Стабилен баланс на вътрешната среда на тялото. Концепцията за хомеостаза

Прието
Всеруски образователен и методически център
за продължаващо медицинско и фармацевтично обучение
Министерство на здравеопазването на Руската федерация
като учебник за студенти по медицина

Основната цел, която минава през всички глави на учебника, който четете, колега, е да се формира представата за болестта като нарушение на хомеостазата.

Способността на тялото, въпреки доста честите патогенни ефекти на неблагоприятните вредни фактори върху тялото, да поддържа стабилно здравословно състояние е известна от древни времена. Още Хипократ е знаел, че болестите могат да бъдат излекувани от естествените сили на природата „vis medicas nature“. Сега това явление от природата на живите организми се нарича хомеостаза. По този начин терминът хомеостаза в общия си вид означава устойчивостта на организма към вредните влияния на околната среда.

Реакциите, осигуряващи хомеостаза, са насочени към поддържане на стабилно (постоянно) неравновесно състояние на вътрешната среда, т.е. известни нива на състояние чрез координиране на сложни процеси за елиминиране или ограничаване на действието на вредните фактори, за развиване или поддържане на оптимални форми на взаимодействие между тялото и околната среда.

29.1. Реактивност

Промените в реактивността са насочени към противодействие на вредното влияние на околната среда и са предимно защитни (адаптивни), т.е. адаптивен характер. Хомеостазата се поддържа на ново ниво на изразяване на резистентни механизми.

По този начин терминът реактивност в неговата обща форма обозначава механизма на резистентност (резистентност) на организма към вредни влияния на околната среда, т.е. механизъм за поддържане на хомеостазата.

Общата форма на реактивност е биологичната (видова) реактивност. Тя от своя страна се дели на групова и индивидуална реактивност.

Биологична реактивност - промени в жизнената активност със защитно-адаптивен характер, които възникват под въздействието на нормални (адекватни) дразнения на околната среда за всеки вид животно. Тя е генетично фиксирана и насочена към запазване както на вида (хора, птици, риби) като цяло, така и на всеки индивид поотделно. Чарлз Дарвин: „Еволюционният механизъм на променливостта е целенасочен (телеологичен) за увеличаване на оцеляването.“

Примери: сложна рефлексна дейност на пчелите, сезонни миграции на птици, риби, сезонни промени в жизнената активност на животните (хибернация на гофери, мечки и др.).

Характеризирайки основите на учението за хомеостазата, видният руски патофизиолог И.Д.

Променена реактивност възниква, когато тялото е изложено на патогенни фактори на околната среда. Като цяло се характеризира с:

намалени адаптивни реакции;
но в същото време по време на заболяване се засилват редица реакции за защита на организма от този вреден фактор и от последствията от причинените от него увреждания (треска, изпотяване, повишено кръвно налягане, производство на антитела, възпаление, и т.н.).

Как, от гледна точка на доктрината за хомеостазата, трябва да се държи тялото в случаи на излагане на фактори на околната среда, които надхвърлят „нормата“, тоест вредни? Възстановяването на нормалните свойства на вътрешната среда е резултат от повишаване на функционалната активност, краткосрочно (тахикардия, тахипнея, изпотяване) или дългосрочно, например заместващо повишаване на активността на потните жлези при бъбречна недостатъчност ; (треска, производство на Т-лимфоцити убийци); в същото време патогенното начало може да наруши координацията на механизмите за поддържане на постоянството на вътрешната среда, което ще бъде придружено от намаляване на адаптивните реакции на тялото.

Нека обобщим нашите мисли: хомеостазата е по-широко понятие от реактивността. Различни видове реактивност са механизъм на хомеостаза. Това води до фундаментално заключение: хомеостазата не означава само поддържане на постоянство или оптимално възстановяване и адаптиране към условията на околната среда. Самото заболяване по своята биологична същност също представлява проблем на хомеостазата, нарушаване на нейните механизми и пътища за възстановяване. Заболяването е нарушена хомеостаза.

Така че е препоръчително да изучавате и познавате раздела „реактивност“ от позицията на хомеостазата. Ще прочетете за реактивността в учебника на A.D. Ado и съавторите, а аз ще ви разкажа по-нататък за хомеостазата. В същото време трябва ясно да разберете, че различните видове реактивност могат да поддържат хомеостазата до определени граници и са обект на изучаване на традиционната медицина. При променени условия на околната среда физиологичните механизми на хомеостазата се провалят, възникват екологични заболявания (рак, алергии, наследствени патологии), заплаха, която може да бъде предотвратена само от гледна точка на екологичната медицина. Целта му е да идентифицира вреден фактор на околната среда, да разработи мерки за превенция и лечение на неблагоприятните му ефекти на ниво население.

29.2. Хомеостаза, нейният механизъм и значение. Исторически основи на учението за хомеостазата

Преди почти 100 години изключителният френски учен Клод Бернар за първи път повдигна въпроса за значението на хомеостазата (въпреки че самият термин беше въведен по-късно от американския учен У. Кенън). Като непримирим противник на витализма (духовния импулс в произхода на живота), С. Бернар се придържа към материалистичните възгледи. Според него всички прояви на живота са причинени от конфликт между предишните сили на тялото (конституцията) и влиянието на външната среда.

Може би тук се крие и вечността на проблема „бащи и синове”, конфликтът между възгледите, традициите отпреди 25-35 години (младостта на бащите) и новите възгледи, продиктувани от настоящия живот, които лесно се усвояват от младостта и критично възприемани от бащите?

Връщайки се към концепцията на C. Bernard. Самият конфликт между конституцията и околната среда се разкрива под формата на два вида явления: синтез и разпад. На основата на тези два противоположни процеса се създава адаптацията на организмите към условията на околната среда или адаптацията, която е хармонична връзка между организма и околната среда.

29.2.1. Форми на живот според К. Бернар

К. Бернар вярва, че влиянието на външната среда е довело до формирането на 3 форми на живот:

Латентен - животът не изглежда външно, пълно потискане на метаболизма (цисти в червеи, спори в растения, суха мая);
Осцилиращи - в зависимост от средата. Това е характерно за безгръбначните и студенокръвните гръбначни (жаби, змии), някои видове топлокръвни животни, които влизат в състояние на зимен сън (хибернация). По това време те са малко чувствителни към кислороден глад, наранявания и инфекции. В момента изкуственото охлаждане се използва и при хора по време на сложни сърдечни операции. Предпоставка за благоприятно излизане от хибернация е предварителното натрупване на хранителни вещества в тялото;
Постоянен или свободен живот - тази форма на живот е характерна за животни с висока организация, чийто живот не спира дори при внезапни промени в условията на околната среда. Следователно тези форми на живот са еволюционно по-прогресивни и са станали доминиращи на Земята.

29.2.1.1. Две среди на тялото

Органите и тъканите функционират приблизително по същия начин, без значителни промени в нивото на тяхната активност. Това се дължи на факта, че вътрешната среда (кръв, лимфа, междуклетъчна течност), заобикаляща органите и тъканите, не се променя.

К. Бернар пише, че тялото създава своя собствена неизменна среда, въпреки променящите се условия на външната среда. В резултат на това тялото живее като в оранжерия, оставайки свободно и независимо.

По този начин всяко високо организирано животно има две среди: външна (екологични взаимодействия), в която се намира организмът, и вътрешна, в която живеят тъканни елементи. Обобщавайки, можем да кажем, че хомеостазата, т.е. постоянството на вътрешната среда е условие за свободен и независим живот.

29.2.1.2. Значението на резервите в организма за хомеостазата

Храненето на физиологичните механизми на хомеостазата не е пряко, а се осъществява чрез изразходване на резерви. Можем да кажем, че ядем не това, което току-що сме взели, а това, което сме яли преди (вчера). Следователно приетата храна трябва да се асимилира и след това тялото я консумира. Значението на резервите за хомеостазата по-късно беше показано в писанията на Кенън. Тялото има запаси от въглехидрати (гликоген) и мазнини. Енергията се съхранява под формата на ATP, GTP. Стойността на тези енергийни запаси е изключително висока, т.к стабилното неравновесие като уникална характеристика на биологичната система е възможно само при условие на постоянни енергийни разходи.

Обобщавайки резултатите от работата, C. Bernard пише, че в латентния живот едно същество е напълно подчинено на влиянието на външната среда. При осцилиращи - периодично зависи от околната среда. В постоянния живот едно същество изглежда свободно и неговите проявления се формират и направляват от вътрешни жизнени процеси. Това понятие обаче не е адекватно на самостоятелния „жизнен принцип”, към който виталистите прибягват, за да обяснят същността на живота.

29.3. По-нататъшно развитие на учението за хомеостазата

К. Бернар особено подчертава, че независимостта на проявите на вътрешния живот е илюзорна. Напротив, в механизмите на постоянен или свободен живот връзката между вътрешната и външната среда е най-тясна и очевидна.

В същото време К. Бернар, разчитайки на своята доктрина за постоянството на реакциите на тялото, вярваше, че тя придобива независимост от външни превратности и не признаваше учението на Чарлз Дарвин. Известно е, че великият англичанин поставя влиянието на външната среда върху тялото начело на своето учение. Променените организми, които придобиха по-напреднали механизми за адаптация, оцеляха и се адаптираха. Други бяха безмилостно унищожени от природата. Американският физиолог Кенън помири тези две противоположни гледни точки.

Кенън Уилямс (1871-1945) е изключителен физиолог на нашия век, основател на учението за хомеостазата като саморегулиране на постоянството на вътрешната среда на тялото. Влиянието на това учение не се ограничава само до физиологията и става основно за цялата медицина. Значението на учението за хомеостазата за патофизиологията, която изучава теоретичните основи на болестта, налага да се спрем по-подробно на този важен крайъгълен камък в развитието на медицинската наука. „Чудото на биологията е удивителната способност на живия организъм да поддържа постоянството на своите реакции и това въпреки крехкостта на компонентите, които го съставят.“

Как Кенън успява да комбинира експериментален и еволюционен начин на мислене? Той успя да направи това въз основа на позицията на телеологията - целесъобразността на всичко живо. Той изложи идеята, че поддържането на постоянна вътрешна среда прави тялото по-устойчиво на промени във външната среда, т.е. запазва оцеляването на тялото. Просто казано, еволюционно придобитото свойство на хомеостазата във висшите организми им позволява бързо да се адаптират към промените във външната среда.

Кенън разглежда организма като цяло като активна саморегулираща се система. Основен обект на саморегулация е вътрешната среда - кръв, лимфа, междуклетъчна течност.

Основният механизъм на хомеостазата е реактивността. Кенън смята симпатико-надбъбречната система за основен двигател. В хода на историческото познание за природата на тялото нервните и хуморалните фактори се превърнаха в обект на специален анализ. Явленията, които са неразделни в живия организъм, се оказаха изкуствено разграничени.

29.4. Регулаторната роля на нервната и ендокринната (SAS, OSA) системи за поддържане на постоянството на вътрешната среда, т.е. хомеостаза

Кенън в книгата си "Мъдростта на тялото" обсъжда ролята на симпатиковата нервна система в хомеостазата. Той счита симпатиковия отдел на нервната система за основен фактор за спешна мобилизация на защитните сили на тялото за възстановяване на нарушеното равновесие. Най-общо можем да кажем, че скоростта на реакция (секунди) за спешно преструктуриране се осигурява именно от нервната система.

Л. А. Орбели, нашият изключителен физиолог, установи адаптивно-трофичната роля на нервната система, чиято същност е, че симпатиковата нервна система променя функционалната готовност на органите в съответствие с условията на съществуване на организма. Например, дразненето на симпатиковата нервна система възстановява работата на уморените скелетни мускули. Всъщност той постави основите на доктрината за допинга. Основна роля в този случай принадлежи на ретикуларната формация (мрежовидна формация) на мозъчния ствол - централната част на SAS.

Хормоналните влияния са предназначени за по-дълъг период на преструктуриране на тялото (минути, часове). Кенън свързва „симпатичен“ и „надбъбречен“ с тире, предназначен да отразява концепцията за системния, единен характер на функционирането на специален, интегрален механизъм - SAS, чиято цел е да осигури хомеостаза.

По-нататъшното развитие на идеите за възникването на болестта като патология на регулаторните системи на организма се свързва с името на канадския физиолог Ханс Селие, директор на Института по експериментална хирургия и медицина в Монреал, автор на едно от най-големите открития в биологията на 20 век - феноменът на стреса.

Развитието на медицината през 19 век води до идеята, че всяка болест трябва да има своя причина.

Например, характерният синдром на морбили или дифтерия може да бъде причинен само от специфичен организъм (микроорганизъм). Но има толкова малко специфични признаци, по които се поставя диагнозата.

За разлика от това, G. Selye формира концепцията за „синдрома на болестта като цяло“. Той стигна до идеята за това през студентските си години. Много по-късно той постави в тази концепция неспецифичността на монотонната реакция на системата хипоталамус-хипофиза-надбъбречна кора, която се забелязва при действието на всеки увреждащ агент.

Той нарече тази реакция „общ адаптационен синдром“ (GAS), насочен към поддържане на хомеостазата на тялото. Ето как G. Selye описва своите идеи за OSA: „Човек трябваше да разбере, че във всички случаи, когато е изправен пред дълга или необичайно трудна задача - било то плуване в студена вода, вдигане на тежки камъни или гладуване - той преминава през 3 етапа: отначало той усеща трудността, след това свиква с нея и накрая вече не може да се справи с нея. Той не мисли за това като за общ закон, регулиращ поведението на животинските същества в особено стресови условия необходимостта да намери храна и подслон не му позволява да мисли за понятия като хомеостаза (поддържане на постоянна вътрешна среда) или биологичен стрес.

G. Selye показа, че на различни агенти: хирургическа травма, изгаряния, болка, унижение, интоксикация, житейски обстоятелства на бизнесмен, спортист и много други, тялото реагира със стереотипна форма на биохимични, функционални и структурни промени. За реакцията на стрес не е важно дали е причинена от приятен или неприятен агент. Основното тук е интензивността на търсенето на тялото, което стресовият агент ще създаде.

Механизмът на тази неспецифична реакция се основава на възбуждането на системата хипоталамус-хифиза-надбъбречна кора и SAS. Възникващите невро-ендокринни импулси допринасят за стартирането на защитните сили на организма. Това допринася за рязко повишаване на хомеостатичните възможности на организма. Дългосрочните проучвания на G. Selye показват, че при всяко заболяване специфичните му прояви се наслагват върху неспецифични реакции, причинени от системата хипоталамус-хипофиза-надбъбречна кора. Това е причината за широкото използване на стероиди в медицинската практика.

29.5. Ролята на биомембраните в механизмите за поддържане на хомеостазата

В. Кенън и К. Бернард считат течната част на тялото, която включва кръв, лимфа и интерстициална течност, за основа на вътрешната среда. Кръвта обаче не влиза в пряк контакт с тъканните клетки. Както беше показано за първи път от местния изследовател L.S. Stern, между кръвта и тъканта има така наречените хисто-хематични бариери, чиято основа са биологични мембрани (BBB, хемато-офталмологични, плацентарни и други бариери).

В допълнение към разделителната функция има и друга важна функция на мембраните в хомеостазата - това е рецепторната функция на клетъчните мембрани. Той играе решаваща роля при предоставянето на обратна връзка. Под обратна връзка се разбира влиянието на изходния сигнал върху входа – управляващата част на системата. Отрицателната обратна връзка води до намаляване на влиянието на входното влияние върху големината на изходния сигнал. Например, повишаването на концентрацията на тиреоидни хормони Т3 и Т4 в кръвта води до намаляване на нивото на соматостатин в хипоталамуса и инхибиране на производството на тироид-стимулиращ хормон в хипофизната жлеза.

Положителната обратна връзка води до увеличаване на ефекта на изходния сигнал. Например, преходът от остро към хронично възпаление възниква, когато конформацията и антигенните свойства на собствените протеини се променят - образуването на автоантигени. Последните предизвикват повишено образуване на автоантитела, а имунният конфликт подпомага възпалителния отговор. Ако отрицателната обратна връзка обикновено помага да се възстанови първоначалното състояние, тогава положителната обратна връзка по-често го отвежда от това състояние. В резултат на това не настъпва корекция, което може да предизвика „порочен кръг“, добре познат на патофизиолозите и клиницистите (пример за патогенезата на хронично възпаление, автоалергии).

29.6. Хомеостаза и норма

В една от първите си работи върху хомеостазата Кенън ни напомня, че животните са отворени системи с много връзки с околната среда. Тези връзки се осъществяват чрез дихателните и храносмилателните пътища, повърхността на кожата, рецепторите, нервно-мускулните органи и костните лостове. Промените в околната среда пряко или косвено засягат тези системи. Тези ефекти обаче обикновено не са придружени от големи отклонения от нормата и не причиняват сериозни смущения във физиологичните процеси поради факта, че автоматичната регулация ограничава колебанията, които се случват в тялото в определените граници на „нормата“.

От гледна точка на хомеостазата е дадено най-изчерпателното определение на „нормално“. Нормата е символ на стабилния дисбаланс на тялото, отделните му органи и тъкани във външната среда. Вижда се, че това определение отчита индивидуалните характеристики. Например, стабилно състояние може да бъде със систолично кръвно налягане от 120 mm Hg. (за един индивид това е норма) и с кръвно налягане 140 (за друг това също е норма). Можете да използвате аналогията с платно и рул на кораб. Има ли нормална позиция за тях? Не, защото нормата е изменението, което осигурява движението на даден кораб. Например, реакции на имунната система под въздействието на "вятъра" на антигенни влияния (R.V. Петрова).

Това относително постоянство може да се обозначи с термина равновесие, използван при описанието на прости физикохимични процеси. Въпреки това, в един сложен жив организъм, в допълнение към процесите на балансиране, обикновено се включват взаимодействие и интегративно сътрудничество на редица органи и системи. Така например, когато се създадат условия, които променят състава на кръвта или причиняват смущения в дихателните функции (кръвоизлив, пневмония), бързо реагират мозъкът, нервите, сърцето, бъбреците, белите дробове, далака и др. За обозначаване на такива явления терминът „равновесие” е недостатъчен, т.к не включва сложен и специфичен процес на координация. За неговото най-бързо и стабилно позициониране е необходимо наличието на контрарегулаторни системи, чиято цел е цялостната стабилност на вътрешната среда.

Именно за тези състояния и процеси, които осигуряват стабилността на тялото, Кенън предлага термина хомеостаза. Думата „хомео“ не означава фиксирана идентичност „същият“, а по-скоро прилика, подобие.

По този начин хомеостазата не означава простото постоянство на физикохимичните свойства на вътрешната среда. Този термин включва и физиологични механизми, които осигуряват стабилността на живите същества (т.е. процеси на реактивност). Хомеостазата е активна саморегулация на постоянството на вътрешната среда.

29.7. Хомеостаза и адаптация

По същество феноменът на адаптацията се основава на хомеостазата. Тези. тялото се адаптира (адаптира) към променящите се условия на околната среда, използвайки определени механизми за хомеостаза.

Компенсацията е скрита патология, разкрита от функционално натоварване (заболяването на аортната клапа се компенсира от хипертрофия на миокарда. Клиничните му прояви се разкриват при повишена физическа активност).

29.7.1. Видове адаптация

Има краткосрочни и дългосрочни адаптации:

Когато има краткотрайно отклонение от нормалните граници при излагане на условия на околната среда, тялото реагира с краткотрайна промяна във функционалната активност (бягането причинява тахикардия и тахипнея);
При продължителна или многократна експозиция могат да настъпят по-трайни или дори структурни промени:
1. повишена физическа активност и обем на мускулите, хипертрофия на бременната матка, костна структура поради неправилна захапка;
2. Когато някой орган е увреден, се активират механизми за компенсация. Например, заместваща (заместваща, компенсаторна) връзка на други системи на тялото: загубата на кръв причинява тахикардия, тахипнея, напускане на кръвта от депото, повишена хемопоеза).

В медицинската практика адаптацията означава точно тази форма на адаптация, която ще се създаде в необичайните условия на съществуване на организма. Трябва още веднъж да се подчертае, че всеки тип адаптация ще бъде създаден на базата на вече съществуващи механизми за хомеостаза.

29.8. Нива на регулация на хомеостазата

От гледна точка на хомеостазата тялото е саморегулираща се система. Има 3 нива на регулиране:

Долният определя постоянството на физиологичните константи и има автономност (поддържа рН, P osm).
Среден, определя адаптивните реакции при промяна на вътрешната среда на тялото. Регулира се от невро-ендокринната система.
Най-високото определя адаптивните реакции, съзнателното поведение в отговор на промените във външната среда. Според сигнали от външния свят се променят вегетативните функции и съзнателното поведение на тялото. Регулира се от централната нервна система и нейната външна част – кората на главния мозък.

И. П. Павлов пише: „Мозъчните полукълба са орган на живия организъм, който е специализиран да осъществява все по-съвършено балансиране на организма с външната среда.

Кората на главния мозък е еволюционно най-младият, но същевременно най-сложният регулаторен орган. Това в никакъв случай не означава, че мозъчната кора непрекъснато пречи на всички процеси в тялото. Неговата цел, неговата задача е да поддържа връзката на тялото с външната среда, главно социалните отношения. Това осигурява на висшите животни водеща позиция в животинското царство.

Голямата заслуга на руския физиолог И. П. Павлов е разработването на методи за изследване на свободното поведение и интелектуалната сфера на тялото. Той обоснова използването на метода на условните рефлекси за тази цел и показа, че съзнателната дейност на кората на главния мозък до голяма степен се изгражда на принципа на адаптивните условни рефлекси. И. П. Павлов трансформира концепцията за рефлекс от истински, автоматичен, който е в основата на хомеостазата, в условен рефлекс, който определя механизмите на „жизнените срещи на организма с околната среда“, основата на социалната хомеостаза.

Изключително важно е да се разбере, че еволюцията на животните е продиктувана не само от желанието да се поддържа стабилността на неравновесно състояние чрез хомеостаза с истински автоматични рефлекси, тя непрекъснато се свързва с активността на свободното поведение (нехомеостатична висша нервна система активност с условни рефлекси), поддържайки този дисбаланс като отличителна черта на живите системи.

Хомеостазата, поддържана автоматично поради активността на SAS, отваря пространство за висши форми на нервна дейност, освобождавайки мозъчната кора за това. Тези. Кенън показа, че хомеостатичните механизми съществуват автономно, независимо от контрола на съзнанието, поддържайки го свободно за интелектуална дейност. По този начин, освобождавайки съзнанието от регулирането на телесните процеси, ние чрез мозъчната кора установяваме интелектуална връзка с външния свят, анализираме опита, занимаваме се с наука, технологии и изкуство, общуваме с приятели, отглеждаме деца, изразяваме съчувствие и т.н. „С една дума, ние се държим като човешки същества“, пише Кенън.

Във връзка с това тялото, според Кенън, се оказва „мъдро“ (заглавието на книгата), тъй като всяка секунда поддържа стабилността на голям организъм без намесата на ума, отваряйки пространства безплатно поведение.

Завършвайки темата за ролята на хомеостазата в изучаването на физиологията на болен организъм, бих искал да кажа, че основната посока на вашето обучение в старшите клинични отдели и бъдещата медицинска практика трябва да бъде съзнателното възстановяване на способността на тялото на пациента да независимо поддържат хомеостазата в безопасна за околната среда среда.

Хомеостазата е саморегулиращ се процес, при който всички биологични системи се стремят да поддържат стабилност през периода на адаптация към определени условия, които са оптимални за оцеляване. Всяка система, намираща се в динамично равновесие, се стреми да постигне стабилно състояние, което да устои на външни фактори и стимули.

Концепцията за хомеостаза

Всички системи на тялото трябва да работят заедно, за да поддържат правилна хомеостаза в тялото. Хомеостазата е регулиране на показатели в организма като температура, водно съдържание и нива на въглероден диоксид. Например диабетът е състояние, при което тялото не може да регулира нивата на кръвната захар.

Хомеостазата е термин, който се използва както за описание на съществуването на организми в дадена екосистема, така и за описание на успешното функциониране на клетките в даден организъм. Организмите и популациите могат да поддържат хомеостаза чрез поддържане на стабилни нива на плодовитост и смъртност.

Обратна връзка

Обратната връзка е процес, който възниква, когато системите на тялото трябва да бъдат забавени или напълно спрени. Когато човек се храни, храната влиза в стомаха и започва храносмилането. Стомахът не трябва да работи между храненията. Храносмилателната система работи с поредица от хормони и нервни импулси, за да спре и започне производството на киселинна секреция в стомаха.

Друг пример за отрицателна обратна връзка може да се наблюдава при повишена телесна температура. Регулирането на хомеостазата се проявява чрез изпотяване, защитната реакция на тялото към прегряване. Така повишаването на температурата спира и проблемът с прегряването се неутрализира. В случай на хипотермия тялото също така осигурява редица мерки, предприети, за да се затопли.

Поддържане на вътрешен баланс

Хомеостазата може да се дефинира като свойство на организъм или система, което му помага да поддържа дадени параметри в нормален диапазон от стойности. Това е ключът към живота и неправилният баланс в поддържането на хомеостазата може да доведе до заболявания като хипертония и диабет.

Хомеостазата е ключов елемент в разбирането как функционира човешкото тяло. Тази формална дефиниция характеризира система, която регулира вътрешната си среда и се стреми да поддържа стабилността и редовността на всички процеси, протичащи в тялото.

Хомеостатична регулация: телесна температура

Контролът на телесната температура при хората е добър пример за хомеостаза в една биологична система. Когато човек е здрав, телесната му температура се движи около +37°C, но различни фактори могат да повлияят на тази стойност, включително хормони, скорост на метаболизма и различни заболявания, които причиняват треска.

В тялото регулирането на температурата се контролира от част от мозъка, наречена хипоталамус. Чрез кръвния поток към мозъка се изпращат температурни сигнали, както и анализ на резултатите от данните за дихателната честота, кръвната захар и метаболизма. Загубата на топлина в човешкото тяло също допринася за намалената активност.

Водно-солев баланс

Колкото и вода да изпие човек, тялото не се надува като балон, нито се свива като стафида, ако човек пие много малко. Вероятно някой поне веднъж се е замислял над това. По един или друг начин, тялото знае колко течност трябва да се задържи, за да поддържа желаното ниво.

Концентрацията на сол и глюкоза (захар) в тялото се поддържа на постоянно ниво (при липса на отрицателни фактори), количеството кръв в тялото е около 5 литра.

Регулиране нивата на кръвната захар

Глюкозата е вид захар, открита в кръвта. Човешкото тяло трябва да поддържа подходящи нива на глюкоза, за да може човек да остане здрав. Когато нивата на глюкозата станат твърде високи, панкреасът произвежда хормона инсулин.

Ако нивата на кръвната захар паднат твърде ниско, черният дроб преобразува гликогена в кръвта, като по този начин повишава нивата на захарта. Когато патогенни бактерии или вируси навлязат в тялото, то започва да се бори с инфекцията, преди патогенните елементи да доведат до някакви здравословни проблеми.

Кръвното налягане под контрол

Поддържането на здравословно кръвно налягане също е пример за хомеостаза. Сърцето може да усети промени в кръвното налягане и да изпрати сигнали до мозъка за обработка. След това мозъкът изпраща сигнал обратно към сърцето с инструкции как да реагира правилно. Ако кръвното ви налягане е твърде високо, то трябва да се понижи.

Как се постига хомеостаза?

Как човешкото тяло регулира всички системи и органи и компенсира промените в околната среда? Това се дължи на наличието на много естествени сензори, които следят температурата, солния състав на кръвта, кръвното налягане и много други параметри. Тези детектори изпращат сигнали до мозъка, главния контролен център, ако определени стойности се отклоняват от нормата. След това се предприемат компенсаторни мерки за възстановяване на нормалното състояние.

Поддържането на хомеостазата е изключително важно за тялото. Човешкото тяло съдържа определено количество химикали, известни като киселини и основи, правилният баланс на които е необходим за оптималното функциониране на всички органи и системи на тялото. Нивото на калций в кръвта трябва да се поддържа на правилното ниво. Тъй като дишането е неволно, нервната система гарантира, че тялото получава така необходимия кислород. Когато токсините навлязат в кръвта ви, те нарушават хомеостазата на тялото. Човешкото тяло реагира на това нарушение чрез пикочната система.

Важно е да се подчертае, че хомеостазата на тялото работи автоматично, ако системата функционира нормално. Например реакция на топлина - кожата се зачервява, защото малките й кръвоносни съдове автоматично се разширяват. Треперенето е реакция на охлаждане. По този начин хомеостазата не е сбор от органи, а синтез и баланс на телесни функции. Заедно това ви позволява да поддържате цялото тяло в стабилно състояние.

Вътрешна среда на тялото- колекция от телесни течности, разположени вътре в него, обикновено в определени резервоари и природни условия и никога в контакт с външната среда. Терминът е предложен от френския физиолог Клод Бернар.
Клетките могат да функционират само в течна среда. Кръвта, тъканната течност и лимфата образуват вътрешната среда на тялото. Основата на вътрешната среда на тялото е кръвта, която доставя кислород и хранителни вещества на клетките и премахва метаболитните продукти. Кръвта обаче не влиза в пряк контакт с клетките на тялото. В тъканите част от кръвната плазма напуска кръвоносните капиляри и се превръща в тъканна течност. Излишната тъканна течност се абсорбира от лимфните капиляри и се връща обратно в кръвта под формата на лимфа през лимфните съдове. По този начин кръвта, тъканната течност и лимфата директно циркулират в тялото, осигурявайки обмена на вещества между клетките на тялото и околната среда. Учени от много страни по света се опитаха да открият природата на механизмите, които поддържат постоянството на вътрешната среда на хората и висшите животни.

Съвкупността от фактори и механизми, които осигуряват това постоянство, се нарича хомеостаза. Хомеостаза– способността на биологичните системи да устояват на промените и да поддържат динамичното постоянство на състава и свойствата на организма.

Хомеостазата е относително динамично постоянство на вътрешната среда на тялото, което осигурява стабилността на основните му физиологични функции.

Клод Бернар (1878) – формулиране на концепцията за хомеостазата.

Уолтър Кенън въвежда термина хомеостаза, неговата хипотеза - отделните части на тялото са стабилни, тъй като вътрешната среда около тях е стабилна.

Жив организъм– отворена саморегулираща се система, която се развива в тясно взаимодействие с околната среда. Промените в околната среда пряко или косвено засягат компонентите, като предизвикват съответните промени в тях.

Благодарение на механизмите за саморегулация, тези промени се случват в рамките на нормалната реакция и не причиняват сериозни нарушения на физиологичните функции.

Нарушаването на регулаторните механизми води до нарушаване на компенсаторните възможности на организма, намаляване на устойчивостта му към постоянно променящите се условия на околната среда, нарушаване на условията на хомеостаза и развитие на патологии.

Механизмите на хомеостазата трябва да са насочени към поддържане на нивото на стабилно състояние, координиране на процесите за елиминиране или ограничаване на влиянието на вредните фактори, оптимално взаимодействие между тялото и околната среда при променени условия на съществуване.

Компоненти на хомеостазата:

 Компоненти, които осигуряват клетъчните нужди:протеини, мазнини, въглехидрати; неорганични вещества; вода, кислород, вътрешна секреция.

 Компоненти, влияещи върху клетъчната активност:осмотично налягане, температура, концентрация на водородни йони.

Видове хомеостаза:

 Генетична хомеостаза . Генотипът на зиготата, когато взаимодейства с факторите на околната среда, определя целия комплекс от променливост на организма, неговата адаптивна способност, тоест хомеостаза. Тялото реагира на промените в условията на околната среда специфично, в границите на наследствено определена норма на реакция. Постоянството на генетичната хомеостаза се поддържа на базата на матрични синтези, а стабилността на генетичния материал се осигурява от редица механизми (виж мутагенеза).

 Структурна хомеостаза. Поддържане на постоянството на състава и целостта на морфологичната организация на клетките и тъканите. Многофункционалността на клетките повишава компактността и надеждността на цялата система, увеличавайки нейния потенциал. Формирането на клетъчни функции става чрез регенерация.

Регенерация:

1. Клетъчно (пряко и непряко делене)

2. Вътреклетъчен (молекулен, интраорганоиден, органоиден)

 Физико-химична хомеостаза.

Газова хомеостаза: концентрацията на кислород и въглероден диоксид в тялото се осигурява от външната дихателна система. Фактори, регулиращи външното дишане: минутен обем на дишане на алвеоларен въздух, в зависимост от активността на дихателния център; съдържание на газ в кръвта и белодробните капиляри; дифузия на газовете през мембраната на кръвните клетки, равномерен белодробен кръвен поток и адекватна вентилация.

Киселинно-базов баланс на тялото: pH на кръвта = 7,32-7,45, съотношението на водородните и хидроксилните йони зависи от съдържанието на киселини, които действат като донори на протони, и амфотерни основи, които са акцептори. Регулирането му се осигурява от буферни системи, тъканни протеини и колагенова субстанция на съединителната тъкан, която е способна да адсорбира киселини.

Осмотични свойства на кръвта: осмотичното налягане на кръвта зависи от концентрацията на разтвора и температурата, но не зависи от природата на разтвореното вещество и разтворителя. Постоянността на осмотичните свойства на кръвта се осигурява от водния баланс. Водният баланс на организма се поддържа от механизми за доставка на вода и соли. Преразпределение на вода и соли между клетките и вътреклетъчните органели, освобождаване на вода и соли в околната среда. Основата за интегрирането на цялата физикохимична хомеостаза е невроендокринната регулация.

 Физиологична хомеостаза.

Топлинна хомеостаза: поддържане на топлинното съдържание. Важно условие за топлинния баланс е движението на средата, която измива тялото и неговите части, при което се извършва топлообмен; регулирането на топлоизолацията се осигурява от потока на топла кръв от дълбоките области на тялото към неговата повърхност

Система за хемостаза: активиране на системата за коагулация на кръвта, необходимото ниво на кръвни клетки, възстановяване на свойствата на съдовата стена.

Биохимична хомеостаза: поддържане на нивото на метаболитни процеси, по-специално анаболизъм и катаболизъм, балансът на процесите на синтез и разпад се осъществява чрез промяна на активността на ензимите, скоростта на ензимните реакции, индуциране на биосинтеза на протеини и ензими и регулиране на скоростта разпадане на биологично активни вещества.

 Имунологична хомеостаза.

Имунната система защитава организма от екзогенни субстанции, инфекциозни агенти, носещи генетично чужда информация, както и от патологично изменени клетки. Разпознаване – унищожаване – елиминиране. Централните органи на имунната система са костният мозък и тимусът. Периферни органи - далак и лимфоидна тъкан. Костният мозък произвежда стимулатор на производителите на антитела, който активира системата от В-лимфоцити, които осигуряват хуморалния компонент на имунитета, а тимусът произвежда тимозин, който активира производството на Т-лимфоцити. Поддържането на имунологична хомеостаза трябва да бъде осигурено от необходимата концентрация на Т и В лимфоцити.

Ендокринна хомеостаза: синтез и секреция на хормони, транспорт на хормони, специфичен метаболизъм на хормоните в периферията и тяхната екскреция, взаимодействие на хормоните с прицелните клетки, регулация и саморегулация на функциите на ендокринните жлези.

Всички хомеостази като цяло представляват биологична хомеостаза , интегрална система от различни функции и показатели, които осигуряват запазването и поддържането на нормалното функциониране на тялото при променящи се условия на околната среда.

Регулиране на биологичната хомеостаза:

Местен: осъществява се чрез положителна и отрицателна обратна връзка, когато промяната в един индикатор води до промяна в друг, характеризира се с автономност, това свойство е присъщо на всеки компонент на живата система.

Хуморална регулация , се свързва с навлизането във вътрешната среда на организма на хуморални фактори - медиатори, хормони, биологично активни вещества и др. хуморалната система реагира на външни влияния бавно, т.к няма връзка с околната среда, но дава по-стабилен и дълготраен ефект, осигурен от жлезите с вътрешна секреция. Въз основа на хуморалната регулация се развиват адаптивни реакции към промените във вътрешната среда на тялото.

Нервна регулация: главен координатор на всички биологични процеси, което се дължи на структурно-функционалните характеристики на нервната система: присъствие във всички органи и тъкани, пряк контакт с външната среда чрез рецептори, висока възбудимост, лабилност и точно насочване на нервните импулси и висока скорост на предаване на информация. Регулирането на адаптивните реакции се основава на рефлексни процеси. Нервната регулация осигурява промени във функционалната активност на органите или функциите в отговор на външни влияния и адаптиране на тялото към външната среда.

Нива на невроендокринна регулация:

1. Клетъчна мембрана

2. Ендокринни жлези

3. Хипофизна жлеза

4. Хипоталамус

Включването на различни нива на неврохуморална регулация се определя от интензивността на влиянието на фактора, степента на отклонение на физиологичните параметри и лабилността на адаптивните системи.

Въпрос 54.

Хомеостаза(от гръцки homoios- подобни, еднакви и състояние- неподвижност) е способността на живите системи да устояват на промените и да поддържат постоянството на състава и свойствата на биологичните системи.

Терминът "хомеостаза" е предложен от W. Cannon през 1929 г. за характеризиране на състоянията и процесите, които осигуряват стабилността на тялото. Идеята за съществуването на физически механизми, насочени към поддържане на постоянна вътрешна среда, е изразена през втората половина на 19 век от К. Бернар, който счита стабилността на физичните и химичните условия във вътрешната среда като основа за свобода и независимост на живите организми в непрекъснато променяща се външна среда. Феноменът хомеостаза се наблюдава на различни нива на организация на биологичните системи.

Проява на хомеостаза на различни нива на организация на биологичните системи.

Възстановителните процеси се извършват постоянно и на различни структурни и функционални нива на организацията на индивида - молекулярно-генетичен, субклетъчен, клетъчен, тъкан, орган, организъм.

На молекулярната генетиканастъпва репликация на ДНК (нейното молекулярно възстановяване, синтез на ензими и протеини, които изпълняват други (некаталитични) функции в клетката, АТФ молекули, например в митохондриите и т.н. Много от тези процеси са включени в концепцията метаболизъмклетки.

На субклетъчно нивовъзниква възстановяване на различни вътреклетъчни структури (главно говорим за цитоплазмени органели) чрез неоплазма (мембрани, плазмалема), сглобяване на субединици (микротубули), разделяне (митохондрии).

Клетъчно ниво на регенерацияпредполага възстановяване на структурата и в някои случаи на функциите на клетката. Примери за регенерация на клетъчно ниво включват възстановяване на процес на нервна клетка след нараняване. При бозайниците този процес протича със скорост 1 mm на ден. Възстановяването на функциите на определен тип клетки може да се извърши чрез процеса на клетъчна хипертрофия, т.е. увеличаване на обема на цитоплазмата и следователно броя на органелите (вътреклетъчна регенерация на съвременните автори или регенеративна клетъчна хипертрофия на класическата хистология).

На следващото ниво - тъканили клетъчна популация (ниво на клетъчно-тъканни системи - вижте 3.2) възниква попълване на изгубени клетки с определена посока на диференциация. Такова попълване се причинява от промени в клетъчния материал в клетъчните популации (системи от клетъчни тъкани), което води до възстановяване на функциите на тъканите и органите. Така при хората продължителността на живота на чревните епителни клетки е 4-5 дни, тромбоцитите - 5-7 дни, еритроцитите - 120-125 дни. При посочените скорости на смърт на червените кръвни клетки в човешкото тяло, например, всяка секунда се унищожават около 1 милион червени кръвни клетки, но същото количество се образува отново в червения костен мозък. Възможността за възстановяване на клетки, износени по време на живота или загубени в резултат на нараняване, отравяне или патологичен процес, се осигурява от факта, че в тъканите дори на зрял организъм се запазват камбиални клетки, способни на митотично делене с последваща цитодиференциация. Тези клетки сега се наричат регионални или резидентни стволови клетки (вижте 3.1.2 и 3.2). Тъй като са ангажирани, те са способни да породят един или повече специфични типове клетки. Освен това диференциацията им в определен тип клетки се определя от сигнали, идващи отвън: локални, от непосредствената среда (естеството на междуклетъчните взаимодействия) и далечни (хормони), предизвикващи селективна експресия на специфични гени. Така в епитела на тънките черва камбиалните клетки са разположени в долните зони на криптите. При определени въздействия те са способни да дадат началото на клетки от „маргиналния” абсорбиращ епител и някои едноклетъчни жлези на органа.

Регенерация включена органно нивоима основна задача да възстанови функцията на даден орган със или без възпроизвеждане на типичната му структура (макроскопична, микроскопична). В процеса на регенерация на това ниво се случват не само трансформации в клетъчните популации (системи от клетъчни тъкани), но и морфогенетични процеси. В този случай се активират същите механизми, както при образуването на органи в ембриогенезата (периодът на развитие на окончателния фенотип). Казаното с основание дава възможност да се разглежда регенерацията като особен вариант на процеса на развитие.

Структурна хомеостаза, механизми за нейното поддържане.

Видове хомеостаза:

Регенерация:

1. Клетъчно (пряко и непряко делене)

2. Вътреклетъчен (молекулен, интраорганоиден, органоиден)

В биологията това е поддържане на постоянството на вътрешната среда на тялото.
Хомеостазата се основава на чувствителността на тялото към отклонението на определени параметри (хомеостатични константи) от дадена стойност. Граници на допустимите колебания на хомеостатичния параметър ( хомеостатична константа) може да бъде широк или тесен. Тесни граници имат: телесната температура, pH на кръвта, нивата на кръвната захар. Широки граници имат: кръвно налягане, телесно тегло, концентрация на аминокиселини в кръвта.
Специални вътреорганизмени рецептори ( интерорецептори) отговарят на отклонения на хомеостатичните параметри от определени граници. Такива интерорецептори се намират в таламуса, хипоталамуса, в кръвоносните съдове и в органите. В отговор на отклонения в параметрите те предизвикват възстановителни хомеостатични реакции.

Общ механизъм на невроендокринните хомеостатични реакции за вътрешна регулация на хомеостазата

Параметрите на хомеостатичната константа се отклоняват, интерорецепторите се възбуждат, след това се възбуждат съответните центрове на хипоталамуса, те стимулират освобождаването на съответните либерини от хипоталамуса. В отговор на действието на либерините се отделят хормони от хипофизната жлеза, а след това под действието им се отделят хормони на други ендокринни жлези. Хормоните, отделяни от ендокринните жлези в кръвта, променят метаболизма и функционирането на органите и тъканите. В резултат на това установеният нов режим на работа на органи и тъкани измества променените параметри към предишната зададена стойност и възстановява стойността на хомеостатичната константа. Това е общият принцип за възстановяване на хомеостатичните константи, когато те се отклоняват.

2. В тези функционални нервни центрове се определя отклонението на тези константи от нормата. Отклонението на константите в определени граници се елиминира благодарение на регулаторните възможности на самите функционални центрове.

3. Въпреки това, когато някоя хомеостатична константа се отклонява над или под приемливите граници, функционалните центрове предават възбуждане по-високо: към "центрове за нужда" хипоталамус. Това е необходимо, за да се премине от вътрешна неврохуморална регулация на хомеостазата към външна - поведенческа.

4. Възбуждането на един или друг център на потребност на хипоталамуса формира съответно функционално състояние, което субективно се преживява като нужда от нещо: храна, вода, топлина, студ или секс. Възниква активиращо и мотивиращо психоемоционално състояние на неудовлетвореност.

5. За организиране на целенасочено поведение е необходимо да се избере само една от потребностите като приоритетна и да се създаде работеща доминанта за нейното задоволяване. Смята се, че основна роля за това играят сливиците на мозъка (Corpus amygdoloideum). Оказва се, че въз основа на една от нуждите, които хипоталамусът формира, амигдалата създава водеща мотивация, която организира целенасочено поведение за задоволяване само на тази избрана потребност.

6. Следващият етап може да се счита за стартиране на подготвително поведение или рефлекс на задвижване, което трябва да увеличи вероятността за стартиране на изпълнителния рефлекс в отговор на задействащия стимул. Рефлексът на задвижване насърчава тялото да създаде ситуация, в която вероятността да се намери обект, подходящ за задоволяване на текущата нужда, ще се увеличи. Това може да бъде например преместване на място, богато на храна, или вода, или сексуални партньори, в зависимост от нуждата от шофиране. Когато в постигнатата ситуация се открие конкретен обект, който е подходящ за задоволяване на дадена доминираща потребност, той предизвиква изпълнително рефлекторно поведение, насочено към задоволяване на потребността с помощта на този конкретен обект.

Системи за хомеостаза - подробен образователен ресурс за хомеостазата.