Organizm zwierząt wyższych wykształcił adaptacje, które przeciwdziałają wielu wpływom środowiska zewnętrznego, zapewniając stosunkowo stałe warunki istnienia komórek. Ma to ogromne znaczenie dla funkcjonowania całego organizmu. Ilustrujemy to przykładami. Komórki ciała zwierząt stałocieplnych, czyli zwierząt o stałej temperaturze ciała, normalnie funkcjonują jedynie w wąskich granicach temperatur (u człowieka 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 otoczenia. 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 przenoszenie ciepła. Zatem w niskich temperaturach otoczenia wzrasta wytwarzanie ciepła, a przenikanie ciepła maleje. Dlatego też, gdy temperatura zewnętrzna ulega wahaniom (w pewnych granicach), temperatura ciała pozostaje stała.
Funkcje komórek organizmu są prawidłowe tylko wtedy, gdy ciśnienie osmotyczne jest w miarę stałe, co wynika ze stałej zawartości elektrolitów i wody w komórkach. Zmiany ciśnienia osmotycznego – jego spadek lub wzrost – prowadzą do nagłych zaburzeń w funkcjonowaniu i strukturze komórek. Organizm jako całość może przez jakiś czas istnieć nawet przy nadmiarze i niedoborze wody oraz przy dużych i małych ilościach soli w pożywieniu. Wyjaśnia to obecność w ciele urządzeń, które pomagają w utrzymaniu
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 w przypadku niedoboru wody zostaje zatrzymana w organizmie. Podobnie narządy wydalnicze regulują zawartość elektrolitów w organizmie: szybko usuwają ich nadmiar lub zatrzymują w płynach ustrojowych, gdy spożycie soli jest niewystarczające.
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 i na zewnątrz komórki uzyskuje się dzięki specjalnemu mechanizmowi, który zatrzymuje jony potasu wewnątrz komórki i nie pozwala na gromadzenie się jonów sodu w komórce. Mechanizm ten, którego natura nie jest jeszcze jasna, nazywany jest pompą sodowo-potasową i jest związany z procesem metabolicznym komórki.
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, zależnym od obecności tzw. układów buforowych we krwi i płynie tkankowym (s. 48) oraz od aktywności narządów wydalniczych. Kiedy we krwi wzrasta zawartość kwasów lub zasad, są one szybko eliminowane z organizmu, utrzymując w ten sposób stałość stężenia jonów wodorowych w środowisku wewnętrznym.
Komórki, zwłaszcza komórki nerwowe, są bardzo wrażliwe na zmiany poziomu cukru we krwi, który służy jako ważny składnik odżywczy. Dlatego stałość poziomu cukru we krwi ma ogromne znaczenie dla procesu życiowego. Osiąga się to poprzez to, że gdy wzrasta poziom cukru we krwi w wątrobie i mięśniach, syntetyzuje się z niego odkładający się w komórkach polisacharyd – glikogen, a gdy poziom cukru we krwi spada, glikogen rozkłada się w wątrobie i mięśniach a cukier winogronowy jest uwalniany do krwi.
Stałość składu chemicznego i właściwości fizykochemicznych środowiska wewnętrznego jest ważną cechą organizmów zwierząt wyższych. Aby oznaczyć 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 wskaźnikami 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 stale wykonywaną pracę wielu narządów i tkanek, w wyniku czego zmiany składu i właściwości fizykochemicznych środowiska wewnętrznego, jakie zachodzą pod wpływem zmian środowiska zewnętrznego oraz w wyniku wyniki życiowej aktywności organizmu są wyrównane.
Rola różnych narządów i ich układów w utrzymaniu homeostazy jest różna. W ten sposób układ trawienny dba o to, aby składniki odżywcze przedostawały się do krwioobiegu w postaci, w której mogą zostać wykorzystane przez komórki organizmu. Układ krwionośny zapewnia ciągły ruch krwi i transport różnych substancji w organizmie, w wyniku czego do komórek dostarczane są składniki odżywcze, tlen i różne związki chemiczne powstające w samym organizmie, a produkty rozkładu, w tym dwutlenek węgla, uwalniane przez komórki przedostają się do narządów, które usuwają je z organizmu. Narządy oddechowe zapewniają dopływ tlenu do krwi i usuwanie dwutlenku 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 tym samym w płynie tkankowym i komórkach organizmu .
Układ nerwowy odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy. Wrażliwie reagując na różne zmiany w środowisku zewnętrznym lub wewnętrznym, reguluje pracę narządów i układów w taki sposób, aby zapobiec i wyrównać przesunięcia i zaburzenia, które zachodzą lub mogą wystąpić w organizmie.
Dzięki rozwojowi urządzeń 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 granice. Kiedy organizm, zwłaszcza przez długi czas, przebywa w warunkach znacznie odbiegających od tych, do których jest przystosowany, homeostaza zostaje zakłócona i mogą nastąpić zmiany nie do pogodzenia z normalnym życiem. Zatem przy znacznej zmianie temperatury zewnętrznej w kierunku rosnącym lub malejącym, temperatura ciała może wzrosnąć lub spaść i może nastąpić przegrzanie lub ochłodzenie 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 ustanie życie.
Wysoki poziom homeostazy występuje tylko na określonych etapach rozwoju gatunkowego i indywidualnego. Zwierzęta niższe nie mają dostatecznie rozwiniętych przystosowań do łagodzenia lub eliminowania skutków zmian w środowisku zewnętrznym. Na przykład względna stałość temperatury ciała (homeotermia) utrzymuje się tylko u zwierząt stałocieplnych. U tzw. zwierząt zmiennocieplnych temperatura ciała jest zbliżona do temperatury środowiska zewnętrznego i jest zmienna (poikilotermia). Nowo narodzone zwierzę nie ma takiej stałości temperatury ciała, składu i właściwości środowiska wewnętrznego jak organizm dorosły.
Nawet niewielkie zaburzenia homeostazy prowadzą do patologii, dlatego też określenie względnie stałych wskaźników fizjologicznych, takich jak temperatura ciała, ciśnienie krwi, skład, właściwości fizykochemiczne i biologiczne krwi itp., ma ogromne znaczenie diagnostyczne.
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 środowiska zewnętrznego i 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 integralną, 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 (antagonistyczne) skutki, które się równoważą. Prowadzi to do powstania ruchomego tła fizjologicznego (równowagi fizjologicznej) w organizmie i pozwala układowi żywemu zachować względną stałość dynamiczną, pomimo zmian w środowisku i przesunięć zachodzących w trakcie życia organizmu.
Termin „homeostaza” zaproponował w 1929 roku fizjolog W. Cannon, który uważał, że procesy fizjologiczne utrzymujące stabilność organizmu są na tyle złożone i różnorodne, że celowe jest łączenie ich pod ogólną nazwą homeostaza. Jednak już w 1878 roku C. Bernard napisał, że wszystkie procesy życiowe mają tylko jeden cel - utrzymanie stałości warunków życia w naszym środowisku wewnętrznym. Podobne stwierdzenia można znaleźć w pracach wielu badaczy XIX i pierwszej połowy XX wieku. (E. Pfluger, S. Richet, Frederic (L.A. Fredericq), I.M. Sechenov, I.P. Pavlov, K.M. Bykov i inni). Prace L.S. miały ogromne znaczenie dla badania problemu homeostazy. Sterna (wraz z kolegami), poświęcony roli funkcji barierowych regulujących skład i właściwości mikrośrodowiska narządów i tkanek.
Sama idea homeostazy nie koresponduje z koncepcją stabilnej (niezmiennej) równowagi w organizmie – zasada równowagi nie ma zastosowania do złożonych procesów fizjologicznych i biochemicznych zachodzących w układach żywych. Błędne jest także przeciwstawianie homeostazy rytmicznym wahaniom środowiska wewnętrznego. Homeostaza w szerokim znaczeniu obejmuje zagadnienia cyklicznego i fazowego przebiegu reakcji, kompensacji, regulacji i samoregulacji funkcji fizjologicznych, dynamiki współzależności układu nerwowego, humoralnego i innych elementów procesu regulacyjnego. Granice homeostazy mogą być sztywne i elastyczne, zmieniać się w zależności od indywidualnego wieku, płci, warunków społecznych, zawodowych i innych.
Szczególne znaczenie dla życia organizmu ma stałość składu krwi – płynnej matrycy organizmu, jak to ujmuje W. Cannon. Stabilność jego aktywnej reakcji (pH), ciśnienie osmotyczne, stosunek elektrolitów (sodu, wapnia, chloru, magnezu, fosforu), zawartość glukozy, liczba utworzonych pierwiastków itp. są dobrze znane. Na przykład pH krwi z reguły nie przekracza 7,35-7,47. Nawet ciężkie zaburzenia gospodarki kwasowo-zasadowej z patologią gromadzenia się kwasu 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 tylko w pewnych ciężkich stanach patologicznych.
Utrzymanie stałego ciśnienia osmotycznego ma ogromne znaczenie dla metabolizmu wody i utrzymania równowagi jonowej w organizmie (patrz: Metabolizm wody i soli). Stężenie jonów sodu w środowisku wewnętrznym jest najbardziej stałe. 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 jonów pozwala organizmowi szybko eliminować zmiany ciśnienia osmotycznego krwi, które powstają na przykład po wprowadzeniu wody do organizmu.
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 kierunkach 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 przepływu procesów życiowych w organizmie. pojedynczych neuronów lub w ich zespołach. Złożony układ homeostatyczny, obejmujący różne mechanizmy neurohumoralne, biochemiczne, hemodynamiczne i inne mechanizmy regulacyjne, to system zapewniający optymalny poziom ciśnienia krwi. W tym przypadku górną granicę poziomu ciśnienia krwi wyznacza funkcjonalność baroreceptorów układu naczyniowego organizmu, a dolną – potrzebami ukrwienia organizmu.
Do najbardziej zaawansowanych mechanizmów homeostatycznych w organizmie zwierząt wyższych i człowieka zaliczają się procesy termoregulacji; U zwierząt homeotermicznych wahania temperatury wewnętrznych części ciała nie przekraczają dziesiątych części stopnia podczas najbardziej dramatycznych zmian temperatury otoczenia.
Różni badacze na różne sposoby wyjaśniają ogólne mechanizmy biologiczne leżące u podstaw homeostazy. Dlatego W. Cannon przywiązywał szczególną wagę do wyższego układu nerwowego; L. A. Orbeli uważał funkcję adaptacyjno-troficzną współczulnego układu nerwowego za jeden z wiodących czynników homeostazy. Organizująca rola aparatu nerwowego (zasada nerwizmu) leży u podstaw powszechnie znanych pomysłów na temat istoty zasad homeostazy (I. M. Sechenov, I. P. Pavlov, A. D. Speransky i inni). Jednak ani zasada dominacji (A. A. Ukhtomsky), ani teoria funkcji barierowych (L. S. Stern), ani ogólny zespół adaptacyjny (G. Selye), ani teoria układów funkcjonalnych (P. K. Anokhin), ani podwzgórzowa regulacja funkcji homeostaza (N.I. Grashchenkov) i wiele innych teorii nie rozwiązuje całkowicie problemu homeostazy.
W niektórych przypadkach idea homeostazy nie jest w pełni uzasadniona w celu wyjaśnienia izolowanych stanów fizjologicznych, procesów, a nawet zjawisk społecznych. W ten sposób w literaturze pojawiły się określenia „immunologiczny”, „elektrolit”, „ustrojowy”, „molekularny”, „fizykochemiczny”, „homeostaza genetyczna” i tym podobne. Podejmowano próby sprowadzenia problemu homeostazy do zasady samoregulacji. Przykładem rozwiązania problemu homeostazy z punktu widzenia cybernetyki jest próba Ashby’ego (W. R. Ashby, 1948) skonstruowania urządzenia samoregulującego, modelującego zdolność organizmów żywych do utrzymywania poziomu określonych wielkości w dopuszczalnych fizjologicznie granicach. Niektórzy autorzy rozważają środowisko wewnętrzne organizmu w postaci złożonego układu łańcuchowego z wieloma „aktywnymi wejściami” (narządy wewnętrzne) i indywidualnymi wskaźnikami fizjologicznymi (przepływ krwi, ciśnienie krwi, wymiana gazowa itp.), Wartość każdego z nich który jest określony przez aktywność „wejść”.
W praktyce badacze i klinicyści stają przed pytaniami dotyczącymi oceny zdolności adaptacyjnych (adaptacyjnych) lub kompensacyjnych organizmu, ich regulacji, wzmacniania i mobilizacji oraz przewidywania reakcji organizmu na zakłócające wpływy. Niektóre stany niestabilności wegetatywnej, spowodowane niedoborem, nadmiarem lub nieadekwatnością mechanizmów regulacyjnych, nazywane są „chorobami homeostazy”. Przy pewnej konwencji mogą to być zaburzenia funkcjonalne w normalnym funkcjonowaniu organizmu związane z jego starzeniem się, wymuszona restrukturyzacja rytmów biologicznych, niektóre zjawiska dystonii wegetatywnej, reaktywność hiper- i hipokompensacyjna pod wpływem stresu i ekstremalnych wpływów i tak dalej.
Ocena stanu mechanizmów homeostatycznych w fizjolu. W eksperymencie i praktyce klinowej stosuje się różnorodne dozowane testy funkcjonalne (zimno, ciepło, adrenalina, insulina, mezaton i inne) z określeniem stosunku substancji biologicznie czynnych (hormonów, mediatorów, metabolitów) we krwi i moczu i tak dalej.
Biofizyczne mechanizmy homeostazy
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, czyli homeostazę. 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 tego punktu widzenia głównymi przyczynami zaburzenia są reakcje nieenzymatyczne zachodzące w błonach, nietypowe dla normalnego życia; 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 regulacyjnych. Czynniki powodujące zaburzenie homeostazy obejmują również czynniki powodujące powstawanie rodników - promieniowanie jonizujące, zakaźne toksyny, niektóre pokarmy, nikotynę, a także brak witamin i tak dalej.
Jednym z głównych czynników stabilizujących stan homeostatyczny i funkcje błon są bioprzeciwutleniacze, które hamują rozwój rodnikowych reakcji oksydacyjnych.
Związane z wiekiem cechy homeostazy u dzieci
Związane z wiekiem cechy homeostazy u dzieci. Stałość wewnętrznego środowiska organizmu i względną stabilność wskaźników fizycznych i chemicznych w dzieciństwie zapewnia wyraźna przewaga anabolicznych procesów metabolicznych nad katabolicznymi. Jest to niezbędny warunek wzrostu i odróżnia organizm dziecka od organizmu osoby dorosłej, u której intensywność procesów metabolicznych znajduje się w stanie dynamicznej równowagi. Pod tym względem neuroendokrynna regulacja homeostazy organizmu dziecka okazuje się 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 wiążą się z niedojrzałością funkcji homeostatycznych nerek, zaburzeniami przewodu pokarmowego lub funkcją oddechową płuc.
Wzrostowi dziecka, wyrażającemu się wzrostem masy jego komórek, towarzyszą wyraźne zmiany w rozmieszczeniu płynów w organizmie (patrz: Metabolizm wody i soli). 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. Układ regulacji stałości objętości płynu (regulacja objętości) zapewnia kompensację odchyleń bilansu wodnego w dość wąskich granicach. Wysoki stopień nawodnienia tkanek u noworodków i małych dzieci powoduje, że zapotrzebowanie dziecka na wodę (w przeliczeniu na jednostkę masy ciała) jest znacznie większe niż u dorosłych. Utrata wody lub jej ograniczenie szybko prowadzi do rozwoju odwodnienia za sprawą sektora zewnątrzkomórkowego, czyli środowiska wewnętrznego. Jednocześnie nerki - główne narządy wykonawcze w układzie wolumoregulacji - nie zapewniają oszczędności wody. Czynnikiem ograniczającym regulację jest niedojrzałość układu kanalików nerkowych. Kluczową cechą neuroendokrynnej kontroli homeostazy u noworodków i małych dzieci jest stosunkowo wysokie wydzielanie i wydalanie przez nerki aldosteronu, co ma bezpośredni wpływ na stan nawodnienia tkanek i czynność 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 u dorosłych (±6 mOsm/L). Wynika to z większej powierzchni ciała na 1 kg masy ciała, a co za tym idzie z większych strat wody podczas oddychania, a także z niedojrzałości 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 chorobami nocnymi. Mniej zbadana jest jonowa regulacja homeostazy, która jest ściśle związana z pracą nerek i charakterem odżywiania.
Wcześniej uważano, że głównym czynnikiem determinującym ciśnienie osmotyczne płynu zewnątrzkomórkowego jest stężenie sodu, jednak nowsze badania wykazały, że nie ma ścisłej korelacji pomiędzy zawartością sodu w osoczu krwi a wartością całkowitego ciśnienia osmotycznego w patologii. Wyjątkiem jest nadciśnienie plazmatyczne. Dlatego prowadzenie terapii homeostatycznej poprzez podawanie roztworów soli glukozy wymaga monitorowania nie tylko zawartości sodu w surowicy lub osoczu krwi, ale także zmian w osmolarności całkowitej płynu pozakomórkowego. Stężenie cukru i mocznika ma ogromne znaczenie w utrzymaniu ogólnego ciśnienia osmotycznego w środowisku wewnętrznym. Zawartość tych substancji osmotycznie czynnych i ich wpływ na metabolizm wody i soli może gwałtownie wzrosnąć w wielu stanach patologicznych. Dlatego w przypadku jakichkolwiek zaburzeń homeostazy konieczne jest oznaczenie stężenia cukru i mocznika. W związku z powyższym u małych dzieci, w przypadku zaburzenia reżimu wodno-solnego i białkowego, może rozwinąć się stan utajonej hiper- lub hipoosmozy, hiperazotemia (E. Kerpel-Froniusz, 1964).
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”. Ze względu na specyfikę homeostazy noworodki często doświadczają zaburzeń na granicy fizjologicznej i patologicznej.
Restrukturyzacja układu neuroendokrynnego w okresie dojrzewania wiąże się również ze zmianami w homeostazie. Jednak funkcje narządów wykonawczych (nerki, płuca) osiągają w tym wieku swój maksymalny stopień dojrzałości, dlatego ciężkie zespoły czy choroby homeostazy są rzadkie, a częściej mówimy o skompensowanych zmianach w metabolizmie, które można jedynie wykryć z biochemicznym badaniem krwi. W klinice, aby scharakteryzować homeostazę u dzieci, należy zbadać następujące wskaźniki: hematokryt, całkowite ciśnienie osmotyczne, zawartość sodu, potasu, cukru, wodorowęglanów i mocznika we krwi, a także pH krwi, pO 2 i pCO 2.
Cechy homeostazy w wieku starczym i starczym
Cechy homeostazy w wieku starczym i starczym. Ten sam poziom wartości homeostatycznych w różnych okresach wiekowych utrzymuje się ze względu na różne przesunięcia w systemach ich regulacji. Przykładowo stałość poziomu ciśnienia krwi u młodych ludzi 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 podczas znaczących zmian strukturalnych, metabolicznych i funkcjonalnych osiąga się dzięki temu, że jednocześnie zachodzą nie tylko wymieranie, zakłócenia i degradacja, ale także rozwój specyficznych mechanizmów adaptacyjnych. Dzięki temu utrzymuje się stały poziom cukru we krwi, pH krwi, ciśnienie osmotyczne, potencjał błony komórkowej i tak dalej.
Duże znaczenie w utrzymaniu homeostazy w procesie starzenia mają zmiany w mechanizmach regulacji neurohumoralnej, wzrost wrażliwości tkanek na działanie hormonów i mediatorów na tle osłabienia wpływów nerwowych.
Wraz z wiekiem organizmu znacząco zmienia się funkcjonowanie serca, wentylacja płuc, wymiana gazowa, czynność nerek, wydzielanie gruczołów trawiennych, czynność gruczołów dokrewnych, metabolizm i inne. Zmiany te można scharakteryzować jako homeorezę – naturalną trajektorię (dynamikę) zmian tempa metabolizmu i funkcji fizjologicznych wraz z wiekiem. Znaczenie przebiegu zmian związanych z wiekiem jest bardzo istotne dla charakterystyki procesu starzenia się człowieka i określenia jego wieku biologicznego.
W starszym wieku ogólny potencjał mechanizmów adaptacyjnych maleje. Dlatego w starszym wieku, pod zwiększonymi obciążeniami, stresem i innymi sytuacjami, wzrasta prawdopodobieństwo awarii mechanizmów adaptacyjnych i zakłócenia homeostazy. To zmniejszenie niezawodności mechanizmów homeostazy jest jedną z najważniejszych przesłanek rozwoju zaburzeń patologicznych w starszym wieku.
Czy jesteś kategorycznie niezadowolony z perspektywy zniknięcia z tego świata na zawsze? Czy chcesz żyć innym życiem? Zacząć wszystko od nowa? Naprawić błędy tego życia? Spełnić niespełnione marzenia? Kliknij link:
Homeostaza(z greckiego - podobny, identyczny + stan, bezruch) - względna dynamiczna stałość składu i właściwości środowiska wewnętrznego oraz stabilność podstawowych funkcji fizjologicznych żywego organizmu; utrzymanie stałości składu gatunkowego i liczebności osobników w biocenozach; zdolność populacji do utrzymania dynamicznej równowagi składu genetycznego, która zapewnia jej maksymalną żywotność. ( TSB)
Homeostaza- stałość cech istotnych dla życia układu w obecności zakłóceń w środowisku zewnętrznym; stan względnej stałości; względna niezależność środowiska wewnętrznego od warunków zewnętrznych. (Nowoselcew V.N.)
Homeostaza - zdolność układu otwartego do utrzymania stałości swojego stanu wewnętrznego poprzez skoordynowane reakcje mające na celu utrzymanie równowagi dynamicznej.
Amerykański fizjolog Walter B. Cannon w swojej książce The Wisdom of the Body z 1932 roku zaproponował ten termin jako nazwę „skoordynowanych procesów fizjologicznych, które podtrzymują większość stanów stacjonarnych organizmu”.
Słowo " homeostaza można przetłumaczyć jako „moc stabilności”.
Termin homeostaza jest najczęściej używany w biologii. Organizmy wielokomórkowe, aby istnieć, muszą utrzymywać stałe środowisko wewnętrzne. 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 systemy – takie jak organizm ludzki – muszą mieć homeostazę, aby pozostać stabilnymi i istnieć. Systemy te nie tylko muszą dążyć do przetrwania, ale także muszą dostosowywać się do zmian środowiskowych i ewoluować.
Układy homeostatyczne mają następujące właściwości:
- Niestabilność: system testuje, jak najlepiej się dostosować.
- Dążenie do równowagi: cała organizacja wewnętrzna, strukturalna i funkcjonalna systemów przyczynia się do utrzymania równowagi.
- Nieprzewidywalność: wynik określonego działania może często różnić się od oczekiwanego.
Przykłady homeostazy u ssaków:
- Regulacja ilości składników mineralnych i wody w organizmie - osmoregulacja. Przeprowadzane w nerkach.
- Usuwanie produktów przemiany materii - wydalanie. Odbywa się to przez narządy zewnątrzwydzielnicze - nerki, płuca, gruczoły potowe.
- Regulacja temperatury ciała. Obniżenie temperatury poprzez pocenie się, różne reakcje termoregulacyjne.
- Regulacja poziomu glukozy we krwi. Zajmowane głównie przez wątrobę, insulinę i glukagon wydzielane przez trzustkę.
Należy pamiętać, że chociaż organizm znajduje się 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
Kiedy następuje zmiana zmiennych, system reaguje na dwa główne typy informacji zwrotnych:
1. Negatywne opinie, wyrażający się jako reakcja, w której system reaguje w sposób odwracający kierunek zmian. Ponieważ sprzężenie zwrotne służy utrzymaniu stałości układu, pozwala na utrzymanie homeostazy.
Na przykład, gdy wzrasta stężenie dwutlenku węgla w organizmie człowieka, do płuc dociera 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 temperatury.
2. Pozytywne opinie, co wyraża się poprzez zwiększenie zmiany zmiennej. Działa destabilizująco i dlatego 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 zdarzenia po urodzeniu to kolejne przykłady pozytywnego sprzężenia zwrotnego.
Stabilne systemy wymagają kombinacji obu typów sprzężenia zwrotnego. Podczas gdy negatywne sprzężenie zwrotne umożliwia powrót do stanu homeostatycznego, pozytywne sprzężenie zwrotne służy do przejścia do zupełnie nowego (i być może mniej pożądanego) stanu homeostazy, czyli sytuacji zwanej „metastabilnością”. Takie katastrofalne zmiany mogą wystąpić na przykład wraz ze wzrostem zawartości składników pokarmowych w rzekach o czystej wodzie, co prowadzi do homeostatycznego stanu wysokiej eutrofizacji (przerost glonów w korycie rzeki) i zmętnienia.
Homeostaza ekologiczna obserwowane w zbiorowiskach kulminacyjnych z maksymalną dostępną zmiennością biologiczną w sprzyjających warunkach środowiskowych.
W ekosystemach zakłóconych lub subklimaksowych zbiorowiskach biologicznych – takich jak wyspa Krakatoa, po masowej erupcji wulkanu w 1883 r. – stan homeostazy poprzedniego leśnego ekosystemu kulminacyjnego został zniszczony, podobnie jak całe życie na tej wyspie. W latach następujących po erupcji Krakatau przeszło łańcuch zmian ekologicznych, w wyniku których nowe gatunki roślin i zwierząt następowały po sobie, co doprowadziło do różnorodności biologicznej i wynikającej z niej społeczności kulminacyjnej. Sukcesja ekologiczna na Krakatoa przebiegała w kilku etapach. Pełny łańcuch sukcesji prowadzący do kulminacji nazywa się preseria. Na przykładzie Krakatoa na wyspie rozwinęło się zbiorowisko kulminacyjne obejmujące osiem tysięcy różnych gatunków, odnotowane w 1983 r., sto lat po tym, jak erupcja zniszczyła na niej życie. Dane potwierdzają, że sytuacja przez pewien czas pozostaje w homeostazie, a pojawienie się nowych gatunków bardzo szybko prowadzi do szybkiego zaniku starych.
Przypadek Krakatoa i innych zaburzonych lub nienaruszonych ekosystemów pokazuje, że początkowa kolonizacja przez gatunki pionierskie następuje w drodze strategii reprodukcyjnych z pozytywnym sprzężeniem zwrotnym, w ramach których gatunki rozprzestrzeniają się, wytwarzając jak najwięcej potomstwa, ale przy niewielkich 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 poprzez negatywne sprzężenie zwrotne dostosowują się do specyficznych warunków swojego środowiska. Gatunki te są starannie kontrolowane przez potencjalną pojemność ekosystemu i stosują inną strategię - produkują mniej potomstwa, którego sukces reprodukcyjny jest inwestowany w większą ilość energii w mikrośrodowisku swojej specyficznej niszy ekologicznej.
Rozwój zaczyna się od społeczności pionierskiej i kończy się na społeczności kulminacyjnej. Ta kulminacyjna społeczność tworzy się, 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 z dojrzałego drzewa tropikalnego zapewnia przestrzeń 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 i cyklu składników odżywczych przeprowadzanych przez bakterie, owady i 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 bioregionalna odgrywa również rolę w homeostatycznej stabilności regionu biologicznego, czyli biomu.
Homeostaza biologiczna pełni funkcję podstawowej cechy organizmów żywych i jest rozumiana 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 oznacza to, że organizmy konformacyjne nie mają 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 na utrzymanie homeostazy niż ssaki.
Homeostaza w organizmie człowieka
Na zdolność płynów ustrojowych do podtrzymywania życia wpływają różne czynniki, w tym takie parametry, jak temperatura, zasolenie, kwasowość i 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 utrzymujące je na wymaganym poziomie.
Homeostazy nie można uważać za przyczynę tych nieświadomych procesów adaptacyjnych. Należy to postrzegać jako ogólną cechę wielu normalnych procesów działających wspólnie, a nie jako ich pierwotną przyczynę. Co więcej, istnieje wiele zjawisk biologicznych, które nie pasują do tego modelu, takich jak anabolizm. ( Z Internetu)
Homeostaza- względna dynamiczna stabilność cech środowiska wewnętrznego obiektów biologicznych i społecznych (suprabiologicznych).
W związku z do firmy homeostaza- to stabilność procesów wewnętrznych przy minimalnym wysiłku personelu. ( Korolev V.A.)
Homeostat
Homeostat- mechanizm utrzymywania dynamicznej stałości funkcjonowania systemu w określonych granicach.
(Stiepanow A.M.)
Homeostat(starożytny grecki - podobny, identyczny + stojący, nieruchomy) - mechanizm zapewniający homeostazę, zespół połączeń sygnałowo-regulacyjnych, które koordynują działanie i interakcję części firmy a także dostosować swoje zachowanie w relacjach ze zmieniającym się środowiskiem zewnętrznym w celu zapewnienia homeostazy. Synonim archaicznego terminu „zarządzanie”, który w firmach o niższych poziomach ewolucji jest tradycyjnie rozumiany jako dowodzenie i odpowiednio mechanizm zapewniający przekazywanie i wykonywanie poleceń; te. spełniając tylko część funkcji homeostatycznych. ( Korolev V.A.)
Homeostat- samoorganizujący się system, który modeluje zdolność organizmów żywych do utrzymywania określonych wartości w fizjologicznie akceptowalnych granicach. Zaproponowany w 1948 roku przez angielskiego naukowca z zakresu biologii i cybernetyki W. R. Ashby'ego, który zaprojektował go w postaci urządzenia składającego się z czterech elektromagnesów połączonych ze sprzężeniem zwrotnym. ( TSB)
Homeostat- analogowe urządzenie elektromechaniczne, które symuluje zdolność organizmów żywych do utrzymania niektórych ich cech (na przykład temperatury ciała, zawartości tlenu we krwi) w dopuszczalnych granicach. Zasada homeostatu służy do określania optymalnych wartości parametrów technicznych systemów automatycznego sterowania (na przykład autopilotów). ( BEKM)
„W związku z kwestią efektywnej ilości informacji publicznej jako jeden z najbardziej uderzających faktów należy odnotować życia państwa, że skutecznych jest bardzo mało procesy homeostatyczne
. W wielu krajach powszechnie uważa się, że wolna konkurencja sama w sobie jest procesem homeostatycznym, tj. że na wolnym rynku egoizm handlarzy, którzy starają się sprzedać jak najwięcej i kupić jak najtaniej, ostatecznie doprowadzi do stabilnego ruchu cen i będzie promować największe dobro wspólne. Opinia ta wiąże się z „pocieszającym” poglądem, że prywatny przedsiębiorca, dążąc do zabezpieczenia własnych korzyści, jest w pewnym sensie dobroczyńcą publicznym i dlatego zasługuje na wielkie nagrody, którymi obdarza go społeczeństwo. Niestety fakty przeczą tej naiwnej teorii.
Rynek to gra. Jest ściśle podporządkowany generałowi teoria gier, który został opracowany przez von Neumanna i Morgensterna. Teoria ta opiera się na założeniu, że na każdym etapie gry każdy gracz, w oparciu o dostępne mu informacje, gra według całkowicie rozsądnej strategii, która w efekcie końcowym powinna zapewnić mu największe matematyczne oczekiwania na wygraną. To gra rynkowa, w którą grają zupełnie rozsądni i zupełnie bezwstydni biznesmeni. Nawet przy dwóch graczach teoria jest złożona, chociaż często prowadzi do wyboru określonego kierunku gry. Ale w wielu przypadkach z trzema graczami, a w zdecydowanej większości z wieloma graczami wynik gry charakteryzuje się skrajną niepewnością i niestabilnością. Kierowani własną chciwością, indywidualni gracze tworzą koalicje; ale koalicje te zwykle nie są tworzone w żaden konkretny sposób i zwykle kończą się pandemonium zdrad, renegatów i oszustw. Jest to trafny obraz najwyższego życia gospodarczego i ściśle z nim związanego życia politycznego, dyplomatycznego i wojskowego. W końcu nawet najbardziej błyskotliwemu i pozbawionemu skrupułów brokerowi grozi ruina. Ale powiedzmy, że brokerzy znudzili się tym i zgodzili się żyć w pokoju między sobą. Wtedy nagroda trafi do tego, który wybierając odpowiedni moment, złamie umowę i zdradzi swoich partnerów. Nie ma tu homeostazy. Musimy przejść przez cykle wzlotów i upadków w życiu gospodarczym, kolejne zmiany dyktatury i rewolucji, wojny, w których wszyscy przegrywają i które są tak charakterystyczne dla naszych czasów.
Oczywiście narysowany przez von Neumanna wizerunek gracza jako osoby w pełni rozsądnej i całkowicie bezwstydnej stanowi abstrakcję i wypaczenie rzeczywistości. Rzadko zdarza się widzieć dużą liczbę całkowicie rozsądnych i pozbawionych skrupułów ludzi bawiących się razem. Gdzie zbierają się oszuści, zawsze są głupcy; a jeśli jest wystarczająca liczba głupców, stanowią oni bardziej dochodowy przedmiot wyzysku dla oszustów. Psychologia głupca stała się kwestią godną poważnej uwagi ze strony oszustów. Zamiast podążać za swoim ostatecznym zyskiem, jak hazardziści von Neumanna, głupiec postępuje w sposób, który jest ogólnie tak przewidywalny, jak próby znalezienia drogi przez szczura w labiryncie. Ilustrowana gazeta będzie sprzedawana przez jakąś ściśle określoną mieszaninę religii, pornografii i pseudonauki. Połączenie przypodobania się, przekupstwa i zastraszania zmusi młodego naukowca do pracy nad rakietami kierowanymi lub bombą atomową. Aby ustalić receptury tych mieszanek, istnieje mechanizm sondaży radiowych, głosowań wstępnych, reprezentacyjnych badań opinii publicznej i innych badań psychologicznych, których przedmiotem jest zwykły człowiek; zawsze są też statystycy, socjolodzy i ekonomiści gotowi sprzedać swoje usługi tym przedsiębiorstwom.
Małe, zwarte społeczności charakteryzują się wysokim stopniem homeostazy, czy będą to wspólnoty kulturowe w cywilizowanym kraju, czy też wioski prymitywnych dzikusów. Bez względu na to, jak dziwne, a nawet odrażające mogą nam się wydawać zwyczaje wielu plemion barbarzyńskich, zwyczaje te z reguły mają bardzo określoną wartość homeostatyczną, której wyjaśnienie jest jednym z zadań antropologów. Tylko w dużej społeczności, gdzie Władcy Rzeczywistego Stanu Rzeczy chronią się przed głodem swoim bogactwem, przed opinią publiczną tajemnicą i anonimowością, przed prywatną krytyką poprzez przepisy zakazujące zniesławienia i faktu, że mają do dyspozycji środki komunikacji , tylko w takiej wspólnocie bezwstydność może osiągnąć najwyższy poziom. Spośród wszystkich tych antyhomeostatycznych czynników społecznych zarządzanie komunikacją jest najskuteczniejszy i najważniejszy.”
(N. Wienera. Cybernetyka. 1948)
CERTICOM Doradztwo w zakresie zarządzania
Homeostaza (gr. homoios – taki sam, podobny, stasis – stabilność, równowaga) to zespół skoordynowanych reakcji zapewniających utrzymanie lub przywrócenie stałości środowiska wewnętrznego organizmu. W połowie XIX wieku francuski fizjolog Claude Bernard wprowadził pojęcie środowiska wewnętrznego, które uważał za zbiór płynów ustrojowych. Koncepcję tę rozwinął amerykański fizjolog Walter Cannon, który przez środowisko wewnętrzne miał na myśli cały zespół płynów (krew, limfa, płyn tkankowy), które biorą udział w metabolizmie i utrzymaniu homeostazy. Organizm ludzki dostosowuje się do stale zmieniających się warunków środowiskowych, ale środowisko wewnętrzne pozostaje stałe, a jego wskaźniki oscylują w bardzo wąskich granicach. Dlatego człowiek może żyć w różnych warunkach środowiskowych. Niektóre parametry fizjologiczne są regulowane szczególnie dokładnie i subtelnie, np. temperatura ciała, ciśnienie krwi, glukoza, gazy, sole, jony wapnia we krwi, równowaga kwasowo-zasadowa, objętość krwi, jej ciśnienie osmotyczne, apetyt i wiele innych. Regulacja odbywa się na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego pomiędzy receptorami f, które wykrywają zmiany tych wskaźników i systemów kontroli. Zatem spadek jednego z parametrów jest wychwytywany przez odpowiedni receptor, z którego wysyłane są impulsy do tej lub innej struktury mózgu, na polecenie której autonomiczny układ nerwowy włącza złożone mechanizmy wyrównywania zachodzących zmian . Mózg wykorzystuje dwa główne systemy do utrzymania homeostazy: autonomiczny i hormonalny. Przypomnijmy, że główną funkcją autonomicznego układu nerwowego jest utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego organizmu, co odbywa się na skutek zmian w aktywności współczulnej i przywspółczulnej części autonomicznego układu nerwowego. Ten ostatni z kolei jest kontrolowany przez podwzgórze, a podwzgórze przez korę mózgową. Układ hormonalny reguluje funkcjonowanie wszystkich narządów i układów poprzez hormony. Co więcej, sam układ hormonalny jest pod kontrolą podwzgórza i przysadki mózgowej. Homeostaza (gr. homoios – identyczny i stasis – stan, bezruch)
W miarę jak nasze wyobrażenia o normalnej, a tym bardziej patologicznej fizjologii stały się bardziej złożone, pojęcie to zostało wyjaśnione jako homeokineza, tj. ruchoma równowaga, równowaga stale zmieniających się procesów. Ciało utkane jest z milionów „homeokinezy”. Ta ogromna żywa galaktyka determinuje stan funkcjonalny wszystkich narządów i komórek komunikujących się z peptydami regulatorowymi. Podobnie jak globalne systemy gospodarcze i finansowe - wiele firm, gałęzi przemysłu, fabryk, banków, giełd, rynków, sklepów... A pomiędzy nimi - „waluta wymienialna” - neuropeptydy. Wszystkie komórki organizmu stale syntetyzują i utrzymują pewien, funkcjonalnie niezbędny poziom peptydów regulatorowych. Kiedy jednak pojawiają się odchylenia od „stacjonarności”, ich biosynteza (w organizmie jako całości lub w jego poszczególnych „loci”) albo wzrasta, albo maleje. Takie wahania występują stale, jeśli chodzi o reakcje adaptacyjne (przyzwyczajenie się do nowych warunków), wykonywanie pracy (działania fizyczne lub emocjonalne), stan przedchorobowy – kiedy organizm „włącza” zwiększoną ochronę przed zaburzeniami równowagi funkcjonalnej . Klasycznym przypadkiem utrzymania równowagi jest regulacja ciśnienia krwi. Istnieją grupy peptydów, pomiędzy którymi istnieje ciągła konkurencja – w celu podwyższenia/obniżenia ciśnienia krwi. Aby biegać, wspinać się po górach, parować w saunie, występować na scenie i w końcu myśleć, potrzebny jest funkcjonalnie wystarczający wzrost ciśnienia krwi. Ale gdy tylko praca się zakończy, wchodzą w życie regulatory, zapewniające „uspokojenie” serca i normalne ciśnienie w naczyniach krwionośnych. Peptydy wazoaktywne stale oddziałują, aby „pozwolić” na wzrost ciśnienia do takiego a takiego poziomu (nie więcej, w przeciwnym razie układ naczyniowy „padnie”; dobrze znanym i gorzkim przykładem jest udar) i tak, że po zakończenie fizjologicznie niezbędnej pracy
Temat 4.1. Homeostaza
Homeostaza(z greckiego homoios- podobne, identyczne i status- bezruch) to zdolność systemów żywych do przeciwstawiania się zmianom i utrzymywania stałości składu i właściwości systemów biologicznych.
Termin „homeostaza” został zaproponowany przez W. Cannona w 1929 r. na określenie stanów i procesów zapewniających stabilność organizmu. Ideę istnienia mechanizmów fizycznych mających na celu utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego wyraził w drugiej połowie XIX wieku C. Bernard, który za podstawę wolność i niezależność organizmów żywych w stale zmieniającym się środowisku zewnętrznym. Zjawisko homeostazy obserwuje się na różnych poziomach organizacji układów biologicznych.
Ogólne wzorce homeostazy. Zdolność do utrzymania homeostazy jest jedną z najważniejszych właściwości organizmu żywego, będącego w stanie dynamicznej równowagi z warunkami środowiskowymi.
Normalizację parametrów fizjologicznych przeprowadza się na podstawie właściwości drażliwości. Zdolność do utrzymania homeostazy jest różna u różnych gatunków. W miarę jak organizmy stają się coraz bardziej złożone, zdolność ta postępuje, czyniąc je bardziej niezależnymi od wahań warunków zewnętrznych. Jest to szczególnie widoczne u wyższych zwierząt i ludzi, którzy mają złożone mechanizmy regulacyjne nerwowe, hormonalne i immunologiczne. Wpływ środowiska na organizm człowieka nie jest w większości bezpośredni, ale pośredni, wynikający z powstania sztucznego środowiska, sukcesu technologii i cywilizacji.
W ogólnoustrojowych mechanizmach homeostazy działa cybernetyczna zasada ujemnego sprzężenia zwrotnego: przy każdym zakłócającym wpływie aktywowane są ściśle ze sobą powiązane mechanizmy nerwowe i endokrynologiczne.
Homeostaza genetyczna na poziomie genetyki molekularnej, komórkowej i organizmu ma na celu utrzymanie zrównoważonego systemu genów zawierającego całą informację biologiczną organizmu. Mechanizmy homeostazy ontogenetycznej (organizmu) są utrwalone w historycznie ustalonym genotypie. Na poziomie populacja-gatunek homeostaza genetyczna to zdolność populacji do utrzymania względnej stabilności i integralności materiału dziedzicznego, co zapewniają procesy podziału redukcyjnego i swobodnego krzyżowania osobników, co pomaga w utrzymaniu równowagi genetycznej częstości alleli .
Homeostaza fizjologiczna związane z powstawaniem i ciągłym utrzymywaniem określonych warunków fizykochemicznych w komórce. Stałość środowiska wewnętrznego organizmów wielokomórkowych jest utrzymywana przez układy oddychania, krążenia, trawienia, wydalania i jest regulowana przez układ nerwowy i hormonalny.
Homeostaza strukturalna opiera się na mechanizmach regeneracyjnych zapewniających stałość morfologiczną i integralność układu biologicznego na różnych poziomach organizacji. Wyraża się to w odbudowie struktur wewnątrzkomórkowych i narządów poprzez podział i przerost.
Naruszenie mechanizmów leżących u podstaw procesów homeostatycznych uznawane jest za „chorobę” homeostazy.
Badanie wzorców homeostazy człowieka ma ogromne znaczenie dla wyboru skutecznych i racjonalnych metod leczenia wielu chorób.
Cel. Mieć wyobrażenie o homeostazie jako właściwości istot żywych, która zapewnia samoutrzymanie stabilności organizmu. Zna główne rodzaje homeostazy i mechanizmy jej utrzymania. Zna podstawowe wzorce regeneracji fizjologicznej i naprawczej oraz czynniki ją stymulujące, znaczenie regeneracji dla medycyny praktycznej. Zna biologiczną istotę transplantacji i jej praktyczne znaczenie.
Praca 2. Homeostaza genetyczna i jej zaburzenia
Przestudiuj i przepisz tabelę.
Koniec stołu.
Sposoby utrzymania homeostazy genetycznej | Mechanizmy zaburzeń homeostazy genetycznej | Efekt zaburzeń homeostazy genetycznej |
Naprawa DNA | 1. Dziedziczne i niedziedziczne uszkodzenie systemu naprawczego. 2. Awaria funkcjonalna systemu naprawczego | Mutacje genowe |
dystrybucja materiału dziedzicznego podczas mitozy | 1. Naruszenie tworzenia wrzeciona. 2. Naruszenie rozbieżności chromosomów | 1. Aberracje chromosomowe. 2. Heteroploidia. 3. Poliploidia |
Odporność | 1. Niedobór odporności jest dziedziczny i nabyty. 2. Niedobór odporności funkcjonalnej | Zachowanie komórek atypowych, prowadzące do złośliwego wzrostu, zmniejszona odporność na obcy czynnik |
Praca 3. Mechanizmy naprawy na przykładzie popromiennej odbudowy struktury DNA
Naprawę lub korektę uszkodzonych odcinków jednej z nici DNA uważa się za replikację ograniczoną. Najbardziej zbadanym procesem jest proces naprawy, w którym nici DNA ulegają uszkodzeniu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (UV). W komórkach, które powstały podczas ewolucji, istnieje kilka systemów naprawy enzymów. Ponieważ wszystkie organizmy rozwinęły się i żyją w warunkach promieniowania UV, komórki mają odrębny system naprawy światłem, który jest obecnie najlepiej zbadany. Kiedy cząsteczka DNA ulega uszkodzeniu pod wpływem promieni UV, powstają dimery tymidyny, tj. „wiązania krzyżowe” pomiędzy sąsiadującymi nukleotydami tyminy. Te dimery nie mogą działać jako matryca, dlatego są korygowane przez enzymy naprawy światła znajdujące się w komórkach. Naprawa przez wycinanie przywraca uszkodzone obszary za pomocą zarówno promieniowania UV, jak i innych czynników. Ten system naprawczy składa się z kilku enzymów: endonukleazy naprawczej
i egzonukleaza, polimeraza DNA, ligaza DNA. Naprawa poreplikacyjna jest niekompletna, ponieważ omija, a uszkodzony odcinek nie jest usuwany z cząsteczki DNA. Przeanalizuj mechanizmy naprawy na przykładzie fotoreaktywacji, naprawy przez wycięcie i naprawy poreplikacyjnej (ryc. 1).
Ryż. 1. Naprawa
Praca 4. Formy ochrony indywidualności biologicznej organizmu
Przestudiuj i przepisz tabelę.
Formy ochrony | Jednostka biologiczna |
Czynniki niespecyficzne | Naturalna indywidualna nieswoista odporność na obce czynniki |
Bariery ochronne organizm: skóra, nabłonek, układ krwiotwórczo-limfatyczny, wątrobowy, krwiotwórczo-mózgowy, krwiotwórczo-oczny, krwiotwórczo-jądrowy, krwiotwórczo-pęcherzykowy, krwiotwórczy | Zapobiega przedostawaniu się obcych czynników do organizmu i narządów |
Nieswoista obrona komórkowa (komórki krwi i tkanki łącznej) | Fagocytoza, enkapsulacja, tworzenie agregatów komórkowych, koagulacja plazmy |
Nieswoista obrona humoralna | Wpływ na czynniki chorobotwórcze niespecyficznych substancji w wydzielinach gruczołów skórnych, ślinie, płynie łzowym, soku żołądkowym i jelitowym, krwi (interferon) itp. |
Odporność | Wyspecjalizowane reakcje układu odpornościowego na czynniki obce genetycznie, organizmy żywe, komórki złośliwe |
Immunitet konstytucyjny | Genetycznie określona odporność niektórych gatunków, populacji i osobników na patogeny niektórych chorób lub czynniki o charakterze molekularnym, wynikająca z niedopasowania obcych czynników i receptorów błony komórkowej, braku w organizmie niektórych substancji, bez których obcy czynnik nie może istnieć ; obecność w organizmie enzymów niszczących obcy czynnik |
Komórkowy | Pojawienie się zwiększonej liczby limfocytów T selektywnie reagujących z tym antygenem |
Humorystyczny | Tworzenie specyficznych przeciwciał krążących we krwi przeciwko określonym antygenom |
Praca 5. Bariera krew-ślina
Gruczoły ślinowe mają zdolność selektywnego transportu substancji z krwi do śliny. Niektóre z nich są wydalane ze śliną w większych stężeniach, inne zaś w niższych stężeniach niż w osoczu krwi. Przejście związków z krwi do śliny odbywa się w taki sam sposób, jak transport przez jakąkolwiek barierę histo-krew. Wysoka selektywność substancji przenoszonych z krwi do śliny umożliwia izolację bariery krew-ślina.
Omów proces wydzielania śliny w komórkach groniastych gruczołu ślinowego na ryc. 2.
Ryż. 2. Wydzielanie śliny
Praca 6. Regeneracja
Regeneracja- jest to zestaw procesów zapewniających przywrócenie struktur biologicznych; jest to mechanizm utrzymujący zarówno homeostazę strukturalną, jak i fizjologiczną.
Regeneracja fizjologiczna przywraca struktury zużyte podczas normalnego funkcjonowania organizmu. Regeneracja naprawcza- jest to przywrócenie struktury po urazie lub po procesie patologicznym. Zdolność regeneracji
różni się zarówno w różnych strukturach, jak i w różnych typach organizmów żywych.
Przywrócenie homeostazy strukturalnej i fizjologicznej można osiągnąć poprzez przeszczepianie narządów lub tkanek z jednego organizmu do drugiego, tj. przez przeszczep.
Wypełnij tabelę, korzystając z materiału z wykładów i podręcznika.
Praca 7. Przeszczep jako szansa na przywrócenie homeostazy strukturalnej i fizjologicznej
Przeszczep- zastąpienie utraconych lub uszkodzonych tkanek i narządów własnymi lub pobranymi z innego organizmu.
Implantacja- przeszczepianie narządów z materiałów sztucznych.
Przestudiuj i skopiuj tabelę do zeszytu ćwiczeń.
Pytania do samodzielnej nauki
1. Zdefiniuj biologiczną istotę homeostazy i podaj jej rodzaje.
2. Na jakich poziomach organizacji organizmów żywych utrzymuje się homeostaza?
3. Czym jest homeostaza genetyczna? Odkryj mechanizmy jego utrzymania.
4. Jaka jest biologiczna istota odporności? 9. Czym jest regeneracja? Rodzaje regeneracji.
10. Na jakich poziomach strukturalnej organizacji organizmu objawia się proces regeneracji?
11. Czym jest regeneracja fizjologiczna i naprawcza (definicja, przykłady)?
12. Jakie są rodzaje regeneracji naprawczej?
13. Jakie są metody regeneracji naprawczej?
14. Jaki jest materiał do procesu regeneracji?
15. Jak przebiega proces regeneracji naprawczej u ssaków i człowieka?
16. Jak regulowany jest proces naprawczy?
17. Jakie są możliwości stymulowania zdolności regeneracyjnych narządów i tkanek człowieka?
18. Czym jest przeszczep i jakie ma znaczenie dla medycyny?
19. Czym jest izotransplantacja i czym różni się od allo- i ksenotransplantacji?
20. Jakie są problemy i perspektywy przeszczepiania narządów?
21. Jakie istnieją metody przezwyciężenia niezgodności tkanek?
22. Na czym polega zjawisko tolerancji tkankowej? Jakie są mechanizmy, aby to osiągnąć?
23. Jakie są zalety i wady implantacji materiałów sztucznych?
Zadania testowe
Wybierz jedną poprawną odpowiedź.
1. HOMEOSTAZA UTRZYMANA JEST NA POZIOMIE POPULACJI-GATUNKU:
1. Strukturalny
2. Genetyczne
3. Fizjologiczne
4. Biochemiczny
2. REGENERACJA FIZJOLOGICZNA ZAPEWNIA:
1. Powstawanie utraconego narządu
2. Samoodnowa na poziomie tkanki
3. Naprawa tkanek w odpowiedzi na uszkodzenia
4. Przywrócenie części utraconego narządu
3. REGENERACJA PO USUNIĘCIU PŁATA WĄTROBY
CZŁOWIEK IDZIE ŚCIEŻKĄ:
1. Przerost kompensacyjny
2. Epimorfoza
3. Morfolaksja
4. Przerost regeneracyjny
4. PRZESZCZEP TKANKI I NARZĄDU OD DAWCY
DO ODBIORCY TEGO SAMEGO GATUNKU:
1. Auto- i izotransplantacja
2. Allo- i homotransplantacja
3. Kseno- i heterotransplantacja
4. Implantacja i ksenotransplantacja
Wybierz kilka poprawnych odpowiedzi.
5. NIESPECYFICZNE CZYNNIKI OCHRONY IMMUNOLOGICZNEJ U SSAKÓW OBEJMUJĄ:
1. Funkcje barierowe nabłonka skóry i błon śluzowych
2. Lizozym
3. Przeciwciała
4. Właściwości bakteriobójcze soku żołądkowego i jelitowego
6. IMMUNITET KONSTYTUCYJNY WYNIKA Z:
1. Fagocytoza
2. Brak interakcji pomiędzy receptorami komórkowymi a antygenem
3. Tworzenie przeciwciał
4. Enzymy niszczące obce czynniki
7. UTRZYMANIE HOMEOSTAZY GENETYCZNEJ NA POZIOMIE MOLEKULARNYM WYNIKA Z:
1. Immunitet
2. Replikacja DNA
3. Naprawa DNA
4. Mitoza
8. Hipertrofia regeneracyjna charakteryzuje się:
1. Przywrócenie pierwotnej masy uszkodzonego narządu
2. Przywrócenie kształtu uszkodzonego narządu
3. Wzrost liczby i rozmiaru komórek
4. Tworzenie się blizn w miejscu urazu
9. W NARZĄDACH UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO CZŁOWIEKA SĄ:
2. Węzły chłonne
3. Plamy Peyera
4. Szpik kostny
5. Torba Fabritiusa
Mecz.
10. RODZAJE I METODY REGENERACJI:
1. Epimorfoza
2. Heteromorfoza
3. Homomorfoza
4. Endomorfoza
5. Wzrost interkalarny
6. Morfolaksja
7. Embriogeneza somatyczna
BIOLOGICZNY
ISTOTA:
a) Regeneracja nietypowa
b) Odrost z powierzchni rany
c) Przerost kompensacyjny
d) Regeneracja organizmu z pojedynczych komórek
e) Przerost regeneracyjny
f) Typowa regeneracja g) Restrukturyzacja pozostałej części narządu
h) Regeneracja uszkodzeń przelotowych
Literatura
Główny
Biologia / wyd. V.N. Jarygina. - M.: Szkoła Wyższa, 2001. -
s. 77-84, 372-383.
Slyusarev A.A., Zhukova S.V. Biologia. - Kijów: Szkoła wyższa,
1987. - s. 178-211.