Механізми регулювання фізіологічних функцій. Гомеостаз

Гомеостаз - будь-який саморегулюючий процес, з допомогою якого біологічні системи прагнуть підтримки внутрішньої стабільності, пристосовуючись до оптимальним умовам. Якщо гомеостаз успішний, життя продовжується; в іншому випадку, станеться лихо чи смерть. Досягнута стабільність фактично є динамічною рівновагою, у якій відбуваються безперервні зміни, але переважають відносно однорідні умови.

Особливості та роль гомеостазу

Будь-яка система в динамічній рівновазі бажає досягти стійкого стану, балансу, який протистоїть. зовнішнім змінам. Коли таку систему порушено, вбудовані регулюючі пристрої реагують на відхилення, щоб встановити новий баланс. Такий процес є одним із елементів управління зі зворотним зв'язком. Прикладами гомеостатичного регулювання є всі процеси інтеграції та координації функцій, опосередковані електричними ланцюгами та нервовими або гормональними системами.

Іншим прикладом гомеостатичного регулювання в механічній системі є дія регулятора кімнатної температури або термостата. Серцем термостата є біметалічна смуга, яка реагує на зміни температури, завершуючи або порушуючи електричний ланцюг. Коли приміщення охолоджується, контур завершується і включається обігрів, а температура піднімається. На заданому рівні ланцюг переривається, піч зупиняється і температура падає.

Однак біологічні системи, що мають велику складність, мають регулятори, які складно порівнювати з механічними пристроями.

Як зазначалося раніше, термін гомеостаз відноситься до підтримки внутрішнього середовища тіла у вузьких та жорстко контрольованих межах. Основними функціями, важливими для підтримки гомеостазу, є баланс рідини та електроліту, регулювання кислотного середовища, терморегуляція та метаболічний контроль.

Контроль температури тіла у людей вважається чудовим прикладом гомеостазу в біологічній системі. Нормальна температура тіла людини становить близько 37 ° C, але різні фактори можуть впливати на цей показник, включаючи гормони, швидкість метаболізму та хвороби, що призводять до надмірно високих або низьких температур. Регулювання температури тіла контролюється областю мозку, що називається Гіпоталамус.

Зворотний зв'язок про температуру тіла переноситься через кровотік в мозок і призводить до компенсаційних коригувань у швидкості дихання, рівні цукру та швидкості метаболізму. Втрата тепла у людей забезпечується зменшенням активності, потовиділенням та механізмами теплообміну, які дозволяють більшій кількості крові циркулювати поблизу поверхні шкіри.

Зниження втрат тепла здійснюється за рахунок ізоляції, зменшення циркуляції на шкірі та культурних змін, таких як використання одягу, житла та сторонніх джерел тепла. Діапазон між високими та низькими рівнями температури тіла становить гомеостатичне плато – «нормальний» діапазон, який підтримує життя. У міру наближення до будь-якої з двох крайнощів коригуюча дія (через негативний зворотний зв'язок) повертає систему в нормальний діапазон.

Концепція гомеостазу також застосовується до екологічних умов. Вперше запропонована американським екологом Робертом Макартуром в 1955 році ідея, що гомеостаз є продуктом поєднання біорізноманіття і великої кількості екологічних взаємодій, що відбуваються між видами.

Таке припущення вважалося концепцією, яка б допомогти пояснити стійкість екологічної системи, тобто її збереження як певного типу екосистеми з часом. З того часу концепція дещо змінилася і включила неживу складову екосистеми. Цей термін використовувався багатьма екологами для опису взаємності, яка відбувається між живими та неживими складовими екосистеми для підтримки статус-кво.

Гіпотеза Геї - модель Землі, запропонована англійським вченим Джеймсом Лавлоком, яка розглядає різні живі та неживі складові як компоненти більше великої системиабо єдиного організму, роблячи припущення, що колективні зусилля окремих організмів роблять внесок у гомеостаз на планетарному рівні.

Клітинний гомеостаз

Залежать від середовища тіла, щоб зберігати життєздатність та правильно функціонувати. Гомеостаз підтримує середовище тіла під контролем та зберігає сприятливі умови для клітинних процесів. Без правильних умов тіла певні процеси (наприклад, осмос) і білки (наприклад, ферменти) нічого очікувати функціонувати належним чином.

Чому гомеостаз важливий для клітин?Живі клітини залежить від руху хімічних речовин навколо них. Хімічні речовини, такі як кисень, вуглекислий газ та розчинена їжа, необхідно транспортувати в клітини та з них. Це здійснюється процесами дифузії та осмосу, що залежать від балансу води та солі в тілі, які підтримуються гомеостазом.

Клітини залежать від ферментів, щоб прискорити багато хімічних реакцій, що підтримують життєдіяльність і функціональність клітин. Ці ферменти працюють найкраще за певних температур, і тому знову гомеостаз життєво важливий для клітин, оскільки він підтримує постійну температуру тіла.

Приклади та механізми гомеостазу

Ось кілька основних прикладів гомеостазу в тілі людини, а також механізми, що їх підтримують:

Температура тіла

Найбільш поширеним прикладом гомеостазу у людей є регулювання температури тіла. Нормальна температура тіла, як ми писали вище, становить 37 ° C. Температура вище або нижче нормальних показників може викликати серйозні ускладнення.

М'язова недостатність виникає при температурі 28 ° C. При 33 ° C відбувається непритомність. При температурі 42 ° C центральна нервова система починає руйнуватися. Смерть настає при температурі 44 ° C. Тіло контролює температуру шляхом вироблення або вивільнення надлишкового тепла.

Концентрація глюкози

Концентрація глюкози відноситься до кількості глюкози (цукри в крові), що присутня в кровотоку. Організм використовує глюкозу як джерело енергії, але її надлишок або недолік може спричинити серйозні ускладнення. Деякі гормони здійснюють регулювання концентрації глюкози у крові. Інсулін знижує концентрацію глюкози, тоді як кортизол, глюкагон та катехоламіни збільшують.

Рівні кальцію

Кістки і зуби містять приблизно 99% кальцію в організмі, тоді як 1% циркулюють у крові. Занадто великий чи недостатній вміст кальцію в крові мають негативні наслідки. Якщо рівень кальцію в крові надто сильно знижується, паращитовидні залози активують свої рецептори, чутливі до кальцію, та вивільняють паратиреоїдний гормон.

ПТГ сигналізує кісткам він потребує вивільнення кальцію, щоб збільшити його концентрацію в кровотоку. Якщо рівень кальцію збільшується занадто сильно, щитовидна залоза вивільняє кальцитонін і фіксує надлишок кальцію в кістках, зменшуючи тим самим кількість кальцію в крові.

Об'єм рідини

Тіло повинне підтримувати постійне внутрішнє середовище, а це означає, що йому необхідно регулювати втрату або заповнення рідини. Гормони допомагають регулювати цей баланс, викликаючи екскрецію чи утримування рідини. Якщо організму не вистачає рідини, антидіуретичний гормон сигналізує ниркам про збереження рідини та зменшує вихід сечі. Якщо організм містить дуже багато рідини, він пригнічує альдостерон і сигналізує про виділення більшої кількостісечі.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Гомеостаз у класичному значенніцього слова фізіологічне поняття, що означає стійкість складу внутрішнього середовища, сталість компонентів її складу, а також баланс біофізіологічних функцій будь-якого живого організму.

Основою такої біологічної функції, як гомеостаз, є здатність живих організмів та біологічних систем протистояти змінам середовища; у своїй організми користуються автономними механізмами захисту.

Вперше цей термін застосував учений-фізіолог, американець У. Кеннон на початку ХХ століття.
Будь-який біологічний об'єкт має універсальні параметри гомеостазу.

Гомеостаз системи та організму

Наукова база такого явища, як гомеостаз, була сформована французом К. Бернаром – це була теорія про константу складу внутрішнього середовища в організмах живих істот. Ця наукова теоріябула сформульована у вісімдесяті роки вісімнадцятого століття і набула широкого розвитку.

Отже, гомеостаз це результат складного механізму взаємодії у сфері регуляції та координування, яке відбувається як в організмі в цілому, так і в його органах, клітинах і навіть на рівні молекул.

Поняття гомеостазу отримало поштовх до додаткового розвитку в результаті використання методів кібернетики для дослідження складних біологічних систем, таких як біоценоз або популяція).

Функції гомеостазу

Дослідження об'єктів із функцією зворотний зв'язок допомогло вченим дізнатися про численні механізми, відповідальних їх стійкість.

Навіть в умовах серйозних змін, механізми адаптації (пристосування) не дають хімічним та фізіологічним властивостяморганізм сильно змінився. Не можна сказати, що вони залишаються абсолютно стабільними, але серйозних відхилень зазвичай не відбувається.

Механізми гомеостазу

Найбільш добре розвинений механізм гомеостазу в організмах вищих тварин. В організмах птахів та ссавців (включаючи людину) функція гомеостазу дозволяє підтримувати стабільність кількості іонів водню, регулює сталість хімічного складукрові, тримає тиск у кровоносній системі та температуру тіла приблизно на одному рівні.

Існує кілька способів, якими гомеостаз впливає на системи органів та організм у цілому. Це може бути дія за допомогою гормонів, нервової системи, видільної або нейро-гуморальних систем організму.

Гомеостаз людини

Наприклад, стабільність тиску в артеріях підтримується за допомогою регулюючого механізму, який працює за образом ланцюгових реакцій, які вступають кровоносні органи.

Відбувається це так рецептори судин відчувають зміну сили тиску і передають сигнал про це в мозок людини, який посилає імпульси у відповідь до судинних центрів. Наслідком цього стає посилення чи ослаблення тонусу кровоносної системи (серця та судин).

Крім того, в роботу вступають органи нейрогуморального регулювання. В результаті цієї реакції тиск приходить у норму.

Гомеостаз екосистеми

Прикладом гомеостазу в рослинному світі може бути збереження постійної вологості листя шляхом розкриття та закриття продихів.

Гомеостаз також властивий і для угруповань живих організмів будь-якого ступеня складності; Наприклад, те, що в рамках біоценозу зберігається відносно стабільний склад видів та особин, є прямим наслідком впливу гомеостазу.

Гомеостаз популяції

Такий вид гомеостазу, як популяційний (його інша назва генетичний) відіграє роль регулятора цілісності та стабільності генотипного складу популяції в умовах мінливої довкілля.

Діє він через збереження гетерозиготності, а також за допомогою управління ритмом та спрямованістю мутаційних змін.

Цей вид гомеостазу дає популяції можливість зберігати оптимальний генетичний склад, що дозволяє спільноті живих організмів зберігати максимальну життєздатність.

Роль гомеостазу в соціумі та екології

Необхідність управління складними системами соціального, економічного та культурного характеру призвела до розширення терміну гомеостазу та застосування його вже не лише до біологічних, а й соціальних об'єктів.

Прикладом роботи гомеостатичних громадських механізмів може бути така ситуація: якщо суспільстві спостерігається брак знань чи умінь чи професійний дефіцит, через механізм зворотний зв'язок цей факт змушує співтовариство розвиватися і самовдосконалюватися.

А у разі надмірної кількості професіоналів, які фактично соціумом не затребувані, станеться негативний зворотний зв'язок і представників непотрібних професій поменшає.

У Останнім часомпоняття гомеостазу знайшло широке застосування й у екології, у зв'язку з необхідністю вивчення стану складних екологічних систем та біосфери загалом.

У кібернетиці термін гомеостаз використовують щодо будь-якого механізму, що має здатність до автоматичної саморегуляції.

Посилання по темі гомеостазу

Гомеостаз, гомеостазис (homeostasis; грец. homoios подібний, той самий + stasis стан, нерухомість),- відносна динамічна сталість внутрішнього середовища (крові, лімфи, тканинної рідини) і стійкість основних фізіологічних функцій (кровообігу, дихання, терморегуляції, обміну речовин і так далі) організму людини та тварин. Регуляторні механізми, що підтримують фізіологічний стан або властивості клітин, органів та систем цілісного організму на оптимальному рівні, називаються гомеостатичними.

Як відомо, жива клітина представляє рухому систему, що саморегулюється. Її внутрішня організаціяпідтримується активними процесами, спрямованими на обмеження, попередження або усунення зрушень, що викликаються різними впливами навколишнього та внутрішнього середовища. Здатність повертатися до вихідного стану після відхилення від деякого середнього рівня, викликаного тим чи іншим фактором, що «обурює», є основною властивістю клітини. Багатоклітинний організм є цілісну організацію, клітинні елементи якої спеціалізовані для виконання різних функцій. Взаємодія всередині організму здійснюється складними регулюючими, координуючими та корелюючими механізмами з

участю нервових, гуморальних, обмінних та інших факторів. Безліч окремих механізмів, що регулюють внутрішньо-і міжклітинні взаємини, виявляє у ряді випадків взаємопротилежні (антагоністичні) впливи, що врівноважують один одного. Це призводить до встановлення в організмі рухомого фізіологічного фону (фізіологічного балансу) і дозволяє живій системі підтримувати відносну динамічну сталість, незважаючи на зміни у навколишньому середовищі та зрушення, що виникають у процесі життєдіяльності організму.

Термін «гомеостаз» запропонований у 1929 р. фізіологом У. Кенноном, який вважав, що фізіологічні процеси, що підтримують стабільність в організмі, настільки складні та різноманітні, що їх доцільно поєднати під загальною назвою гомеостаз. Проте ще 1878 р. До. Бернар писав, що це життєві процеси мають лише одну мету - підтримання сталості умов життя нашій внутрішній середовищі. Аналогічні висловлювання зустрічаються у працях багатьох дослідників 19 та першої половини 20 ст. (Е. Пфлюгер, Ш. Ріше, Фредерік (L.A. Fredericq), І.М. Сєченов, І.П. Павлов, К.М. Биков та інші). Велике значеннявивчення проблеми гомеостазу зіграли роботи Л.С. Штерн (зі співробітниками), присвячені ролібар'єрних функцій, що регулюють склад та властивості мікросередовища органів та тканин.

Саме уявлення про гомеостаз не відповідає концепції стійкої (не вагається) рівноваги в організмі - принцип рівноваги не прикладемо до

складним фізіологічним та біохімічним

процесів, які у живих системах. Неправильне також протиставлення гомеостазу ритмічним коливанням у внутрішньому середовищі. Гомеостаз у широкому розумінні охоплює питання циклічного та фазового перебігу реакцій, компенсації, регулювання та саморегулювання фізіологічних функцій, динаміку взаємозалежності нервових, гуморальних та інших компонентів регуляторного процесу. Межі гомеостазу можуть бути жорсткими та пластичними, змінюватись в залежності від індивідуальних вікових, статевих, соціальних, професійних та інших умов.

p align="justify"> Особливе значення для життєдіяльності організму має сталість складу крові - рідкої основи організму (fluid matrix), за висловом У. Кеннона. Добре відома стійкість її активної реакції (рН), осмотичного тиску, співвідношення електролітів (натрію, кальцію, хлору, магнію, фосфору), вмісту глюкози, числа формених елементів тощо. Так, наприклад, рН крові, як правило, не виходить за межі 735-747. Навіть різкі розлади кислотно-лужного обміну з патологією накопиченням кислот у тканинній рідині, наприклад, при діабетичному ацидозі, дуже мало впливають на активну реакцію крові. Незважаючи на те, що осмотичний тиск крові та тканинної рідини піддається безперервним коливанням внаслідок постійного надходження осмотично активних продуктів проміжного обміну, воно зберігається на певному рівні та змінюється лише при деяких виражених патологічних станах.

Незважаючи на те, що кров становить загальне внутрішнє середовище організму, клітини органів і тканин безпосередньо не стикаються з нею.

У багатоклітинних організмах кожен орган має власне внутрішнє середовище (мікросередовище), що відповідає його структурним і функціональним особливостям, і нормальний стан органів залежить від хімічного складу, фізико-хімічних, біологічних та інших властивостей цього мікросередовища. Її гомеостаз обумовлений функціональним станом гістогематичних бар'єрів та їх проникністю у напрямках кров→тканинна рідина, тканинна рідина→кров.

Особливо важливе значеннямає сталість внутрішнього середовища для діяльності центральної нервової системи: навіть незначні хімічні та фізико-хімічні зрушення, що виникають у цереброспінальній рідині, глії та навколоклітинних просторах, можуть викликати різке порушення перебігу життєвих процесів в окремих нейронах або в їх ансамблях. Складною гомеостатичною системою, що включає різні нейрогуморальні, біохімічні, гемодинамічні та інші механізми регуляції є система забезпечення оптимального рівня артеріального тиску. При цьому верхня межа рівня артеріального тиску визначається функціональними можливостями барорецепторів судинної системи тіла, а нижня межа – потребами організму у кровопостачанні.

До найбільш досконалих гомеостатичних механізмів в організмі вищих тварин та людини належать процеси терморегуляції;

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

1. Прагнення рівноваги. Усі параметри відкритої системи повинні відповідати один одному.
2. Виявлення можливостей адаптації. Перш ніж параметри будуть змінені, система повинна встановити, чи є можливість адаптуватися до умов життєдіяльності, що змінилися. Це відбувається шляхом аналізу.
3. Непередбачуваність результатів. Регуляція показників не 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:

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

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

Як відбувається у людини

Людське тіло складається з великої кількостіклітин, 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 характеристикавеликої 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 термінаУ 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.

Допущено
Всеросійським навчально-методичним центром
за безперервною медичною та фармацевтичною освітою
Міністерства охорони здоров'я Російської Федерації
як підручник для студентів медичних інститутів

Основна мета, що проходить через усі глави читаного тобою, колега, підручника – формування уявлення про хворобу як про порушення гомеостазу.

Здатність організму, попри досить часті патогенні на організм несприятливих шкідливих чинників, підтримувати стійкий стан здоров'я, відома з давніх часів. Ще Гіппократ знав, що хвороби можуть одужувати природними силами природи "vis medicas nature". Тепер це явище природи живих організмів позначають як гомеостаз. Таким чином, термін гомеостаз в загальної формипозначає стійкість організму до шкідливих впливів середовища.

Реакції, які забезпечують гомеостаз, спрямовані підтримку стійкого (постійного) нерівноважного стану внутрішнього середовища, тобто. відомих рівнів стану шляхом координації комплексних процесів для усунення або обмеження дії шкідливих факторів, на вироблення чи збереження оптимальних форм взаємодії організму та середовища.

29.1. Реактивність

Зміни реактивності спрямовані протидія шкідливим впливом середовища проживання і мають, переважно, захисний (пристосувальний), тобто. адаптивний характер. Гомеостаз у своїй зберігається новому рівні вираженості механізмів стійкості.

Отже, термін реактивність у формі позначає механізм стійкості (резистентності) організму до шкідливим впливам середовища, тобто. механізм підтримання гомеостазу.

Загальною формою реактивності є біологічна (видова) реактивність. Вона, у свою чергу, поділяється на групову та індивідуальну реактивність.

Біологічна реактивність - Зміни життєдіяльності захисно-пристосувального характеру, які виникають під впливом звичайних (адекватних) для кожного виду тварин подразнень навколишнього середовища. Вона генетично закріплена і спрямована на збереження як виду (людина, птаха, риби) в цілому, так і кожної особини окремо. Ч.Дарвін: "Еволюційний механізм мінливості цілеспрямований (телеологічний) на збільшення виживання".

Приклади: складнорефлекторна діяльність бджіл, сезонні міграціїптахів, риб, сезонні змінижиттєдіяльності тварин (спячка ховрахів, ведмедів тощо).

Даючи характеристику основ вчення про гомеостазі, великий вітчизняний патофізіолог І.Д.Горизонтов писав: "Явлення гомеостазу по суті є еволюційно вироблене, спадково закріплене адаптаційний пристрій організму до звичайних умов навколишнього середовища".

Змінена реактивність виникає при вплив на організм хвороботворних факторів середовища. Вона, загалом, характеризується:

1. зниженням пристосувальних реакцій;
2. але в той же час при хворобі має місце і посилення низки реакцій для захисту організму від даного шкідливого фактора та від наслідків спричиненого ним ушкодження (лихоманка, потовиділення, підвищення артеріального тиску, вироблення антитіл, запалення та ін.).

Як же з точки зору вчення про гомеостаз повинен поводитися організм у випадках впливу факторів навколишнього середовища, що виходять за межі "норми", тобто шкідливих? Відновлення звичайних якостейвнутрішнього середовища є результатом посилення функціональної активності або короткочасної (тахікардія, тахіпное, потовиділення) або тривалої, наприклад, вікарне посилення активності потових залоз при недостатності нирок; (лихоманка, вироблення Т-лімфоцитів-кілерів); водночас хвороботворний початок може порушити узгодженість роботи механізмів підтримки сталості внутрішнього середовища, що супроводжуватиметься зниженням пристосувальних реакцій організму.

Підсумовуємо наші роздуми: гомеостаз – ширше поняття, ніж реактивність. Різні види реактивності – це механізм гомеостазу. Звідси випливає принциповий висновок: гомеостаз означає як збереження сталості чи оптимальне відновлення і пристосування до умов довкілля. Сама хвороба за своєю біологічною сутністю також є проблемою гомеостазу, порушення його механізмів і шляхів відновлення. Хвороба – це порушений гомеостаз.

Отже, розділ "реактивність" доцільно вивчати та знати з позиції гомеостазу. Про реактивність ви прочитаєте в підручнику А.Д.Адо та співавторів, а я розповім вам далі про гомеостаз. Разом з тим, ви повинні чітко уявляти, що різні види реактивності можуть підтримувати гомеостаз до певних меж і складають предмет традиційної медицини, що вивчається. У змінених умовах середовища фізіологічні механізми гомеостазу не справляються, виникають екологічні хвороби (рак, алергія, спадкові патології), загроза може бути попереджена лише з позицій екологічної медицини. Мета її – ідентифікація шкідливого фактора навколишнього середовища, розробка заходів профілактики та лікування його несприятливого впливу на рівні популяції.

29.2. Гомеостаз, його механізм та значення. Історичні основи вчення про гомеостаз

Майже 100 років тому видатний французький вчений Клод Бернар вперше поставив питання про значення гомеостазу (хоча сам термін було запроваджено пізніше американським ученим У.Кенноном). Будучи непримиренним противником віталізму (духовного першоштовху в походження життя), Бернар дотримувався матеріалістичних поглядів. На його думку, всі прояви життя обумовлені конфліктом між попередніми силами організму (конституцією) та впливом довкілля.

Може бути, в цьому ж криється і вічність проблеми "батьків і дітей", конфлікт між поглядами, традиціями 25-35 річної давності (молодість батьків) та новими поглядами, які диктуються поточним життям, які легко вбираються юнаком і критично сприймаються батьками?

Повертаючись до концепції Бернара. Сам конфлікт між конституцією та середовищем виявляється у вигляді феноменів двох видів: синтезу та розпаду. На основі цих двох протилежних процесів і створюється пристосування організмів до умов середовища або адаптація, яка є гармонійним зв'язком між організмом і середовищем.

29.2.1. Форми життя за К.Бернаром

К.Бернар вважав, що вплив довкілля призвело до утворення 3-х форм життя:

1. Латентною – життя зовні не проявляється, повне придушення обміну речовин (цисти у глистів, суперечки у рослин, сухі дріжджі);
2. Осцилюючий - залежить від навколишнього середовища. Це властиво безхребетних і холоднокровних хребетних (жаб, змій), деяких видів теплокровних, що впадають у стан глибокого сну. У цей час вони мало чутливі до кисневого голодування, травми, дії інфекції. Нині штучне охолодження викликають і в людини під час виробництва складних операційна серці. Обов'язковою умовоюсприятливого виходу з глибокого сну є попереднє накопичення в організмі поживних речовин;
3. Постійне чи вільне життя - така форма життя характерна для тварин з високою організацією, життя яких не припиняється навіть за різких змін умов навколишнього середовища. Тому ці форми життя еволюційно прогресивніші, і стали панівними Землі.

29.2.1.1. Два середовища організму

Органи і тканини функціонують приблизно тим самим чином, без значної зміни рівня їх активності. Відбувається це завдяки тому, що внутрішнє середовище (кров, лімфа, міжклітинна рідина), що оточує органи та тканини, не змінюється.

К.Бернар писав, що у організмі створюється власна незмінна середовище, попри мінливі умови довкілля. В результаті організм живе як би в теплиці, залишаючись вільним та незалежним.

Таким чином, у кожної високоорганізованої тварини є два середовища: зовнішнє (екологічні взаємодії), в якому знаходиться організм, і внутрішнє, в якому живуть елементи тканин. Резюмуючи, можна сказати, що гомеостаз, тобто. сталість внутрішнього середовища, є умовою вільного та незалежного життя.

29.2.1.2. Значення резервів в організмі для гомеостазу

Живлення фізіологічних механізмів гомеостазу не є прямим, а здійснюється шляхом витрачання резервів. Можна сказати, що ми їмо не те, що прийняли щойно, а те, що з'їли перед цим (вчора). Отже, їжа, що приймається, повинна асимілюватися, а потім вже організм її витрачає. Значення резервів для гомеостазу пізніше було показано у працях Кеннона. В організмі є резерви вуглеводів (глікоген), жирів. Енергія запасається як АТФ, ГТФ. Значення цих резервів енергії надзвичайно високе, т.к. стійка нерівновага як унікальна ознака біологічної системи можлива лише за умови постійних енергетичних витрат.

Підбиваючи підсумки роботи, К.Бернар писав, що у латентному житті істота цілком підпорядкована впливу довкілля. У осцилюючій – воно періодично залежить від навколишнього середовища. У постійному житті істота здається вільною і її прояви утворюються і спрямовуються внутрішніми життєвими процесами. Однак, це поняття не адекватне незалежному "життєвому початку", до якого вдаються віталісти для пояснення суті життя.

29.3. Подальший розвиток вчення про гомеостаз

К.Бернар особливо наголошував, що незалежність проявів внутрішнього життя є ілюзорною. Навпаки, у механізмах постійного чи вільного життя взаємовідносини внутрішнього та зовнішнього середовища є найбільш тісними та найбільш очевидними.

У той же час К.Бернар, спираючись на своє вчення про сталість реакцій організму, вважав, що він набуває незалежності від зовнішніх мінливостей і не визнав вчення Ч.Дарвіна. Відомо, що великий англієць на чолі свого вчення ставив вплив довкілля на організм. Змінені організми, що набули більш досконалих механізмів пристосовності, виживали, адаптувалися. Інші – безжально знищувалися природою. Примирив ці два протилежні погляди американський фізіолог Кеннон.

Кеннон Вільямс (1871-1945) - видатний фізіолог нашого століття, засновник вчення про гомеостаз як саморегуляцію сталості внутрішнього середовища організму. Вплив цього вчення не обмежився фізіологією і став основним для медицини. Значимість вчення про гомеостаз для патофізіології, що вивчає теоретичні основи хвороби, робить необхідним докладніше зупинитися на цій важливій віху розвитку медичної науки. "Диво біології - дивовижна здатність живого організму зберігати сталість своїх реакцій. І це всупереч неміцності компонентів, що його складають".

Як же Кеннону вдалося поєднати експериментальний та еволюційний способи мислення? Це вдалося зробити, виходячи з позицій телеологічності - доцільності всього живого. Їм висунуто ідея у тому, що збереження сталості внутрішнього середовища робить організм більш стійким до змін довкілля, тобто. зберігає виживання організму. Простіше кажучи, еволюційно набута властивість гомеостазу вищих організмів дозволяє їм швидше пристосовуватися до змін зовнішнього середовища.

Організм в цілому Кеннон розглядає як активну систему, що саморегулюється. Головним об'єктом саморегуляції є внутрішнє середовище – кров, лімфа, міжклітинна рідина.

Основний механізм гомеостазу – реактивність. Головним мотором Кеннон вважав симпато-адреналову систему. У результаті історичного пізнання природи організму нервовий і гуморальний чинники перетворилися на об'єкти спеціального аналізу. Феномени, нероздільні у живому організмі, виявилися штучно розмежованими.

29.4. Регулююча роль нервової та ендокринної (САС, ОАС) систем у підтримці сталості внутрішнього середовища, тобто. гомеостазу

Кеннон у книзі " Мудрість тіла " розбирав роль симпатичної нервової системи у гомеостазі. Він розглядав симпатичний відділ нервової системи як головний фактор термінової мобілізації захисних сил організму для відновлення порушеної рівноваги. Можна взагалі сказати, що швидкість реакції (сек) для екстреної перебудови забезпечується саме нервовою системою.

Л.А.Орбелі, наш видатний фізіолог, встановив адаптаційно-трофічну роль нервової системи, сутність якої полягає в тому, що симпатична нервова система змінює функціональну готовність органів відповідно до умов існування організму. Наприклад, подразнення симпатичної нервової системи відновлює працездатність стомленої скелетної мускулатури. Фактично їм закладено основи вчення про допінг. Велика роль у своїй належить ретикулярної формації (сетевидному освіті) стовбура мозку - центральному відділу САС.

Гормональні впливи розраховані більш тривалий часперебудови організму (хвилини, годинник). Кеннон поєднав "симпатичне" та "адреналове" дефісом, покликаним відобразити поняття системного єдиного характеру функціонування особливого, цілісного механізму - САС, призначення якої - забезпечити гомеостаз.

Подальший розвитокуявлень про виникнення хвороби як патології регуляторних систем організму пов'язано з ім'ям канадського фізіолога Ганса Сельє, директора інституту експериментальної хірургії та медицини в Монреалі, автора одного з найбільших відкриттів біології XX століття - явища стресу.

Розвиток медицини XIX пеку призвело до уявлення про те, що кожне захворювання повинно мати свою причину.

Наприклад, характерний синдром кору чи дифтерії може бути зумовлений лише специфічним організмом (мікроорганізмом). Але специфічних ознак, якими ставлять діагноз, так мало.

На відміну від цього, Г.Сельє сформував поняття про "синдром захворювання взагалі". На думку про це він прийшов ще у студентські роки. Значно пізніше він вкладав у це поняття неспецифічність одноманітної реакції системи гіпоталамус-гіпофнз-кора надниркових залоз, що відзначається при дії будь-якого агента, що ушкоджує.

Ця реакція була названа "загальним адаптаційним синдромом" (ОАС), спрямованим на підтримку гомеостазу організму. Ось як описує Г.Сельє свої уявлення про ОАС: "Людина повинна була усвідомити, що у всіх випадках, коли вона стикалася з тривалим або незвично важким завданням - чи то плавання в холодній водіПіднімання важких каменів або голодування - він проходить через 3 стадії: спочатку він відчуває труднощі, потім звикає до неї, і нарешті, не може більше з нею впоратися. Він не думає про це як про загальний закон, що регулює поведінку тварин істот в особливо напружених умовах. Нагальна необхідність пошуку їжі та житла не дозволяє йому думати про такі концепції, як гомеостаз (підтримка сталості внутрішнього середовища) чи біологічний стрес”.

Г.Сельє було показано, що на різні агенти: хірургічна травма, опік, біль, приниження, інтоксикація, обставини життя ділової людини, спортсмена та багато інших, організм відповідає стереотипній формі біохімічних, функціональних та структурних змін. Для стресорної реакції несуттєво, викликана вона приємним чи неприємним агентом. Основним тут є інтенсивність вимоги для організму, що створить стрес-агент.

Механізм цієї неспецифічної реакції заснований на збудженні системи гіпоталамус-гііофіз-кора надниркових залоз та САС. Виникаючі нейроендокринні імпульси сприяють запуску захисних сил організму. Це сприяє різкому підвищенню гомеостатичних можливостей організму. Багаторічні дослідження Г.Сельє показали, що за будь-якого захворювання специфічні його прояви накладаються на неспецифічні реакції, зумовлені системою гіпоталамус-гіпофіз-кора надниркових залоз. Цим викликано широке використання стероїдів у медичній практиці.

29.5. Роль біомембран у механізмах підтримки гомеостазу

В.Кеннон та К.Бернар основою внутрішнього середовища вважали рідку частину організму, до складу якої входить кров, лімфа, міжтканинна рідина. Однак кров не приходить у безпосередній зіткнення з клітинами тканини. Як вперше показано вітчизняною дослідницею Л.С.Штерн, між кров'ю та тканиною знаходяться так звані гісто-гематичні бар'єри, основу яких складають біологічні мембрани (ГЕБ, гемато-офтальмічний, плацентарний та ін бар'єри).

Крім розділової, є ще одна важлива функція мембран в гомеостазі - це рецепторна функція клітинних мембран. Вона грає вирішальну роль здійсненні зворотний зв'язок. Зворотний зв'язок означає вплив вихідного сигналу на вхід - частина системи, що управляє. Негативний зворотний зв'язок призводить до зменшення впливу вхідного на величину вихідного сигналу. Наприклад, збільшення в крові концентрації гормонів щитовидної залозиТ 3 , Т 4 призводить до зниження рівня гіпоталамусу соматостатину і пригнічення вироблення в гіпофізі тиреотропного гормону.

Позитивний зворотний зв'язок призводить до збільшення дії вихідного сигналу. Наприклад, перехід гострого запалення в хронічне виникає при зміні конформації та антигенних властивостей власних білків – утворення аутоантигенів. Останні викликають посилення утворення аутоантитіл, а імунний конфлікт підтримує запальну реакцію. Якщо негативний зворотний зв'язок зазвичай сприяє відновленню вихідного стану, то позитивна частіше відводить її від цього стану. Внаслідок цього не відбувається корекції, що може спричинити виникнення "порочного кола", добре відомого патофізіологам і клініцистам (приклад патогенезу хронічного запалення, аутоалергі).

29.6. Гомеостаз та норма

В одній зі своїх перших робіт з гомеостазу Кеннон нагадує, що тварини є відкритими системами, що мають безліч зв'язків з навколишнім середовищем. Ці зв'язки здійснюються за допомогою дихального та травного трактів, поверхню шкіри, рецепторів, нервово-м'язових органів та кісткових важелів. Зміни довкілля прямо чи опосередковано впливають на зазначені системи. Однак, ці впливи зазвичай не супроводжуються великими відхиленнями від норми і не викликають серйозних порушень у фізіологічних процесах завдяки тому, що автоматичне регулювання обмежує коливання, що виникають в організмі, в зазначених межах "норми".

З погляду гомеостазу дано найбільш ємне визначення "норми". Норма – це умовне позначеннястійкого нерівноваги організму, окремих його органів та тканин у зовнішньому середовищі. Очевидно, що це визначення враховує індивідуальні особливості. Наприклад, стійкий стан може бути при систолічному артеріальному тиску дорівнює 120 мм рт.ст. (Для одного індивідуума це норма) і при АТ 140 (для іншого - це теж норма). Можна використовувати аналогію з вітрилом і кермом корабля. Чи є для них нормальне становище? Ні, т.к. норма - це зміна, що забезпечує рух даного корабля. Наприклад, реакції імунної системи під впливом вітру антигенних впливів (Р.В.Петрова).

Цю відносну сталість можна було б позначити терміном врівноваження, що використовується в описі простих фізико-хімічних процесів. Однак, у складно влаштованому живому організмі, крім процесів врівноважування, зазвичай включається взаємодія, інтегративна кооперація цілого ряду органів і систем. Так, наприклад, коли створюються умови, що змінюють склад крові або викликають порушення дихальних функцій (геморагія, пневмонія), швидко реагують мозок, нерви, серце, нирки, легені, селезінка і т.к. Для позначення таких явищ термін "урівноваження" недостатній, т.к. він не включає складний і специфічний процескоординації. Для його якнайшвидшого та стійкого становища обов'язково наявність контррегуляторних систем, мета яких – загальна стійкість внутрішнього середовища.

Саме для цих станів та процесів, що забезпечують стійкість організму, Кеннон і запропонував термін гомеостаз. Слово "гомео" вказує не на фіксовану тотожність "теж саме", а на подібність, подібність.

Таким чином, гомеостаз не означає простої сталості фізико-хімічних властивостейвнутрішнього середовища. Цей термін включає і фізіологічні механізми, що забезпечують стійкість живих істот (тобто. процеси реактивності). Гомеостаз – це активна саморегуляція сталості внутрішнього середовища.

29.7. Гомеостаз та адаптація

Фактично, з урахуванням гомеостазу базується явище адаптації. Тобто. організм пристосовується (адаптується) до умов навколишнього середовища, що змінюються, використовуючи ті чи інші механізми гомеостазу.

Компенсація – прихована патологія, що виявляється функціональним навантаженням (порок аортального клапана компенсується гіпертрофією міокарда. Клінічні його прояви виявляються підвищеним фізичним навантаженням).

29.7.1. Види адаптації

Розрізняють адаптацію короткочасну та тривалу:

1. При короткочасному виході межі норми при вплив умов довкілля організм відповідає короткочасним зміною функціональної активності (біг викликає тахікардію і тахипное);
2. При тривалому або повторному впливі можуть виникати стійкіші навіть структурні зміни:
   1. підвищене фізичне навантаження та обсяг мускулатури, гіпертрофія вагітної матки, структури кісткової тканини при неправильному прикусі;
   2. при пошкодженні якогось органу відбувається включення механізмів компенсації. Наприклад, вікарне (замісне, компенсаторне) підключення інших систем організму: крововтрата викликає тахікардію, тахіпное, вихід крові з депо, посилення кровотворення).

У медичній практиці під адаптацією мають на увазі саме ту форму пристосування, яка створиться в незвичайних умовах існування організму. Слід ще раз наголосити, що будь-який вид адаптації створиться на основі вже існуючих механізмів гомеостазу.

29.8. Рівні регуляції гомеостазу

Організм з погляду гомеостазу є саморегулюючою системою. Розрізняють 3 рівні регулювання:

1. Нижчий, визначає сталість фізіологічних констант і має автономність (підтримання pH, Р осм).
2. Середній визначає пристосувальні реакції при зміні внутрішнього середовища організму. Регулюється нейро-ендокринною системою.
3. Вищий, визначає пристосувальні реакції, свідоме поведінка при змінах довкілля. За сигналами зовнішнього світу змінюються вегетативні функції та свідома поведінка організму. Регулюється ЦНС та її зовнішнім відділом – корою великих півкуль.

І.П.Павлов писав: "Великі півкулі - орган живого організму, який спеціалізований на те, щоб постійно здійснювати все більш і більш досконале врівноваження організму із зовнішнім середовищем".

Кора великих півкуль - еволюційно наймолодший, але в той же час найскладніший орган регуляції. Це в жодному разі не означає, що кора головного мозку постійно втручається у всі процеси організму. Її мета, її завдання - підтримка зв'язку організму із зовнішнім середовищем, головним чином, соціальних відносин. Це забезпечує вищим тваринам лідируючу позицію у тваринному світі.

Великою нагородою вітчизняного фізіолога І.П.Павлова є розробка методів вивчення вільної поведінки, інтелектуальної сфери організму. Їм було обґрунтовано використання для цієї мети методу умовних рефлексів та показано, що свідома діяльність кори великих півкуль багато в чому побудована на принципі адаптивних умовних рефлексів. І.П.Павловим було проведено перетворення поняття про рефлекс від істинного, автоматичного, що лежить в основі гомеостазу, до рефлексу умовного, що визначає механізми "життєвих зустрічей організму з середовищем", основи соціального гомеостазу.

Надзвичайно важливо розуміти, що еволюція тварин диктується не тільки прагненням утримати стійкість нерівноважного стану за рахунок гомеостазу з істинними, автоматичними рефлексами, вона безперервно пов'язана з активністю вільної поведінки (негомеостатична вища нервова діяльність з умовними рефлексами), що підтримує це нерівноважний.

Гомеостаз, підтримуваний автоматично з допомогою діяльності САС, відкриває простір для вищих форм нервової діяльності, вивільняючи при цьому кору мозку. Тобто. Кеннон показав, що гомеостатичні механізми існують автономно, незалежно від контролю свідомості, зберігаючи його вільним інтелектуальної діяльності. Таким чином, звільняючи свідомість від регуляції тілесних процесів, ми, за допомогою кори головного мозку, встановлюємо інтелектуальне ставлення до навколишнього світу, аналізуємо досвід, займаємося наукою, технікою та мистецтвом, спілкуємося з друзями, виховуємо дітей, висловлюємо симпатії тощо. - Словом, ведемо себе як людські істоти - писав Кеннон.

Щодо цього, тіло, на думку Кеннона, виявляється "мудрим" (назва книги), оскільки воно щомиті зберігає стійкість великого організму без втручання розуму, відкриваючи простори для вільної поведінки.

Укладаючи тему ролі гомеостазу у вивченні фізіології хворого організму, хочу сказати, що основним напрямом вашого навчання на клінічних кафедрах старших курсів та майбутньої лікарської діяльності має стати свідоме відновлення здатності організму хворого до самостійної підтримки гомеостазу в умовах екологічно безпечного середовища.