Som kjent er en levende celle et mobilt, selvregulerende system. Dens interne organisasjon støttes av aktive prosesser rettet mot å begrense, forhindre eller eliminere skift forårsaket av ulike påvirkninger fra det ytre og indre miljøet. Evnen til å gå tilbake til den opprinnelige tilstanden etter et avvik fra et visst gjennomsnittsnivå forårsaket av en eller annen "forstyrrende" faktor er hovedegenskapen til cellen. En flercellet organisme er en integrert organisasjon, hvis cellulære elementer er spesialiserte til å utføre ulike funksjoner. Interaksjon i kroppen utføres av komplekse regulatoriske, koordinerende og korrelerende mekanismer med deltagelse av nervøse, humorale, metabolske og andre faktorer. Mange individuelle mekanismer som regulerer intra- og intercellulære forhold har i noen tilfeller gjensidig motsatte (antagonistiske) effekter som balanserer hverandre. Dette fører til etablering av en mobil fysiologisk bakgrunn (fysiologisk balanse) i kroppen og lar det levende systemet opprettholde relativ dynamisk konstanthet, til tross for endringer i miljøet og endringer som oppstår i løpet av organismens liv.
Begrepet "homeostase" ble foreslått i 1929 av fysiolog W. Cannon, som mente at de fysiologiske prosessene som opprettholder stabiliteten i kroppen er så komplekse og mangfoldige at det er tilrådelig å kombinere dem under det generelle navnet homeostase. Men tilbake i 1878 skrev C. Bernard at alle livsprosesser har bare ett mål - å opprettholde konstante levekår i vårt indre miljø. Lignende utsagn finnes i verkene til mange forskere på 1800- og første halvdel av 1900-tallet. (E. Pfluger, S. Richet, Frederic (L.A. Fredericq), I.M. Sechenov, I.P. Pavlov, K.M. Bykov og andre). Arbeidene til L.S. var av stor betydning for studiet av problemet med homeostase. Stern (med kolleger), viet rollen til barrierefunksjoner som regulerer sammensetningen og egenskapene til mikromiljøet til organer og vev.
Selve ideen om homeostase samsvarer ikke med begrepet stabil (ikke-fluktuerende) likevekt i kroppen - prinsippet om likevekt er ikke anvendelig for komplekse fysiologiske og biokjemiske prosesser som forekommer i levende systemer. Det er også feil å kontrastere homeostase med rytmiske svingninger i det indre miljøet. Homeostase i bred forstand dekker spørsmål om det sykliske og faseforløpet av reaksjoner, kompensasjon, regulering og selvregulering av fysiologiske funksjoner, dynamikken i den gjensidige avhengigheten av nervøse, humorale og andre komponenter i reguleringsprosessen. Grensene for homeostase kan være stive og fleksible, og endres avhengig av individuell alder, kjønn, sosiale, faglige og andre forhold.
Av spesiell betydning for kroppens liv er konstansen i blodets sammensetning - kroppens væskematrise, som W. Cannon uttrykker det. Stabiliteten til dens aktive reaksjon (pH), osmotisk trykk, forholdet mellom elektrolytter (natrium, kalsium, klor, magnesium, fosfor), glukoseinnhold, antall dannede elementer og så videre er velkjent. For eksempel går blodets pH som regel ikke utover 7,35-7,47. Selv alvorlige forstyrrelser i syre-base-metabolismen med patologi av syreakkumulering i vevsvæske, for eksempel ved diabetisk acidose, har svært liten effekt på den aktive blodreaksjonen. Til tross for at det osmotiske trykket av blod og vevsvæske er utsatt for kontinuerlige svingninger på grunn av konstant tilførsel av osmotisk aktive produkter av interstitiell metabolisme, forblir det på et visst nivå og endres bare under visse alvorlige patologiske forhold.
Å opprettholde et konstant osmotisk trykk er av største betydning for vannmetabolismen og opprettholdelse av ionisk balanse i kroppen (se Vann-saltmetabolisme). Konsentrasjonen av natriumioner i det indre miljøet er den mest konstante. Innholdet av andre elektrolytter varierer også innenfor snevre grenser. Tilstedeværelsen av et stort antall osmoreseptorer i vev og organer, inkludert i sentralnerveformasjonene (hypothalamus, hippocampus), og et koordinert system av regulatorer av vannmetabolisme og ionesammensetning gjør at kroppen raskt kan eliminere endringer i det osmotiske trykket i blod som oppstår, for eksempel når vann føres inn i kroppen.
Til tross for at blod representerer det generelle indre miljøet i kroppen, kommer ikke cellene i organer og vev direkte i kontakt med det.
I flercellede organismer har hvert organ sitt eget indre miljø (mikromiljø), som tilsvarer dets strukturelle og funksjonelle egenskaper, og den normale tilstanden til organene avhenger av den kjemiske sammensetningen, de fysisk-kjemiske, biologiske og andre egenskapene til dette mikromiljøet. Dens homeostase bestemmes av den funksjonelle tilstanden til histohematiske barrierer og deres permeabilitet i retningene blod→vevsvæske, vevsvæske→blod.
Konstansen til det indre miljøet for aktiviteten til sentralnervesystemet er av spesiell betydning: selv mindre kjemiske og fysisk-kjemiske endringer som oppstår i cerebrospinalvæsken, glia og pericellulære rom kan forårsake en kraftig forstyrrelse i strømmen av vitale prosesser i individuelle nevroner eller i deres ensembler. Et komplekst homeostatisk system, inkludert ulike nevrohumorale, biokjemiske, hemodynamiske og andre reguleringsmekanismer, er systemet for å sikre optimale blodtrykksnivåer. I dette tilfellet bestemmes den øvre grensen for blodtrykksnivået av funksjonaliteten til baroreseptorene i kroppens vaskulære system, og den nedre grensen bestemmes av kroppens blodforsyningsbehov.
De mest avanserte homeostatiske mekanismene i kroppen til høyere dyr og mennesker inkluderer termoreguleringsprosesser; Hos homeotermiske dyr overstiger ikke temperatursvingninger i de indre delene av kroppen tideler av en grad under de mest dramatiske endringene i temperaturen i miljøet.
Ulike forskere forklarer de generelle biologiske mekanismene som ligger til grunn for homeostase på forskjellige måter. Dermed la W. Cannon spesiell vekt på det høyere nervesystemet; L. A. Orbeli anså den adaptive-trofiske funksjonen til det sympatiske nervesystemet for å være en av de ledende faktorene for homeostase. Den organiserende rollen til nerveapparatet (prinsippet om nervisme) ligger til grunn for viden kjente ideer om essensen av prinsippene for homeostase (I. M. Sechenov, I. P. Pavlov, A. D. Speransky og andre). Men verken prinsippet om dominans (A. A. Ukhtomsky), eller teorien om barrierefunksjoner (L. S. Stern), eller det generelle tilpasningssyndromet (G. Selye), eller teorien om funksjonelle systemer (P. K. Anokhin), eller hypotalamisk regulering av homeostase (N.I. Grashchenkov) og mange andre teorier løser ikke helt problemet med homeostase.
I noen tilfeller er ideen om homeostase ikke helt legitimt brukt til å forklare isolerte fysiologiske tilstander, prosesser og til og med sosiale fenomener. Slik dukket begrepene "immunologisk", "elektrolytt", "systemisk", "molekylær", "fysiskkjemisk", "genetisk homeostase" og lignende opp i litteraturen. Det er gjort forsøk på å redusere problemet med homeostase til prinsippet om selvregulering. Et eksempel på å løse problemet med homeostase fra kybernetikkens perspektiv er Ashbys forsøk (W.R. Ashby, 1948) på å konstruere en selvregulerende enhet som simulerer evnen til levende organismer til å opprettholde nivået av visse mengder innenfor fysiologisk akseptable grenser. Noen forfattere vurderer det indre miljøet i kroppen i form av et komplekst kjedesystem med mange "aktive innganger" (indre organer) og individuelle fysiologiske indikatorer (blodstrøm, blodtrykk, gassutveksling, etc.), verdien av hver av som bestemmes av aktiviteten til "inngangene".
I praksis står forskere og klinikere overfor spørsmål om å vurdere kroppens adaptive (adaptive) eller kompenserende evner, deres regulering, styrking og mobilisering, og forutsi kroppens respons på forstyrrende påvirkninger. Noen tilstander av vegetativ ustabilitet, forårsaket av insuffisiens, overskudd eller utilstrekkelighet av reguleringsmekanismer, regnes som "homeostasesykdommer". Med en viss konvensjon kan disse inkludere funksjonelle forstyrrelser i kroppens normale funksjon assosiert med dens aldring, tvungen restrukturering av biologiske rytmer, noen fenomener med vegetativ dystoni, hyper- og hypokompensatorisk reaktivitet under stressende og ekstreme påvirkninger, og så videre.
For å vurdere tilstanden til homeostatiske mekanismer i physiol. I eksperiment og i wedge, praksis brukes en rekke doserte funksjonstester (kulde, varme, adrenalin, insulin, mesaton og andre) med bestemmelse av forholdet mellom biologisk aktive stoffer (hormoner, mediatorer, metabolitter) i blod og urin og så videre.
Biofysiske mekanismer for homeostase
Biofysiske mekanismer for homeostase. Fra kjemisk biofysikks synspunkt er homeostase en tilstand der alle prosesser som er ansvarlige for energitransformasjoner i kroppen er i dynamisk likevekt. Denne tilstanden er den mest stabile og tilsvarer det fysiologiske optimum. I samsvar med termodynamikkbegrepene kan en organisme og en celle eksistere og tilpasse seg miljøforhold der et stasjonært forløp av fysisk-kjemiske prosesser, det vil si homeostase, kan etableres i et biologisk system. Hovedrollen i etableringen av homeostase tilhører først og fremst cellulære membransystemer, som er ansvarlige for bioenergetiske prosesser og regulerer hastigheten for inngang og frigjøring av stoffer fra celler.
Fra dette synspunktet er hovedårsakene til lidelsen ikke-enzymatiske reaksjoner som oppstår i membraner, uvanlige for normalt liv; i de fleste tilfeller er dette oksidasjonskjedereaksjoner som involverer frie radikaler som forekommer i cellefosfolipider. Disse reaksjonene fører til skade på de strukturelle elementene i cellene og forstyrrelse av regulatorisk funksjon. Faktorer som forårsaker forstyrrelse av homeostase inkluderer også midler som forårsaker radikal dannelse - ioniserende stråling, smittsomme giftstoffer, visse matvarer, nikotin, samt mangel på vitaminer, og så videre.
En av hovedfaktorene som stabiliserer den homeostatiske tilstanden og funksjonene til membraner er bioantioksidanter, som hemmer utviklingen av oksidative radikalreaksjoner.
Aldersrelaterte trekk ved homeostase hos barn
Aldersrelaterte trekk ved homeostase hos barn. Konstansen til det indre miljøet i kroppen og den relative stabiliteten til fysiske og kjemiske indikatorer i barndommen sikres av en uttalt overvekt av anabole metabolske prosesser fremfor katabolske. Dette er en uunnværlig betingelse for vekst og skiller barnets kropp fra kroppen til voksne, der intensiteten av metabolske prosesser er i en tilstand av dynamisk likevekt. I denne forbindelse viser den nevroendokrine reguleringen av homeostasen til barnets kropp å være mer intens enn hos voksne. Hver aldersperiode er preget av spesifikke trekk ved homeostasemekanismer og deres regulering. Derfor oppstår det hos barn, mye oftere enn hos voksne, alvorlige forstyrrelser av homeostase, ofte livstruende. Disse lidelsene er oftest assosiert med umodenhet av de homeostatiske funksjonene til nyrene, med forstyrrelser i mage-tarmkanalen eller luftveisfunksjonen i lungene.
Veksten til et barn, uttrykt i en økning i cellemassen, er ledsaget av tydelige endringer i væskefordelingen i kroppen (se Vann-saltmetabolisme). Den absolutte økningen i volumet av ekstracellulær væske henger etter hastigheten på total vektøkning, så det relative volumet av det indre miljøet, uttrykt som en prosentandel av kroppsvekten, avtar med alderen. Denne avhengigheten er spesielt uttalt det første året etter fødselen. Hos eldre barn avtar endringshastigheten i det relative volumet av ekstracellulær væske. Systemet for regulering av væskevolumets konstans (volumregulering) gir kompensasjon for avvik i vannbalansen innenfor ganske snevre grenser. Den høye graden av vevshydrering hos nyfødte og små barn bestemmer at barnets behov for vann (per kroppsvektenhet) er betydelig høyere enn hos voksne. Tap av vann eller dets begrensning fører raskt til utvikling av dehydrering på grunn av den ekstracellulære sektoren, det vil si det indre miljøet. Samtidig gir ikke nyrene - de viktigste utøvende organene i volumreguleringssystemet - vannbesparelser. Den begrensende faktoren for regulering er umodenhet av det renale tubulære systemet. Et kritisk trekk ved nevroendokrin kontroll av homeostase hos nyfødte og små barn er den relativt høye sekresjonen og renal utskillelse av aldosteron, som har en direkte innvirkning på vevshydreringsstatus og renal tubulær funksjon.
Regulering av osmotisk trykk av blodplasma og ekstracellulær væske hos barn er også begrenset. Osmolariteten til det indre miljøet svinger over et bredere område (±50 mOsm/L) enn hos voksne (±6 mOsm/L). Dette skyldes det større kroppsoverflatearealet per 1 kg vekt og derfor mer betydelig vanntap under respirasjon, samt umodenhet av nyremekanismene for urinkonsentrasjon hos barn. Forstyrrelser av homeostase, manifestert av hyperosmose, er spesielt vanlig hos barn i nyfødtperioden og de første månedene av livet; i eldre aldre begynner hypoosmose å dominere, hovedsakelig assosiert med gastrointestinale sykdommer eller nattlige sykdommer. Mindre studert er den ioniske reguleringen av homeostase, som er nært knyttet til nyrenes aktivitet og ernæringens natur.
Tidligere ble det antatt at hovedfaktoren som bestemmer det osmotiske trykket i den ekstracellulære væsken var natriumkonsentrasjonen, men nyere studier har vist at det ikke er noen nær sammenheng mellom natriuminnholdet i blodplasmaet og verdien av det totale osmotiske trykket. i patologi. Unntaket er plasmatisk hypertensjon. Derfor krever å utføre homeostatisk terapi ved å administrere glukosesaltløsninger overvåking av ikke bare natriuminnholdet i serum eller blodplasma, men også endringer i den totale osmolariteten til den ekstracellulære væsken. Konsentrasjonen av sukker og urea er av stor betydning for å opprettholde det generelle osmotiske trykket i det indre miljøet. Innholdet av disse osmotisk aktive stoffene og deres effekt på vann-saltmetabolismen kan øke kraftig ved mange patologiske tilstander. Derfor, i tilfelle forstyrrelser i homeostase, er det nødvendig å bestemme konsentrasjonen av sukker og urea. På grunn av det ovennevnte kan det utvikles hyperazotemi hos små barn hvis vann-salt- og proteinregimet er forstyrret, en tilstand av latent hyper- eller hypoosmose (E. Kerpel-Froniusz, 1964).
En viktig indikator som karakteriserer homeostase hos barn er konsentrasjonen av hydrogenioner i blodet og ekstracellulær væske. I prenatale og tidlige postnatale perioder er reguleringen av syre-basebalansen nært knyttet til graden av oksygenmetning i blodet, noe som forklares av den relative overvekten av anaerob glykolyse i bioenergetiske prosesser. Dessuten er selv moderat hypoksi hos fosteret ledsaget av akkumulering av melkesyre i vevet. I tillegg skaper umodenheten av den acidogenetiske funksjonen til nyrene forutsetningene for utvikling av "fysiologisk" acidose. På grunn av homeostases særegenheter opplever nyfødte ofte lidelser som grenser mellom fysiologiske og patologiske.
Restrukturering av det nevroendokrine systemet under puberteten er også assosiert med endringer i homeostase. Imidlertid når funksjonene til de utøvende organene (nyrer, lunger) sin maksimale modenhet i denne alderen, så alvorlige syndromer eller sykdommer i homeostase er sjeldne, og oftere snakker vi om kompenserte endringer i metabolisme, som bare kan oppdages med en biokjemisk blodprøve. I klinikken, for å karakterisere homeostase hos barn, er det nødvendig å undersøke følgende indikatorer: hematokrit, totalt osmotisk trykk, innhold av natrium, kalium, sukker, bikarbonater og urea i blodet, samt blodets pH, pO 2 og pCO 2.
Egenskaper ved homeostase i gammel og senil alder
Egenskaper ved homeostase i gammel og senil alder. Det samme nivået av homeostatiske verdier i forskjellige aldersperioder opprettholdes på grunn av forskjellige endringer i reguleringssystemene deres. For eksempel opprettholdes konstanten av blodtrykksnivået hos unge mennesker på grunn av høyere hjertevolum og lav total perifer vaskulær motstand, og hos eldre og senile - på grunn av høyere total perifer motstand og en reduksjon i hjertevolum. Under aldring av kroppen opprettholdes konstansen til de viktigste fysiologiske funksjonene under forhold som reduserer påliteligheten og reduserer det mulige spekteret av fysiologiske endringer i homeostase. Bevaring av relativ homeostase under betydelige strukturelle, metabolske og funksjonelle endringer oppnås ved det faktum at ikke bare utryddelse, forstyrrelse og nedbrytning skjer samtidig, men også utviklingen av spesifikke adaptive mekanismer. På grunn av dette opprettholdes et konstant nivå av blodsukker, blod-pH, osmotisk trykk, cellemembranpotensial og så videre.
Av betydelig betydning for å opprettholde homeostase under aldringsprosessen er endringer i mekanismene for nevrohumoral regulering, en økning i følsomheten til vev for virkningen av hormoner og mediatorer mot bakgrunnen av en svekkelse av nervøse påvirkninger.
Etter hvert som kroppen eldes, endres funksjonen til hjertet, lungeventilasjon, gassutveksling, nyrefunksjon, sekresjon av fordøyelseskjertlene, funksjonen til de endokrine kjertlene, metabolisme og andre betydelig. Disse endringene kan karakteriseres som homeorese - en naturlig bane (dynamikk) av endringer i metabolsk hastighet og fysiologiske funksjoner med alderen over tid. Betydningen av forløpet av aldersrelaterte endringer er svært viktig for å karakterisere aldringsprosessen til en person og bestemme hans biologiske alder.
I høy alder og alderdom reduseres det generelle potensialet til adaptive mekanismer. Derfor, i høy alder, under økte belastninger, stress og andre situasjoner, øker sannsynligheten for svikt i tilpasningsmekanismer og forstyrrelse av homeostase. Denne nedgangen i påliteligheten til homeostasemekanismer er en av de viktigste forutsetningene for utvikling av patologiske lidelser i alderdommen.
Er du kategorisk misfornøyd med utsiktene til å forsvinne fra denne verden for alltid? Vil du leve et annet liv? Start på nytt? Rette feilene i dette livet? Gjøre uoppfylte drømmer til virkelighet? Følg denne linken:
Homeostase er enhver selvregulerende prosess der biologiske systemer streber etter å opprettholde indre stabilitet ved å tilpasse seg optimale forhold for overlevelse. Hvis homeostase er vellykket, fortsetter livet; ellers vil katastrofe eller død inntreffe. Den oppnådde stabiliteten er egentlig en dynamisk likevekt der kontinuerlige endringer skjer, men relativt homogene forhold råder.
Egenskaper og rolle for homeostase
Ethvert system i dynamisk likevekt ønsker å oppnå en stabil tilstand, en balanse som motstår ytre endringer. Når et slikt system blir forstyrret, reagerer innebygde reguleringsenheter på avvikene for å etablere en ny balanse. Denne prosessen er en av tilbakemeldingskontrollene. Eksempler på homeostatisk regulering er alle prosesser med integrasjon og koordinering av funksjoner mediert av elektriske kretser og nerve- eller hormonelle systemer.
Et annet eksempel på homeostatisk regulering i et mekanisk system er virkningen av en romtemperaturregulator eller termostat. Hjertet til termostaten er en bimetallisk stripe som reagerer på endringer i temperaturen ved å fullføre eller bryte en elektrisk krets. Når rommet avkjøles, avsluttes kretsen og oppvarmingen slås på, og temperaturen stiger. På et gitt nivå blir kretsen avbrutt, ovnen stopper og temperaturen synker.
Imidlertid har biologiske systemer, som har større kompleksitet, regulatorer som er vanskelige å sammenligne med mekaniske enheter.
Som nevnt tidligere, refererer begrepet homeostase til vedlikehold av kroppens indre miljø innenfor smale og tett kontrollerte grenser. Hovedfunksjonene som er viktige for å opprettholde homeostase er væske- og elektrolyttbalanse, syreregulering, termoregulering og metabolsk kontroll.
Kontroll av kroppstemperatur hos mennesker regnes som et utmerket eksempel på homeostase i et biologisk system. Den normale menneskelige kroppstemperaturen er rundt 37°C, men ulike faktorer kan påvirke dette, inkludert hormoner, stoffskifte og sykdommer som forårsaker for høye eller lave temperaturer. Reguleringen av kroppstemperaturen styres av et område av hjernen som kalles Hypothalamus.
Tilbakemelding om kroppstemperatur føres gjennom blodbanen til hjernen og fører til kompenserende justeringer i pustefrekvens, blodsukkernivåer og stoffskifte. Varmetap hos mennesker er forårsaket av redusert aktivitet, svette og varmevekslingsmekanismer som lar mer blod sirkulere nær overflaten av huden.
Varmetap reduseres gjennom isolasjon, redusert hudsirkulasjon og kulturelle endringer som bruk av klær, bolig og eksterne varmekilder. Området mellom høye og lave nivåer av kroppstemperatur utgjør det homeostatiske platået - det "normale" området som støtter livet. Når begge ytterpunktene nærmes, returnerer korrigerende handling (via negativ tilbakemelding) systemet til normalområdet.
Konseptet homeostase gjelder også miljøforhold. Først foreslått av den amerikanske økologen Robert MacArthur i 1955, ideen om at homeostase er et produkt av en kombinasjon av biologisk mangfold og det store antallet økologiske interaksjoner som forekommer mellom arter.
Denne antakelsen ble ansett som et konsept som kunne bidra til å forklare utholdenheten til et økologisk system, det vil si dets utholdenhet som en bestemt type økosystem over tid. Siden den gang har konseptet endret seg noe til å inkludere den ikke-levende komponenten i økosystemet. Begrepet har blitt brukt av mange økologer for å beskrive gjensidigheten som oppstår mellom de levende og ikke-levende komponentene i et økosystem for å opprettholde status quo.
Gaia-hypotesen er en modell av jorden foreslått av den engelske forskeren James Lovelock som ser på ulike levende og ikke-levende bestanddeler som komponenter i et større system eller en enkelt organisme, noe som antyder at den kollektive innsatsen til individuelle organismer bidrar til homeostase på planetnivå.
Cellulær homeostase
Avhengig av kroppens miljø for å opprettholde vitalitet og fungere skikkelig. Homeostase holder kroppens miljø under kontroll og opprettholder gunstige forhold for cellulære prosesser. Uten de rette forholdene i kroppen vil visse prosesser (som osmose) og proteiner (som enzymer) ikke fungere som den skal.
Hvorfor er homeostase viktig for celler? Levende celler er avhengige av bevegelsen av kjemikalier rundt dem. Kjemikalier som oksygen, karbondioksid og oppløst mat må transporteres inn og ut av cellene. Dette oppnås ved prosessene med diffusjon og osmose, som er avhengig av balansen mellom vann og salt i kroppen, som opprettholdes av homeostase.
Celler er avhengige av enzymer for å fremskynde mange av de kjemiske reaksjonene som holder cellene i live og funksjonelle. Disse enzymene fungerer best ved visse temperaturer, og derfor er homeostase viktig for cellene siden den opprettholder en konstant kroppstemperatur.
Eksempler og mekanismer for homeostase
Her er noen grunnleggende eksempler på homeostase i menneskekroppen, samt mekanismene som støtter dem:
Kroppstemperatur
Det vanligste eksemplet på homeostase hos mennesker er regulering av kroppstemperatur. Normal kroppstemperatur, som vi skrev ovenfor, er 37° C. Temperaturer over eller under normale nivåer kan forårsake alvorlige komplikasjoner.
Muskelsvikt oppstår ved en temperatur på 28° C. Ved 33° C oppstår bevissthetstap. Ved 42°C begynner sentralnervesystemet å brytes ned. Døden inntreffer ved en temperatur på 44° C. Kroppen kontrollerer temperaturen ved å produsere eller frigjøre overflødig varme.
Glukosekonsentrasjon
Glukosekonsentrasjon refererer til mengden glukose (blodsukker) som er tilstede i blodet. Kroppen bruker glukose som energikilde, men for mye eller for lite av det kan forårsake alvorlige komplikasjoner. Noen hormoner regulerer konsentrasjonen av glukose i blodet. Insulin reduserer glukosekonsentrasjonen, mens kortisol, glukagon og katekolaminer øker.
Kalsiumnivåer
Bein og tenner inneholder omtrent 99 % av kroppens kalsium, mens de resterende 1 % sirkulerer i blodet. For mye eller for lite kalsium i blodet har negative konsekvenser. Hvis kalsiumnivået i blodet faller for mye, aktiverer biskjoldkjertlene sine kalsiumfølende reseptorer og frigjør biskjoldbruskhormon.
PTH signaliserer beinene til å frigjøre kalsium for å øke konsentrasjonen i blodet. Hvis kalsiumnivået øker for mye, frigjør skjoldbruskkjertelen kalsitonin og fikserer overflødig kalsium i beinene, og reduserer dermed mengden kalsium i blodet.
Væskevolum
Kroppen må opprettholde et konstant indre miljø, noe som betyr at den trenger å regulere væsketap eller erstatning. Hormoner hjelper til med å regulere denne balansen ved å få væske til å skilles ut eller holdes tilbake. Hvis kroppen ikke har nok væske, signaliserer antidiuretisk hormon nyrene om å spare væske og reduserer urinproduksjonen. Hvis kroppen inneholder for mye væske, undertrykker den aldosteron og signaliserer å produsere mer urin.
2. Læringsmål:
Kjenne til essensen av homeostase, de fysiologiske mekanismene for å opprettholde homeostase, det grunnleggende om homeostaseregulering.
Studer hovedtypene av homeostase. Kjenne til aldersrelaterte trekk ved homeostase
3. Spørsmål for selvforberedelse for å mestre dette emnet:
1) Definisjon av homeostase
2) Typer homeostase.
3) Genetisk homeostase
4) Strukturell homeostase
5) Homeostase av det indre miljøet i kroppen
6) Immunologisk homeostase
7) Mekanismer for regulering av homeostase: nevrohumoral og endokrin.
8) Hormonell regulering av homeostase.
9) Organer involvert i reguleringen av homeostase
10) Generelt prinsipp for homeostatiske reaksjoner
11) Artsspesifisitet for homeostase.
12) Aldersrelaterte trekk ved homeostase
13) Patologiske prosesser ledsaget av forstyrrelse av homeostase.
14) Korrigering av kroppens homeostase er legens hovedoppgave.
__________________________________________________________________
4. Type leksjon: utenomfaglige
5. Varighet av leksjonen- 3 timer.
6. Utstyr. Elektronisk presentasjon "Forelesninger om biologi", tabeller, dummies
Homeostase(gr. homoios - lik, stasis - tilstand) - evnen til en organisme til å opprettholde konstantheten til det indre miljøet og hovedtrekkene i dens iboende organisasjon, til tross for variasjonen av parametrene til det ytre miljøet og handlingen av indre forstyrrende faktorer.
Homeostasen til hvert individ er spesifikk og bestemt av dens genotype.
Kroppen er et åpent dynamisk system. Strømmen av stoffer og energi observert i kroppen bestemmer selvfornyelse og selvreproduksjon på alle nivåer fra molekylær til organisme og populasjon.
I prosessen med metabolisme med mat, vann og gassutveksling kommer forskjellige kjemiske forbindelser inn i kroppen fra miljøet, som etter transformasjoner blir lik kroppens kjemiske sammensetning og går inn i dens morfologiske strukturer. Etter en viss periode blir de absorberte stoffene ødelagt, frigjør energi, og det ødelagte molekylet erstattes av et nytt, uten å krenke integriteten til kroppens strukturelle komponenter.
Organismer er i et miljø i stadig endring, til tross for dette fortsetter de viktigste fysiologiske indikatorene å bli utført innenfor visse parametere, og kroppen opprettholder en stabil helsetilstand i lang tid, takket være selvreguleringsprosesser.
Dermed er konseptet homeostase ikke assosiert med stabiliteten til prosesser. Som svar på virkningen av interne og eksterne faktorer oppstår noen endringer i fysiologiske indikatorer, og inkluderingen av reguleringssystemer sikrer opprettholdelsen av en relativ konstanthet i det indre miljøet. Regulerende homeostatiske mekanismer fungerer på celle-, organ-, organisme- og supraorganismenivå.
I evolusjonære termer er homeostase den arvelige faste tilpasningen av kroppen til normale miljøforhold.
Følgende hovedtyper av homeostase skilles ut:
1) genetisk
2) strukturelle
3) homeostase av den flytende delen av det indre miljøet (blod, lymfe, interstitiell væske)
4) immunologisk.
Genetisk homeostase- bevaring av genetisk stabilitet på grunn av styrken til de fysiske og kjemiske bindingene til DNA og dets evne til å komme seg etter skade (DNA-reparasjon). Selvreproduksjon er en grunnleggende egenskap ved levende ting; den er basert på prosessen med DNA-reduplisering. Selve mekanismen i denne prosessen, der en ny DNA-streng bygges strengt komplementært rundt hver av molekylene i de to gamle strengene, er optimal for nøyaktig overføring av informasjon. Nøyaktigheten i denne prosessen er høy, men feil kan fortsatt oppstå under reduplikering. Forstyrrelse av strukturen til DNA-molekyler kan også forekomme i primærkjedene uten sammenheng med reduplikasjon under påvirkning av mutagene faktorer. I de fleste tilfeller gjenopprettes cellegenomet, skaden korrigeres, takket være reparasjon. Når reparasjonsmekanismer er skadet, blir genetisk homeostase forstyrret både på celle- og organismenivå.
En viktig mekanisme for å opprettholde genetisk homeostase er den diploide tilstanden til somatiske celler i eukaryoter. Diploide celler er preget av større stabilitet i funksjon, fordi tilstedeværelsen av to genetiske programmer i dem øker påliteligheten til genotypen. Stabilisering av et komplekst genotypesystem er sikret av fenomenene polymerisering og andre typer geninteraksjon. Regulerende gener som kontrollerer aktiviteten til operoner spiller en stor rolle i prosessen med homeostase.
Strukturell homeostase- dette er konstanten til morfologisk organisering på alle nivåer av biologiske systemer. Det er tilrådelig å fremheve homeostasen til en celle, vev, organ og kroppssystemer. Homeostase av underliggende strukturer sikrer den morfologiske konstansen til høyere strukturer og er grunnlaget for deres livsaktivitet.
Cellen, som et komplekst biologisk system, er preget av selvregulering. Etableringen av homeostase i cellemiljøet sikres av membransystemer, som er forbundet med bioenergetiske prosesser og regulering av transport av stoffer inn og ut av cellen. I cellen foregår det kontinuerlig prosesser med endring og restaurering av organeller, og selve cellene blir ødelagt og gjenopprettet. Restaurering av intracellulære strukturer, celler, vev, organer i løpet av kroppens levetid skjer på grunn av fysiologisk regenerering. Restaurering av strukturer etter skade - reparerende regenerering.
Homeostase av den flytende delen av det indre miljøet- Konstans av sammensetningen av blod, lymfe, vevsvæske, osmotisk trykk, total konsentrasjon av elektrolytter og konsentrasjon av individuelle ioner, innhold av næringsstoffer i blodet, etc. Disse indikatorene, selv med betydelige endringer i miljøforhold, opprettholdes på et visst nivå, takket være komplekse mekanismer.
For eksempel er en av de viktigste fysisk-kjemiske parametrene i det indre miljøet i kroppen syre-basebalansen. Forholdet mellom hydrogen og hydroksylioner i det indre miljøet avhenger av innholdet i kroppsvæsker (blod, lymfe, vevsvæske) av syrer - protondonorer og bufferbaser - protonakseptorer. Vanligvis vurderes den aktive reaksjonen til mediet av H+-ionet. pH-verdien (konsentrasjon av hydrogenioner i blodet) er en av de stabile fysiologiske indikatorene og varierer innenfor et smalt område hos mennesker - fra 7,32 til 7,45. Aktiviteten til en rekke enzymer, membranpermeabilitet, proteinsynteseprosesser osv. avhenger i stor grad av forholdet mellom hydrogen og hydroksylioner.
Kroppen har ulike mekanismer som sikrer opprettholdelse av syre-base-balansen. For det første er dette buffersystemene til blod og vev (karbonat, fosfatbuffere, vevsproteiner). Hemoglobin har også bufferegenskaper; det binder karbondioksid og forhindrer akkumulering i blodet. Opprettholdelsen av en normal konsentrasjon av hydrogenioner lettes også av nyrenes aktivitet, siden en betydelig mengde metabolitter som har en sur reaksjon skilles ut i urinen. Hvis de listede mekanismene er utilstrekkelige, øker konsentrasjonen av karbondioksid i blodet, og det oppstår en liten endring i pH til den sure siden. I dette tilfellet er respirasjonssenteret begeistret, lungeventilasjonen øker, noe som fører til en reduksjon i karbondioksidinnholdet og normalisering av konsentrasjonen av hydrogenioner.
Følsomheten til vev for endringer i det indre miljøet varierer. En pH-forskyvning på 0,1 i en eller annen retning fra normen fører altså til betydelige forstyrrelser i hjertets funksjon, og et avvik på 0,3 er livstruende. Nervesystemet er spesielt følsomt for reduserte oksygennivåer. Svingninger i konsentrasjonen av kalsiumioner som overstiger 30 % osv. er farlige for pattedyr.
Immunologisk homeostase- opprettholde konstantheten til det indre miljøet i kroppen ved å bevare individets antigene individualitet. Immunitet forstås som en måte å beskytte kroppen mot levende kropper og stoffer som bærer tegn på genetisk fremmed informasjon (Petrov, 1968).
Fremmed genetisk informasjon bæres av bakterier, virus, protozoer, helminths, proteiner, celler, inkludert endrede celler i selve kroppen. Alle disse faktorene er antigener. Antigener er stoffer som, når de introduseres i kroppen, kan utløse dannelsen av antistoffer eller en annen form for immunrespons. Antigener er svært forskjellige, oftest er de proteiner, men de kan også være store molekyler av lipopolysakkarider og nukleinsyrer. Uorganiske forbindelser (salter, syrer), enkle organiske forbindelser (karbohydrater, aminosyrer) kan ikke være antigener, fordi har ingen spesifisitet. Den australske vitenskapsmannen F. Burnet (1961) formulerte posisjonen at hovedbetydningen av immunsystemet er å gjenkjenne «selv» og «fremmed», dvs. i å opprettholde konstansen til det indre miljøet - homeostase.
Immunsystemet har en sentral (rød benmarg, thymuskjertel) og perifer (milt, lymfeknuter) kobling. Den beskyttende reaksjonen utføres av lymfocytter dannet i disse organene. Type B-lymfocytter, når de møter fremmede antigener, differensierer til plasmaceller, som frigjør spesifikke proteiner i blodet - immunoglobuliner (antistoffer). Disse antistoffene, i kombinasjon med antigenet, nøytraliserer dem. Denne reaksjonen kalles humoral immunitet.
Type T-lymfocytter gir cellulær immunitet ved å ødelegge fremmede celler, slik som transplantasjonsavvisning, og muterte celler i ens egen kropp. I henhold til beregninger gitt av F. Bernet (1971) akkumuleres det i hver genetisk endring av delende humane celler omtrent 10 - 6 spontane mutasjoner i løpet av en dag, dvs. På celle- og molekylnivå skjer det kontinuerlig prosesser som forstyrrer homeostase. T-lymfocytter gjenkjenner og ødelegger mutante celler i sin egen kropp, og gir dermed funksjonen til immunovervåking.
Immunsystemet kontrollerer kroppens genetiske stabilitet. Dette systemet, som består av anatomisk adskilte organer, representerer en funksjonell enhet. Egenskapen til immunforsvar har nådd sin høyeste utvikling hos fugler og pattedyr.
Regulering av homeostase utføres av følgende organer og systemer (fig. 91):
1) sentralnervesystemet;
2) det nevroendokrine systemet, som inkluderer hypothalamus, hypofysen og perifere endokrine kjertler;
3) diffust endokrine system (DES), representert av endokrine celler lokalisert i nesten alle vev og organer (hjerte, lunge, mage-tarmkanalen, nyrer, lever, hud, etc.). Hovedtyngden av DES-celler (75%) er konsentrert i epitelet i fordøyelsessystemet.
Det er nå kjent at en rekke hormoner er tilstede samtidig i sentralnervestrukturen og endokrine celler i mage-tarmkanalen. Således finnes hormonene enkefaliner og endorfiner i nerveceller og endokrine celler i bukspyttkjertelen og magesekken. Chocystokinin ble påvist i hjernen og tolvfingertarmen. Slike fakta ga opphav til hypotesen om at det er et enkelt system av kjemiske informasjonsceller i kroppen. Det særegne ved nerveregulering er hastigheten på responsens begynnelse, og dens effekt manifesteres direkte på stedet hvor signalet kommer gjennom den tilsvarende nerven; reaksjonen er kortvarig.
I det endokrine systemet er regulatoriske påvirkninger assosiert med virkningen av hormoner som bæres i blodet gjennom hele kroppen; effekten er langvarig og ikke-lokal.
Integreringen av nervøse og endokrine reguleringsmekanismer skjer i hypothalamus. Det generelle nevroendokrine systemet tillater implementering av komplekse homeostatiske reaksjoner assosiert med regulering av kroppens viscerale funksjoner.
Hypothalamus har også kjertelfunksjoner, og produserer nevrohormoner. Nevrohormoner, som kommer inn i den fremre lappen av hypofysen med blodet, regulerer frigjøringen av tropiske hypofysehormoner. Tropiske hormoner regulerer direkte funksjonen til de endokrine kjertlene. For eksempel stimulerer skjoldbruskkjertelstimulerende hormon fra hypofysen skjoldbruskkjertelen, og øker nivået av skjoldbruskkjertelhormon i blodet. Når konsentrasjonen av hormonet øker over normen for en gitt organisme, hemmes den skjoldbruskkjertelstimulerende funksjonen til hypofysen og aktiviteten til skjoldbruskkjertelen svekkes. For å opprettholde homeostase er det derfor nødvendig å balansere kjertelens funksjonelle aktivitet med konsentrasjonen av hormonet i det sirkulerende blodet.
Dette eksemplet demonstrerer det generelle prinsippet for homeostatiske reaksjoner: avvik fra startnivået --- signal --- aktivering av reguleringsmekanismer basert på tilbakemeldingsprinsippet --- korrigering av endringen (normalisering).
Noen endokrine kjertler er ikke direkte avhengige av hypofysen. Dette er bukspyttkjerteløyene som produserer insulin og glukagon, binyremargen, pinealkjertelen, thymus og biskjoldbruskkjertlene.
Thymus inntar en spesiell posisjon i det endokrine systemet. Den produserer hormonlignende stoffer som stimulerer dannelsen av T-lymfocytter, og det etableres en sammenheng mellom immun- og endokrine mekanismer.
Evnen til å opprettholde homeostase er en av de viktigste egenskapene til et levende system som er i en tilstand av dynamisk likevekt med miljøforhold. Evnen til å opprettholde homeostase varierer mellom forskjellige arter; den er høy hos høyerestående dyr og mennesker, som har komplekse nervøse, endokrine og immunregulerende mekanismer.
I ontogenese er hver aldersperiode preget av egenskapene til metabolisme, energi og homeostasemekanismer. I et barns kropp råder assimileringsprosessene over dissimilering, som bestemmer vekst og vektøkning; mekanismene for homeostase er ennå ikke modne nok, noe som etterlater et avtrykk på forløpet av både fysiologiske og patologiske prosesser.
Med alderen forbedres metabolske prosesser og reguleringsmekanismer. I voksen alder gir prosessene med assimilering og dissimilering, systemet for normalisering av homeostase kompensasjon. Med aldring avtar intensiteten av metabolske prosesser, påliteligheten til reguleringsmekanismer svekkes, funksjonen til en rekke organer blekner, og samtidig utvikles nye spesifikke mekanismer som støtter bevaring av relativ homeostase. Dette uttrykkes spesielt i en økning i følsomheten til vev for virkningen av hormoner sammen med en svekkelse av nervøse effekter. I løpet av denne perioden svekkes adaptive funksjoner, så økt arbeidsbelastning og stressende forhold kan lett forstyrre homeostatiske mekanismer og ofte bli årsaken til patologiske tilstander.
Kunnskap om disse mønstrene er nødvendig for den fremtidige legen, siden sykdommen er en konsekvens av et brudd på mekanismene og måtene å gjenopprette homeostase hos mennesker.
Kroppen som et åpent selvregulerende system.
En levende organisme er et åpent system som har en forbindelse med miljøet gjennom nervesystemet, fordøyelsessystemet, luftveiene, utskillelsessystemet osv.
I prosessen med metabolisme med mat, vann og gassutveksling kommer forskjellige kjemiske forbindelser inn i kroppen, som gjennomgår endringer i kroppen, kommer inn i kroppens struktur, men forblir ikke permanent. Assimilerte stoffer brytes ned, frigjør energi, og nedbrytningsprodukter fjernes i det ytre miljø. Det ødelagte molekylet erstattes av et nytt osv.
Kroppen er et åpent, dynamisk system. I et miljø i stadig endring opprettholder kroppen en stabil tilstand i en viss tid.
Konseptet med homeostase. Generelle mønstre for homeostase i levende systemer.
Homeostase – egenskapen til en levende organisme til å opprettholde den relative dynamiske konstantheten til dens indre miljø. Homeostase uttrykkes i den relative konstanten av den kjemiske sammensetningen, osmotisk trykk og stabiliteten til grunnleggende fysiologiske funksjoner. Homeostase er spesifikk og bestemt av genotype.
Bevaring av integriteten til organismens individuelle egenskaper er en av de mest generelle biologiske lovene. Denne loven er sikret i den vertikale rekke generasjoner av reproduksjonsmekanismer, og gjennom hele livet til et individ av homeostase-mekanismer.
Fenomenet homeostase er en evolusjonært utviklet, arvelig fiksert adaptiv egenskap av kroppen til normale miljøforhold. Imidlertid kan disse forholdene være utenfor normalområdet i en kort eller lang periode. I slike tilfeller er tilpasningsfenomener preget ikke bare av gjenoppretting av de vanlige egenskapene til det indre miljøet, men også av kortsiktige endringer i funksjon (for eksempel en økning i rytmen til hjerteaktivitet og en økning i frekvensen av pustebevegelser med økt muskelarbeid). Homeostase-reaksjoner kan være rettet mot:
opprettholde kjente nivåer av steady state;
eliminering eller begrensning av skadelige faktorer;
utvikling eller bevaring av optimale former for interaksjon mellom organismen og miljøet i de endrede forholdene for dens eksistens. Alle disse prosessene bestemmer tilpasning.
Derfor betyr begrepet homeostase ikke bare en viss konstanthet av forskjellige fysiologiske konstanter i kroppen, men inkluderer også prosesser for tilpasning og koordinering av fysiologiske prosesser som sikrer kroppens enhet ikke bare normalt, men også under skiftende forhold for dens eksistens. .
Hovedkomponentene i homeostase ble identifisert av C. Bernard, og de kan deles inn i tre grupper:
A. Stoffer som gir mobilbehov:
Stoffer som er nødvendige for energiproduksjon, vekst og utvinning - glukose, proteiner, fett.
NaCl, Ca og andre uorganiske stoffer.
Oksygen.
Intern sekresjon.
B. Miljøfaktorer som påvirker cellulær aktivitet:
Osmotisk trykk.
Temperatur.
Hydrogenionekonsentrasjon (pH).
B. Mekanismer som sikrer strukturell og funksjonell enhet:
Arvelighet.
Regenerering.
Immunobiologisk reaktivitet.
Prinsippet om biologisk regulering sikrer den indre tilstanden til organismen (dens innhold), samt forholdet mellom stadiene av ontogenese og fylogenese. Dette prinsippet har vist seg å være utbredt. Under studiet oppsto kybernetikk - vitenskapen om målrettet og optimal kontroll av komplekse prosesser i levende natur, i det menneskelige samfunn og industri (Berg I.A., 1962).
En levende organisme er et komplekst kontrollert system der mange variabler i det ytre og indre miljøet samhandler. Felles for alle systemer er tilstedeværelsen input variabler, som, avhengig av egenskapene og adferdslovene til systemet, transformeres til helg variabler (fig. 10).
Ris. 10 - Generelt opplegg for homeostase av levende systemer
Utdatavariabler avhenger av input og lover for systematferd.
Påvirkningen av utgangssignalet på kontrolldelen av systemet kalles tilbakemelding , som er av stor betydning ved selvregulering (homeostatisk reaksjon). Skille negativ Ogpositivt tilbakemelding.
Negativ tilbakemelding reduserer påvirkningen av inngangssignalet på utgangsverdien i henhold til prinsippet: "jo mer (ved utgangen), jo mindre (ved inngangen)." Det hjelper med å gjenopprette systemhomeostase.
På positivt tilbakemelding, øker størrelsen på inngangssignalet i henhold til prinsippet: "jo mer (ved utgangen), jo mer (ved inngangen)." Det forbedrer det resulterende avviket fra den opprinnelige tilstanden, noe som fører til en forstyrrelse av homeostase.
Imidlertid opererer alle typer selvregulering etter samme prinsipp: selvavvik fra den opprinnelige tilstanden, som tjener som et insentiv til å slå på korreksjonsmekanismer. Dermed er normal pH i blodet 7,32 – 7,45. Et pH-skift på 0,1 fører til hjertesvikt. Dette prinsippet ble beskrevet av Anokhin P.K. i 1935 og kalt tilbakemeldingsprinsippet, som tjener til å utføre adaptive reaksjoner.
Generelt prinsipp for homeostatisk respons(Anokhin: "Teori om funksjonelle systemer"):
avvik fra startnivået → signal → aktivering av reguleringsmekanismer basert på tilbakemeldingsprinsippet → korrigering av endringen (normalisering).
Så under fysisk arbeid øker konsentrasjonen av CO 2 i blodet → pH skifter til den sure siden → signalet kommer inn i respirasjonssenteret i medulla oblongata → sentrifugalnerver leder en impuls til interkostalmusklene og pusten blir dypere → CO 2 i blodet synker, pH gjenopprettes.
Mekanismer for regulering av homeostase på molekylærgenetiske, cellulære, organismer, populasjonsarter og biosfærenivåer.
Regulatoriske homeostatiske mekanismer fungerer på gen-, celle- og systemnivå (organisme, populasjonsarter og biosfære).
Genmekanismer homeostase. Alle fenomener med homeostase i kroppen er genetisk bestemt. Allerede på nivået av primære genprodukter er det en direkte forbindelse - "ett strukturelt gen - en polypeptidkjede." Dessuten er det en kollineær samsvar mellom nukleotidsekvensen til DNA og aminosyresekvensen til polypeptidkjeden. Det arvelige programmet for individuell utvikling av en organisme sørger for dannelse av artsspesifikke egenskaper ikke i konstante, men under skiftende miljøforhold, innenfor grensene for en arvelig bestemt reaksjonsnorm. Den doble heliciteten til DNA er avgjørende i prosessene for replikasjon og reparasjon. Begge er direkte relatert til å sikre stabiliteten i funksjonen til det genetiske materialet.
Fra et genetisk synspunkt kan man skille mellom elementære og systemiske manifestasjoner av homeostase. Eksempler på elementære manifestasjoner av homeostase inkluderer: genkontroll av tretten blodkoagulasjonsfaktorer, genkontroll av histokompatibilitet av vev og organer, som tillater transplantasjon.
Det transplanterte området kalles transplantasjon. Organismen som vevet tas fra for transplantasjon er giver , og hvem som blir transplantert - mottaker . Suksessen med transplantasjon avhenger av kroppens immunologiske reaksjoner. Det er autotransplantasjon, syngen transplantasjon, allotransplantasjon og xenotransplantasjon.
Autotransplantasjon – vevstransplantasjon fra samme organisme. I dette tilfellet skiller ikke proteinene (antigenene) til transplantatet seg fra mottakerens. Det er ingen immunologisk reaksjon.
Syngenisk transplantasjon utføres i eneggede tvillinger som har samme genotype.
Allotransplantasjon – transplantasjon av vev fra ett individ til et annet som tilhører samme art. Donor og mottaker er forskjellige i antigener, og det er grunnen til at høyere dyr opplever langvarig innpodning av vev og organer.
Xenotransplantasjon – giver og mottaker tilhører ulike typer organismer. Denne typen transplantasjon er vellykket hos noen virvelløse dyr, men hos høyerestående dyr slår ikke slike transplantasjoner rot.
Under transplantasjon er fenomenet av stor betydning immunologisk toleranse (histokompatibilitet). Undertrykkelse av immunsystemet ved vevstransplantasjon (immunsuppresjon) oppnås ved: undertrykkelse av immunsystemets aktivitet, bestråling, administrering av antilymfatisk serum, binyrehormoner, kjemikalier - antidepressiva (imuran). Hovedoppgaven er å undertrykke ikke bare immunitet, men transplantasjonsimmunitet.
Transplantasjonsimmunitet bestemmes av den genetiske konstitusjonen til giveren og mottakeren. Gener som er ansvarlige for syntesen av antigener som forårsaker en reaksjon på transplantert vev kalles vevsinkompatibilitetsgener.
Hos mennesker er det viktigste genetiske histokompatibilitetssystemet HLA-systemet (Human Leukocyte Antigen). Antigener er ganske fullt representert på overflaten av leukocytter og oppdages ved bruk av antisera. Strukturen til systemet hos mennesker og dyr er den samme. En vanlig terminologi er tatt i bruk for å beskrive genetiske loki og alleler i HLA-systemet. Antigener er betegnet: HLA-A 1; HLA-A 2 osv. Nye antigener som ikke er definitivt identifisert, betegnes W (Work). Antigener i HLA-systemet er delt inn i 2 grupper: SD og LD (fig. 11).
Antigener av SD-gruppen bestemmes av serologiske metoder og bestemmes av genene til 3 subloci av HLA-systemet: HLA-A; HLA-B; HLA-C.
Ris. 11 - HLA er det viktigste genetiske systemet for menneskelig histokompatibilitet
LD - antigener kontrolleres av HLA-D sublocus av det sjette kromosomet, og bestemmes ved metoden for blandede kulturer av leukocytter.
Hvert av genene som kontrollerer humane HLA-antigener har et stort antall alleler. HLA-A-sublokuset kontrollerer således 19 antigener; HLA-B – 20; HLA-C – 5 "arbeidende" antigener; HLA-D – 6. Dermed er det allerede oppdaget rundt 50 antigener hos mennesker.
Antigen polymorfisme av HLA-systemet er et resultat av opprinnelsen til noen fra andre og den nære genetiske forbindelsen mellom dem. Identiteten til giveren og mottakeren av HLA-antigener er nødvendig for transplantasjon. Transplantasjon av en nyre identisk i 4 antigener i systemet sikrer en overlevelsesrate på 70%; 3 – 60 %; 2 – 45 %; 1 – 25 % hver.
Det er spesielle sentre som utfører valg av giver og mottaker for transplantasjon, for eksempel i Holland - "Eurotransplant". Typing basert på HLA-systemantigener utføres også i republikken Hviterussland.
Cellulære mekanismer homeostase er rettet mot å gjenopprette vevsceller og organer i tilfelle brudd på deres integritet. Settet med prosesser som tar sikte på å gjenopprette ødelagte biologiske strukturer kalles regenerering. Denne prosessen er karakteristisk for alle nivåer: fornyelse av proteiner, komponenter i celleorganeller, hele organeller og selve cellene. Gjenoppretting av organfunksjoner etter skade eller nerveruptur og sårheling er viktig for medisinen med tanke på å mestre disse prosessene.
Vev, i henhold til deres regenererende evne, er delt inn i 3 grupper:
Vev og organer som er preget av mobilnettet regenerering (bein, løst bindevev, hematopoietisk system, endotel, mesothelium, slimhinner i tarmkanalen, luftveiene og genitourinary system.
Vev og organer som er preget av cellulær og intracellulær regenerering (lever, nyrer, lunger, glatte muskler og skjelettmuskler, autonomt nervesystem, endokrine, bukspyttkjertel).
Stoffer som er preget overveiende intracellulært regenerering (myokard) eller utelukkende intracellulær regenerering (ganglionceller i sentralnervesystemet). Den dekker prosessene for restaurering av makromolekyler og cellulære organeller ved å sette sammen elementære strukturer eller ved å dele dem (mitokondrier).
I evolusjonsprosessen ble det dannet 2 typer regenerering fysiologisk og reparerende .
Fysiologisk regenerering – Dette er en naturlig prosess med restaurering av kroppselementer gjennom hele livet. For eksempel restaurering av erytrocytter og leukocytter, erstatning av hudepitel, hår, erstatning av melketenner med permanente. Disse prosessene påvirkes av eksterne og interne faktorer.
Reparativ regenerering – er restaurering av organer og vev tapt på grunn av skade eller skade. Prosessen skjer etter mekaniske skader, brannskader, kjemiske eller strålingsskader, samt som følge av sykdommer og kirurgiske operasjoner.
Reparativ regenerering er delt inn i typisk (homomorfose) og atypisk (heteromorfose). I det første tilfellet regenererer et organ som ble fjernet eller ødelagt, i det andre utvikler seg et annet i stedet for det fjernede organet.
Atypisk regenerering mer vanlig hos virvelløse dyr.
Hormoner stimulerer regenerering hypofysen Og skjoldbruskkjertelen . Det er flere metoder for regenerering:
Epimorfose eller fullstendig regenerering - restaurering av såroverflaten, komplettering av delen til helheten (for eksempel gjenvekst av en hale i en øgle, lemmer i en salamander).
Morfollakse – rekonstruksjon av den gjenværende delen av orgelet til en helhet, bare mindre i størrelse. Denne metoden er preget av rekonstruksjon av en ny fra restene av en gammel (for eksempel restaurering av et lem i en kakerlakk).
Endomorfose – restaurering på grunn av intracellulær restrukturering av vev og organ. På grunn av økningen i antall celler og deres størrelse, nærmer organets masse seg den opprinnelige.
Hos virveldyr skjer reparativ regenerering i følgende form:
Full regenerering – restaurering av det opprinnelige vevet etter skaden.
Regenerativ hypertrofi , karakteristisk for indre organer. I dette tilfellet helbreder såroverflaten med et arr, det fjernede området vokser ikke tilbake og organets form blir ikke gjenopprettet. Massen til den gjenværende delen av organet øker på grunn av en økning i antall celler og deres størrelser og nærmer seg den opprinnelige verdien. Dette er hvordan leveren, lungene, nyrene, binyrene, bukspyttkjertelen, spyttkjertlene og skjoldbruskkjertlene regenereres hos pattedyr.
Intracellulær kompensatorisk hyperplasi celle ultrastrukturer. I dette tilfellet dannes et arr på skadestedet, og gjenoppretting av den opprinnelige massen skjer på grunn av en økning i volumet av celler, og ikke deres antall basert på spredning (hyperplasi) av intracellulære strukturer (nervevev).
Systemiske mekanismer leveres av samspillet mellom regulatoriske systemer: nervøs, endokrin og immun .
Nervøs regulering utføres og koordineres av sentralnervesystemet. Nerveimpulser som kommer inn i celler og vev forårsaker ikke bare spenning, men regulerer også kjemiske prosesser og utveksling av biologisk aktive stoffer. For tiden er mer enn 50 nevrohormoner kjent. Dermed produserer hypothalamus vasopressin, oksytocin, liberiner og statiner, som regulerer funksjonen til hypofysen. Eksempler på systemiske manifestasjoner av homeostase er å opprettholde en konstant temperatur og blodtrykk.
Fra et synspunkt om homeostase og tilpasning, er nervesystemet hovedarrangøren av alle kroppsprosesser. Grunnlaget for tilpasning er balansering av organismer med miljøforhold, ifølge N.P. Pavlov, refleksprosesser lyver. Mellom ulike nivåer av homeostatisk regulering er det en privat hierarkisk underordning i systemet for regulering av indre prosesser i kroppen (fig. 12).
|
cerebral cortex og deler av hjernen |
|
selvregulering basert på tilbakemeldingsprinsipp |
|
perifere nevroregulatoriske prosesser, lokale reflekser |
|
Celle- og vevsnivåer av homeostase |
Ris. 12. - Hierarkisk underordning i systemet for regulering av interne prosesser i kroppen.
Det mest primære nivået består av homeostatiske systemer på celle- og vevsnivå. Over dem er perifere nervøse reguleringsprosesser som lokale reflekser. Videre i dette hierarkiet er systemer for selvregulering av visse fysiologiske funksjoner med forskjellige "feedback"-kanaler. Toppen av denne pyramiden er okkupert av hjernebarken og hjernen.
I en kompleks flercellet organisme utføres både direkte og tilbakemeldingsforbindelser ikke bare av nervøse, men også av hormonelle (endokrine) mekanismer. Hver av kjertlene som inngår i det endokrine systemet påvirker andre organer i dette systemet og påvirkes på sin side av sistnevnte.
Endokrine mekanismer homeostase ifølge B.M. Zavadsky, dette er en mekanisme for pluss-minus interaksjon, dvs. balansere den funksjonelle aktiviteten til kjertelen med konsentrasjonen av hormonet. Med høy konsentrasjon av hormonet (over normalen) svekkes kjertelens aktivitet og omvendt. Denne effekten utføres gjennom virkningen av hormonet på kjertelen som produserer det. I en rekke kjertler etableres regulering gjennom hypothalamus og hypofysen fremre, spesielt under en stressreaksjon.
Endokrine kjertler kan deles inn i to grupper i henhold til deres forhold til hypofysens fremre lapp. Sistnevnte regnes som sentral, og de andre endokrine kjertlene regnes som perifere. Denne inndelingen er basert på at hypofysens fremre lapp produserer såkalte tropiske hormoner, som aktiverer noen perifere endokrine kjertler. I sin tur virker hormonene i de perifere endokrine kjertlene på hypofysens fremre lapp, og hemmer utskillelsen av tropiske hormoner.
Reaksjonene som sikrer homeostase kan ikke begrenses til en endokrin kjertel, men involverer alle kjertler i en eller annen grad. Den resulterende reaksjonen tar et kjedeforløp og sprer seg til andre effektorer. Den fysiologiske betydningen av hormoner ligger i reguleringen av andre funksjoner i kroppen, og derfor bør kjedenaturen uttrykkes så mye som mulig.
Konstante forstyrrelser i kroppens miljø bidrar til å opprettholde dens homeostase over et langt liv. Hvis du skaper levekår der ingenting forårsaker betydelige endringer i det indre miljøet, vil organismen være fullstendig ubevæpnet når den møter miljøet og vil snart dø.
Kombinasjonen av nervøse og endokrine reguleringsmekanismer i hypothalamus tillater komplekse homeostatiske reaksjoner assosiert med reguleringen av kroppens viscerale funksjon. Nervesystemet og endokrine systemer er den samlende mekanismen for homeostase.
Et eksempel på en generell respons av nervøse og humorale mekanismer er en stresstilstand som utvikler seg under ugunstige levekår og det er en trussel om forstyrrelse av homeostase. Under stress observeres en endring i tilstanden til de fleste systemer: muskulære, respiratoriske, kardiovaskulære, fordøyelsesorganer, sensoriske organer, blodtrykk, blodsammensetning. Alle disse endringene er en manifestasjon av individuelle homeostatiske reaksjoner rettet mot å øke kroppens motstand mot ugunstige faktorer. Den raske mobiliseringen av kroppens krefter fungerer som en beskyttende reaksjon på stress.
Med "somatisk stress" løses problemet med å øke kroppens generelle motstand i henhold til skjemaet vist i figur 13.
Ris. 13 - Ordning for å øke kroppens generelle motstand under
I biologi er dette å opprettholde konstansen i det indre miljøet i kroppen.
Homeostase er basert på kroppens følsomhet for avvik av visse parametere (homeostatiske konstanter) fra en gitt verdi. Grenser for tillatte fluktuasjoner av den homeostatiske parameteren ( homeostatisk konstant) kan være bred eller smal. Smale grenser har: kroppstemperatur, blod pH, blodsukkernivåer. Brede grenser har: blodtrykk, kroppsvekt, konsentrasjon av aminosyrer i blodet.
Spesielle intraorganismale reseptorer ( interoreseptorer) reagerer på avvik av homeostatiske parametere fra spesifiserte grenser. Slike interoreseptorer finnes inne i thalamus, hypothalamus, i blodårer og i organer. Som svar på parameteravvik utløser de gjenopprettende homeostatiske reaksjoner.
Generell mekanisme for nevroendokrine homeostatiske reaksjoner for intern regulering av homeostase
Parametrene til den homeostatiske konstanten avviker, interoceptorene er begeistret, deretter er de tilsvarende sentrene til hypothalamus begeistret, de stimulerer frigjøringen av de tilsvarende liberinene av hypothalamus. Som svar på virkningen av liberiner frigjøres hormoner av hypofysen, og deretter, under deres virkning, frigjøres hormoner fra andre endokrine kjertler. Hormoner, frigjort fra de endokrine kjertlene til blodet, endrer metabolismen og funksjonen til organer og vev. Som et resultat forskyver den etablerte nye driftsmodusen for organer og vev de endrede parameterne mot den forrige innstilte verdien og gjenoppretter verdien av den homeostatiske konstanten. Dette er det generelle prinsippet for å gjenopprette homeostatiske konstanter når de avviker.
2. I disse funksjonelle nervesentrene bestemmes avviket til disse konstantene fra normen. Avvik av konstanter innenfor gitte grenser elimineres på grunn av de regulatoriske egenskapene til selve funksjonssentrene.
3. Men når en homeostatisk konstant avviker over eller under akseptable grenser, sender funksjonssentrene eksitasjon høyere: til "trenger sentre" hypothalamus. Dette er nødvendig for å bytte fra intern nevrohumoral regulering av homeostase til ekstern - atferdsmessig.
4. Eksitering av et eller annet behovssenter i hypothalamus danner en tilsvarende funksjonstilstand, som subjektivt oppleves som behov for noe: mat, vann, varme, kulde eller sex. Det oppstår en psyko-emosjonell tilstand av misnøye som aktiverer og oppmuntrer til handling.
5. For å organisere målrettet atferd er det nødvendig å velge bare ett av behovene som en prioritet og skape en fungerende dominant for å tilfredsstille det. Det antas at hovedrollen i dette spilles av mandlene i hjernen (Corpus amygdoloideum). Det viser seg at, basert på et av behovene som hypothalamus danner, skaper amygdala en ledende motivasjon som organiserer målrettet atferd for å tilfredsstille kun dette ene utvalgte behovet.
6. Det neste trinnet kan betraktes som lanseringen av forberedende atferd, eller drivrefleksen, som bør øke sannsynligheten for å lansere den eksekutive refleksen som respons på triggerstimulus. Drivrefleksen oppmuntrer kroppen til å skape en situasjon der sannsynligheten for å finne en gjenstand som er egnet for å tilfredsstille det aktuelle behovet økes. Dette kan for eksempel være å flytte til et sted som er rikt på mat, eller vann, eller seksuelle partnere, avhengig av kjørebehovet. Når det i den oppnådde situasjonen oppdages et spesifikt objekt som er egnet til å tilfredsstille et gitt dominerende behov, utløser det eksekutiv refleksatferd rettet mot å tilfredsstille behovet ved hjelp av dette bestemte objektet.
© 2014-2018 Sazonov V.F. © 2014-2016 kineziolog.bodhy.ru..
Homeostase Systems - En detaljert pedagogisk ressurs om homeostase.