Homeostazia este menținută de. Caracteristici, funcții, exemple și mecanisme de menținere a homeostaziei

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  Termenul „homeostază” este cel mai des folosit în biologie. Organismele multicelulare trebuie să mențină un mediu intern constant pentru a exista. Mulți ecologiști sunt convinși că acest principiu se aplică și mediului extern. Dacă sistemul nu poate să-și restabilească echilibrul, în cele din urmă poate înceta să funcționeze.

  Sistemele complexe - cum ar fi corpul uman - trebuie să aibă homeostazie pentru a rămâne stabile și a exista. Aceste sisteme nu numai că trebuie să se străduiască să supraviețuiască, ci și să se adapteze la schimbările de mediu și să evolueze.

  Proprietățile homeostaziei

  Sistemele homeostatice au următoarele proprietăți:

  • Instabilitate sistem: testarea modului cel mai bun de adaptare.
  • Luptă pentru echilibru: Întreaga organizare internă, structurală și funcțională a sistemelor contribuie la menținerea echilibrului.
  • Imprevizibilitate: Efectul rezultat al unei anumite acțiuni poate fi adesea diferit de ceea ce era de așteptat.
  • Reglarea cantității de micronutrienți și apă din organism - osmoreglare. Efectuat în rinichi.
  • Eliminarea deșeurilor din procesul metabolic - excreție. Este efectuat de organe exocrine - rinichi, plămâni, glande sudoripare și tractul gastrointestinal.
  • Reglarea temperaturii corpului. Scăderea temperaturii prin transpirație, diverse reacții de termoreglare.
  • Reglarea nivelului de glucoză din sânge. Efectuate în principal de ficat, insulină și glucagon secretate de pancreas.
  • Reglarea nivelului metabolismului bazal in functie de alimentatie.

  Este important de menționat că, deși corpul este în echilibru, starea sa fiziologică poate fi dinamică. Multe organisme prezintă modificări endogene sub formă de ritmuri circadian, ultradian și infradian. Astfel, chiar și atunci când sunt în homeostazie, temperatura corpului, tensiunea arterială, ritmul cardiac și majoritatea indicatorilor metabolici nu sunt întotdeauna la un nivel constant, ci se modifică în timp.

  Mecanisme de homeostazie: feedback

  Când are loc o modificare a variabilelor, există două tipuri principale de feedback la care sistemul răspunde:

  1. Feedback negativ, exprimat într-o reacție în care sistemul răspunde în așa fel încât să inverseze direcția schimbării. Deoarece feedback-ul servește la menținerea constantă a sistemului, permite menținerea homeostaziei.
     • De exemplu, atunci când concentrația de dioxid de carbon din corpul uman crește, plămânilor vine un semnal pentru a le crește activitatea și a expira mai mult dioxid de carbon.
     • Termoregularea este un alt exemplu de feedback negativ. Când temperatura corpului crește (sau scade), termoreceptorii din piele și hipotalamus înregistrează schimbarea, declanșând un semnal de la creier. Acest semnal, la rândul său, provoacă un răspuns - o scădere a temperaturii (sau creștere).
  2. Feedback pozitiv, care se exprimă prin creșterea modificării unei variabile. Are efect destabilizator și, prin urmare, nu duce la homeostazie. Feedback-ul pozitiv este mai puțin frecvent în sistemele naturale, dar are și utilizările sale.
     • De exemplu, în nervi, un potențial electric de prag determină generarea unui potențial de acțiune mult mai mare. Coagularea sângelui și evenimentele de la naștere sunt alte exemple de feedback pozitiv.

  Sistemele stabile necesită combinații ale ambelor tipuri de feedback. În timp ce feedback-ul negativ permite revenirea la o stare homeostatică, feedback-ul pozitiv este folosit pentru a trece la o stare complet nouă (și poate mai puțin dorită) de homeostazie, o situație numită „metastabilitate”. Astfel de schimbări catastrofale pot apărea, de exemplu, cu o creștere a nutrienților în râurile cu apă limpede, ducând la o stare homeostatică de eutrofizare ridicată (creșterea excesivă a algelor din albia râului) și turbiditate.

  Homeostazia ecologică

  În ecosistemele perturbate, sau comunitățile biologice subclimax - precum insula Krakatoa, după o mare erupție vulcanică - starea de homeostazie a ecosistemului de climax al pădurii anterior a fost distrusă, la fel ca toată viața de pe acea insulă. Krakatoa, în anii de după erupție, a trecut printr-un lanț de schimbări ecologice în care noi specii de plante și animale s-au succedat, ducând la biodiversitate și la comunitatea de climax rezultată. Succesiunea ecologică pe Krakatoa a avut loc în mai multe etape. Lanțul complet de succesiuni care duc la punctul culminant se numește preseria. În exemplul Krakatoa, insula a dezvoltat o comunitate culminală cu opt mii de specii diferite înregistrate în , la o sută de ani după ce erupția a distrus viața pe ea. Datele confirmă că situația rămâne în homeostazie de ceva timp, apariția unor noi specii ducând foarte rapid la dispariția rapidă a celor vechi.

  Cazul Krakatoa și al altor ecosisteme perturbate sau intacte arată că colonizarea inițială de către speciile pionier are loc prin strategii de reproducere cu feedback pozitiv în care speciile se dispersează, producând cât mai mulți descendenți, dar cu puține investiții în succesul fiecărui individ. La astfel de specii există o dezvoltare rapidă și un colaps la fel de rapid (de exemplu, printr-o epidemie). Pe măsură ce un ecosistem se apropie de climax, astfel de specii sunt înlocuite cu specii de climax mai complexe care, prin feedback negativ, se adaptează la condițiile specifice ale mediului lor. Aceste specii sunt atent controlate de capacitatea potențială de transport a ecosistemului și urmează o strategie diferită - producând mai puțini descendenți, al căror succes reproductiv este investit mai multă energie în micromediul nișei sale ecologice specifice.

  Dezvoltarea începe cu comunitatea de pionier și se termină cu comunitatea culminant. Această comunitate culminală se formează atunci când flora și fauna intră în echilibru cu mediul local.

  Astfel de ecosisteme formează heterarhii, în care homeostazia la un nivel contribuie la procesele homeostatice la un alt nivel complex. De exemplu, pierderea frunzelor de la un copac tropical matur oferă spațiu pentru o nouă creștere și îmbogățește solul. În egală măsură, arborele tropical reduce accesul la lumină la niveluri inferioare și ajută la prevenirea invaziei de către alte specii. Dar copacii cad și pe pământ, iar dezvoltarea pădurii depinde de schimbarea constantă a copacilor și de ciclul de nutrienți efectuat de bacterii, insecte și ciuperci. În mod similar, astfel de păduri contribuie la procese ecologice, cum ar fi reglarea microclimatelor sau a ciclurilor hidrologice ale unui ecosistem și mai multe ecosisteme diferite pot interacționa pentru a menține homeostazia drenajului râului într-o regiune biologică. Variabilitatea bioregională joacă, de asemenea, un rol în stabilitatea homeostatică a unei regiuni biologice sau biom.

  Homeostazia biologică

  Homeostazia acționează ca o caracteristică fundamentală a organismelor vii și este înțeleasă ca menținerea mediului intern în limite acceptabile.

  Mediul intern al corpului include fluide corporale - plasma sanguina, limfa, substanta intercelulara si lichidul cefalorahidian. Menținerea stabilității acestor fluide este vitală pentru organisme, în timp ce absența acesteia duce la deteriorarea materialului genetic.

  În ceea ce privește orice parametru, organismele sunt împărțite în conformaționale și regulatoare. Organismele de reglementare mențin parametrul la un nivel constant, indiferent de ceea ce se întâmplă în mediu. Organismele conformaționale permit mediului să determine parametrul. De exemplu, animalele cu sânge cald mențin o temperatură constantă a corpului, în timp ce animalele cu sânge rece prezintă o gamă largă de temperaturi.

  Acest lucru nu înseamnă că organismele conformaționale nu au adaptări comportamentale care să le permită să regleze un parametru dat într-o oarecare măsură. Reptilele, de exemplu, stau adesea pe pietre încălzite dimineața pentru a-și ridica temperatura corpului.

  Beneficiul reglării homeostatice este că permite organismului să funcționeze mai eficient. De exemplu, animalele cu sânge rece tind să devină letargice la temperaturi scăzute, în timp ce animalele cu sânge cald sunt aproape la fel de active ca întotdeauna. Pe de altă parte, reglementarea necesită energie. Motivul pentru care unii șerpi pot mânca doar o dată pe săptămână este că consumă mult mai puțină energie pentru a menține homeostazia decât mamiferele.

  Homeostazia celulară

  Reglarea activității chimice a celulei se realizează printr-o serie de procese, printre care modificările structurii citoplasmei în sine, precum și structura și activitatea enzimelor, sunt de o importanță deosebită. Autoreglarea depinde de

  Părere.

  Când are loc o modificare a variabilelor, există două tipuri principale de feedback la care sistemul răspunde:

  Feedback negativ, exprimat ca o reacție în care sistemul răspunde în așa fel încât să inverseze direcția schimbării. Deoarece feedback-ul servește la menținerea constantă a sistemului, permite menținerea homeostaziei.

  De exemplu, când concentrarea dioxid de carbon crește în corpul uman, un semnal vine la plămâni pentru a le crește activitatea și a expira mai mult dioxid de carbon.

  Termoregulare -- un alt exemplu de feedback negativ. Când temperatura corpului crește (sau scade) termoreceptori V pieleȘi hipotalamusînregistrați schimbarea prin declanșarea unui semnal de la creier. Acest semnal, la rândul său, provoacă un răspuns - o scădere a temperaturii (sau creștere).

  Feedback pozitiv , care se exprimă prin creșterea modificării variabilei. Are efect destabilizator și, prin urmare, nu duce la homeostazie. Feedback-ul pozitiv este mai puțin frecvent în sistemele naturale, dar are și utilizările sale.

  De exemplu, în nervi potenţial electric de prag provoacă generarea a mult mai mult potenţial de acţiune. Coagulare sângeși evenimentele din timpul naștere pot fi citate ca alte exemple de feedback pozitiv.

  Sistemele stabile necesită combinații ale ambelor tipuri de feedback. În timp ce feedback-ul negativ permite revenirea la o stare homeostatică, feedback-ul pozitiv este folosit pentru a trece la o stare complet nouă (și poate mai puțin dorită) de homeostazie - o situație numită „metastabilitate”. Astfel de schimbări catastrofale pot apărea, de exemplu, cu o creștere a nutriențiîn râurile cu apă limpede, ceea ce duce la o stare homeostatică de mare eutrofizare(creșterea excesivă a patului alge) și turbiditate.

  Mecanismele biofizice ale homeostaziei.

  Din punctul de vedere al biofizicii chimice, homeostazia este o stare în care toate procesele responsabile de transformările energetice din organism sunt în echilibru dinamic. Această stare este cea mai stabilă și corespunde optimului fiziologic. În conformitate cu conceptele de termodinamică, un organism și o celulă pot exista și se pot adapta la condițiile de mediu în care se poate stabili un curs staționar de procese fizice și chimice într-un sistem biologic, de exemplu. homeostaziei. Rolul principal în stabilirea homeostaziei revine sistemelor membranare celulare, care sunt responsabile de procesele bioenergetice și reglează rata de intrare și eliberare a substanțelor de către celule.

  Din acest punct de vedere, cauzele principale ale tulburării sunt reacțiile non-enzimatice care apar la nivelul membranelor, neobișnuite pentru viața normală; în cele mai multe cazuri, acestea sunt reacții în lanț de oxidare care implică radicali liberi care apar în fosfolipidele celulare. Aceste reacții duc la deteriorarea elementelor structurale ale celulelor și la perturbarea funcției de reglare. Factorii care provoacă perturbarea homeostaziei includ și agenți care provoacă formarea radicalilor (radiații ionizante, toxine infecțioase, anumite alimente, nicotină și lipsă de vitamine etc.).

  Factorii care stabilizează starea homeostatică și funcțiile membranelor includ bioantioxidanții, care inhibă dezvoltarea reacțiilor radicalilor oxidativi.

  Homeostazia ecologică.

  Homeostazia ecologică se observă în comunitățile climax cu cea mai mare biodiversitate posibilă în condiții de mediu favorabile.

  În ecosistemele perturbate, sau comunitățile biologice subclimax - cum ar fi insula Krakatoa, după o erupție vulcanică masivă în 1883 - starea de homeostazie a ecosistemului de climax al pădurii anterior a fost distrusă, la fel ca toată viața de pe acea insulă.

  Krakatoa, în anii de după erupție, a trecut printr-un lanț de schimbări ecologice în care noi specii de plante și animale s-au succedat, ducând la biodiversitate și la comunitatea de climax rezultată. Succesiunea ecologică pe Krakatoa a avut loc în mai multe etape. Lanțul complet de succesiuni care duc la punctul culminant se numește preseria. În exemplul Krakatoa, insula a dezvoltat o comunitate culminală cu opt mii de specii diferite înregistrate în 1983, la o sută de ani după ce erupția a distrus viața pe ea. Datele confirmă că situația rămâne în homeostazie de ceva timp, apariția unor noi specii ducând foarte rapid la dispariția rapidă a celor vechi.

  Cazul Krakatoa și al altor ecosisteme perturbate sau intacte arată că colonizarea inițială de către specii pioniere are loc prin strategii de reproducere cu feedback pozitiv în care speciile se dispersează, producând cât mai mulți descendenți, dar cu puține investiții în succesul fiecărui individ. La astfel de specii există o dezvoltare rapidă și un colaps la fel de rapid (de exemplu, printr-o epidemie). Pe măsură ce un ecosistem se apropie de climax, astfel de specii sunt înlocuite cu specii de climax mai complexe care, prin feedback negativ, se adaptează la condițiile specifice ale mediului lor. Aceste specii sunt atent controlate de capacitatea potențială de transport a ecosistemului și urmează o strategie diferită - producând mai puțini descendenți, al căror succes reproductiv este investit mai multă energie în micromediul nișei sale ecologice specifice.

  Dezvoltarea începe cu comunitatea de pionier și se termină cu comunitatea culminant. Această comunitate culminală se formează atunci când flora și fauna intră în echilibru cu mediul local.

  Astfel de ecosisteme formează heterarhii în care homeostazia la un nivel contribuie la procesele homeostatice la un alt nivel complex.

  De exemplu, pierderea frunzelor de la un copac tropical matur oferă spațiu pentru o nouă creștere și îmbogățește solul. În egală măsură, arborele tropical reduce accesul la lumină la niveluri inferioare și ajută la prevenirea invaziei de către alte specii. Dar copacii cad și pe pământ, iar dezvoltarea pădurii depinde de schimbarea constantă a copacilor și de ciclul de nutrienți efectuat de bacterii, insecte și ciuperci.

  De asemenea, astfel de păduri contribuie la procese ecologice, cum ar fi reglarea microclimatelor sau a ciclurilor hidrologice ale ecosistemelor, iar mai multe ecosisteme diferite pot interacționa pentru a menține homeostazia drenajului râului într-o regiune biologică. Variabilitatea bioregională joacă, de asemenea, un rol în stabilitatea homeostatică a unei regiuni biologice sau biom.

  Homeostazia biologică.

  Homeostazia acționează ca o caracteristică fundamentală a organismelor vii și este înțeleasă ca menținerea mediului intern în limite acceptabile.

  Mediul intern al corpului include fluide corporale - plasma sanguina, limfa, substanta intercelulara si lichidul cefalorahidian. Menținerea stabilității acestor fluide este vitală pentru organisme, în timp ce absența acesteia duce la deteriorarea materialului genetic.

  În ceea ce privește orice parametru, organismele sunt împărțite în conformaționale și regulatoare. Organismele de reglementare mențin parametrul la un nivel constant, indiferent de ceea ce se întâmplă în mediu. Organismele conformaționale permit mediului să determine parametrul. De exemplu, animalele cu sânge cald mențin o temperatură constantă a corpului, în timp ce animalele cu sânge rece prezintă o gamă largă de temperaturi.

  Acest lucru nu înseamnă că organismele conformaționale nu au adaptări comportamentale care să le permită să regleze un parametru dat într-o oarecare măsură. Reptilele, de exemplu, stau adesea pe pietre încălzite dimineața pentru a-și ridica temperatura corpului.

  Beneficiul reglării homeostatice este că permite organismului să funcționeze mai eficient. De exemplu, animalele cu sânge rece tind să devină letargice la temperaturi scăzute, în timp ce animalele cu sânge cald sunt aproape la fel de active ca întotdeauna. Pe de altă parte, reglementarea necesită energie. Motivul pentru care unii șerpi pot mânca doar o dată pe săptămână este că consumă mult mai puțină energie pentru a menține homeostazia decât mamiferele.

  Homeostazia celulară.

  Reglarea activității chimice a celulei se realizează printr-o serie de procese, printre care modificările structurii citoplasmei în sine, precum și structura și activitatea enzimelor, sunt de o importanță deosebită. Autoreglarea depinde de temperatură, gradul de aciditate, concentrația substratului și prezența anumitor macro și microelemente.

  Homeostazia în corpul uman.

  Diverși factori afectează capacitatea fluidelor corporale de a susține viața. Acestea includ parametri precum temperatura, salinitatea, aciditatea și concentrația de nutrienți - glucoză, diverși ioni, oxigen și deșeuri - dioxid de carbon și urină. Deoarece acești parametri influențează reacțiile chimice care țin corpul în viață, există mecanisme fiziologice încorporate pentru a le menține la nivelul necesar.

  Homeostazia nu poate fi considerată cauza acestor procese de adaptare inconștientă. Ar trebui percepută ca o caracteristică generală a multor procese normale care acționează împreună și nu ca cauza principală a acestora. Mai mult, există multe fenomene biologice care nu se potrivesc acestui model — anabolismul, de exemplu.

  Homeostazia este orice proces de autoreglare prin care sistemele biologice se străduiesc să mențină stabilitatea internă adaptându-se la condiții optime de supraviețuire. Dacă homeostazia are succes, atunci viața continuă; în caz contrar, va avea loc un dezastru sau moartea. Stabilitatea obținută este de fapt un echilibru dinamic în care apar schimbări continue, dar predomină condiții relativ omogene.

  Caracteristicile și rolul homeostaziei

  Orice sistem aflat în echilibru dinamic dorește să atingă o stare stabilă, un echilibru care să reziste schimbărilor externe. Atunci când un astfel de sistem este deranjat, dispozitivele de reglare încorporate reacționează la abateri pentru a stabili un nou echilibru. Acest proces este unul dintre controalele de feedback. Exemple de reglare homeostatică sunt toate procesele de integrare și coordonare a funcțiilor mediate de circuitele electrice și sistemele nervoase sau hormonale.

  Un alt exemplu de reglare homeostatică într-un sistem mecanic este acțiunea unui regulator de temperatură a camerei sau a unui termostat. Inima termostatului este o bandă bimetală care răspunde la schimbările de temperatură completând sau întrerupând un circuit electric. Când camera se răcește, circuitul se termină și încălzirea pornește, iar temperatura crește. La un nivel dat circuitul este întrerupt, cuptorul se oprește și temperatura scade.

  Cu toate acestea, sistemele biologice, care au o complexitate mai mare, au regulatori greu de comparat cu dispozitivele mecanice.

  După cum sa menționat mai devreme, termenul de homeostazie se referă la menținerea mediului intern al corpului în limite înguste și strict controlate. Principalele funcții importante pentru menținerea homeostaziei sunt echilibrul fluidelor și electrolitice, reglarea acidului, termoreglarea și controlul metabolic.

  Controlul temperaturii corpului la om este considerat un exemplu excelent de homeostazie într-un sistem biologic. Temperatura normală a corpului uman este de aproximativ 37°C, dar diverși factori pot afecta acest lucru, inclusiv hormonii, rata metabolică și bolile care provoacă temperaturi excesiv de ridicate sau scăzute. Reglarea temperaturii corpului este controlată de o zonă a creierului numită hipotalamus.

  Feedback-ul despre temperatura corpului este transportat prin fluxul sanguin către creier și duce la ajustări compensatorii ale ritmului respirator, ale nivelului de zahăr din sânge și ale ratei metabolice. Pierderea de căldură la oameni este cauzată de scăderea activității, transpirație și mecanisme de schimb de căldură care permit mai mult sânge să circule lângă suprafața pielii.

  Pierderile de căldură sunt reduse prin izolație, circulație redusă a pielii și schimbări culturale, cum ar fi utilizarea îmbrăcămintei, a locuințelor și a surselor externe de căldură. Intervalul dintre nivelurile ridicate și scăzute ale temperaturii corpului constituie platoul homeostatic - intervalul „normal” care susține viața. Pe măsură ce se apropie oricare dintre extreme, acțiunea corectivă (prin feedback negativ) readuce sistemul la intervalul normal.

  Conceptul de homeostazie se aplică și condițiilor de mediu. Propusă pentru prima dată de ecologistul american Robert MacArthur în 1955, ideea că homeostazia este produsul unei combinații de biodiversitate și numărul mare de interacțiuni ecologice care au loc între specii.

  Această ipoteză a fost considerată un concept care ar putea ajuta la explicarea persistenței unui sistem ecologic, adică a persistenței sale ca un anumit tip de ecosistem în timp. De atunci, conceptul s-a schimbat oarecum pentru a include componenta nevii a ecosistemului. Termenul a fost folosit de mulți ecologisti pentru a descrie reciprocitatea care are loc între componentele vii și nevii ale unui ecosistem pentru a menține status quo-ul.

  Ipoteza Gaia este un model al Pământului propus de omul de știință englez James Lovelock care consideră diferiți constituenți vii și nevii ca componente ale unui sistem mai mare sau un singur organism, sugerând că eforturile colective ale organismelor individuale contribuie la homeostazia la nivel planetar.

  Homeostazia celulară

  Depinde de mediul organismului pentru a menține vitalitatea și a funcționa corect. Homeostazia menține mediul organismului sub control și menține condiții favorabile proceselor celulare. Fără condițiile potrivite în organism, anumite procese (cum ar fi osmoza) și proteine ​​(cum ar fi enzimele) nu vor funcționa corect.

  De ce este importantă homeostazia pentru celule? Celulele vii depind de mișcarea substanțelor chimice din jurul lor. Substanțele chimice precum oxigenul, dioxidul de carbon și alimentele dizolvate trebuie să fie transportate în și din celule. Acest lucru se realizează prin procesele de difuzie și osmoză, care depind de echilibrul de apă și sare din organism, care este menținut prin homeostazie.

  Celulele depind de enzime pentru a accelera multe dintre reacțiile chimice care mențin celulele vii și funcționale. Aceste enzime funcționează cel mai bine la anumite temperaturi și, prin urmare, homeostazia este vitală pentru celule, deoarece menține o temperatură constantă a corpului.

  Exemple și mecanisme de homeostazie

  Iată câteva exemple de bază de homeostazie în corpul uman, precum și mecanismele care le susțin:

  Temperatura corpului

  Cel mai comun exemplu de homeostazie la om este reglarea temperaturii corpului. Temperatura normală a corpului, așa cum am scris mai sus, este de 37 ° C. Temperaturile peste sau sub nivelurile normale pot provoca complicații grave.

  Insuficiența musculară apare la o temperatură de 28° C. La 33° C are loc pierderea conștienței. La 42°C sistemul nervos central începe să se deterioreze. Moartea are loc la o temperatură de 44° C. Corpul controlează temperatura prin producerea sau eliberarea de căldură în exces.

  Concentrația de glucoză

  Concentrația de glucoză se referă la cantitatea de glucoză (zahăr din sânge) prezentă în sânge. Organismul folosește glucoza ca sursă de energie, dar prea mult sau prea puțin din ea poate provoca complicații grave. Unii hormoni reglează concentrația de glucoză din sânge. Insulina reduce concentrația de glucoză, în timp ce cortizolul, glucagonul și catecolaminele cresc.

  Nivelurile de calciu

  Oasele și dinții conțin aproximativ 99% din calciul organismului, în timp ce restul de 1% circulă în sânge. Prea mult sau prea puțin calciu în sânge are consecințe negative. Dacă nivelurile de calciu din sânge scad prea mult, glandele paratiroide își activează receptorii care sesizează calciu și eliberează hormonul paratiroidian.

  PTH semnalează oaselor să elibereze calciu pentru a crește concentrația acestuia în fluxul sanguin. Dacă nivelul de calciu crește prea mult, glanda tiroidă eliberează calcitonină și fixează excesul de calciu în oase, reducând astfel cantitatea de calciu din sânge.

  Volumul lichidului

  Organismul trebuie să mențină un mediu intern constant, ceea ce înseamnă că trebuie să regleze pierderea sau înlocuirea lichidelor. Hormonii ajută la reglarea acestui echilibru determinând excretarea sau reținerea lichidului. Dacă organismul nu are suficient lichid, hormonul antidiuretic semnalează rinichilor să conserve lichide și să reducă producția de urină. Dacă organismul conține prea mult lichid, acesta suprimă aldosteronul și semnalează producerea mai multă urină.

  Feedback-ul pozitiv promovează nașterea unui copil. La începutul travaliului, contracțiile uterine sunt relativ slabe și rare. Pe măsură ce intensitatea diferitelor procese în timpul nașterii crește, puterea și frecvența acestora cresc treptat. Cu toate acestea, după ce copilul se naște, contracțiile încetează imediat.

  În viața noastră apar în mod constant diferite tipuri de schimbări, inclusiv cele biologice. Trilioane de celule noastre își asigură propriile funcții vitale, menținând astfel funcționarea normală a întregului corp. Pentru a face acest lucru, folosesc în mod constant nutrienții și oxigenul necesar și scapă de deșeurile. Cu alte cuvinte, fiecare celulă a corpului este ca o insulă, a cărei populație extrage ceea ce are nevoie din apele din jur și aruncă deșeuri în ele. Aceste „ape” – lichid extracelular – constau dintr-o componentă a plasmei sanguine și un strat subțire de lichid care scaldă fiecare celulă. Împreună, aceste componente formează ceea ce fiziologii numesc mediul intern al corpului.
  
  Deoarece celulele scapă de unele substanțe și produc altele, compoziția lichidului extracelular nu este constantă. Astfel de schimbări necontenite sunt potențial periculoase: fără mecanisme care împiedică schimbările bruște și dezechilibrele, celula ar muri din cauza lipsei de substanțe necesare sau din cauza umplerii excesive cu produse reziduale.

  Mecanismele care compensează schimbările de temperatură și alți factori de mediu sunt, de asemenea, importante pentru supraviețuirea noastră. De fapt, sistemele noastre de organe se adaptează constant pentru a menține echilibrul chimic necesar în mediul intern al corpului. Acest echilibru dinamic se numește homeostazie. Prin mecanisme de feedback care asigură actualizarea constantă a informațiilor creierului și altor organe, corpul nostru monitorizează condițiile în schimbare și se adaptează la acestea pentru a continua să trăiască.

  Un mecanism de feedback negativ este implicat în reglarea tensiunii arteriale. Cand creste peste valorile normale, este inregistrata de receptorii situati in unele vase (baroreceptori) si transmite informatii catre centrul vascular al creierului. Ca urmare, ritmul cardiac încetinește și arteriolele se dilată. Dacă receptorii detectează o scădere a presiunii, acești parametri se schimbă în direcția opusă.

  MECANISMUL DE FEEDBACK

  Mecanismul de feedback este implicat pe scară largă în controlul homeostaziei. Cu ajutorul acestuia, centrele de control precum creierul primesc informații despre diverse schimbări și se asigură că organismul se adaptează la acestea.

  Reglarea nivelului de zahăr din sânge, a ritmului cardiac și a multor alte funcții ale corpului are loc printr-un mecanism de feedback negativ. În acest caz, o modificare a oricărui indicator, de exemplu tensiunea arterială, duce la faptul că activitatea întregului organism are ca scop revenirea lui la normal. Mecanismul de feedback este adesea comparat cu un termostat de acasă. Senzorul detectează o scădere a temperaturii sub un nivel prestabilit și transmite aceste informații dispozitivului de control, care pornește sistemul de încălzire pentru a atinge nivelul de temperatură dorit.

  Unele funcții sunt reglementate de un mecanism de feedback pozitiv. În același timp, procesele în desfășurare par să se încurajeze până când un alt eveniment duce la încetarea lor. Un exemplu de feedback pozitiv este procesul travaliului, care culminează cu nașterea unui copil.

  	Viața necesită menținerea echilibrului. O varietate de funcții ale corpului, cum ar fi ingestia și digestia alimentelor, respirația, formarea și excreția de urină și alte produse reziduale, precum și adaptarea la schimbările de temperatură, ajută la asigurarea unei compoziții constante a lichidului extracelular.
  	Bolile creierului pot perturba homeostazia. Imaginea CT arată o tumoare malignă a creierului mare (roz). Deoarece creierul este responsabil pentru multe procese reglate de feedback, astfel de boli pot duce la o limitare progresivă a capacității creierului de a controla funcțiile organelor și sistemelor.

  Corpul ca sistem deschis de autoreglare.

  Un organism viu este un sistem deschis care are o legătură cu mediul prin intermediul sistemelor nervos, digestiv, respirator, excretor etc.

  În procesul de metabolism cu alimente, apă și schimb de gaze, diverși compuși chimici intră în organism, care suferă modificări în organism, intră în structura corpului, dar nu rămân permanent. Substanțele asimilate se descompun, eliberează energie, iar produșii de descompunere sunt îndepărtați în mediul extern. Molecula distrusă este înlocuită cu una nouă etc.

  Corpul este un sistem deschis, dinamic. Într-un mediu în continuă schimbare, organismul menține o stare stabilă pentru un anumit timp.

  Conceptul de homeostazie. Modele generale de homeostazie în sistemele vii.

  Homeostazia – proprietatea unui organism viu de a menține constanta dinamică relativă a mediului său intern. Homeostazia este exprimată în constanța relativă a compoziției chimice, presiunea osmotică și stabilitatea funcțiilor fiziologice de bază. Homeostazia este specifică și determinată de genotip.

  Păstrarea integrității proprietăților individuale ale organismului este una dintre cele mai generale legi biologice. Această lege este asigurată în seria verticală a generațiilor prin mecanisme de reproducere, iar pe parcursul vieții unui individ prin mecanisme de homeostazie.

  Fenomenul homeostaziei este o proprietate adaptativă a corpului dezvoltată evolutiv, fixată ereditar la condițiile normale de mediu. Cu toate acestea, aceste condiții pot fi în afara limitei normale pentru o perioadă scurtă sau lungă de timp. În astfel de cazuri, fenomenele de adaptare sunt caracterizate nu numai prin restabilirea proprietăților obișnuite ale mediului intern, ci și prin modificări pe termen scurt ale funcției (de exemplu, o creștere a ritmului activității cardiace și o creștere a frecvenței mișcări respiratorii cu lucru muscular crescut). Reacțiile de homeostază pot viza:

  menținerea nivelurilor cunoscute de stare de echilibru;

  eliminarea sau limitarea factorilor nocivi;

  dezvoltarea sau păstrarea unor forme optime de interacţiune între organism şi mediu în condiţiile modificate ale existenţei sale. Toate aceste procese determină adaptarea.

  Prin urmare, conceptul de homeostazie înseamnă nu numai o anumită constanță a diferitelor constante fiziologice ale corpului, ci include și procese de adaptare și coordonare a proceselor fiziologice care asigură unitatea corpului nu numai în mod normal, ci și în condițiile schimbătoare ale existenței sale. .

  Principalele componente ale homeostaziei au fost identificate de C. Bernard și pot fi împărțite în trei grupuri:

  A. Substanțe care asigură nevoile celulare:

  Substanțe necesare producerii, creșterii și refacerii energiei - glucoză, proteine, grăsimi.

  NaCl, Ca și alte substanțe anorganice.

  Oxigen.

  Secretia interna.

  B. Factori de mediu care afectează activitatea celulară:

  Presiune osmotica.

  Temperatura.

  Concentrația ionilor de hidrogen (pH).

  B. Mecanisme care asigură unitatea structurală și funcțională:

  Ereditate.

  Regenerare.

  Reactivitate imunobiologică.

  Principiul reglării biologice asigură starea internă a organismului (conținutul acestuia), precum și relația dintre etapele ontogenezei și filogenezei. Acest principiu s-a dovedit a fi larg răspândit. În timpul studiului său, a apărut cibernetica - știința controlului intenționat și optim al proceselor complexe în natura vie, în societatea umană și în industrie (Berg I.A., 1962).

  Un organism viu este un sistem complex controlat în care interacționează multe variabile ale mediului extern și intern. Comun tuturor sistemelor este prezența intrare variabile, care, în funcție de proprietățile și legile de comportament ale sistemului, se transformă în sfârșit de săptămână variabile (Fig. 10).

  Orez. 10 - Schema generală a homeostaziei sistemelor vii

  Variabilele de ieșire depind de intrarea și de legile comportamentului sistemului.

  Se numește influența semnalului de ieșire asupra părții de control a sistemului părere , care are o mare importanţă în autoreglare (răspuns homeostatic). Distinge negativ Șipozitiv părere.

  Negativ feedback-ul reduce influența semnalului de intrare asupra valorii de ieșire conform principiului: „cu cât mai mult (la ieșire), cu atât mai puțin (la intrare).” Ajută la restabilirea homeostaziei sistemului.

  La pozitiv feedback, mărimea semnalului de intrare crește conform principiului: „cu cât mai mult (la ieșire), cu atât mai mult (la intrare).” Îmbunătățește abaterea rezultată de la starea inițială, ceea ce duce la o perturbare a homeostaziei.

  Cu toate acestea, toate tipurile de autoreglare funcționează după același principiu: auto-abaterea de la starea inițială, care servește ca stimulent pentru a activa mecanismele de corecție. Astfel, pH-ul normal al sângelui este 7,32 – 7,45. O schimbare a pH-ului de 0,1 duce la disfuncție cardiacă. Acest principiu a fost descris de Anokhin P.K. în 1935 și numit principiul feedback-ului, care servește la realizarea reacțiilor adaptative.

  Principiul general al răspunsului homeostatic(Anokhin: „Teoria sistemelor funcționale”):

  abatere de la nivelul inițial → semnal → activarea mecanismelor de reglare pe baza principiului feedbackului → corectarea modificării (normalizare).

  Deci, în timpul muncii fizice, concentrația de CO 2 în sânge crește → pH-ul se schimbă pe partea acidă → semnalul intră în centrul respirator al medulei oblongate → nervii centrifugi conduc un impuls către mușchii intercostali și respirația se adâncește → CO 2 în sângele scade, pH-ul este restabilit.

  Mecanisme de reglare a homeostaziei la nivel genetic molecular, celular, organism, populație-specie și biosfere.

  Mecanismele homeostatice de reglare funcționează la nivel de genă, celular și sistem (organism, populație-specie și biosferă).

  Mecanismele genice homeostaziei. Toate fenomenele de homeostazie din organism sunt determinate genetic. Deja la nivelul produselor genice primare există o legătură directă - „o genă structurală - un lanț polipeptidic”. Mai mult, există o corespondență coliniară între secvența de nucleotide a ADN-ului și secvența de aminoacizi a lanțului polipeptidic. Programul ereditar pentru dezvoltarea individuală a unui organism prevede formarea de caracteristici specifice speciei nu în condiții constante, ci în schimbare de mediu, în limitele unei norme de reacție determinate ereditar. Dubla helicitate a ADN-ului este esențială în procesele de replicare și reparare a acestuia. Ambele sunt direct legate de asigurarea stabilității funcționării materialului genetic.

  Din punct de vedere genetic, se poate distinge între manifestările elementare și sistemice ale homeostaziei. Exemple de manifestări elementare ale homeostaziei includ: controlul genelor a treisprezece factori de coagulare a sângelui, controlul genetic al histocompatibilității țesuturilor și organelor, permițând transplantul.

  Zona transplantată se numește transplant. Organismul din care se prelevează țesutul pentru transplant este donator , și cine este transplantat - destinatar . Succesul transplantului depinde de reacțiile imunologice ale organismului. Există autotransplant, transplant singeneic, alotransplant și xenotransplant.

  Autotransplant – transplant de țesut din același organism. În acest caz, proteinele (antigenele) transplantului nu diferă de cele ale primitorului. Nu există reacție imunologică.

  Transplant singeneic efectuat la gemeni identici care au același genotip.

  Alotransplantul – transplant de țesut de la un individ la altul aparținând aceleiași specii. Donatorul și primitorul diferă în antigene, motiv pentru care animalele superioare experimentează grefarea pe termen lung a țesuturilor și organelor.

  Xenotransplant – donatorul și primitorul aparțin unor tipuri diferite de organisme. Acest tip de transplant are succes la unele nevertebrate, dar la animalele superioare astfel de transplanturi nu prind rădăcini.

  În timpul transplantului, fenomenul este de mare importanță toleranta imunologica (histocompatibilitate). Suprimarea sistemului imunitar in cazul transplantului de tesut (imunosupresie) se realizeaza prin: suprimarea activitatii sistemului imunitar, iradiere, administrare de ser antilimfatic, hormoni suprarenali, chimicale – antidepresive (imuran). Sarcina principală este de a suprima nu doar imunitatea, ci și imunitatea la transplant.

  Imunitatea la transplant determinat de constituţia genetică a donatorului şi primitorului. Genele responsabile pentru sinteza antigenelor care provoacă o reacție la țesutul transplantat sunt numite gene de incompatibilitate tisulară.

  La om, principalul sistem de histocompatibilitate genetică este sistemul HLA (Human Leucocyte Antigen). Antigenii sunt destul de complet reprezentați pe suprafața leucocitelor și sunt detectați cu ajutorul antiserurilor. Structura sistemului la oameni și animale este aceeași. O terminologie comună a fost adoptată pentru a descrie locii genetici și alelele sistemului HLA. Antigenii sunt desemnați: HLA-A1; HLA-A 2 etc. Noile antigene care nu au fost identificate definitiv sunt denumiți W (Work). Antigenii sistemului HLA sunt împărțiți în 2 grupe: SD și LD (Fig. 11).

  Antigenele grupului SD sunt determinați prin metode serologice și sunt determinați prin genele a 3 subloci ai sistemului HLA: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

  

  Orez. 11 - HLA este principalul sistem genetic al histocompatibilității umane

  LD - antigenele sunt controlate de sublocul HLA-D al celui de-al șaselea cromozom și sunt determinați prin metoda culturilor mixte de leucocite.

  Fiecare dintre genele care controlează antigenele HLA umane are un număr mare de alele. Astfel, sublocusul HLA-A controlează 19 antigene; HLA-B – 20; HLA-C – 5 antigene „de lucru”; HLA-D – 6. Astfel, la om au fost deja descoperite aproximativ 50 de antigene.

  Polimorfismul antigenic al sistemului HLA este rezultatul originii unora din alții și al legăturii genetice strânse dintre ele. Identitatea donatorului și a primitorului de către antigenele HLA este necesară pentru transplant. Transplantul unui rinichi identic în 4 antigeni ai sistemului asigură o rată de supraviețuire de 70%; 3 – 60%; 2 – 45%; 1 – 25% fiecare.

  Există centre speciale care efectuează selecția donatorului și a primitorului pentru transplant, de exemplu, în Olanda - „Eurotransplant”. Tiparea pe baza antigenelor sistemului HLA se efectuează și în Republica Belarus.

  Mecanisme celulare homeostazia au ca scop refacerea celulelor și organelor tisulare în cazul unei încălcări a integrității acestora. Se numește setul de procese care vizează refacerea structurilor biologice distruse regenerare. Acest proces este caracteristic tuturor nivelurilor: reînnoirea proteinelor, componente ale organitelor celulare, organite întregi și celulele în sine. Restabilirea funcțiilor organelor după leziuni sau rupturi ale nervilor și vindecarea rănilor sunt importante pentru medicină din punctul de vedere al stăpânirii acestor procese.

  Țesuturile, în funcție de capacitatea lor de regenerare, sunt împărțite în 3 grupe:

  Țesuturi și organe care se caracterizează prin celular regenerare (oase, țesut conjunctiv lax, sistem hematopoietic, endoteliu, mezoteliu, mucoase ale tractului intestinal, tractului respirator și sistemului genito-urinar.

  Țesuturi și organe care se caracterizează prin celulare și intracelulare regenerare (ficat, rinichi, plămâni, mușchi netezi și scheletici, sistem nervos autonom, endocrin, pancreas).

  Țesături care se caracterizează predominant intracelular regenerare (miocard) sau regenerare exclusiv intracelulară (celule ganglionare ale sistemului nervos central). Acoperă procesele de restaurare a macromoleculelor și organelelor celulare prin asamblarea structurilor elementare sau prin divizarea acestora (mitocondrii).

  În procesul de evoluție s-au format 2 tipuri de regenerare fiziologice şi reparatorii .

  Regenerare fiziologică - Acesta este un proces natural de restaurare a elementelor corpului de-a lungul vieții. De exemplu, refacerea eritrocitelor și leucocitelor, înlocuirea epiteliului pielii, părului, înlocuirea dinților de lapte cu cei permanenți. Aceste procese sunt influențate de factori externi și interni.

  Regenerare reparatorie – este restaurarea organelor și țesuturilor pierdute din cauza leziunilor sau rănilor. Procesul are loc după leziuni mecanice, arsuri, leziuni chimice sau radiații, precum și ca urmare a unor boli și operații chirurgicale.

  Regenerarea reparatorie se imparte in tipic (homomorfoză) și atipic (heteromorfoză). În primul caz, un organ care a fost îndepărtat sau distrus se regenerează, în al doilea se dezvoltă altul în locul organului îndepărtat.

  Regenerare atipică mai frecvent la nevertebrate.

  Hormonii stimulează regenerarea glanda pituitară Și glanda tiroida . Există mai multe metode de regenerare:

  Epimorfoza sau regenerare completă - refacerea suprafeței rănii, completarea părții la întreg (de exemplu, recreșterea unei cozi la o șopârlă, membrele la un triton).

  Morfolaxie – reconstrucția părții rămase a organului într-un întreg, doar de dimensiuni mai mici. Această metodă se caracterizează prin reconstrucția uneia noi din rămășițele unuia vechi (de exemplu, restaurarea unui membru într-un gândac).

  Endomorfoza – restaurare prin restructurarea intracelulară a țesuturilor și organelor. Datorită creșterii numărului de celule și a dimensiunii acestora, masa organului se apropie de cea inițială.

  La vertebrate, regenerarea reparatorie are loc sub următoarea formă:

  Regenerare completă – refacerea țesutului original după deteriorarea acestuia.

  Hipertrofie regenerativă , caracteristică organelor interne. În acest caz, suprafața rănii se vindecă cu o cicatrice, zona îndepărtată nu crește înapoi și forma organului nu este restabilită. Masa părții rămase a organului crește din cauza creșterii numărului de celule și a dimensiunilor acestora și se apropie de valoarea inițială. Așa se regenerează la mamifere ficatul, plămânii, rinichii, glandele suprarenale, pancreasul, salivare și glandele tiroide.

  Hiperplazie compensatorie intracelulară ultrastructuri celulare. În acest caz, o cicatrice se formează la locul deteriorării, iar restabilirea masei inițiale are loc datorită creșterii volumului celulelor, și nu a numărului lor pe baza proliferării (hiperplaziei) structurilor intracelulare (țesut nervos).

  Mecanismele sistemice sunt asigurate de interacțiunea sistemelor de reglementare: nervos, endocrin și imunitar .

  Reglarea nervoasă efectuate şi coordonate de sistemul nervos central. Impulsurile nervoase care intră în celule și țesuturi nu numai că provoacă excitare, ci și reglează procesele chimice și schimbul de substanțe biologic active. În prezent, sunt cunoscuți peste 50 de neurohormoni. Astfel, hipotalamusul produce vasopresină, oxitocină, liberine și statine, care reglează funcția glandei pituitare. Exemple de manifestări sistemice ale homeostaziei sunt menținerea unei temperaturi și a tensiunii arteriale constante.

  Din punct de vedere al homeostaziei și adaptării, sistemul nervos este principalul organizator al tuturor proceselor corpului. Baza adaptării este echilibrarea organismelor cu condițiile de mediu, conform N.P. Pavlov, procesele reflexe mint. Între diferitele niveluri de reglare homeostatică există o subordonare ierarhică privată în sistemul de reglare a proceselor interne ale organismului (Fig. 12).

  cortexul cerebral și părți ale creierului

  autoreglare bazată pe principiul feedback-ului

  procese neuroreglatoare periferice, reflexe locale

  Nivelurile celulare și tisulare ale homeostaziei

  Orez. 12. - Subordonarea ierarhică în sistemul de reglementare a proceselor interne ale organismului.

  Nivelul cel mai primar constă în sisteme homeostatice la nivel celular și tisular. Deasupra lor se află procese de reglare nervoasă periferică, cum ar fi reflexele locale. Mai departe în această ierarhie sunt sisteme de autoreglare a anumitor funcții fiziologice cu diverse canale de „feedback”. Vârful acestei piramide este ocupat de cortexul cerebral și creier.

  Într-un organism multicelular complex, atât conexiunile directe, cât și cele de feedback sunt efectuate nu numai prin mecanisme nervoase, ci și prin mecanisme hormonale (endocrine). Fiecare dintre glandele incluse în sistemul endocrin influențează alte organe ale acestui sistem și, la rândul său, este influențată de acestea din urmă.

  Mecanisme endocrine homeostazia conform B.M. Zavadsky, acesta este un mecanism de interacțiune plus-minus, adică. echilibrând activitatea funcțională a glandei cu concentrația hormonului. Cu o concentrație mare a hormonului (peste normal), activitatea glandei este slăbită și invers. Acest efect se realizează prin acțiunea hormonului asupra glandei care îl produce. Într-un număr de glande, reglarea este stabilită prin hipotalamus și glanda pituitară anterioară, în special în timpul unei reacții de stres.

  Glandele endocrine pot fi împărțite în două grupe în funcție de relația lor cu lobul anterior al glandei pituitare. Acesta din urmă este considerat central, iar celelalte glande endocrine sunt considerate periferice. Această diviziune se bazează pe faptul că lobul anterior al glandei pituitare produce așa-numiții hormoni tropicali, care activează unele glande endocrine periferice. La rândul lor, hormonii glandelor endocrine periferice acționează asupra lobului anterior al glandei pituitare, inhibând secreția de hormoni tropicali.

  Reacțiile care asigură homeostazia nu pot fi limitate la o singură glandă endocrină, ci implică toate glandele într-un grad sau altul. Reacția rezultată are un curs în lanț și se răspândește la alți efectori. Semnificația fiziologică a hormonilor constă în reglarea altor funcții ale corpului și, prin urmare, natura lanțului ar trebui exprimată cât mai mult posibil.

  Perturbarile constante din mediul organismului contribuie la mentinerea homeostaziei acestuia pe o viata indelungata. Dacă creați condiții de viață în care nimic nu provoacă schimbări semnificative în mediul intern, atunci organismul va fi complet dezarmat atunci când va întâlni mediul și va muri în curând.

  Combinația de mecanisme de reglare nervoase și endocrine din hipotalamus permite reacții homeostatice complexe asociate cu reglarea funcției viscerale a organismului. Sistemele nervos și endocrin sunt mecanismul unificator al homeostaziei.

  Un exemplu de răspuns general al mecanismelor nervoase și umorale este o stare de stres care se dezvoltă în condiții nefavorabile de viață și există o amenințare de perturbare a homeostaziei. În condiții de stres, se observă o schimbare a stării majorității sistemelor: musculare, respiratorii, cardiovasculare, digestive, organe senzoriale, tensiune arterială, compoziția sângelui. Toate aceste modificări sunt o manifestare a reacțiilor homeostatice individuale care vizează creșterea rezistenței organismului la factorii nefavorabili. Mobilizarea rapidă a forțelor corpului acționează ca o reacție de protecție la stres.

  Cu „stresul somatic”, problema creșterii rezistenței generale a corpului este rezolvată conform schemei prezentate în Figura 13.

  

  Orez. 13 - Schema de crestere a rezistentei generale a organismului in timpul