Medzi ukazovatele homeostázy tela patrí. Charakteristika, funkcie, príklady a mechanizmy udržiavania homeostázy. Prejavy homeostázy na rôznych úrovniach organizácie biologických systémov

Homeostáza(starogrécky ὁμοιοστάσις z ὅμοιος - rovnaký, podobný a στάσις - státie, nehybnosť) - sebaregulácia, schopnosť otvoreného systému udržiavať stálosť svojho vnútorného stavu prostredníctvom koordinovaných reakcií zameraných na udržanie dynamickej rovnováhy. Túžba systému reprodukovať sa, obnoviť stratenú rovnováhu, prekonať odpor vonkajšieho prostredia. Populačná homeostáza je schopnosť populácie udržať si určitý počet svojich jedincov po dlhú dobu.

Všeobecné informácie

Vlastnosti homeostázy

• Nestabilita
• Snaha o rovnováhu
• Nepredvídateľnosť

• Regulácia bazálneho metabolizmu v závislosti od stravy.

Ekologická homeostáza

Biologická homeostáza

Bunková homeostáza

Regulácia chemickej aktivity bunky sa dosahuje množstvom procesov, medzi ktorými je obzvlášť dôležitá zmena štruktúry samotnej cytoplazmy, ako aj štruktúry a aktivity enzýmov. Autoregulácia závisí od teploty, kyslosti, koncentrácie substrátu a prítomnosti niektorých makro- a mikroprvkov. Bunkové mechanizmy homeostázy sú zamerané na obnovu prirodzene odumretých buniek tkanív alebo orgánov v prípade narušenia ich integrity.

Regenerácia-proces obnovy štrukturálnych prvkov tela a obnovenie ich počtu po poškodení, zameraný na zabezpečenie potrebnej funkčnej činnosti

V závislosti od regeneračnej reakcie možno tkanivá a orgány cicavcov rozdeliť do 3 skupín:

1) tkanivá a orgány, ktoré sa vyznačujú bunkovou regeneráciou (kosti, voľné spojivové tkanivo, hematopoetický systém, endotel, mezotel, sliznice tráviaceho traktu, dýchacieho traktu a urogenitálneho systému)

2) tkanivá a orgány, ktoré sa vyznačujú bunkovou a intracelulárnou regeneráciou (pečeň, obličky, pľúca, hladké a kostrové svaly, autonómny nervový systém, pankreas, endokrinný systém)

3) tkanivá, ktoré sa vyznačujú hlavne alebo výlučne intracelulárnou regeneráciou (myokard a gangliové bunky centrálnej nervový systém)

V priebehu evolúcie sa vytvorili 2 typy regenerácie: fyziologická a reparatívna.

Ostatné oblasti

Poistný matematik môže rozprávať riziková homeostáza, v ktorom napríklad ľudia, ktorí majú v aute namontovaný protiblokovací systém, nie sú v bezpečnejšej pozícii ako tí, ktorí ho nemajú, pretože títo ľudia si bezpečnejšie auto nevedome kompenzujú riskantnou jazdou. Niektoré obmedzujúce mechanizmy – napríklad strach – totiž prestávajú fungovať.

stresová homeostáza

Príklady

• Termoregulácia
  • Chvenie kostrového svalstva sa môže vyskytnúť, ak je telesná teplota príliš nízka.
• Chemická regulácia

Zdroje

1. O.-Ya.L. Bekish. Lekárska biológia. - Minsk: Urajay, 2000 .-- 520 s. - ISBN 985-04-0336-5.

Téma č. 13. Homeostáza, mechanizmy jej regulácie.

Telo ako otvorený samoregulačný systém.

Živý organizmus je otvorený systém, ktorý má spojenie s okolím cez nervový, tráviaci, dýchací, vylučovací systém atď.

V procese metabolizmu s jedlom, vodou, pri výmene plynov vstupujú do tela rôzne chemické zlúčeniny, ktoré v tele prechádzajú zmenami, vstupujú do štruktúry tela, ale nezostávajú natrvalo. Asimilované látky sa rozpadajú, uvoľňujú energiu, produkty rozpadu sú odvádzané do vonkajšieho prostredia. Zničená molekula je nahradená novou atď.

Telo je otvorený, dynamický systém. V neustále sa meniacom prostredí si telo istý čas udržiava ustálený stav.

Koncept homeostázy. Všeobecné zákony homeostázy živých systémov.

Homeostáza - vlastnosť živého organizmu udržiavať relatívnu dynamickú stálosť vnútorného prostredia. Homeostáza je vyjadrená v relatívnej stálosti chemického zloženia, osmotického tlaku, stability hlavných fyziologických funkcií. Homeostáza je špecifická a podmienená genotypom.

Zachovanie celistvosti jednotlivých vlastností organizmu je jedným z najvšeobecnejších biologických zákonov. Tento zákon je poskytovaný vo vertikálnom rade generácií mechanizmami reprodukcie a počas života jedinca - mechanizmami homeostázy.

Fenomén homeostázy je evolučne vyvinutá, dedične fixovaná adaptačná vlastnosť organizmu na normálne podmienky prostredia. Tieto stavy však môžu byť krátkodobé alebo dlhodobé mimo normálneho rozsahu. V takýchto prípadoch sú javy adaptácie charakterizované nielen obnovením obvyklých vlastností vnútorného prostredia, ale aj krátkodobými zmenami vo funkcii (napríklad zvýšenie rytmu srdcovej činnosti a zvýšenie frekvencia dýchacích pohybov so zvýšenou svalovou prácou). Homeostázové reakcie možno nasmerovať na:

udržiavanie známych hladín ustáleného stavu;

eliminácia alebo obmedzenie pôsobenia škodlivých faktorov;

rozvoj alebo zachovanie optimálnych foriem interakcie medzi organizmom a prostredím v zmenených podmienkach jeho existencie. Všetky tieto procesy určujú adaptáciu.

Preto pojem homeostáza znamená nielen známu stálosť rôznych fyziologických konštánt organizmu, ale zahŕňa aj procesy adaptácie a koordinácie fyziologických procesov, ktoré zabezpečujú jednotu organizmu nielen v normálnych podmienkach, ale aj v meniacich sa podmienkach. svojej existencie.

Hlavné zložky homeostázy identifikoval K. Bernard a možno ich rozdeliť do troch skupín:

A. Látky, ktoré zabezpečujú bunkové potreby:

Látky potrebné pre tvorbu energie, pre rast a obnovu – glukóza, bielkoviny, tuky.

NaCl, Ca a iné anorganické látky.

Kyslík.

Vnútorná sekrécia.

B. Faktory prostredia ovplyvňujúce bunkovú aktivitu:

Osmotický tlak.

Teplota.

Koncentrácia vodíkových iónov (pH).

B. Mechanizmy na zabezpečenie štrukturálnej a funkčnej súdržnosti:

Dedičnosť.

Regenerácia.

Imunobiologická reaktivita.

Princíp biologickej regulácie zabezpečuje vnútorný stav organizmu (jeho obsah), ako aj vzťah medzi štádiami ontogenézy a fylogenézy. Tento princíp sa ukázal ako rozšírený. Pri jej štúdiu vznikla kybernetika - veda o cieľavedomom a optimálnom riadení zložitých procesov vo voľnej prírode, v ľudskej spoločnosti a priemysle (Berg I.A., 1962).

Živý organizmus je komplex riadený systém, kde dochádza k interakcii mnohých premenných vonkajšieho a vnútorného prostredia. Spoločná pre všetky systémy je prítomnosť vstup premenné, ktoré sa v závislosti od vlastností a zákonitostí správania systému transformujú do víkend premenných (obr. 10).

Ryža. 10 - Všeobecná schéma homeostázy živých systémov

Výstupné premenné závisia od vstupov a zákonov správania sa systému.

Vplyv výstupného signálu na riadiacu časť systému je tzv spätná väzba , čo má veľký význam pri samoregulácii (homeostatickej reakcii). Rozlišovať negatívne apozitívne spätná väzba.

Negatívne spätná väzba znižuje vplyv vstupného signálu o hodnotu výstupného signálu podľa princípu: "čím viac (na výstupe), tým menej (na vstupe)." Pomáha obnoviť homeostázu systému.

o pozitívne spätnej väzby sa hodnota vstupného signálu zvyšuje podľa princípu: "čím viac (na výstupe), tým viac (na vstupe)." Zvyšuje výslednú odchýlku od počiatočného stavu, čo vedie k narušeniu homeostázy.

Všetky typy samoregulácie však fungujú podľa rovnakého princípu: samoodchýlenie od počiatočného stavu, ktoré slúži ako podnet na aktiváciu korekčných mechanizmov. Takže normálne pH krvi je 7,32 - 7,45. Zmena pH o 0,1 vedie k zhoršeniu srdcovej činnosti. Tento princíp opísal P.K. Anokhin. v roku 1935 a nazvaný princíp spätnej väzby, ktorý slúži na realizáciu adaptačných reakcií.

Všeobecný princíp homeostatickej reakcie(Anokhin: "Teória funkčných systémov"):

odchýlka od základná línia→ signál → aktivácia regulačných mechanizmov podľa princípu spätnej väzby → korekcia zmien (normalizácia).

Tak pre fyzická práca koncentrácia CO2 v krvi sa zvyšuje → pH sa posúva na kyslú stranu → signál vstupuje do dýchacieho centra predĺženej miechy → odstredivé nervy vedú impulz do medzirebrových svalov a prehlbuje sa dýchanie → pokles CO2 v krvi, pH sa obnovuje .

Mechanizmy regulácie homeostázy na molekulárno-genetickej, bunkovej, organizačnej, populačne špecifickej a biosférickej úrovni.

Regulačné homeostatické mechanizmy fungujú na genetickej, bunkovej a systémovej (organizmickej, populačne špecifickej a biosférickej) úrovni.

Génové mechanizmy homeostázy. Všetky javy homeostázy organizmu sú geneticky podmienené. Už na úrovni primárnych génových produktov existuje priame spojenie – „jeden štruktúrny gén – jeden polypeptidový reťazec“. Okrem toho existuje kolineárna zhoda medzi nukleotidovou sekvenciou DNA a sekvenciou aminokyselín polypeptidového reťazca. V dedičnom programe individuálny rozvoj tvorby druhovo špecifických charakteristík organizmu je zabezpečená nie v konštantných, ale v meniacich sa podmienkach prostredia v rámci dedične určenej rýchlosti reakcie. Dvojvláknová DNA je nevyhnutná v procesoch jej replikácie a opravy. Obe priamo súvisia so zabezpečením stability fungovania genetického materiálu.

Z genetického hľadiska možno rozlišovať medzi elementárnymi a systémovými prejavmi homeostázy. Príklady elementárnych prejavov homeostázy sú: génová kontrola trinástich koagulačných faktorov krvi, génová kontrola tkanivovej a orgánovej histokompatibility, ktorá umožňuje transplantáciu.

Transplantované miesto je tzv štep. Organizmus, z ktorého sa odoberá tkanivo na transplantáciu, je darcu , a ktorý je transplantovaný - príjemcu . Úspešnosť transplantácie závisí od imunologických reakcií organizmu. Rozlišujte medzi autológnou transplantáciou, syngénnou transplantáciou, alotransplantáciou a xenotransplantáciou.

Autotransplantácia – Transplantácia tkaniva z toho istého organizmu. V tomto prípade sa proteíny (antigény) štepu nelíšia od proteínov príjemcu. Imunologická reakcia sa nevyskytuje.

Syngénna transplantácia uskutočnené u identických dvojčiat s rovnakým genotypom.

Alotransplantácia – transplantácia tkanív od jedného jedinca k druhému, patriacemu rovnakému druhu. Darca a príjemca sa líšia v antigénoch, preto u vyšších zvierat dochádza k dlhému prihojeniu tkanív a orgánov.

Xenotransplantácia - darca a príjemca patria k rôznym druhom organizmov. Tento typ transplantácie je úspešný u niektorých bezstavovcov, ale u vyšších živočíchov takéto transplantácie nezakorenia.

Pri transplantácii je fenomén imunologickej tolerancie (kompatibilita tkanív). Potlačenie imunity v prípade transplantácie tkaniva (imunosupresia) sa dosahuje: potlačením aktivity imunitného systému, ožarovaním, zavedením antilymfotického séra, hormónov kôry nadobličiek, chemickými liekmi – antidepresívami (imuran). Hlavnou úlohou je potlačiť nielen imunitu, ale aj imunitu transplantovanú.

Transplantačná imunita určuje genetická konštitúcia darcu a príjemcu. Gény zodpovedné za syntézu antigénov, ktoré spôsobujú reakciu na transplantované tkanivo, sa nazývajú gény tkanivovej inkompatibility.

U ľudí je hlavným genetickým systémom histokompatibility systém HLA (Human Leukocyte Antigen). Antigény sú pomerne dobre zastúpené na povrchu leukocytov a stanovujú sa pomocou antisér. Plán štruktúry systému u ľudí a zvierat je rovnaký. Na opis genetických lokusov a alel systému HLA bola prijatá jednotná terminológia. Antigény sú označené: HLA-A 1; HLA-A 2 atď. Nové antigény, ktoré nie sú definitívne identifikované, sú označené ako W (Work). Antigény systému HLA sú rozdelené do 2 skupín: SD a LD (obr. 11).

Stanovia sa antigény skupiny SD sérologické metódy a sú určené génmi 3 sublokusov HLA systému: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

Ryža. 11 - HLA hlavný genetický systém ľudskej histokompatibility

LD - antigény sú kontrolované sublokusom HLA-D šiesteho chromozómu a stanovujú sa metódou zmiešaných kultúr leukocytov.

Každý z génov, ktoré riadia ľudské HLA antigény, má veľké množstvo alel. Takže sublokus HLA-A - kontroluje 19 antigénov; HLA-B - 20; HLA-C - 5 "pracovných" antigénov; HLA-D - 6. U ľudí sa teda našlo už asi 50 antigénov.

Antigénny polymorfizmus HLA systému je výsledkom pôvodu jedného z druhého a úzkeho genetického vzťahu medzi nimi. Na transplantáciu je potrebná identita darcu a príjemcu z hľadiska HLA antigénov. Transplantácia obličky, ktorá je identická v 4 antigénoch systému, poskytuje mieru prežitia 70 %; 3 - 60 %; 2 - 45 %; 1 - 25 % každý.

Existujú špeciálne centrá, ktoré vedú výber darcu a príjemcu na transplantáciu, napríklad v Holandsku - "Eurotransplant". Typizácia antigénu HLA sa vykonáva aj v Bieloruskej republike.

Bunkové mechanizmy homeostázy sú zamerané na obnovu tkanivových buniek, orgánov v prípade porušenia ich celistvosti. Súbor procesov zameraných na obnovu zničiteľných biologických štruktúr je tzv regenerácia. Tento proces je typický pre všetky úrovne: obnovu bielkovín, zložiek bunkových organel, celých organel a buniek samotných. Obnova funkcií orgánov po traume alebo ruptúre nervu, hojenie rán je pre medicínu dôležité z hľadiska zvládnutia týchto procesov.

Tkanivá sa podľa ich regeneračnej schopnosti delia do 3 skupín:

Tkanivá a orgány, ktoré sa vyznačujú tým bunkový regenerácia (kosti, uvoľnené väzivo, hematopoetický systém, endotel, mezotel, sliznice tráviaceho traktu, dýchacieho traktu a urogenitálneho systému.

Tkanivá a orgány, ktoré sa vyznačujú tým bunkové a intracelulárne regenerácia (pečeň, obličky, pľúca, hladké a kostrové svalstvo, autonómny nervový systém, endokrinný systém, pankreas).

Látky, ktoré sú prevažne intracelulárne regenerácia (myokard) alebo výlučne intracelulárna regenerácia (bunky ganglií centrálneho nervového systému). Zahŕňa procesy obnovy makromolekúl a bunkových organel skladaním elementárnych štruktúr alebo ich delením (mitochondrie).

V procese evolúcie sa vytvorili 2 typy regenerácie fyziologické a reparačné .

Fyziologická regenerácia - Ide o prirodzený proces obnovy telesných prvkov počas života. Napríklad obnova erytrocytov a leukocytov, zmena epitelu kože, vlasov, výmena mliečnych zubov za trvalé. Tieto procesy sú ovplyvnené vonkajšími a vnútornými faktormi.

Reparatívna regenerácia - Ide o obnovu orgánov a tkanív stratených pri poškodení alebo poranení. Proces sa vyskytuje po mechanických poraneniach, popáleninách, chemických alebo radiačných poraneniach, ako aj v dôsledku chorôb a chirurgických operácií.

Reparačná regenerácia sa delí na typický (homomorfóza) a atypické (heteromorfóza). V prvom prípade sa orgán, ktorý bol odstránený alebo zničený, regeneruje, v druhom prípade sa na mieste odstráneného orgánu vyvinie ďalší.

Atypická regenerácia častejšie u bezstavovcov.

Regeneráciu stimulujú hormóny hypofýza a štítna žľaza . Existuje niekoľko spôsobov regenerácie:

Epimorfóza alebo úplná regenerácia - obnova povrchu rany, dotvorenie časti do celku (napr. dorastanie chvosta u jašterice, končatín u mloka).

Morfollaxia - prestavba zvyšku orgánu na celok, len menší. Táto metóda sa vyznačuje reštrukturalizáciou nového zo zvyškov starého (napríklad obnovenie končatiny u švábov).

Endomorfóza - obnovenie v dôsledku vnútrobunkovej reštrukturalizácie tkaniva a orgánu. V dôsledku nárastu počtu buniek a ich veľkosti sa hmotnosť orgánu približuje k originálu.

U stavovcov prebieha reparatívna regenerácia v tejto forme:

Kompletná regenerácia - obnova pôvodného tkaniva po poškodení.

Regeneračná hypertrofia charakteristické pre vnútorné orgány... V tomto prípade sa povrch rany hojí jazvou, odstránená oblasť nerastie a tvar orgánu sa neobnoví. Hmotnosť zostávajúcej časti orgánu sa zvyšuje v dôsledku zvýšenia počtu buniek a ich veľkosti a blíži sa k pôvodnej hodnote. Takže u cicavcov sa regeneruje pečeň, pľúca, obličky, nadobličky, pankreas, sliny, štítna žľaza.

Intracelulárna kompenzačná hyperplázia ultraštruktúry bunky. V tomto prípade sa na mieste poškodenia vytvorí jazva a k obnove pôvodnej hmoty dochádza v dôsledku zväčšenia objemu buniek a nie ich počtu na základe rastu (hyperplázie) vnútrobunkových štruktúr (nervové tkanivo). .

Systémové mechanizmy sú zabezpečené interakciou regulačných systémov: nervové, endokrinné a imunitné .

Nervová regulácia vykonáva a koordinuje centrálny nervový systém. Nervové impulzy, ktoré vstupujú do buniek a tkanív, spôsobujú nielen vzrušenie, ale tiež regulujú chemické procesy, vymieňajú sa biologicky účinných látok... V súčasnosti je známych viac ako 50 neurohormónov. V hypotalame sa teda tvoria vazopresín, oxytocín, liberíny a statíny, ktoré regulujú funkciu hypofýzy. Príkladmi systémových prejavov homeostázy sú udržiavanie konštantnej teploty a krvného tlaku.

Z hľadiska homeostázy a adaptácie je nervový systém hlavným organizátorom všetkých telesných procesov. V srdci adaptácie je vyrovnávanie organizmov s podmienkami prostredia, podľa N.P. Pavlov, existujú reflexné procesy. Medzi rôznymi úrovňami homeostatickej regulácie existuje osobitná hierarchická podriadenosť v systéme regulácie vnútorných procesov organizmu (obr. 12).

Ryža. 12. - Hierarchická podriadenosť v systéme regulácie vnútorných procesov tela.

Najprimárnejšiu úroveň tvoria homeostatické systémy bunkovej a tkanivovej úrovne. Nad nimi sú periférne nervové regulačné procesy, ako sú lokálne reflexy. Ďalej v tejto hierarchii sú systémy samoregulácie určitých fyziologických funkcií s rôznymi "spätnými" kanálmi. Vrchol tejto pyramídy zaberá mozgová kôra a mozog.

V zložitom mnohobunkovom organizme sa priame aj spätné spojenia uskutočňujú nielen nervovými, ale aj hormonálnymi (endokrinnými) mechanizmami. Každá zo žliaz, ktorá je súčasťou endokrinného systému, ovplyvňuje ostatné orgány tohto systému a tým je ovplyvnená.

Endokrinné mechanizmy homeostáza podľa B.M. Zavadsky, to je mechanizmus plus minus interakcie, t.j. vyrovnávanie funkčnej činnosti žľazy s koncentráciou hormónu. Pri vysokej koncentrácii hormónu (nad normu) je činnosť žľazy oslabená a naopak. Tento účinok sa uskutočňuje pôsobením hormónu na žľazu, ktorá ho produkuje. V mnohých žľazách sa regulácia uskutočňuje prostredníctvom hypotalamu a prednej hypofýzy, najmä počas stresovej reakcie.

Endokrinné žľazy možno rozdeliť do dvoch skupín vo vzťahu k nim vo vzťahu k prednému laloku hypofýzy. Ten sa považuje za centrálny a ostatné endokrinné žľazy sú periférne. Toto rozdelenie je založené na skutočnosti, že predná hypofýza produkuje takzvané tropické hormóny, ktoré aktivujú niektoré periférne endokrinné žľazy. Hormóny periférnych žliaz s vnútornou sekréciou zase pôsobia na predný lalok hypofýzy, čím inhibujú sekréciu tropických hormónov.

Reakcie, ktoré poskytujú homeostázu, nemôžu byť obmedzené na žiadnu endokrinnú žľazu, ale do tej či onej miery zachytávajú všetky žľazy. Výsledná reakcia nadobudne reťazový tok a šíri sa do ďalších efektorov. Fyziologický význam hormónov spočíva v regulácii iných telesných funkcií, a preto by mal byť reťazový charakter vyjadrený čo najviac.

Neustále poruchy v prostredí tela prispievajú k zachovaniu jeho homeostázy počas dlhého života. Ak si vytvoríte také životné podmienky, v ktorých nič nespôsobí výrazné zmeny vo vnútornom prostredí, potom bude telo pri stretnutí s prostredím úplne neozbrojené a čoskoro zomrie.

Kombinácia nervových a endokrinných regulačných mechanizmov v hypotalame umožňuje vykonávať komplexné homeostatické reakcie spojené s reguláciou viscerálnej funkcie tela. Nervový a endokrinný systém sú jednotiacimi mechanizmami homeostázy.

Príklad všeobecnej reakcie nervovej a humorálne mechanizmy je stav stresu, ktorý vzniká za nepriaznivých životných podmienok a hrozí narušenie homeostázy. Pri strese dochádza k zmene stavu väčšiny systémov: svalový, dýchací, kardiovaskulárny, tráviaci, zmyslové orgány, krvný tlak, zloženie krvi. Všetky tieto zmeny sú prejavom individuálnych homeostatických reakcií zameraných na zvýšenie odolnosti organizmu voči nepriaznivým faktorom. Rýchla mobilizácia síl organizmu pôsobí ako obranná reakcia na stres.

V prípade „somatického stresu“ sa úloha zvýšenia všeobecnej odolnosti organizmu rieši podľa schémy na obrázku 13.

Ryža. 13 - Schéma zvýšenia celkovej odolnosti tela s

Homeostáza - čo to je? Koncept homeostázy

Homeostáza je samoregulačný proces, pri ktorom sa všetky biologické systémy snažia udržať stabilitu počas obdobia adaptácie na určité podmienky, ktoré sú optimálne na prežitie. Každý systém, ktorý je v dynamickej rovnováhe, sa snaží dosiahnuť stabilný stav, ktorý odoláva vonkajším faktorom a podnetom.

Homeostáza

Všetky telesné systémy musia spolupracovať na udržaní správnej homeostázy v tele. Homeostáza je regulácia parametrov, ako je teplota, obsah vody a hladina oxidu uhličitého v tele. napr. cukrovka je stav, pri ktorom telo nie je schopné regulovať hladinu glukózy v krvi.

Homeostáza je termín, ktorý sa používa na opis existencie organizmov v ekosystéme a na opis úspešného fungovania buniek v organizme. Organizmy a populácie môžu udržiavať homeostázu pri zachovaní stabilnej pôrodnosti a úmrtnosti.

Spätná väzba

Spätná väzba je proces, ktorý nastáva, keď je potrebné spomaliť alebo úplne zastaviť telesné systémy. Keď človek je, potrava vstupuje do žalúdka a začína sa trávenie. Medzi jedlami by žalúdok nemal pracovať. Tráviaci systém pracuje so sériou hormónov a nervových impulzov, aby zastavil a naštartoval sekréciu kyseliny v žalúdku.

Ďalší príklad negatívnej spätnej väzby možno pozorovať v prípade zvýšenia telesnej teploty. Regulácia homeostázy sa prejavuje potením, ochrannou reakciou organizmu na prehriatie. Tým sa zastaví nárast teploty a odstráni sa problém s prehrievaním. V prípade podchladenia telo poskytuje aj množstvo opatrení prijatých na udržanie tepla.

Udržiavanie vnútornej rovnováhy

Homeostázu možno definovať ako vlastnosť organizmu alebo systému, ktorá mu pomáha udržiavať špecifikované parametre v normálnom rozmedzí hodnôt. Je kľúčom k životu a nesprávna rovnováha pri udržiavaní homeostázy môže viesť k chorobám, ako je hypertenzia a cukrovka.

Homeostáza je kľúčovým prvkom pre pochopenie fungovania ľudského tela. Táto formálna definícia charakterizuje systém, ktorý reguluje svoje vnútorné prostredie a snaží sa udržiavať stabilitu a pravidelnosť všetkých procesov v organizme.

Homeostatická regulácia: telesná teplota

Kontrola telesnej teploty u ľudí je dobrým príkladom homeostázy v biologickom systéme. Keď je človek zdravý, jeho telesná teplota kolíše okolo + 37 °C, ale túto hodnotu môžu ovplyvniť rôzne faktory, vrátane hormónov, rýchlosti metabolizmu a rôzne choroby spôsobujúce zvýšenie teploty.

V tele je regulácia teploty riadená v časti mozgu nazývanej hypotalamus. Cez krvný obeh sa do mozgu posielajú teplotné signály, ako aj analýza výsledkov údajov o frekvencii dýchania, hladine cukru v krvi a metabolizme. K zníženiu aktivity prispieva aj strata tepla v ľudskom tele.

Rovnováha voda-soľ

Bez ohľadu na to, koľko vody človek vypije, telo nenapuchne ako balón, ani sa ľudské telo nezmenší ako hrozienka, ak pijete veľmi málo. Pravdepodobne sa nad tým niekto aspoň raz zamyslel. Tak či onak, telo vie, koľko tekutín je potrebné uložiť, aby si udržalo požadovanú hladinu.

Koncentrácia soli a glukózy (cukru) v tele sa udržiava na konštantnej úrovni (pri absencii negatívnych faktorov), množstvo krvi v tele je asi 5 litrov.

Regulácia hladiny cukru v krvi

Glukóza je typ cukru, ktorý sa nachádza v krvi. Telo človeka si musí udržiavať správnu hladinu glukózy, aby človek zostal zdravý. Keď sú hladiny glukózy príliš vysoké, pankreas uvoľňuje hormón inzulín.

Ak vaša hladina glukózy v krvi klesne príliš nízko, vaša pečeň premení glykogén v krvi, čím zvýši hladinu cukru. Keď sa patogénne baktérie alebo vírusy dostanú do tela, začne bojovať s infekciou skôr, ako patogénne prvky môžu viesť k akýmkoľvek zdravotným problémom.

Tlak pod kontrolou

Udržiavanie zdravého krvného tlaku je tiež príkladom homeostázy. Srdce dokáže vnímať zmeny krvného tlaku a posielať signály do mozgu na spracovanie. Mozog potom pošle späť signál do srdca s pokynmi, ako správne reagovať. Ak je váš krvný tlak príliš vysoký, musíte ho znížiť.

Ako sa dosiahne homeostáza?

Ako ľudské telo reguluje všetky systémy a orgány a kompenzuje prebiehajúce zmeny v životné prostredie? Je to spôsobené prítomnosťou mnohých prirodzených senzorov, ktoré monitorujú teplotu, zloženie krvných solí, krvný tlak a mnohé ďalšie parametre. Tieto detektory posielajú signály do mozgu, do hlavného riadiaceho centra, v prípade, že sa niektoré hodnoty odchyľujú od normy. Potom sa začnú kompenzačné opatrenia na obnovenie normálneho stavu.

Udržiavanie homeostázy je pre telo nesmierne dôležité. Ľudské telo obsahuje určité množstvo chemikálií známych ako kyseliny a zásady, ich správna rovnováha je nevyhnutná pre optimálne fungovanie všetkých orgánov a systémov tela. Hladina vápnika v krvi sa musí udržiavať na správnej úrovni. Keďže dýchanie je mimovoľné, nervový systém poskytuje telu toľko potrebný kyslík. Keď sa toxíny dostanú do krvného obehu, narušia homeostázu vášho tela. Ľudské telo na túto poruchu reaguje pomocou močového systému.

Je dôležité zdôrazniť, že homeostáza tela funguje automaticky, ak systém funguje normálne. Napríklad reakcia na teplo – koža sčervenie, pretože sa jej automaticky rozšíria drobné cievky. Triaška je reakciou na chladenie. Homeostáza teda nie je súbor orgánov, ale syntéza a rovnováha telesných funkcií. Spoločne to umožňuje udržiavať celé telo v stabilnom stave.

9.4. Koncept homeostázy. Všeobecné zákony homeostázy živých systémov

Napriek tomu, že živý organizmus je otvorený systém, ktorý si s prostredím vymieňa hmotu a energiu a existuje s ním v jednote, zachováva sa v čase a priestore ako samostatná biologická jednotka, zachováva si svoju štruktúru (morfológiu), behaviorálne reakcie, špecifické fyzikálno-chemické pomery v bunkách, tkanivový mok. Schopnosť živých systémov odolávať zmenám a udržiavať dynamickú stálosť zloženia a vlastností sa nazýva homeostáza. Termín „homeostáza“ navrhol W. Cannon v roku 1929. Myšlienku existencie fyziologických mechanizmov, ktoré zabezpečujú udržiavanie stálosti vnútorného prostredia organizmov, však vyslovil v druhej polovici 19. storočia C. Bernard.

Homeostáza sa v priebehu evolúcie zlepšila. V mnohobunkových organizmoch sa objavilo vnútorné prostredie, v ktorom sa nachádzajú bunky rôznych orgánov a tkanív. Potom sa vytvorili špecializované orgánové systémy (krvný obeh, výživa, dýchanie, vylučovanie atď.), podieľajúce sa na zabezpečovaní homeostázy na všetkých úrovniach organizácie (molekulárnej, subcelulárnej, bunkovej, tkanivovej, orgánovej a organizačnej). U cicavcov sa vytvorili najdokonalejšie mechanizmy homeostázy, čo prispelo k výraznému rozšíreniu možností ich adaptácie na prostredie. Mechanizmy a typy homeostázy sa vyvinuli v priebehu dlhého vývoja, pričom boli geneticky fixované. Výskyt cudzej genetickej informácie v tele, ktorá je často zavádzaná baktériami, vírusmi, bunkami iných organizmov, ako aj vlastnými zmutovanými bunkami, môže výrazne narušiť homeostázu tela. Ako obrana proti cudzej genetickej informácii, ktorej prienik do organizmu a jej následná realizácia by viedla k otrave toxínmi (cudzie bielkoviny), vznikol taký typ homeostázy, ako napr. genetická homeostáza, ktorá zabezpečuje genetickú stálosť vnútorného prostredia organizmu. Je založená na imunologické mechanizmy vrátane nešpecifickej a špecifickej ochrany vlastnej integrity a individuality organizmu. Nešpecifické mechanizmy sú základom vrodenej, konštitučnej, druhovej imunity, ako aj individuálnej nešpecifickej rezistencie. Patrí medzi ne bariérová funkcia kože a slizníc, baktericídny účinok sekrécie potných a mazových žliaz, baktericídne vlastnosti obsahu žalúdka a čriev, lyzozým sekrécie slinných a slzných žliaz. Ak organizmy preniknú do vnútorného prostredia, dochádza k ich eliminácii pri zápalovej reakcii, ktorá je sprevádzaná zvýšenou fagocytózou, ako aj virostatickým účinkom interferónu (bielkovina s molekulovou hmotnosťou 25 000 - 110 000).

Špecifické imunologické mechanizmy základom získanej imunity, ktorú uplatňuje imunitný systém, ktorý rozpoznáva, spracováva a eliminuje cudzie antigény. Humorálna imunita sa uskutočňuje prostredníctvom tvorby protilátok cirkulujúcich v krvi. Bunková imunita je založená na tvorbe T-lymfocytov, objavení sa dlhovekých T- a B-lymfocytov „imunologickej pamäte“, výskyte alergií (precitlivenosti na špecifický antigén). U človeka sa ochranné reakcie prejavia až v 2. týždni života, najvyššiu aktivitu dosahujú o 10 rokov, od 10 do 20 rokov mierne klesajú, od 20 do 40 rokov zostávajú približne na rovnakej úrovni, potom postupne doznievajú preč.

Mechanizmy imunologickej ochrany sú vážnou prekážkou pri transplantácii orgánov, spôsobujú resorpciu transplantátu. Najúspešnejšie sú v súčasnosti výsledky autotransplantácie (transplantácia tkaniva v tele) a alotransplantácia medzi jednovaječnými dvojčatami. Oveľa menej sa im darí pri medzidruhových transplantáciách (heterotransplantácia alebo xenotransplantácia).

Ďalším typom homeostázy je biochemická homeostáza pomáha udržiavať stálosť chemického zloženia tekutého extracelulárneho (vnútorného) prostredia tela (krv, lymfa, tkanivový mok), ako aj stálosť chemického zloženia cytoplazmy a plazmolémy buniek. Fyziologická homeostáza zabezpečuje stálosť životne dôležitých procesov v tele. Vďaka nemu vznikla a zdokonaľuje sa izoosmia (stálosť obsahu osmoticky aktívnych látok), izotermia (udržiavanie telesnej teploty vtákov a cicavcov v určitých medziach) atď. Štrukturálna homeostáza zabezpečuje stálosť štruktúry (morfologickej organizácie) na všetkých úrovniach (molekulárnej, subcelulárnej, bunkovej atď.) organizácie živých vecí.

Populačná homeostáza zabezpečuje stálosť počtu jedincov v populácii. Biocenotická homeostáza prispieva k stálosti druhového zloženia a počtu jedincov v biocenózach.

Vzhľadom k tomu, že telo funguje a interaguje s prostredím ako jeden systém, procesy, ktoré sú základom odlišné typy homeostatické reakcie sú navzájom úzko prepojené. Samostatné homeostatické mechanizmy sú kombinované a implementované v holistickej adaptačnej odpovedi organizmu ako celku. Takáto kombinácia sa uskutočňuje v dôsledku činnosti (funkcie) regulačných integračných systémov (nervových, endokrinných, imunitných). Najrýchlejšie zmeny stavu kontrolovaného objektu zabezpečuje nervový systém, ktorý je spojený s rýchlosťou procesov vzniku a vedenia nervového impulzu (od 0,2 do 180 m / s). Regulačná funkcia endokrinného systému sa vykonáva pomalšie, pretože je obmedzená rýchlosťou sekrécie hormónov žľazami a ich prenosom v krvnom obehu. Účinok hormónov, ktoré sa v ňom hromadia, je však na regulovaný objekt (orgán) oveľa dlhší ako pri nervovej regulácii.

Telo je samoregulačný živý systém. V dôsledku prítomnosti homeostatických mechanizmov je telo komplexným samoregulačným systémom. Princípy existencie a vývoja takýchto systémov študuje kybernetika a živé systémy biologická kybernetika.

Samoregulácia biologických systémov je založená na princípe priamej a spätnej väzby.

Informácia o odchýlke regulovanej hodnoty od nastavenej úrovne sa spätnoväzbovými kanálmi prenáša do regulátora a mení svoju činnosť tak, aby sa regulovaná hodnota vrátila na počiatočnú (optimálnu) úroveň (obr. 122). Spätná väzba môže byť negatívna(keď sa kontrolovaná hodnota odchýlila v kladnom smere (napríklad nadmerne vzrástla syntéza látky)) a dať

Ryža. 122. Schéma priamej a spätnej väzby v živom organizme:

P - regulátor (nervové centrum, endokrinná žľaza); RO - regulovaný objekt (bunka, tkanivo, orgán); 1 - optimálna funkčná aktivita PO; 2 - znížená funkčná aktivita PO s pozitívnou spätnou väzbou; 3 - zvýšená funkčná aktivita PO s negatívnou spätnou väzbou

telesne(keď sa kontrolovaná hodnota odchýlila na negatívnu stranu (látka sa syntetizuje v nedostatočnom množstve)). Tento mechanizmus, ako aj zložitejšie kombinácie viacerých mechanizmov prebiehajú na rôznych úrovniach organizácie biologických systémov. Príkladom ich fungovania na molekulárnej úrovni je inhibícia kľúčového enzýmu pri nadmernej tvorbe finálny produkt alebo potlačenie syntézy enzýmov. Na bunkovej úrovni priame a spätné mechanizmy zabezpečujú hormonálnu reguláciu a optimálnu hustotu (veľkosť) bunkovej populácie. Prejavom priamej a spätnej väzby na úrovni tela je regulácia glukózy v krvi. V živom organizme sú mechanizmy automatickej regulácie a riadenia (študované biokybernetikmi) obzvlášť zložité. Miera ich komplikovanosti prispieva k zvýšeniu úrovne „spoľahlivosti“ a stability živých systémov vo vzťahu k zmenám prostredia.

Mechanizmy homeostázy sa duplikujú na rôznych úrovniach. To v prírode implementuje princíp viacokruhovej regulácie systémov. Hlavné okruhy predstavujú bunkové a tkanivové homeostatické mechanizmy. Vyznačujú sa vysokým stupňom automatizácie. Hlavná úloha v riadení bunkových a tkanivových homeostatických mechanizmov patrí genetickým faktorom, lokálnym reflexným vplyvom, chemickým a kontaktným interakciám medzi bunkami.

Mechanizmy homeostázy prechádzajú počas ontogenézy človeka významnými zmenami. Až v 2. týždni po pôrode

Ryža. 123. Varianty straty a obnovy v tele

do hry vstupujú biologické ochranné reakcie (tvoria sa bunky, ktoré zabezpečujú bunkovú a humorálnu imunitu) a ich účinnosť sa do 10. roku života stále zvyšuje. V tomto období sa zlepšujú mechanizmy ochrany pred cudzou genetickou informáciou, zvyšuje sa aj zrelosť nervového a endokrinného regulačného systému. Mechanizmy homeostázy sú najspoľahlivejšie v zrelý vek, do konca obdobia vývoja a rastu organizmu (19-24 rokov). Starnutie organizmu je sprevádzané znížením účinnosti mechanizmov genetickej, štrukturálnej, fyziologickej homeostázy, oslabením regulačných vplyvov nervového a endokrinného systému.

5. Homeostáza.

Organizmus možno definovať ako fyzikálno-chemický systém, ktorý existuje v prostredí v stacionárnom stave. Práve táto schopnosť živých systémov udržiavať stacionárny stav v neustále sa meniacom prostredí určuje ich prežitie. Na zabezpečenie rovnovážneho stavu vo všetkých organizmoch - od morfologicky najjednoduchších až po najzložitejšie - boli vyvinuté rôzne anatomické, fyziologické a behaviorálne úpravy, ktoré slúžia jedinému účelu - udržiavaniu stálosti vnútorného prostredia.

Prvýkrát myšlienku, že stálosť vnútorného prostredia poskytuje optimálne podmienky pre život a rozmnožovanie organizmov, vyslovil v roku 1857 francúzsky fyziológ Claude Bernard. Počas svojej vedeckej kariéry bol Claude Bernard zaujatý schopnosťou organizmov regulovať a udržiavať v pomerne úzkych hraniciach také fyziologické parametre, ako je telesná teplota alebo obsah vody v ňom. Túto myšlienku sebaregulácie ako základu fyziologickej stability zhrnul vo forme výroku, ktorý sa stal klasikou: „Stálosť vnútorného prostredia je predpokladom slobodného života“.

Claude Bernard zdôraznil rozdiel medzi vonkajším prostredím, v ktorom organizmy žijú, a vnútorným prostredím, v ktorom sa nachádzajú ich jednotlivé bunky, a pochopil, aké dôležité je, aby vnútorné prostredie zostalo nezmenené. Cicavce si napríklad dokážu udržať telesnú teplotu aj napriek kolísaniu okolitej teploty. Ak sa príliš ochladí, zviera sa môže presunúť na teplejšie alebo chránenejšie miesto a ak to nie je možné, nastupujú samoregulačné mechanizmy, ktoré zvyšujú telesnú teplotu a bránia prenosu tepla. Adaptačný význam toho je, že organizmus ako celok funguje efektívnejšie, pretože bunky, z ktorých sa skladá, sú v optimálnych podmienkach. Samoregulačné systémy fungujú nielen na úrovni organizmu, ale aj na úrovni buniek. Organizmus je súhrnom jeho základných buniek a optimálne fungovanie organizmu ako celku závisí od optimálneho fungovania jeho jednotlivých častí. Akýkoľvek samoorganizujúci sa systém si zachováva stálosť svojho zloženia - kvalitatívneho a kvantitatívneho. Tento jav sa nazýva homeostáza a je charakteristický pre väčšinu biologických a sociálnych systémov... Termín homeostáza zaviedol v roku 1932 americký fyziológ Walter Cannon.

Homeostáza(gr. homoios - podobný, rovnaký; stázový stav, imobilita) - relatívna dynamická stálosť vnútorného prostredia (krv, lymfa, tkanivový mok) a stabilita základných fyziologických funkcií (krvný obeh, dýchanie, termoregulácia, metabolizmus, atď.) ) ľudského a zvieracieho organizmu. Regulačné mechanizmy, ktoré udržujú fyziologický stav alebo vlastnosti buniek, orgánov a systémov celého organizmu na optimálnej úrovni, sa nazývajú homeostatické. Historicky a geneticky má koncept homeostázy biologické a medicínsko-biologické predpoklady. Tam je to korelované ako konečný proces, obdobie života so samostatným izolovaným organizmom alebo ľudským jedincom ako čisto biologický jav. Ohraničenosť existencie a potreba naplniť jej účel – rozmnožovanie vlastného druhu – umožňuje prostredníctvom konceptu „zachovania“ určiť stratégiu prežitia jednotlivého organizmu. „Udržiavanie štrukturálnej a funkčnej stability“ je podstatou akejkoľvek homeostázy riadenej homeostatom alebo samoregulačnej.

Ako viete, živá bunka je mobilný, samoregulačný systém. Jeho vnútorná organizácia je podporovaná aktívnymi procesmi zameranými na obmedzenie, predchádzanie alebo elimináciu posunov spôsobených rôznymi vplyvmi z vonkajšieho a vnútorného prostredia. Schopnosť vrátiť sa do počiatočného stavu po odchýlke od určitej priemernej úrovne spôsobenej tým alebo tým "rušivým" faktorom je hlavnou vlastnosťou bunky. Mnohobunkový organizmus je holistická organizácia, ktorej bunkové prvky sú špecializované na vykonávanie rôznych funkcií. Interakcia v tele sa uskutočňuje komplexnými regulačnými, koordinačnými a korelačnými mechanizmami za účasti nervových, humorálnych, metabolických a iných faktorov. Mnohé samostatné mechanizmy regulujúce vnútrobunkové a medzibunkové vzťahy majú v mnohých prípadoch vzájomne opačné účinky, ktoré sa navzájom vyrovnávajú. To vedie k vytvoreniu pohyblivého fyziologického zázemia v tele (fyziologickej rovnováhy) a umožňuje živému systému udržiavať relatívnu dynamickú stálosť napriek zmenám prostredia a posunom, ku ktorým dochádza v procese života tela.

Ako ukazujú štúdie, spôsobov regulácie existujúcich v živých organizmoch je veľa spoločné znaky s regulačnými zariadeniami v neživých systémoch, ako sú stroje. V oboch prípadoch sa stabilita dosahuje určitou formou riadenia.

Samotná myšlienka homeostázy nezodpovedá konceptu stabilnej (nekolísavej) rovnováhy v tele - princíp rovnováhy nie je použiteľný pre zložité fyziologické a biochemické procesy prebiehajúce v živých systémoch. Nesprávne je aj porovnávanie homeostázy s rytmickým kolísaním vnútorného prostredia. Homeostáza v širšom zmysle zahŕňa problematiku cyklického a fázového priebehu reakcií, kompenzáciu, reguláciu a samoreguláciu fyziologických funkcií, dynamiku vzájomnej závislosti nervových, humorálnych a iných zložiek regulačného procesu. Hranice homeostázy môžu byť pevné a flexibilné, líšia sa v závislosti od individuálneho veku, pohlavia, sociálnych, profesionálnych a iných podmienok.

Pre životne dôležitú činnosť organizmu má osobitný význam stálosť zloženia krvi - tekutá matrica organizmu (fluidná matrica), slovami W. Kennona. Stabilita jeho aktívnej reakcie (pH), osmotický tlak, pomer elektrolytov (sodík, vápnik, chlór, horčík, fosfor), obsah glukózy, počet vytvorených prvkov atď. nad 7,35-7,47. Dokonca aj prudké poruchy acidobázického metabolizmu s patologickou akumuláciou kyselín v tkanivovej tekutine, napríklad pri diabetickej acidóze, majú veľmi malý vplyv na aktívnu reakciu krvi. Napriek tomu, že osmotický tlak krvi a tkanivového moku neustále kolísa v dôsledku neustáleho prísunu osmoticky aktívnych produktov intersticiálneho metabolizmu, zostáva na určitej úrovni a mení sa len s niektorými výraznými patologické stavy... Udržiavanie konštantného osmotického tlaku má prvoradý význam pre výmenu vody a udržiavanie iónovej rovnováhy v tele. Najstálejšia je koncentrácia sodných iónov vo vnútornom prostredí. Obsah ostatných elektrolytov tiež kolíše v úzkych medziach. Prítomnosť veľkého počtu osmoreceptorov v tkanivách a orgánoch, vrátane centrálnych nervových formácií (hypotalamus, hipokampus), a koordinovaný systém regulátorov metabolizmu vody a iónového zloženia umožňuje telu rýchlo eliminovať zmeny osmotického tlaku krvi. , ktoré sa vyskytujú napríklad pri vstupe vody do tela ...

Napriek tomu, že krv je všeobecným vnútorným prostredím tela, bunky orgánov a tkanív s ňou neprichádzajú priamo do kontaktu. V mnohobunkové organizmy každý orgán má svoje vnútorné prostredie (mikroprostredie), zodpovedajúce jeho štruktúrnemu a funkčné vlastnosti, a normálny stav orgánov závisí od chemického zloženia, fyzikálno-chemických, biologických a iných vlastností tohto mikroprostredia. Jej homeostáza je spôsobená funkčný stav histohematogénne bariéry a ich priepustnosť v smeroch krv - tkanivový mok; tkanivový mok – krv.

Mimoriadny význam má stálosť vnútorného prostredia pre činnosť centrálneho nervového systému: aj malé chemické a fyzikálno-chemické posuny, ktoré sa vyskytujú v mozgovomiechovom moku, gliách a pericelulárnych priestoroch, môžu spôsobiť prudké narušenie priebehu životných procesov v jednotlivých neurónoch. alebo v ich súboroch. Systémom na zabezpečenie optimálnej hladiny krvného tlaku je komplexný homeostatický systém zahŕňajúci rôzne neurohumorálne, biochemické, hemodynamické a iné mechanizmy regulácie. Horná hranica hladiny krvného tlaku je v tomto prípade určená funkčnými možnosťami baroreceptorov cievneho systému tela a dolná hranica je určená potrebami organizmu na prekrvenie.

K najdokonalejším homeostatickým mechanizmom v tele vyšších živočíchov a človeka patria procesy termoregulácie; u homeotermických živočíchov kolísanie teplôt vo vnútorných častiach tela pri najprudších zmenách teploty v prostredí nepresahuje desatiny stupňa.

Organizačná úloha nervového aparátu (princíp nervozity) je základom všeobecne známych konceptov podstaty princípov homeostázy. Avšak ani dominantný princíp, ani teória bariérových funkcií, ani všeobecný adaptačný syndróm, ani teória funkčných systémov, ani hypotalamická regulácia homeostázy a mnohé iné teórie nedokážu úplne vyriešiť problém homeostázy.

V niektorých prípadoch sa pojem homeostáza nepoužíva celkom správne na vysvetlenie izolovaných fyziologických stavov, procesov a dokonca aj sociálnych javov. Tak vznikli pojmy „imunologický“, „elektrolyt“, „systémový“, „molekulárny“, „fyzikálno-chemický“, „genetická homeostáza“ atď., s ktorými sa stretávame v literatúre. Boli urobené pokusy zredukovať problém homeostázy na princíp samoregulácie. Príkladom riešenia problému homeostázy z hľadiska kybernetiky je Ashbyho pokus (W.R. Ashby, 1948) navrhnúť samoregulačné zariadenie, ktoré simuluje schopnosť živých organizmov udržiavať úroveň určitých hodnôt vo fyziologicky prijateľných medziach.

V praxi sa výskumníci a lekári stretávajú s otázkami hodnotenia adaptačných (adaptívnych) alebo kompenzačných schopností organizmu, ich regulácie, posilňovania a mobilizácie a predikcie reakcií organizmu na rušivé vplyvy. Niektoré stavy autonómnej nestability spôsobené nedostatočnosťou, nadbytkom alebo nedostatočnosťou regulačných mechanizmov sa považujú za „choroby homeostázy“. S určitou konvenciou medzi ne možno zaradiť funkčné poruchy normálnej činnosti organizmu spojené s jeho starnutím, nútenú reštrukturalizáciu biologických rytmov, niektoré javy vegetatívnej dystónie, hyper- a hypokompenzačnú reaktivitu pri strese a extrémnych vplyvoch atď.

Posúdiť stav homeostatických mechanizmov vo fyziologickom experimente a v klinickej praxi používajú sa rôzne dávkované funkčné testy (chlad, teplo, adrenalín, inzulín, mezatonické, atď.) so stanovením pomeru biologicky aktívnych látok v krvi a moči (hormóny, mediátory, metabolity) atď.

Biofyzikálne mechanizmy homeostázy.

Homeostáza je z hľadiska chemickej biofyziky stav, v ktorom sú všetky procesy zodpovedné za energetické premeny v organizme v dynamickej rovnováhe. Tento stav je najstabilnejší a zodpovedá fyziologickému optimu. V súlade s pojmami termodynamiky môže organizmus a bunka existovať a adaptovať sa na také podmienky prostredia, za ktorých možno v biologickom systéme nastoliť stacionárny priebeh fyzikálno-chemických procesov, t.j. homeostázy. Hlavná úloha pri vytváraní homeostázy patrí predovšetkým bunkovým membránovým systémom, ktoré sú zodpovedné za bioenergetické procesy a regulujú rýchlosť príjmu a výdaja látok bunkami.

Z tohto hľadiska sú hlavnými príčinami poruchy neenzymatické reakcie, ktoré sú pre normálny život nezvyčajné a vyskytujú sa v membránach; vo väčšine prípadov ide o reťazové reakcie oxidácie za účasti voľných radikálov, ktoré vznikajú vo fosfolipidoch buniek. Tieto reakcie vedú k poškodeniu štrukturálnych prvkov buniek a dysfunkcii regulácie. K faktorom, ktoré spôsobujú narušenie homeostázy, patria aj látky spôsobujúce tvorbu radikálov – ionizujúce žiarenie, infekčné toxíny, niektoré potraviny, nikotín, ale aj nedostatok vitamínov atď.

Jedným z hlavných faktorov, ktoré stabilizujú homeostatický stav a funkcie membrán, sú bioantioxidanty, ktoré inhibujú rozvoj reakcií oxidačných radikálov.

Vekové znaky homeostázy u detí.

Stálosť vnútorného prostredia tela a relatívna stálosť fyzikálnych a chemických ukazovateľov v detskom veku poskytuje výraznú prevahu anabolických metabolických procesov nad katabolickými. Toto je nevyhnutná podmienka rastu a odlišuje detský organizmus od organizmu dospelého, v ktorom je intenzita metabolických procesov v stave dynamickej rovnováhy. V tomto smere je neuroendokrinná regulácia homeostázy v tele dieťaťa intenzívnejšia ako u dospelých. Každé vekové obdobie je charakterizované špecifickými vlastnosťami mechanizmov homeostázy a ich regulácie. Preto majú deti oveľa častejšie než dospelí vážne poruchy homeostázy život ohrozujúce... Tieto poruchy sú najčastejšie spojené s nezrelosťou homeostatických funkcií obličiek, s poruchami gastrointestinálneho traktu alebo dýchacej funkcie pľúc.

Rast dieťaťa, vyjadrený nárastom hmotnosti jeho buniek, je sprevádzaný zreteľnými zmenami v distribúcii tekutín v tele. Absolútny nárast objemu extracelulárnej tekutiny zaostáva za rýchlosťou celkového prírastku hmotnosti, preto relatívny objem vnútorného prostredia, vyjadrený v percentách telesnej hmotnosti, s vekom klesá. Táto závislosť je výrazná najmä v prvom roku po narodení. U starších detí sa rýchlosť zmeny relatívneho objemu extracelulárnej tekutiny znižuje. Systém na reguláciu stálosti objemu kvapaliny (regulácia objemu) poskytuje kompenzáciu odchýlok vo vodnej bilancii v pomerne úzkych medziach. Vysoký stupeň hydratácie tkanív u novorodencov a malých detí podmieňuje výrazne vyššiu detskú potrebu vody (na jednotku telesnej hmotnosti) ako u dospelých. Strata vody alebo jej obmedzenie rýchlo vedie k rozvoju dehydratácie vplyvom extracelulárneho sektora, teda vnútorného prostredia. Zároveň obličky - hlavné výkonné orgány v systéme objemovej regulácie - nezabezpečujú úsporu vody. Limitujúcim faktorom regulácie je nezrelosť renálneho tubulárneho systému. Najdôležitejšia vlastnosť neuroendokrinná kontrola homeostázy u novorodencov a malých detí spočíva v relatívne vysokej sekrécii a renálnej exkrécii aldosterónu, čo má priamy vplyv na stav hydratácie tkanív a funkciu obličkových tubulov.

Obmedzená je aj regulácia osmotického tlaku krvnej plazmy a extracelulárnej tekutiny u detí. Osmolarita vnútorného prostredia kolíše v širšom rozsahu ( 50 mosm / l) , než dospelí

( 6 mosm / l) . Je to spôsobené väčšou veľkosťou povrchu tela o 1 kg hmotnosti a teda s výraznejšou stratou vody pri dýchaní, ako aj nezrelosťou obličkových mechanizmov koncentrácie moču u detí. Poruchy homeostázy, prejavujúce sa hyperosmózou, sú bežné najmä u detí v novorodeneckom období a prvých mesiacoch života; vo vyššom veku začína prevládať hypoosmóza spojená najmä s gastrointestinálne ochorenie alebo ochorenie obličiek. Menej skúmaná je iónová regulácia homeostázy, ktorá úzko súvisí s činnosťou obličiek a charakterom výživy.

Predtým sa verilo, že hlavným faktorom určujúcim hodnotu osmotického tlaku extracelulárnej tekutiny je koncentrácia sodíka, avšak neskoršie štúdie ukázali, že neexistuje úzka korelácia medzi obsahom sodíka v krvnej plazme a hodnotou celkového osmotický tlak v patológii. Výnimkou je plazmatická hypertenzia. V dôsledku toho si vykonávanie homeostatickej terapie zavedením glukózo-fyziologických roztokov vyžaduje sledovanie nielen obsahu sodíka v sére alebo krvnej plazme, ale aj zmien celkovej osmolarity extracelulárnej tekutiny. Veľký význam pri udržiavaní celkového osmotického tlaku vo vnútornom prostredí má koncentrácia cukru a močoviny. Obsah týchto osmoticky aktívnych látok a ich vplyv na výmena vody a soli v mnohých patologických stavoch sa môžu prudko zvýšiť. Preto v prípade akýchkoľvek porušení homeostázy je potrebné určiť koncentráciu cukru a močoviny. Vzhľadom na vyššie uvedené sa u malých detí môže v rozpore s režimom voda-soľ a proteín vyvinúť stav latentnej hyper- alebo hypoosmózy, hyperazotémia.

Dôležitým ukazovateľom charakterizujúcim homeostázu u detí je koncentrácia vodíkových iónov v krvi a extracelulárnej tekutine. V prenatálnom a skorom postnatálnom období regulácia acidobázickej rovnováhy úzko súvisí so stupňom saturácie krvi kyslíkom, čo sa vysvetľuje relatívnou prevahou anaeróbnej glykolýzy v bioenergetických procesoch. Navyše aj mierna hypoxia u plodu je sprevádzaná akumuláciou kyseliny mliečnej v jeho tkanivách. Nezrelosť acidogenetickej funkcie obličiek navyše vytvára predpoklady pre rozvoj „fyziologickej“ acidózy (posun acidobázickej rovnováhy v organizme smerom k relatívnemu zvýšeniu množstva kyslých aniónov.). V súvislosti so zvláštnosťami homeostázy u novorodencov sa často vyskytujú poruchy na hranici medzi fyziologickým a patologickým.

Reorganizácia neuroendokrinného systému počas puberty (puberty) je spojená aj so zmenami homeostázy. Funkcie výkonných orgánov (obličky, pľúca) však v tomto veku dosahujú maximálny stupeň zrelosti, preto sú ťažké syndrómy alebo choroby homeostázy zriedkavé, ale častejšie hovoríme o kompenzovaných posunoch metabolizmu, ktoré môžu byť zistené biochemickou štúdiou krvi. Na klinike na charakterizáciu homeostázy u detí je potrebné vyšetriť nasledujúce ukazovatele: hematokrit, celkový osmotický tlak, sodík, draslík, cukor, hydrogénuhličitany a močovinu v krvi, ako aj pH krvi, p02 a pCO2.

Vlastnosti homeostázy v starobe a senilnom veku.

Rovnaká úroveň homeostatických hodnôt v rôznych vekových obdobiach je udržiavaná v dôsledku rôznych posunov v systémoch ich regulácie. Napríklad stálosť hladiny krvného tlaku v mladom veku je zachovaná vďaka vyššej minutáži srdcový výdaj a nízkou celkovou periférnou vaskulárnou rezistenciou a u starších a senilných osôb - v dôsledku vyššej celkovej periférnej rezistencie a poklesu srdcového výdaja. Starnutím organizmu sa udržiava stálosť najdôležitejších fyziologických funkcií v podmienkach zníženia spoľahlivosti a zníženia možného rozsahu fyziologických zmien homeostázy. Zachovanie relatívnej homeostázy s výraznými štrukturálnymi, metabolickými a funkčnými zmenami sa dosahuje tým, že súčasne dochádza nielen k zániku, narušeniu a degradácii, ale aj k rozvoju špecifických adaptačných mechanizmov. Tým sa udržiava stála hladina krvného cukru, pH krvi, osmotický tlak, membránový potenciál buniek atď.

Významný význam pri udržiavaní homeostázy v procese starnutia majú zmeny v mechanizmoch neurohumorálnej regulácie, zvýšenie citlivosti tkanív na pôsobenie hormónov a mediátorov na pozadí oslabenia nervových vplyvov.

Starnutím organizmu sa výrazne mení práca srdca, pľúcna ventilácia, výmena plynov, obličkové funkcie, sekrécia tráviacich žliaz, funkcia žliaz s vnútornou sekréciou, metabolizmus atď.. Tieto zmeny možno charakterizovať ako homeorézu - prirodzenú trajektória (dynamika) zmien intenzity metabolizmu a fyziologických funkcií s vekom v čase. Význam priebehu zmien súvisiacich s vekom je veľmi dôležitý pre charakterizáciu procesu starnutia človeka, určenie jeho biologického veku.

V starobe a senilnom veku sa všeobecný potenciál adaptačných mechanizmov znižuje. Preto v starobe so zvýšenou záťažou, stresom a inými situáciami sa zvyšuje pravdepodobnosť narušenia adaptačných mechanizmov a narušenia homeostázy. Takéto zníženie spoľahlivosti mechanizmov homeostázy je jedným z najdôležitejších predpokladov pre vznik patologických porúch v starobe.

Homeostáza je teda integrálny pojem, ktorý funkčne a morfologicky spája kardiovaskulárny systém, dýchací systém, obličkový systém, metabolizmus voda-elektrolyt, acidobázická rovnováha.

Hlavný účel kardiovaskulárneho systému - zásobovanie a distribúcia krvi vo všetkých povodiach mikrocirkulácie. Množstvo krvi vytlačenej srdcom za 1 minútu je minútový objem. Funkciou kardiovaskulárneho systému však nie je len udržiavať daný minútový objem a jeho distribúciu v bazénoch, ale meniť minútový objem v súlade s dynamikou potrieb tkaniva v rôznych situáciách.

Hlavnou úlohou krvi je transport kyslíka. U mnohých chirurgických pacientov dochádza k akútnemu poklesu minútového objemu, ktorý narúša dodávku kyslíka do tkanív a môže viesť k smrti buniek, orgánu a dokonca aj celého tela. Pri posudzovaní funkcie kardiovaskulárneho systému by sa preto mal brať do úvahy len minútový objem, ale aj zásobenie tkanív kyslíkom a ich potreba.

Hlavný účel dýchacie systémy - zabezpečenie primeranej výmeny plynov medzi telom a prostredím pri neustále sa meniacej rýchlosti metabolické procesy... Normálnou funkciou dýchacieho systému je udržiavanie konštantnej hladiny kyslíka a oxidu uhličitého v arteriálnej krvi pri normálnom cievnom odpore v pľúcnom obehu a pri zvyčajnom výdaji energie na dýchaciu prácu.

Tento systém je úzko prepojený s ostatnými systémami, predovšetkým s kardiovaskulárnym systémom. Funkcia dýchacieho systému zahŕňa ventiláciu, pľúcnu cirkuláciu, difúziu plynov cez alveolárno-kapilárnu membránu, transport plynov krvou a tkanivové dýchanie.

Funkcie obličkový systém : Obličky sú hlavným orgánom určeným na udržiavanie stálosti fyzikálnych a chemických podmienok v tele. Hlavnou ich funkciou je vylučovanie. Zahŕňa: reguláciu vodnej a elektrolytovej rovnováhy, udržiavanie acidobázickej rovnováhy a odstraňovanie metabolických produktov bielkovín a tukov z tela.

Funkcie výmena voda-elektrolyt : voda v tele hrá dopravnú úlohu plniacich buniek, intersticiálnych (intermediárnych) a vaskulárnych priestorov, je rozpúšťadlom solí, koloidov a kryštaloidov a zúčastňuje sa biochemických reakcií. Všetky biochemické kvapaliny sú elektrolyty, pretože soli a koloidy rozpustené vo vode sú v disociovanom stave. Nie je možné vymenovať všetky funkcie elektrolytov, ale hlavné sú: udržiavanie osmotického tlaku, udržiavanie reakcie vnútorného prostredia, účasť na biochemických reakciách.

Hlavný účel acidobázickej rovnováhy spočíva v udržiavaní stálosti pH telesných tekutín ako základu pre normálne biochemické reakcie, a teda životne dôležitú činnosť. Metabolizmus prebieha za nevyhnutnej účasti enzymatických systémov, ktorých aktivita je úzko závislá od chemickej reakcie elektrolytu. Spolu s výmenou voda-elektrolyt hrá acidobázická rovnováha rozhodujúcu úlohu pri usporiadaní biochemických reakcií. Na regulácii acidobázickej rovnováhy sa podieľajú nárazníkové systémy a mnohé fyziologické systémy tela.

Homeostáza

Homeostáza, homeoréza, homeomorfóza - charakteristika stavu organizmu. Systémová podstata organizmu sa prejavuje predovšetkým v jeho schopnosti sebaregulácie v neustále sa meniacich podmienkach prostredia. Keďže všetky orgány a tkanivá tela sú zložené z buniek, z ktorých každá je relatívne samostatným organizmom, stav vnútorného prostredia ľudského tela má veľký význam pre jeho normálne fungovanie. Pre ľudské telo – suchozemského tvora – prostredie tvorí atmosféra a biosféra, pričom do určitej miery interaguje s litosférou, hydrosférou a noosférou. Väčšina buniek ľudského tela je zároveň ponorená do tekutého média, ktoré predstavuje krv, lymfa a medzibunková tekutina. Iba krycie tkanivá priamo interagujú s ľudským prostredím, všetky ostatné bunky sú izolované od vonkajšieho sveta, čo umožňuje telu do značnej miery štandardizovať podmienky ich existencie. Najmä schopnosť udržiavať stálu telesnú teplotu okolo 37 °C zabezpečuje stabilitu metabolických procesov, pretože všetky bio chemické reakcie, ktoré tvoria podstatu metabolizmu, sú vysoko závislé od teploty. Rovnako dôležité je udržiavať v telesných tekutinách konštantné napätie kyslíka a oxidu uhličitého, koncentráciu rôznych iónov atď. Za normálnych podmienok existencie, a to aj počas adaptácie a aktivity, existujú malé odchýlky tohto druhu parametrov, ale rýchlo sa odstránia, vnútorné prostredie tela sa vráti do stabilnej normy. Veľký francúzsky fyziológ 19. storočia. Claude Bernard tvrdil: "Stálosť vnútorného prostredia je predpokladom slobodného života." Fyziologické mechanizmy, ktoré udržujú stálosť vnútorného prostredia, sa nazývajú homeostatické a samotný jav odzrkadľujúci schopnosť organizmu samoregulovať vnútorné prostredie sa nazýva homeostáza. Tento termín zaviedol v roku 1932 W. Cannon, jeden z tých fyziológov 20. storočia, ktorý spolu s N. A. Bernsteinom, P. K. Anokhinom a N. Winerom stál pri počiatkoch vedy o kontrole – kybernetiky. Pojem "homeostáza" sa používa nielen vo fyziologickom, ale aj v kybernetickom výskume, pretože práve udržanie nemennosti akýchkoľvek charakteristík komplexného systému je hlavným cieľom akejkoľvek kontroly.

Ďalší pozoruhodný bádateľ K. Waddington upozornil na skutočnosť, že organizmus si dokáže udržať nielen stálosť svojho vnútorného stavu, ale aj relatívnu stálosť svojich dynamických charakteristík, teda priebehu procesov v čase. Tento jav sa analogicky s homeostázou nazýval homeorez. Je to obzvlášť dôležité pre pestovanie a vyvíjajúci sa organizmus a spočíva v tom, že organizmus je schopný pri svojich dynamických premenách udržiavať (samozrejme v určitých medziach) „vývojový kanál“. Najmä ak dieťa v dôsledku choroby alebo prudkého zhoršenia životných podmienok zo sociálnych dôvodov (vojna, zemetrasenie a pod.) výrazne zaostáva za svojimi bežne sa vyvíjajúcimi rovesníkmi, neznamená to, že takéto zaostávanie je fatálne a nezvratné. . Ak sa skončí obdobie nepriaznivých udalostí a dieťa dostane podmienky primerané vývinu, tak v raste aj v úrovni funkčného vývinu čoskoro dobehne svojich rovesníkov a v budúcnosti sa od nich výrazne neodlišuje. To vysvetľuje skutočnosť, že z detí, ktoré v ranom veku prekonali vážnu chorobu, často vyrastú zdraví a proporčne stavaní dospelí. Hrá Homeorez kľúčová úloha ako v riadení ontogenetického vývoja, tak aj v procesoch adaptácie. Medzitým sú fyziologické mechanizmy homeorézy stále nedostatočne študované.

Treťou formou samoregulácie stálosti organizmu je homeomorfóza - schopnosť zachovať nemennosť tvaru. Táto vlastnosť je inherentnejšia dospelému organizmu, pretože rast a vývoj sú nezlučiteľné s nemennosťou formy. Napriek tomu, ak vezmeme do úvahy krátke časové úseky, najmä počas období inhibície rastu, potom schopnosť homeomorfózy možno nájsť aj u detí. Ide o to, že v tele sa neustále menia generácie jeho základných buniek. Bunky nežijú dlho (jedinou výnimkou sú nervové bunky): normálny život telesných buniek je týždne alebo mesiace. Napriek tomu každá nová generácia buniek takmer presne opakuje tvar, veľkosť, umiestnenie a teda aj funkčné vlastnosti predchádzajúcej generácie. Špeciálne fyziologické mechanizmy zabraňujú výrazným zmenám telesnej hmotnosti v podmienkach hladovania alebo prejedania sa. Najmä pri pôste sa prudko zvyšuje stráviteľnosť živín a pri prejedaní sa naopak väčšina bielkovín, tukov a sacharidov dodávaných s jedlom „spáli“ bez akéhokoľvek úžitku pre telo. Bolo dokázané (NA Smirnova), že u dospelého človeka sú prudké a výrazné zmeny telesnej hmotnosti (hlavne v dôsledku množstva tuku) v akomkoľvek smere skutočnými znakmi poruchy adaptácie, prepätia a naznačujú funkčnú poruchu organizmu. . Detský organizmus sa stáva obzvlášť citlivým na vonkajšie vplyvy v obdobiach najrýchlejšieho rastu. Porušenie homeomorfózy je rovnakým nepriaznivým znakom ako poruchy homeostázy a homeorézy.

Pojem biologických konštánt. Telo je komplex obrovského množstva najrozličnejších látok. V procese vitálnej činnosti buniek tela sa koncentrácia týchto látok môže výrazne zmeniť, čo znamená zmenu vnútorného prostredia. Bolo by nemysliteľné, keby riadiace systémy organizmu boli nútené sledovať koncentráciu všetkých týchto látok, t.j. disponujú množstvom senzorov (receptorov), priebežne analyzujú aktuálny stav, robia manažérske rozhodnutia a sledujú ich efektivitu. Na takýto spôsob riadenia všetkých parametrov by nestačili informačné ani energetické zdroje tela. Preto sa telo obmedzuje na sledovanie relatívne malého počtu najviac významné ukazovatele ktoré je potrebné udržiavať na relatívne konštantnej úrovni pre blaho veľkej väčšiny telesných buniek. Tieto najrigidnejšie homeostatizované parametre sa tým transformujú na "biologické konštanty" a ich nemennosť je zabezpečená v dôsledku niekedy dosť významných výkyvov v iných parametroch, ktoré nepatria do kategórie homeostatizovaných. Hladiny hormónov podieľajúcich sa na regulácii homeostázy sa tak môžu v krvi meniť desiatky krát v závislosti od stavu vnútorného prostredia a vplyvu vonkajších faktorov. Zároveň sa homeostatické parametre menia iba o 10-20%.

Najdôležitejšie biologické konštanty. Medzi najdôležitejšie biologické konštanty, za udržiavanie ktorých na relatívne konštantnej úrovni sú zodpovedné rôzne fyziologické systémy tela, patrí tzv. telesná teplota, hladina glukózy v krvi, obsah iónov H + v telesných tekutinách, čiastočné napätie kyslíka a oxidu uhličitého v tkanivách.

Choroba ako znak alebo dôsledok porúch homeostázy. Takmer všetky ľudské choroby sú spojené s porušením homeostázy. Teda napríklad s mnohými infekčné choroby, ako aj pri zápalových procesoch je v tele prudko narušená teplotná homeostáza: objavuje sa horúčka (zvýšenie teploty), niekedy život ohrozujúca. Dôvod takéhoto porušenia homeostázy môže spočívať tak v zvláštnostiach neuroendokrinnej reakcie, ako aj v poruchách aktivity periférnych tkanív. V tomto prípade je prejavom choroby zvýšená teplota- je dôsledkom porušenia homeostázy.

Zvyčajne sú horúčkovité stavy sprevádzané acidózou - porušením acidobázickej rovnováhy a posunom reakcie telesných tekutín na kyslú stranu. Acidóza je tiež charakteristická pre všetky choroby spojené so zhoršením činnosti kardiovaskulárneho a kardiovaskulárneho systému dýchacie systémy(ochorenia srdca a ciev, zápalové a alergické lézie bronchopulmonálneho systému atď.). Často acidóza sprevádza prvé hodiny života novorodenca, najmä ak normálne dýchanie nezačalo hneď po narodení. Na odstránenie tohto stavu je novorodenec umiestnený do špeciálnej komory so zvýšeným obsahom kyslíka. Metabolická acidóza so silnou svalovou námahou sa môže vyskytnúť u ľudí v akomkoľvek veku a prejavuje sa dýchavičnosťou a zvýšeným potením, ako aj bolestivosťou svalov. Po ukončení práce môže stav acidózy pretrvávať niekoľko minút až 2-3 dni v závislosti od stupňa únavy, kondície a účinnosti homeostatických mechanizmov.

Veľmi nebezpečné sú choroby vedúce k narušeniu homeostázy voda-soľ, napríklad cholera, pri ktorej sa z tela odstraňuje veľké množstvo vody a tkanivá strácajú svoje funkčné vlastnosti. Mnohé ochorenia obličiek tiež vedú k porušeniu homeostázy voda-soľ. V dôsledku niektorých z týchto ochorení môže vzniknúť alkalóza – nadmerné zvýšenie koncentrácie zásaditých látok v krvi a zvýšenie pH (posun na alkalickú stranu).

V niektorých prípadoch môžu drobné, ale dlhodobé porušenia homeostázy spôsobiť rozvoj určitých chorôb. Existujú teda dôkazy, že nadmerná konzumácia cukru a iných zdrojov sacharidov v potrave, ktoré narúšajú homeostázu glukózy, vedie k poškodeniu pankreasu, v dôsledku čoho sa u človeka rozvinie cukrovka. Nebezpečná je aj nadmerná konzumácia kuchynských a iných minerálnych solí, štipľavého korenia a pod., ktoré zvyšujú záťaž vylučovacieho ústrojenstva. Obličky nemusia byť schopné vyrovnať sa s množstvom látok, ktoré je potrebné z tela odstrániť, v dôsledku čoho dôjde k narušeniu homeostázy voda-soľ. Jedným z jeho prejavov je edém - nahromadenie tekutiny v mäkkých tkanivách tela. Príčina edémov zvyčajne spočíva buď v zlyhaní kardiovaskulárneho systému, alebo v poruche funkcie obličiek a v dôsledku toho metabolizmu minerálov.

Homeostáza je:

Homeostáza(starogrécky ὁμοιοστάσις z ὁμοιος – rovnaký, podobný a στάσις – státie, nehybnosť) – sebaregulácia, schopnosť otvoreného systému udržiavať stálosť svojho vnútorného stavu prostredníctvom koordinovaných reakcií zameraných na udržanie dynamickej rovnováhy. Túžba systému reprodukovať sa, obnoviť stratenú rovnováhu, prekonať odpor vonkajšieho prostredia.

Populačná homeostáza je schopnosť populácie udržať si určitý počet svojich jedincov po dlhú dobu.

Americký fyziológ Walter B. Cannon v roku 1932 vo svojej knihe „The Wisdom of the Body“ („Múdrosť tela“) vytvoril tento termín ako názov pre „koordinované fyziologické procesy, ktoré podporujú najstabilnejšie stavy tela“. Neskôr sa tento pojem rozšíril o schopnosť dynamicky udržiavať stálosť svojho vnútorného stavu akéhokoľvek otvoreného systému. Myšlienku stálosti vnútorného prostredia však sformuloval už v roku 1878 francúzsky vedec Claude Bernard.

Všeobecné informácie

Termín "homeostáza" sa najčastejšie používa v biológii. Pre existenciu mnohobunkových organizmov je potrebné udržiavať stálosť vnútorného prostredia. Mnohí environmentalisti sú presvedčení, že tento princíp platí aj pre vonkajšie prostredie. Ak systém nie je schopný obnoviť svoju rovnováhu, môže nakoniec prestať fungovať.

Komplexné systémy – napríklad ľudské telo – musia mať homeostázu, aby si udržali stabilitu a existovali. Tieto systémy sa musia snažiť nielen prežiť, ale musia sa aj prispôsobovať zmenám v prostredí a vyvíjať sa.

Vlastnosti homeostázy

Homeostatické systémy majú nasledujúce vlastnosti:

• Nestabilita systémy: testuje, ako je najlepšie sa prispôsobiť.
• Snaha o rovnováhu: celá vnútorná, štrukturálna a funkčná organizácia systémov prispieva k udržaniu rovnováhy.
• Nepredvídateľnosť: výsledný efekt konkrétnej akcie sa môže často líšiť od toho, čo sa očakáva.

Príklady homeostázy u cicavcov:

• Regulácia množstva mikroživín a vody v organizme – osmoregulácia. Vykonáva sa v obličkách.
• Odstránenie metabolického odpadu - vylučovanie. Vykonávajú ho exokrinné orgány - obličky, pľúca, potné žľazy a gastrointestinálny trakt.
• Regulácia telesnej teploty. Znižovanie teploty potením, rôzne termoregulačné reakcie.
• Regulácia hladiny glukózy v krvi. Vykonáva sa hlavne pečeňou, inzulínom a glukagónom vylučovaným pankreasom.

Je dôležité poznamenať, že hoci je telo v rovnováhe, jeho fyziologický stav môže byť dynamický. V mnohých organizmoch sa pozorujú endogénne zmeny vo forme cirkadiánnych, ultradiánnych a infradiánnych rytmov. Takže aj v homeostáze nie sú telesná teplota, krvný tlak, srdcová frekvencia a väčšina metabolických ukazovateľov vždy na konštantnej úrovni, ale časom sa menia.

Mechanizmy homeostázy: spätná väzba

Keď dôjde k zmene premenných, existujú dva hlavné typy spätnej väzby, na ktoré systém reaguje:

1. Negatívna spätná väzba, vyjadrená v reakcii, pri ktorej systém reaguje tak, že zvráti smer zmeny. Keďže spätná väzba slúži na udržanie stálosti systému, umožňuje to udržiavať homeostázu.
   • Keď sa napríklad zvýši koncentrácia oxidu uhličitého v ľudskom tele, pľúca dostanú signál, aby zvýšili svoju aktivitu a vydýchli viac oxidu uhličitého.
   • Termoregulácia je ďalším príkladom negatívnej spätnej väzby. Keď telesná teplota stúpa (alebo klesá), termoreceptory v koži a hypotalame zaregistrujú zmenu a spustia signál z mozgu. Tento signál zase vyvolá reakciu – zníženie teploty (alebo zvýšenie).
2. Pozitívna spätná väzba, ktorá sa prejavuje zvýšením zmeny premennej. Má destabilizujúci účinok, a preto nevedie k homeostáze. Pozitívna spätná väzba je v prírodných systémoch menej častá, no má tiež svoje využitie.
   • Napríklad v nervoch prahový elektrický potenciál spôsobuje generovanie oveľa väčšieho akčného potenciálu. Ďalším príkladom pozitívnej spätnej väzby je zrážanie krvi a udalosti pri narodení.

Odolné systémy vyžadujú kombináciu oboch typov spätnej väzby. Kým negatívna spätná väzba vám umožňuje vrátiť sa do homeostatického stavu, pozitívna spätná väzba sa používa na prechod do úplne nového (a dosť možno menej žiaduceho) stavu homeostázy – táto situácia sa nazýva „metastabilita“. K takýmto katastrofálnym zmenám môže dôjsť napríklad pri zvýšení živín v riekach s čistá vodačo vedie k homeostatickému stavu vysokej eutrofizácie (prerastanie kanála riasami) a zákalu.

Ekologická homeostáza

Ekologická homeostáza sa pozoruje v klimaxových spoločenstvách s najvyššou možnou biodiverzitou za priaznivých podmienok prostredia.

V narušených ekosystémoch alebo subklimaxových biologických spoločenstvách - ako napríklad na ostrove Krakatoa, po násilnej erupcii sopky v roku 1883 - bol stav homeostázy predchádzajúceho lesného klimaxového ekosystému zničený, rovnako ako všetok život na tomto ostrove. V priebehu rokov po erupcii prešla Krakatoa reťazcom ekologických zmien, v ktorých sa navzájom nahradili nové druhy rastlín a živočíchov, čo viedlo k biodiverzite a v dôsledku toho aj klimakterickému spoločenstvu. Ekologické nástupníctvo po Krakatoa prebiehalo v niekoľkých etapách. Kompletný reťazec postupností, ktorý viedol k menopauze, sa nazýva konzervácia. Na príklade Krakatoa sa na tomto ostrove vytvorilo klimaxové spoločenstvo s ôsmimi tisíckami rôznych druhov zaznamenaných v roku 1983, sto rokov po tom, čo erupcia zničila život na ňom. Údaje potvrdzujú, že pozícia zostáva nejaký čas v homeostáze, zatiaľ čo objavenie sa nových druhov veľmi rýchlo vedie k rýchlemu vymiznutiu starých.

Prípad Krakatoa a iných narušených alebo nedotknutých ekosystémov ukazuje, že počiatočná kolonizácia priekopníckymi druhmi sa uskutočňuje prostredníctvom reprodukčných stratégií založených na pozitívnej spätnej väzbe, v rámci ktorých sa druh rozšíri a vyprodukuje čo najviac potomkov, ale s malými alebo žiadnymi investíciami do úspech každého jednotlivca.... U takýchto druhov dochádza k rýchlemu vývoju a rovnako rýchlemu kolapsu (napríklad prostredníctvom epidémie). Keď sa ekosystém blíži ku klimaxu, takéto druhy sú nahradené komplexnejšími klimaxovými druhmi, ktoré sa negatívnou spätnou väzbou prispôsobujú špecifickým podmienkam svojho prostredia. Tieto druhy sú starostlivo kontrolované potenciálnou kapacitou ekosystému a sledujú inú stratégiu – produkciu menších potomkov, do ktorých reprodukčného úspechu sa investuje viac energie do mikroprostredia jeho špecifickej ekologickej niky.

Vývoj začína komunitou pionierov a končí komunitou vyvrcholenia. Toto klimaxové spoločenstvo vzniká vtedy, keď sú flóra a fauna v rovnováhe s miestnym prostredím.

Takéto ekosystémy tvoria heteroarchie, v ktorých homeostáza na jednej úrovni podporuje homeostatické procesy na inej komplexnej úrovni. Napríklad strata listov z zrelého tropického stromu vytvára priestor pre nový rast a obohacuje pôdu. Rovnako tropický strom znižuje prístup svetla na nižšie úrovne a pomáha predchádzať invázii iných druhov. Ale aj stromy padajú na zem a vývoj lesa závisí od neustálej zmeny stromov, kolobehu živín, ktorý vykonávajú baktérie, hmyz, huby. Podobne také lesy uľahčujú ekologické procesy, ako je regulácia mikroklímy alebo hydrologické cykly ekosystému, a niekoľko rôznych ekosystémov môže interagovať, aby udržala homeostázu odvodňovania riek v rámci biologického regiónu. Variabilita bioregiónov zohráva úlohu aj v homeostatickej stabilite biologickej oblasti alebo biomu.

Biologická homeostáza

Homeostáza pôsobí ako základná charakteristika živých organizmov a chápe sa ako udržiavanie vnútorného prostredia v prijateľných medziach.

Do vnútorného prostredia tela patria telesné tekutiny – krvná plazma, lymfa, medzibunková látka a likvor. Udržiavanie stability týchto tekutín je pre organizmy životne dôležité, pričom ich absencia vedie k poškodeniu genetického materiálu.

Vzhľadom na akýkoľvek parameter sa organizmy delia na konformačné a regulačné. Regulačné organizmy udržiavajú parameter na konštantnej úrovni bez ohľadu na to, čo sa deje v prostredí. Konformačné organizmy umožňujú okoliu určiť parameter. Napríklad teplokrvné živočíchy si udržiavajú stálu telesnú teplotu, zatiaľ čo studenokrvné živočíchy vykazujú široký rozsah teplôt.

Nehovoríme o tom, že konformačné organizmy nemajú behaviorálne adaptácie, ktoré im umožňujú do určitej miery regulovať prijatý parameter. Plazy napríklad často sedia ráno na vyhrievaných kameňoch, aby si zvýšili telesnú teplotu.

Výhodou homeostatickej regulácie je, že umožňuje efektívnejšie fungovanie organizmu. Napríklad studenokrvné zvieratá majú tendenciu byť pri nízkych teplotách letargické, zatiaľ čo teplokrvné zvieratá sú takmer také aktívne ako kedykoľvek predtým. Na druhej strane regulácia vyžaduje energiu. Dôvod, prečo niektoré hady môžu jesť iba raz týždenne, je ten, že vynakladajú oveľa menej energie na udržanie homeostázy ako cicavce.

Bunková homeostáza

Regulácia chemickej aktivity bunky sa dosahuje množstvom procesov, medzi ktorými je obzvlášť dôležitá zmena štruktúry samotnej cytoplazmy, ako aj štruktúry a aktivity enzýmov. Autoregulácia závisí od teploty, kyslosti, koncentrácie substrátu a prítomnosti niektorých makro- a mikroprvkov.

Homeostáza v ľudskom tele

Schopnosť telesných tekutín podporovať život ovplyvňujú rôzne faktory. Patria sem parametre ako teplota, slanosť, kyslosť a koncentrácia živín – glukózy, rôznych iónov, kyslíka a odpadu – oxidu uhličitého a moču. Keďže tieto parametre ovplyvňujú chemické reakcie, ktoré udržujú telo pri živote, sú tu zabudované fyziologické mechanizmy, ktoré ich udržujú na požadovanej úrovni.

Homeostázu nemožno považovať za príčinu týchto nevedomých adaptácií. Treba to brať ako všeobecné charakteristiky mnohé normálne procesy pôsobia v zhode, a nie ako ich hlavná príčina. Navyše existuje mnoho biologických javov, ktoré tomuto modelu nevyhovujú – napríklad anabolizmus.

Ostatné oblasti

Homeostáza sa využíva aj v iných oblastiach.

Poistný matematik môže rozprávať riziková homeostáza, v ktorom napríklad ľudia, ktorí majú na aute protiblokovacie brzdy, nie sú v bezpečnejšom postavení ako tí, ktorí ich nemajú, pretože títo ľudia si bezpečnejšie auto nevedome kompenzujú riskantnou jazdou. Niektoré obmedzujúce mechanizmy – napríklad strach – totiž prestávajú fungovať.

Sociológovia a psychológovia môžu rozprávať stresová homeostáza- túžba populácie alebo jednotlivca zostať na určitej úrovni stresu, často umelo vyvolávajúca stres, ak „prirodzená“ úroveň stresu nestačí.

Príklady

• Termoregulácia
  • Chvenie kostrového svalstva sa môže vyskytnúť, ak je telesná teplota príliš nízka.
  • Iný typ termogenézy zahŕňa rozklad tukov za vzniku tepla.
  • Potenie ochladzuje telo odparovaním.
• Chemická regulácia
  • Pankreas vylučuje inzulín a glukagón na kontrolu hladín glukózy v krvi.
  • Pľúca prijímajú kyslík, emitujú oxid uhličitý.
  • Obličky vylučujú moč a regulujú hladinu vody a množstvo iónov v tele.

Mnohé z týchto orgánov sú riadené hormónmi z hypotalamo-hypofyzárneho systému.

pozri tiež

• Homeostáza
• Otvorené systémy
• Fyziologické procesy

Nadácia Wikimedia. 2010.

Homeostáza je proces, ktorý sa v tele vyskytuje nezávisle a je zameraný na stabilizáciu stavu ľudských systémov pri zmene vnútorných podmienok (zmeny teploty, tlaku) alebo vonkajších (zmeny klímy, časového pásma). Tento názov navrhol americký fyziológ Kennon. Následne sa homeostáza nazývala schopnosť akéhokoľvek systému (vrátane prostredia) udržiavať svoju vnútornú stálosť.

V kontakte s

Pojem a charakteristika homeostázy

Wikipedia tento pojem charakterizuje ako túžbu prežiť, prispôsobiť sa a rozvíjať sa. Aby bola homeostáza správna, je potrebná koordinovaná práca všetkých orgánov a systémov. V tomto prípade budú všetky parametre osoby normálne. Ak niektorý parameter nie je v tele regulovaný, to naznačuje porušenie homeostázy.

Hlavné charakteristiky homeostázy sú nasledovné:

• analýza možností prispôsobenia systému novým podmienkam;
• snaha o udržanie rovnováhy;
• neschopnosť vopred predvídať výsledky regulácie ukazovateľov.

Spätná väzba

Spätná väzba je skutočný mechanizmus účinku homeostázy. Takto telo reaguje na akékoľvek zmeny. Telo funguje nepretržite počas celého života človeka. Jednotlivé systémy však musia mať čas na odpočinok a zotavenie. V tomto období práca jednotlivých orgánov spomalí alebo úplne zastaví. Tento proces sa nazýva spätná väzba. Príkladom toho je prerušenie práce žalúdka, keď sa doň nedostane jedlo. Takáto prestávka v trávení zabezpečuje zastavenie tvorby kyseliny v dôsledku pôsobenia hormónov a nervových vzruchov.

Existujú dva typy tohto mechanizmu ktorý bude popísaný nižšie.

Negatívna odozva

Tento typ mechanizmu je založený na skutočnosti, že telo reaguje na zmeny a snaží sa ich nasmerovať opačným smerom. To znamená, že sa opäť usiluje o stabilitu. Napríklad, ak sa v tele nahromadí oxid uhličitý, pľúca začnú pracovať aktívnejšie, dýchanie sa stáva častejšie, vďaka čomu sa odstraňuje prebytočný oxid uhličitý. A aj vďaka negatívnej spätnej väzbe dochádza k termoregulácii, vďaka ktorej sa telo vyhne prehriatiu či podchladeniu.

Pozitívna spätná väzba

Tento mechanizmus je priamo opačný ako predchádzajúci. V prípade jeho pôsobenia je zmena premennej len zosilnená mechanizmom, ktorý telo dostane z rovnovážneho stavu. Toto je pomerne zriedkavý a menej žiaduci proces. Príkladom toho je prítomnosť elektrického potenciálu v nervoch., čo namiesto znižovania akcie vedie k jej zvýšeniu.

Vďaka tomuto mechanizmu však dochádza k vývoju a prechodu do nových stavov, čo znamená, že je aj nevyhnutný pre život.

Aké parametre reguluje homeostáza?

Napriek tomu, že sa telo neustále snaží udržiavať hodnoty parametrov dôležitých pre život, nie sú vždy stabilné. Telesná teplota sa bude stále meniť v malom rozsahu, rovnako ako srdcová frekvencia alebo krvný tlak. Úlohou homeostázy je udržiavať tento rozsah hodnôt, ako aj pomáhať pri fungovaní organizmu.

Príkladmi homeostázy sú odstraňovanie odpadových látok z ľudského tela, uskutočňované obličkami, potnými žľazami, gastrointestinálnym traktom, ako aj závislosť metabolizmu od stravy. Trochu viac podrobností o nastaviteľných parametroch bude popísané nižšie.

Telesná teplota

Najvýraznejším a najjednoduchším príkladom homeostázy je udržiavanie normálnej telesnej teploty. Prehriatiu organizmu sa dá predísť potením. Normálne teploty sú od 36 do 37 stupňov Celzia. Môže sa spustiť zvýšenie týchto hodnôt zápalové procesy, porušenia hormonálne pozadie a metabolizmus alebo akékoľvek ochorenie.

Časť mozgu nazývaná hypotalamus je zodpovedná za kontrolu telesnej teploty v tele. Dostávajú sa tam signály o zlyhaní teplotného režimu, čo sa môže prejaviť aj zrýchleným dýchaním, zvýšením množstva cukru a nezdravým zrýchlením metabolizmu. To všetko vedie k letargii, zníženiu aktivity orgánov, po ktorej systémy začnú prijímať opatrenia na reguláciu ukazovateľov teploty. Potenie je jednoduchým príkladom termoregulačnej reakcie organizmu..

Stojí za zmienku, že tento proces funguje aj pri nadmernom znížení telesnej teploty. Telo sa teda dokáže zahriať štiepením tukov, čím vzniká teplo.

Rovnováha voda-soľ

Voda je pre telo nevyhnutná a každý to dobre vie. Denný príjem tekutín je dokonca 2 litre. V skutočnosti každý organizmus potrebuje svoje množstvo vody a niekomu to môže prekročiť priemernú hodnotu, niekomu to nemusí stačiť. Avšak bez ohľadu na to, koľko vody človek vypije, telo nebude hromadiť všetku prebytočnú tekutinu. Voda zostane na požadovanej úrovni, pričom všetok nadbytok sa z tela vylúči v dôsledku osmoregulácie vykonávanej obličkami.

Homeostáza krvi

Rovnakým spôsobom sa reguluje množstvo cukru, a to glukózy, ktorá je dôležitý prvok krvi. Človek nemôže byť úplne zdravý, ak je hladina cukru ďaleko od normálu. Tento indikátor je regulovaný fungovaním pankreasu a pečene. V prípade, že hladina glukózy prekročí normu, pôsobí pankreas, v ktorom sa produkuje inzulín a glukagón. Ak sa množstvo cukru príliš zníži, pomocou pečene sa doň spracuje glykogén z krvi.

Normálny tlak

Homeostáza je tiež zodpovedná za normálny krvný tlak v tele. Ak sa poruší, signály o tom prídu zo srdca do mozgu. Mozog reaguje na problém a pomocou impulzov pomáha srdcu znižovať vysoký krvný tlak.

Definícia homeostázy charakterizuje nielen správne fungovanie systémov jedného organizmu, ale môže sa vzťahovať aj na celé populácie. V závislosti od toho sa rozlišujú typy homeostázy. popísané nižšie.

Ekologická homeostáza

Tento druh je prítomný v spoločenstve, ktoré poskytuje potrebné životné podmienky. Vzniká pôsobením mechanizmu pozitívnej spätnej väzby, keď sa organizmy, ktoré začnú osídľovať ekosystém, rýchlo množia, čím sa zvyšuje ich počet. Ale takéto rýchle osídlenie môže viesť k ešte rýchlejšiemu zničeniu nového druhu v prípade epidémie alebo zmeny podmienok na menej priaznivé. Preto sa organizmy musia prispôsobiť. a stabilizovať, čo je spôsobené negatívnou spätnou väzbou. Počet obyvateľov teda klesá, no viac sa prispôsobujú.

Biologická homeostáza

Tento typ je charakteristický len pre jednotlivcov, ktorých telo sa snaží udržiavať vnútornú rovnováhu najmä reguláciou zloženia a množstva krvi, medzibunkových látok a iných tekutín potrebných pre normálne fungovanie organizmu. Homeostáza zároveň nie vždy zaväzuje udržiavať parametre konštantné, niekedy sa dosahuje adaptáciou a adaptáciou organizmu na zmenené podmienky. Kvôli tomuto rozdielu sú organizmy rozdelené do dvoch typov:

• konformačné - to sú tí, ktorí sa snažia zachovať hodnoty (napríklad teplokrvné zvieratá, ktorých telesná teplota by mala byť viac-menej konštantná);
• regulačné, ktoré sa prispôsobujú (chladnokrvné, majúce inú teplotu v závislosti od podmienok).

V tomto prípade je homeostáza každého z organizmov zameraná na kompenzáciu nákladov. Ak teplokrvné zvieratá nezmenia svoj životný štýl, keď teplota okolia klesne, potom sa studenokrvné zvieratá stanú letargickými a pasívnymi, aby neplytvali energiou.

navyše biologická homeostáza zahŕňa tieto poddruhy:

• bunková homeostáza je zameraná na zmenu štruktúry cytoplazmy a enzýmovej aktivity, ako aj na regeneráciu tkanív a orgánov;
• homeostáza v organizme je zabezpečená reguláciou teplotných ukazovateľov, koncentráciou látok potrebných pre život a odstraňovaním odpadu.

Iné druhy

Okrem biológie a medicíny, tento pojem našiel uplatnenie aj v iných oblastiach.

Udržiavanie homeostázy

Homeostáza je udržiavaná vďaka prítomnosti takzvaných senzorov v tele, ktoré vysielajú do mozgu impulzy obsahujúce informácie o tlaku a telesnej teplote, rovnováhe voda-soľ, zložení krvi a ďalších parametroch dôležitých pre normálny život. Akonáhle sa niektoré hodnoty začnú odchyľovať od normy, do mozgu sa o tom pošle signál a telo začne regulovať svoje ukazovatele.

Tento zložitý mechanizmus nastavenia neuveriteľne dôležité pre život. Normálny stav človeka je udržiavaný správnym pomerom chemikálií a prvkov v tele. Kyseliny a zásady sú nevyhnutné pre stabilnú prevádzku zažívacie ústrojenstvo a iné orgány.

Vápnik je veľmi dôležitý konštrukčný materiál, bez správne množstvočo človek nebude mať zdravé kosti a zuby. Kyslík je nevyhnutný pre dýchanie.

Toxíny, ktoré sa do nej dostanú, môžu narušiť dobre koordinovanú prácu tela. Ale aby nedošlo k poškodeniu zdravia, vylučujú sa kvôli práci močového systému.

Homeostáza funguje bez akéhokoľvek úsilia zo strany človeka. Ak je telo zdravé, telo si všetky procesy reguluje samo. Ak je ľuďom horúco, cievy sa rozširujú, čo sa prejavuje začervenaním pokožky. Ak je zima, objaví sa triaška... Vďaka takýmto reakciám tela na podnety sa zdravie človeka udržiava na požadovanej úrovni.

Homeostáza je akýkoľvek samoregulačný proces, ktorým sa biologické systémy snažia udržiavať vnútornú stabilitu, prispôsobujúc sa optimálnym podmienkam prežitia. Ak je homeostáza úspešná, život ide ďalej; v inak dôjde ku katastrofe alebo smrti. Dosiahnutá stabilita je v skutočnosti dynamickou rovnováhou, v ktorej dochádza k nepretržitým zmenám, ale prevládajú relatívne homogénne podmienky.

Vlastnosti a úloha homeostázy

Každý systém v dynamickej rovnováhe chce dosiahnuť stabilný stav, rovnováhu, ktorá odoláva vonkajším zmenám. Keď je takýto systém narušený, zabudované regulátory reagujú na odchýlky, aby vytvorili novú rovnováhu. Tento proces je jednou z kontrol spätnej väzby. Príkladom homeostatickej regulácie sú všetky procesy integrácie a koordinácie funkcií sprostredkované elektrickými obvodmi a nervovými alebo hormonálnymi systémami.

Ďalším príkladom homeostatickej regulácie v mechanickom systéme je činnosť regulátora izbovej teploty alebo termostatu. Srdcom termostatu je bimetalový pásik, ktorý reaguje na zmeny teploty dokončením alebo prerušením elektrického obvodu. Keď sa miestnosť ochladí, okruh sa skončí a zapne sa kúrenie a teplota sa zvýši. Pri nastavenej úrovni sa okruh preruší, rúra sa zastaví a teplota klesne.

Biologické systémy s veľkou zložitosťou však majú regulátory, ktoré je ťažké porovnávať s mechanickými zariadeniami.

Ako už bolo uvedené, termín homeostáza sa vzťahuje na udržiavanie vnútorného prostredia tela v úzkych a prísne kontrolovaných medziach. Hlavnými funkciami dôležitými pre udržanie homeostázy sú rovnováha tekutín a elektrolytov, regulácia kyslosti, termoregulácia a kontrola metabolizmu.

Kontrola telesnej teploty u ľudí sa považuje za vynikajúci príklad homeostázy v biologickom systéme. Normálna teplota ľudského tela je približne 37 °C, ale túto hodnotu môžu ovplyvniť rôzne faktory, vrátane hormónov, rýchlosti metabolizmu a chorôb, ktoré vedú k nadmerne vysokej resp. nízke teploty... Reguláciu telesnej teploty riadi oblasť mozgu nazývaná hypotalamus.

Spätná väzba o telesnej teplote sa prenáša cez krvný obeh do mozgu a vedie ku kompenzačným úpravám frekvencie dýchania, hladiny cukru a rýchlosti metabolizmu. Stratu tepla u ľudí zabezpečuje znížená aktivita, potenie a mechanizmy prenosu tepla, ktoré umožňujú cirkuláciu väčšieho množstva krvi v blízkosti povrchu kože.

Zníženie tepelných strát pochádza z izolácie, zníženého prekrvenia pokožky a kultúrnych zmien, ako je používanie oblečenia, prístrešia a zdrojov tepla tretích strán. Rozsah medzi vysokou a nízkou úrovňou telesnej teploty predstavuje homeostatickú plató – „normálny“ rozsah, ktorý udržuje život. Keď sa priblížime k jednému z dvoch extrémov, nápravná akcia (prostredníctvom negatívnej spätnej väzby) vráti systém do normálneho rozsahu.

Koncept homeostázy sa vzťahuje aj na podmienky prostredia. Prvýkrát navrhol americký ekológ Robert MacArthur v roku 1955 myšlienku, že homeostáza je výsledkom kombinácie biodiverzity a veľkého počtu ekologických interakcií, ktoré sa vyskytujú medzi druhmi.

Tento predpoklad bol považovaný za koncept, ktorý by mohol pomôcť vysvetliť udržateľnosť ekologického systému, teda jeho zachovanie ako špecifického typu ekosystému v priebehu času. Odvtedy sa koncept trochu zmenil a zahŕňal neživý komponent ekosystému. Tento termín použili mnohí ekológovia na opis reciprocity, ktorá sa vyskytuje medzi živými a neživými časťami ekosystému, aby sa zachoval status quo.

Hypotéza Gaia je model Zeme, navrhnutý anglickým vedcom Jamesom Lovelockom, ktorý považuje rôzne živé a neživé zložky za zložky väčšieho systému alebo jedného organizmu, čo naznačuje, že kolektívne úsilie jednotlivých organizmov prispieva k homeostáze planéty. úrovni.

Bunková homeostáza

Na udržanie vitality a správneho fungovania závisí od prostredia tela. Homeostáza udržuje životné prostredie tela pod kontrolou a udržiava priaznivé podmienky pre bunkové procesy. Bez správnych telesných podmienok niektoré procesy (napríklad osmóza) a proteíny (napríklad enzýmy) nebudú správne fungovať.

Prečo je homeostáza pre bunky dôležitá?Živé bunky závisia od pohybu chemikálií okolo nich. Chemikálie, ako je kyslík, oxid uhličitý a rozpustené potraviny, musia byť transportované dovnútra a von z buniek. To sa uskutočňuje difúznymi a osmóznymi procesmi v závislosti od rovnováhy vody a soli v tele, ktoré sú udržiavané homeostázou.

Bunky sú závislé od enzýmov, ktoré urýchľujú mnohé chemické reakcie, ktoré udržujú bunky živé a funkčné. Tieto enzýmy fungujú najlepšie pri určitých teplotách, a preto je homeostáza opäť životne dôležitá pre bunky, pretože udržiava stálu telesnú teplotu.

Príklady a mechanizmy homeostázy

Tu je niekoľko základných príkladov homeostázy v ľudskom tele, ako aj mechanizmov, ktoré ju podporujú:

Telesná teplota

Najčastejším príkladom homeostázy u ľudí je regulácia telesnej teploty. Normálna telesná teplota, ako sme písali vyššie, je 37 ° C. Teplota je vyššia alebo nižšia normálny výkon môže spôsobiť vážne komplikácie.

Svalové zlyhanie nastáva pri teplote 28 ° C. Pri 33 ° C dochádza k strate vedomia. Pri 42 ° C sa centrálny nervový systém začína zhoršovať. Smrť nastáva pri 44 ° C. Telo riadi teplotu vytváraním alebo uvoľňovaním prebytočného tepla.

Koncentrácia glukózy

Koncentrácia glukózy sa vzťahuje na množstvo glukózy (krvného cukru) prítomného v krvnom obehu. Telo využíva glukózu ako zdroj energie, ale príliš veľa alebo príliš málo glukózy môže spôsobiť vážne komplikácie. Niekoľko hormónov reguluje koncentráciu glukózy v krvi. Inzulín znižuje koncentráciu glukózy, zatiaľ čo kortizol, glukagón a katecholamíny sa zvyšujú.

Hladiny vápnika

Kosti a zuby obsahujú približne 99 % vápnika v tele, pričom zvyšné 1 % cirkuluje v krvi. Má príliš veľa alebo príliš málo vápnika v krvi Negatívne dôsledky... Ak sa hladina vápnika v krvi príliš zníži, prištítne telieska aktivujú svoje receptory citlivé na vápnik a uvoľnia parathormón.

PTH signalizuje kostiam, aby uvoľnili vápnik, aby sa zvýšila jeho koncentrácia v krvnom obehu. Ak sa hladina vápnika príliš zvýši, štítna žľaza uvoľní kalcitonín a fixuje prebytočný vápnik v kostiach, čím sa množstvo vápnika v krvi zníži.

Objem kvapaliny

Telo si musí udržiavať stále vnútorné prostredie, to znamená, že potrebuje regulovať stratu tekutín alebo ich dopĺňanie. Hormóny pomáhajú regulovať túto rovnováhu tým, že vyvolávajú vylučovanie alebo zadržiavanie tekutín. Ak má telo nedostatok tekutín, antidiuretický hormón signalizuje obličkám, aby zadržiavali tekutinu a znižuje produkciu moču. Ak telo obsahuje príliš veľa tekutín, potláča aldosterón a signalizuje väčšiu tvorbu moču.

Téma 4.1. Homeostáza

Homeostáza(z gréčtiny. homoios- podobný, rovnaký a postavenie- nehybnosť) je schopnosť živých systémov odolávať zmenám a udržiavať stálosť zloženia a vlastností biologických systémov.

Termín „homeostáza“ navrhol W. Cannon v roku 1929 na charakterizáciu stavov a procesov, ktoré zabezpečujú stabilitu organizmu. Myšlienku existencie fyzikálnych mechanizmov zameraných na udržanie stálosti vnútorného prostredia vyslovil v druhej polovici 19. storočia C. Bernard, ktorý považoval stabilitu fyzikálno-chemických podmienok vo vnútornom prostredí za základ tzv. sloboda a nezávislosť živých organizmov v neustále sa meniacom vonkajšom prostredí. Fenomén homeostázy sa pozoruje na rôznych úrovniach organizácie biologických systémov.

Všeobecné zákony homeostázy. Schopnosť udržiavať homeostázu je jednou z podstatné vlastnostiživý systém v stave dynamickej rovnováhy s podmienkami vonkajšieho prostredia.

Normalizácia fyziologických parametrov sa uskutočňuje na základe vlastnosti dráždivosti. Schopnosť udržiavať homeostázu sa líši od druhu k druhu. Ako sa organizmy stávajú zložitejšími, táto schopnosť postupuje, čím sa stávajú nezávislejšími od výkyvov vonkajších podmienok. Je to zrejmé najmä u vyšších živočíchov a ľudí, ktorí majú zložité nervové, endokrinné a imunitné mechanizmy regulácie. Vplyv prostredia na ľudský organizmus nie je predovšetkým priamy, ale nepriamy v dôsledku vytvárania umelého prostredia ním, úspechu techniky a civilizácie.

V systémových mechanizmoch homeostázy funguje kybernetický princíp negatívnej spätnej väzby: pri akomkoľvek rušivom účinku dochádza k aktivácii nervových a endokrinných mechanizmov, ktoré spolu úzko súvisia.

Genetická homeostáza na molekulárnej genetickej, bunkovej a organizačnej úrovni je zameraný na udržanie vyváženého génového systému obsahujúceho všetky biologické informácie organizmu. Mechanizmy ontogenetickej (organizmickej) homeostázy sú zafixované v historicky vyvinutom genotype. Na populačno-druhovej úrovni je genetická homeostáza schopnosť populácie udržiavať relatívnu stabilitu a celistvosť dedičného materiálu, ktorú zabezpečujú procesy redukčného delenia a voľného kríženia jedincov, čo prispieva k zachovaniu genetického materiálu. rovnováha frekvencií alel.

Fyziologická homeostáza spojené s tvorbou a nepretržitým udržiavaním špecifických fyzikálno-chemických podmienok v bunke. Stálosť vnútorného prostredia mnohobunkových organizmov je udržiavaná systémom dýchania, krvného obehu, trávenia, vylučovania a je regulovaná nervovým a endokrinným systémom.

Štrukturálna homeostáza je založená na mechanizmoch regenerácie, ktoré zabezpečujú morfologickú stálosť a integritu biologického systému na rôznych úrovniach organizácie. To sa prejavuje pri obnove intracelulárnych a orgánových štruktúr delením a hypertrofiou.

Porušenie mechanizmov homeostatických procesov sa považuje za "chorobu" homeostázy.

Štúdium vzorcov ľudskej homeostázy má veľký význam pre výber účinných a racionálnych metód liečby mnohých chorôb.

Cieľ. Mať predstavu o homeostáze ako vlastnosti živých vecí, ktorá zabezpečuje samoudržiavanie stability organizmu. Poznať hlavné typy homeostázy a mechanizmy jej udržiavania. Poznať základné zákonitosti fyziologickej a reparačnej regenerácie a jej stimulačných faktorov, význam regenerácie pre praktickú medicínu. Poznať biologickú podstatu transplantácie a jej praktický význam.

Dielo 2. Genetická homeostáza a jej poruchy

Preskúmajte a prepíšte tabuľku.

Koniec tabuľky.

Práca 3. Mechanizmy opravy na príklade postradiačnej obnovy štruktúry DNA

Oprava alebo korekcia poškodených častí jedného z reťazcov DNA sa považuje za obmedzenú replikáciu. Najviac preskúmaný je proces opravy, keď je reťazec DNA poškodený ultrafialovým (UV) žiarením. V bunkách existuje niekoľko systémov na opravu enzýmov, ktoré sa vytvorili v priebehu evolúcie. Keďže všetky organizmy sa vyvinuli a existujú v podmienkach UV žiarenia, bunky majú samostatný systém opravy svetla, ktorý je v súčasnosti najviac študovaný. Pri poškodení molekuly DNA UV lúčmi vznikajú tymidínové diméry, t.j. "Zošívanie" medzi susednými tymínovými nukleotidmi. Tieto diméry nemôžu vykonávať funkciu matrice, preto sú korigované enzýmami na opravu svetla prítomnými v bunkách. Excízna oprava obnovuje poškodené miesta UV žiarením a inými faktormi. Tento opravný systém má niekoľko enzýmov: opravnú endonukleázu

a exonukleáza, DNA polymeráza, DNA ligáza. Postreplikatívna oprava je neúplná, pretože ide dookola a poškodená oblasť sa z molekuly DNA neodstráni. Preštudujte si mechanizmy opravy na príklade fotoreaktivácie, excíznej opravy a postreplikatívnej opravy (obr. 1).

Ryža. jeden. Oprava

Práca 4. Formy ochrany biologickej individuality organizmu

Preskúmajte a prepíšte tabuľku.

Práca 5. Bariéra medzi krvou a tekutinou

Slinné žľazy majú schopnosť selektívne transportovať látky z krvi do slín. Niektoré z nich sa vylučujú v slinách vo vyššej koncentrácii, zatiaľ čo iné v nižšej koncentrácii ako v krvnej plazme. Prechod zlúčenín z krvi do slín sa uskutočňuje rovnakým spôsobom ako transport cez akúkoľvek histo-hematologickú bariéru. Vysoká selektivita látok prenášaných z krvi do slín umožňuje izolovať krvno-slinnú bariéru.

Preskúmajte proces sekrécie slín v acinárnych bunkách slinnej žľazy na obr. 2.

Ryža. 2. Sekrécia slín

Práca 6. Regenerácia

Regenerácia je súbor procesov, ktoré zabezpečujú obnovu biologických štruktúr; je to mechanizmus na udržanie štrukturálnej aj fyziologickej homeostázy.

Fyziologická regenerácia vykonáva obnovu štruktúr opotrebovaných počas normálneho života tela. Reparatívna regenerácia- Ide o obnovu štruktúry po úraze alebo po patologickom procese. Schopnosť regenerácie

sa líšia tak pre rôzne štruktúry, ako aj pre odlišné typyživé organizmy.

Obnovu štrukturálnej a fyziologickej homeostázy možno dosiahnuť transplantáciou orgánov alebo tkanív z jedného organizmu do druhého, t.j. transplantáciou.

Doplňte tabuľku pomocou učiva z prednášok a učebnice.

Práca 7. Transplantácia ako príležitosť na obnovenie štrukturálnej a fyziologickej homeostázy

Transplantácia- nahradenie stratených alebo poškodených tkanív a orgánov vlastnými alebo odobranými z iného organizmu.

Implantácia- transplantácia orgánov z umelých materiálov.

Preštudujte si a prepíšte tabuľku v pracovnom zošite.

Otázky pre samoštúdium

1. Určte biologickú podstatu homeostázy a pomenujte jej typy.

2. Na akých úrovniach organizácie sa udržiava homeostáza?

3. Čo je to genetická homeostáza? Rozšírte mechanizmy jeho údržby.

4. Aká je biologická podstata imunity? 9. Čo je to regenerácia? Druhy regenerácie.

10. Na akých úrovniach štruktúrnej organizácie tela sa prejavuje proces regenerácie?

11. Čo je fyziologická a reparatívna regenerácia (definícia, príklady)?

12. Aké sú druhy reparačnej regenerácie?

13. Aké sú spôsoby reparačnej regenerácie?

14. Aký je materiál pre proces regenerácie?

15. Ako prebieha proces reparačnej regenerácie u cicavcov a u ľudí?

16. Ako prebieha regulácia reparačného procesu?

17. Aké sú možnosti stimulácie regeneračnej schopnosti orgánov a tkanív u človeka?

18. Čo je to transplantácia a aký je jej význam pre medicínu?

19. Čo je izotransplantácia a ako sa líši od alo- a xenotransplantácie?

20. Aké sú problémy a perspektívy transplantácie orgánov?

21. Aké sú metódy prekonania tkanivovej inkompatibility?

22. Čo je fenomén tkanivovej tolerancie? Aké sú mechanizmy na jeho dosiahnutie?

23. Aké sú výhody a nevýhody implantácie umelých materiálov?

Testovacie úlohy

Vyberte jednu správnu odpoveď.

1. HOMEOSTÁZA JE PODPOROVANÁ NA ÚROVNI OBYVATEĽSTVA:

1. Štrukturálne

2. Genetické

3. Fyziologické

4. Biochemické

2. FYZIOLOGICKÁ REGENERÁCIA ZABEZPEČUJE:

1. Vznik strateného orgánu

2. Samoobnovenie na úrovni tkaniva

3. Oprava tkaniva v reakcii na zranenie

4. Obnova časti strateného orgánu

3. REGENERÁCIA PO ODSTRÁNENÍ PEČEŇOVÉHO PODIELU

ĽUDSKÉ SPÔSOBY:

1. Kompenzačná hypertrofia

2. Epimorfóza

3. Morfolaxia

4. Regeneračná hypertrofia

4. TRANSPLANTÁCIA TKANÍ A ORGÁNOV OD DARCOV

PRIJÍMATEĽOVI ROVNAKÉHO TYPU:

1. Auto- a izotransplantácia

2. Allo a homotransplantácia

3. Xeno a heterotransplantácia

4. Implantácia a xenotransplantácia

Vyberte viacero správnych odpovedí.

5. NEŠPECIFICKÉ FAKTORY IMUNITNEJ OCHRANY U CICAVCOV SÚVISIA S:

1. Bariérové ​​funkcie epitelu kože a slizníc

2. Lysozým

3. Protilátky

4. Baktericídne vlastnosti žalúdočnej a črevnej šťavy

6. ÚSTAVNÁ IMUNITA JE PODMIENKA:

1. Fagocytóza

2. Nedostatok interakcie medzi bunkovými receptormi a antigénom

3. Tvorba protilátok

4. Enzýmy, ktoré ničia cudzieho agenta

7. UDRŽANIE GENETICKEJ HOMEOSTÁZY NA MOLEKULÁRNEJ ÚROVNI JE V DÔSLEDKU:

1. Imunita

2. replikácia DNA

3. Oprava DNA

4. Mitóza

8. PRE CHARAKTERISTIKU REGENERAČNEJ HYPERTROFIE:

1. Obnova pôvodnej hmoty poškodeného orgánu

2. Obnovenie tvaru poškodeného orgánu

3. Zvýšenie počtu a veľkosti buniek

4. Tvorba jaziev v mieste poranenia

9. V ĽUDSKÝCH IMUNITNÝCH ORGÁNOCH SÚ:

2. Lymfatické uzliny

3. Peyerove záplaty

4. Kostná dreň

5. Fabriciusova taška

Vytvorte korešpondenciu.

10. TYPY A METÓDY REGENERÁCIE:

1. Epimorfóza

2. Heteromorfóza

3. Homomorfóza

4. Endomorfóza

5. Interkalárny rast

6. Morfolaxia

7. Somatická embryogenéza

BIOLOGICKÝ

PODSTATA:

a) Atypická regenerácia

b) Rast z povrchu rany

c) Kompenzačná hypertrofia

d) Regenerácia organizmu z jednotlivých buniek

e) Regeneračná hypertrofia

f) Typická regenerácia g) Preskupenie zvyšku orgánu

h) Regenerácia priebežných defektov

Literatúra

Hlavný

Biológia / Ed. V.N. Yarygin. - M .: Vysoká škola, 2001. -

S. 77-84, 372-383.

A.A. Slyusarev, S.V. Žukova Biológia. - Kyjev: stredná škola,

1987.-- S. 178-211.

Homeostáza, homeostáza (homeostáza; grécky homoios podobný, rovnaký + stázový stav, imobilita), - relatívna dynamická stálosť vnútorného prostredia (krv, lymfa, tkanivový mok) a stabilita základných fyziologických funkcií (krvný obeh, dýchanie, termoregulácia metabolizmus a pod.) ľudského tela a zvierat. Regulačné mechanizmy, ktoré udržujú fyziologický stav alebo vlastnosti buniek, orgánov a systémov celého organizmu na optimálnej úrovni, sa nazývajú homeostatické.

Ako viete, živá bunka je mobilný, samoregulačný systém. Jeho vnútorná organizácia je podporovaná aktívnymi procesmi zameranými na obmedzenie, predchádzanie alebo elimináciu posunov spôsobených rôznymi vplyvmi z vonkajšieho a vnútorného prostredia. Schopnosť vrátiť sa do počiatočného stavu po odchýlke od určitej priemernej úrovne spôsobenej tým alebo tým "rušivým" faktorom je hlavnou vlastnosťou bunky. Mnohobunkový organizmus je holistická organizácia, ktorej bunkové prvky sú špecializované na vykonávanie rôznych funkcií. Interakcia v tele sa uskutočňuje komplexnými regulačnými, koordinačnými a korelačnými mechanizmami

účasť nervových, humorálnych, metabolických a iných faktorov. Mnohé samostatné mechanizmy regulujúce vnútrobunkové a medzibunkové vzťahy majú v mnohých prípadoch vzájomne opačné (antagonistické) účinky, ktoré sa navzájom vyrovnávajú. To vedie k vytvoreniu pohyblivého fyziologického zázemia v tele (fyziologickej rovnováhy) a umožňuje živému systému udržiavať relatívnu dynamickú stálosť napriek zmenám prostredia a posunom, ku ktorým dochádza v procese života tela.

Termín „homeostáza“ navrhol v roku 1929 fyziológ W. Cannon, ktorý veril, že fyziologické procesy, ktoré udržujú stabilitu v tele, sú také zložité a rôznorodé, že je účelné ich spájať pod všeobecným názvom homeostáza. Už v roku 1878 však K. Bernard napísal, že všetky životné procesy majú jediný cieľ – udržať stálosť životných podmienok v našom vnútornom prostredí. Podobné tvrdenia nachádzame v prácach mnohých bádateľov v 19. a prvej polovici 20. storočia. (E. Pfluger, C. Richet, L.A. Fredericq, I.M.Sechenov, I.P. Pavlov, K.M.Bykov a ďalší). Diela L.S. Stern (so spolupracovníkmi) o úlohe bariérových funkcií, ktoré regulujú zloženie a vlastnosti mikroprostredia orgánov a tkanív.

Samotná myšlienka homeostázy nezodpovedá konceptu stabilnej (nekolísavej) rovnováhy v tele - princíp rovnováhy sa nevzťahuje na

komplexné fyziologické a biochemické

procesy prebiehajúce v živých systémoch. Nesprávne je aj porovnávanie homeostázy s rytmickým kolísaním vnútorného prostredia. Homeostáza v širšom zmysle zahŕňa problematiku cyklického a fázového priebehu reakcií, kompenzáciu, reguláciu a samoreguláciu fyziologických funkcií, dynamiku vzájomnej závislosti nervových, humorálnych a iných zložiek regulačného procesu. Hranice homeostázy môžu byť pevné a flexibilné, líšia sa v závislosti od individuálneho veku, pohlavia, sociálnych, profesionálnych a iných podmienok.

Pre životne dôležitú činnosť organizmu je podľa W. Kennona obzvlášť dôležitá stálosť zloženia krvi - tekutej matrice organizmu. Známa je stabilita jeho aktívnej reakcie (pH), osmotický tlak, pomer elektrolytov (sodík, vápnik, chlór, horčík, fosfor), obsah glukózy, počet vytvorených prvkov atď. Napríklad pH krvi spravidla nepresahuje 7,35-7,47. Dokonca aj prudké poruchy acidobázického metabolizmu s patológiou akumulácie kyseliny v tkanivovej tekutine, napríklad pri diabetickej acidóze, majú veľmi malý vplyv na aktívnu reakciu krvi. Napriek tomu, že osmotický tlak krvi a tkanivovej tekutiny neustále kolíše v dôsledku neustáleho prísunu osmoticky aktívnych produktov intersticiálneho metabolizmu, zostáva na určitej úrovni a mení sa len za určitých výrazných patologických stavov.

Napriek tomu, že krv je všeobecným vnútorným prostredím tela, bunky orgánov a tkanív s ňou neprichádzajú priamo do kontaktu.

V mnohobunkových organizmoch má každý orgán svoje vnútorné prostredie (mikroprostredie), zodpovedajúce jeho štruktúrnym a funkčným vlastnostiam a normálny stav orgánov závisí od chemického zloženia, fyzikálno-chemických, biologických a iných vlastností tohto mikroprostredia. Jeho homeostáza je spôsobená funkčným stavom histohematogénnych bariér a ich priepustnosťou v smere krv → tkanivový mok, tkanivový mok → krv.

Mimoriadny význam má stálosť vnútorného prostredia pre činnosť centrálneho nervového systému: aj malé chemické a fyzikálno-chemické posuny, ktoré sa vyskytujú v mozgovomiechovom moku, gliách a pericelulárnych priestoroch, môžu spôsobiť prudké narušenie priebehu životných procesov v jednotlivých neurónoch. alebo v ich súboroch. Systémom na zabezpečenie optimálnej hladiny krvného tlaku je komplexný homeostatický systém zahŕňajúci rôzne neurohumorálne, biochemické, hemodynamické a iné mechanizmy regulácie. Horná hranica hladiny krvného tlaku je v tomto prípade určená funkčnými možnosťami baroreceptorov cievneho systému tela a dolná hranica je určená potrebami organizmu na prekrvenie.

K najdokonalejším homeostatickým mechanizmom v tele vyšších živočíchov a človeka patria procesy termoregulácie;