Гомеостаз

Гомеоста́з — стан рівноваги динамічного середовища, у якому відбуваються біологічні процеси. Здебільшого цей термін вживається в медицині та біології.

Негативний зворотний зв'язок при роботі з підтримання рівня цукру в крові. Рівна лінія - це заданий рівень глюкози, а синусова хвиля - коливання рівня глюкози.

Гомеостаз підтримується безперервною роботою систем органів кровообігу, дихання, травлення, виділення тощо, виділенням у кров біологічно активних хімічних речовин, які забезпечують взаємодію клітин і органів. Найважливіша роль у підтриманні гомеостазу належить нервовій системі, яка керує діяльністю органів і систем організму. Гомеостаз регулюється безпосередньо проміжним мозком.

Гомеостаз — відносна сталість складу та властивостей внутрішнього середовища біологічних систем різних рівнів організації.

В основі гомеостазу лежать динамічні процеси, оскільки сталість внутрішнього середовища безперервно порушується і так само постійно відновлюється.

Фізіологічні процеси в організмі та перебіг підтримання гомеостазу перебувають під контролем зворотного зв'язку (керований об'єкт, своєю чергою, контролює об'єкт огляду, між ними існує взаємодія).

Гомеостаз — це система узгоджених реакцій, спрямованих на забезпечення, підтримання або відновлення сталості внутрішнього середовища організму.[1]

Організм як тварини, так і людини є відкритою системою, що досить щільно пов'язана із середовищем. Існує така властивість, як саморегуляція, для якої було запропоновано назву лат. «gomios stasis» — подібний стан. Гомеостаз — це постійність внутрішнього середовища і фізіологічних функцій організму (сталість хімічного складу та фізико-хімічних властивостей; він виражається наявністю низки стійких показників (констант), визначає нормальний стан організму: температуру, тиск крові, кількість у крові речовин (Са, К, Na)).

Історія

Французький фізіолог XIX століття Клод Бернар (1813–1878) першим помітив, що всі вищі живі організми дієво і постійно протидіють тому, щоби чинники зовнішнього середовища порушували ті умови, які необхідні для підтримки життєдіяльності організму.[2][3]

Огляд

Метаболічні процеси всіх організмів можуть відбуватися лише у дуже специфічних фізичних та хімічних середовищах. Умови залежать від кожного організму і від того, чи відбуваються хімічні процеси всередині клітини або в інтерстиціальній рідині, що охоплює клітини. Найбільш відомими гомеостатичними механізмами у людини та інших ссавців є регулятори, які підтримують постійний склад позаклітинної рідини (або "внутрішнього середовища"), особливо щодо температури, рН, осмоляльності та концентрацій натрію, калію, глюкози, вуглекислого газу (діоксиду вуглецю) і кисню. Однак дуже багато інших гомеостатичних механізмів, що стосуються багатьох чинників фізіології людини, контролюють інші об'єкти в організмі. Там, де рівні змінних, є вищими або нижчими від необхідних, вони часто є з префіксами гіпер- та гіпо-, відповідно такими, як гіпертермія та гіпотермія або гіпертонія та гіпотензія. Циркадні зміни температури тіла, коливаються близько 37,5 °C з 10:00 до 18:00, і падають до 36,4 ° C від 2:00 до 6:00.

Якщо суб'єкт гомеостатично контролюється, це не означає, що його значення, обов'язково є абсолютно стійкими для здоров'я. Наприклад, основна температура тіла

Коливання температури тіла людини впродовж доби

підтримується гомеостатичним механізмом з температурними давачами, серед іншого, гіпоталамусом мозку[4]. Однак задана температура регулятора постійно скидається[5]. Наприклад, основна температура тіла у людини змінюється протягом дня (тобто має циркадний ритм), до того-ж найнижчі температури виникають вночі, а найвищі — вдень. Інші нормальні коливання температури обумовлюють ті, що стосуються менструального циклу[6]. Уставка регулятора температури під час зараження скидається, щоби викликати жар. Організми здатні дещо пристосовуватися до різних умов, таких як зміни температури або рівня кисню на висоті, шляхом процесу акліматизації.

Гомеостаз регулює не кожну діяльність в організмі[7]. Наприклад, сигнал (чи то через нейрони або гормони) від давача до ефектора, за потреби, дуже мінливий, щоби передати дані про напрямок і величину помилки, виявленої давачем. Подібним чином, відповідь ефектора повинна бути налаштована для зміни відхилення  — адже вона мусить бути майже відповідною (але в зворотному напрямку) до помилки, яка загрожує внутрішньому середовищу. Наприклад, артеріальний кров'яний тиск у ссавців  підтримується гомеостатично і вимірюється рецепторами розтягування стінок дуги аорти та сонних пазух на початку внутрішніх сонних артерій[4]. Давачі надсилають повідомлення по сенсорних нервах до довгастого мозку головного мозку із зазначенням того, чи знизився або підвищився артеріальний тиск, і на скільки. Потім довгастий мозок поширює повідомлення по рухових або еферентних нервах, що належать до вегетативної нервової системи, для широкого спектра ефекторних органів, діяльність яких внаслідок цього змінюється, щоби виправити відхилення артеріального тиску. Одним з ефекторних органів є серце, частота скорочень якого стимулюється до зростання (тахікардія) у разі падіння артеріального кров'яного тиску, або до сповільнення (брадикардія), коли тиск підвищується вище встановленого рівня. Таким чином, частота серцевих скорочень (для якої в організмі немає давача) підтримується не гомеостатично, але є однією з ефекторних реакцій на помилки артеріального кров'яного тиску. Ще один приклад — швидкість потовиділення. Це один з ефекторів гомеостатичного контролю температури тіла, а тому дуже змінюється залежно від теплового навантаження, яке загрожує розладнанням основної температури тіла, для чого в гіпоталамусі головного мозку є давач  — терморецептор.

Артеріальний тиск (докладніше)

Основна стаття: Ренін-ангіотензинова система

Мозок може керувати кровотоком у межах значень артеріального тиску, шляхом звуження та розширення артерій.[8]

Рецептори високого тиску, які називаються барорецепторами в стінках дуги аорти і сонної пазухи (на початку внутрішньої сонної артерії), підтримують артеріальний тиск.[9] Підвищення тиску виявляється під час розтягування стінок артерій через збільшення обсягу крові. Це змушує клітини серцевого м’яза виділяти в кров гормон передсердного натрійуретичного пептиду (ANP). Це діє на нирки, пригнічуючи секрецію реніну та альдостерону, викликаючи виділення натрію та супутньої води в сечу, тим самим зменшуючи об’єм крові.[10] Потім ці дані передаються крізь аферентні нервові волокна до одиничного ядра довгастого мозку.[9] Звідси збуджуються рухові нерви, що належать до вегетативної нервової системи, щоби впливати на діяльність, головним чином серця та артерій найменшого діаметру, званих артеріолами. Артеріоли є основними опірними судинами в артеріальному дереві, отже невеликі зміни діаметра, викликають значні зміни опору течії крізь них. Коли артеріальний кров’яний тиск підвищується, артеріоли заохочуються до розширення, що полегшує вихід крові з артерій, таким чином здуваючи їх, і повертаючи кров’яний тиск до природного рівня. Водночас серце за допомогою холінергічних парасимпатичних нервів, заохочується до повільнішого  биття (так звана брадикардія), забезпечуючи зменшення припливу крові до артерій, тим самим ще збільшуючи зниження тиску та виправлення початкової помилки.

Низький тиск в артеріях, викликає протилежний відгук організму — звуження артеріол і пришвидшення частоти серцевих скорочень (так звана тахікардія). Якщо падіння артеріального тиску є дуже швидким або надмірним, довгастий мозок заохочує наднирковий мозок за допомогою «прегангліонарних» симпатичних нервів для виділення в кров адреналіну. Цей гормон посилює тахікардію і викликає рішуче звуження судин артеріол до всіх, крім найважливіших органів організму (особливо до серця, легенів і мозку). Ці реакції зазвичай, дуже дієво виправляють низький артеріальний тиск (гіпотензію).

Підтримання рівня ваги

Обмін речовин.

Кожне тіло має "встановлену точку", яка підтримує вагу. Цю контрольну точку обумовлюють кілька чинників, в тому числі гени певної людини, її оточення та поведінка. Гіпоталамус — область біля основи головного мозку, який також підтримує такі речі, як температура тіла та інше, стоїть на сторожі, щоби вага тіла певної особи, не опускалася нижче цієї заданої точки — що насправді не є перевагою, якщо людина намагається схуднути. "Ось чому ви можете триматися власної (звичної) ваги, навіть якщо ви старанно сидите на дієтах і здійснюєте фізичні вправи, і також через це, більшість - 96% людей, які втрачають надмірну вагу, невдовзі повертають її. Швидкість метаболізму в стані спокою, яка вимірює кількість калорій, котрі організм використовує лише виконуючи свої повсякденні завдання, різко знижується після стрімкої втрати людьми ваги. Це означає, що уникнути відновлення ваги через "метаболічне пристосування" дуже складно" — доктор Стенфорд (Гарвардський університет) [11].

Рівень кальцію

Рівень іонізованого кальцію (Ca2+) у плазмі[12], дуже жорстко контролюється двійкою гомеостатичних механізмів.[13] Давач для першого, розташовано в паращитоподібних залозах, де головні клітини відчувають рівень Ca2+ за допомогою спеціалізованих кальцієвих рецепторів у власних мембранах. Давачами для другого, є

Гомеостаз кальцію[14]

парафолікулярні клітини щитоподібної залози. Головні клітини паращитоподібної залози виділяють паратиреоїдний гормон (ПТГ) у відповідь на зниження рівня іонізованого кальцію в плазмі; парафолікулярні клітини щитоподібної залози вивільняють кальцитонін у відповідь на підвищення рівня іонізованого кальцію у плазмі.

Ефекторними органами першого гомеостатичного механізму, є кістки, нирки і, через гормон, що вивільняється у кров нирками як відповідь на високий рівень ПТГ в крові, дванадцятипала та порожня кишка. Паратгормон (у високій концентрації в крові) викликає резорбцію кісток, вивільняючи кальцій у плазму. Це дуже швидка дія, яка може виправити загрозливу гіпокальціємію за кілька хвилин. Високі концентрації ПТГ викликають виведення фосфат-іонів із сечею. Оскільки фосфати з’єднуються з іонами кальцію з утворенням нерозчинних солей (див. також кістковий мінерал), зниження рівня фосфатів у крові вивільняє вільні іони кальцію в плазмовий іонізований пул кальцію. ПТГ має другу дію на нирки. Він заохочує вироблення та виділення нирками кальцитріолу у кров. Цей стероїдний гормон діє на епітеліальні клітини верхніх відділів тонкої кишки, збільшуючи їх здатність поглинати кальцій із вмісту кишківника в кров.[15]

Другий гомеостатичний механізм з його давачами в щитоподібній залозі вивільняє кальцитонін у кров, коли скупчення іонізованого кальцію в крові, підвищується. Цей гормон діє насамперед на кістки, викликаючи швидке видалення кальцію з крові і відкладаючи його в нерозчинній формі в кістках.[16]

Два гомеостатичних механізми, що працюють через ПТГ, з одного боку, і кальцитонін, з іншого, можуть дуже швидко виправити будь-яку навислу помилку в рівні іонізованого кальцію в плазмі, або видаляючи кальцій з крові та відкладаючи його в скелеті, або видаляючи кальцій з нього. Кістяк діє як надзвичайно великий запас кальцію (близько 1 кг) порівняно з запасом кальцію у плазмі (близько 180 мг). Довгострокова регуляція відбувається завдяки всмоктуванню або вивільнення кальцію з кишківника.

Іншим прикладом, є найбільш добре охарактеризовані ендоканабіноїди, такі як анандамід (N-арахідоноїлетаноламід; AEA) і 2-арахідоноїлгліцерол (2-AG), синтез яких відбувається під дією низки внутрішньоклітинних ферментів, котрі активуються у відповідь на підвищення рівня внутрішньоклітинного кальцію щоби запровадити гомеостаз і попередити розвиток пухлини за допомогою передбачуваних захисних механізмів, які запобігають росту та міграції клітин шляхом активації CB1 та/або CB2 та прилеглих рецепторів.[17]

Психологічний гомеостаз

Цей термін було введено В. Б. Кенноном 1932 року[джерело?], і позначає загальну схильність кожного організму відновлювати внутрішню рівновагу кожного разу, коли вона змінюється. Ці внутрішні дисбаланси, котрі можуть виникнути як на фізіологічному, так і на психологічному рівнях, називаються загальними потребами.

Таким чином, життя організму може бути визначене як постійний пошук узгодженості між його потребами і їх задоволенням. Кожна дія, спрямована на пошук такої рівноваги, в широкому сенсі є поведінкою.

Біосфера
Пташки туляться одна до одної задля заощадження тепла

У гіпотезі Геї,  Джеймс Лавлок[18] зазначав, що вся маса живої речовини на Землі (або будь-якій планеті з життям) працює як величезний гомеостатичний суперорганізм, який активно пристосовує своє планетарне середовище для створення екологічних умов, потрібних для власного виживання. З його погляду, на всій планеті підтримується кілька гомеостазів (основний — температурний гомеостаз). Чи існує така система на Землі — залишається відкритим для обговорень. Однак деякі, відносно прості гомеостатичні механізми, загальноприйняті. Наприклад, іноді стверджується, що у разі підвищення рівня вуглекислого газу в атмосфері, деякі рослини можуть бути здатними рости краще і, таким чином, діяти так, щоби видаляти (споживати) більше вуглекислого газу з атмосфери. А втім, потепління посилило посуху, зробивши воду фактичним обмежувальним чинником на суші. Коли сонячне світло рясне і температура атмосфери піднімається, стверджується, що фітопланктон поверхневих вод океану, діючи як глобальний поглинач сонячного світла, а отже, як давачі тепла, може процвітати і утворювати більше диметилсульфіду (DMS). Молекули DMS виконують роль ядер конденсації хмар, які утворюють більше хмарин, і, таким чином, збільшують атмосферне альбедо, а це сприяє зниженню температури атмосфери. Проте, підвищення температури моря розшаровувало океани та відокремлювало теплі, прогріті сонцем води від прохолодних, багатих на поживні речовини вод. Таким чином, поживні речовини стали обмежувальним чинником, а рівень планктону фактично впав за останні 50 років, а не підвищився. У міру того, як вчені дізнаються більше про Землю, виявляється величезна кількість петель (контурів) позитивного та негативного зворотного зв'язку, які разом підтримують метастабільний стан (інколи в дуже широких межах) умов довкілля.

Див. також

Примітки
  1. Біда О. А., Дерій С. І. та ін. Біологія: навчально-методичний посібник — 3-тє вид., — К.: Літера ЛТД, 2012. — 672 с. ISBN 978-966-178-133-6 (С.?)
  2. Цибенко В.О. Фізіологія серцево-судинної системи/К.: Фітосоціоцентр, 2002. — 248 с. ISBN 966-306-006-9 (С.11-13)
  3. Д. Морман, Л. Хеллер, Физиология сердечно-сосудистой системы, Издательство «Питер», 2000, 256 с. (C.?)
  4. Tortora, Gerard J.; Anagnostakos, Nicholas Peter (1987). Principles of anatomy and physiology. New York : Harper & Row. ISBN 978-0-06-046669-5.
  5. Homeostasis (article) | Human body systems. Khan Academy (англ.). Процитовано 6 грудня 2020.
  6. Weschler, Toni (2002). Taking charge of your fertility : the definitive guide to natural birth control, pregnancy achievement, and reproductive health. New York : HarperCollins. ISBN 978-0-06-039406-6.
  7. West, Bruce J. (2006). Where Medicine Went Wrong: Rediscovering the Path to Complexity (англ.). World Scientific. ISBN 978-981-256-883-0.
  8. https://web.archive.org/web/20080227162001/http://www.orlandoregional.org/pdf%20folder/overview%20adult%20brain%20injury.pdf
  9. Richards, Christopher D. (2006). Human physiology : the basis of medicine (вид. 3rd ed). Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-856878-9. OCLC 64107074.
  10. Anagnostakos, Nicholas Peter (1987). Principles of anatomy and physiology (вид. 5th ed. Harper international ed). New York: Harper & Row. ISBN 0-06-046669-3. OCLC 13796092.
  11. Publishing, Harvard Health. Stop counting calories. Harvard Health. Процитовано 6 грудня 2020.
  12. Субклінічна гіпокальціємія та її вплив на формування здоров’я дітей шкільного віку. health-ua.com (ua). Процитовано 3 листопада 2021.
  13. Brini, Marisa; Ottolini, Denis; Calì, Tito; Carafoli, Ernesto (2013). Calcium in Health and Disease. Metal Ions in Life Sciences. Dordrecht: Springer Netherlands. с. 81–137.
  14. Особливості кальцієвого гомеостазу в дітей шкільного віку | Интернет-издание "Новости медицины и фармации". www.mif-ua.com. Процитовано 3 листопада 2021.
  15. Stryer, Lubert (1995). Biochemistry (вид. 4th ed). New York: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-2009-4. OCLC 30893133.
  16. Felsenfeld, A. J.; Levine, B. S. (1 квітня 2015). Calcitonin, the forgotten hormone: does it deserve to be forgotten?. Clinical Kidney Journal (англ.) 8 (2). с. 180–187. ISSN 2048-8505. doi:10.1093/ckj/sfv011. Процитовано 3 листопада 2021.
  17. Ayakannu, Thangesweran; Taylor, Anthony H.; Marczylo, Timothy H.; Willets, Jonathon M.; Konje, Justin C. (2013). The Endocannabinoid System and Sex Steroid Hormone-Dependent Cancers. International Journal of Endocrinology 2013. с. 259676. ISSN 1687-8337. PMC 3863507. PMID 24369462. doi:10.1155/2013/259676. Процитовано 3 листопада 2021.
  18. Lovelock, James (1991). Healing Gaia : practical medicine for the planet. New York : Harmony Books. ISBN 978-0-517-57848-3.

Джерела
  • Гомеостаз організму // Словник-довідник з екології : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 54.

Література
  • Фізіологія людини / Гжегоцький М.Р., Філімонов В.І.- Київ: Книга плюс, 2005. - 494 с.: іл. ISBN 966-7619-65-6 (С.54-58)

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.