ГОМЕОСТАЗ: ПРИКЛАДИ, МЕХАНІЗМИ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Гомеостаз визначається як сукупність явищ ауторегуляції провідних до підтримки «записи» в хімічному складі і фізико - хімічних властивостей внутрішнього середовища організму.

Слово гомеостаз походить від грецького "oμoιo", що читається "homos" і що означає "подібний" або "подібний", і з суфіксу "στασισ", який читається "stasis", що означає "нерухомий", "постійний" або "стабільний".

Гомеостаз еритроцитів та гемоглобіну. commons.wikimedia.org

Термін не відноситься до внутрішньої рівноваги чи рівноваги, а скоріше до підтримання постійного стану, оскільки стан рівноваги чи рівноваги у живій істоті означає смерть. Цю сталість активно підтримує організм, незважаючи на зміни, які можуть виникнути у зовнішньому середовищі.

Фон

Клод Бернар (1813-1878) наприкінці 1870-х рр. Вперше посилався на сталість "millieu intérieur" (з французької внутрішньої середньої), який представляє те, що зараз відомо як позаклітинна рідина, в якій клітини організму занурені, завдяки чому вони зберігаються в живих.

Вивчення сталості внутрішнього середовища, визначеного Бернардом, - це те, що ми сьогодні знаємо як фізіологія. Слово "фізіологія" походить від грецьких слів "physis" (ϕυυsis) і "логотип" (λoyo), що означають "природа, спосіб буття, сутність або природний стан" і "те, що про щось сказано" відповідно .

Через багато років, приблизно в 1933 році, американський фізіолог Вальтер Кеннон був тим, хто ввів термін гомеостаз, щоб описати ті механізми, якими кожна жива істота повинна підтримувати умови своєї позаклітинної рідини постійними.

Прикладами деяких фізіологічно відповідних гомеостатичних функцій можуть бути підтримка артеріального тиску, температури тіла, концентрації глюкози в крові, рівня електролітів у плазмі крові тощо, які підтримуються в обмеженому діапазоні, незважаючи на великі відмінності між організмом і навколишнім середовищем.

Концепція гомеостазу

Гомеостаз - це здатність кожної багатоклітинної живої істоти підтримувати певні параметри або постійні умови у своєму внутрішньому середовищі, незалежно від того, наскільки різним є середовище, яке його оточує, і наскільки коливаються умови навколишнього середовища.

Це так зване "внутрішнє середовище" відповідає позаклітинній рідині, що міститься в міжтканинному просторі (між клітиною і клітиною тканини) та внутрішньосудинної рідини або рідини крові у тварин.

Гомеостаз - це одне з найважливіших понять у медицині та фізіології (тварин і рослин), оскільки всі живі організми потребують, щоб їх тіла функціонували в дуже вузькому діапазоні умов, а саме: pH, температура, концентрація іонів, кількість води, концентрація поживних речовин, серед іншого.

Деякі автори вважають, що "усі життєві механізми, якими б різноманітними не були, є єдиною метою збереження постійних умов життя у внутрішньому середовищі", тому гомеостаз визначає практично всі внутрішні функції істоти живий.

Збереження або підтримка внутрішніх умов можливе завдяки системі управління, яка працює за негативного або позитивного зворотного зв’язку (меншою мірою).

Ця система дозволяє, що при важливих змінах будь-якого з вищезазначених параметрів, ці зміни швидко «нейтралізуються», повертаючи організм до нормального стану.

Таким чином, гомеостаз складається із систем реагування організму на справлення з умовами навколишнього середовища та змінами, яким організм постійно піддається.

Гомеостатичні механізми

Гомеостаз досягається завдяки великій інтеграції багатьох систем організму організму.

Кеннон (1929) класифікує гомеостатичні механізми залежно від того, що регулюється, тобто від "боєприпасів" або "запасів", отриманих із зовнішнього середовища або від внутрішніх "процесів".

Гомеостаз глюкози в крові (Джерело: Christinelmiller через Wikimedia Commons)

Гомеостаз шляхом регулювання "боєприпасів" або "запасів"

Механізми гомеостазу шляхом регулювання запасів характеризуються:

- Зберігання з точки зору пристосування між моментами достатку чи голоду та потреби.

- Переповнення або виділення з організму, коли є "нестерпні надмірності"

Зберігання може бути двох типів, один тимчасовий та інший шляхом сегрегації. Тимчасове зберігання, відоме як "зберігання затоплення або переливу", відбувається "затопленням" міжтканинних тканин матеріалами, які потрапляли в достатку.

Зберігання шляхом "сегрегації", з іншого боку, пов'язане з включенням потрапляючого матеріалу всередину клітин або відносно "постійних" структур.

Таким чином, гомеостаз регулювання поставок передбачає зберігання запасів, коли є достатня кількість, щоб збільшити резерви, що стикаються з часом нестачі, або усуненням надмірностей, коли вони токсичні.

Гомеостаз методом регулювання процесу

Хоча більша частина гомеостатичної регуляції залежить від використання зовнішніх матеріалів або "запасів", є й інші, які значно очевидно залежать від зміни безперервних внутрішніх процесів,

Основними прикладами такого типу регулювання є підтримка нейтралітету та підтримка температури у гомеотермічних тварин (здатних внутрішньо регулювати температуру тіла).

Постулати гомеостатичного регулювання

Кеннон у 1925 р. Запропонував шість орієнтовних постулатів для опису фізіологічних факторів, відповідальних за підтримання внутрішньої "сталості" в організмі живої істоти:

1- У такій відкритій системі, як тіло тварини, яка складається з нестабільних матеріалів і які постійно зазнають змінних умов, "сталість" або гомеостаз є прямим доказом того, що існують системи, що працюють або готові функціонувати для підтримання зазначеного сталість.

2- Якщо організм або система організму підтримує гомеостаз, це лише тому, що будь-яка тенденція до "змін" автоматично "нейтралізується" підвищенням ефективності одного або декількох факторів, які протистоять змінам.

3- Будь-який фактор, який діє для підтримки гомеостазу дією в одному напрямку, не може діяти одночасно у зворотному напрямку.

4- Гомеостатичні агенти, які є антагоністами в одній області тіла, можуть співпрацювати або працювати разом в іншій області.

5- Регулююча система, що визначає гомеостатичний стан, може складатися з великої кількості факторів, які «активуються» одночасно або один за одним (послідовно).

6- Коли відомий фактор, який може змінити гомеостатичний стан в одному напрямку, розумно шукати автоматичне управління цим фактором або для факторів, які мають протилежний ефект.

Функції гомеостазу

Основна функція гомеостазу або гомеостатичних механізмів полягає у підтримці внутрішнього «балансу» в організмі живих організмів, особливо щодо таких параметрів, як температура (гомеотермічні тварини), концентрація іонів і води, споживання поживних речовин тощо.

Підтримка "постійних" внутрішніх умов у досить вузькому діапазоні і часто значно відрізняється від умов зовнішнього середовища чи середовища, має важливе значення для функціонування систем організму і, отже, для життя в саме тому, саме тому гомеостаз має важливе значення для всіх багатоклітинних живих істот.

Психологічний гомеостаз

Психологічний гомеостаз - це термін, який позначає психологічні чи поведінкові механізми, якими люди повинні збалансувати "почуття" потреби та задоволення, щоб підтримувати те, що кожна людина визнає чи сприймає як "нормальний стан".

Хоча механізми контролю чи регуляції психологічного гомеостазу значно відрізняються від механізмів, що характеризують фізіологічний гомеостаз, обидва процеси тісно пов'язані.

Психологічні гомеостатичні механізми мають багато разів стосуватися самозбереження, розвитку та розмноження, адаптації тощо.

Приклади гомеостазу в організмі людини

Деякі з прикладів гомеостазу - це підтримка внутрішньої температури тіла у людини, підтримка рівня глюкози, регуляція артеріального тиску або робота термостата.

- Гомеостаз у людини

1- Внутрішня температура тіла

Внутрішня температура тіла людини - прекрасний приклад гомеостазу. Коли людина здорова, температура тіла залишається 37º. Тіло може контролювати температуру, виробляючи або вивільняючи тепло.

2- Підтримання рівня глюкози

Глюкоза - це тип цукру, який міститься в крові, але організм повинен підтримувати адекватний рівень глюкози для того, щоб людина залишалася здоровою.

Коли рівень глюкози стає занадто високим, підшлункова залоза виділяє гормон, відомий як інсулін. Якщо ці рівні падають занадто низько, печінка знову перетворює глікоген у крові в глюкозу, підвищуючи рівень.

3- Функції лімфатичної системи

Коли бактерії або віруси, які можуть захворіти, потрапляють у ваш організм, лімфатична система відбивається назад, щоб допомогти зберегти гомеостаз, працюючи в боротьбі з інфекцією і переконуючись, що ви залишаєтесь здоровими.

4- Регуляція артеріального тиску

Підтримка здорового артеріального тиску є прикладом гомеостазу. Серце може виявити зміни артеріального тиску, змусивши його надсилати сигнали в мозок, який потім посилає сигнали, які підказують серцю, як реагувати.

Якщо артеріальний тиск занадто високий, природно серце повинно сповільнюватися; тоді як якщо він занадто низький, серце мусить битись.

5- Баланс кислот і основ

Організм людини містить хімічні речовини, відомі як кислоти та основи, і для їх оптимального функціонування необхідний належний баланс. Легені та нирки - це дві системи органів, які регулюють кислоти та основи всередині організму.

6- Рівень води

Більше половини відсотка маси тіла людини становить вода, а підтримка правильного балансу води є прикладом гомеостазу. Клітини, які містять занадто багато води, набухають і можуть навіть лопнути.

Клітини з занадто малою кількістю води можуть закінчитися скороченням. Ваш організм підтримує належний водний баланс, щоб не траплялося жодної з цих ситуацій.

7- Контроль кальцію

Регуляція рівня кальцію в організмі людини є прикладом гомеостазу. Коли рівень падає, паращитовидна залоза виділяє гормони. Якщо рівень кальцію стає занадто високим, щитовидна залоза допомагає фіксувати кальцій у кістках і знижує рівень кальцію в крові.

8- Фізичні вправи

Вправа змушує організм підтримувати гомеостаз, направляючи лактат у м’язи для отримання енергії.

З часом це також сигналізує мозку, що настав час припинити фізичні вправи, тому м’язи можуть отримати необхідний кисень.

9- Нервова система та дихання

Нервова система допомагає підтримувати гомеостаз в режимі дихання. Оскільки дихання мимовільне, нервова система забезпечує отримання організмом необхідного кисню при диханні.

10- сечовидільна система

Коли токсини потрапляють у вашу кров, вони порушують гомеостаз вашого організму. Тіло людини, однак, реагує, позбавляючи себе цих токсинів за допомогою використання сечовидільної системи.

Людина просто сечовипускає токсини та інші неприємні речі з крові, відновлюючи гомеостаз в організмі людини.

11- Підйом шкіри

Коли ви страждаєте цим почуттям «гусячих ударів», це пов’язано з процесом гомеостазу, який служить для зменшення кількості випромінюваної шкірою тепла. Це був дуже типовий процес у шкірі наших первісних предків, але він зберігався, незважаючи на втрату волосся на більшій частині тіла.

12- Тремтіння або тремтіння

Коли ми тремтіємо через холод, це тому, що мозок посилає сигнали для м’язів, щоб сказати нам, що рівень температури нижче, ніж рекомендований для нашого здоров’я. Тобто тремтіння м’яза - це спосіб протидіяти застуді.

13- Вазодиляція та звуження судин

Вазодилатація - це розширення кровоносних капілярів для охолодження крові та боротьби із зайвим теплом. Вазоконстрикція - навпаки, це звуження капілярів, щоб у холодних умовах зберігатись тепло крові.

- Технологічні гомеостатичні механізми та ін

11- Термостат

Термостати, що працюють, включаючи і вимикаючи обігрівачі або кондиціонери у відповідь на вихід датчика температури.

12- Регулятор швидкості

Крейсерський транспортний засіб, який регулює дросель автомобіля у відповідь на зміни швидкості.

13- Автопілот

Автопілот, який керує управліннями літака або судна у відповідь на відхилення від курсу або від попередньо встановленого заголовка компаса.

14- Контроль у галузях промисловості

Системи контролю технологічних процесів на хімічному заводі або нафтопереробному заводі, які підтримують рівень рідини, тиск, температуру, хімічний склад тощо. управління нагрівачами, насосами та клапанами.

15- регулятор парового двигуна

Відцентровий регулятор парової машини, який опускає дросельний клапан у відповідь на збільшення частоти обертів двигуна, або відкриває клапан, якщо частота обертання падає нижче заздалегідь заданої швидкості.

16- Діловий гомеостаз

Це стосується здатності компанії підтримувати стан рівноваги, протидіючи внутрішній і зовнішній турбулентності, поглинаючи контекстну різноманітність.

- Гомеостаз у тварин та навколишнього середовища

Для теплокровних тварин, таких як ссавці та птахи, гомеостаз - це сукупність внутрішніх процесів, що включають гормони, ендокринну систему та обмін речовин.

З іншого боку, для холоднокровних тварин, як змії, у яких немає такої внутрішньої системи, вони повинні покладатися на своє зовнішнє середовище, щоб підтримувати гомеостаз.

17- Гормони

У деяких популяціях дрібних ссавців, таких як миші та кролики, коли їхня кількість чомусь збільшується, перенаселення створює все більший стрес, який пошкоджує щитовидну залозу (яка робить необхідні гормони), і значна частина населення просто гине від ураження ендокринної системи або гормональний.

18- Терморегуляція

У навколишньому середовищі, коли атмосферні рівні вуглекислого газу збільшуються, рослини здатні краще рости і тим самим виводити з атмосфери більше вуглекислого газу.

Також оси та шершні зустрічаються в більшості середовищ із тропічних лісових дощів, пустель, субтропічного та помірного клімату. Вони здатні вижити в таких різних умовах, оскільки здатні терморегулювати себе та свої гнізда.

19- Переробка води в джунглях

Через систему гомеостазу тропічні ліси зберігають свою здатність переробляти воду. Наприклад, басейн Амазонки оточений на півночі саванами і рівнинами Венесуели, а на півдні - саванами Бразилії.

Якби волога з Атлантичного океану стікала прямо назад, екосистема Амазонки була б лише невеликою часткою її нинішніх розмірів.

Насправді гігантські дерева дощового лісу Амазонії швидко викачують вологу в небо, так що вона падає назад у джунглі як дощ, тим самим запобігаючи стіканню значної кількості води в океан.

20- Корали та вуглекислий газ

Коралові поліпи використовують вуглекислий газ для формування своїх оболонок. Це допомагає зменшити кількість вуглекислого газу в океані і є одним із способів, коли Земля бореться із забрудненням та працює над відновленням гомеостазу.

З меншою кількістю коралів океан поглинає менше вуглекислого газу, залишаючи більше в атмосфері.

Список літератури

1. Благословення В. Нижній стовбур головного мозку та тілесний гомеостаз (1997). Нью-Йорк: Оксфордський університетський прес.
2. Кеннон В. Мудрість тіла (1932). Нью-Йорк: WW Norton.
3. Котас М, Меджитов Р. Гомеостаз, запалення та сприйнятливість до хвороб (2015). Осередок.
4. Ріггс Д. Теорія контролю та фізіологічні механізми зворотного зв'язку (1970). Балтімор: Вільямс і Вілкінс.
5. Теплюк Н. Близький до досконалого гомеостаз: приклади універсального правила старіння, від якого проходить зародкова лінія (2012). Журнал клітинної біохімії.
6. Трефіл Дж. Енциклопедія науки і техніки (2001). Нью-Йорк: Тейлор і Френсіс Книги.
7. Tyrrel A, Timmis J, Greensted A, Owens N. Evolvable hardware, фундаментальна технологія гомеостазу (2007). Нью-Йорк.