del sangue, ecc., è di grande importanza diagnostica.
Come è noto, una cellula vivente è un sistema mobile e autoregolante. La sua organizzazione interna è supportata da processi attivi volti a limitare, prevenire o eliminare spostamenti causati da varie influenze provenienti dall'ambiente esterno ed interno. La capacità di ritornare allo stato originale dopo una deviazione da un certo livello medio causato da uno o un altro fattore di “disturbo” è la proprietà principale della cellula. Un organismo multicellulare è un'organizzazione integrale, i cui elementi cellulari sono specializzati per svolgere varie funzioni. L'interazione all'interno del corpo viene effettuata da complessi meccanismi di regolamentazione, coordinamento e correlazione con la partecipazione di fattori nervosi, umorali, metabolici e di altro tipo. Molti meccanismi individuali che regolano le relazioni intra e intercellulari hanno, in alcuni casi, effetti reciprocamente opposti (antagonisti) che si bilanciano a vicenda. Ciò porta alla creazione di uno sfondo fisiologico mobile (equilibrio fisiologico) nel corpo e consente al sistema vivente di mantenere una relativa costanza dinamica, nonostante i cambiamenti nell'ambiente e gli spostamenti che si verificano durante la vita dell'organismo.
Il termine "omeostasi" fu proposto nel 1929 dal fisiologo W. Cannon, il quale riteneva che i processi fisiologici che mantengono la stabilità nel corpo siano così complessi e diversi che è consigliabile combinarli sotto il nome generale di omeostasi. Tuttavia, nel 1878, C. Bernard scrisse che tutti i processi vitali hanno un solo obiettivo: mantenere la costanza delle condizioni di vita nel nostro ambiente interno. Affermazioni simili si trovano nelle opere di molti ricercatori del XIX e della prima metà del XX secolo. (E. Pfluger, S. Richet, Frederic (L.A. Fredericq), I.M. Sechenov, I.P. Pavlov, K.M. Bykov e altri). I lavori di L.S. furono di grande importanza per lo studio del problema dell'omeostasi. Stern (con colleghi), dedicato al ruolo delle funzioni barriera che regolano la composizione e le proprietà del microambiente di organi e tessuti.
L'idea stessa di omeostasi non corrisponde al concetto di equilibrio stabile (non fluttuante) nel corpo: il principio dell'equilibrio non è applicabile ai complessi processi fisiologici e biochimici che si verificano nei sistemi viventi. È anche sbagliato contrapporre l’omeostasi alle fluttuazioni ritmiche dell’ambiente interno. L'omeostasi in senso lato copre le questioni relative al decorso ciclico e di fase delle reazioni, alla compensazione, alla regolazione e all'autoregolazione delle funzioni fisiologiche, alla dinamica dell'interdipendenza dei componenti nervosi, umorali e di altro tipo del processo regolatorio. I confini dell’omeostasi possono essere rigidi e flessibili, cambiando a seconda dell’età individuale, del sesso, delle condizioni sociali, professionali e di altro tipo.
Di particolare importanza per la vita del corpo è la costanza della composizione del sangue - la matrice fluida del corpo, come dice W. Cannon. È ben nota la stabilità della sua reazione attiva (pH), la pressione osmotica, il rapporto degli elettroliti (sodio, calcio, cloro, magnesio, fosforo), il contenuto di glucosio, il numero di elementi formati e così via. Ad esempio, il pH del sangue, di regola, non va oltre 7,35-7,47. Anche gravi disturbi del metabolismo acido-base con patologia dell'accumulo di acido nel fluido tissutale, ad esempio nell'acidosi diabetica, hanno un effetto minimo sulla reazione ematica attiva. Nonostante il fatto che la pressione osmotica del sangue e dei fluidi tissutali sia soggetta a continue fluttuazioni dovute al costante apporto di prodotti osmoticamente attivi del metabolismo interstiziale, rimane ad un certo livello e cambia solo in determinate condizioni patologiche gravi.
Mantenere una pressione osmotica costante è di fondamentale importanza per il metabolismo dell'acqua e il mantenimento dell'equilibrio ionico nel corpo (vedi Metabolismo del sale marino). La concentrazione di ioni sodio nell'ambiente interno è la più costante. Anche il contenuto di altri elettroliti varia entro limiti ristretti. La presenza di un gran numero di osmocettori nei tessuti e negli organi, comprese le formazioni nervose centrali (ipotalamo, ippocampo), e un sistema coordinato di regolatori del metabolismo dell'acqua e della composizione ionica consente al corpo di eliminare rapidamente i cambiamenti nella pressione osmotica del sangue che si verificano, ad esempio, quando viene introdotta acqua nel corpo.
Nonostante il sangue rappresenti l'ambiente interno generale del corpo, le cellule degli organi e dei tessuti non entrano direttamente in contatto con esso.
Negli organismi multicellulari, ogni organo ha il proprio ambiente interno (microambiente), corrispondente alle sue caratteristiche strutturali e funzionali, e lo stato normale degli organi dipende dalla composizione chimica, dalle proprietà fisico-chimiche, biologiche e di altro tipo di questo microambiente. La sua omeostasi è determinata dallo stato funzionale delle barriere istoematiche e dalla loro permeabilità nelle direzioni sangue→fluido tissutale, fluido tissutale→sangue.
Di particolare importanza è la costanza dell'ambiente interno per l'attività del sistema nervoso centrale: anche piccoli cambiamenti chimici e fisico-chimici che si verificano nel liquido cerebrospinale, nella glia e negli spazi pericellulari possono causare una brusca interruzione nel flusso dei processi vitali in neuroni singoli o nel loro insieme. Un complesso sistema omeostatico, che comprende vari meccanismi neuroumorali, biochimici, emodinamici e altri meccanismi regolatori, è il sistema per garantire livelli ottimali di pressione sanguigna. In questo caso, il limite superiore del livello di pressione sanguigna è determinato dalla funzionalità dei barocettori del sistema vascolare del corpo, mentre il limite inferiore è determinato dalle esigenze di afflusso di sangue del corpo.
I meccanismi omeostatici più avanzati nel corpo degli animali superiori e dell'uomo comprendono processi di termoregolazione; Negli animali omeotermici, le fluttuazioni di temperatura nelle parti interne del corpo non superano i decimi di grado durante gli sbalzi di temperatura più drammatici nell'ambiente.
Diversi ricercatori spiegano i meccanismi biologici generali alla base dell’omeostasi in modi diversi. Pertanto, W. Cannon attribuiva particolare importanza al sistema nervoso superiore L. A. Orbeli considerava la funzione adattivo-trofica del sistema nervoso simpatico uno dei principali fattori dell'omeostasi. Il ruolo organizzativo dell'apparato nervoso (il principio del nervismo) è alla base di idee ampiamente conosciute sull'essenza dei principi dell'omeostasi (I. M. Sechenov, I. P. Pavlov, A. D. Speransky e altri). Tuttavia, né il principio della dominanza (A. A. Ukhtomsky), né la teoria delle funzioni di barriera (L. S. Stern), né la sindrome generale di adattamento (G. Selye), né la teoria dei sistemi funzionali (P. K. Anokhin), né la regolazione ipotalamica di l'omeostasi (N.I. Grashchenkov) e molte altre teorie non risolvono completamente il problema dell'omeostasi.
In alcuni casi, l’idea di omeostasi non è del tutto legittimamente utilizzata per spiegare stati fisiologici isolati, processi e persino fenomeni sociali. È così che sono apparsi in letteratura i termini “immunologico”, “elettrolitico”, “sistemico”, “molecolare”, “fisico-chimico”, “omeostasi genetica” e simili. Sono stati fatti tentativi per ridurre il problema dell'omeostasi al principio di autoregolamentazione. Un esempio di soluzione del problema dell’omeostasi dal punto di vista della cibernetica è il tentativo di Ashby (W. R. Ashby, 1948) di costruire un dispositivo autoregolante che simula la capacità degli organismi viventi di mantenere il livello di determinate quantità entro limiti fisiologicamente accettabili. Alcuni autori considerano l'ambiente interno del corpo come un complesso sistema a catena con molti "input attivi" (organi interni) e indicatori fisiologici individuali (flusso sanguigno, pressione sanguigna, scambio di gas, ecc.), il valore di ciascuno di essi che è determinata dall’attività degli “input”.
In pratica, ricercatori e medici si trovano ad affrontare domande sulla valutazione delle capacità adattative (adattative) o compensative del corpo, sulla loro regolazione, rafforzamento e mobilitazione e sulla previsione delle risposte del corpo alle influenze disturbanti. Alcuni stati di instabilità vegetativa, causati da insufficienza, eccesso o inadeguatezza dei meccanismi regolatori, sono considerati “malattie dell’omeostasi”. Con una certa convenzione, questi possono includere disturbi funzionali del normale funzionamento del corpo associati al suo invecchiamento, ristrutturazione forzata dei ritmi biologici, alcuni fenomeni di distonia vegetativa, reattività iper e ipocompensatoria sotto influenze stressanti ed estreme, e così via.
Valutare lo stato dei meccanismi omeostatici nella fisiologia. Nell'esperimento e nel cuneo, nella pratica vengono utilizzati una varietà di test funzionali dosati (freddo, caldo, adrenalina, insulina, mesatone e altri) con determinazione del rapporto di sostanze biologicamente attive (ormoni, mediatori, metaboliti) nel sangue e nelle urine e così via.
Meccanismi biofisici dell'omeostasi
Meccanismi biofisici dell'omeostasi. Dal punto di vista della biofisica chimica, l'omeostasi è uno stato in cui tutti i processi responsabili delle trasformazioni energetiche nel corpo sono in equilibrio dinamico. Questo stato è il più stabile e corrisponde all'ottimale fisiologico. In accordo con i concetti della termodinamica, un organismo e una cellula possono esistere e adattarsi alle condizioni ambientali in cui è possibile stabilire un corso stazionario di processi fisico-chimici in un sistema biologico, cioè l'omeostasi. Il ruolo principale nello stabilire l'omeostasi spetta principalmente ai sistemi di membrana cellulare, che sono responsabili dei processi bioenergetici e regolano la velocità di ingresso e rilascio di sostanze da parte delle cellule.
Da questo punto di vista, le principali cause del disturbo sono le reazioni non enzimatiche che avvengono nelle membrane, insolite per la vita normale; nella maggior parte dei casi si tratta di reazioni a catena di ossidazione che coinvolgono i radicali liberi che si verificano nei fosfolipidi cellulari. Queste reazioni portano al danneggiamento degli elementi strutturali delle cellule e all'interruzione della funzione regolatoria. I fattori che causano l'interruzione dell'omeostasi includono anche agenti che causano la formazione di radicali: radiazioni ionizzanti, tossine infettive, alcuni alimenti, nicotina, nonché una mancanza di vitamine e così via.
Uno dei principali fattori che stabilizzano lo stato omeostatico e le funzioni delle membrane sono i bioantiossidanti, che inibiscono lo sviluppo di reazioni ossidative dei radicali.
Caratteristiche legate all'età dell'omeostasi nei bambini
Caratteristiche legate all'età dell'omeostasi nei bambini. La costanza dell'ambiente interno del corpo e la relativa stabilità degli indicatori fisici e chimici durante l'infanzia sono assicurate da una pronunciata predominanza dei processi metabolici anabolici rispetto a quelli catabolici. Questa è una condizione indispensabile per la crescita e distingue il corpo del bambino da quello degli adulti, nei quali l’intensità dei processi metabolici è in uno stato di equilibrio dinamico. A questo proposito, la regolazione neuroendocrina dell’omeostasi del corpo del bambino risulta essere più intensa che negli adulti. Ogni periodo di età è caratterizzato da caratteristiche specifiche dei meccanismi di omeostasi e dalla loro regolazione. Pertanto, nei bambini, molto più spesso che negli adulti, si verificano gravi disturbi dell'omeostasi, spesso pericolosi per la vita. Questi disturbi sono spesso associati all'immaturità delle funzioni omeostatiche dei reni, a disturbi del tratto gastrointestinale o della funzione respiratoria dei polmoni.
La crescita di un bambino, espressa in un aumento della massa delle sue cellule, è accompagnata da netti cambiamenti nella distribuzione dei liquidi nel corpo (vedi Metabolismo del sale marino). L'aumento assoluto del volume del fluido extracellulare è in ritardo rispetto al tasso di aumento di peso complessivo, quindi il volume relativo dell'ambiente interno, espresso come percentuale del peso corporeo, diminuisce con l'età. Questa dipendenza è particolarmente pronunciata nel primo anno dopo la nascita. Nei bambini più grandi, la velocità di variazione del volume relativo del liquido extracellulare diminuisce. Il sistema di regolazione della costanza del volume del fluido (regolazione del volume) fornisce una compensazione per le deviazioni nel bilancio idrico entro limiti abbastanza ristretti. L’elevato grado di idratazione dei tessuti nei neonati e nei bambini piccoli fa sì che il fabbisogno di acqua del bambino (per unità di peso corporeo) sia significativamente più elevato rispetto agli adulti. La perdita di acqua o la sua limitazione porta rapidamente allo sviluppo della disidratazione dovuta al settore extracellulare, cioè all'ambiente interno. Allo stesso tempo, i reni, i principali organi esecutivi del sistema di regolazione volumetrica, non garantiscono il risparmio idrico. Il fattore limitante della regolazione è l'immaturità del sistema tubulare renale. Una caratteristica fondamentale del controllo neuroendocrino dell’omeostasi nei neonati e nei bambini piccoli è la secrezione e l’escrezione renale relativamente elevate di aldosterone, che ha un impatto diretto sullo stato di idratazione dei tessuti e sulla funzione tubulare renale.
Anche la regolazione della pressione osmotica del plasma sanguigno e del liquido extracellulare nei bambini è limitata. L'osmolarità dell'ambiente interno fluttua in un intervallo più ampio (±50 mOsm/L) rispetto agli adulti (±6 mOsm/L). Ciò è dovuto alla maggiore superficie corporea per 1 kg di peso e, quindi, a perdite di acqua più significative durante la respirazione, nonché all'immaturità dei meccanismi renali di concentrazione dell'urina nei bambini. I disturbi dell'omeostasi, manifestati dall'iperosmosi, sono particolarmente comuni nei bambini durante il periodo neonatale e nei primi mesi di vita; in età avanzata comincia a predominare l'ipoosmosi, associata principalmente a malattie gastrointestinali o notturne. Meno studiata è la regolazione ionica dell'omeostasi, che è strettamente correlata all'attività dei reni e alla natura della nutrizione.
In precedenza si riteneva che il principale fattore che determinava la pressione osmotica del fluido extracellulare fosse la concentrazione di sodio, ma studi più recenti hanno dimostrato che non esiste una stretta correlazione tra il contenuto di sodio nel plasma sanguigno e il valore della pressione osmotica totale nella patologia. L'eccezione è l'ipertensione plasmatica. Pertanto, l'esecuzione della terapia omeostatica mediante la somministrazione di soluzioni di sali di glucosio richiede il monitoraggio non solo del contenuto di sodio nel siero o nel plasma sanguigno, ma anche dei cambiamenti nell'osmolarità totale del fluido extracellulare. La concentrazione di zucchero e urea è di grande importanza per il mantenimento della pressione osmotica generale nell'ambiente interno. Il contenuto di queste sostanze osmoticamente attive e il loro effetto sul metabolismo del sale marino possono aumentare notevolmente in molte condizioni patologiche. Pertanto, in caso di disturbi dell'omeostasi, è necessario determinare la concentrazione di zucchero e urea. A causa di quanto sopra, nei bambini piccoli, se i regimi salini e proteici sono disturbati, si può sviluppare uno stato di iper- o ipoosmosi latente, iperazotemia (E. Kerpel-Froniusz, 1964).
Un indicatore importante che caratterizza l'omeostasi nei bambini è la concentrazione di ioni idrogeno nel sangue e nel liquido extracellulare. Nel periodo prenatale e postnatale, la regolazione dell'equilibrio acido-base è strettamente correlata al grado di saturazione di ossigeno nel sangue, che è spiegato dalla relativa predominanza della glicolisi anaerobica nei processi bioenergetici. Inoltre, anche l'ipossia moderata nel feto è accompagnata dall'accumulo di acido lattico nei suoi tessuti. Inoltre, l'immaturità della funzione acidogenetica dei reni crea i prerequisiti per lo sviluppo dell'acidosi “fisiologica”. A causa delle peculiarità dell'omeostasi, i neonati spesso sperimentano disturbi al confine tra fisiologico e patologico.
La ristrutturazione del sistema neuroendocrino durante la pubertà è anche associata a cambiamenti nell'omeostasi. Tuttavia, a questa età le funzioni degli organi esecutivi (reni, polmoni) raggiungono il loro massimo grado di maturità, quindi le sindromi gravi o le malattie dell'omeostasi sono rare e più spesso si tratta di cambiamenti compensati nel metabolismo, che possono essere rilevati solo con un esame del sangue biochimico. In clinica, per caratterizzare l'omeostasi nei bambini, è necessario esaminare i seguenti indicatori: ematocrito, pressione osmotica totale, contenuto di sodio, potassio, zucchero, bicarbonati e urea nel sangue, nonché pH del sangue, pO 2 e pCO 2.
Caratteristiche dell'omeostasi nell'età anziana e senile
Caratteristiche dell'omeostasi nell'età anziana e senile. Lo stesso livello di valori omeostatici in diversi periodi di età viene mantenuto a causa di vari cambiamenti nei sistemi di regolazione. Ad esempio, la costanza del livello di pressione sanguigna nei giovani viene mantenuta a causa di una maggiore gittata cardiaca e di una bassa resistenza vascolare periferica totale, e negli anziani e senili - a causa di una maggiore resistenza periferica totale e di una diminuzione della gittata cardiaca. Durante l'invecchiamento del corpo, la costanza delle funzioni fisiologiche più importanti viene mantenuta in condizioni di decrescente affidabilità e di riduzione della possibile gamma di cambiamenti fisiologici nell'omeostasi. La preservazione dell’omeostasi relativa durante cambiamenti strutturali, metabolici e funzionali significativi è ottenuta dal fatto che non solo l’estinzione, la distruzione e il degrado avvengono simultaneamente, ma anche lo sviluppo di specifici meccanismi adattativi. Per questo motivo, viene mantenuto un livello costante di zucchero nel sangue, pH del sangue, pressione osmotica, potenziale della membrana cellulare e così via.
Di notevole importanza nel mantenimento dell'omeostasi durante il processo di invecchiamento sono i cambiamenti nei meccanismi di regolazione neuroumorale, un aumento della sensibilità dei tessuti all'azione di ormoni e mediatori sullo sfondo di un indebolimento delle influenze nervose.
Con l'invecchiamento del corpo, il funzionamento del cuore, la ventilazione polmonare, lo scambio di gas, la funzione renale, la secrezione delle ghiandole digestive, la funzione delle ghiandole endocrine, il metabolismo e altri cambiano in modo significativo. Questi cambiamenti possono essere caratterizzati come omeoresi, una traiettoria naturale (dinamica) di cambiamenti nel tasso metabolico e nelle funzioni fisiologiche con l'età nel tempo. L'importanza del corso dei cambiamenti legati all'età è molto importante per caratterizzare il processo di invecchiamento di una persona e determinare la sua età biologica.
Nella vecchiaia e nella vecchiaia, il potenziale generale dei meccanismi adattivi diminuisce. Pertanto, nella vecchiaia, in condizioni di carico maggiore, stress e altre situazioni, aumenta la probabilità di fallimento dei meccanismi di adattamento e di interruzione dell'omeostasi. Questa diminuzione dell'affidabilità dei meccanismi di omeostasi è uno dei prerequisiti più importanti per lo sviluppo di disturbi patologici in età avanzata.
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L'omeostasi è un processo che avviene indipendentemente nel corpo e mira a stabilizzare lo stato dei sistemi umani quando cambiano le condizioni interne (cambiamenti di temperatura, pressione) o esterne (cambiamenti di clima, fuso orario). Questo nome è stato proposto dal fisiologo americano Cannon. Successivamente, l'omeostasi cominciò a essere chiamata la capacità di qualsiasi sistema (compreso l'ambiente) di mantenere la sua costanza interna.
Concetto e caratteristiche dell'omeostasi
Wikipedia caratterizza questo termine come il desiderio di sopravvivere, adattarsi e svilupparsi. Affinché l'omeostasi sia corretta, è necessario il lavoro coordinato di tutti gli organi e sistemi. In questo caso, tutti i parametri della persona saranno normali. Se qualche parametro nel corpo non è regolato, questo indica disturbi nell'omeostasi.
Le principali caratteristiche dell’omeostasi sono le seguenti:
- analisi delle possibilità di adattamento del sistema a nuove condizioni;
- desiderio di mantenere l'equilibrio;
- incapacità di prevedere in anticipo i risultati della regolamentazione degli indicatori.
Feedback
Il feedback è il vero meccanismo dell’omeostasi. Ecco come il corpo reagisce a qualsiasi cambiamento. Il corpo funziona continuamente per tutta la vita di una persona. Tuttavia, i singoli sistemi devono avere il tempo di riposarsi e riprendersi. Durante questo periodo, il lavoro dei singoli organismi rallenta o si ferma del tutto. Questo processo è chiamato feedback. Un esempio di ciò è un'interruzione del funzionamento dello stomaco, quando il cibo non vi entra. Questa interruzione della digestione garantisce che la produzione di acido si interrompa a causa dell'azione degli ormoni e degli impulsi nervosi.
Esistono due tipi di questo meccanismo, che verrà descritto di seguito.
Feedback negativo
Questo tipo di meccanismo si basa sul fatto che il corpo reagisce ai cambiamenti, cercando di indirizzarli nella direzione opposta. Cioè, si sforza di nuovo per la stabilità. Ad esempio, se l'anidride carbonica si accumula nel corpo, i polmoni iniziano a lavorare più attivamente, la respirazione diventa più frequente, a causa della quale viene rimossa l'anidride carbonica in eccesso. Ed è anche grazie al feedback negativo che si attua la termoregolazione, grazie alla quale il corpo evita il surriscaldamento o l'ipotermia.
Riscontro positivo
Questo meccanismo è esattamente l’opposto del precedente. Nel caso della sua azione, il cambiamento della variabile è solo amplificato dal meccanismo che rimuove il corpo dallo stato di equilibrio. Questo è un processo abbastanza raro e meno desiderabile. Un esempio di ciò potrebbe essere la presenza di potenziale elettrico nei nervi, che, invece di ridurre l'effetto, porta al suo aumento.
Tuttavia, grazie a questo meccanismo, avviene lo sviluppo e la transizione verso nuovi stati, il che significa che è anche necessario per la vita.
Quali parametri regola l’omeostasi?
Nonostante l'organismo cerchi costantemente di mantenere i valori dei parametri importanti per la vita, non sempre essi sono stabili. La temperatura corporea varierà comunque entro un piccolo intervallo, così come la frequenza cardiaca o la pressione sanguigna. Il compito dell'omeostasi è mantenere questo intervallo di valori e aiutare il corpo a funzionare.
Esempi di omeostasi sono la rimozione dei rifiuti dal corpo umano da parte dei reni, delle ghiandole sudoripare, del tratto gastrointestinale e la dipendenza del metabolismo dalla dieta. Di seguito verranno discussi ulteriori dettagli sui parametri regolabili.
Temperatura corporea
L'esempio più sorprendente e semplice di omeostasi è il mantenimento della temperatura corporea normale. Il surriscaldamento del corpo può essere evitato sudando. La temperatura normale varia da 36 a 37 gradi Celsius. Un aumento di questi valori può essere innescato da processi infiammatori, disturbi ormonali e metabolici o da eventuali malattie.
Una parte del cervello chiamata ipotalamo è responsabile del controllo della temperatura corporea. Lì si ricevono segnali di un malfunzionamento del regime di temperatura, che può anche essere espresso in una respirazione rapida, un aumento della quantità di zucchero e una malsana accelerazione del metabolismo. Tutto ciò porta alla letargia, una diminuzione dell'attività degli organi, dopo di che i sistemi iniziano ad adottare misure per regolare gli indicatori di temperatura. Un semplice esempio della risposta termoregolatoria del corpo è la sudorazione..
Vale la pena notare che questo processo funziona anche quando la temperatura corporea scende eccessivamente. In questo modo il corpo può riscaldarsi scomponendo i grassi, che rilasciano calore.
Equilibrio salino
L'acqua è necessaria per il corpo e questo lo sanno bene tutti. Esiste anche una norma di assunzione giornaliera di liquidi di 2 litri. Ogni organismo, infatti, necessita della propria quantità d'acqua, che per alcuni può superare il valore medio, per altri invece non raggiungerlo. Tuttavia, non importa quanta acqua beve una persona, il corpo non accumulerà tutto il liquido in eccesso. L'acqua rimarrà al livello richiesto, mentre tutto l'eccesso verrà eliminato dall'organismo grazie all'osmoregolazione effettuata dai reni.
Omeostasi del sangue
Allo stesso modo viene regolata la quantità di zucchero, cioè il glucosio, che è un elemento importante nel sangue. Una persona non può essere completamente sana se il livello di zucchero è lontano dal normale. Questo indicatore è regolato dal funzionamento del pancreas e del fegato. Quando il livello di glucosio supera la norma, entra in azione il pancreas, che produce insulina e glucagone. Se la quantità di zucchero diventa troppo bassa, il glicogeno del sangue viene trasformato con l'aiuto del fegato.
Pressione normale
L’omeostasi è anche responsabile della normale pressione sanguigna nel corpo. Se viene interrotto, i segnali a riguardo arriveranno dal cuore al cervello. Il cervello reagisce al problema e utilizza gli impulsi per aiutare il cuore a ridurre la pressione alta.
La definizione di omeostasi caratterizza non solo il corretto funzionamento dei sistemi di un organismo, ma può applicarsi anche a intere popolazioni. A seconda di ciò, si distinguono i tipi di omeostasi, descritto sotto.
Omeostasi ecologica
Questa specie è presente in comunità dotate delle condizioni di vita necessarie. Nasce attraverso l'azione di un meccanismo di feedback positivo, quando gli organismi che iniziano ad abitare un ecosistema si moltiplicano rapidamente, aumentando così il loro numero. Ma un insediamento così rapido può portare a una distruzione ancora più rapida delle nuove specie in caso di epidemia o di cambiamento delle condizioni in condizioni meno favorevoli. Pertanto, gli organismi devono adattarsi e stabilizzarsi, che si verifica a causa del feedback negativo. Pertanto, il numero degli abitanti diminuisce, ma diventano più adattabili.
Omeostasi biologica
Questo tipo è proprio caratteristico dei singoli individui, il cui corpo si sforza di mantenere l'equilibrio interno, in particolare, regolando la composizione e la quantità del sangue, della sostanza intercellulare e di altri fluidi necessari per il normale funzionamento del corpo. Allo stesso tempo, l'omeostasi non richiede sempre il mantenimento di parametri costanti, a volte viene raggiunta attraverso l'adattamento e l'adattamento del corpo alle mutate condizioni; A causa di questa differenza, gli organismi sono divisi in due tipi:
- conformazionale: sono quelli che si sforzano di preservare i valori (ad esempio, animali a sangue caldo la cui temperatura corporea dovrebbe essere più o meno costante);
- regolatori, che si adattano (a sangue freddo, avendo temperature diverse a seconda delle condizioni).
In questo caso, l'omeostasi di ciascun organismo è finalizzata a compensare i costi. Se gli animali a sangue caldo non cambiano il loro stile di vita quando la temperatura ambiente scende, gli animali a sangue freddo diventano letargici e passivi per non sprecare energia.
Oltretutto, l'omeostasi biologica comprende i seguenti sottotipi:
- l'omeostasi cellulare ha lo scopo di modificare la struttura del citoplasma e dell'attività enzimatica, nonché la rigenerazione di tessuti e organi;
- l'omeostasi del corpo è assicurata dalla regolazione della temperatura, dalla concentrazione delle sostanze necessarie alla vita e dall'eliminazione dei rifiuti.
Altri tipi
Oltre all'uso in biologia e medicina, questo termine ha trovato applicazione in altri settori.
Mantenimento dell'omeostasi
L'omeostasi viene mantenuta grazie alla presenza nel corpo dei cosiddetti sensori che inviano impulsi al cervello contenenti informazioni sulla pressione e la temperatura corporea, sull'equilibrio salino, sulla composizione del sangue e altri parametri importanti per la vita normale. Non appena alcuni valori iniziano a discostarsi dalla norma, un segnale al riguardo viene inviato al cervello e il corpo inizia a regolare i suoi indicatori.
Questo complesso meccanismo di regolazione incredibilmente importante per la vita. Lo stato normale di una persona viene mantenuto con il corretto rapporto tra sostanze chimiche ed elementi nel corpo. Gli acidi e gli alcali sono necessari per il funzionamento stabile del sistema digestivo e di altri organi.
Il calcio è un materiale strutturale molto importante, senza la giusta quantità una persona non avrà ossa e denti sani. L'ossigeno è essenziale per la respirazione.
Le tossine che entrano nel corpo possono interrompere il buon funzionamento del corpo. Ma per evitare danni alla salute, vengono espulsi grazie al lavoro del sistema urinario.
L'omeostasi funziona senza alcuno sforzo da parte di una persona. Se il corpo è sano, regolerà tutti i processi da solo. Se le persone hanno caldo, i vasi sanguigni si dilatano, provocando arrossamento della pelle. Se fa freddo, tremerai. Grazie a tali risposte del corpo agli stimoli, la salute umana viene mantenuta al livello desiderato.
Omeostasi: mantenimento dell'ambiente interno del corpo
Il mondo intorno a noi è in costante cambiamento. I venti invernali ci costringono a indossare vestiti e guanti caldi, e il riscaldamento centralizzato ci incoraggia a toglierli. Il sole estivo riduce la necessità di trattenere il calore, almeno finché un’efficiente climatizzazione non fa il contrario. Eppure, indipendentemente dalla temperatura ambiente, è improbabile che la temperatura corporea individuale di persone sane vari di molto più di un decimo di grado. Negli esseri umani e in altri animali a sangue caldo, la temperatura delle regioni interne del corpo viene mantenuta a un livello costante intorno ai 37 °C, anche se può aumentare e diminuire leggermente a causa del ritmo quotidiano.
La maggior parte delle persone mangia in modo diverso. C'è chi preferisce una buona colazione, un pranzo leggero e un pranzo abbondante con l'immancabile dolce. Altri non mangiano per gran parte della giornata, ma a mezzogiorno preferiscono fare un buon spuntino e fare un breve pisolino. Alcune persone non fanno altro che masticare, mentre altre sembrano non preoccuparsi affatto del cibo. Eppure, se misuri il livello di zucchero nel sangue degli studenti della tua classe, saranno tutti vicini a 0,001 g (1 mg) per millilitro di sangue, nonostante le grandi differenze nella dieta e nella distribuzione dei pasti.
La regolazione precisa della temperatura corporea e della glicemia sono solo due esempi di funzioni critiche sotto il controllo del sistema nervoso. La composizione dei fluidi che circondano tutte le nostre cellule è continuamente regolata, consentendo una consistenza sorprendente.
Viene chiamato il mantenimento di un ambiente interno costante del corpo omeostasi (homeo - stesso, simile; stasi - stabilità, equilibrio). La responsabilità principale della regolazione omeostatica spetta alle parti autonomiche (autonome) e intestinali del sistema nervoso periferico, nonché al sistema nervoso centrale, che impartisce ordini al corpo attraverso la ghiandola pituitaria e altri organi endocrini. Agendo insieme, questi sistemi coordinano i bisogni del corpo con le condizioni ambientali. (Se questa affermazione ti sembra familiare, ricorda che queste sono esattamente le stesse parole che abbiamo usato per descrivere la funzione principale del cervello.)
Il fisiologo francese Claude Bernard, vissuto nel XIX secolo e dedicatosi interamente allo studio dei processi di digestione e di regolazione del flusso sanguigno, considerava i fluidi corporei come un “ambiente interno” (milieu interne). Organismi diversi possono avere concentrazioni leggermente diverse di determinati sali e temperature normali, ma all'interno di una specie l'ambiente interno degli individui soddisfa gli standard caratteristici di quella specie. Sono consentite solo deviazioni a breve termine e non molto grandi da questi standard, altrimenti il corpo non può rimanere sano e contribuire alla sopravvivenza della specie. Walter B. Cannon, il principale fisiologo americano della metà del secolo, ampliò il concetto di Bernard dell'ambiente interno. Credeva che l'indipendenza dell'individuo dai continui cambiamenti delle condizioni esterne fosse assicurata dal lavoro meccanismi omeostatici, che mantengono la costanza dell'ambiente interno.
La capacità di un organismo di far fronte alle richieste ambientali varia notevolmente da specie a specie. Una persona che utilizza tipi di comportamento complessi oltre ai meccanismi interni di omeostasi, apparentemente ha la massima indipendenza dalle condizioni esterne. Tuttavia, molti animali lo superano in determinate capacità specie-specifiche. Gli orsi polari, ad esempio, sono più resistenti al freddo; alcune specie di ragni e lucertole che vivono nei deserti tollerano meglio il caldo; i cammelli possono resistere più a lungo senza acqua. In questo capitolo esamineremo una serie di strutture che ci consentono di ottenere un certo grado di indipendenza dalle mutevoli condizioni fisiche del mondo esterno. Daremo anche uno sguardo più da vicino ai meccanismi di regolamentazione che mantengono la costanza del nostro ambiente interno.
Gli astronauti indossano tute speciali (tute spaziali), che consentono loro di mantenere una temperatura corporea normale, una tensione di ossigeno nel sangue e una pressione sanguigna sufficienti quando lavorano in un ambiente vicino al vuoto. Speciali sensori integrati in queste tute registrano la concentrazione di ossigeno, la temperatura corporea, le prestazioni cardiache e trasmettono questi dati ai computer del veicolo spaziale e questi a loro volta ai computer di controllo a terra. I computer della navicella spaziale controllata possono far fronte a quasi tutte le situazioni prevedibili relative alle esigenze del corpo. Se si verifica un problema imprevisto, i computer situati sulla Terra sono collegati per risolverlo e inviano nuovi comandi direttamente ai dispositivi della tuta spaziale.
Nel corpo, la registrazione dei dati sensoriali e il controllo locale vengono effettuati dal sistema nervoso autonomo con la partecipazione del sistema endocrino, che assume la funzione di coordinamento generale.
Sistema nervoso autonomo
Alcuni principi generali di organizzazione dei sistemi sensoriali e motori ci saranno molto utili quando studieremo i sistemi di regolazione interna. Tutto tre dipartimenti il sistema nervoso autonomo (autonomo) ha " sensoriale" E " il motore"Componenti. Mentre i primi registrano indicatori dell'ambiente interno, i secondi potenziano o inibiscono l'attività di quelle strutture che portano avanti il processo di regolazione stesso.
I recettori intramuscolari, insieme ai recettori situati nei tendini e in altri luoghi, rispondono alla pressione e allo stiramento. Insieme costituiscono un tipo speciale di sistema sensoriale interno che aiuta a controllare i nostri movimenti.
I recettori coinvolti nell’omeostasi funzionano in modo diverso: rilevano i cambiamenti nella chimica del sangue o le fluttuazioni di pressione nel sistema vascolare e negli organi interni cavi come il tratto digestivo e la vescica. Questi sistemi sensoriali, che raccolgono informazioni sull'ambiente interno, sono molto simili nell'organizzazione ai sistemi che percepiscono i segnali dalla superficie del corpo. I loro neuroni recettori formano i primi interruttori sinaptici all'interno del midollo spinale. Lungo le vie motorie del sistema autonomo sono presenti comandi agli organi che regolano direttamente l'ambiente interno. Questi percorsi iniziano con lo speciale neuroni pregangliari autonomi
midollo spinale. Questa organizzazione ricorda in qualche modo l'organizzazione del livello spinale del sistema motorio.
L'attenzione principale di questo capitolo sarà su quelle componenti motorie del sistema autonomo che innervano i muscoli del cuore, dei vasi sanguigni e dell'intestino, provocandone la contrazione o il rilassamento. Le stesse fibre innervano le ghiandole, provocandone il processo di secrezione.
Sistema nervoso autonomo è composto da due grandi dipartimenti comprensivo E parasimpatico. Entrambe le divisioni condividono una caratteristica strutturale che non abbiamo mai incontrato prima: i neuroni che controllano i muscoli degli organi interni e delle ghiandole si trovano all'esterno del sistema nervoso centrale, formando piccoli gruppi di cellule incapsulate chiamate gangli. Pertanto, nel sistema nervoso autonomo esiste un collegamento aggiuntivo tra il midollo spinale e l'organo di lavoro terminale (effettore).
Neuroni autonomi del midollo spinale combinare le informazioni sensoriali provenienti dagli organi interni e da altre fonti. Su questa base regolano poi l'attività neuroni dei gangli autonomi. Vengono chiamate le connessioni tra i gangli e il midollo spinale fibre pregangliari . Un neurotrasmettitore utilizzato per trasmettere gli impulsi dal midollo spinale ai neuroni gangliari in entrambe le divisioni simpatica e parasimpatica è quasi sempre acetilcolina, lo stesso trasmettitore attraverso il quale i motoneuroni del midollo spinale controllano direttamente i muscoli scheletrici. Come nelle fibre che innervano i muscoli scheletrici, l'azione dell'acetilcolina può essere potenziata in presenza di nicotina e bloccata dal curaro. Assoni in corsa dai neuroni dei gangli autonomi, O fibre postgangliari , poi vai agli organi bersaglio, formando lì molti rami.
Le divisioni simpatica e parasimpatica del sistema nervoso autonomo differiscono l'una dall'altra
1) in base ai livelli ai quali le fibre pregangliari escono dal midollo spinale;
2) in base alla vicinanza dei gangli agli organi bersaglio;
3) dal neurotrasmettitore, che viene utilizzato dai neuroni postgangliari per regolare le funzioni di questi organi bersaglio.
Considereremo ora queste caratteristiche.
Sistema nervoso simpatico
Nel sistema simpatico, pregangliare le fibre emergono dal midollo spinale toracico e lombare. I suoi gangli si trovano abbastanza vicino al midollo spinale e da essi si estendono fibre postgangliari molto lunghe fino agli organi bersaglio (vedi Fig. 63). Il principale trasmettitore dei nervi simpatici è norepinefrina, una delle catecolamine, che funge anche da mediatore nel sistema nervoso centrale.
Riso. 63. Le divisioni simpatica e parasimpatica del sistema nervoso autonomo, gli organi che innervano e i loro effetti su ciascun organo.
Per capire quali organi colpisce il sistema nervoso simpatico, è più semplice immaginare cosa succede a un animale eccitato e pronto per una risposta di lotta o fuga.
Le pupille si dilatano per far entrare più luce; La frequenza cardiaca aumenta e ogni contrazione diventa più potente, il che porta ad un aumento del flusso sanguigno complessivo. Il sangue scorre dalla pelle e dagli organi interni ai muscoli e al cervello. La motilità del sistema gastrointestinale si indebolisce, i processi di digestione rallentano. I muscoli lungo le vie aeree che portano ai polmoni si rilassano, consentendo alla frequenza respiratoria di aumentare e allo scambio di gas di aumentare. Il fegato e le cellule adipose rilasciano più glucosio e acidi grassi, combustibili ad alto contenuto energetico, nel sangue, e al pancreas viene chiesto di produrre meno insulina. Ciò consente al cervello di ricevere una quota maggiore del glucosio circolante nel sangue, poiché, a differenza di altri organi, il cervello non necessita di insulina per utilizzare lo zucchero nel sangue. Il mediatore del sistema nervoso simpatico, che realizza tutti questi cambiamenti, è la norepinefrina.
Esiste un sistema aggiuntivo che ha un effetto ancora più generalizzato per garantire con maggiore precisione tutti questi cambiamenti. Sulla sommità dei boccioli siedono come due piccoli cappelli, ghiandole surrenali . Nella loro parte interna - il midollo - ci sono cellule speciali innervate da fibre simpatiche pregangliari. Durante lo sviluppo embrionale, queste cellule si formano dalle stesse cellule della cresta neurale da cui si formano i gangli simpatici. Pertanto, il midollo è un componente del sistema nervoso simpatico. Quando attivate dalle fibre pregangliari, le cellule midollari rilasciano le proprie catecolamine (norepinefrina ed epinefrina) direttamente nel sangue per essere consegnate agli organi bersaglio (Fig. 64). I mediatori ormonali circolanti servono come esempio di come viene effettuata la regolazione da parte degli organi endocrini (vedi pag. 89).
Sistema nervoso parasimpatico
Nel reparto parasimpatico fibre pregangliari stanno arrivando dal tronco cerebrale(“componente cranica”) e dai segmenti sacrali inferiori del midollo spinale(vedi Fig. 63 sopra). Formano, in particolare, un tronco nervoso molto importante chiamato nervo vago , i cui numerosi rami realizzano tutta l'innervazione parasimpatica del cuore, dei polmoni e del tratto intestinale. (Il nervo vago trasmette anche informazioni sensoriali da questi organi al sistema nervoso centrale.) Pregangliare assoni parasimpatici molto lungo, come loro gangli, di regola, si trovano vicino o all'interno dei tessuti che innervano.
Un trasmettitore viene utilizzato alle terminazioni delle fibre del sistema parasimpatico acetilcolina. La risposta delle corrispondenti cellule bersaglio all'acetilcolina è insensibile agli effetti della nicotina o del curaro. Invece, i recettori dell'acetilcolina vengono attivati dalla muscarina e bloccati dall'atropina.
La predominanza dell'attività parasimpatica crea le condizioni per " riposo e recupero» organismo. Nella sua manifestazione estrema, il modello generale di attivazione parasimpatica ricorda quello stato di riposo che si verifica dopo un pasto soddisfacente. L’aumento del flusso sanguigno al tratto digestivo accelera il movimento del cibo attraverso l’intestino e aumenta la secrezione di enzimi digestivi. La frequenza e la forza delle contrazioni cardiache diminuiscono, le pupille si restringono, il lume delle vie aeree diminuisce e aumenta la formazione di muco in esse. La vescica si contrae. Nel loro insieme, questi cambiamenti riportano il corpo allo stato pacifico che ha preceduto la risposta di lotta o fuga. (Tutto questo è presentato in Fig. 63; vedere anche il Capitolo 6.)
Caratteristiche comparative delle parti del sistema nervoso autonomo
Il sistema simpatico, con le sue fibre postgangliari estremamente lunghe, è molto diverso dal sistema parasimpatico, in cui, al contrario, le fibre pregangliari sono più lunghe ed i gangli sono situati vicino o all'interno degli organi bersaglio. Molti organi interni, come i polmoni, il cuore, le ghiandole salivari, la vescica, le gonadi, ricevono innervazione da entrambe le parti del sistema autonomo (hanno, come si dice, “ doppia innervazione"). Altri tessuti e organi, come le arterie muscolari, ricevono solo innervazione simpatica. In generale si può dire così due reparti lavorano alternativamente: a seconda dell'attività del corpo e dei comandi dei centri vegetativi superiori, prima domina l'uno o l'altro.
Questa caratterizzazione, tuttavia, non è del tutto corretta. Entrambi i sistemi sono costantemente in uno stato di vari gradi di attività.. Il fatto che organi bersaglio come il cuore o l'iride possano rispondere agli impulsi di entrambe le parti riflette semplicemente i loro ruoli complementari. Ad esempio, quando sei molto arrabbiato, la pressione sanguigna aumenta, il che eccita i recettori corrispondenti situati nelle arterie carotidi. Questi segnali vengono ricevuti dal centro integratore del sistema cardiovascolare, situato nella parte inferiore del tronco encefalico e noto come nucleo del tratto solitario. L'eccitazione di questo centro attiva le fibre parasimpatiche pregangliari del nervo vago, che porta ad una diminuzione della frequenza e della forza delle contrazioni cardiache. Allo stesso tempo, sotto l'influenza dello stesso centro vascolare coordinatore, l'attività simpatica viene soppressa, contrastando l'aumento della pressione sanguigna.
Quanto è importante il funzionamento di ciascun dipartimento per le reazioni adattive? Sorprendentemente, non solo gli animali, ma anche le persone possono farlo tollerare l'arresto quasi completo del sistema nervoso simpatico senza conseguenze negative visibili. Questo spegnimento è consigliato per alcune forme di ipertensione persistente.
E qui Non è così facile fare a meno del sistema nervoso parasimpatico. Le persone che hanno subito un'operazione del genere e si trovano al di fuori delle condizioni protettive di un ospedale o di un laboratorio si adattano molto male all'ambiente. Non possono regolare la temperatura corporea se esposti al caldo o al freddo; quando perdono sangue, la regolazione della pressione sanguigna viene interrotta e l’affaticamento si sviluppa rapidamente con qualsiasi attività muscolare intensa.
Sistema nervoso diffuso dell'intestino
Recenti ricerche ne hanno rivelato l'esistenza terza importante divisione del sistema nervoso autonomo - sistema nervoso diffuso dell'intestino . Questo dipartimento è responsabile dell'innervazione e della coordinazione degli organi digestivi. Il suo lavoro è indipendente dai sistemi simpatico e parasimpatico, ma può essere modificato sotto la loro influenza. Questo è un collegamento aggiuntivo che collega i nervi postgangliari autonomi con le ghiandole e i muscoli del tratto gastrointestinale.
I gangli di questo sistema innervano le pareti intestinali. Gli assoni di queste cellule gangliari provocano contrazioni muscolari circolari e longitudinali che spingono il cibo attraverso il tratto gastrointestinale, un processo chiamato peristalsi. Pertanto, questi gangli determinano le caratteristiche dei movimenti peristaltici locali. Quando la massa alimentare si trova all'interno dell'intestino, allunga leggermente le sue pareti, provocando un restringimento dell'area situata leggermente più in alto lungo l'intestino e un rilassamento dell'area situata appena al di sotto. Di conseguenza, la massa alimentare viene spinta ulteriormente. Tuttavia, sotto l'influenza dei nervi parasimpatici o simpatici, l'attività dei gangli intestinali può cambiare. L'attivazione del sistema parasimpatico aumenta la peristalsi e il sistema simpatico la indebolisce.
L'acetilcolina funge da mediatore che stimola la muscolatura liscia dell'intestino. Tuttavia, i segnali inibitori che portano al rilassamento sembrano essere trasmessi da una varietà di sostanze, di cui solo alcune sono state studiate. Tra i neurotrasmettitori intestinali ce ne sono almeno tre che agiscono anche sul sistema nervoso centrale: la somatostatina (vedi sotto), le endorfine e la sostanza P (vedi capitolo 6).
Regolazione centrale delle funzioni del sistema nervoso autonomo
Il sistema nervoso centrale esercita un controllo molto minore sul sistema autonomo rispetto ai sistemi motori sensoriali o scheletrici. Le aree del cervello maggiormente associate alle funzioni autonomiche sono ipotalamo E tronco encefalico, in particolare la parte che si trova direttamente sopra il midollo spinale: il midollo allungato. È da queste aree che provengono le vie principali verso i neuroni autonomici pregangliari simpatici e parasimpatici a livello spinale.
Ipotalamo. L'ipotalamo è una delle regioni del cervello, la cui struttura generale e organizzazione è più o meno simile nei rappresentanti di diverse classi di vertebrati.
In generale, è generalmente accettato ipotalamo - questo è il focus delle funzioni integrative viscerali. I segnali provenienti dai sistemi neurali dell'ipotalamo entrano direttamente nelle reti che eccitano le porzioni pregangliari delle vie nervose autonome. Inoltre, questa regione del cervello esercita un controllo diretto sull'intero sistema endocrino attraverso neuroni specifici che regolano la secrezione di ormoni dalla ghiandola pituitaria anteriore e gli assoni di altri neuroni ipotalamici terminano nella ghiandola pituitaria posteriore. Qui queste terminazioni rilasciano mediatori che circolano nel sangue come ormoni: 1) vasopressina, che aumenta la pressione sanguigna in casi di emergenza quando si verifica una perdita di liquidi o sangue; riduce inoltre l'escrezione di acqua nelle urine (per questo la vasopressina è chiamata anche ormone antidiuretico); 2) ossitocina, stimolando le contrazioni uterine nella fase finale del travaglio.
Riso. 65. Ipotalamo e ghiandola pituitaria. Le principali aree funzionali dell'ipotalamo sono mostrate schematicamente.
Sebbene esistano diversi nuclei chiaramente delimitati tra i gruppi di neuroni ipotalamici, la maggior parte dell'ipotalamo è un insieme di zone con confini sfumati (Fig. 65). Tuttavia, in tre zone sono presenti nuclei abbastanza pronunciati. Consideriamo ora le funzioni di queste strutture.
1. Zona periventricolare direttamente adiacente al terzo ventricolo cerebrale, che passa attraverso il centro dell'ipotalamo. Le cellule che rivestono il ventricolo trasmettono informazioni ai neuroni della zona periventricolare su importanti parametri interni che possono richiedere una regolazione, come la temperatura, la concentrazione di sale, i livelli degli ormoni secreti dalla ghiandola tiroidea, dalle ghiandole surrenali o dalle gonadi secondo le istruzioni dell'ipofisi ghiandola.
2. Zona mediale contiene la maggior parte delle vie attraverso le quali l'ipotalamo esercita il controllo endocrino attraverso la ghiandola pituitaria. Molto approssimativamente possiamo dire che le cellule della zona periventricolare controllano l'effettiva esecuzione dei comandi impartiti all'ipofisi dalle cellule della zona mediale.
3. Via cellule della zona laterale L'ipotalamo è controllato da livelli più alti della corteccia cerebrale e del sistema limbico. Riceve anche informazioni sensoriali dai centri del midollo allungato, che coordinano l'attività respiratoria e cardiovascolare. La zona laterale è dove i centri cerebrali superiori possono apportare modifiche alle reazioni dell’ipotalamo ai cambiamenti dell’ambiente interno. Nella corteccia, ad esempio, c'è confronto delle informazioni provenienti da due fonti: ambiente interno ed esterno. Se, ad esempio, la corteccia giudica che il momento e le circostanze non sono adatte per mangiare, la segnalazione dei sensi di un basso livello di zucchero nel sangue e di uno stomaco vuoto verrà messa da parte fino a un momento più favorevole. È meno probabile che il sistema limbico ignori l’ipotalamo. Piuttosto, questo sistema può aggiungere una colorazione emotiva e motivazionale all’interpretazione dei segnali sensoriali esterni o confrontare la rappresentazione dell’ambiente basata su questi segnali con situazioni simili accadute in passato.
Insieme alle componenti corticale e limbica, l'ipotalamo svolge anche molte azioni integrative di routine, e per periodi di tempo molto più lunghi rispetto a quando svolge funzioni regolatrici a breve termine. L’ipotalamo “sa” in anticipo quali bisogni avrà il corpo durante il normale ritmo quotidiano di vita. Ad esempio, mette il sistema endocrino in piena disponibilità all’azione non appena ci svegliamo. Monitora inoltre l'attività ormonale delle ovaie durante tutto il ciclo mestruale; prende misure per preparare l'utero all'arrivo di un ovulo fecondato. Negli uccelli migratori e nei mammiferi in letargo, l'ipotalamo, con la sua capacità di determinare la durata delle ore diurne, coordina le funzioni vitali del corpo durante cicli che durano diversi mesi. (Questi aspetti della regolamentazione centralizzata delle funzioni interne saranno discussi nei capitoli 5 e 6.)
Midollo(talamo e ipotalamo)
L’ipotalamo costituisce meno del 5% della massa cerebrale totale. Tuttavia, questa piccola quantità di tessuto contiene centri che supportano tutte le funzioni del corpo, ad eccezione dei movimenti respiratori spontanei, della regolazione della pressione sanguigna e del ritmo cardiaco. Queste ultime funzioni dipendono dal midollo allungato (vedi Fig. 66). Nelle lesioni cerebrali traumatiche si verifica la cosiddetta "morte cerebrale" quando tutti i segni dell'attività elettrica della corteccia scompaiono e si perde il controllo da parte dell'ipotalamo e del midollo allungato, sebbene con l'aiuto della respirazione artificiale sia ancora possibile mantenere una saturazione sufficiente del sangue circolante con ossigeno.
continuazione
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