Utvecklingstekniker

Tre exempel på reglering av homeostas i människokroppen. Homeostas och dess avgörande faktorer; homeostasens biologiska betydelse. De nervösa och humorala systemen roll i regleringen av kroppsfunktioner och säkerställer dess integritet. Medicinsk användning

Respons.

När det sker en förändring av variabler finns det två huvudtyper av feedback som systemet svarar på:

Negativ feedback, uttryckt i en reaktion där systemet reagerar på ett sådant sätt att det ändrar riktning. Eftersom återkopplingen tjänar till att upprätthålla systemets konstantitet, tillåter detta homeostas.

Till exempel när koncentration koldioxidökar i människokroppen, får lungorna en signal för att öka deras aktivitet och andas ut Mer koldioxid.

Termoregulering är ett annat exempel på negativ feedback. När din kroppstemperatur stiger (eller sjunker) termoreceptorer v hud och hypothalamus registrera förändringen genom att utlösa en signal från hjärnan. Denna signal utlöser i sin tur ett svar - en minskning av temperaturen (eller ökningen).

Positiv feedback , vilket uttrycks i att öka förändringen i variabeln. Det har en destabiliserande effekt och leder därför inte till homeostas. Positiv feedback är mindre vanligt i naturliga system men har också sin användning.

Till exempel i nerverna tröskel elektrisk potential orsakar att mycket mer genereras agerande potential. Koagulation blod och evenemang kl födelse kan nämnas som andra exempel på positiv feedback.

Motståndskraftiga system kräver kombinationer av båda typerna av feedback. Medan negativ feedback låter dig återgå till ett homeostatiskt tillstånd, används positiv feedback för att gå till ett helt nytt (och möjligen mindre önskvärt) homeostasstillstånd - denna situation kallas "metastabilitet". Sådana katastrofala förändringar kan till exempel inträffa med en ökning näringsämnen i floder med klart vatten, vilket leder till ett homeostatiskt högt tillstånd övergödning(överväxt av kanalen alger) och grumlighet.

Biofysiska mekanismer för homeostas.

Ur kemisk biofysiks synvinkel är homeostas ett tillstånd där alla processer som är ansvariga för energitransformationer i kroppen är i dynamisk jämvikt. Detta tillstånd är det mest stabila och motsvarar det fysiologiska optimumet. I enlighet med termodynamikbegreppen kan en organism och en cell existera och anpassa sig till sådana miljöförhållanden under vilka biologiska systemet det är möjligt att upprätta ett stabilt flöde av fysikalisk -kemiska processer, d.v.s. homeostas. Huvudrollen vid upprättandet av homeostas tillhör cellmembransystemen, som är ansvariga för bioenergiska processer och reglerar hastigheten för intag och frisättning av ämnen genom celler.

Ur denna synvinkel är de främsta orsakerna till störningen icke-enzymatiska reaktioner som är ovanliga för normalt liv, som förekommer i membranen; i de flesta fall är dessa kedjereaktioner av oxidation med deltagande av fria radikaler som förekommer i fosfolipiderna i celler. Dessa reaktioner leder till skador strukturella element celler och dysfunktion i regleringen. Faktorerna som orsakar störning av homeostas inkluderar också medel som orsakar radikalbildning (joniserande strålning, infektiösa toxiner, vissa livsmedel, nikotin, samt brist på vitaminer etc.).

Faktorerna som stabiliserar det homeostatiska tillståndet och funktionen hos membran inkluderar bioantioxidanter, som hämmar utvecklingen av oxidativa radikala reaktioner.

Ekologisk homeostas.

Ekologisk homeostas observeras i klimaxsamhällen med högsta möjliga biologiska mångfalden under gynnsamma miljöförhållanden.

I störda ekosystem eller subklimax biologiska samhällen - som ön Krakatoa, efter ett våldsamt vulkanutbrott 1883 - förstördes tillståndet av homeostas i det tidigare skogsklimaxekosystemet, liksom allt liv på denna ö.

Under åren efter utbrottet gick Krakatoa igenom en kedja av ekologiska förändringar där nya arter av växter och djur ersatte varandra, vilket ledde till biologisk mångfald och som ett resultat av ett klimaxgemenskap. Den ekologiska successionen till Krakatoa förverkligades i flera steg. Den kompletta kedjan av successioner, som ledde till klimax, kallas succession. I exemplet med Krakatoa bildades ett klimaxgemenskap på denna ö med åtta tusen olika arter registrerade 1983, hundra år efter att utbrottet förstörde livet på den. Data bekräftar att positionen förblir i homeostas under en tid, medan utseendet på nya arter mycket snabbt leder till att gamla försvinner snabbt.

Fallet med Krakatoa och andra störda eller orörda ekosystem visar att inledande kolonisering av pionjärarter utförs genom reproduktionsstrategier baserade på positiv feedback, där arten sprider sig och producerar så många avkommor som möjligt, men med liten eller ingen investering i framgången av varje individ ... Hos sådana arter sker en snabb utveckling och en lika snabb kollaps (till exempel genom en epidemi). När ekosystemet närmar sig klimaxen ersätts sådana arter med mer komplexa klimaxarter, som genom negativ feedback anpassar sig till de specifika förhållandena i sin miljö. Dessa arter kontrolleras noggrant av ekosystemets potentiella kapacitet och följer en annan strategi - produktion av mindre avkommor, i vars reproduktiva framgång mer energi investeras i mikromiljön i dess specifika ekologiska nisch.

Utvecklingen börjar med pionjärgemenskapen och slutar med klimaxgemenskapen. Detta klimaxgemenskap bildas när flora och fauna är i balans med den lokala miljön.

Sådana ekosystem bildar heterarkier där homeostas på en nivå främjar homeostatiska processer på en annan komplex nivå.

Till exempel ger förlust av löv från ett moget tropiskt träd utrymme för ny tillväxt och berikar jorden. På samma sätt minskar ett tropiskt träd ljusets tillgång till lägre nivåer och hjälper till att förhindra invasion av andra arter. Men träd faller också till marken och skogens utveckling beror på den ständiga förändringen av träd, näringscykeln som utförs av bakterier, insekter, svampar.

På liknande sätt underlättar sådana skogar ekologiska processer som reglering av mikroklimat eller ekosystemens hydrologiska cykler, och flera olika ekosystem kan interagera för att upprätthålla floddräneringshomeostas inom en biologisk region. Variationen av bioregioner spelar också en roll för den homeostatiska stabiliteten i en biologisk region eller biom.

Biologisk homeostas.

Homeostas fungerar som en grundläggande egenskap hos levande organismer och uppfattas som att upprätthålla den inre miljön inom acceptabla gränser.

Den inre miljön i kroppen inkluderar kroppsvätskor - blodplasma, lymfa, intercellulär substans och cerebrospinalvätska. Att upprätthålla stabiliteten hos dessa vätskor är avgörande för organismer, medan dess frånvaro leder till skador på det genetiska materialet.

För alla parametrar är organismer indelade i konformationella och reglerande. Reglerande organismer håller parametern på en konstant nivå, oavsett vad som händer i miljön. Konformationsorganismer låter miljön bestämma parametern. Till exempel håller varmblodiga djur en konstant kroppstemperatur, medan kallblodiga djur uppvisar ett brett temperaturintervall.

Vi talar inte om det faktum att konformationsorganismer inte har beteendemässiga anpassningar som gör att de i viss utsträckning kan reglera den tagna parametern. Reptiler, till exempel, sitter ofta på uppvärmda stenar på morgonen för att höja sin kroppstemperatur.

Fördelen med homeostatisk reglering är att den låter kroppen fungera mer effektivt. Till exempel tenderar kallblodiga djur att bli slöa vid låga temperaturer, medan varmblodiga djur är nästan lika aktiva som någonsin. Å andra sidan kräver reglering energi. Anledningen till att vissa ormar bara kan äta en gång i veckan är att de lägger mycket mindre energi på att upprätthålla homeostas än däggdjur.

Cellular homeostas.

Regleringen av cellens kemiska aktivitet uppnås genom ett antal processer, bland vilka en förändring i själva cytoplasmanas struktur, liksom strukturen och aktiviteten hos enzymer, är av särskild betydelse. Autoregulering beror på temperatur, surhet, substratkoncentration och förekomsten av vissa makro- och mikroelement.

Homeostas i människokroppen.

Olika faktorer påverkar kroppsvätskornas förmåga att stödja livet. Dessa inkluderar parametrar som temperatur, salthalt, surhet och koncentration av näringsämnen - glukos, olika joner, syre och avfall - koldioxid och urin. Eftersom dessa parametrar påverkar de kemiska reaktionerna som håller kroppen vid liv, finns det inbyggda fysiologiska mekanismer för att hålla dem på önskad nivå.

Homeostas kan inte anses vara orsaken till dessa omedvetna anpassningar. Det ska tas som generella egenskaper många normala processer fungerar tillsammans, och inte som deras grundorsak. Dessutom finns det många biologiska fenomen som inte passar denna modell - till exempel anabolism.

Homeostas, homeostas (homeostas; grekiska homoios liknande, samma + stasis -tillstånd, orörlighet), - den relativa dynamiska konstanten i den inre miljön (blod, lymf, vävnadsvätska) och stabiliteten hos de grundläggande fysiologiska funktionerna (blodcirkulation, andning, termoregulering, metabolism och så vidare) av människokroppen och djuren. Regleringsmekanismer som upprätthåller det fysiologiska tillståndet eller egenskaperna hos celler, organ och system för hela organismen på en optimal nivå kallas homeostatisk.

Som du vet är en levande cell ett mobilt, självreglerande system. Dess interna organisation stöds av aktiva processer som syftar till att begränsa, förebygga eller eliminera skift som orsakas av olika påverkan från den externa och interna miljön. Möjligheten att återgå till utgångsläget efter en avvikelse från en viss genomsnittsnivå orsakad av denna eller den "störande" faktorn är cellens huvudegenskap. En flercellig organism är en holistisk organisation, vars cellulära element är specialiserade för att utföra olika funktioner. Interaktion inom kroppen utförs av komplexa reglerings-, samordnings- och korrelationsmekanismer med

deltagande av nervösa, humorala, metaboliska och andra faktorer. Många separata mekanismer som reglerar intra- och intercellulära relationer har i ett antal fall inbördes motsatta (antagonistiska) effekter och balanserar varandra. Detta leder till etablering i kroppen av en mobil fysiologisk bakgrund (fysiologisk balans) och tillåter det levande systemet att upprätthålla relativ dynamisk konstant, trots förändringar i miljön och förändringar som sker i processen med vital aktivitet i kroppen.

Termen "homeostas" föreslogs 1929 av fysiologen W. Cannon, som trodde att de fysiologiska processerna som upprätthåller stabiliteten i kroppen är så komplexa och mångsidiga att det är lämpligt att kombinera dem under det allmänna namnet homeostas. Men redan 1878 skrev K. Bernard att alla livsprocesser bara har ett mål - att upprätthålla levnadsförhållandena i vår inre miljö. Liknande uttalanden finns i många forskares verk under 1800- och första hälften av 1900 -talet. (E. Pfluger, C. Richet, L.A. Fredericq, IM.Sechenov, IP Pavlov, K. M. Bykov m.fl.). Verken av L.S. Stern (med medarbetare) om rollen som barriärfunktioner som reglerar sammansättningen och egenskaperna hos mikromiljön hos organ och vävnader.

Själva idén om homeostas motsvarar inte begreppet stabil (icke -fluktuerande) jämvikt i kroppen - principen om jämvikt är inte tillämplig på

komplex fysiologisk och biokemisk

processer som sker i levande system. Det är också fel att kontrastera homeostas med rytmiska fluktuationer i den inre miljön. Homeostas i vid bemärkelse täcker frågor om reaktionernas cykliska och fasförlopp, kompensation, reglering och självreglering av fysiologiska funktioner, dynamiken i ömsesidigt beroende av nervösa, humorala och andra komponenter i regleringsprocessen. Gränserna för homeostas kan vara styva och flexibla, varierande beroende på individuell ålder, kön, sociala, professionella och andra förhållanden.

Av särskild betydelse för organismens vitala aktivitet är beständigheten av blodets sammansättning - organismens vätskematris, enligt W. Kennon. Stabiliteten av dess aktiva reaktion (pH), osmotiskt tryck, förhållandet mellan elektrolyter (natrium, kalcium, klor, magnesium, fosfor), glukosinnehåll, antalet bildade element och så vidare är välkända. Så till exempel går blodets pH som regel inte längre än 7,35-7,47. Även skarpa störningar i syra-basmetabolism med patologi av syraackumulering i vävnadsvätskan, till exempel vid diabetisk acidos, har mycket liten effekt på blodets aktiva reaktion. Trots att det osmotiska trycket i blod och vävnadsvätska genomgår kontinuerliga fluktuationer på grund av den konstanta tillförseln av osmotiskt aktiva produkter av interstitiell metabolism, förblir det på en viss nivå och ändras endast under vissa uttalade patologiska förhållanden.

Trots att blod är kroppens allmänna inre miljö kommer cellerna i organ och vävnader inte direkt i kontakt med det.

I flercelliga organismer har varje organ sin egen inre miljö (mikromiljö) som motsvarar dess strukturella och funktionella egenskaper, och organens normala tillstånd beror på den kemiska sammansättningen, fysikalisk -kemiska, biologiska och andra egenskaperna hos denna mikromiljö. Dess homeostas beror på de histohematogena barriärernas funktionella tillstånd och deras permeabilitet i riktningarna blod → vävnadsvätska, vävnadsvätska → blod.

Av särskild betydelse är den inre miljöens konstantitet för centralnervesystemets aktivitet: även mindre kemiska och fysikalisk -kemiska förändringar som uppstår i cerebrospinalvätskan, glia och pericellulära utrymmen kan orsaka kraftiga störningar i livsprocesserna i enskilda neuroner eller i deras ensembler. Ett komplext homeostatiskt system, inklusive olika neurohumorala, biokemiska, hemodynamiska och andra regleringsmekanismer, är systemet för att säkerställa den optimala blodtrycksnivån. I detta fall bestäms den övre gränsen för blodtrycksnivån av de funktionella funktionerna hos baroreceptorerna i kroppens kärlsystem, och den nedre gränsen bestäms av kroppens behov för blodtillförsel.

De mest perfekta homeostatiska mekanismerna i kroppen hos högre djur och människor inkluderar processerna för termoregulering;

Kroppen som ett öppet självreglerande system.

En levande organism är ett öppet system som har en koppling till miljö genom nervsystemet, matsmältningen, andningsorganen, utsöndringssystemet etc.

I ämnesomsättningen med mat, vatten, under gasutbyte, kommer olika kemiska föreningar in i kroppen, som genomgår förändringar i kroppen, kommer in i kroppens struktur, men förblir inte permanent. Assimilerade ämnen sönderfaller, frigör energi, sönderfallsprodukter tas bort i den yttre miljön. Den förstörda molekylen ersätts av en ny, etc.

Kroppen är ett öppet, dynamiskt system. I en ständigt föränderlig miljö håller kroppen ett stabilt tillstånd under en viss tid.

Homeostas -koncept. Allmänna lagar för homeostas i levande system.

Homeostas - egenskapen hos en levande organism för att upprätthålla den relativa dynamiska konstanten i den inre miljön. Homeostas uttrycks i den relativa konstanten av den kemiska sammansättningen, osmotiskt tryck, stabilitet hos de viktigaste fysiologiska funktionerna. Homeostas är specifik och beror på genotypen.

Bevarandet av integriteten hos de enskilda egenskaperna hos en organism är en av de mest allmänna biologiska lagarna. Denna lag tillhandahålls i den vertikala generationsraden av reproduktionsmekanismerna och under individens hela liv - av homeostasens mekanismer.

Fenomenet homeostas är en evolutionärt utvecklad, ärftligt fixerad adaptiv egenskap hos en organism till normala miljöförhållanden. Dessa förhållanden kan dock vara kortsiktiga eller långsiktiga utanför det normala intervallet. I sådana fall kännetecknas anpassningsfenomen inte bara av återställandet av de vanliga egenskaperna hos den inre miljön, utan också av kortsiktiga funktionsförändringar (till exempel en ökning av rytmen för hjärtaktivitet och en ökning av frekvens av andningsrörelser med ökat muskulärt arbete). Homeostas -svar kan riktas till:

bibehålla kända steady state -nivåer;

eliminering eller begränsning av effekten av skadliga faktorer;

utveckling eller bevarande av optimala former av interaktion mellan organismen och miljön under de förändrade förutsättningarna för dess existens. Alla dessa processer avgör anpassningen.

Därför betyder begreppet homeostas inte bara den kända konstanten hos olika fysiologiska konstanter i organismen, utan inkluderar också processerna för anpassning och koordinering av fysiologiska processer som säkerställer organismens enhet inte bara under normala förhållanden, utan också under förändrade förhållanden av dess existens.

Huvudkomponenterna i homeostas identifierades av K. Bernard, och de kan delas in i tre grupper:

A. Ämnen som ger mobila behov:

Ämnen som är nödvändiga för att bilda energi, för tillväxt och återhämtning - glukos, proteiner, fetter.

NaCl, Ca och andra oorganiska ämnen.

Syre.

Intern utsöndring.

B. Miljöfaktorer som påverkar cellulär aktivitet:

Osmotiskt tryck.

Temperatur.

Koncentration av vätejoner (pH).

B. Mekanismer för att säkerställa strukturell och funktionell sammanhållning:

Ärftlighet.

Regeneration.

Immunobiologisk reaktivitet.

Principen för biologisk reglering säkerställer organismens inre tillstånd (dess innehåll), liksom förhållandet mellan stadierna av ontogeni och fylogeni. Denna princip har visat sig vara utbredd. När man studerade det uppstod cybernetik - vetenskapen om ändamålsenlig och optimal kontroll av komplexa processer i vilda djur, i det mänskliga samhället och industrin (Berg I.A., 1962).

En levande organism är ett komplext kontrollerat system, där många variabler av den yttre och inre miljön samverkar. Gemensamt för alla system är närvaron inmatning variabler, som, beroende på egenskaperna och lagarna för systemets beteende, omvandlas till helger variabler (fig. 10).

Ris. 10 - Allmänt schema för homeostas av levande system

Utmatningsvariabler beror på lagar för inmatning och systembeteende.

Utsignalens påverkan på styrdelen av systemet kallas respons , som har stor betydelse i självreglering (homeostatisk reaktion). Skilja på negativ ochpositiv respons.

Negativ feedback reducerar insignalens inflytande med utgångens värde enligt principen: "ju mer (vid utgången), desto mindre (vid ingången)." Det hjälper till att återställa systemets homeostas.

På positiv feedback, värdet på insignalen ökar enligt principen: "ju mer (vid utgången), desto mer (vid ingången)." Det förbättrar den resulterande avvikelsen från det ursprungliga tillståndet, vilket leder till ett brott mot homeostas.

Alla typer av självreglering fungerar dock enligt samma princip: självavvikelse från det ursprungliga tillståndet, vilket fungerar som ett incitament för att aktivera korrigeringsmekanismer. Normalt blod -pH är 7,32-7,45. Ett pH -förskjutning med 0,1 leder till försämrad hjärtaktivitet. Denna princip beskrevs av P.K. Anokhin. 1935 och kallade principen för feedback, som tjänar till att implementera adaptiva reaktioner.

Allmän princip för homeostatisk reaktion(Anokhin: "Theory of functional systems"):

avvikelse från initialnivån → signal → aktivering av regleringsmekanismer enligt återkopplingsprincipen → korrigering av förändringar (normalisering).

Så under fysiskt arbete ökar koncentrationen av CO 2 i blodet → pH förskjuts till den sura sidan → signalen kommer in i andningscentrum i medulla oblongata → centrifugala nerver leder en impuls till de interkostala musklerna och andningen fördjupas → minskning av CO 2 i blodet återställs pH.

Mekanismer för homeostasreglering på molekylärgenetiska, cellulära, organismiska, befolkningsspecifika och biosfäriska nivåer.

Reglerande homeostatiska mekanismer fungerar på de genetiska, cellulära och systemiska (organismen, befolkningsspecifika och biosfäriska) nivåerna.

Genmekanismer homeostas. Alla fenomenen homeostas hos organismen är genetiskt bestämda. Redan på nivån för primära genprodukter finns det en direkt koppling - "en strukturgen - en polypeptidkedja". Dessutom finns det en kollinjär korrespondens mellan nukleotidsekvensen för DNA och sekvensen av aminosyror i polypeptidkedjan. Det ärftliga programmet för individens utveckling av en organism möjliggör bildandet av artsspecifika egenskaper inte vid konstanta, utan i förändrade miljöförhållanden, inom den ärftligt bestämda reaktionshastigheten. Dubbelsträngad DNA är avgörande för processerna för dess replikering och reparation. Båda är direkt relaterade till att säkerställa stabiliteten hos det genetiska materialets funktion.

Ur genetisk synvinkel kan man skilja mellan elementära och systemiska manifestationer av homeostas. Exempel på elementära manifestationer av homeostas är: genkontroll av tretton blodkoagulationsfaktorer, genkontroll av vävnad och organhistokompatibilitet, vilket möjliggör transplantation.

Den transplanterade platsen kallas ympa. Den organism från vilken vävnaden för transplantation tas är givare , och som transplanteras - mottagare . Transplantationens framgång beror på kroppens immunologiska svar. Skilj mellan autotransplantation, syngenisk transplantation, allotransplantation och xenotransplantation.

Autotransplantation – vävnadstransplantation från samma organism. I detta fall skiljer sig inte transplantatets proteiner (antigener) från mottagarens proteiner. En immunologisk reaktion inträffar inte.

Syngenisk transplantation utförs i enäggstvillingar med samma genotyp.

Allotransplantation – transplantation av vävnader från en individ till en annan, som tillhör samma art. Givaren och mottagaren skiljer sig åt i antigener, därför observeras långsiktiga engraftment av vävnader och organ hos högre djur.

Xenotransplantation – givare och mottagare tillhör olika typer av organismer. Denna typ av transplantation är framgångsrik hos vissa ryggradslösa djur, men sådana transplantationer slår inte rot hos högre djur.

Vid transplantation, fenomenet immunologisk tolerans (vävnadskompatibilitet). Dämpning av immunitet vid vävnadstransplantation (immunsuppression) uppnås genom: undertryckande av immunsystemets aktivitet, strålning, införande av antilymfotiskt serum, binjurebarkhormoner, kemiska läkemedel - antidepressiva medel (imuran). Huvuduppgiften är att inte bara undertrycka immunitet, utan även transplantationsimmunitet.

Transplantationsimmunitet bestäms av donatorns och mottagarens genetiska konstitution. De gener som är ansvariga för syntesen av antigener som orsakar en reaktion på den transplanterade vävnaden kallas vävnadsinkompatibilitetsgener.

Hos människor är det huvudsakliga genetiska systemet för histokompatibilitet HLA -systemet (Human Leukocyte Antigen). Antigener är ganska rikliga på leukocyternas yta och bestäms med hjälp av antisera. Planen för systemets struktur hos människor och djur är densamma. En enhetlig terminologi har antagits för att beskriva de genetiska loci och alleler i HLA -systemet. Antigener betecknas: HLA-A1; HLA-A 2 etc. Nya antigener som inte är definitivt identifierade betecknas W (arbete). HLA -systemantigenerna är uppdelade i 2 grupper: SD och LD (fig. 11).

Antigener från grupp SD bestäms med serologiska metoder och bestäms av gener för 3 subloci i HLA-systemet: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

Ris. 11 - HLA: s viktigaste genetiska system för mänsklig histokompatibilitet

LD - antigener styrs av HLA -D -sublokus av den sjätte kromosomen och bestäms med metoden för blandade kulturer av leukocyter.

Var och en av generna som styr humana HLA -antigener har ett stort antal alleler. Så sublokus HLA -A - styr 19 antigener; HLA -B - 20; HLA -C - 5 "fungerande" antigener; HLA -D - 6. Således har cirka 50 antigener redan hittats hos människor.

Antigen polymorfism av HLA -systemet är resultatet av ursprunget till det ena från det andra och ett nära genetiskt förhållande mellan dem. Givarens och mottagarens identitet för HLA -antigenerna är nödvändig för transplantation. En njurtransplantation, som är identisk med avseende på 4 antigener i systemet, ger en överlevnadsgrad på 70%; 3 - 60%; 2 vardera - 45%; 1 - 25% vardera.

Det finns speciella centra som leder valet av en donator och mottagare för transplantation, till exempel i Holland - "Eurotransplant". HLA -antigen -typning utförs också i Republiken Vitryssland.

Cellulära mekanismer homeostas syftar till att återställa vävnadsceller, organ vid kränkning av deras integritet. Uppsättningen av processer som syftar till att återställa förstörbara biologiska strukturer kallas regeneration. Denna process är typisk för alla nivåer: förnyelse av proteiner, komponentdelar i cellorganeller, hela organeller och cellerna själva. Återställande av organens funktioner efter skada eller nervbrott, sårläkning är viktigt för medicin när det gäller att bemästra dessa processer.

Vävnader, enligt deras regenererande förmåga, är indelade i 3 grupper:

Vävnader och organ som kännetecknas av cellulär regenerering (ben, lös bindväv, hematopoietiskt system, endotel, mesotelium, slemhinnor i tarmkanalen, luftvägar och urogenitalsystem.

Vävnader och organ som kännetecknas av cellulär och intracellulär regenerering (lever, njurar, lungor, släta och skelettmuskler, autonoma nervsystemet, endokrina, bukspottkörteln).

Tyger som är övervägande intracellulär regenerering (myokard) eller uteslutande intracellulär regenerering (celler i ganglierna i centrala nervsystemet). Det täcker processerna för restaurering av makromolekyler och cellorganeller genom att montera elementära strukturer eller genom deras uppdelning (mitokondrier).

I utvecklingsprocessen bildades 2 typer av regenerering fysiologiska och reparativa .

Fysiologisk förnyelse - Detta är en naturlig process för restaurering av kroppselement under livet. Till exempel restaurering av erytrocyter och leukocyter, förändring av hudens epitel, hår, ersättning av mjölktänder med permanenta. Dessa processer påverkas av externa och interna faktorer.

Reparativ regenerering - Detta är restaurering av organ och vävnader som förlorats vid skada eller skada. Processen sker efter mekaniska skador, brännskador, kemiska eller strålningsskador, samt som ett resultat av sjukdomar och kirurgiska operationer.

Reparativ regenerering är indelad i typisk (homomorfos) och atypisk (heteromorfos). I det första fallet regenereras ett organ som har tagits bort eller förstörts, i det andra utvecklas ett annat i stället för det borttagna organet.

Atypisk regenerering vanligare hos ryggradslösa djur.

Regenerering stimuleras av hormoner hypofys och sköldkörtel . Det finns flera sätt att regenerera:

Epimorfos eller fullständig regenerering - restaurering av sårytan, slutförande av en del till en helhet (till exempel återväxt av en svans i en ödla, lemmar i en newt).

Morfollaxis - omstrukturering av den återstående delen av orgeln till en helhet, endast mindre storlekar. Denna metod kännetecknas av omstruktureringen av det nya från resterna av det gamla (till exempel restaurering av en lem i en kackerlacka).

Endomorfos - restaurering på grund av intracellulär omstrukturering av vävnad och organ. På grund av ökningen av antalet celler och deras storlek närmar sig orgelmassan originalet.

Hos ryggradsdjur sker reparativ regenerering i följande form:

Fullständig förnyelse - restaurering av originalvävnaden efter dess skada.

Regenerativ hypertrofi kännetecknande för de inre organen. I detta fall läker sårytan med ett ärr, det borttagna området växer inte tillbaka och organets form återställs inte. Massan av den återstående delen av organet ökar på grund av ökningen av antalet celler och deras storlek och närmar sig det ursprungliga värdet. Så hos däggdjur regenereras levern, lungorna, njurarna, binjurarna, bukspottkörteln, saliv, sköldkörteln.

Intracellulär kompenserande hyperplasi ultrastrukturer i cellen. I det här fallet bildas ett ärr på skadestedet, och restaureringen av den ursprungliga massan sker på grund av en ökning av cellvolymen, och inte deras antal baserat på tillväxt (hyperplasi) av intracellulära strukturer (nervvävnad) .

Systemiska mekanismer tillhandahålls genom växelverkan mellan regleringssystem: nervös, endokrin och immun .

Nervös reglering utförs och samordnas av centralen nervsystem... Nervimpulser som kommer in i celler och vävnader orsakar inte bara spänning, utan reglerar också kemiska processer, utbyte av biologiskt aktiva ämnen. Mer än 50 neurohormoner är för närvarande kända. Så i hypotalamus produceras vasopressin, oxytocin, liberiner och statiner, som reglerar hypofysens funktion. Exempel på systemiska manifestationer av homeostas är upprätthållande av konstant temperatur och blodtryck.

Ur homeostas och anpassning är nervsystemet den viktigaste organisatören av alla kroppsprocesser. I hjärtat av anpassningen balanserar organismer med miljöförhållanden, enligt N.P. Pavlov, det finns reflexprocesser. Mellan olika nivåer av homeostatisk reglering finns en särskild hierarkisk underordning i systemet för reglering av kroppens inre processer (fig. 12).

hjärnbarken och delar av hjärnan

självreglering baserad på feedback

perifera neuroreglerande processer, lokala reflexer

Homeostasens cellulära och vävnadsnivå

Ris. 12. - Hierarkisk underordning i systemet för reglering av kroppens inre processer.

Den mest primära nivån består av homeostatiska system för cellulära och vävnadsnivåer. Ovanför dem finns perifera nervösa regleringsprocesser som lokala reflexer. Vidare i denna hierarki finns system för självreglering av vissa fysiologiska funktioner med en mängd olika "feedback" -kanaler. Toppen av denna pyramid är upptagen av hjärnbarken och hjärnan.

I en komplex multicellulär organism utförs både direkta och omvända anslutningar inte bara av nervösa utan också av hormonella (endokrina) mekanismer. Var och en av körtlarna, som är en del av det endokrina systemet, påverkar de andra organen i detta system och påverkas i sin tur av det senare.

Endokrina mekanismer homeostas enligt B.M. Zavadsky, detta är en mekanism för plus eller minus interaktion, d.v.s. balansera körtelns funktionella aktivitet med hormonets koncentration. Vid en hög koncentration av hormonet (över normen) försvagas körtelns aktivitet och vice versa. Denna effekt utförs av hormonets verkan på körteln som producerar det. I ett antal körtlar etableras regleringen genom hypotalamus och främre hypofysen, särskilt under en stressreaktion.

Endokrina körtlar kan delas in i två grupper i förhållande till dem i förhållande till hypofysens främre lopp. Den senare anses vara central och andra endokrina körtlar är perifera. Denna uppdelning bygger på det faktum att den främre hypofysen producerar så kallade tropiska hormoner som aktiverar några av de perifera endokrina körtlarna. I sin tur verkar hormonerna i de perifera endokrina körtlarna på hypofysens främre flik, vilket hämmar utsöndringen av tropiska hormoner.

De reaktioner som ger homeostas kan inte begränsas till någon endokrin körtel, utan fångar upp i en eller annan grad alla körtlar. Den resulterande reaktionen tar ett kedjeflöde och sprider sig till andra effektorer. Den fysiologiska betydelsen av hormoner ligger i regleringen av andra kroppsfunktioner, och därför bör kedjekaraktären uttryckas så mycket som möjligt.

Ständiga störningar i kroppens miljö bidrar till att bevara sin homeostas under ett långt liv. Om du skapar sådana levnadsförhållanden där ingenting orsakar betydande förändringar i den inre miljön, blir kroppen helt obeväpnad när den möter miljön och snart dör.

Kombinationen av nervösa och endokrina regleringsmekanismer i hypotalamus gör det möjligt att utföra komplexa homeostatiska reaktioner i samband med reglering av kroppens viscerala funktion. De nervösa och endokrina systemen är de förenande mekanismerna för homeostas.

Ett exempel på en vanlig reaktion av nervösa och humorala mekanismer är stressstatus, som utvecklas under ogynnsamma levnadsförhållanden och hotet om avbrott i homeostas uppstår. Under stress sker det en förändring av tillståndet i de flesta system: muskler, andning, kardiovaskulär, matsmältning, sensoriska organ, blodtryck, blodsammansättning. Alla dessa förändringar är en manifestation av individuella homeostatiska reaktioner som syftar till att öka kroppens motståndskraft mot negativa faktorer. Den snabba mobilisering av kroppens krafter fungerar som en defensiv reaktion på stress.

Vid "somatisk stress" löses uppgiften att öka organismens allmänna motstånd enligt schemat som visas i figur 13.

Ris. 13 - Schema för att öka det allmänna motståndet i kroppen med

I sin bok, The Wisdom of the Body, myntade han termen som ett namn på "de samordnade fysiologiska processerna som stöder kroppens mest stabila tillstånd". Senare utvidgades denna term till förmågan att dynamiskt upprätthålla konstanten i dess interna tillstånd i alla öppna system. Men tanken på den inre miljöens beständighet formulerades redan 1878 av den franske forskaren Claude Bernard.

Allmän information

Termen homeostas används oftast inom biologi. För att flercelliga organismer ska existera är det nödvändigt att upprätthålla den inre miljöens beständighet. Många miljöaktivister är övertygade om att denna princip gäller även den yttre miljön. Om systemet inte kan återställa sin balans kan det så småningom sluta fungera.

Komplexa system - till exempel människokroppen - måste ha homeostas för att bibehålla stabilitet och existera. Dessa system måste inte bara sträva efter att överleva, de måste också anpassa sig till miljöförändringar och utvecklas.

Homeostasegenskaper

Homeostatiska system har följande egenskaper:

Instabilitet system: testar hur det är bäst att anpassa sig.
Strävar efter balans: hela den interna, strukturella och funktionella organisationen av system bidrar till att upprätthålla balansen.
Oförutsägbarhet: den resulterande effekten av en viss åtgärd kan ofta skilja sig från vad som förväntas.

Reglering av mängden mikronäringsämnen och vatten i kroppen - osmoregulering. Det utförs i njurarna.
Borttagning av metaboliskt avfall - utsöndring. Det utförs av exokrina organ - njurar, lungor, svettkörtlar och mag -tarmkanalen.
Reglering av kroppstemperatur. Sänka temperaturen genom svettning, en mängd olika termoregulatoriska reaktioner.
Reglering av blodsockernivåer. Det utförs huvudsakligen av levern, insulin och glukagon som utsöndras av bukspottkörteln.

Det är viktigt att notera att även om kroppen är i balans kan dess fysiologiska tillstånd vara dynamiskt. I många organismer observeras endogena förändringar i form av dygnsrytm, ultradian och infradisk rytm. Så även i homeostas är kroppstemperatur, blodtryck, hjärtfrekvens och de flesta metaboliska indikatorerna inte alltid på en konstant nivå, utan förändras med tiden.

Homeostasmekanismer: feedback

När det sker en förändring av variabler finns det två huvudtyper av feedback som systemet svarar på:

Negativ feedback, uttryckt i en reaktion där systemet reagerar på ett sådant sätt att det ändrar riktning. Eftersom återkopplingen tjänar till att upprätthålla systemets konstantitet, tillåter detta homeostas.
- Till exempel, när koncentrationen av koldioxid i människokroppen ökar, får lungorna en signal om att öka deras aktivitet och andas ut mer koldioxid.
- Termoregulering är ett annat exempel på negativ feedback. När kroppstemperaturen stiger (eller sjunker) registrerar termoreceptorer i huden och hypotalamus en förändring, vilket utlöser en signal från hjärnan. Denna signal utlöser i sin tur ett svar - en minskning av temperaturen (eller ökningen).
Positiv feedback, vilket kommer till uttryck i att öka förändringen i variabeln. Det har en destabiliserande effekt och leder därför inte till homeostas. Positiv feedback är mindre vanlig i naturliga system, men den har också sin användning.
- Till exempel, i nerver, orsakar en tröskel elektrisk potential en mycket större åtgärdspotential att genereras. Blodproppar och födelsehändelser är andra exempel på positiv feedback.

Motståndskraftiga system kräver kombinationer av båda typerna av feedback. Medan negativ feedback låter dig återgå till ett homeostatiskt tillstånd, används positiv feedback för att gå till ett helt nytt (och möjligen mindre önskvärt) homeostasstillstånd - denna situation kallas "metastabilitet". Sådana katastrofala förändringar kan till exempel inträffa med en ökning av näringsämnen i floder med klart vatten, vilket leder till ett homeostatiskt tillstånd av hög övergödning (överväxt av kanalen med alger) och grumlighet.

Ekologisk homeostas

I störda ekosystem eller biologiska subklimaxsamhällen, såsom ön Krakatoa, förstördes tillståndet av homeostas i det tidigare skogsklimaxekosystemet, liksom allt liv på denna ö, efter ett våldsamt vulkanutbrott. Under åren efter utbrottet gick Krakatoa igenom en kedja av ekologiska förändringar där nya arter av växter och djur ersatte varandra, vilket ledde till biologisk mångfald och som ett resultat av ett klimaxgemenskap. Den ekologiska successionen till Krakatoa förverkligades i flera steg. Den kompletta kedjan av successioner, som ledde till klimax, kallas succession. I exemplet med Krakatoa bildades ett klimaxgemenskap på denna ö med åtta tusen olika arter registrerade i, hundra år efter att utbrottet förstörde livet på den. Data bekräftar att positionen förblir i homeostas under en tid, medan utseendet på nya arter mycket snabbt leder till att gamla försvinner snabbt.

Utvecklingen börjar med pionjärgemenskapen och slutar med klimaxgemenskapen. Detta klimaxgemenskap bildas när flora och fauna är i balans med den lokala miljön.

Sådana ekosystem bildar heterarkier där homeostas på en nivå främjar homeostatiska processer på en annan komplex nivå. Till exempel ger förlust av löv från ett moget tropiskt träd utrymme för ny tillväxt och berikar jorden. På samma sätt minskar ett tropiskt träd ljusets tillgång till lägre nivåer och hjälper till att förhindra invasion av andra arter. Men träd faller också till marken och skogens utveckling beror på den ständiga förändringen av träd, näringscykeln som utförs av bakterier, insekter, svampar. På liknande sätt underlättar sådana skogar ekologiska processer, till exempel reglering av mikroklimat eller ekosystemens hydrologiska cykler, och flera olika ekosystem kan interagera för att upprätthålla floddräneringshomeostas inom en biologisk region. Variationen av bioregioner spelar också en roll för den homeostatiska stabiliteten i en biologisk region eller biom.

Biologisk homeostas

Homeostas fungerar som en grundläggande egenskap hos levande organismer och uppfattas som att upprätthålla den inre miljön inom acceptabla gränser.

Homeostas i människokroppen

Homeostas kan inte anses vara orsaken till dessa omedvetna anpassningar. Det bör ses som en allmän egenskap hos många normala processer som verkar tillsammans, och inte som deras grundorsak. Dessutom finns det många biologiska fenomen som inte passar denna modell - till exempel anabolism.

Andra områden

Homeostas används också inom andra områden.

Aktuarien kan prata om risk homeostas, där till exempel personer som har antistoppningsbromsar på sin bil inte är säkrare än de som inte har dem, eftersom dessa människor omedvetet kompenserar för en säkrare bil med riskfylld körning. Detta beror på att några av de begränsande mekanismerna - till exempel rädsla - slutar fungera.

Sociologer och psykologer kan prata om stress homeostas- önskan från en befolkning eller en individ att stanna kvar på en viss stressnivå, vilket ofta orsakar stress på konstgjord väg om den "naturliga" stressnivån inte är tillräcklig.

Exempel på

Termoregulering
- Skelettmuskulatur kan uppstå om kroppstemperaturen är för låg.
- En annan typ av termogenes innebär nedbrytning av fetter för att producera värme.
- Svettning kyler kroppen genom avdunstning.
Kemisk reglering
- Bukspottkörteln utsöndrar insulin och glukagon för att kontrollera blodsockernivån.
- Lungorna får syre, avger koldioxid.
- Njurarna utsöndrar urin och reglerar vattennivån och ett antal joner i kroppen.

Många av dessa organ styrs av hormonerna i hypotalamus-hypofyssystemet.

se även

Wikimedia Foundation. 2010.

Synonymer:

Se vad "Homeostasis" är i andra ordböcker:

Homeostas ... Stavning ordbok-referens

homeostas- Den allmänna principen för självreglering av levande organismer. Perls betonar starkt vikten av detta koncept i sitt arbete The Gestalt Approach and Eye Witness to Therapy. Kort förklarande psykologisk psykiatrisk ordbok. Ed. igisheva. 2008 ... Stor psykologisk encyklopedi

Homeostas (från grekiskan. Liknande, samma tillstånd), kroppens egenskap att bibehålla dess parametrar och fysiologi. funktioner i def. intervall baserat på stabiliteten hos int. kroppens miljö i förhållande till störande påverkan ... Filosofisk encyklopedi

Inom biologin är detta upprätthållandet av beständigheten i kroppens inre miljö.
Homeostas baseras på kroppens känslighet för avvikelse av vissa parametrar (homeostatiska konstanter) från ett givet värde. Gränserna för tillåtna fluktuationer av den homeostatiska parametern ( homeostatisk konstant) kan vara bred eller smal. Smala gränser är: kroppstemperatur, blod pH, blodsocker. Stora gränser är: blodtryck, kroppsvikt, koncentration av aminosyror i blodet.
Särskilda intraorganismala receptorer ( interoreceptorer) reagerar på avvikelsen för homeostatiska parametrar från de angivna gränserna. Sådana interoreceptorer finns inne i thalamus, hypothalamus, i blodkärl och i organ. Som svar på parametrarnas avvikelse utlöser de återställande homeostatiska reaktioner.

Allmän mekanism för neuroendokrina homeostatiska reaktioner för intern reglering av homeostas

Parametrarna för den homeostatiska konstanten avviker, interoreceptorerna är upphetsade, sedan är motsvarande centra i hypothalamus upphetsade, de stimulerar frigörandet av motsvarande liberiner av hypothalamus. Som svar på liberins verkan frigörs hormoner från hypofysen, och sedan frigörs hormoner från andra endokrina körtlar under deras verkan. Hormoner, som släpps ut från de endokrina körtlarna i blodet, förändrar ämnesomsättningen och funktionssättet hos organ och vävnader. Som ett resultat flyttar det etablerade nya arbetssättet för organ och vävnader de ändrade parametrarna mot det tidigare inställda värdet och återställer värdet av den homeostatiska konstanten. Detta är den allmänna principen för att återställa homeostatiska konstanter när de avviks.

2. I dessa funktionella nervcentra bestäms avvikelsen för dessa konstanter från normen. Konstanternas avvikelse inom de angivna gränserna elimineras på grund av regleringsförmågan hos själva funktionscentralerna.

3. Om dock någon homeostatisk konstant avviker över eller under de tillåtna gränserna, överför de funktionella centren excitation högre: i "behovscentra" hypothalamus. Detta är nödvändigt för att byta från intern neurohumoral reglering av homeostas till yttre beteende.

4. Uppvärmning av ett eller annat behovscentrum i hypotalamus bildar motsvarande funktionella tillstånd, som subjektivt upplevs som ett behov av något: mat, vatten, värme, kyla eller sex. Ett aktiverande och stimulerande psyko-emotionellt tillstånd av missnöje uppstår.

5. För att organisera målmedvetet beteende är det nödvändigt att bara välja ett av behoven som en prioritet och skapa en fungerande dominerande för att tillgodose det. Man tror att huvudrollen i detta spelas av hjärnans tonsiller (Corpus amygdoloideum). Det visar sig att på grundval av ett av de behov som hypothalamus bildar, skapar amygdala en ledande motivation som organiserar målmedvetet beteende för att endast tillgodose detta utvalda behov.

6. Nästa steg kan betraktas som utlösande av förberedande beteende, eller drivreflex, vilket bör öka sannolikheten för att utlösa den verkställande reflexen som svar på den utlösande stimulansen. Drivreflexen uppmuntrar kroppen att skapa en situation där sannolikheten för att hitta ett föremål som är lämpligt för att tillgodose det nuvarande behovet kommer att öka. Detta kan till exempel vara att flytta till en plats som är rik på mat eller vatten, eller sexpartners, beroende på det ledande behovet. När, i den uppnådda situationen, ett specifikt objekt hittas som är lämpligt för att tillgodose ett givet dominant behov, utlöser det exekutivt reflexbeteende som syftar till att tillgodose behovet med hjälp av detta specifika objekt.

Homeostasisystem - En omfattande utbildningsresurs om homeostas.