Що означає гомеостаз. Концепція гомеостазу. Прояв гомеостазу різних рівнях організації біологічних систем. Структурний гомеостаз, механізми його підтримки

Організм як відкрита система, що саморегулюється.

Живий організм - відкрита система, що має зв'язок з навколишнім середовищем за допомогою нервової, травної, дихальної, видільної систем та ін.

У процесі обміну речовин з їжею, водою, при газообміні в організм надходять різноманітні хімічні сполуки, які в організмі зазнають змін, входять до структури організму, але не залишаються постійно. Засвоєні речовини розпадаються, виділяють енергію, продукти розпаду видаляються у довкілля. Зруйнована молекула замінюється на нову і т.д.

Організм – відкрита, динамічна система. В умовах безперервно змінного середовища організм підтримує стійкий стан протягом певного часу.

Концепція гомеостазу. Загальні закономірності гомеостазу живих систем.

Гомеостаз – властивість живого організму зберігати відносну динамічну сталість внутрішнього середовища. Гомеостаз виявляється у відносній сталості хімічного складу, осмотичного тиску, стійкості основних фізіологічних функцій. Гомеостаз специфічний та зумовлений генотипом.

Збереження цілісності індивідуальних властивостей організму одне із найбільш загальних біологічних законів. Цей закон забезпечується у вертикальному ряді поколінь механізмами відтворення, а протягом життя індивіда – механізмами гомеостазу.

Явище гомеостазу є еволюційно вироблене, спадково-закріплене адаптаційне властивість організму до нормальним умовам довкілля. Однак ці умови можуть короткочасно чи довго виходити за межі норми. У таких випадках явища адаптації характеризуються не тільки відновленням звичайних властивостей внутрішнього середовища, а й короткочасними змінами функції (наприклад, частішання ритму серцевої діяльності та збільшення частоти дихальних рухів при посиленій м'язовій роботі). Реакції гомеостазу можуть бути спрямовані на:

підтримка відомих рівнів стаціонарного стану;

усунення чи обмеження дії шкідливих чинників;

вироблення або збереження оптимальних форм взаємодії організму і середовища в умовах його існування, що змінилися.

Тому поняття гомеостазу означає не тільки відоме сталість різних фізіологічних констант організму, а й включає процеси адаптації та координації фізіологічних процесів, що забезпечують єдність організму не тільки в нормі, але й за умов його існування, що змінюються.

Основні компоненти гомеостазу були визначені К. Бернаром, і їх можна поділити на три групи:

А. Речовини, що забезпечують клітинні потреби:

Речовини, необхідні освіти енергії, зростання і відновлення – глюкоза, білки, жири.

NaCl, Ca та інші неорганічні речовини.

Кисень.

Внутрішня секреція

Б. Навколишні фактори, що впливають на клітинну активність:

Осмотичний тиск.

Температура.

Концентрація водневих іонів (рН).

В. Механізми, що забезпечують структурну та функціональну єдність:

Спадковість.

Регенерація.

Імунобіологічна реактивність.

Принцип біологічного регулювання забезпечує внутрішній стан організму (його зміст), а також взаємозв'язок етапів онтогенезу та філогенезу. Цей принцип виявився широко поширеним. При його вивченні виникла кібернетика – наука про цілеспрямоване та оптимальне управління складними процесами в живій природі, в людському суспільстві, промисловості (Берг І.А., 1962).

Живий організм представляє складну керовану систему, де відбувається взаємодія багатьох змінних зовнішнього та внутрішнього середовища. Загальною для всіх систем є наявність вхіднихзмінних, які в залежності від властивостей та законів поведінки системи перетворюються на вихіднізмінні (Рис. 10).

Мал. 10 – Загальна схема гомеостазу живих систем

Вихідні змінні залежать від вхідних та законів поведінки системи.

Вплив вихідного сигналу на керуючу частину системи називається зворотним зв'язком , яка має велике значення у саморегуляції (гомеостатичній реакції). Розрізняють негативну іпозитивну Зворотній зв'язок.

Негативна зворотний зв'язок зменшує вплив вхідного сигналу на величину вихідного за принципом: чим більше (на виході), тим менше (на вході). Вона сприяє відновленню гомеостазу системи.

При позитивною зворотний зв'язок величина вхідного сигналу збільшується за принципом: «чим більше (на виході), тим більше (на вході)». Вона посилює відхилення від вихідного стану, що призводить до порушення гомеостазу.

Проте всі види саморегуляції діють за одним принципом: самовідхилення від вихідного стану, що є стимулом для включення механізмів корекції. Так, у нормі рН крові становить 7,32 – 7,45. Зрушення рН на 0,1 призводить до порушення серцевої діяльності. Цей принцип було описано Анохіним П.К. у 1935 році і названий принципом зворотного зв'язку, який служить для здійснення пристосувальних реакцій.

Загальний принцип гомеостатичної реакції(Анохін: "Теорія функціональних систем"):

відхилення від вихідного рівня → сигнал → увімкнення регуляторних механізмів за принципом зворотного зв'язку → корекція зміни (нормалізація).

Так, при фізичній роботі концентрація 2 у крові збільшується → рН зрушується в кислу сторону → сигнал надходить у дихальний центр довгастого мозку → відцентрові нерви проводять імпульс до міжреберних м'язів і дихання поглиблюється → зниження 2 в крові, рН відновлюється.

Механізми регуляції гомеостазу на молекулярно-генетичному, клітинному, організмовому, популяційно-видовому та біосферному рівнях.

Регуляторні гомеостатичні механізми функціонують на генному, клітинному та системному (організмовому, популяційно-видовому та біосферному) рівнях.

Генні механізми гомеостазу. Усі явища гомеостазу організму генетично детерміновані. Вже лише на рівні первинних генних продуктів існує прямий зв'язок – «один структурний ген – одна полипептидная ланцюг». Причому між нуклеотидною послідовністю ДНК та послідовністю амінокислот поліпептидного ланцюга існує колінеарна відповідність. У спадковій програмі індивідуального розвитку організму передбачено формування видоспецифічних характеристик над постійних, а мінливих умовах середовища, межах спадково обумовленої норми реакції. Двоспіральність ДНК має важливе значення у процесах її реплікації та репарації. І те, й інше має безпосереднє відношення до забезпечення стабільності функціонування генетичного матеріалу.

З генетичної погляду можна розрізняти елементарні та системні прояви гомеостазу. Прикладами елементарних проявів гомеостазу можуть бути: генний контроль тринадцяти факторів згортання крові, генний контроль гістосумісності тканин та органів, що дозволяє здійснити трансплантацію.

Пересаджена ділянка називається трансплантатом. Організм, у якого беруть тканину для пересадки, є донором , а якому пересаджують – реципієнтом . Успіх трансплантації залежить від імунологічних реакцій організму. Розрізняють аутотрансплантацію, сінгенну трансплантацію, аллотрасплантацію та ксенотрансплантацію.

Аутотрансплантація – пересадка тканин в одного і того ж організму. При цьому білки (антигени) трансплантату не відрізняються від білків реципієнта. Імунологічна реакція не виникає.

Сингенна трансплантація проводиться у однояйцевих близнюків, які мають однаковий генотип.

Алотрансплантація – пересадка тканин від однієї особини до іншої, що належать до одного виду. Донор та реципієнт відрізняються за антигенами, тому у вищих тварин спостерігається тривале приживлення тканин та органів.

Ксенотрансплантація – донор та реципієнт відносяться до різних видів організмів. Цей вид трансплантації вдається у деяких безхребетних, але у вищих тварин такі трансплантати не приживаються.

При трансплантації велике значення має явище імунологічної толерантності (Тканинної сумісності). Пригнічення імунітету у разі пересадки тканин (імунодепресія) досягається: пригніченням активності імунної системи, опроміненням, введенням антилімфотичної сироватки, гормонів кори надниркових залоз, хімічних препаратів – антидепресантів (імуран). Основне завдання – придушити не просто імунітет, а трансплантаційний імунітет.

Трансплантаційний імунітет визначається генетичною конституцією донора та реципієнта. Гени, що відповідають за синтез антигенів, що викликають реакцію на пересаджену тканину, називаються генами тканинної несумісності.

У людини головною генетичною системою гістосумісності є система HLA (Human Leukocyte Antigen). Антигени досить повно представлені на поверхні лейкоцитів та визначаються за допомогою антисироваток. План будови системи в людини та тварин однаковий. Прийнято єдину термінологію для опису генетичних локусів та алелей системи HLA. Антигени позначаються: HLA-A 1; HLA-A 2 і т.д. Нові антигени, які остаточно не ідентифіковані позначають – W (Work). Антигени системи HLA ділять на 2 групи: SD та LD (Рис. 11).

Антигени групи SD визначаються серологічними методами та детермінуються генами 3-х сублокусів системи HLA: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

Мал. 11 - HLA головна генетична система гістосумісності людини

LD – антигени контролюються сублокусом HLA-D шостої хромосоми та визначаються методом змішаних культур лейкоцитів.

Кожен із генів, що контролюють HLA – антигени людини, має велику кількість алелів. Так сублокус HLA-A – контролює 19 антигенів; HLA-B – 20; HLA-C - 5 "робітників" антигенів; HLA-D - 6. Таким чином, у людини вже виявлено близько 50 антигенів.

Антигенний поліморфізм системи HLA є результатом походження одних від інших та тісного генетичного зв'язку між ними. Ідентичність донора і реципієнта антигенів системи HLA необхідна при трансплантації. Пересаджування нирки, ідентичної по 4 антигенам системи, забезпечує приживаність на 70%; по 3 – 60%; по 2 – 45%; по 1 – 25%.

Є спеціальні центри, які ведуть підбір донора та реципієнта при трансплантації, наприклад, у Голландії – «Євротрансплантат». Типування антигенів системи HLA проводиться і в Республіці Білорусь.

Клітинні механізми гомеостазу спрямовані на відновлення клітин тканин, органів у разі порушення їхньої цілісності. Сукупність процесів, спрямованих на відновлення біологічних структур, що руйнуються, називається регенерацією. Такий процес характерний для всіх рівнів: оновлення білків, складових частин органел клітини, цілих органел і самих клітин. Відновлення функцій органів після травми чи розриву нерва, загоєння ран має значення медицини з погляду оволодіння цими процесами.

Тканини, за їх регенераційною здатністю, ділять на 3 групи:

Тканини та органи, для яких характерні клітинна регенерація (кістки, пухка сполучна тканина, кровотворна система, ендотелій, мезотелій, слизові оболонки кишечника, дихальних шляхів та сечостатевої системи.

Тканини та органи, для яких характерна клітинна та внутрішньоклітинна регенерація (печінка, нирки, легені, гладкі та скелетні м'язи, вегетативна нервова система, ендокринна, підшлункова залоза).

Тканини, для яких характерна переважно внутрішньоклітинна регенерація (міокард) або виключно внутрішньоклітинна регенерація (клітини гангліїв центральної нервової системи). Вона охоплює процеси відновлення макромолекул та клітинних органел шляхом складання елементарних структур або шляхом їх поділу (мітохондрії).

У процесі еволюції сформувалося 2 типи регенерації фізіологічна та репаративна .

Фізіологічна регенерація - Це природний процес відновлення елементів організму протягом життя. Наприклад, відновлення еритроцитів та лейкоцитів, зміна епітелію шкіри, волосся, заміна молочних зубів на постійні. На ці процеси впливають зовнішні та внутрішні чинники.

Репаративна регенерація – це відновлення органів та тканин, втрачених при пошкодженні чи пораненні. Процес відбувається після механічних травм, опіків, хімічних чи променевих уражень, а також внаслідок хвороб та хірургічних операцій.

Репаративна регенерація поділяється на типову (гомоморфоз) та атипову (Гетероморфоз). У першому випадку регенерує орган, який було видалено чи зруйновано, у другому – дома віддаленого органу розвивається інший.

Атипова регенерація частіше зустрічається у безхребетних.

Регенерацію стимулюють гормони гіпофіза і щитовидної залози . Розрізняють кілька способів регенерації:

Епіморфоз або повна регенерація - відновлення ранової поверхні, добудовування частини до цілого (наприклад, відростання хвоста у ящірки, кінцівки тритону).

Морфолаксіс – перебудова частини органу, що залишилася, до цілого, тільки менших розмірів.

Для цього способу характерна перебудова нового залишків старого (наприклад, відновлення кінцівки у таргана). Ендоморфоз

– відновлення за рахунок внутрішньоклітинної перебудови тканини та органу. Завдяки збільшенню числа клітин та їх розмірів маса органу наближається до вихідного.

У хребетних репаративна регенерація здійснюється у такій формі: Повна регенерація

- Відновлення вихідної тканини після її пошкодження. Регенераційна гіпертрофія

характерна для внутрішніх органів. При цьому ранова поверхня гоїться рубцем, віддалена ділянка не відростає і форма органа не відновлюється.

Маса частини органу, що залишилася, збільшується за рахунок збільшення числа клітин та їх розмірів і наближається до вихідної величини. Так у ссавців регенерує печінка, легені, нирки, надниркові залози, підшлункова, слинні, щитовидна залоза. Внутрішньоклітинна компенсаторна гіперплазія .

ультраструктури клітини. При цьому на місці ушкодження утворюється рубець, а відновлення вихідної маси відбувається за рахунок збільшення об'єму клітин, а не їх числа на основі розростання (гіперплазії) внутрішньоклітинних структур (нервова тканина). здійснюється та координується центральною нервовою системою. Нервові імпульси, надходячи до клітин і тканин, викликають не тільки збудження, але й регулюють хімічні процеси, обмін біологічно активних речовин. Нині відомо понад 50 нейрогормонів. Так, у гіпоталамусі виробляється вазопресин, окситоцин, ліберини та статини, що регулюють функцію гіпофіза. Прикладами системних проявів гомеостазу є збереження сталості температури, артеріального тиску.

З позицій гомеостазу та адаптації нервова система є головним організатором всіх процесів організму. В основі пристосування, врівноважування організмів із навколишніми умовами, за Н.П. Павлову, лежать рефлекторні процеси. Між різними рівнями гомеостатичного регулювання існує приватна ієрархічна супідрядність у системі регуляції внутрішніх процесів організму (Рис. 12).

кора півкуль та відділи головного мозку

саморегуляція за принципом зворотного зв'язку

периферичні нервово-регуляторні процеси, місцеві рефлекси

Клітинний та тканинний рівні гомеостазу

Мал. 12. - Ієрархічна супідрядність у системі регуляції внутрішніх процесів організму.

Найперший рівень складають гомеостатичні системи клітинного та тканинного рівня. Над ними представлені периферичні нервові регуляторні процеси на кшталт місцевих рефлексів. Далі у цій ієрархії розташовуються системи саморегуляції певних фізіологічних функцій із різноманітними каналами " зворотного зв'язку " . Вершину цієї піраміди займає кора великих півкуль та головний мозок.

У складному багатоклітинному організмі як прямі, і зворотні зв'язку здійснюються як нервовими, а й гормональними (ендокринними) механізмами. Кожна із залоз, що входить до ендокринної системи, впливає на інші органи цієї системи і, у свою чергу, зазнає впливу з боку останніх.

Ендокринні механізми гомеостазу за Б.М. Завадському, це – механізм плюс-мінус взаємодії, тобто. врівноваження функціональної активності залози з концентрацією гормону При високій концентрації гормону (вище за норму) діяльність залози послаблюється і навпаки. Такий вплив здійснюється шляхом дії гормону на продукує його залозу. У ряду залоз регуляція встановлюється через гіпоталамус та передню частку гіпофіза, особливо при стрес-реакції.

Ендокринні залози можна розділити на дві групи по відношенню до передньої частки гіпофіза. Остання вважається центральною, а інші ендокринні залози – периферичними. Цей поділ полягає в тому, що передня частка гіпофіза продукує так звані тропні гормони, які активують деякі периферичні ендокринні залози. У свою чергу гормони периферичних ендокринних залоз діють на передню частку гіпофіза, пригнічуючи секрецію тропних гормонів.

Реакції, що забезпечують гомеостаз, не можуть обмежуватися якоюсь однією ендокринною залозою, а захоплює в тій чи іншій мірі всі залози. Реакція, що виникає, набуває ланцюгового перебігу і поширюється на інші ефектори. Фізіологічне значення гормонів полягає у регуляції інших функцій організму, а тому ланцюговий характер має бути виражений максимально.

Постійні порушення середовища організму сприяють збереженню його гомеостазу протягом тривалого життя. Якщо створити такі умови життя, за яких ніщо не викликає суттєвих зрушень внутрішнього середовища, то організм виявиться повністю беззбройним при зустрічі з навколишнім середовищем і незабаром гине.

Об'єднання у гіпоталамусі нервових та ендокринних механізмів регуляції дозволяє здійснювати складні гомеостатичні реакції, пов'язані з регуляцією вісцеральної функції організму. Нервова та ендокринна системи є об'єднуючим механізмом гомеостазу.

Прикладом загальної реакції нервових і гуморальних механізмів у відповідь є стан стресу, який розвивається при несприятливих життєвих умовах і виникає загроза порушення гомеостазу. При стресі спостерігається зміна стану більшості систем: м'язової, дихальної, серцево-судинної, травної, органів чуття, кров'яного тиску, складу крові. Всі ці зміни є проявом окремих гомеостатичних реакцій, спрямованих на підвищення опірності організму до несприятливих факторів. Швидка мобілізація сил організму постає як захисна реакція стан стресу.

При "соматичному стресі" вирішується завдання підвищення загальної опірності організму за схемою, наведеною малюнку 13.

Мал. 13 - Схема підвищення загальної опірності організму при

Гомеостаз - це саморегулюючий процес, у якому всі біологічні системи прагнуть зберегти стабільність у період адаптації до певних умов, оптимальним для виживання. Будь-яка система, перебуваючи в динамічній рівновазі, прагне досягнення стійкого стану, який чинить опір зовнішнім факторам і подразникам.

Поняття про гомеостаз

Усі системи організму мають працювати разом підтримки правильного гомеостазу всередині тіла. Гомеостаз – це регуляція в організмі таких показників, як температура, вміст води та рівень вуглекислого газу. Наприклад, цукровий діабет - це стан, у якому організм неспроможна регулювати рівень глюкози у крові.

Гомеостаз – це термін, який використовується як для опису існування організмів в екосистемі, так і для опису успішного функціонування клітин усередині організму. Організми та популяції можуть підтримувати гомеостаз в умовах підтримки стабільного рівня народжуваності та смертності.

Зворотній зв'язок

Зворотній зв'язок - це процес, який відбувається, коли системи організму необхідно уповільнити або зупинити. Коли людина їсть, їжа надходить у шлунок, і починається травлення. У перервах між їдою шлунок працювати не повинен. Травна система працює з серією гормонів та нервових імпульсів, щоб зупинити та почати вироблення секреції кислоти у шлунку.

Інший приклад негативного зворотного зв'язку можна спостерігати у разі підвищення температури тіла. Регуляція гомеостазу проявляється потовиділенням, захисною реакцією організму на перегрів. Таким чином, зростання температури припиняється і проблема перегріву нейтралізується. У разі переохолодження організмом також передбачено низку заходів, які вживаються для того, щоб зігрітися.

Підтримка внутрішнього балансу

Гомеостаз можна визначити як властивість організму чи системи, що допомагає йому підтримувати задані параметри у межах нормального діапазону значень. Це ключ до життя, і неправильний баланс підтримки гомеостазу може призвести до таких хвороб, як гіпертонія і діабет.

Гомеостаз – це ключовий елемент у розумінні того, як влаштовано людське тіло. Таке формальне визначення характеризує систему, яка регулює своє внутрішнє середовище та прагне підтримувати стабільність та регулярність усіх процесів, що відбуваються в організмі.

Гомеостатичне регулювання: температура тіла

Контроль температури тіла у людини є добрим прикладом гомеостазу в біологічній системі. Коли людина здорова, її температура тіла коливається біля значення + 37°C, але різні фактори можуть вплинути на це значення, у тому числі гормони, швидкість обміну речовин та різні захворювання, що спричиняють підвищення температури.

В організмі регуляція температури контролюється у частині мозку, яка називається гіпоталамус. Через кровотік до мозку здійснюється надходження сигналів про температурні показники, а також аналіз результатів даних щодо частоти дихання, рівня цукру в крові та метаболізму. Втрата тепла в організмі людини також сприяє зниженню активності.

Водно-сольовий баланс

Незалежно від того, скільки води випиває людина, організм не роздмухується, як повітряна куля, а також тіло людини не зморщується, як родзинки, якщо пити дуже мало. Напевно, хтось колись про це хоч раз думав. Так чи інакше, організм знає, скільки рідини потрібно зберегти підтримки потрібного рівня.

Концентрація солі та глюкози (цукри) в організмі підтримується на постійному рівні (за відсутності негативних факторів), кількість крові в організмі становить близько 5 літрів.

Регулювання рівня цукру в крові

Глюкоза – це вид цукру, який міститься у крові. У тілі людини має підтримуватися належний рівень глюкози для того, щоб людина залишалася здоровою. Коли рівень глюкози стає дуже високим, підшлункова залоза виробляє гормон інсулін.

Якщо рівень глюкози в крові опускається надто низько, печінка перетворює глікоген у крові, тим самим підвищуючи рівень цукру. Коли хвороботворні бактерії чи віруси потрапляють у організм, він починає боротися з інфекцією перед тим, як патогенні елементи зможуть призвести до якихось проблем зі здоров'ям.

Тиск під контролем

Підтримка здорового кров'яного тиску є прикладом гомеостазу. Серце може відчувати зміни в кров'яному тиску та посилати сигнали в мозок для обробки. Далі мозок відправляє сигнал назад до серця з інструкцією, як правильно реагувати. Якщо кров'яний тиск занадто високий, його слід зменшити.

Як досягається гомеостаз?

Як людський організм регулює всі системи та органи і компенсує зміни, що відбуваються в навколишньому середовищі? Це відбувається завдяки наявності безлічі природних датчиків, що контролюють температуру, сольовий склад крові, артеріальний тиск та багато інших параметрів. Ці детектори посилають сигнали в мозок, у головний центр управління, якщо деякі значення відхилилися від норми. Після цього запускаються компенсаторні заходи відновлення нормального стану.

Підтримка гомеостазу неймовірно важлива для організму. Людське тіло містить певну кількість хімічних речовин, відомих як кислоти та луги, їх правильний баланс необхідний для оптимального функціонування всіх органів та систем тіла. Рівень кальцію в крові має підтримуватись на належному рівні. Оскільки дихання є мимовільним, нервова система забезпечує організму отримання такого необхідного кисню. Коли токсини потрапляють у кров, вони порушують гомеостаз організму. Людське тіло реагує на це порушення за допомогою сечовидільної системи.

Важливо наголосити, що гомеостаз організму працює автоматично, якщо система функціонує нормально. Наприклад, реакція на нагрівання – шкіра червоніє, тому що її дрібні кровоносні судини автоматично розширюються. Тремтіння - це реакція у відповідь на охолодження. Таким чином, гомеостаз – це не набір органів, а синтез та баланс тілесних функцій. У сукупності це дозволяє підтримувати весь організм у стабільному стані.

В організмі вищих тварин виробилися пристрої, що протидіють багатьом впливам зовнішнього середовища, що забезпечують відносно постійні умови існування клітин. Це має значення для життєдіяльності цілісного організму. Ілюструємо це прикладами. Клітини організму теплокровних тварин, т. е. тварин, які мають постійної температурою тіла, нормально функціонують лише у вузьких температурних межах (у людини не більше 36-38°). Зсув температури межі цих кордонів призводить до порушення життєдіяльності клітин. Разом з тим, організм теплокровних тварин може нормально існувати при значно ширших коливаннях температури зовнішнього середовища. Наприклад, полярний ведмідь може жити за температури - 70° і +20-30°. Це з тим, що у цілісному організмі регулюється його теплообмін із довкіллям, т. е. теплоутворення (інтенсивність, хімічних процесів, які відбуваються зі звільненням тепла) і тепловіддача. Так, при низькій температурі довкілля теплоутворення збільшується, а тепловіддача зменшується. Тому при коливаннях зовнішньої температури (у деяких межах) зберігається сталість температури тіла.

Функції клітин організму нормальні лише за відносної сталості осмотичного тиску, обумовленого сталістю вмісту у клітинах електролітів та води. Зміни осмотичного тиску – його зменшення чи його збільшення – призводять до різких порушень функцій та структури клітин. А організм як ціле може деякий час існувати і при надмірному надходженні і при позбавленні його води, і при великих і малих кількостях солей у їжі. Це пояснюється наявністю в організмі пристроїв, що сприяють підтримці
сталості кількості води та електролітів у тілі. У разі надлишкового надходження води значні її кількості швидко виділяються з організму органами виділення (нирками, потовими залозами, шкірою), а при нестачі води вона утримується в тілі. Також видільні органи регулюють вміст електролітів в організмі: вони швидко виводять надлишкові їх кількості або утримують їх у рідинах організму при недостатньому надходженні солей.

Концентрація окремих електролітів у крові та в тканинній рідині, з одного боку, і в протоплазмі клітин – з іншого, різна. У крові та в тканинній рідині міститься більше іонів натрію, а в протоплазмі клітин більше іонів калію. Відмінність концентрації іонів усередині клітини і поза нею досягається спеціальним механізмом, що утримує іони калію всередині клітини і не дозволяє накопичуватися в клітині іонів натрію. Цей механізм, природа якого ще не зрозуміла, названий натрій-калієвим насосом і пов'язаний із процесом обміну речовин клітини.

Клітини організму дуже чутливі до зсувів концентрації водневих іонів. Зміна концентрації цих іонів у той чи інший бік різко порушує життєдіяльність клітин. Для внутрішнього середовища організму характерна сталість концентрації водневих іонів, що залежить від наявності в крові та тканинної рідини так званих буферних систем (стор. 48) та від діяльності органів виділення. При збільшенні вмісту кислот або лугів у крові вони швидко виводяться з організму і таким чином підтримується сталість концентрації водневих іонів внутрішнього середовища.

Клітини, особливо нервові, дуже чутливі до зміни рівня цукру в крові, що є важливою поживною речовиною. Тому велике значення для процесу життєдіяльності має сталість вмісту цукру на крові. Воно досягається тим, що при підвищенні в крові рівня цукру в печінці і м'язах синтезується з нього полісахарид - глікоген, що відкладається в клітинах, а при зниженні рівня цукру в крові глікоген розщеплюється в печінці і м'язах і звільняється виноградний цукор, що надходить в кров.

Постійність хімічного складу та фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища є важливою особливістю організмів вищих тварин. Для позначення цієї сталості У. Кеннон запропонував термін, який набув широкого поширення, - гомеостаз. Вираженням гомеостазу є наявність низки біологічних констант, т. е. стійких кількісних показників, що характеризують нормальний стан організму. Такими постійними за величиною показниками є: температура тіла, осмотичний тиск крові та тканинної рідини, вміст в них іонів натрію, калію, кальцію, хлору та фосфору, а також білків та цукру, концентрація водневих іонів та ряд інших.

Відзначаючи сталість складу, фізико-хімічних та біологічних властивостей внутрішнього середовища, слід підкреслити, що воно є не абсолютним, а відносним та динамічним. Ця сталість досягається безперервно роботою ряду органів і тканин, в результаті якої вирівнюються що відбуваються під впливом змін зовнішнього середовища і в результаті життєдіяльності організму зрушення у складі та фізико-хімічних властивостях внутрішнього середовища.

Роль різних органів та їх систем у збереженні гомеостазу різна. Так, система органів травлення забезпечує надходження до крові поживних речовин у тому вигляді, в якому вони можуть бути використані клітинами організму. Система органів кровообігу здійснює безперервний рух крові та транспорт різних речовин в організмі, внаслідок чого поживні речовини, кисень та різні хімічні сполуки, що утворюються в самому організмі, надходять до клітин, а продукти розпаду, у тому числі вуглекислота, що виділяються клітинами, переносяться до органів , які їх виводять із організму Органи дихання забезпечують надходження кисню в кров та видалення вуглекислого газу з організму. Печінка та ряд інших органів здійснюють значну кількість хімічних перетворень - синтез та розщеплення багатьох хімічних сполук, що мають значення у життєдіяльності клітин. Органи виділення – нирки, легені, потові залози, шкіра – видаляють з організму кінцеві продукти розпаду органічних речовин і підтримують сталість вмісту води та електролітів у крові, а отже, у тканинній рідині та у клітинах організму.

У підтримці гомеостазу найважливіша роль належить нервової системи. Чуйно реагуючи на різні зміни зовнішнього чи внутрішнього середовища, вона так регулює діяльність органів і систем, що попереджаються та вирівнюються зрушення та порушення, які відбуваються чи могли б статися в організмі.

Завдяки розвитку пристосувань, що забезпечують відносну сталість внутрішнього середовища організму, його клітини менш схильні до мінливих впливів зовнішнього середовища. Відповідно до Кл. Бернару, «постійність внутрішнього середовища є умовою вільного та незалежного життя».

Гомеостаз має певні межі. При перебуванні, особливо тривалому, організму в умовах, які значно відрізняються від тих, до яких він пристосований, гомеостаз порушується і можуть статися зрушення, несумісні з нормальним життям. Так, при значній зміні зовнішньої температури в бік її підвищення, так і зниження, температура тіла може підвищитися або знизитися і може наступити перегрівання або охолодження організму, що призводить до загибелі. Так само, при значному обмеженні надходження в організм води та солей або повному позбавленні його цих речовин відносна сталість складу та фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища через деякий час порушується і життя припиняється.

Високий рівень гомеостазу виникає лише на певних етапах видового та індивідуального розвитку. Нижчі тварини мають досить розвиненими пристосуваннями для пом'якшення чи усунення впливів змін довкілля. Приміром, відносне сталість температури тіла (гомойотермия) підтримується лише в теплокровних тварин. У про холоднокровних тварин температура тіла близька до температури довкілля і становить змінну величину (пойкилотермия). У новонародженої тварини немає такої сталості температури тіла, складу та властивостей внутрішнього середовища, як у дорослого організму.

Навіть невеликі порушення гомеостазу призводять до патології, і тому визначення щодо постійних фізіологічних показників, таких як температура тіла, артеріальний тиск крові, склад, фізико-хімічні та біологічні властивості крові тощо, має велике діагностичне значення.

Серед властивостей, які притаманні живим істотам, згадують гомеостаз. Цим поняттям називають відносну сталість, характерну для організму. Варто розібратися детально, навіщо потрібен гомеостаз, що таке, як і проявляється.

Під гомеостаз мають на увазі властивість живого організму, що дозволяє зберігати важливі характеристики в межах допустимих норм. Для нормального функціонування необхідна сталість внутрішнього середовища та окремих показників.

Зовнішній вплив та несприятливі фактори призводять до змін, що негативно позначається на загальному стані. Але організм здатний самостійно відновлюватись, повертаючи свої характеристики до оптимальних показників. Це відбувається завдяки властивості, що розглядається.

Розглядаючи поняття гомеостаз та з'ясовуючи, що це таке, необхідно визначити, як реалізується ця властивість. Найпростіше в цьому розібратися на прикладі клітин. Кожна є системою, яка характеризується рухливістю. Під впливом певних причин її особливості можуть змінюватися.

Для нормальної життєдіяльності клітина повинна мати ті властивості, які оптимальні для її існування. Якщо показники відхиляються від норми, життєздатність знижується. Щоб запобігти загибелі, всі властивості повинні повертатися у вихідний стан.

У цьому полягає гомеостаз. Він нейтралізує будь-які зміни, що виникли внаслідок дії на клітину.

Визначення

Дамо визначення, що це за якість живого організму. Спочатку цим терміном називали здатність до підтримки сталості внутрішнього середовища. Вчені припускали, що цей процес зачіпає лише міжклітинну рідину, кров та лімфу.

Саме їхня постійність дозволяє підтримувати організм у стійкому стані. Але надалі було виявлено, що така здатність притаманна будь-якій відкритій системі.

Визначення гомеостазу змінилося. Тепер так називається саморегуляція відкритої системи, що полягає у підтримці динамічної рівноваги через здійснення скоординованих реакцій. Завдяки їм система зберігає відносно постійними параметри, необхідні для нормальної життєдіяльності.

Цей термін почали вживати у біології. Він знайшов застосування у соціології, психології, медицині та інших науках. У кожній з них є своє трактування цього поняття, але суть у них загальна - сталість.

Характеристики

Щоб розібратися, що називається гомеостазом, слід з'ясувати, які характеристики цього процесу.

Появі властиві такі особливості, як:

Прагнення рівноваги. Усі параметри відкритої системи повинні відповідати один одному.
Виявлення можливостей адаптації. Перш ніж параметри будуть змінені, система повинна встановити, чи є можливість адаптуватися до умов життєдіяльності, що змінилися. Це відбувається шляхом аналізу.
Непередбачуваність результатів. Регуляція показників який завжди призводить до позитивних змін.

Розглянуте явище є складним процесом, здійснення якого залежить від різних обставин. Його протікання обумовлено властивостями відкритої системи та особливостями умов її функціонування.

Застосування у біології

Цей термін вживається як щодо живих істот. Його використовують у різних сферах. Щоб краще зрозуміти, що таке гомеостаз, потрібно з'ясувати, який сенс у нього вкладають біологи, оскільки саме у цій галузі його вживають найчастіше.

Ця наука приписує цю властивість всім істотам без винятку, незалежно від своїх устрою. Воно характерне одноклітинним та багатоклітинним. У одноклітинних проявляється у збереженні сталості внутрішнього середовища.

У організмів із складнішою будовою ця особливість стосується окремих клітин, тканин, органів прокуратури та систем. Серед параметрів, які мають бути постійними, можна назвати температуру тіла, склад крові, вміст ферментів.

У біології гомеостаз — це збереження сталості, а й здатність організму пристосовуватися до мінливих умов середовища.

Біологи розрізняють два типи істот:

Конформаційні, у яких організмові показники зберігаються незалежно від умов. До таких належать теплокровні тварини.
Регуляторні, що реагують на зміни довкілля та адаптуються до них. До таких належать земноводні.

При порушеннях у цій сфері відновлення чи адаптація не спостерігається. Організм стає вразливим та може загинути.

Як відбувається у людини

Людське тіло складається з великої кількості клітин, які взаємопов'язані та утворюють тканини, органи, системи органів. Внаслідок зовнішніх впливів у кожній системі та органі можуть виникати зміни, які спричиняють зміни у всьому організмі.

Але для нормального функціонування тіло повинне зберігати оптимальні особливості. Відповідно, після будь-якої дії йому потрібно повернутися у вихідний стан. Це відбувається завдяки гомеостазу.

Ця властивість стосується таких параметрів, як:

температура,
вміст поживних речовин,
кислотність,
склад крові,
виведення відходів.

Усі ці параметри впливають стан людини загалом. Від них залежить нормальний перебіг хімічних реакцій, що сприяють збереженню життя. Гомеостаз дозволяє відновити попередні показники після будь-якого впливу, але не є причиною адаптаційних реакцій. Ця властивість - загальна характеристика великої кількості процесів, що діють одночасно.

Для крові

Гомеостаз крові є однією з основних характеристик, що впливають на життєздатність живої істоти. Кров є його рідку основу, оскільки знаходиться в кожній тканині і кожному органі.

Завдяки їй здійснюється постачання окремих частин тіла киснем, і проводиться відтік шкідливих речовин та продуктів обміну.

Якщо є порушення в крові, то виконання цих процесів погіршується, що позначається на роботі органів та систем. Від сталості її складу залежить всі інші функції.

Ця субстанція повинна зберігати відносно постійними такі параметри:

рівень кислотності;
осмотичний тиск;
співвідношення електролітів у плазмі;
кількість глюкози;
клітинний склад.

Завдяки наявності здатності до підтримки цих показників у межах норми вони не змінюються навіть під впливом патологічних процесів. Незначні коливання їм притаманні і це не шкодить. Але вони нечасто перевищують нормальні значення.

Це цікаво!Якщо цій сфері виникають порушення, то параметри крові повертаються у вихідне становище. Це свідчить про наявність серйозних проблем. Організм виявляється нездатним для підтримки рівноваги. Внаслідок цього виникає ризик розвитку ускладнень.

Використання в медицині

Це поняття широко використовується в медицині. У цій галузі його сутність майже аналогічна біологічному змісту. Цей термін у медичній науці охоплює компенсаторні процеси та здатність організму до саморегуляції.

Це поняття входять взаємовідносини і взаємодії всіх компонентів, що у реалізації регуляторної функції. Воно охоплює обмінні процеси, дихання, кровообіг.

Відмінність медичного терміна у тому, що наука розглядає гомеостаз як допоміжний чинник лікування. При захворюваннях організмові функції порушуються через ушкодження органів. Це відбивається по всьому тілі цілком. Відновити діяльність проблемного органу вдається з допомогою терапії. Підвищення її ефективності сприяє розглянута здатність. Завдяки процедурам організм сам спрямовує зусилля ліквідацію патологічних явищ, прагнучи відновити нормальні параметри.

За відсутності можливостей для цього включається механізм адаптації, який проявляється у зниженні навантажень пошкодженого органу. Це дозволяє знизити шкоду та не допустити активного прогресування хвороби. Можна сказати, що таке поняття, як гомеостаз, у медицині розглядають із практичного боку.

Вікіпедія

Значення будь-якого терміну чи характеристику будь-якого явища найчастіше дізнаються з Вікіпедії. Вона розглядає це поняття досить докладно, але у найпростішому сенсі: називає його прагненням організму до адаптації, розвитку та виживання.

Пояснюється такий підхід тим, що за відсутності даної властивості живої істоти буде важко пристосуватися до умов середовища, що змінюються, і розвиватися в потрібному напрямку.

А при виникненні порушень у функціонуванні істота просто загине, оскільки не зможе повернутися до нормального стану.

Важливо!Для того, щоб процес здійснювався, необхідно, щоб усі органи та системи працювали злагоджено. Це забезпечить збереження всіх життєво важливих параметрів у нормальних межах. Якщо окремий показник не піддається регулюванню, це вказує на проблеми з реалізацією цього процесу.

Приклади

Зрозуміти, що є гомеостаз в організмі, допоможуть приклади цього явища. Одним із них є збереження постійної температури тіла. Деякі зміни притаманні, але вони незначні. Серйозне підвищення температури спостерігається лише за наявності захворювань. Ще одним прикладом називають показники артеріального тиску. Істотне підвищення чи зниження показників виникає за порушення здоров'я. При цьому організм прагне відновити нормальні характеристики.

Корисне відео

Підведемо підсумки

Вивчена властивість є одним із ключових для нормального функціонування та збереження життя, полягає у здатності відновлювати оптимальні показники життєво важливих параметрів. Зміни можуть виникати під впливом зовнішніх впливів чи патологій. Завдяки цій здатності живі істоти можуть чинити опір зовнішнім факторам.

Гомеостаз називається процес, що самостійно протікає в організмі і спрямований на стабілізацію стану систем людини при зміні внутрішніх умов (зміна температури, тиску) або зовнішніх (зміна клімату, часового поясу). Така назва була запропонована американським фізіологом Кенноном. Згодом гомеостаз стали називати здатність будь-якої системи (у тому числі навколишнього середовища) до збереження своєї внутрішньої сталості.

Поняття та характеристики гомеостазу

Вікіпедія характеризує цей термін, як прагнення виживати, адаптуватися та розвиватися. Щоб гомеостаз був правильним, потрібна злагоджена робота всіх органів прокуратури та систем. У такому разі всі параметри у людини будуть у нормі. Якщо у тілі не регулюється якийсь параметрЦе говорить про порушення гомеостазу.

Основні властивості гомеостазу полягають у наступному:

аналіз можливостей адаптації системи до нових умов;
прагнення збереження балансу;
неможливість заздалегідь передбачити результати регулювання показників.

Зворотній зв'язок

Зворотний зв'язок – це власне механізм дії гомеостазу. Таким чином, тіло реагує на будь-які зміни. Організм функціонує безперервно протягом життя. Однак окремі системи повинні мати час на відпочинок та відновлення. У цей період робота окремих органівсповільнюється чи зовсім зупиняється. Такий процес називається зворотним зв'язком. Її прикладом є перерва у роботі шлунка, коли їжа в нього не надходить. Така перерва у травленні забезпечує зупинка вироблення кислоти за рахунок дій гормонів та нервових імпульсів.

Існує два типи цього механізму, які будуть описані далі.

Негативний зворотний зв'язок

Такий тип механізму ґрунтується на тому, що тіло реагує на зміни, прагнучи направити їх у протилежний бік. Тобто воно прагне знову стабільності. Наприклад, якщо в організмі накопичується діоксид вуглецю, легені починають працювати активніше, дихання частішає, за рахунок чого видаляються надлишки вуглекислого газу. А також завдяки негативному зворотному зв'язку здійснюється терморегуляція, за рахунок якої тіло уникає перегрівання або переохолодження.

Позитивний зворотний зв'язок

Такий механізм прямо протилежний попередньому. У разі його дії зміна змінної лише посилюється механізмом, що виводить організм із стану рівноваги. Це досить рідкісний та менш бажаний процес. Його прикладом може бути наявність електричного потенціалу в нервах, який замість зменшення дії призводить до його збільшення.

Однак завдяки такому механізму відбувається розвиток та перехід до нових станів, а значить, він також є необхідним для життєдіяльності.

Які параметри регулює гомеостаз

Незважаючи на те, що організм постійно намагається підтримати значення важливих для життя параметрів, вони не завжди стабільні. Температура тіла все одно змінюватиметься в невеликому діапазоні так само, як і частота серцевих скорочень або артеріальний тиск. Завданням гомеостазу є підтримка цього діапазону значень, і навіть допомогу у функціонуванні організму.

Прикладами гомеостазу є виведення відходів життєдіяльності з тіла людини, яке здійснюється нирками, потовими залозами, шлунково-кишковим трактом, а також залежність метаболізму від режиму харчування. Трохи докладніше про параметри, що регулюються, буде розказано далі.

Температура тіла

Найяскравіший і найпростіший приклад гомеостазу - це підтримання нормальної температури тіла. Перегріву організму можна уникнути у вигляді потовиділення. Нормальної температури є діапазон від 36 до 37 градусів Цельсія. Підвищення цих значень може бути спровоковане запальними процесами, порушеннями гормонального фону та метаболізму або будь-якими захворюваннями.

За контроль температура тіла в організмі відповідає частина мозку, що називається гіпоталамусом. Туди надходять сигнали про збій температурного режиму, який також може виражатися в прискореному диханні, збільшенні кількості цукру, хворому прискоренні обміну речовин. Все це призводить до млявості, зниження активності роботи органів, після чого системи починають вживати заходів щодо регулювання температурних показників. Простим прикладом терморегулюючої реакції організму є потовиділення.

Цей процес також працює і при надмірному зниженні температури тіла. Так організм може зігріти себе за рахунок розщеплення жирів, у якому виділяється тепло.

Водно-сольовий баланс

Вода потрібна організму, і все це добре знають. Існує навіть норма щоденного вживання рідини у кількості 2 літрів. Насправді, кожному організму потрібна своя кількість води, і в когось воно може перевищувати середнє значення, а в когось до нього не дотягувати. Тим не менш, скільки б води не випила людина, організм не накопичуватиме всю зайву рідину. Вода збережеться на необхідному рівні, у той час як усі надлишки будуть виведені з організму за рахунок осморегуляції, що здійснюється нирками.

Гомеостаз крові

Так само регулюється і кількість цукру, саме глюкози, що є важливим елементом крові. Людина не може бути цілком здоровою, якщо рівень цукру далекий від норми. Регулюється цей показник функціонуванням підшлункової залози та печінки. Якщо рівень глюкози перевищує норму - діє підшлункова залоза, у якій виробляється інсулін і глюкагон. Якщо кількість цукру стає надто низькою, за допомогою печінки в нього переробляється глікоген із крові.

Нормальний тиск

Гомеостаз також відповідає за нормальний тиск крові в організмі. Якщо воно порушено, сигнали про це надходитимуть від серця до мозку. Мозок реагує на проблему та за допомогою імпульсів допомагає серцю знизити високий тиск.

Визначення гомеостазу характеризує як правильну роботу систем одного організму, а й може ставитися до цілих популяцій. Залежно від цього розрізняють види гомеостазу, що описуються далі.

Екологічний гомеостаз

Такий вид є у забезпеченому необхідними умовами життя співтоваристві. Воно зароджується шляхом дії механізму позитивного зворотного зв'язку, коли початківці населяти якусь екосистему організми швидко розмножуються, збільшуючи цим свою чисельність. Але таке стрімке заселення може призвести до ще швидшого знищення нового виду у разі епідемії чи зміни умов менш сприятливі. Тому організмам потрібно адаптуватисята стабілізуватися, що відбувається завдяки негативному зворотному зв'язку. Таким чином, кількість жителів зменшується, але вони стають більш пристосованими.

Біологічний гомеостаз

Такий вид якраз характерний для окремих особин, чий організм прагне підтримки внутрішньої рівноваги, зокрема, шляхом регулювання складу та кількості крові, міжклітинної речовини та інших рідин, необхідних для нормальної роботи організму. При цьому не завжди гомеостаз зобов'язує до збереження параметрів постійними, іноді він досягається шляхом пристосування та адаптації організму до умов, що змінилися. Через таку відмінність організми ділять на два види:

конформаційні - це ті, хто прагнуть збереження значень (наприклад, теплокровні тварини, температура тіла яких повинна бути більш менш постійною);
регуляторні, що пристосовуються (холодокровні, що мають різну температуру залежно від умов).

При цьому гомеостаз кожного з організмів спрямований на компенсацію витрат. Якщо теплокровні тварини не змінюють життя при зниженні температури довкілля, то холоднокровні стають млявими і пасивними, ніж витрачати енергію.

Крім того, у біологічний гомеостаз входять такі підвиди:

клітинний гомеостаз спрямований на зміну структури цитоплазми та активності ферментів, а також регенерацію тканин та органів;
гомеостаз в організмі забезпечується шляхом регулювання показників температури, концентрації необхідних життя речовин, виведення відходів.

Інші види

Крім використання у біології та медицині, цей термін знайшов застосування та інших сферах.

Підтримка гомеостазу

Гомеостаз підтримується завдяки наявності в організмі так званих датчиків, які посилають в мозок імпульси, що містять інформацію про показники тиску і температури тіла, водно-сольовий баланс, склад крові та інші важливі для нормального життя параметри. Як тільки якісь значення починають відхилятися від норми, в мозок надходить сигнал про це і організм починає регулювати свої показники.

Цей складний механізм регулюваннянеймовірно важливий для життя. Нормальний стан людини підтримується при правильному співвідношенні хімічних речовин та елементів в організмі. Кислоти та луги необхідні для стабільної роботи травної системи та інших органів.

Кальцій - дуже важливий структурний матеріал, без потрібної кількості якого людина не матиме здорових кісток і зубів. Кисень незамінний для дихання.

Порушити злагоджену роботу організму можуть токсини, що потрапляють до нього. Але щоб здоров'ю не було завдано шкоди, вони виводяться завдяки роботі сечовидільної системи.

Гомеостаз працює без будь-яких зусиль з боку людини. Якщо організм здоровий, тіло само регулюватиме всі процеси. Якщо людям спекотно, судини розширюються, що виявляється у почервонінні шкіри. Якщо холодно - з'являється тремтіння. Завдяки таким відгукам організму на подразники здоров'я людини підтримується на потрібному рівні.