Гомеостаз, гомеостазис (homeostasis; 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 так далі) організму людини та тварин. Регуляторні механізми, що підтримують фізіологічний стан або властивості клітин, органів та систем цілісного організму на оптимальному рівні, називаються гомеостатичними.
Як відомо, жива клітина представляє рухому систему, що саморегулюється. 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 з
участю нервових, гуморальних, обмінних та інших факторів. Безліч окремих механізмів, що регулюють внутрішньо-і міжклітинні взаємини, виявляє у ряді випадків взаємопротилежні (антагоністичні) впливи, 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.
Термін «гомеостаз» запропонований у 1929 р. фізіологом У. Кенноном, який вважав, що фізіологічні процеси, що підтримують стабільність в організмі, настільки складні та різноманітні, що їх доцільно поєднати під загальною назвою гомеостаз. Проте ще 1878 р. До. Бернар писав, що це життєві процеси мають лише одну мету - підтримання сталості умов життя нашій внутрішній середовищі. Аналогічні висловлювання зустрічаються у працях багатьох дослідників 19 та першої половини 20 ст. (Е. Пфлюгер, Ш. Ріше, Фредерік (L.A. Fredericq), І.М. Сєченов, І.П. Павлов, К.М. Биков та інші). Велике значення вивчення проблеми гомеостазу зіграли роботи Л.С. Штерн (із співробітниками), присвячені ролі бар'єрних функцій, що регулюють склад та властивості мікросередовища органів та тканин.
Саме уявлення про гомеостаз не відповідає концепції стійкої (не вагається) рівноваги в організмі - принцип рівноваги не прикладемо до
складним фізіологічним та біохімічним
процесів, які у 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.
p align="justify"> Особливе значення для життєдіяльності організму має сталість складу крові - рідкої основи організму (fluid matrix), за висловом У. Кеннона. Добре відома стійкість її активної реакції (рН), осмотичного тиску, співвідношення електролітів (натрію, кальцію, хлору, магнію, фосфору), вмісту глюкози, числа формених елементів тощо. Так, наприклад, рН крові, як правило, не виходить за межі 735-747. Навіть різкі розлади кислотно-лужного обміну з патологією 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.
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 у кровопостачанні.
До найбільш досконалих гомеостатичних механізмів в організмі вищих тварин та людини належать процеси терморегуляції;
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.
Біологічна система будь-якої складності, від субклітинних структур функціональних систем та цілого організму, характеризується здатністю до самоорганізації та саморегуляції. Здатність до самоорганізації проявляється різноманітністю клітин та органів за наявності загального принципу елементарної будови (мембран, органоїдів тощо). Саморегуляцію забезпечують механізми, закладені у суті живого.
Організм людини складається з органів, які для виконання своїх функцій найчастіше поєднуються з іншими, тим самим утворюючи функціональні системи. Для цього структури будь-якого рівня складності, починаючи від молекул і закінчуючи цілим організмом, потребують систем регулювання. Ці системи забезпечують взаємодію різних структур у стані фізіологічного спокою. Особливо вони важливі в активному стані при взаємодії організму з мінливим довкіллям, оскільки будь-які зміни вимагають адекватної відповіді організму. У разі одна з обов'язкових умов самоорганізації і саморегуляції - збереження властивих організму постійних умов внутрішнього середовища, що позначають поняттям гомеостазу.
Ритмічність фізіологічних функцій. Фізіологічні процеси життєдіяльності навіть за умов повного фізіологічного спокою протікають із різною активністю. Посилення чи ослаблення їх відбувається під впливом складної взаємодії екзогенних та ендогенних факторів, що отримало назву "біологічні ритми". Причому періодичність коливання різних функцій варіює у надзвичайно широких межах, починаючи від періоду до 0,5 год до багатоденних і навіть багаторічних.
Поняття про гомеостаз
Ефективне функціонування біологічних процесів потребує певних умов, більшість із яких мають бути постійними. І що вони стабільніші, тим надійніше функціонує біологічна система. До цих умов передусім слід зарахувати ті, які сприяють збереженню нормального рівня обміну речовин. Для цього необхідно надходження вихідних інгредієнтів обміну та кисню, а також видалення кінцевих метаболітів. Ефективність перебігу обмінних процесів забезпечується певною інтенсивністю внутрішньоклітинних процесів, обумовленої насамперед активністю ферментів. У той самий час ферментативна активність залежить і від таких, начебто, зовнішніх чинників, як, наприклад, температура.
Стабільність більшості умов необхідна будь-якому структурно-функциональном рівні, починаючи від окремої біохімічної реакції, клітини і закінчуючи складними функціональними системами організму. У реальному житті ці умови часто можуть порушуватись. Поява змін відбивається на стані біологічних об'єктів, перебігу в них процесів обміну. До того ж, чим складніше влаштовано біологічну систему, то більші відхилення від стандартних умов вона витримує без істотних порушень життєдіяльності. Це з наявністю в організмі відповідних механізмів, вкладених у ліквідацію змін, які виникли. Так, наприклад, активність ферментативних процесів у клітині при зниженні температури на кожні 10 °С знижується у 2-3 рази. Разом з тим теплокровні тварини завдяки наявності механізмів терморегуляції зберігають внутрішню температуру постійної за досить широкого діапазону зовнішньої зміни. Внаслідок цього підтримується стабільність цієї умови для перебігу ферментативних реакцій на постійному рівні. І наприклад, людина, яка має ще й розум, маючи одяг та житло, може тривалий час існувати при зовнішній температурі, значно нижчій за 0 °С.
У процесі еволюції відбувалося формування пристосувальних реакцій, вкладених у підтримку постійних умов довкілля організму. Вони є як на рівні окремих біологічних процесів, так і всього організму. Кожна з цих умов характеризують відповідні параметри. Тому системи регуляції сталості умов контролюють сталість цих параметрів. А якщо зазначені параметри з якоїсь причини відхиляються від норми, механізми регуляції забезпечують їх повернення до вихідного рівня.
Універсальна властивість живого активно зберігати стабільність функцій організму, незважаючи на зовнішні впливи, які можуть її порушити, називають гомеостаз.
Стан біологічної системи будь-якого структурно-функціонального рівня залежить від комплексу впливів. Цей комплекс складається із взаємодії багатьох факторів, як зовнішніх по відношенню до неї, так і тих, що знаходяться всередині або утворюються в результаті процесів, що відбуваються в ній. Рівень впливу зовнішніх факторів визначають відповідним станом середовища: температурою, вологістю, освітленістю, тиском, газовим складом, магнітними полями тощо. Однак ступінь впливу далеко не всіх зовнішніх та внутрішніх факторів організм може і повинен підтримувати постійному рівні. Еволюція відібрала ті з них, які потрібніші для збереження життєдіяльності, або ті, для підтримки яких було знайдено відповідні механізми.
Константи параметрів гомеостазу Не мають чіткої сталості. Можливі й відхилення їхню відмінність від середнього рівня у той чи інший бік у своєрідному " коридорі " . Для кожного параметра є межі максимально можливих відхилень. Відрізняються вони і за часом, протягом якого організм може витримувати порушення конкретного параметра гомеостазу без серйозних наслідків. Разом про те саме собою відхилення параметра межі " коридору " може зумовити загибель відповідної структури - чи то клітина чи навіть організм загалом. Так, у нормі рН крові становить близько 7,4. Але може коливатися не більше 6,8-7,8. Крайній ступінь відхилень цього параметра організм людини може витримати без згубних наслідків лише кілька хвилин. Інший гомеостатичний параметр – температура тіла – при деяких інфекційних захворюваннях може зростати до 40 °С і вище та триматися на такому рівні протягом багатьох годин і навіть днів. Таким чином, одні константи організму досить стабільні. жорсткі константи,інші відрізняються ширшим діапазоном коливань - пластичні константи.
Зміна гомеостазу може відбуватися під впливом будь-яких зовнішніх факторів, а також мати ендогенне походження: інтенсифікація процесів метаболізму прагне змінити параметри гомеостазу. При цьому активізація систем регулювання легко забезпечує повернення їх на стабільний рівень. Але, якщо у стані спокою у здорової людини ці процеси збалансовані та механізми відновлення функціонують із запасом потужності, то у разі різкої зміни умов існування, при захворюваннях вони включаються з максимальною активністю. Удосконалення систем регуляції гомеостазу відбилося й у еволюційному розвитку. Так, відсутність системи підтримки постійної температури тіла у холоднокровних, зумовивши залежність життєвих процесів від мінливої зовнішньої температури, різко обмежила їх еволюційний розвиток. Однак наявність такої системи в теплокровних забезпечила розселення їх по всій планеті та зробила такі організми справді вільними істотами з високою еволюційною потенцією.
У свою чергу, кожній людині притаманні індивідуальні функціональні можливості самих систем регулювання гомеостазу. Це великою мірою визначає вираженість реакції організму будь-які впливу, а зрештою позначається і тривалості життя.
Клітинний гомеостаз . Один із своєрідних параметрів гомеостазу - "генетична чистота" клітинних популяцій організму. За нормальною проліферацією клітин "стежить" імунна система організму. У разі порушення чи порушення зчитування генетичної інформації з'являються клітини, чужорідні даного організму. Знищує їхня згадана система. Можна сказати, що подібний механізм здійснює боротьбу з надходженням в організм сторонніх клітин (бактерій, глистів) або їх продуктів. І це також забезпечує система імунітету (див. розд. С – "Фізіологічна характеристика лейкоцитів").
Механізми гомеостазу та їх регулювання
Системи, що контролюють параметри гомеостазу, складаються з механізмів різної структурної складності: як із порівняно просто влаштованих елементів, так і досить складних нейрогормональних комплексів. Одними з найпростіших механізмів вважають метаболіти, частина яких може місцево впливати на активність ферментативних процесів, різні структурні компоненти клітин і тканин. Більш складні механізми (нейроендокринні), що здійснюють міжорганну взаємодію, підключаються тоді, коли простих вже недостатньо для того, щоб повернути параметр до необхідного рівня.
У клітці відбуваються місцеві процеси авторегуляції з негативним зворотним зв'язком. Так, наприклад, при інтенсивній м'язовій роботі в скелетній мускулатурі через відносний дефіцит 02 накопичуються недоокис неп і продукти обміну. Вони зсувають рН саркоплазми в кислу сторону, що може зумовити загибель окремих структур, усієї клітини чи навіть організму. За зниження рН змінюються конформаційні властивості цитоплазматичних білків, мембранних комплексів. Останнє зумовлюють зміну радіусу пір, підвищення проникності мембран (перегородок) всіх субклітинних структур, порушення іонних градієнтів.
Роль рідких середовищ організму у гомеостазі.Центральною ланкою збереження гомеостазу вважають рідкі середовища організму. Для більшості органів це кров та лімфа, а для мозку – кров та спинномозкова рідина (СМР). Особливо велику роль грає кров. Крім того, для клітини рідкими середовищами є її цитоплазма та міжклітинна рідина.
Функції рідких середовищНа підтримку гомеостазу досить різноманітні. По-перше, рідкі середовища забезпечують обмінні процеси із тканинами. Вони не тільки приносять до клітин необхідні для життєдіяльності речовини, але й транспортують від них метаболіти, які можуть накопичуватися в клітинах у високій концентрації.
По-друге, рідкі середовища мають власні механізми, необхідні підтримки деяких параметрів гомеостазу. Наприклад, буферні системи пом'якшують зсув кислотно-основного стану при надходженні в кров кислот або основ.
по-третє, рідкі середовища беруть участь у організації системи контролю гомеостазу. Тут також є кілька механізмів. Так, за рахунок транспортування метаболітів у процес підтримки гомеостазу підключаються віддалені органи та системи (нирки, легені та ін.). Крім того, метаболіти, що містяться в крові, впливаючи на структури та рецептори інших органів та систем, можуть запускати складні рефлекторні відповіді, гормональні механізми. Наприклад, терморецептори реагують на "гарячу" або "холодну" кров і відповідним чином змінюють активність органів, що беруть участь у освіті та здачі тепла.
Рецептори розташовуються також і в стінках кровоносних судин. Вони беруть участь у регуляції хімічного складу крові, її обсягу, тиску. З подразнення судинних рецепторів починаються рефлекси, ефекторною ланкою яких є органи та системи організму. Велике значення крові у підтримці гомеостазу стало основою формування спеціальної системи гомеостазу багатьох параметрів самої крові, її обсягу. Для збереження існують складні механізми, включені в єдину систему регуляції гомеостазу організму.
Наведене вище можна наочно проілюструвати з прикладу інтенсивної м'язової діяльності. Під час її виконання з м'язів у русло крові виходять продукти обміну у вигляді молочної, піровиноградної, ацетооцтової та інших кислот. Кислі метаболіти спочатку нейтралізуються лужними резервами крові. Крім того, вони через рефлекторні механізми активують кровообіг та дихання. Підключення зазначених систем організму, з одного боку, покращує надходження 02 до м'язів, а отже, зменшує утворення недоокислених продуктів; з іншого - сприяє збільшенню виділення СО2 через легені, багатьох метаболітів через нирки, потові залози.
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.
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:
- 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).
- 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 призвів 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 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 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