Tehnike razvoja

Trije primeri regulacije homeostaze v človeškem telesu. Homeostaza in njeni odločilni dejavniki; biološki pomen homeostaze. Vloga živčnega in humoralnega sistema pri uravnavanju telesnih funkcij in zagotavljanju njegove celovitosti. Medicinska uporaba

Povratne informacije.

Ko pride do spremembe spremenljivk, se sistem odziva na dve glavni vrsti povratnih informacij:

Negativne povratne informacije, izraženo v reakciji, v kateri se sistem odzove tako, da obrne smer spremembe. Ker povratne informacije služijo ohranjanju konstantnosti sistema, to omogoča vzdrževanje homeostaze.

Na primer, ko koncentracija ogljikov dioksid povečanje v človeškem telesu, pljuča prejmejo signal za povečanje svoje aktivnosti in izdihnejo več ogljikov dioksid.

Termoregulacija je še en primer negativnih povratnih informacij. Ko se telesna temperatura dvigne (ali zniža) termoreceptorji v kožo in hipotalamus spremembo registrirajo tako, da sprožijo signal iz možganov. Ta signal pa sproži odziv - znižanje temperature (ali zvišanje).

Pozitivne povratne informacije , ki se izraža v povečanju spremembe spremenljivke. Ima destabilizirajoč učinek in zato ne vodi v homeostazo. Pozitivne povratne informacije so pri nas manj pogoste naravni sistemi ima pa tudi svojo uporabo.

Na primer v živce prag električnega potenciala povzroči nastanek veliko več akcijski potencial. Strjevanje kri in dogodki ob rojstvo lahko navedemo kot druge primere pozitivnih povratnih informacij.

Odporni sistemi zahtevajo kombinacijo obeh vrst povratnih informacij. Medtem ko vam negativne povratne informacije omogočajo vrnitev v homeostatsko stanje, se pozitivne povratne informacije uporabljajo za premik v popolnoma novo (in zelo verjetno tudi manj zaželeno) stanje homeostaze - to stanje imenujemo "metastabilnost". Takšne katastrofalne spremembe se lahko pojavijo na primer s povečanjem hranila v rekah s čisto vodo, kar vodi v homeostatsko stanje visoke evtrofikacija(zaraščanje kanala alge) in motnost.

Biofizikalni mehanizmi homeostaze.

Z vidika kemijske biofizike je homeostaza stanje, v katerem so vsi procesi, odgovorni za energetske transformacije v telesu, v dinamičnem ravnovesju. To stanje je najbolj stabilno in ustreza fiziološkemu optimumu. V skladu s pojmi termodinamike lahko organizem in celica obstajata in se prilagodita takšnim okoljskim razmeram, v katerih biološki sistem mogoče je vzpostaviti stalen tok fizikalno -kemijskih procesov, t.j. homeostaza. Glavno vlogo pri vzpostavitvi homeostaze imajo celični membranski sistemi, ki so odgovorni za bioenergetske procese in uravnavajo hitrost vnosa in sproščanja snovi s celicami.

S tega vidika so glavni vzroki motenj neencimske reakcije, ki so nenavadne za normalno življenje in se pojavljajo v membranah; v večini primerov gre za verižne reakcije oksidacije s sodelovanjem prostih radikalov, ki se pojavljajo v fosfolipidih celic. Te reakcije vodijo do poškodb strukturni elementi celice in motnje regulacije. Med dejavnike, ki povzročajo motnje homeostaze, sodijo tudi sredstva, ki povzročajo radikale (ionizirajoče sevanje, nalezljivi toksini, nekatera živila, nikotin, pa tudi pomanjkanje vitaminov itd.).

Med dejavnike, ki stabilizirajo homeostatsko stanje in delovanje membran, spadajo bioantioksidanti, ki zavirajo razvoj oksidativnih radikalnih reakcij.

Ekološka homeostaza.

Ekološko homeostazo opazimo v vrhunskih skupnostih z največjo možno biotsko raznovrstnostjo v ugodnih okoljskih razmerah.

V motenih ekosistemih ali sublimaksnih bioloških skupnostih - kot je otok Krakatoa, je po nasilnem vulkanskem izbruhu leta 1883 - stanje homeostaze prejšnjega ekosistema gozdnega vrhunca uničeno, tako kot vse življenje na tem otoku.

Leta po izbruhu je Krakatoa doživela verigo ekoloških sprememb, v katerih so se zamenjale nove vrste rastlin in živali, kar je privedlo do biotske raznovrstnosti in posledično do podnebne skupnosti. Ekološko nasledstvo Krakatoe je bilo uresničeno v več fazah. Celotna veriga nasledstva, ki je pripeljala do vrhunca, se imenuje nasledstvo. V primeru Krakatoe je na tem otoku nastala vrhunska skupnost z osem tisoč različnimi vrstami, zabeleženimi leta 1983, sto let po izbruhu, ki je na njem uničil življenje. Podatki potrjujejo, da položaj še nekaj časa ostaja v homeostazi, pojav novih vrst pa zelo hitro vodi v hitro izginotje starih.

Primer Krakatoe in drugih motenih ali nedotaknjenih ekosistemov kaže, da se začetne kolonizacije pionirskih vrst izvajajo s strategijami razmnoževanja, ki temeljijo na pozitivnih povratnih informacijah, v katerih se vrsta širi in proizvaja čim več potomcev, vendar z malo ali nič vlaganja v uspeh vsakega posameznika ... Pri takih vrstah obstaja hiter razvoj in enako hiter propad (na primer z epidemijo). Ko se ekosistem približa vrhuncu, se takšne vrste nadomestijo s kompleksnejšimi vrstami vrhunca, ki se z negativnimi povratnimi informacijami prilagodijo posebnim razmeram v svojem okolju. Te vrste skrbno nadzorujejo potencialne zmogljivosti ekosistema in sledijo drugačni strategiji - pridelavi manjših potomcev, v katerih reprodukcijski uspeh je vloženo več energije v mikrookolje njegove posebne ekološke niše.

Razvoj se začne s pionirsko skupnostjo in konča z vrhunsko skupnostjo. Ta vrhunska skupnost nastane, ko sta flora in favna v ravnovesju z lokalnim okoljem.

Takšni ekosistemi tvorijo heterarhije, pri katerih homeostaza na eni ravni spodbuja homeostatske procese na drugi kompleksni ravni.

Na primer, izguba listov zrelega tropskega drevesa daje prostor za novo rast in bogati tla. Prav tako tropsko drevo zmanjšuje dostop svetlobe do nižjih ravni in preprečuje vdor drugih vrst. Toda drevesa padajo tudi na tla in razvoj gozda je odvisen od stalne menjave dreves, cikla hranil, ki ga izvajajo bakterije, žuželke, glive.

Na podoben način takšni gozdovi olajšajo ekološke procese, kot je regulacija mikroklime ali hidrološki cikli ekosistema, pri čemer lahko med različnimi ekosistemi sodeluje, da ohrani homeostazo odvodnjavanja rek v biološki regiji. Spremenljivost bioregij igra tudi vlogo pri homeostatski stabilnosti biološke regije ali bioma.

Biološka homeostaza.

Homeostaza deluje kot temeljna značilnost živih organizmov in jo razumemo kot vzdrževanje notranjega okolja v sprejemljivih mejah.

Notranje okolje telesa vključuje telesne tekočine - krvno plazmo, limfo, medcelično snov in cerebrospinalno tekočino. Ohranjanje stabilnosti teh tekočin je za organizme ključnega pomena, njegova odsotnost pa vodi do poškodb genskega materiala.

Za kateri koli parameter so organizmi razdeljeni na konformacijske in regulativne. Regulatorni organizmi ohranjajo parameter na stalni ravni, ne glede na to, kaj se dogaja v okolju. Konformacijski organizmi omogočajo okolju, da določi parameter. Na primer, toplokrvne živali vzdržujejo stalno telesno temperaturo, medtem ko hladnokrvne živali kažejo širok razpon temperatur.

Bistvo ni v tem, da konformacijski organizmi nimajo vedenjskih prilagoditev, ki jim do neke mere omogočajo urejanje sprejetega parametra. Plazilci na primer pogosto zjutraj sedijo na segretih skalah, da dvignejo telesno temperaturo.

Prednost homeostatske regulacije je, da telesu omogoča učinkovitejše delovanje. Na primer, hladnokrvne živali pri nizkih temperaturah postanejo letargične, medtem ko so toplokrvne živali skoraj tako aktivne kot kdaj koli prej. Po drugi strani pa regulacija zahteva energijo. Razlog, zakaj lahko nekatere kače jedo le enkrat na teden, je ta, da za vzdrževanje homeostaze porabijo veliko manj energije kot sesalci.

Celična homeostaza.

Regulacijo kemijske aktivnosti celice dosežemo s številnimi procesi, med katerimi je zlasti pomembna sprememba strukture same citoplazme, pa tudi strukture in aktivnosti encimov. Avtoregulacija je odvisna od temperature, kislosti, koncentracije substrata in prisotnosti nekaterih makro- in mikroelementov.

Homeostaza v človeškem telesu.

Na sposobnost telesnih tekočin, da podpirajo življenje, vplivajo različni dejavniki. Ti vključujejo parametre, kot so temperatura, slanost, kislost in koncentracija hranil - glukoze, različnih ionov, kisika in odpadkov - ogljikovega dioksida in urina. Ker ti parametri vplivajo na kemijske reakcije, ki ohranjajo telo pri življenju, obstajajo vgrajeni fiziološki mehanizmi, ki jih ohranjajo na zahtevani ravni.

Homeostaze ni mogoče šteti za vzrok teh nezavednih prilagoditev. Vzeti ga je treba kot splošne značilnosti mnogi normalni procesi delujejo skupaj in ne kot njihov osnovni vzrok. Poleg tega obstaja veliko bioloških pojavov, ki ne ustrezajo temu modelu - na primer anabolizem.

Homeostaza, homeostaza (homeostaza; grško homoios podobno, isto + stanje zastoja, nepremičnost), - relativna dinamična konstantnost notranjega okolja (kri, limfa, tkivna tekočina) in stabilnost osnovnih fizioloških funkcij (krvni obtok, dihanje, termoregulacijo, presnovo itd.) človeškega telesa in živali. Regulatorni mehanizmi, ki vzdržujejo fiziološko stanje ali lastnosti celic, organov in sistemov celotnega organizma na optimalni ravni, se imenujejo homeostatični.

Kot veste, je živa celica mobilni, samoregulacijski sistem. Njegovo notranjo organizacijo podpirajo aktivni procesi, katerih cilj je omejiti, preprečiti ali odpraviti premike, ki jih povzročajo različni vplivi iz zunanjega in notranjega okolja. Sposobnost vrnitve v začetno stanje po odstopanju od določene povprečne ravni, ki jo povzroči ta ali tisti »moteč« dejavnik, je glavna lastnost celice. Večcelični organizem je celostna organizacija, katere celični elementi so specializirani za opravljanje različnih funkcij. Interakcijo v telesu izvajajo zapleteni regulativni, usklajevalni in korelacijski mehanizmi z

sodelovanje živčnih, humoralnih, presnovnih in drugih dejavnikov. Številni ločeni mehanizmi, ki urejajo znotraj- in medcelične odnose, imajo v številnih primerih medsebojno nasprotne (antagonistične) učinke, ki se med seboj uravnovesijo. To vodi v vzpostavitev mobilnega fiziološkega ozadja (fiziološko ravnovesje) v telesu in omogoča živemu sistemu, da ohrani relativno dinamično konstantnost, kljub spremembam v okolju in premikom, ki se pojavljajo v procesu vitalne aktivnosti telesa.

Izraz "homeostaza" je leta 1929 predlagal fiziolog W. Cannon, ki je menil, da so fiziološki procesi, ki ohranjajo stabilnost v telesu, tako zapleteni in raznoliki, da jih je smiselno združiti pod splošnim imenom homeostaza. Vendar je K. Bernard že leta 1878 zapisal, da imajo vsi življenjski procesi le en cilj - ohraniti stalnost življenjskih razmer v našem notranjem okolju. Podobne trditve najdemo v delih številnih raziskovalcev 19. in prve polovice 20. stoletja. (E. Pfluger, C. Richet, L.A. Fredericq, I. M. Sechenov, I. P. Pavlov, K. M. Bikov in drugi). Dela L.S. Stern (s sodelavci) o vlogi pregradnih funkcij, ki uravnavajo sestavo in lastnosti mikrookolja organov in tkiv.

Sama ideja homeostaze ne ustreza konceptu stabilnega (ne nihajočega) ravnovesja v telesu - načelo ravnovesja ne velja za

kompleksne fiziološke in biokemične

procesi, ki se odvijajo v živih sistemih. Prav tako je narobe, če homeostazo primerjamo z ritmičnimi nihanji v notranjem okolju. Homeostaza v širšem smislu zajema vprašanja cikličnega in faznega poteka reakcij, kompenzacije, regulacije in samoregulacije fizioloških funkcij, dinamike soodvisnosti živčnega, humoralnega in drugih sestavin regulacijskega procesa. Meje homeostaze so lahko toge in prilagodljive, odvisno od starosti, spola, družbenih, poklicnih in drugih pogojev.

Za vitalno aktivnost organizma je še posebej pomembna konstantnost sestave krvi - tekočega matriksa organizma, po W. Kennonu. Stabilnost njegove aktivne reakcije (pH), osmotski tlak, razmerje elektrolitov (natrij, kalcij, klor, magnezij, fosfor), vsebnost glukoze, število oblikovanih elementov itd. Tako na primer pH krvi praviloma ne presega 7,35-7,47. Tudi ostre motnje kislinsko-bazične presnove s patologijo kopičenja kisline v tkivni tekočini, na primer pri diabetični acidozi, zelo malo vplivajo na aktivno reakcijo krvi. Kljub dejstvu, da osmotski tlak krvi in tkivne tekočine zaradi stalne oskrbe z osmotsko aktivnimi produkti intersticijske presnove nenehno niha, ostaja na določeni ravni in se spreminja le pod določenimi izrazitimi patološkimi stanji.

Kljub temu, da je kri splošno notranje okolje telesa, celice organov in tkiv ne pridejo neposredno v stik z njo.

V večceličnih organizmih ima vsak organ svoje notranje okolje (mikrookolje), ki ustreza njegovim strukturnim in funkcionalnim značilnostim, normalno stanje organov pa je odvisno od kemijske sestave, fizikalno -kemijskih, bioloških in drugih lastnosti tega mikrookolja. Njegova homeostaza je posledica funkcionalnega stanja histohematogenih ovir in njihove prepustnosti v smereh kri → tkivna tekočina, tkivna tekočina → kri.

Še posebej pomembna je stalnost notranjega okolja za delovanje osrednjega živčevja: celo manjši kemični in fizikalno -kemijski premiki, ki se pojavijo v cerebrospinalni tekočini, gliji in medceličnih prostorih, lahko povzročijo ostre motnje v poteku življenjskih procesov v posameznih nevronih ali v njihovih zasedbah. Kompleksni homeostatski sistem, ki vključuje različne nevrohumoralne, biokemične, hemodinamične in druge mehanizme regulacije, je sistem za zagotavljanje optimalne ravni krvnega tlaka. V tem primeru je zgornja meja ravni krvnega tlaka določena s funkcionalnimi zmožnostmi baroreceptorjev žilnega sistema telesa, spodnja meja pa s potrebami telesa po oskrbi s krvjo.

Najbolj popolni homeostatski mehanizmi v telesu višjih živali in ljudi vključujejo procese termoregulacije;

Telo kot odprt samoregulacijski sistem.

Živi organizem je odprt sistem, ki je povezan z okolja skozi živčni, prebavni, dihalni, izločevalni sistem itd.

V procesu presnove s hrano, vodo, izmenjavo plinov v telo vstopijo različne kemične spojine, ki se v telesu spremenijo, vstopijo v telesno strukturo, vendar ne ostanejo trajno. Asimilirane snovi razpadejo, sproščajo energijo, produkti razpadanja se odstranijo v zunanje okolje. Uničeno molekulo nadomesti nova itd.

Telo je odprt, dinamičen sistem. V nenehno spreminjajočem se okolju telo določen čas vzdržuje stabilno stanje.

Koncept homeostaze. Splošni zakoni homeostaze živih sistemov.

Homeostaza - lastnost živega organizma, da ohranja relativno dinamično konstantnost notranjega okolja. Homeostaza se izraža v relativni konstantnosti kemijske sestave, osmotskem tlaku, stabilnosti glavnih fizioloških funkcij. Homeostaza je specifična in je posledica genotipa.

Ohranjanje celovitosti posameznih lastnosti organizma je eden najbolj splošnih bioloških zakonov. Ta zakon v navpični vrsti generacij zagotavljajo mehanizmi razmnoževanja in skozi življenje posameznika - mehanizmi homeostaze.

Pojav homeostaze je evolucijsko razvita, dedno določena prilagodljiva lastnost organizma na normalne okoljske razmere. Vendar so ti pogoji lahko kratkoročni ali dolgotrajni izven običajnega območja. V takih primerih za prilagoditvene pojave ni značilna le obnova običajnih lastnosti notranjega okolja, temveč tudi kratkotrajne spremembe v delovanju (na primer povečanje ritma srčne aktivnosti in povečanje pogostost dihalnih gibov s povečanim mišičnim delom). Odzive homeostaze lahko usmerimo na:

vzdrževanje znanih ravni v stanju dinamičnega ravnovesja;

odprava ali omejitev delovanja škodljivih dejavnikov;

razvoj ali ohranjanje optimalnih oblik interakcije med organizmom in okoljem v spremenjenih pogojih njegovega obstoja. Vsi ti procesi določajo prilagajanje.

Zato pojem homeostaze ne pomeni le znane konstantnosti različnih fizioloških konstant organizma, temveč vključuje tudi procese prilagajanja in usklajevanja fizioloških procesov, ki zagotavljajo enotnost organizma ne le v normalnih razmerah, ampak tudi v spreminjajočih se razmerah svojega obstoja.

Glavne sestavine homeostaze je identificiral K. Bernard in jih lahko razdelimo v tri skupine:

A. Snovi, ki zadovoljujejo celične potrebe:

Snovi, potrebne za tvorbo energije, za rast in okrevanje - glukoza, beljakovine, maščobe.

NaCl, Ca in druge anorganske snovi.

Kisik.

Notranja sekrecija.

B. Okoljski dejavniki, ki vplivajo na celično aktivnost:

Osmotski tlak.

Temperatura.

Koncentracija vodikovih ionov (pH).

B. Mehanizmi za zagotovitev strukturne in funkcionalne kohezije:

Dednost.

Regeneracija.

Imunobiološka reaktivnost.

Načelo biološke regulacije zagotavlja notranje stanje organizma (njegovo vsebino), pa tudi razmerje med stopnjami ontogeneze in filogenije. To načelo se je izkazalo za razširjeno. Pri njegovem preučevanju je nastala kibernetika - znanost o namenskem in optimalnem nadzoru kompleksnih procesov v prosto živečih živalih, v človeški družbi in industriji (Berg I.A., 1962).

Živi organizem je kompleksen nadzorovan sistem, v katerem delujejo številne spremenljivke zunanjega in notranjega okolja. Skupna vsem sistemom je prisotnost vnos spremenljivke, ki se glede na lastnosti in zakonitosti vedenja sistema pretvorijo v vikendi spremenljivke (slika 10).

Riž. 10 - Splošna shema homeostaze živih sistemov

Izhodne spremenljivke so odvisne od vhodnih in sistemskih zakonitosti vedenja.

Vpliv izhodnega signala na krmilni del sistema se imenuje povratne informacije , kateri ima velik pomen pri samoregulaciji (homeostatska reakcija). Razlikovati negativno inpozitivno povratne informacije.

Negativno povratne informacije zmanjšajo vhodni signal za vrednost izhoda po načelu: "več (na izhodu), manj (na vhodu)." Pomaga obnoviti homeostazo sistema.

Ob pozitivno povratne informacije se vrednost vhodnega signala poveča po načelu: "več (na izhodu), več (na vhodu)." Poveča nastalo odstopanje od začetnega stanja, kar vodi v kršitev homeostaze.

Vse vrste samoregulacije pa delujejo po istem principu: samoodmik od začetnega stanja, ki služi kot spodbuda za aktiviranje korekcijskih mehanizmov. Normalni pH krvi je torej 7,32 - 7,45. Premik pH za 0,1 vodi do motene srčne aktivnosti. To načelo je opisal P. K. Anokhin. leta 1935 in imenovano načelo povratne informacije, ki služi za izvajanje prilagoditvenih reakcij.

Splošno načelo homeostatske reakcije(Anokhin: "Teorija funkcionalnih sistemov"):

odstopanje od začetne ravni → signal → aktiviranje regulatornih mehanizmov po principu povratne informacije → popravek sprememb (normalizacija).

Tako se med fizičnim delom koncentracija CO 2 v krvi poveča → pH se premakne na kislo stran → signal vstopi v dihalni center podolgovate možgane → centrifugalni živci vodijo impulz v medrebrne mišice in dihanje se poglablja → zmanjšanje CO 2 v krvi se pH obnovi.

Mehanizmi regulacije homeostaze na molekularno-genetski, celični, organizmski, populacijsko specifični in biosferni ravni.

Regulativni homeostatski mehanizmi delujejo na genetski, celični in sistemski (organski, populacijski in biosferni) ravni.

Genski mehanizmi homeostaza. Vsi pojavi homeostaze telesa so genetsko določeni. Že na ravni primarnih genskih produktov obstaja neposredna povezava - "en strukturni gen - ena polipeptidna veriga". Poleg tega obstaja kolinearna korespondenca med nukleotidnim zaporedjem DNA in zaporedjem aminokislin polipeptidne verige. Dedni program individualnega razvoja organizma predvideva oblikovanje značilnosti, značilnih za vrsto, ne v stalnih, ampak v spreminjajočih se okoljskih razmerah, v okviru dedno določene hitrosti reakcije. Dvoverižna DNA je bistvena v procesih njene replikacije in popravljanja. Oboje je neposredno povezano z zagotavljanjem stabilnosti delovanja genskega materiala.

Z genetskega vidika je mogoče razlikovati med osnovnimi in sistemskimi manifestacijami homeostaze. Primeri osnovnih manifestacij homeostaze so: genska kontrola trinajstih faktorjev strjevanja krvi, genska kontrola tkivne in organske histokompatibilnosti, ki omogoča presaditev.

Presadljeno mesto se imenuje presadka. Organizem, iz katerega se vzame tkivo za presaditev, je darovalec , in ki je presajen - prejemnik . Uspeh presaditve je odvisen od imunoloških odzivov telesa. Razlikovati med avtotransplantacijo, singeno presaditvijo, alotransplantacijo in ksenotransplantacijo.

Avtotransplantacija – presaditev tkiva iz istega organizma. V tem primeru se proteini (antigeni) presadka ne razlikujejo od beljakovin prejemnika. Imunološka reakcija se ne pojavi.

Singenska presaditev izvedeno pri enojajčnih dvojčkih z istim genotipom.

Alotransplantacija – presaditev tkiv z enega posameznika na drugega, ki pripada isti vrsti. Darovalec in prejemnik se razlikujeta po antigenih, zato pri višjih živalih opazimo dolgotrajno presaditev tkiv in organov.

Ksenotransplantacija – darovalec in prejemnik pripadata različnim vrstam organizmov. Ta vrsta presaditve je uspešna pri nekaterih nevretenčarjih, vendar se takšne presaditve ne ukoreninijo pri višjih živalih.

Pri presaditvi je pojav imunološka toleranca (združljivost s tkivi). Zatiranje imunosti v primeru presaditve tkiva (imunosupresija) dosežemo z: zatiranjem aktivnosti imunskega sistema, obsevanjem, uvedbo protilimfotičnega seruma, hormonov nadledvične skorje, kemičnimi zdravili - antidepresivi (imuran). Glavna naloga je zatreti ne le imuniteto, ampak tudi presaditev imunosti.

Imuniteta pri presaditvi določena z genetsko sestavo darovalca in prejemnika. Geni, odgovorni za sintezo antigenov, ki povzročijo reakcijo na presajeno tkivo, se imenujejo geni za nezdružljivost tkiv.

Pri ljudeh je glavni genetski sistem histokompatibilnosti sistem HLA (humani levkocitni antigen). Antigenov je na površini levkocitov precej veliko in jih določimo z uporabo antiserumov. Načrt strukture sistema pri ljudeh in živalih je enak. Za opis genetskih lokusov in alelov sistema HLA je bila sprejeta enotna terminologija. Označeni so antigeni: HLA-A 1; HLA-A 2 itd. Novi antigeni, ki niso dokončno identificirani, so označeni z W (delo). Antigene sistema HLA delimo v dve skupini: SD in LD (slika 11).

Antigene skupine SD določimo s serološkimi metodami in jih določimo z geni treh sublokusov sistema HLA: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

Riž. 11 - Glavni genetski sistem HLA človeške histokompatibilnosti

LD - antigene nadzira sublokus HLA -D šestega kromosoma, določajo pa jih z metodo mešanih kultur levkocitov.

Vsak od genov, ki nadzorujejo človeške antigene HLA, ima veliko število alelov. Torej podlokus HLA -A - nadzoruje 19 antigenov; HLA -B - 20; HLA -C - 5 "delujočih" antigenov; HLA -D - 6. Tako je bilo pri ljudeh že ugotovljenih približno 50 antigenov.

Antigeni polimorfizem sistema HLA je posledica izvora enega iz drugega in tesnega genetskega odnosa med njima. Za presaditev je potrebna identiteta darovalca in prejemnika antigenov HLA. Presaditev ledvice, ki je enaka v smislu 4 antigenov sistema, zagotavlja stopnjo preživetja 70%; 3 - 60%; 2 - 45%; 1 - 25% vsak.

Obstajajo posebni centri, ki vodijo izbiro darovalca in prejemnika za presaditev, na primer na Nizozemskem - "Eurotransplant". Tipiranje antigena HLA se izvaja tudi v Republiki Belorusiji.

Celični mehanizmi homeostaze so namenjene obnovi tkivnih celic, organov v primeru kršitve njihove celovitosti. Niz procesov, namenjenih obnovi uničljivih bioloških struktur, se imenuje regeneracijo. Ta proces je značilen za vse ravni: obnavljanje beljakovin, sestavnih delov celičnih organelov, celotnih organelov in samih celic. Obnova funkcij organov po poškodbi ali pretrganju živca, celjenje ran je za medicino pomembno v smislu obvladovanja teh procesov.

Tkiva so glede na sposobnost regeneracije razdeljena v 3 skupine:

Tkiva in organi, za katere je značilno celični regeneracija (kosti, ohlapno vezivno tkivo, hematopoetski sistem, endotel, mezotel, sluznice črevesja, dihal in genitourinarnega sistema.

Tkiva in organi, za katere je značilno celični in znotrajcelični regeneracija (jetra, ledvice, pljuča, gladke in skeletne mišice, avtonomni živčni sistem, endokrini sistem, trebušna slinavka).

Tkanine, ki so pretežno znotrajcelično regeneracija (miokard) ali izključno znotrajcelična regeneracija (celice ganglij centralnega živčnega sistema). Zajema procese obnove makromolekul in celičnih organelov s sestavljanjem osnovnih struktur ali z njihovo delitvijo (mitohondriji).

V procesu evolucije sta nastali 2 vrsti regeneracije fiziološke in reparativne .

Psihološka regeneracija - To je naraven proces obnavljanja telesnih elementov v življenju. Na primer obnova eritrocitov in levkocitov, sprememba epitelija kože, las, zamenjava mlečnih zob s trajnimi. Na te procese vplivajo zunanji in notranji dejavniki.

Reparativna regeneracija - To je obnova organov in tkiv, izgubljenih med poškodbami ali poškodbami. Postopek se pojavi po mehanskih poškodbah, opeklinah, kemičnih ali sevalnih poškodbah, pa tudi kot posledica bolezni in kirurških posegov.

Reparacijska regeneracija je razdeljena na tipično (homomorfoza) in netipično (heteromorfoza). V prvem primeru se regenerira odstranjen ali uničen organ, v drugem se namesto odstranjenega organa razvije drug.

Netipična regeneracija pogostejša pri nevretenčarjih.

Regeneracijo spodbujajo hormoni hipofiza in Ščitnica . Obstaja več načinov regeneracije:

Epimorfoza ali popolna regeneracija - obnova površine rane, dokončanje dela v celoto (na primer ponovna rast repa pri kuščarju, okončine pri mladu).

Morfollaxis - prestrukturiranje preostalega dela organa v celoto, le manjših velikosti. Za to metodo je značilno prestrukturiranje novega iz ostankov starega (na primer obnova okončine v ščurku).

Endomorfoza - obnova zaradi znotrajceličnega prestrukturiranja tkiva in organov. Zaradi povečanja števila celic in njihove velikosti se masa organa približa izvirniku.

Pri vretenčarjih se reparativna regeneracija odvija v naslednji obliki:

Popolna regeneracija - obnova prvotnega tkiva po njegovi poškodbi.

Regenerativna hipertrofija značilnost notranjih organov. V tem primeru se površina rane zaceli z brazgotino, odstranjeno območje ne zraste nazaj in oblika organa se ne obnovi. Masa preostalega dela organa se poveča zaradi povečanja števila celic in njihove velikosti ter se približa prvotni vrednosti. Tako se pri sesalcih regenerirajo jetra, pljuča, ledvice, nadledvične žleze, trebušna slinavka, slina, ščitnica.

Intracelularna kompenzacijska hiperplazija ultrastrukture celice. V tem primeru nastane brazgotina na mestu poškodbe in do obnovitve prvotne mase pride zaradi povečanja volumna celic in ne njihovega števila na podlagi rasti (hiperplazije) znotrajceličnih struktur (živčnega tkiva) .

Sistemski mehanizmi so zagotovljeni z interakcijo regulativnih sistemov: živčni, endokrini in imunski .

Živčna regulacija izvaja in usklajuje centralna živčni sistem... Živčni impulzi, ki vstopajo v celice in tkiva, ne povzročajo le vznemirjenja, ampak tudi uravnavajo kemične procese, izmenjavo biološko aktivnih snovi. Trenutno je znanih več kot 50 nevrohormonov. Tako se v hipotalamusu proizvajajo vazopresin, oksitocin, liberini in statini, ki uravnavajo delovanje hipofize. Primeri sistemskih manifestacij homeostaze so vzdrževanje konstantnosti temperature in krvnega tlaka.

Z vidika homeostaze in prilagajanja je živčni sistem glavni organizator vseh telesnih procesov. V središču prilagajanja, uravnoteženja organizmov z okoljskimi razmerami, po mnenju N.P. Pavlov, obstajajo refleksni procesi. Med različnimi stopnjami homeostatske regulacije obstaja posebna hierarhična podrejenost v sistemu regulacije notranjih procesov v telesu (slika 12).

možganska skorja in deli možganov

samoregulacija na podlagi povratnih informacij

periferni nevroregulacijski procesi, lokalni refleksi

Celična in tkivna raven homeostaze

Riž. 12. - Hierarhična podrejenost v sistemu regulacije notranjih procesov telesa.

Najbolj primarno raven sestavljajo homeostatski sistemi na celični in tkivni ravni. Nad njimi so periferni živčni regulacijski procesi, kot so lokalni refleksi. Nadalje v tej hierarhiji so sistemi samoregulacije določenih fizioloških funkcij z različnimi »povratnimi« kanali. Vrh te piramide zasedata možganska skorja in možgani.

V kompleksnem večceličnem organizmu tako neposredne kot povratne povezave izvajajo ne le živčni, ampak tudi hormonski (endokrini) mehanizmi. Vsaka od žlez, ki je del endokrinega sistema, vpliva na druge organe tega sistema, slednji pa nanje vplivajo.

Endokrini mehanizmi homeostaza po B.M. Zavadsky, to je mehanizem plus ali minus interakcije, tj. uravnoteženje funkcionalne aktivnosti žleze s koncentracijo hormona. Pri visoki koncentraciji hormona (nad normo) je aktivnost žleze oslabljena in obratno. Ta učinek je posledica delovanja hormona na žlezo, ki ga proizvaja. V številnih žlezah se regulacija vzpostavi prek hipotalamusa in sprednje hipofize, zlasti med stresno reakcijo.

Endokrine žleze glede na sprednji reženj hipofize lahko razdelimo v dve skupini. Slednja velja za osrednjo, druge endokrine žleze pa so periferne. Ta delitev temelji na dejstvu, da sprednja hipofiza proizvaja tako imenovane tropske hormone, ki aktivirajo nekatere periferne endokrine žleze. Po drugi strani hormoni perifernih endokrinih žlez delujejo na sprednji reženj hipofize in zavirajo izločanje tropskih hormonov.

Reakcije, ki zagotavljajo homeostazo, ne morejo biti omejene na eno samo endokrino žlezo, ampak v takšni ali drugačni meri zajamejo vse žleze. Nastala reakcija prevzame verižni tok in se razširi na druge efektorje. Fiziološki pomen hormonov je v uravnavanju drugih telesnih funkcij, zato je treba verižni značaj čim bolj izraziti.

Stalne motnje v telesnem okolju prispevajo k ohranjanju njegove homeostaze za dolgo življenje. Če ustvarite takšne življenjske razmere, v katerih nič ne povzroči pomembnih sprememb v notranjem okolju, bo telo popolnoma neoboroženo, ko naleti na okolje in kmalu umre.

Kombinacija živčnih in endokrinih regulacijskih mehanizmov v hipotalamusu omogoča izvajanje kompleksnih homeostatskih reakcij, povezanih z uravnavanjem visceralne funkcije telesa. Živčni in endokrini sistem sta združujoča mehanizma homeostaze.

Primer pogostega odziva živčnih in humoralnih mehanizmov je stanje stresa, ki se razvije v neugodnih življenjskih razmerah in nastane grožnja motnje homeostaze. Pod stresom se spremeni stanje večine sistemov: mišičnega, dihalnega, srčno -žilnega, prebavnega, čutnih organov, krvnega tlaka, krvne sestave. Vse te spremembe so manifestacija posameznih homeostatskih reakcij, katerih cilj je povečati odpornost telesa na škodljive dejavnike. Hitra mobilizacija telesnih sil deluje kot obrambna reakcija na stres.

V primeru "somatskega stresa" je naloga povečanja splošne odpornosti organizma rešena po shemi, prikazani na sliki 13.

Riž. 13 - Shema povečanja splošne odpornosti telesa s

V svoji knjigi Modrost telesa je izraz skoval kot ime za "usklajene fiziološke procese, ki podpirajo najbolj stabilna stanja telesa". Kasneje je bil ta izraz razširjen na sposobnost dinamičnega vzdrževanja konstantnosti svojega notranjega stanja katerega koli odprtega sistema. Vendar je idejo o stalnosti notranjega okolja leta 1878 oblikoval francoski znanstvenik Claude Bernard.

Splošne informacije

Izraz homeostaza se najpogosteje uporablja v biologiji. Za obstoj večceličnih organizmov je treba ohraniti konstantnost notranjega okolja. Mnogi ekologi so prepričani, da to načelo velja tudi za zunanje okolje. Če sistem ne more obnoviti ravnovesja, lahko sčasoma preneha delovati.

Kompleksni sistemi - na primer človeško telo - morajo imeti homeostazo, da ohranijo stabilnost in obstajajo. Ti sistemi si ne smejo le prizadevati za preživetje, temveč se morajo prilagoditi tudi spremembam v okolju in se razvijati.

Lastnosti homeostaze

Homeostatični sistemi imajo naslednje lastnosti:

Nestabilnost sistemi: preizkusi, kako se je najbolje prilagoditi.
Prizadevanje za ravnotežje: celotna notranja, strukturna in funkcionalna organizacija sistemov prispeva k ohranjanju ravnovesja.
Nepredvidljivost: rezultat določenega dejanja se lahko pogosto razlikuje od pričakovanega.

Regulacija količine mikrohranil in vode v telesu - osmoregulacija. Izvaja se v ledvicah.
Odstranjevanje presnovnih odpadkov - izločanje. Izvajajo ga eksokrini organi - ledvice, pljuča, znojnice in prebavila.
Regulacija telesne temperature. Znižanje temperature zaradi znojenja, različne reakcije termoregulacije.
Uravnavanje ravni glukoze v krvi. Izvajajo ga predvsem jetra, insulin in glukagon, ki jih izloča trebušna slinavka.

Pomembno je omeniti, da čeprav je telo v ravnovesju, je njegovo fiziološko stanje lahko dinamično. V mnogih organizmih opazimo endogene spremembe v obliki cirkadianih, ultradijskih in infradianih ritmov. Torej tudi v homeostazi telesna temperatura, krvni tlak, srčni utrip in večina presnovnih kazalnikov niso vedno na stalni ravni, ampak se sčasoma spreminjajo.

Mehanizmi homeostaze: povratne informacije

Ko pride do spremembe spremenljivk, se sistem odziva na dve glavni vrsti povratnih informacij:

Negativne povratne informacije, izražene v reakciji, pri kateri se sistem odzove tako, da obrne smer spremembe. Ker povratne informacije služijo ohranjanju konstantnosti sistema, to omogoča vzdrževanje homeostaze.
- Na primer, ko se koncentracija ogljikovega dioksida v človeškem telesu poveča, pljuča prejmejo signal, da povečajo svojo aktivnost in izdihnejo več ogljikovega dioksida.
- Termoregulacija je še en primer negativnih povratnih informacij. Ko se telesna temperatura dvigne (ali zniža), termoreceptorji v koži in hipotalamusu registrirajo spremembo, ki sproži signal iz možganov. Ta signal pa sproži odziv - znižanje temperature (ali zvišanje).
Pozitivne povratne informacije, ki se izražajo v povečanju spremembe spremenljivke. Ima destabilizirajoč učinek in zato ne vodi v homeostazo. Pozitivne povratne informacije so v naravnih sistemih manj pogoste, vendar imajo tudi svoje uporabe.
- Na primer, v živcih prag električnega potenciala povzroči nastanek veliko večjega akcijskega potenciala. Strjevanje krvi in rojstni dogodki so drugi primeri pozitivnih povratnih informacij.

Odporni sistemi zahtevajo kombinacijo obeh vrst povratnih informacij. Medtem ko vam negativne povratne informacije omogočajo vrnitev v homeostatsko stanje, se pozitivne povratne informacije uporabljajo za premik v popolnoma novo (in zelo verjetno tudi manj zaželeno) stanje homeostaze - to stanje imenujemo "metastabilnost". Do takšnih katastrofalnih sprememb lahko pride na primer s povečanjem hranil v rekah s čisto vodo, kar vodi v homeostatsko stanje visoke evtrofikacije (zaraščanje kanala z algami) in motnost.

Ekološka homeostaza

V motenih ekosistemih ali sublimaksnih bioloških skupnostih - kot je na primer otok Krakatoa, je po nasilnem vulkanskem izbruhu - stanje homeostaze prejšnjega ekosistema gozdnega vrhunca uničeno, tako kot vse življenje na tem otoku. Leta po izbruhu je Krakatoa doživela verigo ekoloških sprememb, v katerih so se zamenjale nove vrste rastlin in živali, kar je privedlo do biotske raznovrstnosti in posledično do podnebne skupnosti. Ekološko nasledstvo Krakatoe je bilo uresničeno v več fazah. Celotna veriga nasledstva, ki je pripeljala do vrhunca, se imenuje nasledstvo. V primeru Krakatoe je na tem otoku nastala vrhunska skupnost z osem tisoč različnimi vrstami, zabeleženimi sto let po izbruhu, ki je na njem uničil življenje. Podatki potrjujejo, da položaj še nekaj časa ostaja v homeostazi, pojav novih vrst pa zelo hitro vodi v hitro izginotje starih.

Razvoj se začne s pionirsko skupnostjo in konča z vrhunsko skupnostjo. Ta vrhunska skupnost nastane, ko sta flora in favna v ravnovesju z lokalnim okoljem.

Takšni ekosistemi tvorijo heterarhije, pri katerih homeostaza na eni ravni prispeva k homeostatskim procesom na drugi kompleksni ravni. Na primer, izguba listov zrelega tropskega drevesa ustvari prostor za novo rast in obogati tla. Prav tako tropsko drevo zmanjšuje dostop svetlobe do nižjih ravni in preprečuje vdor drugih vrst. Toda drevesa padajo tudi na tla in razvoj gozda je odvisen od stalne menjave dreves, cikla hranil, ki ga izvajajo bakterije, žuželke, glive. Na podoben način takšni gozdovi olajšajo ekološke procese, kot je regulacija mikroklime ali hidrološki cikli ekosistema, pri čemer lahko več različnih ekosistemov medsebojno deluje, da ohrani homeostazo rečne drenaže v biološki regiji. Spremenljivost bioregij igra tudi vlogo pri homeostatski stabilnosti biološke regije ali bioma.

Biološka homeostaza

Homeostaza deluje kot temeljna značilnost živih organizmov in jo razumemo kot vzdrževanje notranjega okolja v sprejemljivih mejah.

Homeostaza v človeškem telesu

Homeostaze ni mogoče šteti za vzrok teh nezavednih prilagoditev. To je treba razumeti kot splošno značilnost številnih normalnih procesov, ki delujejo skupaj, in ne kot njihov osnovni vzrok. Poleg tega obstaja veliko bioloških pojavov, ki ne ustrezajo temu modelu - na primer anabolizem.

Druga področja

Homeostazo uporabljajo tudi na drugih področjih.

Aktuar lahko govori o tvegana homeostaza, v katerem na primer ljudje, ki imajo v avtomobilu zavore proti zagozditvam, niso v varnejšem položaju od tistih, ki jih nimajo, ker ti ljudje nezavedno nadomestijo varnejši avto s tvegano vožnjo. To je zato, ker nekateri omejevalni mehanizmi - na primer strah - prenehajo delovati.

O tem lahko govorijo sociologi in psihologi stresna homeostaza- želja populacije ali posameznika, da ostane na določeni ravni stresa, ki pogosto umetno povzroča stres, če »naravna« raven stresa ni dovolj.

Primeri

Termoregulacija
- Če je telesna temperatura prenizka, se lahko pojavi tresenje skeletnih mišic.
- Druga vrsta termogeneze vključuje razgradnjo maščob za proizvodnjo toplote.
- Znojenje hladi telo z izhlapevanjem.
Kemijska regulacija
- Trebušna slinavka izloča insulin in glukagon za nadzor ravni glukoze v krvi.
- Pljuča prejemajo kisik, oddajajo ogljikov dioksid.
- Ledvice izločajo urin in uravnavajo raven vode in številnih ionov v telesu.

Mnoge od teh organov nadzirajo hormoni iz hipotalamično-hipofiznega sistema.

Poglej tudi

Fundacija Wikimedia. 2010.

Sopomenke:

Oglejte si, kaj je "homeostaza" v drugih slovarjih:

Homeostaza ... Pravopisni slovar-referenca

homeostaza- Splošno načelo samoregulacije živih organizmov. Perls močno poudarja pomen tega koncepta v svojem delu Gestalt pristop in očesna priča terapiji. Kratek razlagalni psihološko -psihiatrični slovar. Ed. igisheva. 2008 ... Velika psihološka enciklopedija

Homeostaza (iz grščine. Podobno, isto stanje), lastnost telesa, da vzdržuje svoje parametre in fiziologijo. funkcije v def. obseg glede na stabilnost int. okolje telesa glede na moteče vplive ... Filozofska enciklopedija

V biologiji je to vzdrževanje konstantnosti notranjega okolja organizma.
Homeostaza temelji na občutljivosti telesa na odstopanje določenih parametrov (homeostatskih konstant) od dane vrednosti. Meje dovoljenih nihanj homeostatskega parametra ( homeostatska konstanta) je lahko široka ali ozka. Ozke meje so: telesna temperatura, pH krvi, glukoza v krvi. Široke meje so: krvni tlak, telesna teža, koncentracija aminokislin v krvi.
Posebni intraorganski receptorji ( interoreceptorji) reagirajo na odstopanje homeostatskih parametrov od navedenih meja. Takšne interoreceptorje najdemo v talamusu, hipotalamusu, v krvnih žilah in v organih. Kot odziv na odstopanje parametrov sprožijo obnovitvene homeostatske reakcije.

Splošni mehanizem nevroendokrinih homeostatskih reakcij za notranjo regulacijo homeostaze

Parametri homeostatske konstante odstopajo, interoreceptorji se vzbudijo, nato se vzbudijo ustrezni centri hipotalamusa, ki spodbujajo sproščanje ustreznih liberinov s strani hipotalamusa. Kot odziv na delovanje liberinov hipofizo sproščajo hormoni, nato pa se pod njihovim delovanjem sproščajo hormoni iz drugih endokrinih žlez. Hormoni, ki se sproščajo iz endokrinih žlez v kri, spreminjajo presnovo in način delovanja organov in tkiv. Posledično nov način delovanja organov in tkiv premakne spremenjene parametre v prejšnjo nastavljeno vrednost in obnovi vrednost homeostatske konstante. To je splošno načelo obnavljanja homeostatskih konstant, ko se te odstopajo.

2. V teh funkcionalnih živčnih centrih se določi odstopanje teh konstant od norme. Odstopanje konstant v določenih mejah je odpravljeno zaradi regulativnih zmogljivosti samih funkcionalnih centrov.

3. Če pa katera koli homeostatska konstanta odstopa nad ali pod dovoljenimi mejami, funkcionalni centri oddajajo vzbujanje višje: v "centri za potrebo" hipotalamus. To je potrebno za prehod z notranje nevrohumoralne regulacije homeostaze na zunanjo vedenjsko.

4. Vzbujanje enega ali drugega centra potreb hipotalamusa tvori ustrezno funkcionalno stanje, ki se subjektivno doživlja kot potreba po nečem: hrani, vodi, toploti, mrazu ali seksu. Pojavi se aktivirajoče in spodbudno psiho-čustveno stanje nezadovoljstva.

5. Za organizacijo namenskega vedenja je treba prednostno izbrati le eno izmed potreb in ustvariti delujočo prevlado, ki jo bo zadovoljila. Menijo, da imajo pri tem glavno vlogo tonzile možganov (Corpus amygdoloideum). Izkazalo se je, da amigdala na podlagi ene od potreb, ki jih tvori hipotalamus, ustvari vodilno motivacijo, ki organizira namensko vedenje, da zadovolji le to izbrano potrebo.

6. Za naslednjo stopnjo lahko štejemo sprožitev pripravljalnega vedenja ali pogonskega refleksa, kar bi moralo povečati verjetnost sprožitve izvršilnega refleksa kot odziv na sprožilni dražljaj. Pogonski refleks spodbuja telo, da ustvari situacijo, v kateri se bo povečala verjetnost, da bo našel predmet, ki bo ustrezal trenutnim potrebam. To je lahko na primer selitev v kraj, bogat z hrano ali vodo, ali pri spolnih partnerjih, odvisno od vodilnih potreb. Ko se v doseženi situaciji odkrije poseben predmet, ki je primeren za zadovoljitev dane prevladujoče potrebe, potem sproži izvršilno refleksno vedenje, katerega namen je zadovoljiti potrebo s pomočjo tega posebnega predmeta.

Homeostasis Systems - Celovit izobraževalni vir o homeostazi.