Що допомагає організму підтримувати гомеостаз приклади. Механізми регулювання фізіологічних функцій. Гомеостаз

2. Навчальні цілі:

Знати суть гомеостазу, фізіологічні механізми підтримки гомеостазу, основи регуляції гомеостазу.

Вивчити основні види гомеостазу. Знати вікові особливості гомеостазу

3. Питання для самопідготовки до освоєння цієї теми:

1) Визначення поняття гомеостаз

2) Види гомеостазу.

3) Генетичний гомеостаз

4) Структурний гомеостаз

5) Гомеостаз внутрішнього середовища організму

6) Імунологічний гомеостаз

7) Механізми регуляції гомеостазу: нейрогуморальний та ендокринний.

8) Гормональне регулювання гомеостазу.

9) Органи, які беруть участь у регуляції гомеостазу

10) Загальний принцип гомеостатичних реакцій

11) Видова специфічність гомеостазу.

12) Вікові особливості гомеостазу

13) Патологічні процеси, що супроводжуються порушенням гомеостазу.

14) Корекція гомеостазу організму – головне завдання лікаря.

__________________________________________________________________

4. Вид заняття:позааудиторне

5. Тривалість заняття- 3:00.

6. Оснащення.Електронна презентація «Лекції з біології», таблиці, муляжі

Гомеостаз(гр. homoios – рівний, stasis – стан) – властивість організму підтримувати сталість внутрішнього середовища та основні риси властивої йому організації, незважаючи на мінливість параметрів зовнішнього середовища та дію внутрішніх збурюючих факторів.

Гомеостаз кожного індивідуума специфічний та зумовлений його генотипом.

Організм – відкрита динамічна система. Потік речовин та енергії, що спостерігається в організмі, зумовлює самооновлення та самовідтворення на всіх рівнях від молекулярного до організмового та популяційного.

У процесі обміну речовин з їжею, водою, при газообміні в організм з навколишнього середовища надходять різноманітні хімічні сполуки, які після перетворень уподібнюються до хімічного складу організму і входять до його морфологічних структур. Через певний період засвоєні речовини руйнуються, звільняючи енергію, а зруйновану молекулу замінює нова, не порушуючи цілісності структурних компонентів організму.

Організми знаходяться в умовах безперервного середовища, незважаючи на це, основні фізіологічні показники продовжують здійснюватися в певних параметрах і організм підтримує стійкий стан здоров'я протягом тривалого часу, завдяки процесам саморегуляції.

Отже, поняття гомеостазу пов'язані з стабільністю процесів. У відповідь на дію внутрішніх та зовнішніх факторів відбувається деяка зміна фізіологічних показників, а включення регуляторних систем забезпечує підтримку відносної сталості внутрішнього середовища. Регуляторні гомеостатичні механізми функціонують на клітинному, органному, організмовому та надорганізмовому рівнях.

В еволюційному плані гомеостаз – це спадково закріплені адаптації організму до звичайних умов довкілля.

Розрізняють такі основні види гомеостазу:

1) генетичний

2) структурний

3) гомеостаз рідкої частини внутрішнього середовища (кров, лімфа, міжтканинна рідина)

4) імунологічний.

Генетичний гомеостаз- Збереження генетичної стабільності завдяки міцності фізико-хімічних зв'язків ДНК та її здатності до відновлення після пошкодження (репарація ДНК). Самовідтворення – фундаментальна властивість живого, воно засноване на процесі редуплікації ДНК. Сам механізм цього процесу, у якому нова нитка ДНК будується суворо комплементарно біля кожної із складових молекул двох старих ниток, є оптимальним для точної передачі. Точність цього процесу висока, але все ж таки можуть відбуватися помилки при редуплікації. Порушення структури молекул ДНК може відбуватися і в її первинних ланцюгах поза редуплікацією під впливом мутагенних факторів. Найчастіше відбувається відновлення геному клітини, виправлення ушкодження, завдяки репарації. При пошкодженні механізмів репарації відбувається порушення генетичного гомеостазу як на клітинному, і на організмовому рівнях.

Важливим механізмом збереження генетичного гомеостазу є диплоїдний стан соматичних клітин у еукаріотів. Диплоїдні клітини відрізняються більшою стабільністю функціонування, т.к. наявність у них двох генетичних програм підвищує надійність генотипу. Стабілізація складної системи генотипу забезпечується явищами полімерії та інші види взаємодії генів. Велику роль процесі гомеостазу грають регуляторні гени, контролюючі активність оперонів.

Структурний гомеостаз- це сталість морфологічної організації всіх рівнях біологічних систем. Доцільно виділити гомеостаз клітини, тканини, органу, систем організму. Гомеостаз нижчих структур забезпечує морфологічну сталість вищестоящих структур і є основою їхньої життєдіяльності.

Клітини, як складної біологічної системи, властива саморегуляція. Встановлення гомеостазу клітинного середовища забезпечується мембранними системами, з якими пов'язані біоенергетичні процеси та регулювання транспорту речовин у клітину та з неї. У клітині безперервно йдуть процеси зміни та відновлення органоїдів, руйнуються та відновлюються і самі клітини. Відновлення внутрішньоклітинних структур, клітин, тканин, органів у процесі життєдіяльності організму відбувається завдяки фізіологічній регенерації. Відновлення структур після ушкодження – репаративної регенерації.

Гомеостаз рідкої частини внутрішнього середовища- сталість складу крові, лімфи, тканинної рідини, осмотичного тиску, загальної концентрації електролітів та концентрації окремих іонів, вмісту в крові поживних речовин тощо. Ці показники навіть за значних змін умов довкілля утримуються певному рівні, завдяки складним механізмам.

Наприклад, одним з найважливіших фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища організму є кислотно-лужна рівновага. Співвідношення водневих та гідроксильних іонів у внутрішньому середовищі залежить від вмісту в рідинах організму (кров, лімфа, тканинна рідина) кислот – донаторів протонів та буферних основ – акцепторів протонів. Зазвичай активну реакцію середовища оцінюють за іоном H+. Величина pH (концентрація водневих іонів у крові) є одним із стабільних фізіологічних показників і коливається у людини у вузьких межах – від 7,32 до 7,45. Від співвідношення водневих і гідроксильних іонів значною мірою залежить активність низки ферментів, проникність мембран, процеси синтезу білка тощо.

В організмі є різні механізми, що забезпечують підтримку кислотно-лужної рівноваги. По-перше, це буферні системи крові та тканин (карбонатний, фосфатні буфери, тканинні білки). Буферні властивості має і гемоглобін, він пов'язує вуглекислоту і перешкоджає її накопиченню в крові. Збереженню нормальної концентрації водневих іонів сприяє і діяльність нирок, оскільки значна кількість метаболітів, що мають кислу реакцію, виводиться із сечею. Якщо перелічені механізми виявляються недостатніми, концентрація вуглекислоти в крові збільшується, відбувається деяке зсув pH в кислу сторону. У такому разі збуджується дихальний центр, посилюється легенева вентиляція, що призводить до зниження вмісту вуглекислоти та нормалізації концентрації водневих іонів.

Чутливість тканин до змін внутрішнього середовища різна. Так зсув pH на 0,1 у той чи інший бік від норми призводить до значних порушень діяльності серця, а відхилення на 0,3 є небезпечним для життя. Нервова система особливо чутлива до зниження вмісту кисню. Для ссавців небезпечно коливання концентрації іонів кальцію, що перевищує 30% тощо.

Імунологічний гомеостаз- Підтримка сталості внутрішнього середовища організму шляхом збереження антигенної індивідуальності особини. Під імунітетом розуміють спосіб захисту організму від живих тіл і речовин, що несуть у собі ознаки генетично чужорідної інформації (Петров, 1968).

Чужорідну генетичну інформацію несуть бактерії, віруси, найпростіші, гельмінти, білки, клітини, включаючи змінені клітини організму. Усі ці фактори є антигенами. Антигени – це речовини, які при введенні в організм здатні викликати утворення антитіл чи іншу форму імунного реагування. Антигени дуже різноманітні, найчастіше ними є білки, але це бувають і великі молекули ліпополісахаридів, нуклеїнових кислот. Неорганічні сполуки (солі, кислоти), прості органічні сполуки (вуглеводи, амінокислоти) неможливо знайти антигенами, т.к. немає специфічності. Австралійський учений Ф.Бернет (1961) сформулював становище, що основне значення імунної системи полягає у розпізнаванні «свого» і «чужого», тобто. у збереженні сталості внутрішнього середовища – гомеостазу.

Імунна система має центральну (червоний кістковий мозок, вилочкову залозу - тимус) і периферичну (селезенка, лімфовузли) ланку. Захисна реакція здійснюється лімфоцитами, що утворюються у зазначених органах. Лімфоцити типу При зустрічі з чужорідними антигенами диференціюються в плазматичні клітини, які виділяють в кров специфічні білки - імуноглобуліни (антитіла). Ці антитіла, поєднуючись з антигеном, знешкоджують їх. Така реакція одержала назву гуморального імунітету.

Лімфоцити типу Т забезпечують клітинний імунітет, знищуючи чужорідні клітини, наприклад, відторгнення трансплантату, і мутації клітини власного організму, що зазнали. За розрахунками, наведеним Ф.Бернетом (1971), у кожній генетичній зміні клітин людини протягом однієї доби накопичується близько 10 - 6 спонтанних мутацій, тобто. на клітинному та молекулярному рівнях безперервно відбуваються процеси, що порушують гомеостаз. Т-лімфоцити пізнають та знищують мутантні клітини власного організму, таким чином забезпечується функція імунного нагляду.

Імунна система здійснює контроль за генетичною сталістю організму. Ця система, що складається з анатомічно роз'єднаних органів, є функціональною єдністю. Властивість імунного захисту досягла вищого розвитку у птахів та ссавців.

Регулювання гомеостазуздійснюється наступними органами та системами (рис. 91):

1) центральною нервовою системою;

2) нейроендокринною системою, що включає до свого складу гіпоталамус, гіпофіз, периферичні ендокринні залози;

3) дифузною ендокринною системою (ДЕС), представленою ендокринними клітинами, розташованими практично у всіх тканинах та органах (серце, легке, ШКТ, нирки, печінка, шкіра та ін.). Основна маса клітин ДЕС (75%) зосереджена в епітелії травної системи.

В даний час відомо, що ряд гормонів одночасно присутній у центральних нервових структурах та ендокринних клітинах ШКТ. Так гормони енкефаліни та ендорфіни виявлені в нервових клітинах та ендокринних клітинах підшлункової залози та шлунка. Холіцистокінін виявлений у головному мозку та у 12-палій кишці. Такі факти дали підставу для створення гіпотези про наявність в організмі єдиної системи клітин хімічної інформації. Особливість нервової регуляції полягає у швидкості наступу реакції у відповідь, причому ефект її проявляється безпосередньо в тому місці, куди надходить по відповідному нерву сигнал; реакція короткочасна.

В ендокринній системі регуляторні впливи пов'язані з дією гормонів, що розносяться з кров'ю по всьому організму; ефект дії тривалий і немає локального характеру.

Об'єднання нервових та ендокринних механізмів регуляції відбувається в гіпоталамусі. Загальна нейроендокринна система дозволяє здійснювати складні гомеостатичні реакції, пов'язані із регуляцією вісцеральних функцій організму.

Гіпоталамус має і залозисті функції, продукуючи нейрогормони. Нейрогормони, потрапляючи з кров'ю передню частку гіпофіза, регулюють виділення тропних гормонів гіпофіза. Стежкові гормони регулюють безпосередньо роботу ендокринних залоз. Наприклад, тиреотропний гормон гіпофіза збуджує роботу щитовидної залози, підвищуючи рівень тиреоїдного гормону у крові. Коли концентрація гормону зросте вище за норму для даного організму, тиреотропна функція гіпофіза пригнічується і діяльність щитовидної залози послаблюється. Таким чином, для збереження гомеостазу необхідне врівноваження функціональної активності залози з концентрацією гормону, що знаходиться в крові, що циркулює.

У цьому прикладі проявляється загальний принцип гомеостатичних реакцій: відхилення від вихідного рівня --- сигнал --- включення регуляторних механізмів за принципом зворотний зв'язок --- корекція зміни (нормалізація).

Деякі ендокринні залози не мають прямої залежності від гіпофіза. Це острівці підшлункової залози, які продукують інсулін та глюкагон, мозкова частина надниркових залоз, епіфіз, тимус, навколощитовидні залози.

Особливе становище в ендокринній системі займає тимус. У ній виробляються гормоноподібні речовини, які стимулюють утворення Т-лімфоцитів, та встановлюється взаємозв'язок між імунними та ендокринними механізмами.

Здатність зберігати гомеостаз - одне з найважливіших властивостей живої системи, що у стані динамічного рівноваги з умовами довкілля. Здатність до підтримки гомеостазу неоднакова у різних видів, вона висока у вищих тварин і людини, що мають складні нервові, ендокринні та імунні механізми регуляції.

В онтогенезі кожен віковий період характеризується особливостями обміну речовин, енергії та механізмами гомеостазу. У дитячому організмі переважають процеси асиміляції над дисиміляцією, чим зумовлений зростання, збільшення маси тіла, механізми гомеостазу ще недостатньо дозріли, що накладає відбиток на перебіг як фізіологічних, і патологічних процесів.

З віком відбувається вдосконалення обмінних процесів, механізмів регулювання. У зрілому віці процеси асиміляції та дисиміляції, система нормалізації гомеостазу забезпечують компенсацію. При старінні знижується інтенсивність обмінних процесів, послаблюється надійність механізмів регуляції, відбувається згасання функції низки органів, одночасно розвиваються нові специфічні механізми, що підтримують збереження відносного гомеостазу. Це виражається, зокрема, у збільшенні чутливості тканин до дії гормонів поряд із послабленням нервових дій. У цей період ослаблені адаптаційні особливості, тому підвищення навантаження та стресові стани легко можуть порушити гомеостатичні механізми та нерідко стають причиною патологічних станів.

Знання цих закономірностей необхідне майбутнього лікаря, оскільки хвороба є наслідком порушення механізмів і шляхів відновлення гомеостазу в людини.

Гомеостаз(ін.-грец. ὁμοιοστάσις від ὅμοιος - однаковий, подібний і στάσις - стояння, нерухомість) - саморегуляція, здатність відкритої системи зберігати сталість свого внутрішнього стану за допомогою скоординованих реакцій, спрямованих на підтримку динамічної рівноваги. Прагнення системи відтворювати себе, відновлювати втрачену рівновагу, долати опір довкілля. Гомеостаз популяції - здатність популяції підтримувати певну чисельність своїх особин тривалий час.

Загальні відомості

Властивості гомеостазу

• Нестабільність
• Прагнення рівноваги
• Непередбачуваність

• Регулювання рівня основного обміну залежно від харчового режиму.

Екологічний гомеостаз

Біологічний гомеостаз

Клітинний гомеостаз

Регуляція хімічної діяльності клітин досягається за допомогою низки процесів, серед яких особливе значення має зміна структури самої цитоплазми, а також структури та активності ферментів. Авторегуляція залежить від температури, ступеня кислотності, концентрації субстрату, присутності деяких макро- та мікроелементів. Клітинні механізми гомеостазу спрямовані на відновлення природно загиблих клітин тканин або органів у разі порушення їхньої цілісності.

Регенерація-процес відновлення структурних елементів організму та відновлення їх кількості після пошкодження, спрямований на забезпечення необхідної функціональної активності

Залежно від регенераційної реакції тканини та органи ссавців можна розділити на 3 групи:

1) тканини та органи, для яких характерна клітинна регенерація (кістки, пухка сполучна тканина, кровотворна система, ендотелій, мезотелій, слизові оболонки шлунково-кишкового тракту, дихальних шляхів та сечостатевої системи)

2) тканини та органи, для яких характерна клітинна та внутрішньоклітинна регенерація (печінка, нирки, легкі, гладкі та скелетні м'язи, вегетативна нервова система, підшлункова залоза, ендокринна система)

3) тканини, для яких характерно переважно або виключно внутрішньоклітинна регенерація (міокард та гангліозні клітини центральної нервової системи)

У процесі еволюції сформувалися 2 типи регенерації: фізіологічна та репаративна.

Інші сфери

Актуарій може говорити про ризиковому гомеостазі, при якому, наприклад, люди, у яких в машині встановлена ​​антиблокувальна система, не перебувають у безпечнішому становищі порівняно з тими, у кого вона не встановлена, тому що ці люди несвідомо компенсують безпечніший автомобіль ризикованою їздою. Це тому, що деякі утримуючі механізми - наприклад, страх - перестають діяти.

стресовий гомеостаз

Приклади

• Терморегуляція
  • Може початися тремтіння скелетних м'язів, якщо температура тіла занадто низька.
• Хімічна регуляція

Джерела

1. О.-Я.Л.Бекіш.Медична біологія. – Мінськ: Ураджай, 2000. – 520 с. - ISBN 985-04-0336-5.

Тема №13. Гомеостаз, механізми його регуляції.

Організм як відкрита система, що саморегулюється.

Живий організм - відкрита система, що має зв'язок з навколишнім середовищем за допомогою нервової, травної, дихальної, видільної систем та ін.

У процесі обміну речовин з їжею, водою, при газообміні в організм надходять різноманітні хімічні сполуки, які в організмі зазнають змін, входять до структури організму, але не залишаються постійно. Засвоєні речовини розпадаються, виділяють енергію, продукти розпаду видаляються у довкілля. Зруйнована молекула замінюється на нову і т.д.

Організм – відкрита, динамічна система. В умовах безперервно змінного середовища організм підтримує стійкий стан протягом певного часу.

Концепція гомеостазу. Загальні закономірності гомеостазу живих систем.

Гомеостаз – властивість живого організму зберігати відносну динамічну сталість внутрішнього середовища. Гомеостаз виявляється у відносній сталості хімічного складу, осмотичного тиску, стійкості основних фізіологічних функцій. Гомеостаз специфічний та зумовлений генотипом.

Збереження цілісності індивідуальних властивостей організму одне із найбільш загальних біологічних законів. Цей закон забезпечується у вертикальному ряду поколінь механізмами відтворення, а протягом життя індивіда – механізмами гомеостазу.

Явище гомеостазу є еволюційно вироблене, спадково-закріплене адаптаційне властивість організму до нормальним умовам довкілля. Однак ці умови можуть короткочасно чи довго виходити за межі норми. У таких випадках явища адаптації характеризуються не тільки відновленням звичайних властивостей внутрішнього середовища, а й короткочасними змінами функції (наприклад, частішання ритму серцевої діяльності та збільшення частоти дихальних рухів при посиленій м'язовій роботі). Реакції гомеостазу можуть бути спрямовані на:

підтримання відомих рівнів стаціонарного стану;

усунення чи обмеження дії шкідливих чинників;

вироблення або збереження оптимальних форм взаємодії організму і середовища в умовах його існування, що змінилися. Всі ці процеси визначають адаптацію.

Тому поняття гомеостазу означає не тільки відоме сталість різних фізіологічних констант організму, а й включає процеси адаптації та координації фізіологічних процесів, що забезпечують єдність організму не тільки в нормі, але й за умов його існування, що змінюються.

Основні компоненти гомеостазу були визначені К. Бернаром, і їх можна поділити на три групи:

А. Речовини, що забезпечують клітинні потреби:

Речовини, необхідні освіти енергії, зростання і відновлення – глюкоза, білки, жири.

NaCl, Ca та інші неорганічні речовини.

Кисень.

Внутрішня секреція

Б. Навколишні фактори, що впливають на клітинну активність:

Осмотичний тиск.

Температура.

Концентрація водневих іонів (рН).

В. Механізми, що забезпечують структурну та функціональну єдність:

Спадковість.

Регенерація.

Імунобіологічна реактивність.

Принцип біологічного регулювання забезпечує внутрішній стан організму (його зміст), а також взаємозв'язок етапів онтогенезу та філогенезу. Цей принцип виявився широко поширеним. При його вивченні виникла кібернетика – наука про цілеспрямоване та оптимальне управління складними процесами в живій природі, в людському суспільстві, промисловості (Берг І.А., 1962).

Живий організм представляє складну керовану систему, де відбувається взаємодія багатьох змінних зовнішнього та внутрішнього середовища. Загальною для всіх систем є наявність вхіднихзмінних, які залежно від властивостей та законів поведінки системи перетворюються на вихіднізмінні (Рис. 10).

Мал. 10 – Загальна схема гомеостазу живих систем

Вихідні змінні залежать від вхідних та законів поведінки системи.

Вплив вихідного сигналу на керуючу частину системи називається зворотним зв'язком , яка має велике значення у саморегуляції (гомеостатичній реакції). Розрізняють негативну іпозитивну Зворотній зв'язок.

Негативна зворотний зв'язок зменшує вплив вхідного сигналу на величину вихідного за принципом: чим більше (на виході), тим менше (на вході). Вона сприяє відновленню гомеостазу системи.

При позитивною зворотний зв'язок величина вхідного сигналу збільшується за принципом: «чим більше (на виході), тим більше (на вході)». Вона посилює відхилення від вихідного стану, що призводить до порушення гомеостазу.

Проте всі види саморегуляції діють за одним принципом: самовідхилення від вихідного стану, що є стимулом для включення механізмів корекції. Так, у нормі рН крові становить 7,32 – 7,45. Зрушення рН на 0,1 призводить до порушення серцевої діяльності. Цей принцип було описано Анохіним П.К. у 1935 році і названий принципом зворотного зв'язку, який служить для здійснення пристосувальних реакцій.

Загальний принцип гомеостатичної реакції(Анохін: "Теорія функціональних систем"):

відхилення від вихідного рівня → сигнал → увімкнення регуляторних механізмів за принципом зворотного зв'язку → корекція зміни (нормалізація).

Так, при фізичній роботі концентрація 2 у крові збільшується → рН зрушується в кислу сторону → сигнал надходить у дихальний центр довгастого мозку → відцентрові нерви проводять імпульс до міжреберних м'язів і дихання поглиблюється → зниження 2 в крові, рН відновлюється.

Механізми регуляції гомеостазу на молекулярно-генетичному, клітинному, організмовому, популяційно-видовому та біосферному рівнях.

Регуляторні гомеостатичні механізми функціонують на генному, клітинному та системному (організмовому, популяційно-видовому та біосферному) рівнях.

Генні механізми гомеостазу. Усі явища гомеостазу організму генетично детерміновані. Вже лише на рівні первинних генних продуктів існує прямий зв'язок – «один структурний ген – одна полипептидная ланцюг». Причому між нуклеотидною послідовністю ДНК та послідовністю амінокислот поліпептидного ланцюга існує колінеарна відповідність. У спадковій програмі індивідуального розвитку організму передбачено формування видоспецифічних характеристик над постійних, а мінливих умовах середовища, межах спадково обумовленої норми реакції. Двоспіральність ДНК має важливе значення у процесах її реплікації та репарації. І те, й інше має безпосереднє відношення до забезпечення стабільності функціонування генетичного матеріалу.

З генетичної погляду можна розрізняти елементарні та системні прояви гомеостазу. Прикладами елементарних проявів гомеостазу можуть бути: генний контроль тринадцяти факторів згортання крові, генний контроль гістосумісності тканин та органів, що дозволяє здійснити трансплантацію.

Пересаджена ділянка називається трансплантатом. Організм, у якого беруть тканину для пересадки, є донором , а якому пересаджують – реципієнтом . Успіх трансплантації залежить від імунологічних реакцій організму. Розрізняють аутотрансплантацію, сінгенну трансплантацію, аллотрасплантацію та ксенотрансплантацію.

Аутотрансплантація -пересадка тканин в одного і того ж організму. При цьому білки (антигени) трансплантата не відрізняються від білків реципієнта. Імунологічна реакція не виникає.

Сингенна трансплантація проводиться у однояйцевих близнюків, які мають однаковий генотип.

Алотрансплантація – пересадка тканин від однієї особини до іншої, що належать до одного виду. Донор та реципієнт відрізняються за антигенами, тому у вищих тварин спостерігається тривале приживлення тканин та органів.

Ксенотрансплантація -Донор і реципієнт відносяться до різних видів організмів. Цей вид трансплантації вдається у деяких безхребетних, але у вищих тварин такі трансплантати не приживаються.

При трансплантації велике значення має явище імунологічної толерантності (Тканинної сумісності). Пригнічення імунітету у разі пересадки тканин (імунодепресія) досягається: пригніченням активності імунної системи, опроміненням, введенням антилімфотичної сироватки, гормонів кори надниркових залоз, хімічних препаратів – антидепресантів (імуран). Основне завдання – придушити не просто імунітет, а трансплантаційний імунітет.

Трансплантаційний імунітет визначається генетичною конституцією донора та реципієнта. Гени, що відповідають за синтез антигенів, що викликають реакцію на пересаджену тканину, називаються генами тканинної несумісності.

У людини головною генетичною системою гістосумісності є система HLA (Human Leukocyte Antigen). Антигени досить повно представлені на поверхні лейкоцитів та визначаються за допомогою антисироваток. План будови системи в людини та тварин однаковий. Прийнято єдину термінологію для опису генетичних локусів та алелей системи HLA. Антигени позначаються: HLA-A 1; HLA-A 2 і т.д. Нові антигени, що остаточно не ідентифіковані позначають - W (Work). Антигени системи HLA ділять на 2 групи: SD та LD (Рис. 11).

Антигени групи SD визначаються серологічними методами та детермінуються генами 3-х сублокусів системи HLA: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

Мал. 11 - HLA головна генетична система гістосумісності людини

LD – антигени контролюються сублокусом HLA-D шостої хромосоми та визначаються методом змішаних культур лейкоцитів.

Кожен із генів, що контролюють HLA – антигени людини, має велику кількість алелів. Так сублокус HLA-A – контролює 19 антигенів; HLA-B – 20; HLA-C - 5 "робітників" антигенів; HLA-D - 6. Таким чином, у людини вже виявлено близько 50 антигенів.

Антигенний поліморфізм системи HLA є результатом походження одних від інших та тісного генетичного зв'язку між ними. Ідентичність донора і реципієнта антигенів системи HLA необхідна при трансплантації. Пересаджування нирки, ідентичної по 4 антигенам системи, забезпечує приживаність на 70%; по 3 – 60%; по 2 – 45%; по 1 – 25%.

Є спеціальні центри, які ведуть підбір донора та реципієнта при трансплантації, наприклад, у Голландії – «Євротрансплантат». Типування антигенів системи HLA проводиться і в Республіці Білорусь.

Клітинні механізми гомеостазу спрямовані на відновлення клітин тканин, органів у разі порушення їхньої цілісності. Сукупність процесів, спрямованих на відновлення біологічних структур, що руйнуються, називається регенерацією. Такий процес характерний для всіх рівнів: оновлення білків, складових частин органел клітини, цілих органел і самих клітин. Відновлення функцій органів після травми чи розриву нерва, загоєння ран має значення медицини з погляду оволодіння цими процесами.

Тканини, за їх регенераційною здатністю, ділять на 3 групи:

Тканини та органи, для яких характерні клітинна регенерація (кістки, пухка сполучна тканина, кровотворна система, ендотелій, мезотелій, слизові оболонки кишечника, дихальних шляхів та сечостатевої системи.

Тканини та органи, для яких характерна клітинна та внутрішньоклітинна регенерація (печінка, нирки, легені, гладкі та скелетні м'язи, вегетативна нервова система, ендокринна, підшлункова залоза).

Тканини, для яких характерна переважно внутрішньоклітинна регенерація (міокард) або виключно внутрішньоклітинна регенерація (клітини гангліїв центральної нервової системи). Вона охоплює процеси відновлення макромолекул та клітинних органел шляхом складання елементарних структур або шляхом їх поділу (мітохондрії).

У процесі еволюції сформувалося 2 типи регенерації фізіологічна та репаративна .

Фізіологічна регенерація - Це природний процес відновлення елементів організму протягом життя. Наприклад, відновлення еритроцитів та лейкоцитів, зміна епітелію шкіри, волосся, заміна молочних зубів на постійні. На ці процеси впливають зовнішні та внутрішні чинники.

Репаративна регенерація – це відновлення органів та тканин, втрачених при пошкодженні чи пораненні. Процес відбувається після механічних травм, опіків, хімічних чи променевих уражень, а також внаслідок хвороб та хірургічних операцій.

Репаративна регенерація поділяється на типову (гомоморфоз) та атипову (Гетероморфоз). У першому випадку регенерує орган, який було видалено чи зруйновано, у другому – дома віддаленого органу розвивається інший.

Атипова регенерація частіше зустрічається у безхребетних.

Регенерацію стимулюють гормони гіпофіза і щитовидної залози . Розрізняють кілька способів регенерації:

Епіморфоз або повна регенерація - відновлення ранової поверхні, добудовування частини до цілого (наприклад, відростання хвоста у ящірки, кінцівки тритону).

Морфолаксис – перебудова частини органу, що залишилася, до цілого, тільки менших розмірів. Для цього способу характерна перебудова нового залишків старого (наприклад, відновлення кінцівки у таргана).

Ендоморфоз – відновлення за рахунок внутрішньоклітинної перебудови тканини та органу. Завдяки збільшенню числа клітин та їх розмірів маса органу наближається до вихідного.

У хребетних репаративна регенерація здійснюється у такій формі:

Повна регенерація - Відновлення вихідної тканини після її пошкодження.

Регенераційна гіпертрофія характерна для внутрішніх органів. При цьому ранова поверхня гоїться рубцем, віддалена ділянка не відростає і форма органа не відновлюється. Маса частини органу, що залишилася, збільшується за рахунок збільшення числа клітин та їх розмірів і наближається до вихідної величини. Так у ссавців регенерує печінка, легені, нирки, надниркові залози, підшлункова, слинні, щитовидна залоза.

Внутрішньоклітинна компенсаторна гіперплазія ультраструктури клітини. При цьому на місці ушкодження утворюється рубець, а відновлення вихідної маси відбувається за рахунок збільшення об'єму клітин, а не їх числа на основі розростання (гіперплазії) внутрішньоклітинних структур (нервова тканина).

Системні механізми забезпечуються взаємодією регуляторних систем: нервової, ендокринної та імунної .

Нервова регуляція здійснюється та координується центральною нервовою системою. Нервові імпульси, надходячи до клітин і тканин, викликають не тільки збудження, але й регулюють хімічні процеси, обмін біологічно активних речовин. Нині відомо понад 50 нейрогормонів. Так, у гіпоталамусі виробляється вазопресин, окситоцин, ліберини та статини, що регулюють функцію гіпофіза. Прикладами системних проявів гомеостазу є збереження сталості температури, артеріального тиску.

З позицій гомеостазу та адаптації нервова система є головним організатором всіх процесів організму. В основі пристосування, врівноважування організмів із навколишніми умовами, за Н.П. Павлову, лежать рефлекторні процеси. Між різними рівнями гомеостатичного регулювання існує приватна ієрархічна супідрядність у системі регуляції внутрішніх процесів організму (Рис. 12).

Мал. 12. - Ієрархічна супідрядність у системі регуляції внутрішніх процесів організму.

Найперший рівень складають гомеостатичні системи клітинного та тканинного рівня. Над ними представлені периферичні нервові регуляторні процеси на кшталт місцевих рефлексів. Далі у цій ієрархії розташовуються системи саморегуляції певних фізіологічних функцій із різноманітними каналами " зворотного зв'язку " . Вершину цієї піраміди займає кора великих півкуль та головний мозок.

У складному багатоклітинному організмі як прямі, і зворотні зв'язку здійснюються як нервовими, а й гормональними (ендокринними) механізмами. Кожна із залоз, що входить до ендокринної системи, впливає на інші органи цієї системи і, у свою чергу, відчуває вплив з боку останніх.

Ендокринні механізми гомеостазу за Б.М. Завадському, це – механізм плюс-мінус взаємодії, тобто. врівноваження функціональної активності залози з концентрацією гормону При високій концентрації гормону (вище за норму) діяльність залози послаблюється і навпаки. Такий вплив здійснюється шляхом дії гормону на продукує його залозу. У ряду залоз регуляція встановлюється через гіпоталамус та передню частку гіпофіза, особливо при стрес-реакції.

Ендокринні залози можна розділити на дві групи по відношенню до передньої частки гіпофіза. Остання вважається центральною, а інші ендокринні залози – периферичними. Цей поділ полягає в тому, що передня частка гіпофіза продукує так звані тропні гормони, які активують деякі периферичні ендокринні залози. У свою чергу гормони периферичних ендокринних залоз діють на передню частку гіпофіза, пригнічуючи секрецію тропних гормонів.

Реакції, що забезпечують гомеостаз, не можуть обмежуватися якоюсь однією ендокринною залозою, а захоплює в тій чи іншій мірі всі залози. Реакція, що виникає, набуває ланцюгового перебігу і поширюється на інші ефектори. Фізіологічне значення гормонів полягає у регуляції інших функцій організму, а тому ланцюговий характер має бути виражений максимально.

Постійні порушення середовища організму сприяють збереженню його гомеостазу протягом тривалого життя. Якщо створити такі умови життя, за яких ніщо не викликає суттєвих зрушень внутрішнього середовища, то організм виявиться повністю беззбройним при зустрічі з навколишнім середовищем і незабаром гине.

Об'єднання у гіпоталамусі нервових та ендокринних механізмів регуляції дозволяє здійснювати складні гомеостатичні реакції, пов'язані з регуляцією вісцеральної функції організму. Нервова та ендокринна системи є об'єднуючим механізмом гомеостазу.

Прикладом загальної реакції нервових і гуморальних механізмів у відповідь є стан стресу, який розвивається при несприятливих життєвих умовах і виникає загроза порушення гомеостазу. При стресі спостерігається зміна стану більшості систем: м'язової, дихальної, серцево-судинної, травної, органів чуття, кров'яного тиску, складу крові. Всі ці зміни є проявом окремих гомеостатичних реакцій, спрямованих на підвищення опірності організму до несприятливих факторів. Швидка мобілізація сил організму постає як захисна реакція стан стресу.

При "соматичному стресі" вирішується завдання підвищення загальної опірності організму за схемою, наведеною малюнку 13.

Мал. 13 - Схема підвищення загальної опірності організму при

Гомеостаз – це що таке? Поняття гомеостазу

Гомеостаз – це саморегулюючий процес, у якому всі біологічні системи прагнуть зберегти стабільність у період адаптації до певних умов, оптимальним для виживання. Будь-яка система, перебуваючи в динамічній рівновазі, прагне досягнення стійкого стану, який чинить опір зовнішнім факторам і подразникам.

Поняття про гомеостаз

Усі системи організму мають працювати разом підтримки правильного гомеостазу всередині тіла. Гомеостаз – це регуляція в організмі таких показників, як температура, вміст води та рівень вуглекислого газу. Наприклад, цукровий діабет - це стан, у якому організм неспроможна регулювати рівень глюкози у крові.

Гомеостаз – це термін, який використовується як для опису існування організмів в екосистемі, так і для опису успішного функціонування клітин усередині організму. Організми та популяції можуть підтримувати гомеостаз в умовах підтримки стабільного рівня народжуваності та смертності.

Зворотній зв'язок

Зворотній зв'язок - це процес, який відбувається, коли системи організму необхідно уповільнити або зупинити. Коли людина їсть, їжа надходить у шлунок, і починається травлення. У перервах між їдою шлунок працювати не повинен. Травна система працює з серією гормонів та нервових імпульсів, щоб зупинити та почати вироблення секреції кислоти у шлунку.

Інший приклад негативного зворотного зв'язку можна спостерігати у разі підвищення температури тіла. Регуляція гомеостазу проявляється потовиділенням, захисною реакцією організму на перегрів. Таким чином, зростання температури припиняється і проблема перегріву нейтралізується. У разі переохолодження організмом також передбачено низку заходів, які вживаються для того, щоб зігрітися.

Підтримка внутрішнього балансу

Гомеостаз можна визначити як властивість організму чи системи, що допомагає йому підтримувати задані параметри у межах нормального діапазону значень. Це ключ до життя, і неправильний баланс підтримки гомеостазу може призвести до таких хвороб, як гіпертонія і діабет.

Гомеостаз - це ключовий елемент у розумінні того, як влаштовано людське тіло. Таке формальне визначення характеризує систему, яка регулює своє внутрішнє середовище та прагне підтримувати стабільність та регулярність усіх процесів, що відбуваються в організмі.

Гомеостатичне регулювання: температура тіла

Контроль температури тіла у людини є добрим прикладом гомеостазу в біологічній системі. Коли людина здорова, її температура тіла коливається біля значення + 37°C, але різні фактори можуть вплинути на це значення, у тому числі гормони, швидкість обміну речовин та різні захворювання, що спричиняють підвищення температури.

В організмі регуляція температури контролюється у частині мозку, яка називається гіпоталамус. Через кровотік до мозку здійснюється надходження сигналів про температурні показники, а також аналіз результатів даних щодо частоти дихання, рівня цукру в крові та метаболізму. Втрата тепла в організмі людини також сприяє зниженню активності.

Водно-сольовий баланс

Незалежно від того, скільки води випиває людина, організм не роздмухується, як повітряна куля, а також тіло людини не зморщується, як родзинки, якщо пити дуже мало. Напевно, хтось колись про це хоч раз думав. Так чи інакше, організм знає, скільки рідини потрібно зберегти підтримки потрібного рівня.

Концентрація солі та глюкози (цукри) в організмі підтримується на постійному рівні (за відсутності негативних факторів), кількість крові в організмі становить близько 5 літрів.

Регулювання рівня цукру у крові

Глюкоза - це вид цукру, що міститься у крові. У тілі людини має підтримуватися належний рівень глюкози для того, щоб людина залишалася здоровою. Коли рівень глюкози стає дуже високим, підшлункова залоза виробляє гормон інсулін.

Якщо рівень глюкози в крові опускається надто низько, печінка перетворює глікоген у крові, тим самим підвищуючи рівень цукру. Коли хвороботворні бактерії чи віруси потрапляють у організм, він починає боротися з інфекцією перед тим, як патогенні елементи зможуть призвести до якихось проблем зі здоров'ям.

Тиск під контролем

Підтримка здорового кров'яного тиску є прикладом гомеостазу. Серце може відчувати зміни в кров'яному тиску та посилати сигнали в мозок для обробки. Далі мозок відправляє сигнал назад до серця з інструкцією, як правильно реагувати. Якщо кров'яний тиск занадто високий, його слід зменшити.

Як досягається гомеостаз?

Яким чином людський організм регулює всі системи та органи і компенсує зміни, що відбуваються в навколишньому середовищі? Це відбувається завдяки наявності безлічі природних датчиків, що контролюють температуру, сольовий склад крові, артеріальний тиск та багато інших параметрів. Ці детектори посилають сигнали в мозок, головний центр управління, якщо деякі значення відхилилися від норми. Після цього запускаються компенсаторні заходи відновлення нормального стану.

Підтримка гомеостазу неймовірно важлива для організму. Людське тіло містить певну кількість хімічних речовин, відомих як кислоти та луги, їх правильний баланс необхідний для оптимального функціонування всіх органів та систем тіла. Рівень кальцію в крові має підтримуватись на належному рівні. Оскільки дихання є мимовільним, нервова система забезпечує організму отримання такого необхідного кисню. Коли токсини потрапляють у кров, вони порушують гомеостаз організму. Людське тіло реагує на це порушення за допомогою сечовидільної системи.

Важливо наголосити, що гомеостаз організму працює автоматично, якщо система функціонує нормально. Наприклад, реакція на нагрівання – шкіра червоніє, тому що її дрібні кровоносні судини автоматично розширюються. Тремтіння - це реакція у відповідь на охолодження. Таким чином, гомеостаз – це не набір органів, а синтез та баланс тілесних функцій. У сукупності це дозволяє підтримувати весь організм у стабільному стані.

9.4. Концепція гомеостазу. Загальні закономірності гомеостазу живих систем

Незважаючи на те, що живий організм - відкрита система, що обмінюється речовиною та енергією з навколишнім середовищем і існує в єдності з нею, він зберігає себе в часі та у просторі як окрему біологічну одиницю, зберігає свою будову (морфологію), поведінкові реакції, специфічні фізико -хімічні умови в клітинах, тканинної рідини Здатність живих систем протистояти змінам та зберігати динамічну сталість складу та властивостей отримала назву гомеостазу.Термін «гомеостаз» запропонував У. Кеннон 1929 року. Проте ідея існування фізіологічних механізмів, які забезпечують підтримку сталості внутрішнього середовища організмів, було висловлено ще у другій половині ХІХ століття До. Бернаром.

Гомеостаз удосконалювався під час еволюції. У багатоклітинних з'явилося внутрішнє середовище, в якому знаходяться клітини різних органів та тканин. Потім утворилися спеціалізовані системи органів (кровообігу, харчування, дихання, виділення та ін.), що у забезпеченні гомеостазу всіх рівнях організації (молекулярному, субклітинному, клітинному, тканинному, органному і организменном). Найбільш досконалі механізми гомеостазу сформувалися у ссавців, що сприяло значному розширенню можливостей їхнього пристосування до навколишнього середовища. Механізми та види гомеостазу складалися в процесі тривалої еволюції, закріплюючись генетично.Поява в організмі чужорідної генетичної інформації, яка часто вноситься бактеріями, вірусами, клітинами інших організмів, а також власними клітинами, що мутували, може істотно порушити гомеостаз організму. Як захист від чужорідної генетичної інформації, проникнення якої всередину організму та подальша її реалізація призвели б до отруєння токсинами (чужорідними білками), виник такий вид гомеостазу, як генетичний гомеостаз, що забезпечує генетичну сталість внутрішнього середовища організму. У його основі лежать імунологічні механізми, що включають неспецифічний та специфічний захист власної цілісності та індивідуальності організму. Неспецифічні механізми лежать основу вродженого, конституційного, видового імунітету, і навіть індивідуальної неспецифічної резистентності. До них відносять бар'єрну функцію шкіри та слизових оболонок, бактерицидну дію секрету потових та сальних залоз, бактерицидні властивості вмісту шлунка та кишечника, лізоциму секрету слинних та слізних залоз. Якщо ж організми проникають у внутрішнє середовище, то усуваються в ході запальної реакції, що супроводжується посиленим фагоцитозом, а також вірусостатичним дією інтерферону (білка з молекулярною вагою 25000 – 110000).

Специфічні імунологічні механізми лежать в основі набутого імунітету, здійснюваного імунною системою, яка розпізнає, переробляє та усуває чужорідні антигени. Гуморальний імунітет здійснюється за допомогою утворення антитіл, що циркулюють у крові. В основі клітинного імунітету лежить утворення Т-лімфоцитів, поява довготривалих Т-і В-лімфоцитів «імунологічної пам'яті», виникнення алергії (підвищеної чутливості до специфічного антигену). У людини захисні реакції набувають чинності тільки на 2-му тижні життя, досягають найвищої активності до 10 років, з 10 до 20 років дещо зменшуються, з 20 до 40 років залишаються приблизно на одному рівні, потім поступово згасають.

Механізми імунологічного захисту є серйозною перешкодою при трансплантації органів, викликаючи розсмоктування трансплантату. Найбільш успішними є нині результати аутотрансплантації (пересадки тканин у межах організму) та алотрансплантації між однояйцевими близнюками. Набагато менш успішні вони при міжвидовій трансплантації (гетеротрансплантація або ксенотрансплантація).

Інший вид гомеостазу біохімічний гомеостаз сприяє підтримці сталості хімічного складу рідкого позаклітинного (внутрішнього) середовища організму (крові, лімфи, тканинної рідини), а також сталості хімічного складу цитоплазми та плазмолеми клітин. Фізіологічний гомеостаз забезпечує сталість процесів життєдіяльності організму.Завдяки йому виникли та вдосконалюються ізоосмія (постійність вмісту осмотично активних речовин), ізотермія (підтримка в певних межах температури тіла птахів та ссавців) та ін. Структурний гомеостаз забезпечує сталість будови (морфологічної організації) всіх рівнях (молекулярному, субклітинному, клітинному тощо.) організації живого.

Популяційний гомеостаз забезпечує сталість чисельності особин у популяції. Біоценотичний гомеостаз сприяє сталості видового складу та чисельності особин у біоценозах.

У зв'язку з тим, що організм функціонує та взаємодіє із середовищем як єдина система, процеси, що лежать в основі різних видів гомеостатичних реакцій, тісно взаємопов'язані один з одним. Окремі гомеостатичні механізми поєднуються і реалізуються в цілісній пристосувальній реакції організму як єдиного цілого. Таке об'єднання здійснюється завдяки діяльності (функції) регуляторних інтегруючих систем (нервової, ендокринної, імунної). Найбільш швидкі зміни стану регульованого об'єкта забезпечуються нервовою системою, що з швидкістю процесів виникнення та проведення нервового імпульсу (від 0,2 до 180 м/сек). Регуляторна функція ендокринної системи здійснюється повільніше, оскільки обмежена швидкістю виділення гормонів залозами та їхнього перенесення в кровоносному руслі. Однак результат впливу на регульований об'єкт (орган) гормонів, що накопичуються в ньому, значно більш тривалий, ніж при нервовій регуляції.

Організм - саморегулююча жива система. Завдяки наявності гомеостатичних механізмів організм є складною саморегулюючою системою. Принципи існування та розвитку таких систем вивчає кібернетика, а живих систем – біологічна кібернетика.

В основі саморегуляції біологічних систем лежить принцип прямого та зворотного зв'язку.

Інформація про відхилення регульованої величини від заданого рівня каналами зворотного зв'язку передається регулятору і змінює його діяльність таким чином, що регульована величина повертається до початкового (оптимального) рівня (рис.122). Зворотній зв'язок буває негативним(Коли регульована величина відхилилася в позитивну сторону (синтез речовини, наприклад, надмірно збільшився)) і поклади-

Мал. 122. Схема прямого та зворотного зв'язку в живому організмі:

Р – регулятор (нервовий центр, ендокринна залоза); РО – регульований об'єкт (клітина, тканина, орган); 1 – оптимальна функціональна активність РВ; 2 – знижена функціональна активність РВ при позитивному зворотному зв'язку; 3 – підвищена функціональна активність РВ при негативному зворотному зв'язку

тельної(Коли регульована величина відхилилася в негативну сторону (речовина синтезується у недостатній кількості)). Цей механізм, а також складніші комбінації декількох механізмів мають місце на різних рівнях організації біологічних систем. Як приклад їхнього функціонування на молекулярному рівні можна вказати інгібування ключового ферменту при надмірному утворенні кінцевого продукту або репресію синтезу ферментів. На клітинному рівні механізми прямого та зворотного зв'язку забезпечують гормональну регуляцію та оптимальну щільність (чисельність) клітинної популяції. Проявом прямого та зворотного зв'язку на рівні організму є регуляція вмісту глюкози в крові. У живому організмі механізми автоматичного регулювання та управління (що вивчаються біокібернетикою) особливо складні. Ступінь їх ускладнення сприяє підвищенню рівня «надійності» та стійкості живих систем по відношенню до змін навколишнього середовища.

Механізми гомеостазу дублюються різних рівнях. Цим у природі реалізується принцип багатоконтурності регуляції систем. Головні контури представлені клітинними та тканинними гомеостатичними механізмами.Їм властивий високий рівень автоматизму. Основна роль в управлінні клітинними та тканинними гомеостатичними механізмами належить генетичним факторам, місцевим рефлекторним впливам, хімічним та контактним взаємодіям між клітинами.

Механізми гомеостазу зазнають значних змін протягом онтогенезу людини.Тільки на 2-му тижні після народження

Мал. 123. Варіанти втрат та відновлень в організмі

вступають у дію біологічні захисні реакції (утворюються клітини, що забезпечують клітинний та гуморальний імунітет), а їх ефективність продовжує підвищуватися до 10 років. У цей період удосконалюються механізми захисту від чужорідної генетичної інформації, а також підвищується зрілість нервової та ендокринної регуляторних систем. Найбільшої надійності механізми гомеостазу досягають у зрілому віці, до кінця періоду розвитку та зростання організму (19-24 роки). Старіння організму супроводжується зниженням ефективності механізмів генетичного, структурного, фізіологічного гомеостазу, ослабленням регуляторних впливів нервової та ендокринної систем.

5. Гомеостаз.

Організм можна визначити як фізико-хімічну систему, що існує у навколишньому середовищі у стаціонарному стані. Саме ця здатність живих систем зберігати стаціонарний стан в умовах безперервно змінного середовища та обумовлює їхнє виживання. Задля більшої стаціонарного стану в усіх організмів – від морфологічно найпростіших до найскладніших – виробилися різноманітні анатомічні, фізіологічні і поведінкові пристосування, службовці однієї мети – збереження сталості внутрішнього середовища.

Вперше думка про те, що сталість внутрішнього середовища забезпечує оптимальні умови для життя та розмноження організмів, була висловлена ​​в 1857 французьким фізіологом Клодом Бернаром. Протягом усієї його наукової діяльності Клода Бернара вражала здатність організмів регулювати та підтримувати у досить вузьких межах такі фізіологічні параметри, як температура тіла чи вміст у ньому води. Це уявлення про саморегуляцію як основу фізіологічної стабільності він резюмував у вигляді твердження, що стало класичним: «Ставність внутрішнього середовища є обов'язковою умовою вільного життя».

Клод Бернар підкреслював різницю між зовнішнім середовищем, в якому живуть організми, і внутрішнім середовищем, в якому знаходяться їх окремі клітини, і розумів, як важливо, щоб внутрішнє середовище залишалося незмінним. Так, наприклад, ссавці здатні підтримувати температуру тіла, незважаючи на коливання навколишньої температури. Якщо стає занадто холодно, тварина може переміститися в тепліше або захищене місце, а якщо це неможливо, вступають в дію механізми саморегуляції, які підвищують температуру тіла і перешкоджають тепловіддачі. Адаптивне значення цього у тому, що організм як ціле функціонує ефективніше, оскільки клітини, у тому числі він складається, перебувають у оптимальних умовах. Системи саморегуляції діють як на рівні організму, а й лише на рівні клітин. Організм є сумою складових його клітин, і оптимальне функціонування організму як цілого залежить від оптимального функціонування частин, що його утворюють. Будь-яка система, що самоорганізується, підтримує сталість свого складу - якісного і кількісного. Це явище називається гомеостаз, і воно властиве більшості біологічних та соціальних систем. Термін гомеостаз у 1932 р. запровадив американський фізіолог Уолтер Кеннон.

Гомеостаз(грец. homoios - подібний, той самий; stasis-стан, нерухомість) - відносна динамічна сталість внутрішнього середовища (крові, лімфи, тканинної рідини) і стійкість основних фізіологічних функцій (кровообігу, дихання, терморегуляції, обміну речовин і т.д. ) організму людини та тварин. Регуляторні механізми, що підтримують фізіологічний стан або властивості клітин, органів та систем цілісного організму на оптимальному рівні, називаються гомеостатичними. Історично та генетично поняття гомеостазу має біологічні та медико-біологічні передумови. Там воно співвідноситься як кінцевий процес, період життя з окремим окремо взятим організмом чи людським індивідуумом як суто біологічним явищем. Кінцевість існування та необхідність виконання свого призначення – репродукції собі подібного – дозволяють визначити стратегію виживання окремого організму через поняття "збереження". "Збереження структурно-функціональної стабільності" - суть будь-якого гомеостазу, керованого гомеостатом або саморегулівного.

Як відомо, жива клітина представляє рухому, саморегулюючу систему. Її внутрішня організація підтримується активними процесами, спрямованими на обмеження, попередження або усунення зрушень, що викликаються різними впливами навколишнього та внутрішнього середовища. Здатність повертатися до вихідного стану після відхилення від деякого середнього рівня, викликаного тим чи іншим фактором, що «обурює», є основною властивістю клітини. Багатоклітинний організм є цілісну організацію, клітинні елементи якої спеціалізовані для виконання різних функцій. Взаємодія всередині організму здійснюється складними регулюючими, координуючими та корелюючими механізмами за участю нервових, гуморальних, обмінних та інших факторів. Безліч окремих механізмів, що регулюють внутрішньо-і міжклітинні взаємини, надає у ряді випадків взаємно протилежні дії, що врівноважують один одного. Це призводить до встановлення в організмі рухомого фізіологічного фону (фізіологічного балансу) і дозволяє живій системі підтримувати відносну динамічну сталість, незважаючи на зміни у навколишньому середовищі та зрушення, що виникають у процесі життєдіяльності організму.

Як показують дослідження, існуючі у живих організмів способи регуляції мають багато спільних рис із регулюючими пристроями в неживих системах, таких як машини. І в тому, і в іншому випадку стабільність досягається завдяки певній формі управління.

Саме уявлення про гомеостазі не відповідає концепції стійкої (не вагається) рівноваги в організмі - принцип рівноваги не прикладемо до складних фізіологічних і біохімічних процесів, що протікають в живих системах. Неправильне також протиставлення гомеостазу ритмічним коливанням у внутрішньому середовищі. Гомеостаз у широкому розумінні охоплює питання циклічного та фазового перебігу реакцій, компенсації, регулювання та саморегулювання фізіологічних функцій, динаміку взаємозалежності нервових, гуморальних та інших компонентів регуляторного процесу. Межі гомеостазу можуть бути жорсткими та пластичними, змінюватись в залежності від індивідуальних вікових, статевих, соціальних, професійних та інших умов.

Особливе значення для життєдіяльності організму має сталість складу крові – рідкої основи організму (fluidmatrix), за висловом У. Кеннона. Добре відома стійкість її активної реакції (pH), осмотичного тиску, співвідношення електролітів (натрію, кальцію, хлору, магнію, фосфору), вмісту глюкози, числа формених елементів тощо. Так, наприклад, pH крові, як правило, не виходить за межі 7,35-7,47. Навіть різкі розлади кислотно-лужного обміну з патологічним накопиченням кислот у тканинній рідині, наприклад, при діабетичному ацидозі, дуже мало впливають на активну реакцію крові. Незважаючи на те, що осмотичний тиск крові та тканинної рідини піддається безперервним коливанням внаслідок постійного надходження осмотично активних продуктів проміжного обміну, воно зберігається на певному рівні та змінюється лише при деяких виражених патологічних станах. Збереження постійного осмотичного тиску має першорядне значення для водного обміну та підтримки іонної рівноваги в організмі. Найбільшою сталістю відрізняється концентрація іонів натрію у внутрішньому середовищі. Зміст інших електролітів коливається у вузьких межах. Наявність великої кількості осморецепторів у тканинах та органах, у тому числі в центральних нервових утвореннях (гіпоталамусі, гіпокампі), та координованої системи регуляторів водного обміну та іонного складу дозволяє організму швидко усунути зрушення в осмотичному тиску крові, що відбуваються, наприклад, при введенні води в організм .

Незважаючи на те, що кров становить загальне внутрішнє середовище організму, клітини органів і тканин безпосередньо не стикаються з нею. У багатоклітинних організмах кожен орган має власне внутрішнє середовище (мікросередовище), що відповідає його структурним і функціональним особливостям, і нормальний стан органів залежить від хімічного складу, фізико-хімічних, біологічних та інших властивостей цього мікросередовища. Її гомеостаз обумовлений функціональним станом гістогематичних бар'єрів та їх проникністю у напрямках кров – тканинна рідина; тканинна рідина – кров.

Особливо важливе значення має сталість внутрішнього середовища для діяльності центральної нервової системи: навіть незначні хімічні та фізико-хімічні зрушення, що виникають у цереброспінальній рідині, глії та навколоклітинних просторах, можуть викликати різке порушення перебігу життєвих процесів в окремих нейронах або в їх ансамблях. Складною гомеостатичною системою, що включає різні нейрогуморальні, біохімічні, гемодинамічні та інші механізми регуляції є система забезпечення оптимального рівня артеріального тиску. При цьому верхня межа рівня артеріального тиску визначається функціональними можливостями барорецепторів судинної системи тіла, а нижня межа потребами організму в кровопостачанні.

До найбільш досконалих гомеостатичних механізмів в організмі вищих тварин та людини належать процеси терморегуляції; у гомойотермних тварин коливання температури у внутрішніх відділах тіла при найрізкіших змінах температури у навколишньому середовищі не перевищують десятих часток градуса.

Організуюча роль нервового апарату (принцип нервизму) є основою широко відомих уявлень про сутність принципів гомеостазу. Однак ні принцип домінанти, ні теорія бар'єрних функцій, ні загальний адаптаційний синдром, ні теорія функціональних систем, ні гіпоталамічне регулювання гомеостазу та багато інших теорій не дозволяють повністю вирішити проблему гомеостазу.

У деяких випадках уявлення про гомеостаз не зовсім правомірно використовується для пояснення ізольованих фізіологічних станів, процесів та навіть соціальних явищ. Так виникли терміни, що зустрічаються в літературі, «імунологічний», «електролітний», «системний», «молекулярний», «фізико-хімічний», «генетичний гомеостаз» тощо. Робилися спроби звести проблему гомеостазу до принципу саморегулювання. Прикладом вирішення проблеми гомеостазу з позицій кібернетики є спроба Ешбі (W.R. Ashby, 1948) сконструювати саморегулюючий пристрій, що моделює здатність живих організмів підтримувати рівень деяких величин у фізіологічно допустимих межах.

Перед дослідниками і клініцистами на практиці постають питання оцінки пристосувальних (адаптаційних) або компенсаторних можливостей організму, їх регулювання, посилення та мобілізації, прогнозування реакцій у відповідь організму на обурюючі впливи. Деякі стани вегетативної нестійкості, зумовлені недостатністю, надлишком чи неадекватністю регуляторних механізмів, розглядаються як хвороби гомеостазу. З відомою умовністю до них можуть бути віднесені функціональні порушення нормальної діяльності організму, пов'язані з його старінням, вимушена перебудова біологічних ритмів, деякі явища вегетативної дистонії гіпер- та гіпокомпенсаторна реактивність при стресових та екстремальних впливах тощо.

Для оцінки стану гомеостатичних механізмів у фізіологічному експерименті та в клінічній практиці застосовуються різноманітні дозовані функціональні проби (холодова, теплова, адреналінова, інсулінова, мезатонова та ін.) з визначенням у крові та сечі співвідношення біологічно активних речовин (гормонів, медіаторів, метаболів) .д.

Біофізичні механізми гомеостазу.

З погляду хімічної біофізики гомеостаз – це стан, у якому всі процеси, відповідальні за енергетичні перетворення на організмі, перебувають у динамічному рівновазі. Цей стан має найбільшу стійкість і відповідає фізіологічному оптимуму. Відповідно до уявлень термодинаміки організм і клітина можуть існувати і пристосовуватися до таких умов середовища, за яких у біологічній системі можливе встановлення стаціонарного перебігу фізико-хімічних процесів, тобто. гомеостазу. Основна роль у встановленні гомеостазу належить насамперед клітинним мембранним системам, які відповідальні за біоенергетичні процеси та регулюють швидкість надходження та виділення речовин клітинами.

З цих позицій основними причинами порушення є незвичайні нормальної життєдіяльності неферментативні реакції, які у мембранах; в більшості випадків це ланцюгові реакції окиснення за участю вільних радикалів, що виникають у фосфоліпідах клітин. Ці реакції ведуть до пошкодження структурних елементів клітин та порушення функції регулювання. До факторів, що є причиною порушення гомеостазу, належать також агенти, що викликають радикалоутворення, - іонізуючі випромінювання, інфекційні токсини, деякі продукти харчування, нікотин, а також нестача вітамінів і т.д.

Одним з основних факторів, що стабілізують гомеостатичний стан та функції мембран, є біоантиокислювачі, які стримують розвиток окисних радикальних реакцій.

Вікові особливості гомеостазу в дітей віком.

Постійність внутрішнього середовища організму та відносна стійкість фізико-хімічних показників у дитячому віці забезпечуються при вираженому переважанні анаболічних процесів обміну над катаболічними. Це є неодмінною умовою зростання та відрізняє дитячий організм від організму дорослих, у яких інтенсивність метаболічних процесів перебуває у стані динамічної рівноваги. У зв'язку з цим нейроендокринна регуляція гомеостазу дитячого організму виявляється більш напруженою, ніж у дорослих. Кожен віковий період характеризується специфічними особливостями механізмів гомеостазу та його регуляції. Тому у дітей значно частіше, ніж у дорослих, трапляються тяжкі порушення гомеостазу, які нерідко загрожують життю. Ці порушення найчастіше пов'язані з незрілістю гомеостатичних функцій нирок, розладами функцій шлунково-кишкового тракту або дихальної функції легень.

Зростання дитини, що виражається у збільшенні маси її клітин, супроводжується чіткими змінами розподілу рідини в організмі. Абсолютне збільшення обсягу позаклітинної рідини відстає від темпів загального наростання ваги, тому відносний обсяг внутрішнього середовища, виражений у відсотках ваги тіла, з віком зменшується. Ця залежність особливо яскраво виражена першому році після народження. У дітей старшого віку темпи змін відносного обсягу позаклітинної рідини зменшуються. Система регуляції сталості обсягу рідини (волюморегуляція) забезпечує компенсацію відхилень у водному балансі у досить вузьких межах. Високий ступінь гідратації тканин у новонароджених та дітей раннього віку визначає значно більшу, ніж у дорослих, потребу дитини у воді (з розрахунку на одиницю маси тіла). Втрати води або її обмеження швидко ведуть до розвитку дегідратації за рахунок позаклітинного сектора, тобто внутрішнього середовища. При цьому нирки – головні виконавчі органи у системі волюморегуляції – не забезпечують економії води. Лімітуючим фактором регуляції є незрілість канальцевої системи нирок. Найважливіша особливість нейроендокринного контролю гомеостазу у новонароджених та дітей раннього віку полягає у відносно високій секреції та нирковій екскреції альдостерону, що чинить прямий вплив на стан гідратації тканин та функцію ниркових канальців.

Регуляція осмотичного тиску плазми та позаклітинної рідини у дітей також обмежена. Осмолярність внутрішнього середовища коливається у ширшому діапазоні ( 50 мосм/л) , чим у дорослих

( 6 мосм/л) . Це пов'язано з більшою величиною поверхні тіла на 1 кг. ваги і, отже, з більш суттєвими втратами води при диханні, і навіть з незрілістю ниркових механізмів концентрації сечі в дітей віком. Порушення гомеостазу, що виявляються гіперосмосом, особливо часто зустрічаються у дітей періоду новонародженості та перших місяців життя; у старших віках починає переважати гіпоосмос, пов'язаний головним чином із шлунково-кишковим захворюванням або хворобами нирок. Менш вивчено іонне регулювання гомеостазу, тісно пов'язане з діяльністю нирок та характером харчування.

Раніше вважалося, що основним фактором, що визначає величину осмотичного тиску позаклітинної рідини, є концентрація натрію, проте пізніші дослідження показали, що тісної кореляції між вмістом натрію в плазмі крові та величиною загального осмотичного тиску при патології не існує. Виняток становить плазматична гіпертонія. Отже, проведення гомеостатичної терапії шляхом введення глюкозосольових розчинів потребує контролю не лише за вмістом натрію у сироватці або плазмі крові, а й за змінами загальної осмолярності позаклітинної рідини. Велике значення у підтримці загального осмотичного тиску у внутрішньому середовищі має концентрація цукру та сечовини. Вміст цих осмотично активних речовин та їх вплив на водно-сольовий обмін за багатьох патологічних станів можуть різко зростати. Тому при будь-яких порушеннях гомеостазу необхідно визначати концентрацію цукру та сечовини. В силу вищесказаного у дітей раннього віку при порушенні водно-сольового та білкового режимів може розвиватися стан прихованого гіпер- або гіпоосмосу, гіперазотемії.

Важливим показником, що характеризує гомеостаз у дітей, є концентрація водневих іонів у крові та позаклітинній рідині. В антенатальному та ранньому постнатальному періодах регуляція кислотно-лужної рівноваги тісно пов'язана зі ступенем насичення крові киснем, що пояснюється відносним переважанням анаеробного гліколізу в біоенергетичних процесах. При цьому навіть помірна гіпоксія у плода супроводжується накопиченням у тканинах молочної кислоти. Крім того, незрілість ацидогенетичної функції нирок створює передумови для розвитку «фізіологічного» ацидозу (зсув кислотно-лужної рівноваги в організмі у бік відносного збільшення кількості аніонів кислот). У зв'язку з особливостями гомеостазу у новонароджених нерідко виникають розлади, що стоять на межі між фізіологічними та патологічними.

Перебудова нейроендокринної системи в пубертатному періоді (період статевого дозрівання) також пов'язана зі змінами гомеостазу. Однак функції виконавчих органів (нирки, легені) досягають у цьому віці максимального ступеня зрілості, тому важкі синдроми або хвороби гомеостазу зустрічаються рідко, частіше ж йдеться про компенсовані зрушення в обміні речовин, які можна виявити лише при біохімічному дослідженні крові. У клініці для характеристики гомеостазу у дітей необхідно досліджувати такі показники: гематокрит, загальний осмотичний тиск, вміст натрію, калію, цукру, бікарбонатів та сечовини у крові, а також рН крові, р02 та рСО2.

Особливості гомеостазу в літньому та старечому віці.

Один і той самий рівень гомеостатичних величин у різні вікові періоди підтримується за рахунок різних зрушень у системах їх регулювання. Наприклад, сталість рівня артеріального тиску в молодому віці підтримується за рахунок більш високого хвилинного серцевого викиду та низького загального периферичного опору судин, а в літньому та старечому - за рахунок більш високого загального периферичного опору та зменшення величини хвилинного серцевого викиду. При старінні організму сталість найважливіших фізіологічних функцій підтримується за умов зменшення надійності та скорочення можливого діапазону фізіологічних змін гомеостазу. Збереження відносного гомеостазу при суттєвих структурних, обмінних та функціональних змінах досягається тим, що одночасно відбувається не тільки згасання, порушення та деградація, а й розвиток специфічних пристосувальних механізмів. За рахунок цього підтримується постійний рівень вмісту цукру в крові, рН крові, осмотичного тиску, мембранного потенціалу клітин тощо.

Істотне значення у збереженні гомеостазу у процесі старіння організму мають зміни механізмів нейрогуморальної регуляції, збільшення чутливості тканин до дії гормонів та медіаторів на тлі ослаблення нервових впливів.

При старінні організму істотно змінюється робота серця, легенева вентиляція, газообмін, ниркові функції, секреція травних залоз, функція залоз внутрішньої секреції, обмін речовин та ін. віком у часі. Значення ходу вікових змін дуже важливе для характеристики процесу старіння людини, визначення її біологічного віку.

У літньому та старечому віці знижуються загальні потенційні можливості пристосувальних механізмів. Тому на старості при підвищених навантаженнях, стресах та інших ситуаціях ймовірність зриву адаптаційних механізмів і порушення гомеостазу збільшуються. Таке зменшення надійності механізмів гомеостазу є одним із найважливіших передумов розвитку патологічних порушень у старості.

Таким чином, гомеостаз – це інтегральне поняття, що функціонально та морфологічно об'єднує серцево-судинну систему, систему дихання, ниркову систему, водно-електролітний обмін, кислотно-лужну рівновагу.

Основне призначення серцево-судинної системи - Подача та розподіл крові по всіх басейнах мікроциркуляції. Кількість крові, що викидається серцем в 1 хв, становить хвилинний об'єм. Однак функція серцево-судинної системи полягає не просто у підтримці заданого хвилинного об'єму та його розподілі по басейнах, а в змінах хвилинного об'єму відповідно до динаміки потреб тканин при різних ситуаціях.

Головне завдання крові – транспорт кисню. Багато хірургічних хворих відчувають гостре падіння хвилинного обсягу, що порушує доставку кисню до тканин і може бути причиною загибелі клітин, органу і навіть всього організму. Тому оцінка функції серцево-судинної системи повинна враховувати лише хвилинний обсяг, а й постачання тканин киснем та його потреба у ньому.

Основне призначення системи дихання - Забезпечення адекватного газообміну між організмом і навколишнім середовищем при швидкості обмінних процесів, що постійно змінюється. Нормальна функція системи дихання – це підтримання постійного рівня кисню та вуглекислоти в артеріальній крові при нормальному судинному опорі в малому колі кровообігу та за нормальної витрати енергії на дихальну роботу.

Ця система тісно пов'язана з іншими системами, і в першу чергу з серцево-судинною. Функція системи дихання включає вентиляцію, легеневе кровообіг, дифузію газів через альвеолярно-капілярну мембрану, транспорт газів кров'ю і тканинне дихання.

Функції ниркової системи : нирки є основним органом, призначеним для збереження сталості фізико-хімічних умов в організмі. Головна їх функцій екскреторна. Вона включає: регуляцію водно-електролітного балансу, підтримання кислотно-лужної рівноваги та видалення з організму продуктів обміну білків та жирів.

Функції водно-електролітного обміну : вода в організмі грає транспортну роль, заповнюючи собою клітини, інтерстиціальні (проміжні) та судинні простори, є розчинником солей, колоїдів та кристалоїдів та бере участь у біохімічних реакціях. Всі біохімічні рідини є електролітами, оскільки розчинені у воді солі і колоїди знаходяться в дисоційованому стані. Перелічити всі функції електролітів неможливо, але головними є: збереження осмотичного тиску, підтримання реакції внутрішнього середовища, участь у біохімічних реакціях.

Головне призначення кислотно-лужної рівноваги полягає у збереженні сталості pH рідких середовищ організму як основи для нормальних біохімічних реакцій та, отже, життєдіяльності. Метаболізм відбувається за обов'язкової участі ферментативних систем, активність яких тісно залежить від хімічної реакції електроліту. Разом з водно-електролітним обміном кислотно-лужна рівновага грає вирішальну роль у впорядкуванні біохімічних реакцій. У регуляції кислотно-лужної рівноваги беруть участь буферні системи та багато фізіологічних систем організму.

Гомеостаз

Гомеостаз, гомеорез, гомеоморфоз – характеристики стану організму.Системна сутність організму проявляється насамперед у його здатності до саморегуляції у безперервно мінливих умовах довкілля. Оскільки всі органи та тканини організму складаються з клітин, кожна з яких є відносно самостійним організмом, стан внутрішнього середовища людського організму має велике значення для його нормального функціонування. Для організму людини - сухопутної істоти - навколишнє середовище становлять атмосфера та біосфера, при цьому він певною мірою взаємодіє з літосферою, гідросферою та ноосферою. У той же час більшість клітин людського тіла занурена в рідке середовище, яке представлене кров'ю, лімфою та міжклітинною рідиною. Лише покривні тканини безпосередньо взаємодіють із навколишньою людиною середовищем, решта клітин ізольовані від зовнішнього світу, що дозволяє організму значною мірою стандартизувати умови їх існування. Зокрема, здатність підтримувати постійну температуру тіла близько 37 °С забезпечує стабільність метаболічних процесів, оскільки всі біохімічні реакції, що становлять сутність метаболізму, дуже залежить від температури. Не менш важливо підтримувати у рідких середовищах організму незмінну напругу кисню, вуглекислого газу, концентрацію різноманітних іонів тощо. У звичайних умовах існування, у тому числі при адаптації та діяльності, виникають невеликі відхилення таких параметрів, але вони швидко усуваються, внутрішнє середовище організму повертається до стабільної норми. Великий французький фізіолог ХІХ ст. Клод Бернар стверджував: «Стійність внутрішнього середовища є обов'язковою умовою вільного життя». Фізіологічні механізми, що забезпечують підтримку сталості внутрішнього середовища, називаються гомеостатичними, а саме явище, що відображає здатність організму до саморегуляції внутрішнього середовища, називається гомеостазом. Цей термін було запроваджено 1932 р. У. Кенноном - однією з тих фізіологів XX в., який поруч із Н.А.Бернштейном, П.К.Анохиным і М.Винером стояв біля витоків науки про управління - кібернетики. Термін «гомеостаз» використовується у фізіологічних, а й у кібернетичних дослідженнях, оскільки саме підтримання сталості будь-яких характеристик сложноорганизованной системи є головною метою будь-якого управління.

Інший чудовий дослідник, К. Уоддінгтон, звернув увагу, що організм здатний зберігати як стабільність свого внутрішнього стану, а й відносне сталість динамічних характеристик, т. е. перебігу процесів у часі. Це явище за аналогією з гомеостазом було названо гомеоріз. Воно має особливе значення для організму, що росте і розвивається і полягає в тому, що організм здатний зберігати (в певних межах, зрозуміло) «канал розвитку» в ході своїх динамічних перетворень. Зокрема, якщо дитина через хворобу або різке погіршення умов життя, викликаних соціальними причинами (війна, землетрус тощо), істотно відстає від своїх однолітків, що нормально розвиваються, то це ще не означає, що таке відставання фатальне і незворотне. Якщо період несприятливих подій закінчується і дитина отримує адекватні для розвитку умови, то як за зростанням, так і за рівнем функціонального розвитку він незабаром наздоганяє однолітків і надалі нічим від них істотно не відрізняється. Цим пояснюється та обставина, що діти, які перенесли в ранньому віці важку хворобу, нерідко виростають у здорових і пропорційно складених дорослих. Гомеорез грає найважливішу роль як у управлінні онтогенетичним розвитком, і у процесах адаптації. Тим часом фізіологічні механізми гомеорезу поки що недостатньо вивчені.

Третьою формою саморегуляції сталості організму є гомеоморфоз - Здатність підтримувати незмінність форми. Ця характеристика більшою мірою властива дорослому організму, оскільки зростання та розвиток несумісні з незмінністю форми. Тим не менш, якщо розглядати короткі відрізки часу, особливо в періоди гальмування росту, то і у дітей можна виявити здатність до гомеоморфозу. Йдеться про те, що в організмі безперервно відбувається зміна поколінь складових його клітин. Клітини довго не живуть (виняток становлять лише нервові клітини): звичайний термін життя клітин тіла становить тижні або місяці. Проте кожне нове покоління клітин майже точно повторює форму, розміри, розташування і відповідно функціональні властивості попереднього покоління. Спеціальні фізіологічні механізми перешкоджають значним змінам маси тіла за умов голодування чи переїдання. Зокрема, при голодуванні різко підвищується засвоюваність харчових речовин, а при переїданні, навпаки, більшість білків, жирів, що надходять з їжею, і вуглеводів «спалюється» без будь-якої користі для організму. Доведено (Н. А. Смирнова), що у дорослої людини різкі та значні зміни маси тіла (головним чином за рахунок кількості жиру) у будь-який бік є вірними ознаками зриву адаптації, перенапруги та свідчать про функціональне неблагополуччя організму. Дитячий організм стає особливо чутливим до зовнішніх впливів у періоди найбільш бурхливого зростання. Порушення гомеоморфозу - така ж несприятлива ознака, як порушення гомеостазу та гомеорезу.

Поняття про біологічні константи.Організм є комплексом величезної кількості найрізноманітніших речовин. У процесі життєдіяльності клітин організму концентрація цих речовин може суттєво змінюватись, що означає зміну внутрішнього середовища. Було б немислимо, якби управляючі системи організму змушені стежити концентрацією всіх цих речовин, тобто. мати безліч датчиків (рецепторів), безперервно аналізувати поточний стан, приймати керуючі рішення та контролювати їх ефективність. Ні інформаційних, ні енергетичних ресурсів організму не вистачило б такий режим управління всіма параметрами. Тому організм обмежується стеженням за порівняно невеликим числом найбільш значущих показників, які необхідно підтримувати на відносно постійному рівні для благополуччя абсолютної більшості клітин тіла. Ці найбільш жорстко гомеостазовані параметри тим самим перетворюються на «біологічні константи», а їх незмінність забезпечується за рахунок іноді досить значних коливань інших параметрів, що не належать до гомеостазованих розряду. Так, рівні гормонів, що беруть участь у регуляції гомеостазу, можуть змінюватися в крові в десятки разів залежно від стану внутрішнього середовища та впливу зовнішніх факторів. У цей час гомеостазируемые параметри змінюються лише з 10-20 %.

Найважливіші біологічні константи. p align="justify"> Серед найбільш важливих біологічних констант, за підтримку яких на порівняно незмінному рівні відповідальні різні фізіологічні системи організму, слід назвати температуру тіла, рівень глюкози в крові, вміст іонів Н+ у рідких середовищах організму, парціальна напруга кисню та вуглекислоти у тканинах.

Хвороба як ознака чи наслідок порушень гомеостазу.Майже всі хвороби людини пов'язані з порушенням гомеостазу. Так, наприклад, при багатьох інфекційних захворюваннях, а також у разі запальних процесів, в організмі різко порушується температурний гомеостаз: виникає лихоманка (підвищення температури), іноді небезпечна для життя. Причина такого порушення гомеостазу може полягати як у особливостях нейроендокринної реакції, так і у порушеннях діяльності периферичних тканин. У цьому випадку прояв хвороби – підвищена температура – ​​є наслідком порушення гомеостазу.

Зазвичай гарячкові стани супроводжуються ацидозом - порушенням кислотно-лужної рівноваги та зсувом реакції рідких середовищ організму в кислу сторону. Ацидоз характерний також для всіх захворювань, пов'язаних з погіршенням роботи серцево-судинної та дихальної систем (захворювання серця та судин, запальні та алергічні ураження бронхолегеневої системи тощо). Нерідко ацидоз супроводжує перші години життя новонародженого, особливо якщо в нього відразу після появи світ почалося нормальне дихання. Для усунення цього стану новонародженого поміщають у спеціальну камеру з підвищеним вмістом кисню. Метаболічний ацидоз при тяжкому м'язовому навантаженні може спостерігатися у людей будь-якого віку і проявляється в задишці та підвищеному потовиділенні, а також хворобливих відчуттях у м'язах. Після завершення роботи стан ацидозу може зберігатися від кількох хвилин до 2-3 діб, залежно від ступеня стомлення, тренованості та ефективності роботи гомеостатичних механізмів.

Дуже небезпечні хвороби, що призводять до порушення водно-сольового гомеостазу, наприклад холера, при якій з організму видаляється величезна кількість води і тканини втрачають свої функціональні властивості. До порушення водно-сольового гомеостазу ведуть також багато захворювань нирок. В результаті деяких із цих захворювань може розвиватися алкалоз – надмірне підвищення концентрації лужних речовин у крові та збільшення рН (зсув у лужний бік).

У деяких випадках незначні, але тривалі порушення гомеостазу можуть спричинити розвиток тих чи інших захворювань. Так, є дані, що надмірне вживання в їжу цукру та інших джерел вуглеводів, що порушують гомеостаз глюкози, веде до ураження підшлункової залози, в результаті людина хворіє на діабет. Також небезпечно надмірне вживання кухонної та інших мінеральних солей, гострих приправ тощо, що збільшують навантаження на систему виділення. Нирки можуть не впоратися з великою кількістю речовин, які необхідно видалити з організму, внаслідок чого настане порушення водно-сольового гомеостазу. Одним з його проявів є набряки – скупчення рідини у м'яких тканинах організму. Причина набряків зазвичай лежить у недостатності серцево-судинної системи, або в порушеннях роботи нирок і, як наслідок, мінерального обміну.

Гомеостаз це:

Гомеостаз(ін.-грец. ὁμοιοστάσις від ὁμοιος - однаковий, подібний і στάσις - стояння, нерухомість) - саморегуляція, здатність відкритої системи зберігати сталість свого внутрішнього стану за допомогою скоординованих реакцій, спрямованих на підтримку динамічної рівноваги. Прагнення системи відтворювати себе, відновлювати втрачену рівновагу, долати опір довкілля.

Гомеостаз популяції - здатність популяції підтримувати певну чисельність своїх особин тривалий час.

Американський фізіолог Уолтер Кеннон (Walter B. Cannon) у 1932 році у своїй книзі "The Wisdom of the Body" ("Мудрість тіла") запропонував цей термін як назву для "координованих фізіологічних процесів, які підтримують більшість стійких станів організму". Надалі цей термін поширився здатність динамічно зберігати сталість свого внутрішнього стану будь-якої відкритої системи. Однак уявлення про сталість внутрішнього середовища було сформульовано ще 1878 року французьким вченим Клодом Бернаром.

Загальні відомості

Термін «гомеостаз» найчастіше застосовується у біології. Багатоклітинним організмам для існування необхідно зберігати сталість внутрішнього середовища. Багато екологи переконані, що цей принцип застосовний також і до зовнішнього середовища. Якщо система нездатна відновити свій баланс, може в результаті перестати функціонувати.

Комплексні системи - наприклад, організм людини - повинні мати гомеостаз, щоб зберігати стабільність і існувати. Ці системи не тільки повинні прагнути вижити, їм доводиться адаптуватися до змін середовища і розвиватися.

Властивості гомеостазу

Гомеостатичні системи мають такі властивості:

• Нестабільністьсистеми: тестує, як їй краще пристосуватися.
• Прагнення рівноваги: вся внутрішня, структурна та функціональна організація систем сприяє збереженню балансу.
• Непередбачуваність: результуючий ефект від певної дії часто може відрізнятися від очікуваного.

Приклади гомеостазу у ссавців:

• Регуляція кількості мікронутрієнтів та води в тілі – осморегуляція. Здійснюється у нирках.
• Видалення відходів процесу обміну речовин – виділення. Здійснюється екзокринними органами - нирками, легенями, потовими залозами та шлунково-кишковим трактом.
• Регулювання температури тіла. Зниження температури через потовиділення, різноманітні терморегулюючі реакції.
• Регуляція рівня глюкози у крові. В основному здійснюється печінкою, інсуліном і глюкагоном, що виділяються підшлунковою залозою.

Важливо, що, хоча організм перебуває у рівновазі, його фізіологічний стан то, можливо динамічним. У багатьох організмах спостерігаються ендогенні зміни у формі циркадного, ультрадіанного та інфрадіанного ритмів. Так, навіть перебуваючи в гомеостазі, температура тіла, кров'яний тиск, частота серцевих скорочень та більшість метаболічних індикаторів не завжди знаходяться на постійному рівні, але змінюються протягом часу.

Механізми гомеостазу: зворотний зв'язок

Коли відбувається зміна змінних, спостерігаються два основних типи зворотного зв'язку, на які реагує система:

1. Негативний зворотний зв'язок, що виражається в реакції, при якій система відповідає так, щоб змінити напрямок зміни на протилежний. Так як зворотний зв'язок служить збереженню сталості системи, це дозволяє дотримуватись гомеостаз.
   • Наприклад, коли концентрація вуглекислого газу в організмі людини збільшується, легким приходить сигнал до збільшення їх активності та видихання більшої кількості вуглекислого газу.
   • Терморегуляція – інший приклад негативного зворотного зв'язку. Коли температура тіла підвищується (або знижується) терморецептори у шкірі та гіпоталамусі реєструють зміну, викликаючи сигнал із мозку. Цей сигнал, своєю чергою, викликає відповідь - зниження температури (чи підвищення).
2. Позитивний зворотний зв'язок, який виявляється у посиленні зміни змінної. Вона має дестабілізуючий ефект, тому не призводить до гомеостазу. Позитивний зворотний зв'язок рідше зустрічається у природних системах, але також має своє застосування.
   • Наприклад, у нервах пороговий електричний потенціал викликає генерацію набагато більшого потенціалу дії. Згортання крові та події при народженні можна навести як інші приклади позитивного зворотного зв'язку.

Стійким системам необхідні комбінації з обох типів зворотного зв'язку. Тоді як негативний зворотний зв'язок дозволяє повернутися до гомеостатичного стану, позитивний зворотний зв'язок використовується для переходу до абсолютно нового (і, цілком можливо, менш бажаного) стану гомеостазу, - така ситуація називається "метастабільність". Такі катастрофічні зміни можуть відбуватися, наприклад, зі збільшенням поживних речовин у річках із прозорою водою, що призводить до гомеостатичного стану високої евтрофікації (заростання русла водоростями) та замутнення.

Екологічний гомеостаз

Екологічний гомеостаз спостерігається в клімаксових спільнотах з максимально можливим біорізноманіттям за сприятливих умов середовища.

У порушених екосистемах, або субкліматових біологічних співтовариствах - як, наприклад, острів Кракатау, після сильного виверження вулкана в 1883 - стан гомеостазу попередньої лісової клімаксової екосистеми було знищено, як і все життя на цьому острові. Кракатау за роки після виверження пройшов ланцюг екологічних змін, у яких нові види рослин та тварин змінювали один одного, що призвело до біологічної варіативності та в результаті клімаксової спільноти. Екологічна сукцесія на Кракатау здійснилася за кілька етапів. Повний ланцюг сукцесій, що привів до клімаксу, називається присерією. У прикладі з Кракатау на цьому острові утворилася клімаксова спільнота з вісьмома тисячами різних видів, зареєстрованих у 1983, через сто років з того часу, як виверження знищило на ньому життя. Дані підтверджують, що становище зберігається в гомеостазі протягом деякого часу, при цьому поява нових видів дуже швидко призводить до швидкого зникнення старих.

Випадок з Кракатау та іншими порушеними або незайманими екосистемами показує, що початкова колонізація піонерними видами здійснюється через стратегії відтворення, засновані на позитивному зворотному зв'язку, при яких види розселяються, виробляючи на світ якомога більше потомства, але при цьому практично не вкладаючись в успіх кожного окремого . У таких видах спостерігається стрімкий розвиток і стрімкий крах (наприклад, через епідемію). Коли екосистема наближається до клімаксу, такі види замінюються складнішими клімаксовими видами, які через негативний зворотний зв'язок адаптуються до специфічних умов навколишнього середовища. Ці види ретельно контролюються потенційною ємністю екосистеми і дотримуються іншої стратегії - твору на світ меншого потомства, в репродуктивний успіх якого в умовах мікросередовища його специфічної екологічної ніші вкладається більше енергії.

Розвиток починається з піонер-спільноти і закінчується на клімаксовій спільноті. Ця клімаксова спільнота утворюється, коли флора та фауна прийшла в баланс із місцевим середовищем.

Подібні екосистеми формують гетерархії, у яких гомеостаз однією рівні сприяє гомеостатическим процесам іншому комплексному рівні. Наприклад, втрата листя у зрілого тропічного дерева дає місце нової порослі і збагачує грунт. У рівній мірі тропічне дерево зменшує доступ світла на нижчі рівні та допомагає запобігти інвазії інших видів. Але і дерева падають на землю та розвиток лісу залежить від постійної зміни дерев, круговороту поживних речовин, що здійснюється бактеріями, комахами, грибами. Такі ліси сприяють екологічним процесам - таким, як регуляція мікрокліматів чи гідрологічних циклів екосистеми, а кілька різних екосистем можуть взаємодіяти підтримки гомеостазу річкового дренажу у межах біологічного регіону. Варіативність біорегіонів так само грає роль гомеостатичної стабільності біологічного регіону, або біома.

Біологічний гомеостаз

Гомеостаз виступає в ролі фундаментальної характеристики живих організмів і розуміється як підтримка внутрішнього середовища у допустимих межах.

Внутрішнє середовище організму включає організмові рідини - плазму крові, лімфу, міжклітинну речовину і цереброспінальну рідину. Збереження стабільності цих рідин життєво важливе для організмів, тоді як її відсутність призводить до пошкодження генетичного матеріалу.

Щодо будь-якого параметра організми поділяються на конформаційні та регуляторні. Регуляторні організми зберігають параметр постійно, незалежно від цього, що відбувається у середовищі. Конформаційні організми дозволяють довкіллю визначати параметр. Наприклад, теплокровні тварини зберігають постійну температуру тіла, тоді як холоднокровні демонструють широкий діапазон температур.

Мова не йде про те, що конформаційні організми не мають поведінкових пристроїв, що дозволяють їм деякою мірою регулювати взятий параметр. Рептилії, наприклад, часто сидять на нагрітому камені вранці, щоб підвищити температуру тіла.

Перевага гомеостатичної регуляції у тому, що вона дозволяє організму функціонувати ефективніше. Наприклад, холоднокровні тварини, як правило, стають млявими за низьких температур, тоді як теплокровні майже так само активні, як і завжди. З іншого боку, регулювання потребує енергії. Причина, чому деякі змії можуть їсти лише раз на тиждень, полягає в тому, що вони витрачають набагато менше енергії для підтримки гомеостазу, ніж ссавці.

Клітинний гомеостаз

Регуляція хімічної діяльності клітин досягається за допомогою низки процесів, серед яких особливе значення має зміна структури самої цитоплазми, а також структури та активності ферментів. Авторегуляція залежить від температури, ступеня кислотності, концентрації субстрату, присутності деяких макро- та мікроелементів.

Гомеостаз в організмі людини

Різні чинники впливають здатність рідин організму підтримувати життя. У тому числі такі параметри, як температура, солоність, кислотність і концентрація поживних речовин - глюкози, різних іонів, кисню, і відходів - вуглекислого газу та сечі. Так як ці параметри впливають на хімічні реакції, які зберігають організм живим, існують вбудовані фізіологічні механізми підтримки їх на необхідному рівні.

Гомеостаз не можна вважати причиною цих несвідомих адаптацій. Його слід сприймати як загальну характеристику багатьох нормальних процесів, що діють спільно, а не як їхню причину. Більше того, існує безліч біологічних явищ, які не підходять під цю модель – наприклад, анаболізм.

Інші сфери

Поняття "гомеостаз" використовується також і в інших сферах.

Актуарій може говорити про ризиковому гомеостазі, При якому, наприклад, люди, у яких на машині встановлені гальма, що не заклинюють, не перебувають у більш безпечному становищі в порівнянні з тими, у кого вони не встановлені, тому що ці люди несвідомо компенсують більш безпечний автомобіль ризикованою їздою. Це тому, що деякі утримуючі механізми - наприклад, страх - перестають діяти.

Соціологи та психологи можуть говорити про стресовий гомеостаз- прагненні популяції чи індивіда залишатися певному стресовому рівні, найчастіше штучно викликаючи стрес, якщо «природного» рівня стресу недостатньо.

Приклади

• Терморегуляція
  • Може початися тремтіння кістякових м'язів, якщо занадто низька температура тіла.
  • Інший вид термогенезу включає розщеплення жирів виділення тепла.
  • Потовиділення охолоджує тіло у вигляді випаровування.
• Хімічна регуляція
  • Підшлункова залоза секретує інсулін та глюкагон для контролю рівня глюкози в крові.
  • Легкі одержують кисень, виділяють вуглекислий газ.
  • Нирки виділяють сечу та регулюють рівень води та ряду іонів в організмі.

Багато з цих органів контролюються гормонами гіпоталамо-гіпофізарної системи.

Див. також

• Гомеостаз
• Відкриті системи
• Фізіологічні процеси

Wikimedia Foundation. 2010 року.

Внутрішнє середовище організму- Сукупність рідин організму, що знаходяться всередині нього, як правило, в певних резервуарах і природних умовах і ніколи не стикаються із зовнішнім навколишнім середовищем. Термін запропонований франц.фізіологом Клод Бернаром.
Клітини можуть функціонувати тільки в рідкому середовищі. Кров, тканинна рідина та лімфа утворюють внутрішнє середовище організму. Основою внутрішнього середовища організму є кров, яка доставляє клітинам кисень, поживні речовини та видаляється продукти обміну. Однак кров безпосередньо не стикається з клітинами організму. У тканинах частина плазми крові залишає кровоносні капіляри та перетворюється на тканинну рідину. Надлишок тканинної рідини всмоктується лімфотичними капілярами і у вигляді лімфи відтікає по лімфатичних судинах знову в кров. Таким чином, кров, тканинна рідина та лімфа безпосередньо циркулюють усередині організму, забезпечуючи обмін речовин між клітинами тіла та навколишнім середовищем. Вчені багатьох країн світу намагалися з'ясувати природу механізмів, що підтримують сталість внутрішнього середовища людини та вищих тварин.

Сукупність факторів і механізмів, що забезпечують цю сталість, одержало назву – гомеостазу. Гомеостаз– здатність біологічних систем протистояти змінам та зберігати динамічну сталість складу та властивостей організму.

Гомеостаз – відносно динамічна сталість внутрішнього середовища організму, що забезпечує стійкість його основних фізіологічних функцій.

Клод Бернар (1878) - формулювання поняття гомеостазу.

Уолтер Кеннон запровадив термін гомеостаз, його гіпотеза – окремі частини організму стійкі, так як стійка навколишнє внутрішнє середовище.

Живий організм- Відкрита саморегулююча система, яка розвивається в тісній взаємодії з навколишнім середовищем. Зміни середовища прямо чи опосередковано впливають компоненти, викликаючи у яких відповідні зміни.

Завдяки механізмам саморегуляції ці зміни відбуваються в межах норми реакції і не викликають серйозних порушень фізіологічних функцій.

Порушення регуляторних механізмів призводять до зриву компенсаторних можливостей організму, зниження його стійкості до умов середовища, що постійно змінюються, порушень умов гомеостазу і розвитку патологій.

Механізми гомеостазу мають бути спрямовані на підтримку рівня стаціонарного стану, координацію процесів для усунення або обмеження впливу шкідливих факторів, оптимальну взаємодію організму та середовища в умовах існування, що змінилися.

Компоненти гомеостазу:

 Компоненти, що забезпечують клітинні потреби:білки жири вуглеводи; неорганічні речовини; вода, кисень, внутрішня секреція

 Компоненти, що впливають на клітинну активність:осмотичний тиск, температура, концентрація водневих іонів

Види гомеостазу:

 Генетичний гомеостаз . Генотип зиготи при взаємодії з факторами довкілля визначає весь комплекс мінливості організму, його адаптивної здатності, тобто гомеостаз. Організм реагує зміни умов середовища специфічно, не більше спадково обумовленої норми реакції. Постійність генетичного гомеостазу підтримується з урахуванням матричних синтезів, а стабільність генетичного матеріалу забезпечується низкою механізмів (див. мутагенез).

 Структурний гомеостаз. Підтримка сталості складу та цілісності морфологічної організації клітин, тканин. Поліфункціональність клітин підвищує компактність та надійність усієї системи, збільшуючи її потенційні можливості. Формування функцій клітин відбувається завдяки регенерації.

Регенерація:

1. Клітинна (прямий і непрямий поділ)

2. Внутрішньоклітинна (молекулярна, внутрішньоорганоїдна, органоїдна)

 Фізико-хімічний гомеостаз.

Газовий гомеостаз: концентрація кисню та вуглекислого газу в організмі забезпечується системою зовнішнього дихання. Фактори, що регулюють зовнішнє дихання: хвилинний об'єм дихання альвеолярного повітря, залежність від активності дихального центру; вміст газів у крові та легеневих капілярах; дифузія газів через мембрану клітин крові, рівномірний легеневий кровотік адекватної вентиляції.

Кислотно-лужний баланс організму: pH крові = 7.32-7.45 співвідношення водневих і гідроксильних іонів залежить від вмісту кислот, що виступають як донори протонів, і амфотерних основ, що є акцепторами. Регуляція його забезпечується буферними системами, тканинними білками, колагеновою субстанцією сполучної тканини, яка здатна адсорбувати кислоти.

Осмотичні властивості крові: осмотичний тиск крові залежить від концентрації розчину та температури, але не залежить від природи розчиненої речовини та розчинника. Постійність осмотичних властивостей крові забезпечується водяним балансом. Водний баланс організму підтримується механізмами надходження води та солей. Перерозподіл води та солей між клітинами та внутрішньоклітинними органоїдами, виділення води та солей у навколишнє середовище. Основою інтеграції всього фізико-хімічного гомеостазу є нейроендокринне регулювання.

 Фізіологічний гомеостаз.

Тепловий гомеостаз: підтримання вмісту тепла. Важливою умовою теплового балансу служить рух середовища, що омиває тіло та його частини, в якому відбувається тепловий обмін, регулювання теплоізоляції забезпечується за рахунок припливу теплої крові з глибоких областей тіла до його поверхні

Система гемостазу: активація системи згортання крові, необхідний рівень формених елементів крові, відновлення властивостей стінки судин.

Біохімічний гомеостаз: підтримка на рівні обмінних процесів, зокрема анаболізму та катаболізму, баланс процесів синтезу та розпаду здійснюється шляхом зміни активності ферментів, швидкості ферментативних реакцій, індукцією біосинтезу білків та ферментів та регуляцією швидкості розпаду біологічно активних речовин.

 Імунологічний гомеостаз.

Імунна система захищає організм від екзогенних речовин, інфекційних агентів, що несуть у собі генетично чужорідну інформацію, а також від патологічно змінених клітин. Розпізнавання – руйнування – елімінація. Центральні органи імунної системи – кістковий мозок та тимус. Периферичні органи – селезінка та лімфоїдна тканина. Кістковий мозок виробляє стимулятор антитіла продуцентів, який активує систему B-лімфоцитів, що забезпечують гуморальну ланку імунітету, а тимус виробляє тимозин, що активує вироблення т-лімфоцитів. Підтримка імунологічного гомеостазу має бути забезпечена необхідною концентрацією Т- та В-лімфоцитів.

Ендокринний гомеостаз: синтез та секреція гормонів, транспорт гормонів, специфічний метаболізм гормонів на периферії та їх екскреція, взаємодія гормонів з клітинами-мішенями, регуляція та саморегуляція функцій залоз внутрішньої секреції.

Усі гомеостази загалом становлять біологічний гомеостаз , цілісну систему різноманітних функцій та показників, що забезпечують збереження та підтримання нормальної життєдіяльності організму в умовах середовища, що змінюються.

Регуляція біологічного гомеостазу:

Місцева: здійснюється за допомогою позитивних та негативних зворотних зв'язків, коли зміна одного показника призводить до зміни іншого, характеризується автономністю, ця властивість притаманна будь-якому компоненту живої системи.

Гуморальне регулювання пов'язана з надходженням у внутрішнє середовище організму гуморальних факторів - медіаторів, гормонів, біологічно активних речовин і т.д. гуморальна система реагує зовнішні впливу повільно, т.к. не має зв'язку з навколишнім середовищем, але дає більш стабільний та тривалий ефект, що забезпечується залозами внутрішньої секреції. На основі гуморальної регуляції розвиваються пристосувальні реакції зміну внутрішнього середовища організму.

Нервова регуляція: головний координатор всіх біологічних процесів, що обумовлено структурними та функціональними особливостями нервової системи: присутність у всіх органах та тканинах, безпосередній контакт із зовнішнім середовищем через рецептори, висока збудливість, лабільність та точна спрямованість нервових імпульсів та велика швидкість проведення інформації. В основі регулювання пристосувальних реакцій лежать рефлекторні процеси. Нервова регуляція забезпечує зміну функціональної активності органів чи функцій у відповідь зовнішній вплив і адаптацію організму із довкіллям.

Рівні нейроендокринної регуляції:

1. Мембрана клітини

2. Ендокринні залози

3. Гіпофіз

4. Гіпоталамус

Включення різних рівнів нейрогуморальної регуляції визначається інтенсивністю впливу фактора, ступенем відхилення фізіологічних параметрів та лабільністю адаптивних систем.

Запитання 54.

Енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Термін «гомеостаз» найчастіше застосовується у біології. Багатоклітинним організмам для існування необхідно зберігати сталість внутрішнього середовища. Багато екологи переконані, що цей принцип застосовний також і до зовнішнього середовища. Якщо система нездатна відновити свій баланс, може в результаті перестати функціонувати.

  Комплексні системи - наприклад, організм людини - повинні мати гомеостаз, щоб зберігати стабільність і існувати. Ці системи не тільки повинні прагнути вижити, їм доводиться адаптуватися до змін середовища і розвиватися.

  Властивості гомеостазу

  Гомеостатичні системи мають такі властивості:

  • Нестабільністьсистеми: тестує, як їй краще пристосуватися.
  • Прагнення рівноваги: вся внутрішня, структурна та функціональна організація систем сприяє збереженню балансу.
  • Непередбачуваність: результуючий ефект від певної дії часто може відрізнятися від очікуваного.
  • Регуляція кількості мікронутрієнтів та води в тілі – осморегуляція. Здійснюється у нирках.
  • Видалення відходів процесу обміну речовин – виділення. Здійснюється екзокринними органами - нирками, легкими, потовими, залізами та шлунково-кишковим трактом.
  • Регулювання температури тіла. Зниження температури через потовиділення, різноманітні терморегулюючі реакції.
  • Регуляція рівня глюкози у крові. В основному здійснюється печінкою, інсуліном і глюкагоном, що виділяються підшлунковою залізою.
  • Регулювання рівня основного обміну залежно від харчового режиму.

  Важливо, що, хоча організм перебуває у рівновазі, його фізіологічний стан то, можливо динамічним. У багатьох організмах спостерігаються ендогенні зміни у формі циркадного, ультрадіанного та інфрадіанного ритмів. Так, навіть перебуваючи в гомеостазі, температура тіла, кров'яний тиск, частота серцевих скорочень і більшість метаболічних індикаторів не завжди знаходяться на постійному рівні, але змінюються протягом часу.

  Механізми гомеостазу: зворотний зв'язок

  Коли відбувається зміна змінних, спостерігаються два основних типи зворотного зв'язку, на які реагує система:

  1. Негативний, зворотний зв'язок, що виражається в реакції, при якій система відповідає так, щоб змінити напрям зміни на протилежне. Так як зворотний зв'язок служить збереженню сталості системи, це дозволяє дотримуватись гомеостаз.
     • Наприклад, коли концентрація вуглекислого газу в організмі людини збільшується, легким приходить сигнал до збільшення їх активності та видихання більшої кількості вуглекислого газу.
     • Терморегуляція – інший приклад негативного зворотного зв'язку. Коли температура тіла підвищується (або знижується) терморецептори у шкірі та гіпоталамусі реєструють зміну, викликаючи сигнал із мозку. Цей сигнал, своєю чергою, викликає відповідь - зниження температури (чи підвищення).
  2. Позитивний, зворотний зв'язок, який виражається в посиленні зміни змінної. Вона має дестабілізуючий ефект, тому не призводить до гомеостазу. Позитивний зворотний зв'язок рідше зустрічається у природних системах, але також має своє застосування.
     • Наприклад, у нервах пороговий електричний потенціал викликає генерацію набагато більшого потенціалу дії. Згортання крові та події при народженні можна навести як інші приклади позитивного зворотного зв'язку.

  Стійким системам необхідні комбінації з обох типів зворотного зв'язку. Тоді як негативний зворотний зв'язок дозволяє повернутися до гомеостатичного стану, позитивний зворотний зв'язок використовується для переходу до абсолютно нового (і, цілком можливо, менш бажаного) стану гомеостазу, - така ситуація називається "метастабільність". Такі катастрофічні зміни можуть відбуватися, наприклад, зі збільшенням живильних речовин у річках з прозорою водою, що призводить до гомеостатичного стану високої евтрофікації (заростання русла водоростями) та замутнення.

  Екологічний гомеостаз

  У порушених екосистемах, або субклімаксових біологічних спільнотах - як, наприклад, острів Кракатау, після сильного виверження вулкана - стан гомеостазу попередньої лісової клімаксової екосистеми було знищено, як і все життя на цьому острові. Кракатау за роки після виверження пройшов ланцюг екологічних змін, у яких нові види рослин та тварин змінювали один одного, що призвело до біологічної варіативності та в результаті клімаксової спільноти. Екологічна сукцесія на Кракатау здійснилася за кілька етапів. Повний ланцюг сукцесій, що привів до клімаксу, називається присерією. У прикладі з Кракатау на цьому острові утворилося клімаксове співтовариство з вісьмома тисячами різних видів, зареєстрованих у , через сто років з того часу, як виверження знищило на ньому життя. Дані підтверджують, що становище зберігається в гомеостазі протягом деякого часу, при цьому поява нових видів дуже швидко призводить до швидкого зникнення старих.

  Випадок з Кракатау та іншими порушеними або незайманими екосистемами показує, що початкова колонізація піонерними видами здійснюється через стратегії відтворення, засновані на позитивному зворотному зв'язку, при яких види розселяються, виробляючи на світ якомога більше потомства, але при цьому практично не вкладаючись в успіх кожного окремого . У таких видах спостерігається стрімкий розвиток і стрімкий крах (наприклад, через епідемію). Коли екосистема наближається до клімаксу, такі види замінюються складнішими клімаксовими видами, які через негативний зворотний зв'язок адаптуються до специфічних умов навколишнього середовища. Ці види ретельно контролюються потенційною ємністю екосистеми і дотримуються іншої стратегії - твору на світ меншого потомства, в репродуктивний успіх якого в умовах мікросередовища його специфічної екологічної ниші вкладається більше енергії.

  Розвиток починається з піонер-спільноти і закінчується на клімаксовій спільноті. Ця клімаксова спільнота утворюється, коли флора та фауна прийшла в баланс із місцевим середовищем.

  Подібні екосистеми формують гетерархії , у яких гомеостаз одному рівні сприяє гомеостатическим процесам іншому комплексному рівні. Наприклад, втрата листя у зрілого тропічного дерева дає місце для нової порослі та збагачує ґрунт. У рівній мірі тропічне дерево зменшує доступ світла на нижчі рівні та допомагає запобігти інвазії інших видів. Але і дерева падають на землю і розвиток лісу залежить від постійної зміни дерев, кругообігу поживних речовин, що здійснюється бактеріями, комахами, грибами. Такі ліси сприяють екологічним процесам - таким, як регуляція мікрокліматів чи гідрологічних циклів екосистеми, а кілька різних екосистем можуть взаємодіяти підтримки гомеостазу річкового дренажу у межах біологічного регіону. Варіативність біорегіонів так само відіграє роль у гомеостатичній стабільності біологічного регіону, або біома.

  Біологічний гомеостаз

  Гомеостаз виступає в ролі фундаментальної характеристики живих організмів і розуміється як підтримка внутрішнього середовища у допустимих межах.

  Внутрішнє середовище організму включає організмові рідини - плазму крові, лімфу, міжклітинну речовину і цереброспінальну рідину. Збереження стабільності цих рідин життєво важливе для організмів, тоді як її відсутність призводить до пошкодження генетичного матеріалу.

  Щодо будь-якого параметра організми поділяються на конформаційні та регуляторні. Регуляторні організми зберігають параметр постійно, незалежно від цього, що відбувається у середовищі. Конформаційні організми дозволяють довкіллю визначати параметр. Наприклад, теплокровні тварини зберігають постійну температуру тіла, тоді як холоднокровні демонструють широкий діапазон температур.

  Мова не йде про те, що конформаційні організми не мають поведінкових пристроїв, що дозволяють їм деякою мірою регулювати взятий параметр. Рептилії, наприклад, часто сидять на нагрітому камені вранці, щоб підвищити температуру тіла.

  Перевага гомеостатичної регуляції у тому, що вона дозволяє організму функціонувати ефективніше. Наприклад, холоднокровні тварини, як правило, стають млявими за низьких температур, тоді як теплокровні майже так само активні, як і завжди. З іншого боку, регулювання потребує енергії. Причина, чому деякі змії можуть їсти лише раз на тиждень, полягає в тому, що вони витрачають набагато менше енергії для підтримки гомеостазу, ніж ссавці.

  Клітинний гомеостаз

  Регуляція хімічної діяльності клітини досягається за допомогою низки процесів, серед яких особливе значення має зміна структури самої цитоплазми, а також структури та активності ферментів. Авторегуляція залежить від

  У біології – це підтримка сталості внутрішнього середовища організму.
  В основі гомеостазу лежить чутливість організму до відхилення певних параметрів (гомеостатичних констант) від заданого значення. Межі допустимих коливань гомеостатичного параметра ( гомеостатичної константи) можуть бути широкими та вузькими. Вузькі межі мають: температура тіла, рН крові, вміст глюкози у крові. Широкі межі мають: тиск крові, маса тіла, концентрація амінокислот у крові.
  Спеціальні внутрішньоорганізмові рецептори ( інтерорецептори) реагують на відхилення гомеостатичних параметрів від заданих меж. Такі інтерорецептори є всередині таламуса, гіпоталамуса, в судинах та в органах. У відповідь відхилення параметрів вони запускають відновлювальні гомеостатичні реакції.

  Загальний механізм нейроендокринних гомеостатичних реакцій для внутрішнього регулювання гомеостазу.
  

  Параметри гомеостатичної константи відхиляються, інтерорецептори збуджуються, потім збуджуються відповідні центри гіпоталамуса, стимулюють викид гіпоталамусом відповідних ліберинів. У у відповідь дію ліберинів відбувається викид гормонів гіпофізом, та був під їх дією йде викид гормонів інших ендокринних залоз. Гормони, виділившись із залоз внутрішньої секреції в кров, змінюють обмін речовин та режим роботи органів та тканин. У результаті новий режим роботи органів і тканин, що встановився, зміщує змінилися параметри в бік колишнього заданого значення і відновлює величину гомеостатичної константи. Такий загальний принцип відновлення гомеостатичних констант за її відхилення.

  2. У цих функціональних нервових центрах визначається відхилення цих констант від норми. Відхилення констант у заданих межах усувається рахунок регуляторних можливостей самих функціональних центрів.

  3. Однак при відхиленні будь-якої гомеостатичної константи вище або нижче допустимих меж функціональні центри передають збудження вище: "потребні центри" гіпоталамуса. Це необхідно для того, щоб переключитися з внутрішньої нейрогуморальної регуляції гомеостазу на зовнішню – поведінкову.

  4. Порушення того чи іншого потреба центру гіпоталамуса формує відповідний йому функціональний стан, який суб'єктивно переживається як потреба в чомусь: їжі, воді, теплі, холоді або сексі. Виникає психоемоційний стан, що активує і спонукає до дії, незадоволеності.

  5. Для організації цілеспрямованої поведінки необхідно вибрати лише одну з потреб як першочергову і створити для її задоволення робочу домінанту. Вважається, що головну роль цьому грають мигдалики мозку (Сorpus amygdoloideum). Виходить, що на основі однієї з потреб, які формує гіпоталамус, мигдалина створює провідну мотивацію, що організовує цілеспрямовану поведінку для задоволення лише однієї обраної потреби.

  6. Наступним етапом вважатимуться запуск підготовчого поведінки, чи драйв-рефлексу, який має підвищити ймовірність запуску виконавчого рефлексу у відповідь пусковий стимул. Драйв-рефлекс спонукає організм до створення такої ситуації, в якій буде підвищена ймовірність виявлення об'єкта, що підходить для задоволення поточної потреби. Це може бути, наприклад, переміщення в місце, багате на їжу, або воду, або сексуальні партнери, залежно від провідної потреби. Коли ж у досягнутій ситуації виявляється конкретний об'єкт, придатний задоволення даної домінантної потреби, він запускає виконавче рефлекторне поведінка, спрямоване задоволення потреби з допомогою цього об'єкта.

  © 2014-2018 Сазонов В.Ф. © 2014-2016 kineziolog.bodhy.ru..

  Системи гомеостазу – докладний освітній ресурс з гомеостазу.