Koje strukture osiguravaju samoregulaciju homeostaze. Pojam homeostaze. Očitovanje homeostaze na različitim razinama organizacije bioloških sustava. Strukturna homeostaza, mehanizmi njezina održavanja. Dakle, homeostaza je

Povijest razvoja učenja o homeostazi

K. Bernard i njegova uloga u razvoju učenja o unutarnjem okruženju

Homeostatske procese u tijelu kao procese koji osiguravaju postojanost njegove unutarnje okoline prvi je put razmatrao francuski prirodoslovac i fiziolog C. Bernard sredinom 19. stoljeća. Sam pojam homeostaza predložio je američki fiziolog W. Cannon tek 1929. godine.

U oblikovanju doktrine homeostaze vodeću ulogu imala je ideja C. Bernarda da za živi organizam postoje “zapravo dvije okoline: jedna vanjska sredina u kojoj se organizam nalazi, druga unutarnja sredina u kojoj žive elementi tkiva. .” Godine 1878. znanstvenik je formulirao koncept postojanosti sastava i svojstava unutarnjeg okoliša. Ključna ideja ovog koncepta bila je ideja da se unutarnje okruženje sastoji ne samo od krvi, već i od svih plazmatskih i blastomskih tekućina koje iz nje dolaze. “Unutarnji okoliš,” napisao je K. Bernard, “... sastoji se od svih sastojaka krvi - dušičnih i nedušičnih, bjelančevina, fibrina, šećera, masti itd., ... s izuzetkom krvi globule, koje su već samostalni organski elementi.”

Unutarnji okoliš uključuje samo tekuće komponente tijela, koje peru sve elemente tkiva, tj. krvna plazma, limfa i tkivna tekućina. C. Bernard smatrao je da je atribut unutarnjeg okoliša “u izravnom kontaktu s anatomskim elementima živog bića”. Napomenuo je da je pri proučavanju fizioloških svojstava ovih elemenata potrebno uzeti u obzir uvjete njihove manifestacije i njihovu ovisnost o okolišu.

Znanstvenik je s pravom vjerovao da su manifestacije života uzrokovane sukobom između postojećih snaga tijela (ustava) i utjecaja vanjsko okruženje. Životni sukob u tijelu očituje se u obliku dviju suprotstavljenih i dijalektički povezanih pojava: sinteze i raspada. Kao rezultat tih procesa, tijelo se prilagođava, ili prilagođava, uvjetima okoline.

Analiza radova C. Bernarda omogućuje nam da zaključimo da svi fiziološki mehanizmi, koliko god različiti bili, služe održavanju konstantnosti životnih uvjeta u unutarnjem okruženju. “Stalnost unutarnjeg okruženja uvjet je za slobodan, neovisan život. To se postiže procesom koji u unutarnjem okruženju održava sve uvjete potrebne za život elemenata." Konstantnost okoline pretpostavlja takvo savršenstvo organizma u kojem bi vanjske varijable bile u svakom trenutku kompenzirane i uravnotežene. Za tekući medij utvrđeni su osnovni uvjeti za njegovo stalno održavanje: prisutnost vode, kisika, hranjivih tvari i određena temperatura.

Neovisnost života o vanjskom okruženju, o kojoj je govorio C. Bernard, vrlo je relativna. Unutarnje okruženje usko je povezano s vanjskim. Štoviše, zadržao je mnoga svojstva primarnog okoliša u kojem je nekoć nastao život. Živa su bića, takoreći, zatvorila morsku vodu u sustav krvnih žila i pretvorila stalno fluktuirajuću vanjsku okolinu u unutarnju okolinu čiju postojanost štite posebni fiziološki mehanizmi.

Glavna funkcija unutarnjeg okoliša je dovesti "organske elemente u odnos jedan s drugim i s vanjskim okolišem." K. Bernard je objasnio da postoji stalna izmjena tvari između unutarnjeg okoliša i stanica tijela zbog njihovih kvalitativnih i kvantitativnih razlika unutar i izvan stanica. Unutarnji okoliš stvara sam organizam, a postojanost njegovog sastava održavaju organi probave, disanja, izlučivanja itd., glavna funkcijašto je "pripremiti opću hranjivu tekućinu" za stanice tijela. Aktivnost ovih organa regulirana je živčanim sustavom i uz pomoć “posebno proizvedenih tvari”. Ovo "sadrži kontinuirani krug uzajamnih utjecaja koji tvore vitalni sklad."

Tako je još u drugoj polovici 19. stoljeća C. Bernard dao ispravnu znanstvenu definiciju unutarnjeg okoliša tijela, identificirao njegove elemente, opisao sastav, svojstva, evolucijsko podrijetlo i istaknuo njegovu važnost u osiguravanju života organizma. tijelo.

Doktrina homeostaze W. Cannona

Za razliku od K. Bernarda, čiji su se zaključci temeljili na širokim biološkim generalizacijama, W. Cannon je do zaključka o važnosti postojanosti unutrašnjeg okoliša tijela došao drugom metodom: na temelju eksperimentalnih fizioloških istraživanja. Znanstvenik je skrenuo pozornost na činjenicu da se život životinja i ljudi, unatoč prilično čestim štetnim učincima, odvija normalno dugi niz godina.

W. Cannon je primijetio da bi se stalni uvjeti koji se održavaju u tijelu mogli nazvati ravnoteža. Međutim, ova riječ je ranije imala vrlo specifično značenje: ona označava najvjerojatnije stanje izoliranog sustava, u kojem su sve poznate sile međusobno uravnotežene, dakle, u stanju ravnoteže, parametri sustava ne ovise o vremenu, a u sustavu nema tokova materije ili energije. Složeni koordinirani fiziološki procesi neprestano se odvijaju u tijelu, osiguravajući stabilnost njegovih stanja. Primjer je usklađena aktivnost mozga, živaca, srca, pluća, bubrega, slezene i dr. unutarnji organi i sustavi. Stoga je W. Cannon predložio posebnu oznaku za takve države - homeostaza. Ova riječ uopće ne podrazumijeva nešto zaleđeno i nepomično. To znači stanje koje se može promijeniti, ali ostaje relativno konstantno.

Termin homeostaza nastalo od dvije grčke riječi: homoios– sličan, sličan i zastoj- stajanje, nepokretnost. U tumačenju ovog pojma W. Cannon je naglasio da riječ zastoj ne podrazumijeva samo stabilno stanje, već i stanje koje dovodi do ovog fenomena, i riječ homoios ukazuje na sličnost i sličnost pojava.

Pojam homeostaze, prema W. Cannonu, uključuje i fiziološke mehanizme koji osiguravaju stabilnost živih bića. Ovu posebnu stabilnost ne karakterizira stabilnost procesa; naprotiv, oni su dinamični i stalno se mijenjaju, međutim, u "normalnim" uvjetima, fluktuacije u fiziološkim pokazateljima prilično su strogo ograničene.

Kasnije je W. Cannon pokazao da su svi metabolički procesi i osnovni uvjeti pod kojima se odvijaju najvažnije vitalne funkcije organizma - tjelesna temperatura, koncentracija glukoze i mineralne soli u krvnoj plazmi, tlak u krvnim žilama fluktuira u vrlo uskim granicama blizu određenih prosječnih vrijednosti - fizioloških konstanti. Održavanje tih konstanti u tijelu je preduvjet za postojanje.

W. Cannon identificiran i klasificiran glavne komponente homeostaze. Upućivao je na njih materijala koji zadovoljavaju stanične potrebe(materijali potrebni za rast, obnovu i reprodukciju - glukoza, bjelančevine, masti; voda; natrijevi, kalijevi kloridi i druge soli; kisik; regulacijski spojevi) i fizički i kemijski čimbenici, koji utječu na staničnu aktivnost (osmotski tlak, temperatura, koncentracija vodikovih iona itd.). U sadašnjem stupnju razvoja znanja o homeostazi ova je klasifikacija proširena mehanizmi koji osiguravaju strukturnu postojanost unutarnje sredine tijela te strukturnu i funkcionalnu cjelovitost cijelo tijelo. To uključuje:

a) nasljedstvo;
b) regeneracija i popravak;
c) imunobiološka reaktivnost.

Pojmovi automatski održavanje homeostaze, prema W. Cannonu, su:

– besprijekoran alarmni sustav koji obavještava središnje i periferne regulacijske uređaje o svim promjenama koje ugrožavaju homeostazu;
– prisutnost korektivnih uređaja koji pravodobno stupaju na snagu i odgađaju nastanak tih promjena.

E. Pfluger, S. Riche, I.M. Sechenov, L. Frederick, D. Haldane i drugi istraživači koji su radili na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće također su pristupili ideji postojanja fizioloških mehanizama koji osiguravaju stabilnost tijela i koristili vlastitu terminologiju. Međutim, najrašireniji pojam i među fiziolozima i znanstvenicima drugih specijalnosti je homeostaza, koju je predložio W. Cannon za karakterizaciju stanja i procesa koji stvaraju takvu sposobnost.

Za biološke znanosti, u razumijevanju homeostaze prema W. Cannonu, dragocjeno je da se živi organizmi promatraju kao otvoreni sustavi koji imaju brojne veze s okolišem. Te se veze ostvaruju preko dišnih i probavnih organa, površinskih receptora, živčanog i mišićnog sustava itd. Promjene u okolišu izravno ili neizravno utječu na te sustave, uzrokujući odgovarajuće promjene u njima. Međutim, ti učinci obično nisu popraćeni velikim odstupanjima od norme i ne uzrokuju ozbiljne poremećaje u fiziološkim procesima.

Doprinos L.S. Sterna u razvoju ideja o homeostazi

Istovremeno s W. Cannonom 1929. godine u Rusiji je ruski fiziolog L.S. formulirao svoje ideje o mehanizmima održavanja postojanosti unutarnje okoline. Stern. “Za razliku od najjednostavnijih, kod složenijih višestaničnih organizama razmjena s okolinom odvija se kroz tzv. medij iz kojeg pojedina tkiva i organi crpe materijal koji im je potreban i u koji otpuštaju produkte svog metabolizma. ... Kako se pojedini dijelovi tijela (organi i tkiva) diferenciraju i razvijaju, svaki organ i svako tkivo mora imati svoju neposrednu hranjivu podlogu, čiji sastav i svojstva moraju odgovarati strukturnim i funkcionalnim karakteristikama danog organa. Ovo neposredno hranjivo ili intimno okruženje mora imati određenu postojanost, osiguravajući normalno funkcioniranje organa koji se pere. ... Neposredni hranjivi medij pojedinih organa i tkiva je međustanična ili tkivna tekućina.”

L.S. Stern je utvrdio važnost postojanosti sastava i svojstava ne samo krvi, već i tkivne tekućine za normalno funkcioniranje organa i tkiva. Pokazala je postojanje histohematoloških barijera– fiziološke barijere koje razdvajaju krv i tkiva. Te se tvorevine, prema njezinu mišljenju, sastoje od endotela kapilara, bazalne membrane, vezivnog tkiva i staničnih lipoproteinskih membrana. Selektivna propusnost barijera pomaže u održavanju homeostaze i poznate specifičnosti unutarnje okoline potrebne za normalnu funkciju pojedinog organa ili tkiva. Predloženo i utemeljeno od L.S. Sternova teorija mehanizama barijera je temeljna novi doprinos u doktrinu unutarnjeg okruženja.

Histohematski , ili vaskularno tkivo , prepreka - ovo je, u biti, fiziološki mehanizam koji određuje relativnu postojanost sastava i svojstava vlastitog okoliša organa i stanice. Obavlja dvije važne funkcije: regulatornu i zaštitnu, tj. osigurava regulaciju sastava i svojstava vlastite okoline organa i stanice te je štiti od ulaska iz krvi tvari stranih danom organu ili cijelom organizmu.

Histohematske barijere prisutne su u gotovo svim organima i imaju odgovarajuće nazive: krvno-moždana, hemato-oftalmička, hematolabirintna, hematolikvorna, hematolimfatička, hematopulmonalna i hematopleuralna, hematorenalna, kao i krvno-gonadna barijera (na primjer, hematotestikularna), itd.

Suvremene ideje o homeostazi

Ideja o homeostazi pokazala se vrlo plodnom, a tijekom 20. stoljeća. razvijali su ga mnogi domaći i strani znanstvenici. Međutim, ovaj koncept je još uvijek biološka znanost nema jasnu terminološku definiciju. U znanstvenoj i obrazovnoj literaturi može se naći ili istovjetnost pojmova "unutarnje okruženje" i "homeostaza", ili različita tumačenja pojma "homeostaza".

Unutarnje okruženje tijela nazovimo cijeli skup cirkulirajućih tekućina u tijelu: krv, limfu, međustaničnu (tkivnu) tekućinu koja pere stanice i strukturna tkiva, uključena u metabolizam, kemijske i fizičke transformacije. DO komponente Unutarnji okoliš također uključuje unutarstaničnu tekućinu (citosol), s obzirom na to da je to neposredno okruženje u kojem se odvijaju glavne reakcije staničnog metabolizma. Volumen citoplazme u tijelu odraslog čovjeka je oko 30 litara, međustanične tekućine je oko 10 litara, a krv i limfa koje zauzimaju intravaskularni prostor je 4-5 litara.

U nekim slučajevima, pojam "homeostaza" se koristi za označavanje postojanosti unutarnjeg okruženja i sposobnosti tijela da ga osigura. Homeostaza je relativna dinamička postojanost unutarnjeg okruženja, fluktuirajuća unutar strogo određenih granica, te stabilnost (stabilnost) osnovnih fizioloških funkcija tijela. U drugim slučajevima, homeostaza se shvaća kao fiziološki procesi ili kontrolni sustavi koji reguliraju, koordiniraju i ispravljaju vitalne funkcije tijela kako bi se održalo stabilno stanje.

Dakle, definiranju pojma homeostaze pristupa se s dvije strane. S jedne strane, homeostaza se smatra kvantitativnom i kvalitativnom stalnošću fizikalno-kemijskih i bioloških parametara. S druge strane, homeostaza se definira kao skup mehanizama koji održavaju postojanost unutarnje okoline tijela.

Analiza dostupnih definicija u biološkim i referentne knjige, omogućio je isticanje najvažnijih aspekata ovog koncepta i formuliranje opće definicije: homeostaza je stanje relativne dinamičke ravnoteže sustava, održavano putem mehanizama samoregulacije. Ova definicija ne uključuje samo znanje o relativnosti postojanosti unutarnjeg okoliša, već također pokazuje važnost homeostatskih mehanizama biološki sustavi, osiguravajući ovu postojanost.

DO vitalne funkcije Tijelo uključuje homeostatske mehanizme vrlo različite prirode i djelovanja: živčani, humoralno-hormonski, barijerni, koji kontroliraju i osiguravaju postojanost unutarnjeg okruženja i djeluju na različitim razinama.

Princip rada homeostatskih mehanizama

Princip rada homeostatskih mehanizama koji osiguravaju regulaciju i samoregulaciju na različitim razinama organizacije žive tvari opisao je G.N. Kassil. Razlikuju se sljedeće razine regulacije:

1) submolekularni;
2) molekularni;
3) subcelularni;
4) stanični;
5) tekućina (unutarnji okoliš, humoralno-hormonalno-ionski odnosi, barijerne funkcije, imunitet);
6) tkanina;
7) živčani (centralni i periferni živčani mehanizmi, neurohumoralno-hormonalno-barijerni kompleks);
8) organizam;
9) populacija (populacije stanica, višestanični organizmi).

Treba razmotriti elementarnu homeostatsku razinu bioloških sustava organizamski. Unutar njezinih granica razlikuje se niz drugih: citogenetska, somatska, ontogenetska i funkcionalna (fiziološka) homeostaza, somatska genostaza.

Citogenetička homeostaza kako morfološka i funkcionalna adaptabilnost izražava kontinuirano preustrojstvo organizama u skladu s uvjetima postojanja. Izravno ili neizravno, funkcije takvog mehanizma obavljaju nasljedni aparat stanice (geni).

Somatska homeostaza– smjer ukupnih pomaka u funkcionalnoj aktivnosti organizma prema uspostavljanju njegovih najoptimalnijih odnosa s okolinom.

Ontogenetska homeostaza- Ovo individualni razvoj organizma od formiranja zametne stanice do smrti ili prestanka postojanja u prijašnjem svojstvu.

Pod, ispod funkcionalna homeostaza razumjeti optimalnu fiziološku aktivnost različitih organa, sustava i cijelog organizma u specifičnim uvjetima okoliša. Zauzvrat uključuje: metaboličku, respiratornu, probavnu, ekskretornu, regulatornu (osiguravajući optimalnu razinu neurohumoralne regulacije u danim uvjetima) i psihološku homeostazu.

Somatska genostaza predstavlja kontrolu nad genetskom postojanošću somatskih stanica koje čine pojedini organizam.

Razlikujemo cirkulatornu, motoričku, senzornu, psihomotornu, psihološku pa čak i informacijsku homeostazu, koja osigurava optimalni odgovor tijela na pristigle informacije. Razlikuje se posebna patološka razina - bolesti homeostaze, tj. poremećaj homeostatskih mehanizama i regulacijskih sustava.

Hemostaza kao adaptivni mehanizam

Hemostaza je vitalni kompleks složenih međusobno povezanih procesa, sastavni dio adaptivni mehanizam tijela. Zbog posebne uloge krvi u održavanju osnovnih parametara tijela, izdvaja se kao samostalna vrsta homeostatskih reakcija.

Glavna komponenta hemostaze je složen sustav adaptivni mehanizmi koji osiguravaju fluidnost krvi u žilama i njezinu koagulaciju kada je njihov integritet povrijeđen. Međutim, hemostaza ne samo da osigurava održavanje tekućeg stanja krvi u žilama, otpornost zidova krvnih žila i zaustavljanje krvarenja, već također utječe na hemodinamiku i vaskularnu propusnost, sudjeluje u cijeljenju rana, u razvoju upalnih i imunoloških reakcija. , a povezan je s nespecifičnom otpornošću tijela.

Hemostatski sustav je u funkcionalnoj interakciji s imunološkim sustavom. Ova dva sustava tvore jedan humoralni obrambeni mehanizam, čije su funkcije povezane, s jedne strane, s borbom za čistoću genetski kod i prevencija raznih bolesti, a s druge strane, održavanje tekućeg stanja krvi u krvožilnom sustavu i zaustavljanje krvarenja u slučaju povrede integriteta krvnih žila. Njihovu funkcionalnu aktivnost reguliraju živčani i endokrini sustav.

Prisutnost zajedničkih mehanizama za "uključivanje" obrambenih sustava tijela - imunološkog, koagulacijskog, fibrinolitičkog itd. - omogućuje nam da ih smatramo jedinstvenim strukturno i funkcionalno definiranim sustavom.

Njegove značajke su: 1) kaskadni princip sekvencijalnog uključivanja i aktivacije čimbenika do formiranja konačnog fiziološkog djelatne tvari: trombin, plazmin, kinini; 2) mogućnost aktiviranja ovih sustava u bilo kojem dijelu vaskularnog korita; 3) opći mehanizam uključivanje sustava; 4) povratna sprega u mehanizmu interakcije ovih sustava; 5) postojanje zajedničkih inhibitora.

Osiguravanje pouzdanog funkcioniranja sustava hemostaze, kao i drugih bioloških sustava, provodi se u skladu s općim načelom pouzdanosti. To znači da se pouzdanost sustava postiže redundantnošću upravljačkih elemenata i njihovom dinamičkom interakcijom, dupliciranjem funkcija ili međusobnom zamjenjivošću upravljačkih elemenata uz savršeno brzo vraćanje u prethodno stanje, sposobnošću dinamičke samoorganizacije i traženja stabilna stanja.

Kruženje tekućine između staničnih i tkivnih prostora, te krvnih i limfnih žila

Stanična homeostaza

Najvažnije mjesto u samoregulaciji i očuvanju homeostaze zauzima stanična homeostaza. Također se zove stanična autoregulacija.

Niti hormonalni niti živčani sustav nisu u osnovi sposobni nositi se sa zadatkom održavanja konstantnosti sastava citoplazme pojedine stanice. Svaka stanica višestaničnog organizma ima svoj mehanizam za autoregulaciju procesa u citoplazmi.

Vodeće mjesto u ovoj regulaciji pripada vanjskoj citoplazmatskoj membrani. Osigurava prijenos kemijskih signala u stanicu i iz nje, mijenjajući njezinu propusnost, sudjeluje u regulaciji sastava elektrolita u stanici i obavlja funkciju biološke "pumpe".

Homeostati i tehnički modeli homeostatskih procesa

Posljednjih desetljeća problem homeostaze počeo se razmatrati iz perspektive kibernetike - znanosti o ciljanom i optimalnom upravljanju složenim procesima. Biološki sustavi, kao što su stanica, mozak, organizam, populacija, ekosustavi funkcioniraju po istim zakonima.

Utemeljitelj teorije upravljanja živim objektima je N. Wiener. Njegove ideje temelje se na principu samoregulacije - automatskog održavanja konstantnosti ili promjene prema traženom zakonu reguliranog parametra. Međutim, mnogo prije N. Wienera i W. Cannona, ideju o automatskom upravljanju izrazio je I.M. Sečenov: „...u životinjskom tijelu regulatori mogu biti samo automatski, tj. dovesti u akciju promijenjenim uvjetima u stanju ili napretku stroja (organizma) i razviti aktivnosti kojima se te nepravilnosti otklanjaju.” Ovaj izraz ukazuje na potrebu za izravnim i povratnim vezama koje su u osnovi samoregulacije.

Ideju samoregulacije u biološkim sustavima produbio je i razvio L. Bertalanffy, koji je biološki sustav shvatio kao “uređeni skup međusobno povezanih elemenata”. Također je razmatrao opći biofizički mehanizam homeostaze u kontekstu otvorenih sustava. Na temelju teorijskih ideja L. Bertalanffyja nastao je novi pravac u biologiji tzv. sistemski pristup. Stavove L. Bertalanffyja dijelio je V.N. Novoseltsev, koji je problem homeostaze predstavio kao problem kontrole protoka tvari i energije koji otvoreni sustav razmjene s okolinom.

Prvi pokušaj modeliranja homeostaze i uspostavljanja mogućih mehanizama kontrole napravio je U.R. Ashby. Dizajnirao je umjetni samoregulirajući uređaj nazvan "homeostat". Homeostat U.R. Ashby je predstavljao sustav potenciometrijskih krugova i reproducirao samo funkcionalne aspekte fenomena. Ovaj model nije mogao adekvatno odražavati bit procesa u osnovi homeostaze.

Sljedeći korak u razvoju homeostatike napravio je S. Beer, koji je istaknuo dvije nove temeljne točke: hijerarhijski princip izgradnje homeostatskih sustava za upravljanje složenim objektima i princip preživljivosti. S. Beer pokušao je primijeniti određena homeostatska načela u praktičnom razvoju organiziranih sustava upravljanja i identificirao neke kibernetičke analogije između živog sustava i složene proizvodnje.

Kvalitativno nova pozornica Razvoj ovog smjera započeo je nakon stvaranja formalnog homeostatskog modela Yu.M. Gorski. Njegovi su pogledi formirani pod utjecajem znanstvenih ideja G. Selyea, koji je tvrdio da „... ako je moguće uključiti proturječnosti u modele koji odražavaju rad živih sustava, au isto vrijeme razumjeti zašto priroda, kada stvara živa bića, krenuli ovim putem, ovo će biti novi prodor u tajne živih s izvrsnim praktičnim rezultatima.”

Fiziološka homeostaza

Fiziološku homeostazu održavaju autonomni i somatski živčani sustav, kompleks humoralno-hormonalnih i ionskih mehanizama koji čine fizikalno-kemijski sustav organizma, kao i ponašanje, u kojem je uloga kako nasljednih oblika tako i stečenog individualnog iskustva. je značajan.

Ideja o vodećoj ulozi autonomnog živčanog sustava, posebno njegovog simpatoadrenalnog odjela, razvijena je u djelima E. Gelgorna, B.R. Hess, W. Cannon, L.A. Orbeli, A.G. Ginetsinsky i dr. Organizirajuća uloga živčanog aparata (načelo nervizma) leži u osnovi ruske fiziološke škole I.P. Pavlova, I.M. Sechenova, A.D. Speranski.

Humoralno-hormonalne teorije (princip humoralizma) razvijene su u inozemstvu u djelima G. Dalea, O. Levyja, G. Selyea, C. Sherringtona i dr. Ovom su problemu veliku pozornost posvetili ruski znanstvenici I.P. Razenkov i L.S. Stern.

Nagomilani kolosalan činjenični materijal koji opisuje različite manifestacije homeostaze u životnom, tehničkom, društvenom, ekološki sustavi, zahtijeva proučavanje i razmatranje iz jedinstvene metodološke perspektive. Objedinjujuća teorija koja je uspjela povezati sve različite pristupe razumijevanju mehanizama i manifestacija homeostaze postala je teorija funkcionalnih sustava, stvorio P.K. Anohin. U svojim pogledima, znanstvenik se temeljio na idejama N. Wienera o samoorganizirajućim sustavima.

Suvremene znanstvene spoznaje o homeostazi cijelog organizma temelje se na shvaćanju iste kao prijateljske i koordinirane samoregulirajuće aktivnosti različitih funkcionalnih sustava, koju karakteriziraju kvantitativne i kvalitativne promjene njihovih parametara tijekom fizioloških, fizikalnih i kemijskih procesa.

Mehanizam održavanja homeostaze nalikuje klatnu (vagi). Prije svega, citoplazma stanice mora imati stalan sastav – homeostazu 1. stupnja (vidi dijagram). To osiguravaju mehanizmi homeostaze 2. stupnja - cirkulirajuće tekućine, unutarnje okruženje. S druge strane, njihova je homeostaza povezana s vegetativnim sustavima za stabilizaciju sastava ulaznih tvari, tekućina i plinova i otpuštanje konačnih metaboličkih produkata - faza 3. Dakle, temperatura, sadržaj vode i koncentracije elektrolita, kisika i ugljičnog dioksida, te količina hranjivih tvari se održava na relativno konstantnoj razini i izlučuje metaboličke proizvode.

Četvrta faza održavanja homeostaze je ponašanje. Osim odgovarajućih reakcija, uključuje emocije, motivaciju, pamćenje i mišljenje. Četvrta faza aktivno djeluje na prethodnu, nadovezuje se na nju i utječe na nju. Kod životinja se ponašanje izražava u izboru hrane, hranilišta, mjesta gniježđenja, dnevnih i sezonskih migracija i sl., čija je bit želja za mirom, uspostavljanje narušene ravnoteže.

Dakle, homeostaza je:

1) stanje unutarnjeg okoliša i njegovih svojstava;
2) skup reakcija i procesa koji održavaju postojanost unutarnje okoline;
3) sposobnost tijela da izdrži promjene u okolišu;
4) uvjet egzistencije, slobode i neovisnosti života: “Stalnost unutarnje okoline je uvjet slobodan život"(C. Bernard).

Enciklopedijski YouTube

• 1 / 5

  Izraz "homeostaza" najčešće se koristi u biologiji. Višestanični organizmi moraju održavati stalnu unutarnju okolinu da bi postojali. Mnogi ekolozi su uvjereni da ovo načelo vrijedi i za vanjski okoliš. Ako sustav ne uspije uspostaviti ravnotežu, može s vremenom prestati funkcionirati.

  Složeni sustavi – poput ljudskog tijela – moraju imati homeostazu kako bi ostali stabilni i postojali. Ovi sustavi ne samo da moraju nastojati preživjeti, već se moraju prilagoditi promjenama u okolišu i razvijati se.

  Svojstva homeostaze

  Homeostatski sustavi imaju sljedeća svojstva:

  • Nestabilnost sustav: testiranje kako se najbolje prilagoditi.
  • Težnja za ravnotežom: sve unutarnje, konstrukcijske i funkcionalna organizacija sustavi pomažu u održavanju ravnoteže.
  • Nepredvidivo: Rezultirajući učinak određene akcije često može biti drugačiji od očekivanog.
  • Regulacija količine mikronutrijenata i vode u organizmu – osmoregulacija. Izvodi se u bubrezima.
  • Uklanjanje otpadnih tvari iz metaboličkog procesa – izlučivanje. Vrše ga egzokrini organi - bubrezi, pluća, žlijezde znojnice i gastrointestinalni trakt.
  • Regulacija tjelesne temperature. Snižavanje temperature znojenjem, razne termoregulacijske reakcije.
  • Regulacija razine glukoze u krvi. Uglavnom ga provodi jetra, inzulin i glukagon koje izlučuje gušterača.
  • Regulacija razine bazalnog metabolizma ovisno o prehrani.

  Važno je napomenuti da iako je tijelo u ravnoteži, njegovo fiziološko stanje može biti dinamično. Mnogi organizmi pokazuju endogene promjene u obliku cirkadijskih, ultradijalnih i infradijanskih ritmova. Dakle, čak i kada su u homeostazi, tjelesna temperatura, krvni tlak, otkucaji srca i većina metaboličkih pokazatelja nisu uvijek na konstantnoj razini, već se mijenjaju tijekom vremena.

  Mehanizmi homeostaze: povratna sprega

  Kada dođe do promjene varijabli, postoje dvije glavne vrste povratnih informacija na koje sustav reagira:

  1. Negativna povratna sprega, izražena u reakciji u kojoj sustav reagira na takav način da preokrene smjer promjene. Budući da povratna sprega služi za održavanje postojanosti sustava, ona omogućuje održavanje homeostaze.
     • Na primjer, kada se poveća koncentracija ugljičnog dioksida u ljudskom tijelu, plućima dolazi signal da povećaju svoju aktivnost i izdahnu više količine ugljični dioksid.
     • Termoregulacija je još jedan primjer negativne povratne sprege. Kada tjelesna temperatura poraste (ili padne), termoreceptori u koži i hipotalamusu registriraju promjenu, pokrećući signal iz mozga. Ovaj signal, zauzvrat, uzrokuje odgovor - smanjenje (ili povećanje) temperature.
  2. Pozitivna povratna sprega, koja se izražava povećanjem promjene varijable. Ima destabilizirajući učinak i stoga ne dovodi do homeostaze. Pozitivne povratne informacije rjeđe su u prirodni sustavi, ali ima i svoju upotrebu.
     • Na primjer, u živcima, električni potencijal praga uzrokuje stvaranje puno većeg akcijskog potencijala. Zgrušavanje krvi i događaji pri rođenju mogu se navesti kao drugi primjeri pozitivne povratne informacije.

  Stabilni sustavi zahtijevaju kombinacije obje vrste povratne sprege. Dok negativna povratna sprega omogućuje povratak u homeostatsko stanje, pozitivna povratna sprega koristi se za prelazak na potpuno novo (i možda manje poželjno) stanje homeostaze, situaciju koja se naziva "metastabilnost". Takve katastrofalne promjene mogu se dogoditi, na primjer, s povećanjem hranjivih tvari u rijekama s Bistra voda, što dovodi do homeostatskog stanja visoke eutrofikacije (algama obraštanje riječnog korita) i mutnoće.

  Ekološka homeostaza

  U poremećenim ekosustavima ili subklimaksnim biološkim zajednicama - kao što je otok Krakatoa, nakon velike vulkanske erupcije - stanje homeostaze prethodnog šumskog klimaksnog ekosustava je uništeno, kao i sav život na tom otoku. Krakatoa je u godinama nakon erupcije prošao kroz niz ekoloških promjena u kojima su se nove vrste biljaka i životinja smjenjivale, što je dovelo do bioraznolikosti i rezultirajuće vrhunske zajednice. Ekološka sukcesija na Krakatoi odvijala se u nekoliko faza. Kompletan lanac nasljeđivanja koji vodi do vrhunca naziva se preserija. U primjeru Krakatoe, otok je razvio vrhunac zajednice s osam tisuća različitih vrsta zabilježenih u , sto godina nakon što je erupcija uništila život na njemu. Podaci potvrđuju da situacija ostaje u homeostazi još neko vrijeme, pri čemu pojava novih vrsta vrlo brzo dovodi do brzog nestanka starih.

  Slučaj Krakatoa i drugih poremećenih ili netaknutih ekosustava pokazuje da se početna kolonizacija pionirskim vrstama događa putem pozitivnih povratnih reproduktivnih strategija u kojima se vrste raspršuju, stvarajući što više potomaka, ali uz malo ulaganja u uspjeh svake jedinke. Kod takvih vrsta dolazi do brzog razvoja i jednako brzog kolapsa (na primjer, kroz epidemiju). Kada se ekosustav približi klimaksu, takve vrste bivaju zamijenjene složenijim klimaksnim vrstama, koje kroz negativne Povratne informacije prilagoditi specifičnim uvjetima svoje okoline. Ove vrste su pažljivo kontrolirane potencijalnim nosivim kapacitetom ekosustava i slijede drugačiju strategiju - proizvode manje potomaka, čiji reproduktivni uspjeh ulaže više energije u mikrookruženje svoje specifične ekološke niše.

  Razvoj počinje s pionirskom zajednicom, a završava s vrhunskom zajednicom. Ova vrhunska zajednica nastaje kada flora i fauna dođu u ravnotežu s lokalnim okolišem.

  Takvi ekosustavi tvore heteroarhije, u kojima homeostaza na jednoj razini doprinosi homeostatskim procesima na drugoj složenoj razini. Na primjer, gubitak lišća sa zrelog tropskog stabla daje prostor za novi rast i obogaćuje tlo. Jednako tropsko drvo smanjuje pristup svjetlosti nižim razinama i pomaže u sprječavanju invazije drugih vrsta. Ali i drveće pada na zemlju i o tome ovisi razvoj šume stalna smjena drveće, ciklus hranjivih tvari koji provode bakterije, insekti, gljive. Slično tome, takve šume pridonose ekološkim procesima kao što je regulacija mikroklime ili hidroloških ciklusa ekosustava, a nekoliko različitih ekosustava može međusobno komunicirati kako bi održalo homeostazu riječne drenaže unutar biološke regije. Bioregionalna varijabilnost također igra ulogu u homeostatskoj stabilnosti biološke regije ili bioma.

  Biološka homeostaza

  Homeostaza je temeljna karakteristika živih organizama i podrazumijeva se održavanje unutarnjeg okoliša unutar prihvatljivih granica.

  Unutarnji okoliš tijela uključuje tjelesne tekućine – krvnu plazmu, limfu, međustaničnu tvar i likvor. Održavanje stabilnosti ovih tekućina od vitalnog je značaja za organizam, dok njezin nedostatak dovodi do oštećenja genetskog materijala.

  S obzirom na bilo koji parametar, organizmi se dijele na konformacijske i regulatorne. Regulacijski organizmi održavaju parametar na konstantnoj razini, neovisno o tome što se događa u okolišu. Konformacijski organizmi dopuštaju okolini da odredi parametar. Na primjer, toplokrvne životinje zadržavaju stalna temperatura tijela, dok hladnokrvne životinje pokazuju širok raspon temperatura.

  To ne znači da konformacijski organizmi nemaju prilagodbe u ponašanju koje im omogućuju reguliranje određenog parametra do neke mjere. Gmazovi, na primjer, često ujutro sjede na zagrijanom kamenju kako bi podigli tjelesnu temperaturu.

  Prednost homeostatske regulacije je u tome što omogućuje učinkovitije funkcioniranje tijela. Na primjer, hladnokrvne životinje imaju tendenciju postati letargične kada niske temperature, dok su toplokrvne životinje gotovo jednako aktivne kao i prije. S druge strane, regulacija zahtijeva energiju. Razlog zašto neke zmije mogu jesti samo jednom tjedno je taj što troše puno manje energije za održavanje homeostaze od sisavaca.

  Stanična homeostaza

  Regulacija kemijske aktivnosti stanice postiže se nizom procesa, uključujući posebno značenje ima promjenu strukture same citoplazme, te strukture i aktivnosti enzima. Autoregulacija ovisi o

  Homeostaza je sposobnost ljudskog tijela da se prilagodi promjenjivim uvjetima vanjske i unutarnje okoline. Stabilan rad procesa homeostaze jamči osobi ugodno zdravstveno stanje u bilo kojoj situaciji, održavajući postojanost vitalnih pokazatelja tijela.

  Homeostaza s biološkog i ekološkog gledišta

  Homeostaza se odnosi na sve višestanične organizme. Istodobno, ekolozi često obraćaju pozornost na ravnotežu vanjskog okoliša. Vjeruje se da je to homeostaza ekosustava, koji također prolazi kroz promjene i stalno se obnavlja za nastavak postojanja.

  Ako je ravnoteža u bilo kojem sustavu poremećena i on je nije u stanju uspostaviti, tada to dovodi do potpunog prestanka funkcioniranja.

  Ljudi nisu iznimka; homeostatski mehanizmi igraju vitalnu ulogu u svakodnevnom životu, a dopušteni stupanj promjene glavnih pokazatelja ljudskog tijela vrlo je mali. Uz neuobičajene fluktuacije u vanjskom ili unutarnjem okruženju, kvar u homeostazi može dovesti do kobnih posljedica.

  Zašto je potrebna homeostaza i njezine vrste?

  Čovjek je svakodnevno izložen različitim čimbenicima iz okoliša, ali redom glavnim biološki procesi u tijelu nastavio raditi stabilno, njihovi se uvjeti ne bi trebali mijenjati. Upravo u održavanju te stabilnosti glavna je uloga homeostaze.

  Uobičajeno je razlikovati tri glavne vrste:

  1. Genetski.
  2. Fiziološki.
  3. Strukturni (regenerativni ili stanični).

  Za punopravni život čovjeku je potreban rad sve tri vrste homeostaze u kombinaciji; ako jedna od njih zakaže, to dovodi do neugodne posljedice za dobro zdravlje. Koordinirani rad procesa omogućit će vam da ne primijetite ili podnesete najčešće promjene uz minimalne neugodnosti i osjećate se samouvjereno.

  

  Ova vrsta homeostaze je sposobnost održavanja jednog genotipa unutar jedne populacije. Na molekularno-staničnoj razini održava se jedinstveni genetski sustav koji nosi određeni skup nasljednih informacija.

  Mehanizam omogućuje jedinkama međusobno križanje, uz održavanje ravnoteže i uniformnosti uvjetno zatvorene skupine ljudi (populacije).

  Fiziološka homeostaza

  Ovaj tip homeostaza je odgovorna za održavanje glavnih vitalnih znakova u optimalnom stanju:

  • Tjelesne temperature.
  • Krvni tlak.
  • Probavna stabilnost.

  Za njegov pravilan rad odgovorni su imunološki, endokrini i živčani sustav. U slučaju neočekivanog kvara u radu jednog od sustava, to odmah utječe na dobrobit cijelog tijela, što dovodi do slabljenja zaštitne funkcije i razvoj bolesti.

  Stanična homeostaza (strukturna)

  

  Ovaj tip se također naziva "regenerativnim", što vjerojatno najbolje opisuje funkcionalne značajke.

  Glavne snage takve homeostaze usmjerene su na obnavljanje i zacjeljivanje oštećenih stanica unutarnjih organa ljudskog tijela. Upravo ti mehanizmi, kada rade ispravno, omogućuju tijelu da se oporavi od bolesti ili ozljede.

  Osnovni mehanizmi homeostaze razvijaju se i razvijaju zajedno s osobom, bolje se prilagođavajući promjenama u vanjskom okruženju.

  Funkcije homeostaze

  Kako bismo ispravno razumjeli funkcije i svojstva homeostaze, najbolje je razmotriti njezino djelovanje na konkretnim primjerima.

  Na primjer, tijekom bavljenja sportom, ljudsko disanje i otkucaji srca se ubrzavaju, što ukazuje na želju tijela da održi unutarnju ravnotežu u promijenjenim uvjetima okoline.

  Kada se preselite u zemlju s klimom koja se bitno razlikuje od vaše uobičajene, možda ćete se neko vrijeme osjećati loše. Ovisno o opće zdravlje ljudski, mehanizmi homeostaze omogućuju prilagodbu novim životnim uvjetima. Neki ljudi ne osjećaju aklimatizaciju i unutarnja ravnoteža se brzo uskladi, dok drugi moraju malo pričekati da tijelo prilagodi svoje parametre.

  U uvjetima povišene temperature čovjeku postaje vruće i znoji se. Ovaj se fenomen smatra izravnim dokazom funkcioniranja mehanizama samoregulacije.

  

  Na mnogo načina, rad osnovnih homeostatskih funkcija ovisi o naslijeđu, genetskom materijalu koji se prenosi sa starije generacije obitelji.

  Na temelju navedenih primjera jasno se mogu vidjeti glavne funkcije:

  • energija.
  • Prilagodljiv.
  • Reproduktivni.

  Važno je obratiti pozornost na činjenicu da u starijoj dobi, kao iu djetinjstvu, stabilno funkcioniranje homeostaze zahtijeva posebnu pozornost, s obzirom na to da je reakcija glavnih regulacijskih sustava u tim razdobljima života spora.

  Svojstva homeostaze

  Znajući o glavnim funkcijama samoregulacije, također je korisno razumjeti koja svojstva ima. Homeostaza je složen međuodnos procesa i reakcija. Među svojstvima homeostaze su:

  • Nestabilnost.
  • Težnja za ravnotežom.
  • Nepredvidivo.

  Mehanizmi se stalno mijenjaju, testiraju se uvjeti kako bi se odabrala najbolja opcija za prilagodbu njima. Ovo pokazuje svojstvo nestabilnosti.

  

  Ravnoteža je glavni cilj i svojstvo svakog organizma kojemu on neprestano teži, kako strukturno tako i funkcionalno.

  U nekim slučajevima, reakcija tijela na promjene u vanjskom ili unutarnjem okruženju može postati neočekivana i dovesti do restrukturiranja vitalnih sustava. Nepredvidivost homeostaze može uzrokovati određenu nelagodu, što ne ukazuje na daljnji štetan učinak na stanje tijela.

  Kako poboljšati funkcioniranje mehanizama homeostatskog sustava

  S medicinskog gledišta, svaka bolest je dokaz kvara u homeostazi. Vanjske i unutarnje prijetnje neprestano utječu na tijelo, a samo će koherentnost u radu glavnih sustava pomoći u suočavanju s njima.

  Slabljenje imunološkog sustava ne događa se bez razloga. Moderna medicina ima široku paletu alata koji mogu pomoći osobi da održi svoje zdravlje, bez obzira na uzrok neuspjeha.

  Promjenjivi vremenski uvjeti, stresne situacije, ozljede - sve to može dovesti do razvoja bolesti različite težine.

  Kako bi funkcije homeostaze radile ispravno i što brže, potrebno je pratiti opće stanje tvoje zdravlje. Da biste to učinili, možete se posavjetovati s liječnikom radi pregleda kako biste utvrdili svoje ranjivosti i odabrati kompleks terapije za njihovo uklanjanje. Redovita dijagnostika pomoći će boljem nadzoru osnovnih životnih procesa.

  

  Važno je da sami slijedite ove jednostavne preporuke:

  • Izbjegavajte stresne situacije zaštititi živčani sustav od stalnog prenapona.
  • Pratite svoju prehranu, ne opterećujte se teškom hranom i izbjegavajte besmisleni post koji će vam omogućiti probavni sustav Lakše je raditi svoj posao.
  • Odaberite odgovarajuće komplekse vitamina kako biste smanjili utjecaj sezonskih vremenskih promjena.

  Pažljiv odnos prema vlastitom zdravlju pomoći će homeostatskim procesima da brzo i ispravno reagiraju na sve promjene.

  O očuvanju određenih parametara ovisi postojanje organizma. Ako se temperatura mozga promijeni za nekoliko stupnjeva, osoba će izgubiti svijest. Ako se količina vode u tijelu promijeni za nekoliko postotaka, mozak i tijelo neće moći funkcionirati, a osoba može umrijeti. Ljudska tijela, poput svih životinja, neprestano balansiraju između različitih fizioloških krajnosti.

  Međutim, priroda je postavila mehanizam za održavanje fizičke i fiziološke ravnoteže. Ovaj mehanizam je prilično složen. Željeno idealno stanje obično se naziva homeostaza (od starogrčkog "homeo" i "stasis" - "jednako" i "konstantno"). Mehanizmi uključeni u održavanje tog konstantnog stanja, homeostaze, nazivaju se homeostatskim. Održavanje homeostaze može biti:

  Mehanički

  Fiziološki,

  Svjestan.

  Primjer homeostatskih mehanizama je znojenje ili drhtanje. U prvom slučaju tijelo se hladi vlaženjem kože i dobiva hlađenje zbog isparene vode. U drugom slučaju proizvodi se dodatna mehanička energija koja se prema fizikalnim zakonima pretvara u Termalna energija, što dovodi do povećanja tjelesne temperature (zagrijavanje).

  Pokretanje mehanizma znojenja ili, obrnuto, mehanizma drhtanja počinje signalima koje proizvode specijalizirani neuroni smješteni u preoptičkom (prednjem) području hipotalamusa u bazi mozga. Ovi neuroni su u biti biološki senzori. Kada se njihova vlastita temperatura promijeni, oni počinju raditi drugačije, priroda njihove aktivnosti se mijenja, šaljući signale duž lanca drugim neuronima. Jedan učinak toga je znojenje ili drhtanje. Još jedan učinak bit će svjestan osjećaj hladnoće ili vrućine, što vas može potaknuti da se okupate u toploj kupki ili da konačno skinete bundu.

  Kako se parametri vraćaju u idealno stanje, intenzitet osjeta se smanjuje, sve dok potpuno ne prestanu. Zanimljivo je primijetiti da u stanju homeostaze osjeti nestaju. Informacija da je sve normalno dolazi upravo iz odsutnosti neugodnih osjeta. Postoji poseban osjet za "vruće" ili "hladno", ali ne postoji poseban osjet za normalnu temperaturu.

  Zanimljivo je i da duga odsutnost neki neugodni osjećaji (stanje homeostaze) sami po sebi mogu biti doživljeni kao neugodni, osoba počinje osjećati potrebu za treskom (barem laganim): može obuti tenisice i otići na trčanje, otići na akciju -natrpan film, snimite neki opasan događaj, idite u noćni klub.

  Eksperimenti su pokazali da se mozak može prevariti da se osjeća vruće ili hladno jednostavno promjenom temperature nekih neurona u hipotalamusu. Zagrijavanje ili hlađenje ovih neurona uzrokuje znojenje ili drhtanje cijelog tijela.

  Tjelesna temperatura samo je jedan primjer homeostatskih mehanizama koji djeluju. Za ostale fizičke i fiziološke parametre postoji slična samoregulacija. Međutim, ako u slučaju temperature tijelo ima vlastita sredstva za održavanje homeostaze (znojenje, drhtanje), onda je u nekim drugim slučajevima potrebna sankcija svijesti za određene potrebne radnje.

  Voda postupno napušta tijelo: izbacuje se mokrenjem, kožom i disanjem. U tijelu ima dosta vode. To je voda sadržana u stanicama tijela i voda koja se nalazi izvan stanica (krv, drugi tekući mediji). Ali čak i uz lagani gubitak vode, već se javlja osjećaj žeđi. U tijelu postoje receptorski senzori koji pomno prate krvni tlak i postotak soli u krvi. Kada receptori otkriju pad krvni tlak, u kombinaciji s povećanjem udjela soli u krvi, niz signala također se počinje širiti duž lanca: receptori - hipotalamus - hipofiza. Hipofiza otpušta antidiuretski hormon (ADH) u krvotok. Ovaj hormon uzrokuje da bubrezi zadržavaju vodu u krvi dok je filtriraju. Mozak također izravno šalje živčani signal bubrezima da otpuste vlastiti hormon, renin, koji kemijski reagira sa supstancom u krvi i proizvodi drugi hormon, angiotenzin. Angiotenzin krvotokom putuje do neurona smještenih duboko u mozgu, koji već izazivaju svjesnu želju za pićem.

  Dodjela ADH samo je mjera očuvanja vode; ne može vratiti idealne parametre. Jer za ovo morate piti vodu. A da bi se pilo, neophodan je rad svijesti da se isplanira i provede ovaj čin (ustati sa stolice - otići u kuhinju staviti kuhalo za vodu - pričekati malo - skuhati čaj - pričekati malo - baciti vrećicu - dodati šećer - popiti). Kad bi tijelo imalo pravo piti vodu bez uplitanja svijesti, onda bi se na ulici događale nemile scene, kako ljudi bez ikakvog razloga skaču u lokve i piju vodu iz njih kao psi lutalice. No, valja napomenuti da je u stanju teške frustracije u nekom parametru (uključujući vodu) osoba doista sposobna za nesvjesne (ili slabo svjesne) radnje za koje u normalnom stanju nije sposobna. Dakle, vidimo da je ljudska svijest također aktivno uključena u održavanje homeostaze.

  Književnost

  Atkinson R. L., Atkinson R. S., Smith E. E. i dr. Uvod u psihologiju: Udžbenik za sveučilišta / Prijevod. s engleskog pod, ispod. izd. V. P. Zinchenko. - M.: Trivola, 1999.