Homeostazę utrzymuje m.in. Charakterystyka, funkcje, przykłady i mechanizmy utrzymania homeostazy

Encyklopedyczny YouTube

• 1 / 5

  Termin „homeostaza” jest najczęściej używany w biologii. Organizmy wielokomórkowe, aby istnieć, muszą utrzymywać stałe środowisko wewnętrzne. Wielu ekologów jest przekonanych, że zasada ta dotyczy także środowiska zewnętrznego. Jeśli system nie będzie w stanie przywrócić równowagi, może w końcu przestać działać.

  Złożone systemy – takie jak organizm ludzki – muszą posiadać homeostazę, aby pozostać stabilnymi i istnieć. Systemy te nie tylko muszą dążyć do przetrwania, ale także muszą dostosowywać się do zmian środowiskowych i ewoluować.

  Właściwości homeostazy

  Układy homeostatyczne mają następujące właściwości:

  • Niestabilność system: testowanie najlepszego sposobu dostosowania.
  • Dążenie do równowagi: Cała wewnętrzna, strukturalna i funkcjonalna organizacja systemów przyczynia się do utrzymania równowagi.
  • Nieprzewidywalność: Wynikowy efekt określonego działania często może różnić się od oczekiwanego.
  • Regulacja ilości mikroelementów i wody w organizmie – osmoregulacja. Przeprowadzane w nerkach.
  • Usuwanie produktów przemiany materii - wydalanie. Dokonują tego narządy zewnątrzwydzielnicze – nerki, płuca, gruczoły potowe i przewód pokarmowy.
  • Regulacja temperatury ciała. Obniżenie temperatury poprzez pocenie się, różne reakcje termoregulacyjne.
  • Regulacja poziomu glukozy we krwi. Zajmowane głównie przez wątrobę, insulinę i glukagon wydzielane przez trzustkę.
  • Regulacja poziomu podstawowej przemiany materii w zależności od diety.

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

  Mechanizmy homeostazy: sprzężenie zwrotne

  Kiedy następuje zmiana zmiennych, system reaguje na dwa główne typy informacji zwrotnych:

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

  Stabilne systemy wymagają kombinacji obu typów sprzężenia zwrotnego. Podczas gdy negatywne sprzężenie zwrotne umożliwia powrót do stanu homeostatycznego, pozytywne sprzężenie zwrotne służy do przejścia do zupełnie nowego (i być może mniej pożądanego) stanu homeostazy, czyli sytuacji zwanej „metastabilnością”. Takie katastrofalne zmiany mogą wystąpić na przykład wraz ze wzrostem zawartości składników pokarmowych w rzekach o czystej wodzie, co prowadzi do homeostatycznego stanu wysokiej eutrofizacji (przerost glonów w korycie rzeki) i zmętnienia.

  Homeostaza ekologiczna

  W ekosystemach zakłóconych lub subklimaksowych zbiorowiskach biologicznych – takich jak wyspa Krakatoa, po dużej erupcji wulkanu – stan homeostazy poprzedniego leśnego ekosystemu kulminacyjnego został zniszczony, podobnie jak całe życie na tej wyspie. W latach następujących po erupcji Krakatau przeszło łańcuch zmian ekologicznych, w wyniku których nowe gatunki roślin i zwierząt następowały po sobie, co doprowadziło do różnorodności biologicznej i wynikającej z niej społeczności kulminacyjnej. Sukcesja ekologiczna na Krakatoa przebiegała w kilku etapach. Pełny łańcuch sukcesji prowadzący do kulminacji nazywa się preseria. W przykładzie Krakatoa na wyspie rozwinęła się zbiorowisko kulminacyjne obejmujące osiem tysięcy różnych gatunków odnotowanych w roku , sto lat po tym, jak erupcja zniszczyła na niej życie. Dane potwierdzają, że sytuacja przez pewien czas pozostaje w homeostazie, a pojawienie się nowych gatunków bardzo szybko prowadzi do szybkiego zaniku starych.

  Przypadek Krakatoa i innych zakłóconych lub nienaruszonych ekosystemów pokazuje, że początkowa kolonizacja przez gatunki pionierskie następuje poprzez strategie reprodukcyjne z pozytywnym sprzężeniem zwrotnym, w ramach których gatunki rozprzestrzeniają się, wytwarzając jak najwięcej potomstwa, ale przy niewielkich inwestycjach w sukces każdego osobnika. U takich gatunków następuje szybki rozwój i równie szybki upadek (na przykład w wyniku epidemii). Gdy ekosystem zbliża się do punktu kulminacyjnego, gatunki takie są zastępowane przez bardziej złożone gatunki kulminacyjne, które poprzez negatywne sprzężenie zwrotne dostosowują się do specyficznych warunków swojego środowiska. Gatunki te są dokładnie kontrolowane przez potencjalną pojemność ekosystemu i stosują inną strategię - produkują mniej potomstwa, którego sukces reprodukcyjny jest inwestowany w większą ilość energii w mikrośrodowisku swojej specyficznej niszy ekologicznej.

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

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

  Homeostaza biologiczna

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

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

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

  Nie oznacza to, że organizmy konformacyjne nie mają adaptacji behawioralnych, które pozwalają im w pewnym stopniu regulować dany parametr. Na przykład gady często siedzą rano na rozgrzanych skałach, aby podnieść temperaturę ciała.

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

  Homeostaza komórkowa

  Regulacja aktywności chemicznej komórki odbywa się poprzez szereg procesów, wśród których szczególne znaczenie mają zmiany w strukturze samej cytoplazmy, a także strukturze i działaniu enzymów. Autoregulacja zależy od

  Informacja zwrotna.

  Kiedy następuje zmiana zmiennych, system reaguje na dwa główne typy informacji zwrotnych:

  Negatywne opinie, wyrażający się jako reakcja, w której system reaguje w taki sposób, że odwraca kierunek zmian. Ponieważ sprzężenie zwrotne służy utrzymaniu stałości układu, pozwala na utrzymanie homeostazy.

  Na przykład, gdy stężenie dwutlenek węgla wzrasta w organizmie człowieka, do płuc dociera sygnał, aby zwiększyć ich aktywność i wydychać więcej dwutlenku węgla.

  Termoregulacja – kolejny przykład negatywnego feedbacku. Kiedy temperatura ciała wzrasta (lub spada) termoreceptory V skóra I podwzgórze zapisz zmianę, wyzwalając sygnał z mózgu. Sygnał ten z kolei powoduje reakcję - spadek (lub wzrost) temperatury.

  Pozytywne opinie , co wyraża się poprzez zwiększenie zmiany zmiennej. Działa destabilizująco i dlatego nie prowadzi do homeostazy. Pozytywne sprzężenie zwrotne jest mniej powszechne w systemach naturalnych, ale ma również swoje zastosowania.

  Na przykład w nerwach progowy potencjał elektryczny powoduje generowanie znacznie więcej potencjał czynnościowy. Krzepnięcie krew i wydarzenia podczas narodziny można przytoczyć jako inne przykłady pozytywnego sprzężenia zwrotnego.

  Stabilne systemy wymagają kombinacji obu typów sprzężenia zwrotnego. Podczas gdy negatywne sprzężenie zwrotne pozwala na powrót do stanu homeostatycznego, pozytywne sprzężenie zwrotne służy do przejścia do zupełnie nowego (i być może mniej pożądanego) stanu homeostazy – sytuacji zwanej „metastabilnością”. Takie katastrofalne zmiany mogą wystąpić na przykład wraz ze wzrostem składniki odżywcze w rzekach o czystej wodzie, co prowadzi do stanu homeostatycznego wysokiego eutrofizacja(przerost łóżka glony) i zmętnienie.

  Biofizyczne mechanizmy homeostazy.

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

  Z tego punktu widzenia głównymi przyczynami zaburzenia są reakcje nieenzymatyczne zachodzące w błonach, nietypowe dla normalnego życia; w większości przypadków są to reakcje łańcuchowe utleniania z udziałem wolnych rodników, które występują w fosfolipidach komórkowych. Reakcje te prowadzą do uszkodzenia elementów strukturalnych komórek i zakłócenia funkcji regulacyjnych. Czynniki powodujące zaburzenie homeostazy obejmują również czynniki powodujące powstawanie rodników (promieniowanie jonizujące, toksyny zakaźne, niektóre pokarmy, nikotyna i brak witamin itp.).

  Do czynników stabilizujących stan homeostatyczny i funkcje błon zaliczają się bioprzeciwutleniacze, które hamują rozwój rodnikowych reakcji oksydacyjnych.

  Homeostaza ekologiczna.

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

  W ekosystemach zakłóconych lub subklimaksowych zbiorowiskach biologicznych – takich jak wyspa Krakatoa, po masowej erupcji wulkanu w 1883 r. – stan homeostazy poprzedniego leśnego ekosystemu kulminacyjnego został zniszczony, podobnie jak całe życie na tej wyspie.

  W latach następujących po erupcji Krakatau przeszło łańcuch zmian ekologicznych, w wyniku których nowe gatunki roślin i zwierząt następowały po sobie, co doprowadziło do różnorodności biologicznej i wynikającej z niej społeczności kulminacyjnej. Sukcesja ekologiczna na Krakatoa przebiegała w kilku etapach. Pełny łańcuch sukcesji prowadzący do kulminacji nazywa się preseria. Na przykładzie Krakatoa na wyspie rozwinęło się zbiorowisko kulminacyjne obejmujące osiem tysięcy różnych gatunków, odnotowane w 1983 r., sto lat po tym, jak erupcja zniszczyła na niej życie. Dane potwierdzają, że sytuacja przez pewien czas pozostaje w homeostazie, a pojawienie się nowych gatunków bardzo szybko prowadzi do szybkiego zaniku starych.

  Przypadek Krakatoa i innych zakłóconych lub nienaruszonych ekosystemów pokazuje, że początkowa kolonizacja przez gatunki pionierskie następuje poprzez strategie reprodukcyjne z pozytywnym sprzężeniem zwrotnym, w ramach których gatunki rozprzestrzeniają się, wytwarzając jak najwięcej potomstwa, ale przy niewielkich inwestycjach w sukces każdego osobnika. U takich gatunków następuje szybki rozwój i równie szybki upadek (na przykład w wyniku epidemii). Gdy ekosystem zbliża się do punktu kulminacyjnego, gatunki takie są zastępowane przez bardziej złożone gatunki kulminacyjne, które poprzez negatywne sprzężenie zwrotne dostosowują się do specyficznych warunków swojego środowiska. Gatunki te są dokładnie kontrolowane przez potencjalną pojemność ekosystemu i stosują inną strategię - produkują mniej potomstwa, którego sukces reprodukcyjny jest inwestowany w większą ilość energii w mikrośrodowisku swojej specyficznej niszy ekologicznej.

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

  Takie ekosystemy tworzą heterarchie, w których homeostaza na jednym poziomie przyczynia się do procesów homeostatycznych na innym złożonym poziomie.

  Na przykład utrata liści dojrzałego drzewa tropikalnego zapewnia przestrzeń dla nowego wzrostu i wzbogaca glebę. Podobnie drzewo tropikalne ogranicza dostęp światła do niższych poziomów i pomaga zapobiegać inwazji innych gatunków. Ale drzewa również spadają na ziemię, a rozwój lasu zależy od ciągłych zmian drzew i cyklu składników odżywczych przeprowadzanych przez bakterie, owady i grzyby.

  Podobnie lasy takie przyczyniają się do procesów ekologicznych, takich jak regulacja mikroklimatu lub cykli hydrologicznych ekosystemu, a kilka różnych ekosystemów może oddziaływać na siebie, aby utrzymać homeostazę drenażu rzek w regionie biologicznym. Zmienność bioregionalna odgrywa również rolę w homeostatycznej stabilności regionu biologicznego, czyli biomu.

  Homeostaza biologiczna.

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

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

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

  Nie oznacza to, że organizmy konformacyjne nie mają adaptacji behawioralnych, które pozwalają im w pewnym stopniu regulować dany parametr. Na przykład gady często siedzą rano na rozgrzanych skałach, aby podnieść temperaturę ciała.

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

  Homeostaza komórkowa.

  Regulacja aktywności chemicznej komórki odbywa się poprzez szereg procesów, wśród których szczególne znaczenie mają zmiany w strukturze samej cytoplazmy, a także strukturze i działaniu enzymów. Autoregulacja zależy od temperatury, stopnia kwasowości, stężenia substratu oraz obecności określonych makro- i mikroelementów.

  Homeostaza w organizmie człowieka.

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

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

  Homeostaza to dowolny samoregulujący proces, dzięki któremu systemy biologiczne dążą do utrzymania wewnętrznej stabilności poprzez przystosowanie się do optymalnych warunków przetrwania. Jeśli homeostaza przebiegnie pomyślnie, życie będzie kontynuowane; w przeciwnym razie nastąpi katastrofa lub śmierć. Osiągnięta stabilność jest w rzeczywistości dynamiczną równowagą, w której zachodzą ciągłe zmiany, ale panują stosunkowo jednorodne warunki.

  Cechy i rola homeostazy

  Każdy układ będący w równowadze dynamicznej pragnie osiągnąć stan stabilny, równowagę przeciwstawiającą się zmianom zewnętrznym. Gdy taki układ zostanie zakłócony, wbudowane urządzenia regulujące reagują na odchylenia, ustalając nową równowagę. Ten proces jest jedną z kontroli sprzężenia zwrotnego. Przykładami regulacji homeostatycznej są wszelkie procesy integracji i koordynacji funkcji, w których pośredniczą obwody elektryczne oraz układ nerwowy lub hormonalny.

  Innym przykładem regulacji homeostatycznej w układzie mechanicznym jest działanie regulatora temperatury pokojowej lub termostatu. Sercem termostatu jest bimetaliczny pasek, który reaguje na zmiany temperatury zamykaniem lub przerywaniem obwodu elektrycznego. Kiedy pomieszczenie ostygnie, obwód się kończy, włącza się ogrzewanie, a temperatura wzrasta. Przy danym poziomie obwód zostaje przerwany, piec zatrzymuje się i temperatura spada.

  Jednak systemy biologiczne, które są bardziej złożone, mają regulatory, które trudno porównać z urządzeniami mechanicznymi.

  Jak wspomniano wcześniej, termin homeostaza odnosi się do utrzymania środowiska wewnętrznego organizmu w wąskich i ściśle kontrolowanych granicach. Główne funkcje ważne dla utrzymania homeostazy to równowaga wodno-elektrolitowa, regulacja kwasowości, termoregulacja i kontrola metaboliczna.

  Kontrola temperatury ciała człowieka jest uważana za doskonały przykład homeostazy w układzie biologicznym. Normalna temperatura ciała człowieka wynosi około 37°C, ale mogą na nią wpływać różne czynniki, w tym hormony, tempo przemiany materii i choroby powodujące zbyt wysoką lub niską temperaturę. Regulacja temperatury ciała jest kontrolowana przez obszar mózgu zwany podwzgórzem.

  Informacje zwrotne na temat temperatury ciała przekazywane są wraz z krwią do mózgu i prowadzą do kompensacyjnych dostosowań w zakresie częstości oddechów, poziomu cukru we krwi i tempa metabolizmu. Utrata ciepła u ludzi jest spowodowana zmniejszoną aktywnością, poceniem się i mechanizmami wymiany ciepła, które umożliwiają przepływ większej ilości krwi w pobliżu powierzchni skóry.

  Stratę ciepła zmniejsza się poprzez izolację, zmniejszone krążenie skóry i zmiany kulturowe, takie jak korzystanie z odzieży, mieszkań i zewnętrznych źródeł ciepła. Zakres pomiędzy wysokim i niskim poziomem temperatury ciała stanowi homeostatyczny plateau – „normalny” zakres, który podtrzymuje życie. W miarę zbliżania się do którejkolwiek skrajności, działania korygujące (poprzez ujemne sprzężenie zwrotne) przywracają system do normalnego zakresu.

  Pojęcie homeostazy odnosi się także do warunków środowiskowych. Po raz pierwszy zaproponowana przez amerykańskiego ekologa Roberta MacArthura w 1955 roku koncepcja, że ​​homeostaza jest wynikiem połączenia różnorodności biologicznej i dużej liczby interakcji ekologicznych zachodzących między gatunkami.

  Założenie to uznano za koncepcję, która może pomóc wyjaśnić trwałość systemu ekologicznego, czyli jego trwałość jako określonego typu ekosystemu w czasie. Od tego czasu koncepcja uległa pewnym zmianom i obejmowała nieożywiony składnik ekosystemu. Termin ten był używany przez wielu ekologów do opisania wzajemności zachodzącej pomiędzy żywymi i nieożywionymi składnikami ekosystemu w celu utrzymania status quo.

  Hipoteza Gai to model Ziemi zaproponowany przez angielskiego naukowca Jamesa Lovelocka, który postrzega różne żywe i nieożywione składniki jako składniki większego systemu lub pojedynczego organizmu, co sugeruje, że zbiorowe wysiłki poszczególnych organizmów przyczyniają się do homeostazy na poziomie planetarnym.

  Homeostaza komórkowa

  Zależy od środowiska organizmu, aby utrzymać witalność i prawidłowo funkcjonować. Homeostaza utrzymuje pod kontrolą środowisko organizmu i utrzymuje korzystne warunki dla procesów komórkowych. Bez odpowiednich warunków w organizmie pewne procesy (np. osmoza) i białka (np. enzymy) nie będą przebiegać prawidłowo.

  Dlaczego homeostaza jest ważna dla komórek?Żywe komórki zależą od ruchu substancji chemicznych wokół nich. Substancje chemiczne, takie jak tlen, dwutlenek węgla i rozpuszczona żywność, muszą być transportowane do i z komórek. Dokonuje się to poprzez procesy dyfuzji i osmozy, które zależą od równowagi wodno-solnej w organizmie, utrzymywanej poprzez homeostazę.

  Komórki zależą od enzymów, które przyspieszają wiele reakcji chemicznych, które utrzymują komórki przy życiu i funkcjonalności. Enzymy te działają najlepiej w określonych temperaturach, dlatego homeostaza jest niezbędna dla komórek, ponieważ utrzymują stałą temperaturę ciała.

  Przykłady i mechanizmy homeostazy

  Oto kilka podstawowych przykładów homeostazy w organizmie człowieka, a także mechanizmów ją wspierających:

  Temperatura ciała

  Najczęstszym przykładem homeostazy u człowieka jest regulacja temperatury ciała. Normalna temperatura ciała, jak pisaliśmy powyżej, wynosi 37° C. Temperatury powyżej lub poniżej normy mogą powodować poważne komplikacje.

  Niewydolność mięśni występuje w temperaturze 28° C. W temperaturze 33° C następuje utrata przytomności. W temperaturze 42°C centralny układ nerwowy zaczyna się rozkładać. Śmierć następuje w temperaturze 44°C. Organizm kontroluje temperaturę wytwarzając lub uwalniając nadmiar ciepła.

  Stężenie glukozy

  Stężenie glukozy odnosi się do ilości glukozy (cukru we krwi) obecnej w krwiobiegu. Organizm wykorzystuje glukozę jako źródło energii, jednak jej nadmiar lub niedobór może powodować poważne komplikacje. Niektóre hormony regulują stężenie glukozy we krwi. Insulina zmniejsza stężenie glukozy, natomiast zwiększa kortyzol, glukagon i katecholaminy.

  Poziom wapnia

  Kości i zęby zawierają około 99% wapnia występującego w organizmie, a pozostały 1% krąży we krwi. Za dużo lub za mało wapnia we krwi ma negatywne konsekwencje. Jeśli poziom wapnia we krwi zbytnio spadnie, przytarczyce aktywują swoje receptory wykrywające wapń i uwalniają hormon przytarczyc.

  PTH sygnalizuje kościom uwalnianie wapnia w celu zwiększenia jego stężenia w krwiobiegu. Jeśli poziom wapnia zbytnio wzrośnie, tarczyca uwalnia kalcytoninę i wiąże nadmiar wapnia w kościach, zmniejszając w ten sposób ilość wapnia we krwi.

  Objętość cieczy

  Organizm musi utrzymywać stałe środowisko wewnętrzne, co oznacza, że ​​musi regulować utratę lub wymianę płynów. Hormony pomagają regulować tę równowagę, powodując wydalanie lub zatrzymywanie płynów. Jeśli organizm nie ma wystarczającej ilości płynów, hormon antydiuretyczny sygnalizuje nerkom, aby oszczędzały płyn i zmniejszał wydalanie moczu. Jeśli organizm zawiera zbyt dużo płynów, hamuje wydzielanie aldosteronu i sygnalizuje konieczność wytwarzania większej ilości moczu.

  Pozytywna informacja zwrotna sprzyja narodzinom dziecka. Na samym początku porodu skurcze macicy są stosunkowo słabe i rzadkie. Wraz ze wzrostem intensywności różnych procesów podczas porodu stopniowo wzrasta ich siła i częstotliwość. Jednak po urodzeniu dziecka skurcze natychmiast ustają.

  W naszym życiu nieustannie zachodzą różnego rodzaju zmiany, także biologiczne. Biliony naszych komórek pełnią własne funkcje życiowe, utrzymując w ten sposób normalne funkcjonowanie całego organizmu. Aby to zrobić, stale wykorzystują niezbędne składniki odżywcze i tlen oraz pozbywają się produktów przemiany materii. Innymi słowy, każda komórka organizmu jest jak wyspa, której populacja wydobywa z otaczających ją wód tyle, ile potrzebuje i wrzuca do niej odpady. Te „wody” – płyn zewnątrzkomórkowy – składają się ze składnika osocza krwi i cienkiej warstwy płynu, który obmywa każdą komórkę. Razem te składniki tworzą to, co fizjolodzy nazywają wewnętrznym środowiskiem organizmu.
  
  Ponieważ komórki pozbywają się niektórych substancji i wytwarzają inne, skład płynu pozakomórkowego nie jest stały. Takie nieustanne zmiany są potencjalnie niebezpieczne: bez mechanizmów zapobiegających nagłym przesunięciom i brakom równowagi komórka umrze z powodu braku niezbędnych substancji lub przepełnienia produktami przemiany materii.

  Mechanizmy kompensujące zmiany temperatury i innych czynników środowiskowych są również ważne dla naszego przetrwania. W rzeczywistości nasze układy narządów nieustannie dostosowują się, aby utrzymać niezbędną równowagę chemiczną w wewnętrznym środowisku organizmu. Ta dynamiczna równowaga nazywana jest homeostazą. Dzięki mechanizmom sprzężenia zwrotnego, które zapewniają ciągłą aktualizację informacji do mózgu i innych narządów, nasz organizm monitoruje zmieniające się warunki i dostosowuje się do nich, aby kontynuować życie.

  W regulacji ciśnienia krwi bierze udział mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego. Kiedy wzrasta powyżej wartości prawidłowych, jest rejestrowany przez receptory znajdujące się w niektórych naczyniach (baroreceptory) i przekazuje informację do ośrodka naczyniowego mózgu. W rezultacie tętno zwalnia, a tętniczki rozszerzają się. Jeżeli receptory wykryją spadek ciśnienia, parametry te zmieniają się w przeciwnym kierunku.

  MECHANIZM SPrzężenia ZWROTNEGO

  Mechanizm sprzężenia zwrotnego jest szeroko zaangażowany w kontrolę homeostazy. Za jego pomocą ośrodki kontrolne, takie jak mózg, otrzymują informacje o różnych zmianach i dbają o to, aby organizm się do nich dostosował.

  Regulacja poziomu cukru we krwi, tętna i wielu innych funkcji organizmu odbywa się poprzez mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego. W tym przypadku zmiana dowolnego wskaźnika, na przykład ciśnienia krwi, prowadzi do tego, że aktywność całego organizmu ma na celu przywrócenie go do normy. Mechanizm sprzężenia zwrotnego jest często porównywany do termostatu domowego. Czujnik wykrywa spadek temperatury poniżej zadanego poziomu i przekazuje tę informację do urządzenia sterującego, które włącza instalację grzewczą, aby osiągnąć zadany poziom temperatury.

  Niektóre funkcje regulowane są poprzez mechanizm pozytywnego sprzężenia zwrotnego. Jednocześnie toczące się procesy wydają się nabierać tempa, dopóki jakieś inne wydarzenie nie doprowadzi do ich ustania. Przykładem pozytywnego sprzężenia zwrotnego jest proces porodu, którego kulminacją są narodziny dziecka.

  	Życie wymaga zachowania równowagi. Różnorodne funkcje organizmu, takie jak przyjmowanie i trawienie pokarmu, oddychanie, tworzenie i wydalanie moczu i innych produktów przemiany materii, a także adaptacja do zmieniających się temperatur, pomagają zapewnić stały skład płynu pozakomórkowego.
  	Choroby mózgu mogą zakłócać homeostazę. Obraz CT pokazuje duży złośliwy guz mózgu (różowy). Ponieważ mózg jest odpowiedzialny za wiele procesów regulowanych przez sprzężenie zwrotne, choroby takie mogą prowadzić do postępującego ograniczenia zdolności mózgu do kontrolowania funkcji narządów i układów.

  Ciało jako otwarty system samoregulujący.

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

  W procesie metabolizmu wraz z wymianą pożywienia, wody i gazów do organizmu dostają się różne związki chemiczne, które ulegają w organizmie zmianom, wnikają w strukturę organizmu, ale nie pozostają tam na stałe. Zasymilowane substancje rozkładają się, uwalniając energię, a produkty rozkładu są usuwane do środowiska zewnętrznego. Zniszczona cząsteczka zostaje zastąpiona nową itp.

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

  Pojęcie homeostazy. Ogólne wzorce homeostazy w układach żywych.

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

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

  Zjawisko homeostazy jest ewolucyjnie rozwiniętą, dziedzicznie utrwaloną właściwością adaptacyjną organizmu do normalnych warunków środowiskowych. Jednakże warunki te mogą pozostawać poza normalnym zakresem przez krótki lub długi okres czasu. W takich przypadkach zjawiska adaptacyjne charakteryzują się nie tylko przywróceniem zwykłych właściwości środowiska wewnętrznego, ale także krótkotrwałymi zmianami funkcji (na przykład wzrostem rytmu czynności serca i wzrostem częstotliwości ruchy oddechowe ze wzmożoną pracą mięśni). Reakcje homeostazy mogą mieć na celu:

  utrzymywanie znanych poziomów stanu ustalonego;

  eliminacja lub ograniczenie czynników szkodliwych;

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

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

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

  A. Substancje zaspokajające potrzeby komórkowe:

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

  NaCl, Ca i inne substancje nieorganiczne.

  Tlen.

  Wydzielanie wewnętrzne.

  B. Czynniki środowiskowe wpływające na aktywność komórkową:

  Ciśnienie osmotyczne.

  Temperatura.

  Stężenie jonów wodorowych (pH).

  B. Mechanizmy zapewniające jedność strukturalną i funkcjonalną:

  Dziedziczność.

  Regeneracja.

  Reaktywność immunobiologiczna.

  Zasada regulacji biologicznej zapewnia stan wewnętrzny organizmu (jego zawartość), a także związek między etapami ontogenezy i filogenezy. Zasada ta okazała się powszechna. Podczas jej badań powstała cybernetyka - nauka o celowym i optymalnym sterowaniu złożonymi procesami w żywej przyrodzie, w społeczeństwie ludzkim i przemyśle (Berg I.A., 1962).

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

  Ryż. 10 - Ogólny schemat homeostazy układów żywych

  Zmienne wyjściowe zależą od danych wejściowych i praw zachowania systemu.

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

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

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

  Jednak wszystkie rodzaje samoregulacji działają na tej samej zasadzie: samoodchylenie od stanu początkowego, co stanowi zachętę do włączenia mechanizmów korekcyjnych. Zatem normalne pH krwi wynosi 7,32 – 7,45. Zmiana pH o 0,1 prowadzi do dysfunkcji serca. Zasadę tę opisał Anokhin P.K. w 1935 roku i nazwana zasadą sprzężenia zwrotnego, która służy do przeprowadzania reakcji adaptacyjnych.

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

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

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

  Mechanizmy regulacji homeostazy na poziomie genetyki molekularnej, komórki, organizmu, populacji-gatunku i biosfery.

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

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

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

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

  Autotransplantacja – przeszczep tkanki z tego samego organizmu. W tym przypadku białka (antygeny) przeszczepu nie różnią się od białek biorcy. Nie ma reakcji immunologicznej.

  Przeszczep syngeniczny przeprowadzono u identycznych bliźniąt o tym samym genotypie.

  Allotransplantacja – przeszczepianie tkanek od jednego osobnika do drugiego, należącego do tego samego gatunku. Dawca i biorca różnią się antygenami, dlatego u zwierząt wyższych dochodzi do długotrwałego wszczepienia tkanek i narządów.

  Ksenotransplantacja – dawca i biorca należą do różnych typów organizmów. Ten rodzaj przeszczepu jest skuteczny u niektórych bezkręgowców, ale u zwierząt wyższych takie przeszczepy nie zakorzeniają się.

  Podczas przeszczepiania zjawisko to ma ogromne znaczenie tolerancja immunologiczna (zgodność tkankowa). Tłumienie układu odpornościowego w przypadku przeszczepu tkanki (immunosupresja) osiąga się poprzez: tłumienie aktywności układu odpornościowego, napromieniowanie, podanie surowicy przeciwlimfatycznej, hormonów nadnerczy, substancji chemicznych - leków przeciwdepresyjnych (imuran). Głównym zadaniem jest tłumienie nie tylko odporności, ale także odporności na przeszczep.

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

  U ludzi głównym genetycznym układem zgodności tkankowej jest układ HLA (ludzki antygen leukocytowy). Antygeny są w pełni reprezentowane na powierzchni leukocytów i są wykrywane za pomocą antysurowic. Struktura układu u ludzi i zwierząt jest taka sama. Przyjęto wspólną terminologię do opisu loci i alleli genetycznych układu HLA. Antygeny są oznaczone: HLA-A 1; HLA-A2 itp. Nowe antygeny, które nie zostały ostatecznie zidentyfikowane, są oznaczone W (Praca). Antygeny układu HLA dzielą się na 2 grupy: SD i LD (ryc. 11).

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

  

  Ryż. 11 - HLA jest głównym systemem genetycznym odpowiadającym za zgodność tkankową człowieka

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

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

  Polimorfizm antygenowy układu HLA jest wynikiem pochodzenia jednych od innych i ścisłego powiązania genetycznego pomiędzy nimi. Do przeszczepienia konieczna jest identyfikacja dawcy i biorcy na podstawie antygenów HLA. Przeszczepienie nerki identycznej w 4 antygenach układu zapewnia przeżycie na poziomie 70%; 3 – 60%; 2 – 45%; 1 – 25% każdy.

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

  Mechanizmy komórkowe homeostaza mają na celu przywrócenie komórek tkanek i narządów w przypadku naruszenia ich integralności. Nazywa się zestaw procesów mających na celu przywrócenie zniszczonych struktur biologicznych regeneracja. Proces ten jest charakterystyczny dla wszystkich poziomów: odnowy białek, składników organelli komórkowych, całych organelli i samych komórek. Przywrócenie funkcji narządów po urazie lub zerwaniu nerwu oraz gojenie ran są ważne dla medycyny z punktu widzenia opanowania tych procesów.

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

  Tkanki i narządy charakteryzujące się komórkowy regeneracja (kości, luźna tkanka łączna, układ krwiotwórczy, śródbłonek, międzybłonek, błony śluzowe przewodu pokarmowego, dróg oddechowych i układu moczowo-płciowego.

  Tkanki i narządy charakteryzujące się komórkowe i wewnątrzkomórkowe regeneracja (wątroba, nerki, płuca, mięśnie gładkie i szkieletowe, autonomiczny układ nerwowy, gruczoł wydzielania wewnętrznego, trzustka).

  Tkaniny charakteryzujące się przede wszystkim wewnątrzkomórkowy regeneracja (miokardium) lub wyłącznie regeneracja wewnątrzkomórkowa (komórki zwojowe centralnego układu nerwowego). Obejmuje procesy odbudowy makrocząsteczek i organelli komórkowych poprzez składanie struktur elementarnych lub ich podział (mitochondria).

  W procesie ewolucji powstały 2 rodzaje regeneracji fizjologiczne i naprawcze .

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

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

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

  Regeneracja nietypowa częściej u bezkręgowców.

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

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

  Morfolaksja – przebudowa pozostałej części narządu w całość, tylko o mniejszych rozmiarach. Metoda ta charakteryzuje się rekonstrukcją nowego z pozostałości starego (na przykład odbudowa kończyny karalucha).

  Endomorfoza – odbudowa w wyniku wewnątrzkomórkowej restrukturyzacji tkanki i narządu. Ze względu na wzrost liczby komórek i ich wielkości masa narządu zbliża się do pierwotnej.

  U kręgowców regeneracja naprawcza zachodzi w następującej formie:

  Pełna regeneracja – odbudowa tkanki pierwotnej po jej uszkodzeniu.

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

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

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

  Regulacja nerwowa przeprowadzane i koordynowane przez centralny układ nerwowy. Impulsy nerwowe docierające do komórek i tkanek nie tylko powodują pobudzenie, ale także regulują procesy chemiczne i wymianę substancji biologicznie czynnych. Obecnie znanych jest ponad 50 neurohormonów. W ten sposób podwzgórze wytwarza wazopresynę, oksytocynę, liberyny i statyny, które regulują pracę przysadki mózgowej. Przykładami ogólnoustrojowych objawów homeostazy jest utrzymywanie stałej temperatury i ciśnienia krwi.

  Z punktu widzenia homeostazy i adaptacji układ nerwowy jest głównym organizatorem wszystkich procesów organizmu. Podstawą adaptacji jest równoważenie organizmów z warunkami środowiskowymi, zdaniem N.P. Pawłow, procesy odruchowe kłamią. Pomiędzy różnymi poziomami regulacji homeostatycznej istnieje prywatne hierarchiczne podporządkowanie w systemie regulacji procesów wewnętrznych organizmu (ryc. 12).

  kora mózgowa i części mózgu

  samoregulacja oparta na zasadzie sprzężenia zwrotnego

  obwodowe procesy neuroregulacyjne, odruchy lokalne

  Poziomy homeostazy komórkowej i tkankowej

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

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

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

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

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

  Reakcje zapewniające homeostazę nie mogą ograniczać się do jednego gruczołu dokrewnego, ale w większym lub większym stopniu angażują wszystkie gruczoły. Powstała reakcja ma charakter łańcuchowy i rozprzestrzenia się na inne efektory. Fizjologiczne znaczenie hormonów polega na regulacji innych funkcji organizmu, dlatego należy w jak największym stopniu wyrazić charakter łańcuchowy.

  Ciągłe zaburzenia w środowisku organizmu przyczyniają się do utrzymania jego homeostazy przez długie życie. Jeśli stworzysz warunki życia, w których nic nie powoduje znaczących zmian w środowisku wewnętrznym, wówczas organizm w kontakcie z otoczeniem będzie całkowicie bezbronny i wkrótce umrze.

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

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

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

  

  Ryż. 13 - Schemat zwiększania ogólnego oporu ciała podczas