Хомеостазата се поддържа от. Характеристики, функции, примери и механизми за поддържане на хомеостазата

Енциклопедичен YouTube

• 1 / 5

  Терминът "хомеостаза" се използва най-често в биологията. Многоклетъчните организми трябва да поддържат постоянна вътрешна среда, за да съществуват. Много еколози са убедени, че този принцип важи и за външната среда. Ако системата не е в състояние да възстанови баланса си, тя може в крайна сметка да спре да функционира.

  Сложните системи – като човешкото тяло – трябва да имат хомеостаза, за да останат стабилни и да съществуват. Тези системи не само трябва да се стремят да оцелеят, но също така трябва да се адаптират към промените в околната среда и да се развиват.

  Свойства на хомеостазата

  Хомеостатичните системи имат следните свойства:

  • Нестабилностсистема: тестване как най-добре да се адаптира.
  • Стремеж към баланс: Цялата вътрешна, структурна и функционална организация на системите допринася за поддържането на баланса.
  • Непредсказуемост: Резултатът от определено действие често може да се различава от очакваното.
  • Регулиране на количеството микроелементи и вода в организма – осморегулация. Осъществява се в бъбреците.
  • Отстраняване на отпадните продукти от метаболитния процес - екскреция. Осъществява се от екзокринни органи - бъбреци, бял дроб, потни жлези и стомашно-чревен тракт.
  • Регулиране на телесната температура. Понижаване на температурата чрез изпотяване, различни реакции на терморегулация.
  • Регулиране на нивата на кръвната глюкоза. Осъществява се главно от черния дроб, инсулина и глюкагона, секретирани от панкреаса.
  • Регулиране на нивото на основния метаболизъм в зависимост от диетата.

  Важно е да се отбележи, че въпреки че тялото е в равновесие, неговото физиологично състояние може да бъде динамично. Много организми проявяват ендогенни промени под формата на циркадни, ултрадианни и инфрадианни ритми. Така, дори когато са в хомеостаза, телесната температура, кръвното налягане, сърдечната честота и повечето метаболитни показатели не винаги са на постоянно ниво, а се променят с времето.

  Хомеостазни механизми: обратна връзка

  Когато възникне промяна в променливите, има два основни типа обратна връзка, на която системата реагира:

  1. Отрицателна обратна връзка, изразяваща се в реакция, при която системата реагира по такъв начин, че да обърне посоката на промяната. Тъй като обратната връзка служи за поддържане на постоянството на системата, тя позволява да се поддържа хомеостазата.
     • Например, когато концентрацията на въглероден диоксид в човешкото тяло се увеличи, до белите дробове идва сигнал да увеличат своята активност и да издишат повече въглероден диоксид.
     • Терморегулацията е друг пример за отрицателна обратна връзка. Когато телесната температура се повиши (или спадне), терморецепторите в кожата и хипоталамуса регистрират промяната, задействайки сигнал от мозъка. Този сигнал от своя страна предизвиква отговор - понижаване на температурата (или повишаване).
  2. Положителна обратна връзка, която се изразява в увеличаване на изменението на променливата. Има дестабилизиращ ефект и следователно не води до хомеостаза. Положителната обратна връзка е по-рядко срещана в природните системи, но също има своите приложения.
     • Например в нервите праговият електрически потенциал причинява генерирането на много по-голям потенциал за действие. Съсирването на кръвта и събитията при раждането могат да бъдат посочени като други примери за положителна обратна връзка.

  Стабилните системи изискват комбинации от двата вида обратна връзка. Докато отрицателната обратна връзка позволява връщане към хомеостатично състояние, положителната обратна връзка се използва за преминаване към изцяло ново (и може би по-малко желано) състояние на хомеостаза, ситуация, наречена „метастабилност“. Такива катастрофални промени могат да настъпят, например, с увеличаване на хранителните вещества в чистите реки, което води до хомеостатично състояние на висока еутрофикация (свръхрастеж на речното корито с водорасли) и мътност.

  Екологична хомеостаза

  В нарушени екосистеми или субклимаксни биологични общности - като остров Кракатау, след голямо вулканично изригване - състоянието на хомеостазата на предишната горска климаксна екосистема е унищожено, както и целият живот на този остров. Кракатау, в годините след изригването, премина през верига от екологични промени, в които нови видове растения и животни се смениха един друг, което доведе до биоразнообразие и произтичащата от това кулминационна общност. Екологичната приемственост на Кракатау се проведе на няколко етапа. Пълната верига от последователности, водещи до кулминацията, се нарича пресерия. В примера с Кракатау островът е развил кулминационна общност с осем хиляди различни вида, регистрирани в , сто години след като изригването е унищожило живота на него. Данните потвърждават, че ситуацията остава в хомеостаза за известно време, като появата на нови видове много бързо води до бързо изчезване на старите.

  Случаят с Кракатау и други нарушени или непокътнати екосистеми показва, че първоначалната колонизация от пионерни видове се осъществява чрез репродуктивни стратегии с положителна обратна връзка, при които видовете се разпръскват, произвеждайки възможно най-много потомство, но с малко инвестиции в успеха на всеки индивид. При такива видове има бързо развитие и също толкова бърз колапс (например чрез епидемия). Когато една екосистема наближава кулминацията си, такива видове се заменят от по-сложни климаксни видове, които чрез отрицателна обратна връзка се адаптират към специфичните условия на тяхната среда. Тези видове са внимателно контролирани от потенциалния капацитет на екосистемата и следват различна стратегия - произвеждат по-малко потомство, чийто репродуктивен успех се инвестира повече енергия в микросредата на неговата специфична екологична ниша.

  Развитието започва с пионерската общност и завършва с кулминационната общност. Тази кулминационна общност се формира, когато флората и фауната влязат в баланс с местната среда.

  Такива екосистеми образуват хетерархии, в които хомеостазата на едно ниво допринася за хомеостатичните процеси на друго сложно ниво. Например загубата на листа от зряло тропическо дърво осигурява място за нов растеж и обогатява почвата. По същия начин тропическото дърво намалява достъпа на светлина до по-ниските нива и помага за предотвратяване на нахлуването на други видове. Но дърветата също падат на земята и развитието на гората зависи от постоянната смяна на дърветата и цикъла на хранителни вещества, извършван от бактерии, насекоми и гъбички. По същия начин, такива гори допринасят за екологични процеси като регулиране на микроклимата или хидроложки цикли на една екосистема и няколко различни екосистеми могат да си взаимодействат, за да поддържат хомеостазата на речния дренаж в биологичен регион. Биорегионалната променливост също играе роля в хомеостатичната стабилност на даден биологичен регион или биом.

  Биологична хомеостаза

  Хомеостазата действа като основна характеристика на живите организми и се разбира като поддържане на вътрешната среда в приемливи граници.

  Вътрешната среда на организма включва телесни течности - кръвна плазма, лимфа, междуклетъчно вещество и цереброспинална течност. Поддържането на стабилността на тези течности е жизненоважно за организмите, докато липсата им води до увреждане на генетичния материал.

  По отношение на всеки параметър организмите се разделят на конформационни и регулаторни. Регулаторните организми поддържат параметъра на постоянно ниво, независимо от това какво се случва в околната среда. Конформационните организми позволяват на средата да определи параметъра. Например, топлокръвните животни поддържат постоянна телесна температура, докато студенокръвните животни показват широк диапазон от температури.

  Това не означава, че конформационните организми нямат поведенчески адаптации, които им позволяват да регулират даден параметър до известна степен. Влечугите например често сядат сутрин върху нагорещени камъни, за да повишат телесната си температура.

  Ползата от хомеостатичната регулация е, че тя позволява на тялото да функционира по-ефективно. Например, студенокръвните животни са склонни да стават летаргични при ниски температури, докато топлокръвните животни са почти толкова активни, колкото винаги. От друга страна, регулирането изисква енергия. Причината, поради която някои змии могат да се хранят само веднъж седмично, е, че изразходват много по-малко енергия за поддържане на хомеостазата от бозайниците.

  Клетъчна хомеостаза

  Регулирането на химичната активност на клетката се осъществява чрез редица процеси, сред които особено значение имат промените в структурата на самата цитоплазма, както и структурата и активността на ензимите. Авторегулацията зависи от

  Обратна връзка.

  Когато възникне промяна в променливите, има два основни типа обратна връзка, на която системата реагира:

  Негативно мнение, изразено като реакция, при която системата реагира по такъв начин, че да обърне посоката на промяната. Тъй като обратната връзка служи за поддържане на постоянството на системата, тя позволява да се поддържа хомеостазата.

  Например, когато концентрацията въглероден двуокиснараства в човешкото тяло, до белите дробове идва сигнал да увеличат своята активност и да издишат повече въглероден диоксид.

  Терморегулация -- друг пример за отрицателна обратна връзка. Когато телесната температура се повиши (или спадне) терморецептори V кожатаИ хипоталамусзапишете промяната, като задействате сигнал от мозъка. Този сигнал от своя страна предизвиква отговор - понижаване на температурата (или повишаване).

  Положителна обратна връзка , което се изразява в увеличаване на изменението на променливата. Има дестабилизиращ ефект и следователно не води до хомеостаза. Положителната обратна връзка е по-рядко срещана в природните системи, но също има своите приложения.

  Например в нервите прагов електрически потенциалпричинява генерирането на много повече потенциал за действие. Съсирване кръви събития по време на ражданемогат да бъдат посочени като други примери за положителна обратна връзка.

  Стабилните системи изискват комбинации от двата вида обратна връзка. Докато отрицателната обратна връзка позволява връщане към хомеостатично състояние, положителната обратна връзка се използва за преминаване към изцяло ново (и може би по-малко желано) състояние на хомеостаза - ситуация, наречена "метастабилност". Такива катастрофални промени могат да настъпят, например, с увеличаване на хранителни веществав реки с бистра вода, което води до хомеостатично състояние на високо еутрофикация(обрастване на леглото водорасли) и мътност.

  Биофизични механизми на хомеостазата.

  От гледна точка на химическата биофизика хомеостазата е състояние, при което всички процеси, отговорни за енергийните трансформации в тялото, са в динамично равновесие. Това състояние е най-стабилно и съответства на физиологичния оптимум. В съответствие с понятията на термодинамиката, организмът и клетката могат да съществуват и да се адаптират към условията на околната среда, при които в биологична система може да се установи стационарен ход на физични и химични процеси, т.е. хомеостаза. Основната роля в установяването на хомеостазата принадлежи на клетъчните мембранни системи, които отговарят за биоенергийните процеси и регулират скоростта на навлизане и освобождаване на вещества от клетките.

  От тази гледна точка основните причини за разстройството са неензимни реакции, които се случват в мембраните, необичайни за нормалния живот; в повечето случаи това са окислителни верижни реакции, включващи свободни радикали, които се срещат в клетъчните фосфолипиди. Тези реакции водят до увреждане на структурните елементи на клетките и нарушаване на регулаторната функция. Факторите, които причиняват нарушаване на хомеостазата, включват и агенти, които причиняват образуването на радикали (йонизираща радиация, инфекциозни токсини, определени храни, никотин и липса на витамини и др.).

  Факторите, които стабилизират хомеостатичното състояние и функциите на мембраните, включват биоантиоксиданти, които инхибират развитието на окислителни радикални реакции.

  Екологична хомеостаза.

  Екологичната хомеостаза се наблюдава в кулминационни общности с възможно най-голямо биоразнообразие при благоприятни условия на околната среда.

  В нарушени екосистеми или субклимаксни биологични общности - като остров Кракатау, след масивно вулканично изригване през 1883 г. - състоянието на хомеостазата на предишната горска климаксна екосистема е унищожено, както и целият живот на този остров.

  Кракатау, в годините след изригването, премина през верига от екологични промени, в които нови видове растения и животни се смениха един друг, което доведе до биоразнообразие и произтичащата от това кулминационна общност. Екологичната приемственост на Кракатау се проведе на няколко етапа. Пълната верига от последователности, водещи до кулминацията, се нарича пресерия. В примера на Кракатау, островът е развил кулминационна общност с осем хиляди различни вида, регистрирани през 1983 г., сто години след като изригването е унищожило живота на него. Данните потвърждават, че ситуацията остава в хомеостаза за известно време, като появата на нови видове много бързо води до бързо изчезване на старите.

  Случаят с Кракатау и други нарушени или непокътнати екосистеми показва, че първоначалната колонизация от пионерни видове се осъществява чрез репродуктивни стратегии с положителна обратна връзка, при които видовете се разпръскват, произвеждайки възможно най-много потомство, но с малко инвестиции в успеха на всеки индивид. При такива видове има бързо развитие и също толкова бърз колапс (например чрез епидемия). Когато една екосистема наближава кулминацията си, такива видове се заменят от по-сложни климаксни видове, които чрез отрицателна обратна връзка се адаптират към специфичните условия на тяхната среда. Тези видове са внимателно контролирани от потенциалния капацитет на екосистемата и следват различна стратегия - произвеждат по-малко потомство, чийто репродуктивен успех се инвестира повече енергия в микросредата на неговата специфична екологична ниша.

  Развитието започва с пионерската общност и завършва с кулминационната общност. Тази кулминационна общност се формира, когато флората и фауната влязат в баланс с местната среда.

  Такива екосистеми образуват хетерархии, в които хомеостазата на едно ниво допринася за хомеостатичните процеси на друго сложно ниво.

  Например загубата на листа от зряло тропическо дърво осигурява място за нов растеж и обогатява почвата. По същия начин тропическото дърво намалява достъпа на светлина до по-ниските нива и помага за предотвратяване на нахлуването на други видове. Но дърветата също падат на земята и развитието на гората зависи от постоянната смяна на дърветата и цикъла на хранителни вещества, извършван от бактерии, насекоми и гъбички.

  По същия начин такива гори допринасят за екологични процеси като регулиране на микроклимата или хидроложки цикли на екосистемите и няколко различни екосистеми могат да си взаимодействат, за да поддържат хомеостазата на речния дренаж в рамките на биологичен регион. Биорегионалната променливост също играе роля в хомеостатичната стабилност на даден биологичен регион или биом.

  Биологична хомеостаза.

  Хомеостазата действа като основна характеристика на живите организми и се разбира като поддържане на вътрешната среда в приемливи граници.

  Вътрешната среда на организма включва телесни течности - кръвна плазма, лимфа, междуклетъчно вещество и цереброспинална течност. Поддържането на стабилността на тези течности е жизненоважно за организмите, докато липсата им води до увреждане на генетичния материал.

  По отношение на всеки параметър организмите се разделят на конформационни и регулаторни. Регулаторните организми поддържат параметъра на постоянно ниво, независимо от това какво се случва в околната среда. Конформационните организми позволяват на средата да определи параметъра. Например, топлокръвните животни поддържат постоянна телесна температура, докато студенокръвните животни показват широк диапазон от температури.

  Това не означава, че конформационните организми нямат поведенчески адаптации, които им позволяват да регулират даден параметър до известна степен. Влечугите например често сядат сутрин върху нагорещени камъни, за да повишат телесната си температура.

  Ползата от хомеостатичната регулация е, че тя позволява на тялото да функционира по-ефективно. Например, студенокръвните животни са склонни да стават летаргични при ниски температури, докато топлокръвните животни са почти толкова активни, колкото винаги. От друга страна, регулирането изисква енергия. Причината, поради която някои змии могат да се хранят само веднъж седмично, е, че изразходват много по-малко енергия за поддържане на хомеостазата от бозайниците.

  Клетъчна хомеостаза.

  Регулирането на химичната активност на клетката се осъществява чрез редица процеси, сред които особено значение имат промените в структурата на самата цитоплазма, както и структурата и активността на ензимите. Авторегулацията зависи от температурата, степента на киселинност, концентрацията на субстрата и наличието на определени макро- и микроелементи.

  Хомеостаза в човешкото тяло.

  Различни фактори влияят върху способността на телесните течности да поддържат живота. Те включват параметри като температура, соленост, киселинност и концентрация на хранителни вещества - глюкоза, различни йони, кислород и отпадъци - въглероден диоксид и урина. Тъй като тези параметри влияят върху химичните реакции, които поддържат тялото живо, има вградени физиологични механизми за поддържането им на необходимото ниво.

  Хомеостазата не може да се счита за причина за тези несъзнателни адаптационни процеси. То трябва да се възприема като обща характеристика на много нормални процеси, действащи заедно, а не като тяхната първопричина. Нещо повече, има много биологични явления, които не се вписват в този модел - анаболизъм, например.

  Хомеостазата е всеки саморегулиращ се процес, чрез който биологичните системи се стремят да поддържат вътрешна стабилност чрез адаптиране към оптимални условия за оцеляване. Ако хомеостазата е успешна, тогава животът продължава; в противен случай ще настъпи бедствие или смърт. Постигнатата стабилност всъщност е динамично равновесие, в което настъпват непрекъснати промени, но преобладават относително еднородни условия.

  Характеристики и роля на хомеостазата

  Всяка система в динамично равновесие иска да постигне стабилно състояние, баланс, който се съпротивлява на външни промени. Когато такава система е нарушена, вградените регулиращи устройства реагират на отклоненията, за да установят нов баланс. Този процес е един от контролите за обратна връзка. Примери за хомеостатична регулация са всички процеси на интегриране и координиране на функции, медиирани от електрически вериги и нервни или хормонални системи.

  Друг пример за хомеостатична регулация в механична система е действието на стаен температурен регулатор или термостат. Сърцето на термостата е биметална лента, която реагира на промените в температурата чрез завършване или прекъсване на електрическа верига. Когато стаята се охлади, веригата спира и отоплението се включва и температурата се повишава. При дадено ниво веригата се прекъсва, пещта спира и температурата пада.

  Но биологичните системи, които имат по-голяма сложност, имат регулатори, които трудно могат да бъдат сравнени с механичните устройства.

  Както беше отбелязано по-рано, терминът хомеостаза се отнася до поддържането на вътрешната среда на тялото в тесни и строго контролирани граници. Основните функции, важни за поддържане на хомеостазата, са баланс на течности и електролити, киселинна регулация, терморегулация и метаболитен контрол.

  Контролът на телесната температура при хората се счита за отличен пример за хомеостаза в една биологична система. Нормалната температура на човешкото тяло е около 37°C, но различни фактори могат да повлияят на това, включително хормони, скорост на метаболизма и заболявания, които причиняват прекалено високи или ниски температури. Регулирането на телесната температура се контролира от област на мозъка, наречена хипоталамус.

  Обратната информация за телесната температура се пренася чрез кръвния поток до мозъка и води до компенсаторни корекции в честотата на дишане, нивата на кръвната захар и скоростта на метаболизма. Загубата на топлина при хората се причинява от намалена активност, изпотяване и механизми за топлообмен, които позволяват на повече кръв да циркулира близо до повърхността на кожата.

  Топлинните загуби се намаляват чрез изолация, намалено кръвообращение на кожата и културни промени като използване на дрехи, жилища и външни източници на топлина. Диапазонът между високите и ниските нива на телесната температура представлява хомеостатичното плато - "нормалният" диапазон, който поддържа живота. Когато се приближи някоя от крайностите, коригиращото действие (чрез отрицателна обратна връзка) връща системата в нормалния диапазон.

  Концепцията за хомеостаза се отнася и за условията на околната среда. За първи път предложена от американския еколог Робърт Макартър през 1955 г. идеята, че хомеостазата е продукт на комбинация от биоразнообразие и големия брой екологични взаимодействия, възникващи между видовете.

  Това предположение се смяташе за концепция, която може да помогне да се обясни устойчивостта на една екологична система, тоест нейното устойчивост като определен тип екосистема във времето. Оттогава концепцията се промени донякъде, за да включи неживия компонент на екосистемата. Терминът е използван от много еколози, за да опише реципрочността, която възниква между живите и неживите компоненти на една екосистема, за да се поддържа статуквото.

  Хипотезата за Гея е модел на Земята, предложен от английския учен Джеймс Лавлок, който разглежда различни живи и неживи съставки като компоненти на по-голяма система или единичен организъм, което предполага, че колективните усилия на отделните организми допринасят за хомеостазата на планетарно ниво.

  Клетъчна хомеостаза

  Зависете от средата на тялото, за да поддържате жизненост и да функционирате правилно. Хомеостазата поддържа средата на тялото под контрол и поддържа благоприятни условия за клетъчните процеси. Без правилните условия в тялото определени процеси (като осмоза) и протеини (като ензими) няма да функционират правилно.

  Защо хомеостазата е важна за клетките?Живите клетки зависят от движението на химикали около тях. Химикали като кислород, въглероден диоксид и разтворена храна трябва да се транспортират в и извън клетките. Това се постига чрез процесите на дифузия и осмоза, които зависят от баланса на вода и сол в тялото, който се поддържа от хомеостазата.

  Клетките зависят от ензимите, за да ускорят много от химичните реакции, които поддържат клетките живи и функционални. Тези ензими работят най-добре при определени температури и така отново хомеостазата е жизненоважна за клетките, тъй като поддържа постоянна телесна температура.

  Примери и механизми на хомеостаза

  Ето някои основни примери за хомеостаза в човешкото тяло, както и механизмите, които ги поддържат:

  Телесна температура

  Най-честият пример за хомеостаза при хората е регулирането на телесната температура. Нормалната телесна температура, както писахме по-горе, е 37° C. Температурите над или под нормалните нива могат да причинят сериозни усложнения.

  Мускулна недостатъчност настъпва при температура 28° C. При 33° C настъпва загуба на съзнание. При 42°C централната нервна система започва да се разпада. Смъртта настъпва при температура 44° C. Тялото контролира температурата, като произвежда или отделя излишна топлина.

  Концентрация на глюкоза

  Концентрацията на глюкоза се отнася до количеството глюкоза (кръвна захар), присъстващо в кръвния поток. Тялото използва глюкозата като източник на енергия, но твърде много или твърде малко от нея може да причини сериозни усложнения. Някои хормони регулират концентрацията на глюкоза в кръвта. Инсулинът намалява концентрацията на глюкоза, докато кортизолът, глюкагонът и катехоламините се повишават.

  Нива на калций

  Костите и зъбите съдържат приблизително 99% от калция в тялото, докато останалият 1% циркулира в кръвта. Твърде много или твърде малко калций в кръвта има отрицателни последици. Ако нивата на калций в кръвта паднат твърде много, паращитовидните жлези активират своите чувствителни към калций рецептори и освобождават паратиреоиден хормон.

  ПТХ сигнализира на костите да освобождават калций, за да повишат концентрацията му в кръвния поток. Ако нивата на калций се повишат твърде много, щитовидната жлеза освобождава калцитонин и фиксира излишния калций в костите, като по този начин намалява количеството калций в кръвта.

  Обем на течността

  Тялото трябва да поддържа постоянна вътрешна среда, което означава, че трябва да регулира загубата или заместването на течности. Хормоните помагат за регулирането на този баланс, като предизвикват отделяне или задържане на течности. Ако тялото няма достатъчно течност, антидиуретичният хормон сигнализира на бъбреците да пестят течност и намалява отделянето на урина. Ако тялото съдържа твърде много течности, то потиска алдостерона и дава сигнал за производство на повече урина.

  Положителната обратна връзка насърчава раждането на дете. В самото начало на раждането контракциите на матката са относително слаби и редки. С увеличаване на интензивността на различни процеси по време на раждането, тяхната сила и честота постепенно нарастват. След раждането на бебето обаче контракциите веднага спират.

  В живота ни постоянно се случват различни видове промени, включително биологични. Трилиони от нашите клетки осигуряват собствените си жизнени функции, като по този начин поддържат нормалното функциониране на цялото тяло. За да направят това, те постоянно използват необходимите хранителни вещества и кислород и се освобождават от отпадъчните продукти. С други думи, всяка клетка на тялото е като остров, населението на който извлича това, от което се нуждае от околните води и изхвърля отпадъци в него. Тези "води" - извънклетъчна течност - се състоят от компонент на кръвната плазма и тънък слой течност, който къпе всяка клетка. Заедно тези компоненти образуват това, което физиолозите наричат ​​вътрешна среда на тялото.
  
  Тъй като клетките се освобождават от едни вещества и произвеждат други, съставът на извънклетъчната течност не е постоянен. Такива непрестанни промени са потенциално опасни: без механизми, които предотвратяват внезапни промени и дисбаланси, клетката ще умре от липса на необходими вещества или от препълване с отпадъчни продукти.

  Механизмите, които компенсират промените в температурата и други фактори на околната среда, също са важни за нашето оцеляване. Всъщност нашите системи от органи непрекъснато се адаптират, за да поддържат необходимия химичен баланс във вътрешната среда на тялото. Този динамичен баланс се нарича хомеостаза. Чрез механизми за обратна връзка, които осигуряват постоянно обновяване на информацията към мозъка и другите органи, тялото ни следи променящите се условия и се адаптира към тях, за да продължи да живее.

  В регулацията на кръвното налягане участва механизъм с отрицателна обратна връзка. Когато се повиши над нормалните стойности, той се регистрира от рецептори, разположени в някои съдове (барорецептори) и предава информация към съдовия център на мозъка. В резултат на това сърдечната честота се забавя и артериолите се разширяват. Ако рецепторите засекат спад на налягането, тези параметри се променят в обратна посока.

  МЕХАНИЗЪМ ЗА ОБРАТНА СВЪРЗКА

  Механизмът за обратна връзка е широко включен в контрола на хомеостазата. С негова помощ контролните центрове като мозъка получават информация за различни промени и гарантират, че тялото се адаптира към тях.

  Регулирането на нивата на кръвната захар, сърдечната честота и много други функции на тялото става чрез механизъм на отрицателна обратна връзка. В този случай промяната във всеки показател, например кръвното налягане, води до факта, че дейността на целия организъм е насочена към връщането му към нормалното. Механизмът за обратна връзка често се сравнява с домашен термостат. Сензорът отчита спад на температурата под предварително зададено ниво и предава тази информация на контролното устройство, което включва отоплителната система за постигане на желаното температурно ниво.

  Някои функции се регулират от механизъм за положителна обратна връзка. В същото време протичащите процеси сякаш се самоускоряват, докато друго събитие не доведе до спирането им. Пример за положителна обратна връзка е процесът на раждане, който завършва с раждането на дете.

  	Животът изисква поддържане на баланс. Разнообразие от функции на тялото, като поглъщане и храносмилане на храна, дишане, образуване и отделяне на урина и други отпадъчни продукти, както и адаптиране към променящите се температури, помагат да се осигури постоянен състав на извънклетъчната течност.
  	Болестта на мозъка може да наруши хомеостазата. КТ изображение показва голям злокачествен мозъчен тумор (розов). Тъй като мозъкът е отговорен за много процеси, регулирани с обратна връзка, такива заболявания могат да доведат до прогресивно ограничаване на способността на мозъка да контролира функциите на органи и системи.

  Тялото като отворена саморегулираща се система.

  Живият организъм е отворена система, която има връзка с околната среда чрез нервната, храносмилателната, дихателната, отделителната система и др.

  В процеса на обмяната на веществата с храната, водата и газообмена в тялото влизат различни химични съединения, които претърпяват промени в тялото, влизат в структурата на тялото, но не остават завинаги. Асимилираните вещества се разлагат, освобождават енергия и продуктите от разпада се отвеждат във външната среда. Разрушената молекула се заменя с нова и т.н.

  Тялото е отворена, динамична система. В постоянно променяща се среда тялото поддържа стабилно състояние за определено време.

  Концепцията за хомеостаза. Общи закономерности на хомеостазата в живите системи.

  Хомеостаза – свойството на живия организъм да поддържа относително динамично постоянство на вътрешната си среда. Хомеостазата се изразява в относително постоянство на химичния състав, осмотичното налягане и стабилността на основните физиологични функции. Хомеостазата е специфична и се определя от генотипа.

  Запазването на целостта на индивидуалните свойства на организма е една от най-общите биологични закономерности. Този закон се осигурява във вертикалната серия от поколения чрез механизми на възпроизводство и през целия живот на индивида чрез механизми на хомеостаза.

  Феноменът хомеостаза е еволюционно развито, наследствено фиксирано адаптивно свойство на организма към нормалните условия на околната среда. Въпреки това, тези състояния могат да бъдат извън нормалните граници за кратък или дълъг период от време. В такива случаи явленията на адаптация се характеризират не само с възстановяване на обичайните свойства на вътрешната среда, но и с краткотрайни промени във функцията (например увеличаване на ритъма на сърдечната дейност и увеличаване на честотата на дихателни движения с повишена мускулна работа). Хомеостазните реакции могат да бъдат насочени към:

  поддържане на известни нива на стабилно състояние;

  елиминиране или ограничаване на вредните фактори;

  развитие или запазване на оптимални форми на взаимодействие между организма и околната среда в променените условия на неговото съществуване. Всички тези процеси определят адаптацията.

  Следователно понятието хомеостаза означава не само определено постоянство на различни физиологични константи на тялото, но също така включва процеси на адаптация и координация на физиологичните процеси, които осигуряват единството на тялото не само нормално, но и при променящи се условия на неговото съществуване .

  Основните компоненти на хомеостазата са идентифицирани от C. Bernard и могат да бъдат разделени на три групи:

  А. Вещества, които осигуряват клетъчните нужди:

  Вещества, необходими за производство на енергия, растеж и възстановяване - глюкоза, протеини, мазнини.

  NaCl, Ca и други неорганични вещества.

  Кислород.

  Вътрешна секреция.

  Б. Фактори на околната среда, влияещи върху клетъчната активност:

  Осмотичното налягане.

  температура.

  Концентрация на водородни йони (pH).

  Б. Механизми, осигуряващи структурно и функционално единство:

  Наследственост.

  Регенерация.

  Имунобиологична реактивност.

  Принципът на биологичната регулация осигурява вътрешното състояние на организма (неговото съдържание), както и връзката между етапите на онтогенезата и филогенезата. Този принцип се оказа широко разпространен. По време на изучаването му възниква кибернетиката - наука за целенасочено и оптимално управление на сложни процеси в живата природа, в човешкото общество и индустрията (Berg I.A., 1962).

  Живият организъм е сложна контролирана система, в която много променливи на външната и вътрешната среда си взаимодействат. Общото за всички системи е наличието входпроменливи, които в зависимост от свойствата и законите на поведение на системата се трансформират в уикендпроменливи (фиг. 10).

  Ориз. 10 - Обща схема на хомеостазата на живите системи

  Изходните променливи зависят от входа и законите на поведението на системата.

  Влиянието на изходния сигнал върху управляващата част на системата се нарича обратна връзка , което има голямо значение при саморегулацията (хомеостатична реакция). Разграничете отрицателен Иположителен обратна връзка.

  Отрицателна обратната връзка намалява влиянието на входния сигнал върху изходната стойност според принципа: „колкото повече (на изхода), толкова по-малко (на входа).“ Помага за възстановяване на хомеостазата на системата.

  При положителен обратна връзка, големината на входния сигнал се увеличава според принципа: „колкото повече (на изхода), толкова повече (на входа).“ Той засилва полученото отклонение от първоначалното състояние, което води до нарушаване на хомеостазата.

  Но всички видове саморегулация работят на един и същ принцип: самоотклонение от първоначалното състояние, което служи като стимул за включване на коригиращи механизми. Така нормалното рН на кръвта е 7,32 – 7,45. Изместване на pH от 0,1 води до сърдечна дисфункция. Този принцип е описан от Anokhin P.K. през 1935 г. и наречен принцип на обратната връзка, който служи за извършване на адаптивни реакции.

  Общ принцип на хомеостатичния отговор(Анохин: „Теория на функционалните системи“):

  отклонение от изходното ниво → сигнал → активиране на регулаторни механизми на принципа на обратната връзка → корекция на изменението (нормализиране).

  И така, по време на физическа работа концентрацията на CO 2 в кръвта се увеличава → pH се измества към киселинната страна → сигналът навлиза в дихателния център на продълговатия мозък → центробежните нерви провеждат импулс към междуребрените мускули и дишането се задълбочава → CO 2 в кръвта намалява, pH се възстановява.

  Механизми на регулация на хомеостазата на молекулярно-генетично, клетъчно, организмово, популационно-видово и биосферно ниво.

  Регулаторните хомеостатични механизми функционират на генно, клетъчно и системно (организмово, популационно-видово и биосферно) ниво.

  Генни механизми хомеостаза. Всички явления на хомеостазата в организма са генетично обусловени. Вече на ниво първични генни продукти има пряка връзка - „един структурен ген - една полипептидна верига“. Освен това има колинеарно съответствие между нуклеотидната последователност на ДНК и аминокиселинната последователност на полипептидната верига. Наследствената програма за индивидуално развитие на организма предвижда формирането на специфични за вида характеристики не в постоянни, а в променящи се условия на околната среда, в границите на наследствено определена норма на реакция. Двойната спиралност на ДНК е от съществено значение в процесите на нейната репликация и възстановяване. И двете са пряко свързани с осигуряването на стабилност на функционирането на генетичния материал.

  От генетична гледна точка могат да се разграничат елементарни и системни прояви на хомеостазата. Примери за елементарни прояви на хомеостазата включват: генен контрол на тринадесет коагулационни фактора на кръвта, генен контрол на хистосъвместимостта на тъкани и органи, позволяващ трансплантация.

  Трансплантираната зона се нарича трансплантация. Организмът, от който се взема тъкан за трансплантация, е донор , и кой се трансплантира - получател . Успехът на трансплантацията зависи от имунологичните реакции на организма. Има автотрансплантация, сингенна трансплантация, алотрансплантация и ксенотрансплантация.

  Автотрансплантация – трансплантация на тъкан от същия организъм. В този случай протеините (антигените) на трансплантанта не се различават от тези на реципиента. Няма имунологична реакция.

  Сингенна трансплантация извършва се при еднояйчни близнаци с еднакъв генотип.

  Алотрансплантация – трансплантация на тъкани от един индивид на друг, принадлежащи към същия вид. Донорът и реципиентът се различават по антигени, поради което висшите животни изпитват дълготрайно присаждане на тъкани и органи.

  Ксенотрансплантация – донорът и реципиентът принадлежат към различни видове организми. Този вид трансплантация е успешна при някои безгръбначни, но при висшите животни такива трансплантации не се вкореняват.

  По време на трансплантацията явлението е от голямо значение имунологична толерантност (хистосъвместимост). Потискането на имунната система при тъканна трансплантация (имуносупресия) се постига чрез: потискане на активността на имунната система, облъчване, приложение на антилимфатичен серум, надбъбречни хормони, химикали - антидепресанти (имуран). Основната задача е да се потисне не просто имунитетът, а трансплантационният имунитет.

  Трансплантационен имунитет определя се от генетичната конституция на донора и реципиента. Гените, отговорни за синтеза на антигени, които предизвикват реакция към трансплантирана тъкан, се наричат ​​гени за тъканна несъвместимост.

  При хората основната генетична система за хистосъвместимост е системата HLA (човешки левкоцитен антиген). Антигените са доста пълно представени на повърхността на левкоцитите и се откриват с помощта на антисеруми. Структурата на системата при хората и животните е еднаква. Приета е обща терминология за описание на генетични локуси и алели на HLA системата. Антигените са означени: HLA-A 1; HLA-A 2 и др. Нови антигени, които не са окончателно идентифицирани, се обозначават с W (работа). Антигените на системата HLA са разделени на 2 групи: SD и LD (фиг. 11).

  Антигените на SD групата се определят чрез серологични методи и се определят от гените на 3 сублока на HLA системата: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

  

  Ориз. 11 - HLA е основната генетична система за човешка хистосъвместимост

  LD - антигените се контролират от HLA-D сублокуса на шестата хромозома и се определят по метода на смесени култури от левкоцити.

  Всеки от гените, които контролират човешки HLA антигени, има голям брой алели. Така HLA-A сублокусът контролира 19 антигена; HLA-B – 20; HLA-C – 5 „работещи” антигена; HLA-D – 6. Така вече са открити около 50 антигена при хората.

  Антигенният полиморфизъм на системата HLA е резултат от произхода на едни от други и тясната генетична връзка между тях. Идентичността на донора и реципиента чрез HLA антигени е необходима за трансплантация. Трансплантацията на бъбрек, идентичен в 4 антигена на системата, осигурява преживяемост от 70%; 3 – 60%; 2 – 45%; 1 – 25% всеки.

  Има специални центрове, които извършват подбор на донор и реципиент за трансплантация, например в Холандия - "Eurotransplant". Типизирането на базата на антигени на системата HLA също се извършва в Република Беларус.

  Клетъчни механизми хомеостазата са насочени към възстановяване на тъканните клетки и органи в случай на нарушаване на тяхната цялост. Съвкупността от процеси, насочени към възстановяване на разрушените биологични структури, се нарича регенерация. Този процес е характерен за всички нива: обновяване на протеини, компоненти на клетъчни органели, цели органели и самите клетки. Възстановяването на органните функции след нараняване или разкъсване на нерв и зарастването на рани са важни за медицината от гледна точка на овладяването на тези процеси.

  Тъканите според тяхната регенеративна способност се делят на 3 групи:

  Тъкани и органи, които се характеризират с клетъчен регенерация (кости, рехава съединителна тъкан, хематопоетична система, ендотел, мезотелиум, лигавици на чревния тракт, дихателните пътища и пикочно-половата система.

  Тъкани и органи, които се характеризират с клетъчни и вътреклетъчни регенерация (черен дроб, бъбреци, бели дробове, гладка и скелетна мускулатура, вегетативна нервна система, ендокринна система, панкреас).

  Тъкани, които се характеризират предимно вътреклетъчен регенерация (миокард) или изключително вътреклетъчна регенерация (ганглиозни клетки на централната нервна система). Обхваща процесите на възстановяване на макромолекули и клетъчни органели чрез сглобяване на елементарни структури или чрез тяхното разделяне (митохондрии).

  В процеса на еволюция са се образували 2 вида регенерация физиологични и репаративни .

  Физиологична регенерация - Това е естествен процес на възстановяване на елементите на тялото през целия живот. Например възстановяване на еритроцити и левкоцити, подмяна на кожен епител, коса, смяна на млечни зъби с постоянни. Тези процеси се влияят от външни и вътрешни фактори.

  Репаративна регенерация – е възстановяване на органи и тъкани, загубени поради увреждане или нараняване. Процесът възниква след механични наранявания, изгаряния, химически или лъчеви наранявания, както и в резултат на заболявания и хирургични операции.

  Репаративната регенерация се разделя на типичен (хомоморфоза) и нетипичен (хетероморфоза). В първия случай отстранен или унищожен орган се регенерира, във втория на мястото на отстранения орган се развива друг.

  Атипична регенерация по-често при безгръбначните.

  Хормоните стимулират регенерацията хипофизната жлеза И щитовидната жлеза . Има няколко метода за регенерация:

  Епиморфоза или пълна регенерация - възстановяване на повърхността на раната, завършване на частта до цялото (например повторно израстване на опашка при гущер, крайници при тритон).

  Морфолаксис – реконструкция на останалата част от органа в едно цяло, само по-малко по размер. Този метод се характеризира с реконструкция на нов от останките на стар (например възстановяване на крайник в хлебарка).

  Ендоморфоза – възстановяване поради вътреклетъчно преструктуриране на тъкани и органи. Поради увеличаването на броя на клетките и техния размер, масата на органа се доближава до първоначалната.

  При гръбначните животни репаративната регенерация протича в следната форма:

  Пълна регенерация – възстановяване на оригиналната тъкан след нейното увреждане.

  Регенеративна хипертрофия , характерни за вътрешните органи. В този случай повърхността на раната заздравява с белег, отстранената област не расте обратно и формата на органа не се възстановява. Масата на останалата част от органа се увеличава поради увеличаване на броя на клетките и техните размери и се доближава до първоначалната стойност. Така се регенерират черният дроб, белите дробове, бъбреците, надбъбречните жлези, панкреасът, слюнчените и щитовидните жлези при бозайниците.

  Вътреклетъчна компенсаторна хиперплазия клетъчни ултраструктури. В този случай на мястото на увреждане се образува белег и възстановяването на първоначалната маса се дължи на увеличаване на обема на клетките, а не на техния брой въз основа на пролиферация (хиперплазия) на вътреклетъчни структури (нервна тъкан).

  Системните механизми се осигуряват от взаимодействието на регулаторните системи: нервна, ендокринна и имунна .

  Нервна регулация осъществявани и координирани от централната нервна система. Нервните импулси, влизащи в клетките и тъканите, не само предизвикват възбуда, но и регулират химичните процеси и обмена на биологично активни вещества. Понастоящем са известни повече от 50 неврохормона. Така хипоталамусът произвежда вазопресин, окситоцин, либерини и статини, които регулират функцията на хипофизната жлеза. Примери за системни прояви на хомеостазата са поддържането на постоянна температура и кръвно налягане.

  От гледна точка на хомеостазата и адаптацията, нервната система е основният организатор на всички процеси в тялото. Основата на адаптацията е балансирането на организмите с условията на околната среда, според Н.П. Павлов, рефлексните процеси лъжат. Между различните нива на хомеостатична регулация има частна йерархична подчиненост в системата за регулиране на вътрешните процеси на тялото (фиг. 12).

  мозъчната кора и части от мозъка

  саморегулиране на принципа на обратната връзка

  периферни неврорегулаторни процеси, локални рефлекси

  Клетъчни и тъканни нива на хомеостаза

  Ориз. 12. - Йерархична подчиненост в системата за регулиране на вътрешните процеси на тялото.

  Най-първичното ниво се състои от хомеостатични системи на клетъчно и тъканно ниво. Над тях са периферните нервни регулаторни процеси като локални рефлекси. По-нататък в тази йерархия са системите за саморегулиране на определени физиологични функции с различни канали за „обратна връзка“. Върхът на тази пирамида е зает от мозъчната кора и мозъка.

  В сложен многоклетъчен организъм както директните, така и обратните връзки се осъществяват не само чрез нервни, но и чрез хормонални (ендокринни) механизми. Всяка от жлезите, включени в ендокринната система, влияе върху други органи на тази система и на свой ред се влияе от последните.

  Ендокринни механизми хомеостаза според B.M. Завадски, това е механизъм на плюс-минус взаимодействие, т.е. балансиране на функционалната активност на жлезата с концентрацията на хормона. При висока концентрация на хормона (над нормата) активността на жлезата е отслабена и обратно. Този ефект се осъществява чрез действието на хормона върху жлезата, която го произвежда. В редица жлези регулацията се осъществява чрез хипоталамуса и предния дял на хипофизната жлеза, особено по време на реакция на стрес.

  Ендокринни жлези могат да бъдат разделени на две групи според отношението им към предния дял на хипофизната жлеза. Последната се счита за централна, а останалите ендокринни жлези се считат за периферни. Това разделение се основава на факта, че предният дял на хипофизната жлеза произвежда така наречените тропни хормони, които активират някои периферни ендокринни жлези. От своя страна, хормоните на периферните ендокринни жлези действат върху предния лоб на хипофизната жлеза, като инхибират секрецията на тропни хормони.

  Реакциите, които осигуряват хомеостазата, не могат да бъдат ограничени до една ендокринна жлеза, а включват всички жлези в една или друга степен. Получената реакция поема верижен курс и се разпространява към други ефектори. Физиологичното значение на хормоните се състои в регулирането на други функции на тялото и следователно верижната природа трябва да бъде изразена възможно най-силно.

  Постоянните смущения в околната среда на тялото допринасят за поддържането на неговата хомеостаза за дълъг живот. Ако създадете условия на живот, при които нищо не предизвиква значителни промени във вътрешната среда, тогава организмът ще бъде напълно невъоръжен, когато се сблъска с околната среда и скоро ще умре.

  Комбинацията от нервни и ендокринни регулаторни механизми в хипоталамуса позволява сложни хомеостатични реакции, свързани с регулирането на висцералната функция на тялото. Нервната и ендокринната система са обединяващият механизъм на хомеостазата.

  Пример за общ отговор на нервните и хуморалните механизми е състояние на стрес, което се развива при неблагоприятни условия на живот и съществува заплаха от нарушаване на хомеостазата. При стрес се наблюдава промяна в състоянието на повечето системи: мускулна, дихателна, сърдечно-съдова, храносмилателна, сетивни органи, кръвно налягане, състав на кръвта. Всички тези промени са проява на индивидуални хомеостатични реакции, насочени към повишаване на устойчивостта на организма към неблагоприятни фактори. Бързата мобилизация на силите на организма действа като защитна реакция при стрес.

  При „соматичен стрес“ проблемът за повишаване на общата устойчивост на тялото се решава съгласно схемата, показана на фигура 13.

  

  Ориз. 13 - Схема за повишаване на общата устойчивост на организма по време на