ХОМЕОСТАЗА: ПРИМЕРИ, МЕХАНИЗМИ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

В хомеостазата се определя като съвкупност от явления на саморегулация, които водят до поддържането на "запис" в химичния състав и физико-химичните свойства на вътрешната среда на организма.

Думата хомеостаза произлиза от гръцкото „oμoιo“, което се чете „homos“ и което означава „подобен“ или „подобен“ и от наставката „στασισ“, която се чете „stasis“, което означава „неподвижен“, „постоянен“ или "стабилен."

Хомеостаза на еритроцитите и хемоглобина. commons.wikimedia.org

Терминът не се отнася до вътрешен баланс или равновесие, а по-скоро до поддържането на постоянно състояние, тъй като състояние на равновесие или равновесие в живо същество означава смърт. Тази постоянство се поддържа активно от тялото, въпреки промените, които могат да възникнат във външната среда.

Заден план

Именно Клод Бернар (1813-1878) в края на 1870-те е първият, който се позовава на постоянството на "millieu intérieur" (от френски означава вътрешен), който представлява това, което днес е известно като извънклетъчна течност, в която клетките на организма са потопени и благодарение на което те се поддържат живи.

Изследването на постоянството на вътрешната среда, определено от Бернар, е това, което днес знаем като физиология. Думата "физиология" идва от гръцките думи "physis" (ϕυυsis) и "лого" (λoyo), които означават "природа, начин на битие, същност или естествено състояние" и "какво се говори за нещо", съответно,

Много години по-късно, около 1933 г., американският физиолог Уолтър Кенън е този, който въвежда термина хомеостаза, за да опише онези механизми, които всяко живо същество трябва да поддържа постоянно условията на своята извънклетъчна течност.

Примери за някои физиологично значими хомеостатични функции могат да бъдат поддържане на кръвно налягане, телесна температура, концентрация на глюкоза в кръвта, нива на електролити в кръвната плазма и др., Които се поддържат в ограничен диапазон, въпреки големите разлики между тялото и околната среда.

Концепция за хомеостаза

Хомеостазата е способността на всяко многоклетъчно живо същество да поддържа определени параметри или постоянни условия във вътрешната си среда, без значение колко различна е средата, която я заобикаля и колко колебателни са условията на околната среда.

Тази така наречена "вътрешна среда" съответства на извънклетъчната течност, съдържаща се в интерстициалното пространство (между клетката и клетката на тъкан) и на вътресъдовата течност или кръвната течност при животните.

Хомеостазата е едно от най-важните понятия в медицината и физиологията (на животните и растенията), тъй като всички живи организми се нуждаят от телата си да функционират в много тесен диапазон от условия, а именно: pH, температура, концентрация на йони, количество вода, концентрация на хранителни вещества, наред с други.

Някои автори считат, че „всички жизненоважни механизми, колкото и разнообразни да имат единствената цел, са запазването на постоянните условия на живот във вътрешната среда“, поради което хомеостазата определя практически всички вътрешни функции на едно същество жив.

Запазването или поддържането на вътрешни условия е възможно благодарение на система за контрол, която работи с отрицателна или положителна обратна връзка (в по-малка степен).

Тази система позволява, че когато настъпят важни промени в някой от гореспоменатите параметри, тези промени бързо се „неутрализират“, привеждайки тялото в нормално състояние.

По този начин хомеостазата се състои от системи за реакция на организма за справяне с условията на околната среда и промените, на които организмът е постоянно подложен.

Хомеостатични механизми

Хомеостазата се постига благодарение на широката интеграция между много от телесните системи на организма.

Cannon (1929) класифицира хомеостатичните механизми в зависимост от това, което е регулирано, тоест от „боеприпасите“ или „запасите“, получени от външната среда или от присъщите „процеси“.

Хомеостаза на кръвната глюкоза (Източник: Christinelmiller чрез Wikimedia Commons)

Хомеостаза чрез регулиране на "боеприпаси" или "консумативи"

Механизмите на хомеостазата чрез регулиране на доставките се характеризират с:

- Съхранение по отношение на корекции между моментите на изобилие или глад и нужда.

- Преливане или изхвърляне от тялото, когато има "непоносими излишъци"

Съхранението може да бъде от два вида, едното временно, а другото чрез сегрегация. Временното съхранение, известно като "съхранение при наводняване или преливник", се случва чрез "наводняване" на интерстициални тъкани с погълнати в изобилие материали.

Съхранение чрез "сегрегация", от друга страна, което е свързано с включването на погълнатия материал вътре в клетките или относително "постоянни" структури.

Следователно, хомеостазата за регулиране на снабдяването предполага съхранение на запасите, когато има изобилие, за да се увеличат резервите, които да се сблъскат с времена на недостиг или премахване на излишъци, когато те са токсични.

Хомеостаза чрез регулиране на процеса

Въпреки че по-голямата част от хомеостатичната регулация зависи от използването на външни материали или „консумативи“, има и други, които зависят много по-очевидно от промяната на непрекъснатите вътрешни процеси, т.е.

Основните примери за този тип регулиране са поддържането на неутралност и поддържането на температурата при хомеотермичните животни (способни да регулират вътрешно телесната си температура).

Постулати на хомеостатичната регулация

През 1925 г. Кенън предлага шест предварителни постулата за описание на физиологичните фактори, отговорни за поддържането на вътрешната "постоянство" в тялото на живо същество:

1- В отворена система като тялото на животно, която е съставена от нестабилни материали и които са постоянно подложени на променливи условия, "постоянство" или хомеостаза е пряко доказателство, че има системи, работещи или готови да функционират, за да поддържат споменатите постоянството.

2- Ако организмът или телесната система поддържа хомеостаза, това е само защото всяка тенденция към „промяна“ автоматично се „неутрализира“ чрез повишаване на ефективността на един или повече фактори, които устояват на промяната.

3- Всеки фактор, който работи за поддържане на хомеостазата чрез действие в една посока, не може да действа едновременно в обратна посока.

4- Хомеостатичните агенти, които са антагонисти в един регион на тялото, могат да си сътрудничат или да работят заедно в друг регион.

5- Регулаторната система, която определя хомеостатичното състояние, може да се състои от голям брой фактори, които се „активират“ едновременно или един след друг (последователно).

6- Когато е известен фактор, който може да промени хомеостатичното състояние в една посока, разумно е да се потърси автоматичен контрол за този фактор или за фактори, които имат обратен ефект.

Функции на хомеостазата

Основната функция на хомеостазата или хомеостатичните механизми е поддържане на вътрешен "баланс" в организма на живите организми, особено по отношение на параметри като температура (хомеотермични животни), концентрация на йони и вода, прием на хранителни вещества и т.н.

Поддържането на "постоянни" вътрешни условия в доста тесен диапазон и често значително различаващи се от условията на външната среда или околната среда, е от съществено значение за функционирането на телесните системи и следователно за живота в самата тя, поради което хомеостазата е от съществено значение за всички многоклетъчни живи същества.

Психологическа хомеостаза

Психологическата хомеостаза е термин, който се отнася до психологическите или поведенчески механизми, които човешките същества трябва да балансират с „чувствата“ на нужда и удовлетворение, за да поддържат това, което всеки индивид признава или възприема като „нормално състояние“.

Въпреки че механизмите за контрол или регулиране на психологичната хомеостаза се различават значително от тези, които характеризират физиологичната хомеостаза, и двата процеса са тясно свързани.

Психологичните хомеостатични механизми трябва да се справят, много пъти със самосъхранение, развитие и възпроизводство, адаптация и др.

Примери за хомеостаза в човешкото тяло

Някои от примерите за хомеостаза са поддържането на вътрешната телесна температура при хората, поддържането на нивата на глюкозата, регулирането на кръвното налягане или работата на термостат.

- Хомеостаза при хората

1- Вътрешна телесна температура

Вътрешната телесна температура на хората е чудесен пример за хомеостаза. Когато индивидът е здрав, телесната им температура остава 37º. Тялото може да контролира температурата, като прави или освобождава топлина.

2- Поддържане на нивата на глюкозата

Глюкозата е вид захар, намиращ се в кръвообращението, но тялото трябва да поддържа адекватни нива на глюкоза, за да гарантира, че човек остава здрав.

Когато нивата на глюкоза станат твърде високи, панкреасът отделя хормон, известен като инсулин. Ако тези нива паднат твърде ниско, черният дроб превръща гликогена в кръвта в глюкоза отново, повишавайки нивата.

3- Функции на лимфната система

Когато бактерии или вируси, които могат да ви разболеят, влязат в тялото ви, лимфната система се връща назад, за да помогне за поддържането на хомеостазата, като работи за борба с инфекцията и гарантира, че сте здрави.

4- Регулиране на кръвното налягане

Поддържането на здравословно кръвно налягане е пример за хомеостаза. Сърцето може да открие промени в кръвното налягане, което го кара да изпраща сигнали до мозъка, който след това изпраща сигнали, които казват на сърцето как да реагира.

Ако кръвното налягане е твърде високо, естествено сърцето трябва да се забави; като има предвид, че ако е твърде ниско, сърцето ще трябва да се състезава.

5- Баланс на киселини и основи

Човешкото тяло съдържа химикали, известни като киселини и основи, и е необходим правилен баланс от тях, за да може тялото да функционира оптимално. Белите дробове и бъбреците са две от органовите системи, които регулират киселини и основи в тялото.

6- Ниво на водата

Повече от половината от процента на телесното тегло на човека е вода, а поддържането на правилния баланс на водата е пример за хомеостаза. Клетките, които съдържат твърде много вода, набъбват и дори могат да се спукат.

Клетките с твърде малко вода могат в крайна сметка да се свият. Вашето тяло поддържа адекватен воден баланс, така че да не се случи нито една от тези ситуации.

7- Калциев контрол

Регулацията на нивата на калций от човешкото тяло е пример за хомеостаза. Когато нивата спаднат, паращитовидната жлеза отделя хормони. Ако нивата на калций станат твърде високи, щитовидната жлеза помага за фиксирането на калций в костите и понижава нивата на калций в кръвта.

8- Физически упражнения

Упражнението кара тялото да поддържа хомеостаза, като изпраща лактат до мускулите за енергия.

С течение на времето това също сигнализира на мозъка, че е време да спре да спортува, така че мускулите да получат нужния кислород.

9- Нервна система и дишане

Нервната система помага да се поддържа хомеостазата в дихателните модели. Тъй като дишането е неволно, нервната система гарантира, че тялото получава необходимия кислород при дишане.

10- пикочна система

Когато токсините навлизат в кръвта ви, те нарушават хомеостазата на тялото ви. Човешкото тяло обаче реагира, като се освобождава от тези токсини чрез използването на пикочната система.

Един човек просто уринира токсините и други гадни неща от кръвта, възстановявайки хомеостазата в човешкото тяло.

11- Повдигане на кожата

Когато страдате от това усещане за "гъши неравности", то се дължи на процес на хомеостаза, който служи за намаляване на количеството топлина, излъчвана от кожата. Това беше много типичен процес в кожата на нашите примитивни предци, но той се поддържа въпреки загубата на коса в по-голямата част от тялото.

12- Треперене или треперене

Когато треперим поради студа, това е защото мозъкът изпраща сигнали за мускулите, за да ни каже, че нивото на температурата е под препоръчителното за здравето ни. Тоест, треперенето на мускула е начин за противодействие на настинката.

13- Вазодилатация и вазоконстрикция

Вазодилатацията е разширяването на кръвоносните капиляри за охлаждане на кръвта и борба с излишната топлина. Съдосвиването е обратното, тъй като е стесняване на капилярите, така че в студена среда може да се запази кръвната топлина.

- Технологични хомеостатични механизми и други

11- Термостат

Термостати, които работят чрез включване и изключване на нагреватели или климатици в отговор на изхода на температурен датчик.

12- регулатор на скоростта

Круиз на превозното средство, който коригира газта на автомобила в отговор на промените в скоростта.

13- Автопилот

Автопилот, който управлява насоките за управление на въздухоплавателно средство или кораб в отговор на отклонение от курса или от предварително зададена позиция на компаса.

14- Контроли в промишлеността

Системите за контрол на процесите в химическо предприятие или нефтена рафинерия, които поддържат нива на течност, налягане, температура, химичен състав и др. управление на нагреватели, помпи и клапани.

15- Парен регулатор на двигателя

Центробежният регулатор на парна машина, който намалява дроселния клапан в отговор на увеличаване на оборотите на двигателя, или отваря клапана, ако скоростта падне под предварително определената скорост.

16- Бизнес хомеостаза

Отнася се до способността на една компания да поддържа равновесното си състояние, противодействайки на вътрешната и външната турбулентност чрез усвояване на контекстуално разнообразие.

- Хомеостаза при животни и околната среда

За топлокръвните животни като бозайници и птици хомеостазата е комбинация от вътрешни процеси, включващи хормони, ендокринна система и метаболизъм.

От друга страна, за студенокръвни животни като змии, които нямат такива вътрешни системи, те трябва да разчитат на външната си среда, за да поддържат хомеостазата.

17- Хормони

В някои популации на малки бозайници като мишки и зайци, когато броят им се увеличава по някаква причина, пренаселеността създава увеличаващ се стрес, който уврежда щитовидната жлеза (което прави основни хормони) и голяма част от популацията просто умира от увреждане на ендокринната система или хормонален.

18- Терморегулация

В околната среда, когато атмосферните нива на въглероден диоксид се увеличат, растенията са в състояние да растат по-добре и по този начин да отстраняват повече въглероден диоксид от атмосферата.

Също така, оси и стършели се срещат в повечето среди от тропически дъждовни гори, пустини, субтропичен и умерен климат. Те са в състояние да оцелеят в толкова много различни условия, защото са в състояние да терморегулират себе си и гнездата си.

19- Рециклиране на вода в джунглата

Чрез система от хомеостаза тропическите гори запазват способността си да рециклират вода. Например басейнът на Амазонка е заобиколен на север от саваните и равнините на Венецуела, а на юг - от саваните на Бразилия.

Ако влагата от Атлантическия океан потече директно обратно, екосистемата на Амазонка би била само малка част от сегашния си размер.

Всъщност гигантските дървета от тропическите гори на Амазонка бързо изпомпват влагата в небето, така че тя пада обратно в джунглата като дъжд, като по този начин предотвратява оттичането на значителни количества вода в океана.

20- Корали и въглероден диоксид

Кораловите полипи използват въглероден диоксид, за да образуват своите черупки. Това помага да се намали количеството въглероден диоксид в океана и е един от начините, по които Земята се бори със замърсяването и работи за възстановяване на хомеостазата.

С по-малко корали океанът абсорбира по-малко въглероден диоксид, оставяйки повече в атмосферата.

Препратки

1. Благословение W. Долният мозъчен ствол и телесна хомеостаза (1997). Ню Йорк: Oxford University Press.
2. Cannon W. Мъдростта на тялото (1932). Ню Йорк: WW Norton.
3. Котас М, Меджитов Р. Хомеостаза, възпаление и чувствителност към болести (2015). Cell.
4. Riggs D. Теория на контрола и физиологични механизми за обратна връзка (1970). Балтимор: Уилямс и Уилкинс.
5. Теплюк Н. Близо до съвършената хомеостаза: примери за универсално правило за стареене, което зародишният отрасъл се избягва (2012). Списание за клетъчна биохимия.
6. Trefil J. Енциклопедия на науката и технологиите (2001). Ню Йорк: Тейлър и Франсис Книги.
7. Tyrrel A, Timmis J, Greensted A, Owens N. Evolvable хардуер, основна технология за хомеостаза (2007). Ню Йорк.