U svojoj knjizi Mudrost tijela, predložio je termin kao naziv za "koordinirane fiziološke procese koji održavaju najstabilnija stanja tijela". U budućnosti, ovaj termin je proširen na sposobnost dinamičkog održavanja postojanosti svog unutrašnjeg stanja bilo kojeg otvorenog sistema. Međutim, koncept postojanosti unutrašnjeg okruženja formulisao je još 1878. francuski naučnik Claude Bernard.

Opće informacije

Termin "homeostaza" najčešće se koristi u biologiji. Da bi postojali višećelijski organizmi, potrebno je održavati postojanost unutrašnje sredine. Mnogi ekolozi su uvjereni da se ovaj princip primjenjuje i na vanjsko okruženje. Ako sistem nije u stanju da vrati svoju ravnotežu, može na kraju prestati da funkcioniše.

Složeni sistemi - na primjer, ljudsko tijelo - moraju imati homeostazu da bi održali stabilnost i postojali. Ovi sistemi ne samo da moraju težiti opstanku, oni se također moraju prilagoditi promjenama okoline i evoluirati.

svojstva homeostaze

Homeostatski sistemi imaju sledeća svojstva:

• nestabilnost sistem: testira kako se najbolje može prilagoditi.
• Težnja ka ravnoteži: sva unutrašnja, strukturna i funkcionalna organizacija sistema doprinosi održavanju ravnoteže.
• nepredvidivost: Rezultirajući efekat određene radnje često može biti drugačiji od očekivanog.

• Regulacija količine mikronutrijenata i vode u organizmu – osmoregulacija. Izvodi se u bubrezima.
• Uklanjanje otpadnih produkata metaboličkog procesa - izolacija. Obavljaju ga egzokrini organi - bubrezi, pluća, znojne žlijezde i gastrointestinalni trakt.
• Regulacija tjelesne temperature. Snižavanje temperature kroz znojenje, razne termoregulacijske reakcije.
• Regulacija nivoa glukoze u krvi. Uglavnom se odvija putem jetre, inzulina i glukagona koje luči gušterača.

Važno je napomenuti da iako je tijelo u ravnoteži, njegovo fiziološko stanje može biti dinamično. Mnogi organizmi pokazuju endogene promjene u obliku cirkadijanskih, ultradijanskih i infradijanskih ritmova. Dakle, čak i dok su u homeostazi, tjelesna temperatura, krvni pritisak, broj otkucaja srca i većina metaboličkih pokazatelja nisu uvijek na konstantnom nivou, već se mijenjaju tokom vremena.

Mehanizmi homeostaze: povratna informacija

Kada dođe do promjene varijabli, postoje dvije glavne vrste povratnih informacija na koje sistem odgovara:

1. Negativna povratna informacija, izražena kao reakcija u kojoj sistem reaguje na način da obrne smjer promjene. Budući da povratna informacija služi održavanju postojanosti sistema, ona vam omogućava održavanje homeostaze.
   • Na primjer, kada se koncentracija ugljičnog dioksida u ljudskom tijelu poveća, plućima se signalizira da pojačaju svoju aktivnost i izdišu više ugljičnog dioksida.
   • Termoregulacija je još jedan primjer negativne povratne informacije. Kada tjelesna temperatura poraste (ili padne), termoreceptori u koži i hipotalamusu registruju promjenu, pokrećući signal iz mozga. Ovaj signal, zauzvrat, uzrokuje odgovor - smanjenje temperature (ili povećanje).
2. Pozitivna povratna informacija, koja se izražava kao pojačanje promjene varijable. Djeluje destabilizirajuće, tako da ne dovodi do homeostaze. Pozitivne povratne informacije su manje uobičajene u prirodnim sistemima, ali imaju i svoju upotrebu.
   • Na primjer, u nervima, granični električni potencijal uzrokuje stvaranje mnogo većeg akcionog potencijala. Zgrušavanje krvi i porođaj su drugi primjeri pozitivnih povratnih informacija.

Stabilnim sistemima su potrebne kombinacije oba tipa povratne sprege. Dok vam negativna povratna sprega omogućava da se vratite u homeostatsko stanje, pozitivna povratna informacija se koristi za prelazak u potpuno novo (i vrlo moguće manje poželjno) stanje homeostaze, situaciju koja se zove "metastabilnost". Takve katastrofalne promjene mogu nastati, na primjer, povećanjem nutrijenata u rijekama s čistom vodom, što dovodi do homeostatskog stanja visoke eutrofikacije (prerastanje kanala algi) i zamućenja.

Ekološka homeostaza

U poremećenim ekosistemima, odnosno subklimaksnim biološkim zajednicama – kao što je, na primjer, ostrvo Krakatoa, nakon jake vulkanske erupcije u – uništeno je stanje homeostaze prethodnog šumskog klimaksnog ekosistema, kao i sav život na ovom ostrvu. Krakatoa je prošla kroz lanac ekoloških promjena u godinama nakon erupcije, u kojima su nove biljne i životinjske vrste smjenjivale jedna drugu, što je dovelo do biodiverziteta i, kao rezultat, zajednice vrhunca. Ekološka sukcesija u Krakatoi odvijala se u nekoliko faza. Potpuni lanac sukcesije koji vodi do vrhunca naziva se preserija. Na primjeru Krakatoe, ovo ostrvo je razvilo vrhunsku zajednicu sa osam hiljada različitih vrsta zabilježenih u , sto godina nakon što je erupcija uništila život na njemu. Podaci potvrđuju da se pozicija u homeostazi održava neko vrijeme, dok pojava novih vrsta vrlo brzo dovodi do brzog nestajanja starih.

Slučaj Krakatoa i drugih poremećenih ili netaknutih ekosistema pokazuje da se početna kolonizacija od strane pionirskih vrsta događa kroz strategije reprodukcije s pozitivnim povratnim informacijama u kojima se vrste raspršuju, proizvodeći što je moguće više potomaka, ali uz malo ili nimalo ulaganja u uspjeh svakog pojedinca. . Kod takvih vrsta dolazi do brzog razvoja i jednako brzog kolapsa (na primjer, kroz epidemiju). Kako se ekosistem približava vrhuncu, takve vrste se zamjenjuju složenijim vrstama vrhunca koje se prilagođavaju negativnim povratnim informacijama specifičnim uvjetima svog okruženja. Ove vrste su pažljivo kontrolisane potencijalnim kapacitetom ekosistema i slede drugačiju strategiju – stvaranje manjeg potomstva, u čiji reproduktivni uspeh se u uslovima mikrookruženja svoje specifične ekološke niše ulaže više energije.

Razvoj počinje sa pionirskom zajednicom i završava se sa zajednicom vrhunca. Ova zajednica vrhunca nastaje kada flora i fauna dođu u ravnotežu sa lokalnim okruženjem.

Takvi ekosistemi formiraju heterarhije, u kojima homeostaza na jednom nivou doprinosi homeostatskim procesima na drugom složenom nivou. Na primjer, gubitak lišća na zrelom tropskom drvetu stvara prostor za novi rast i obogaćuje tlo. Jednako tako, tropsko drvo smanjuje pristup svjetlosti na niže razine i pomaže u sprječavanju invazije drugih vrsta. Ali i drveće padaju na zemlju i razvoj šume zavisi od stalne promene stabala, ciklusa hranljivih materija koje vrše bakterije, insekti, gljive. Slično, takve šume doprinose ekološkim procesima, kao što je regulacija mikroklime ili hidroloških ciklusa ekosistema, a nekoliko različitih ekosistema može biti u interakciji kako bi se održala homeostaza riječne drenaže unutar biološke regije. Promjenjivost bioregija također igra ulogu u homeostatskoj stabilnosti biološke regije ili bioma.

Biološka homeostaza

Homeostaza djeluje kao temeljna karakteristika živih organizama i podrazumijeva se kao održavanje unutrašnje sredine u prihvatljivim granicama.

Unutrašnja sredina tijela uključuje tjelesne tekućine - krvnu plazmu, limfu, međućelijsku supstancu i cerebrospinalnu tekućinu. Održavanje stabilnosti ovih tečnosti je od vitalnog značaja za organizme, dok njihov nedostatak dovodi do oštećenja genetskog materijala.

Homeostaza u ljudskom tijelu

Različiti faktori utiču na sposobnost telesnih tečnosti da održavaju život. Među njima su i parametri kao što su temperatura, salinitet, kiselost i koncentracija nutrijenata – glukoze, raznih jona, kiseonika, kao i otpadnih proizvoda – ugljen-dioksida i urina. Budući da ovi parametri utiču na hemijske reakcije koje održavaju organizam u životu, postoje ugrađeni fiziološki mehanizmi koji ih održavaju na potrebnom nivou.

Homeostaza se ne može smatrati uzrokom procesa ovih nesvjesnih adaptacija. Treba ga uzeti kao opću karakteristiku mnogih normalnih procesa koji djeluju zajedno, a ne kao njihov osnovni uzrok. Štoviše, postoje mnogi biološki fenomeni koji se ne uklapaju u ovaj model - na primjer, anabolizam.

Ostala područja

Koncept "homeostaze" se takođe koristi u drugim oblastima.

Aktuar može pričati o tome homeostaza rizika, u kojoj, na primjer, ljudi koji imaju neljepljive kočnice na automobilima nisu u sigurnijem položaju od onih koji nemaju, jer ti ljudi rizičnom vožnjom nesvjesno nadoknađuju sigurniji automobil. To se dešava zato što neki od mehanizama zadržavanja - kao što je strah - prestanu da rade.

O tome mogu razgovarati sociolozi i psiholozi homeostaza stresa- želja populacije ili pojedinca da ostane na određenom nivou stresa, često vještački izazivajući stres ako "prirodni" nivo stresa nije dovoljan.

Primjeri

• termoregulacija
  • Drhtanje skeletnih mišića može početi ako je tjelesna temperatura preniska.
  • Druga vrsta termogeneze uključuje razgradnju masti kako bi se oslobodila toplota.
  • Znojenje hladi tijelo isparavanjem.
• Hemijska regulacija
  • Gušterača luči inzulin i glukagon za kontrolu nivoa glukoze u krvi.
  • Pluća uzimaju kisik i oslobađaju ugljični dioksid.
  • Bubrezi izlučuju mokraću i regulišu nivo vode i broj jona u telu.

Mnogi od ovih organa su pod kontrolom hormona hipotalamus-hipofiznog sistema.

vidi takođe

Wikimedia fondacija. 2010 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "Homeostaza" u drugim rječnicima:

Homeostaza... Pravopisni rječnik

homeostaza- Opšti princip samoregulacije živih organizama. Perls snažno naglašava važnost ovog koncepta u svom djelu Geštalt pristup i očni svjedok terapije. Kratak objašnjavajući psihološki i psihijatrijski rečnik. Ed. igisheva. 2008 ... Velika psihološka enciklopedija

Homeostaza (od grč. sličan, identičan i stanje), svojstvo tijela da održava svoje parametre i fiziološke. funkcije u def. raspon, zasnovan na stabilnosti unutrašnjeg. tjelesno okruženje u odnosu na uznemirujuće uticaje... Philosophical Encyclopedia

- (od grč. homoios isti, sličan i grčki stasis nepokretnost, stajanje), homeostaza, sposobnost organizma ili sistema organizama da održava stabilnu (dinamičku) ravnotežu u promenljivim uslovima sredine. Homeostaza u populaciji Ekološki rječnik

Homeostaza (od homeo... i grčki stasis nepokretnost, stanje), sposobnost biol. sistema da se odupru promjenama i ostanu dinamični. odnosi se na postojanost sastava i svojstava. Izraz "G." predložio W. Kennon 1929. da okarakterizira države ... Biološki enciklopedijski rječnik

Homeostaza je samoregulirajući proces u kojem svi biološki sistemi nastoje da održe stabilnost tokom perioda adaptacije na određene uslove koji su optimalni za preživljavanje. Svaki sistem, koji je u dinamičkoj ravnoteži, teži da postigne stabilno stanje koje se odupire spoljnim faktorima i podražajima.

Koncept homeostaze

Svi tjelesni sistemi moraju raditi zajedno kako bi održali pravilnu homeostazu u tijelu. Homeostaza je regulacija tjelesne temperature, sadržaja vode i nivoa ugljičnog dioksida. Na primjer, dijabetes melitus je stanje u kojem tijelo ne može regulirati razinu glukoze u krvi.

Homeostaza je termin koji se koristi i za opisivanje postojanja organizama u ekosistemu i za opisivanje uspješnog funkcionisanja ćelija unutar organizma. Organizmi i populacije mogu održavati homeostazu uz održavanje stabilne stope nataliteta i smrtnosti.

Povratne informacije

Povratna informacija je proces koji se javlja kada sisteme tijela treba usporiti ili potpuno zaustaviti. Kada osoba jede, hrana ulazi u želudac i počinje probava. Između obroka stomak ne bi trebao raditi. Probavni sistem radi sa nizom hormona i nervnih impulsa kako bi zaustavio i pokrenuo proizvodnju kiseline u želucu.

Još jedan primjer negativne povratne informacije može se uočiti u slučaju povećanja tjelesne temperature. Regulacija homeostaze se manifestuje znojenjem, zaštitnom reakcijom organizma na pregrijavanje. Na taj način zaustavlja se porast temperature i neutralizira problem pregrijavanja. U slučaju hipotermije, tijelo također predviđa niz mjera za zagrijavanje.

Održavanje unutrašnje ravnoteže

Homeostaza se može definisati kao svojstvo organizma ili sistema koje mu pomaže da održi date parametre unutar normalnog opsega vrednosti. To je ključ života, a pogrešna ravnoteža u održavanju homeostaze može dovesti do bolesti kao što su hipertenzija i dijabetes.

Homeostaza je ključni element u razumijevanju kako ljudsko tijelo funkcionira. Takva formalna definicija karakteriše sistem koji reguliše svoje unutrašnje okruženje i nastoji da održi stabilnost i pravilnost svih procesa koji se dešavaju u telu.

Homeostatska regulacija: tjelesna temperatura

Kontrola tjelesne temperature kod ljudi dobar je primjer homeostaze u biološkom sistemu. Kada je osoba zdrava, njena tjelesna temperatura varira oko +37°C, ali različiti faktori mogu utjecati na ovu vrijednost, uključujući hormone, brzinu metabolizma i razne bolesti koje uzrokuju temperaturu.

U tijelu se regulacija temperature kontrolira u dijelu mozga koji se zove hipotalamus. Kroz krvotok do mozga primaju se temperaturni signali, kao i analiza rezultata podataka o učestalosti disanja, šećeru u krvi i metabolizmu. Gubitak topline u ljudskom tijelu također doprinosi smanjenoj aktivnosti.

Balans vode i soli

Bez obzira koliko vode čovjek popije, tijelo ne nabubri kao balon, a ljudsko tijelo se ne skuplja kao grožđice ako pije vrlo malo. Vjerovatno je neko bar jednom razmišljao o tome. Na ovaj ili onaj način, tijelo zna koliko tekućine treba uskladištiti da bi se održao željeni nivo.

Koncentracija soli i glukoze (šećera) u organizmu se održava na konstantnom nivou (u nedostatku negativnih faktora), količina krvi u organizmu je oko 5 litara.

Regulacija šećera u krvi

Glukoza je vrsta šećera koja se nalazi u krvi. Ljudsko tijelo mora održavati odgovarajući nivo glukoze kako bi osoba ostala zdrava. Kada nivo glukoze postane previsok, gušterača oslobađa hormon inzulin.

Ako nivo glukoze u krvi padne prenisko, jetra pretvara glikogen u krvi, čime se podiže nivo šećera. Kada patogene bakterije ili virusi uđu u tijelo, ono počinje da se bori protiv infekcije prije nego što patogeni elementi dovedu do bilo kakvih zdravstvenih problema.

Pritisak pod kontrolom

Održavanje zdravog krvnog pritiska također je primjer homeostaze. Srce može osjetiti promjene krvnog tlaka i poslati signale u mozak na obradu. Zatim, mozak šalje signal nazad u srce sa uputstvima kako da pravilno reaguje. Ako je krvni pritisak previsok, mora se sniziti.

Kako se postiže homeostaza?

Kako ljudsko tijelo reguliše sve sisteme i organe i nadoknađuje tekuće promjene u okolini? To je zbog prisutnosti mnogih prirodnih senzora koji kontroliraju temperaturu, sastav soli u krvi, krvni tlak i mnoge druge parametre. Ovi detektori šalju signale u mozak, u glavni kontrolni centar, u slučaju da neke vrijednosti odstupe od norme. Nakon toga se poduzimaju kompenzacijske mjere za vraćanje u normalno stanje.

Održavanje homeostaze je izuzetno važno za organizam. Ljudsko tijelo sadrži određenu količinu hemikalija poznatih kao kiseline i alkalije, a njihova pravilna ravnoteža je neophodna za optimalno funkcioniranje svih organa i tjelesnih sistema. Nivo kalcijuma u krvi mora se održavati na odgovarajućem nivou. Budući da je disanje nevoljno, nervni sistem obezbjeđuje tijelu prijeko potreban kiseonik. Kada toksini uđu u vaš krvotok, narušavaju homeostazu tijela. Ljudsko tijelo na ovu smetnju reaguje uz pomoć urinarnog sistema.

Važno je naglasiti da homeostaza tijela funkcionira automatski ako sistem funkcionira normalno. Na primjer, reakcija na toplinu - koža postaje crvena, jer se njezine male krvne žile automatski šire. Drhtanje je odgovor na hladnoću. Dakle, homeostaza nije skup organa, već sinteza i ravnoteža tjelesnih funkcija. Zajedno, ovo vam omogućava da održite cijelo tijelo u stabilnom stanju.

Homeostaza - održavanje unutrašnje sredine organizma

Svijet oko nas se stalno mijenja. Zimski vjetrovi nas tjeraju da obučemo toplu odjeću i rukavice, dok nas centralno grijanje potiče da ih skinemo. Ljetno sunce smanjuje potrebu za zadržavanjem topline, barem dok efikasna klima ne učini suprotno. Pa ipak, bez obzira na temperaturu okoline, individualna tjelesna temperatura zdravih ljudi koje poznajete neće se razlikovati za mnogo više od jedne desetine stepena. Kod ljudi i drugih toplokrvnih životinja temperatura unutrašnjih dijelova tijela održava se na konstantnom nivou negdje oko 37°C, iako može donekle rasti i padati u vezi s dnevnim ritmom.

Većina ljudi jede drugačije. Neki više vole dobar doručak, lagani ručak i obilan ručak sa obaveznim desertom. Drugi ne jedu veći dio dana, ali u podne vole dobro užinu i malo odspavati. Neki rade samo ono što žvaču, drugi izgleda da ih uopšte nije briga za hranu. Pa ipak, ako izmjerite sadržaj šećera u krvi učenika vašeg razreda, onda će to sve biti blizu 0,001 g (1 mg) po mililitru krvi, uprkos velikoj razlici u ishrani i raspodjeli obroka.

Precizna regulacija tjelesne temperature i glukoze u krvi samo su dva primjera najvažnijih funkcija pod kontrolom nervnog sistema. Sastav tečnosti koje okružuju sve naše ćelije se kontinuirano reguliše, što omogućava njegovu neverovatnu postojanost.

Održavanje konstantnog unutrašnjeg okruženja se zove homeostaza (homeo - isto, slično; stasis - stabilnost, ravnoteža). Glavnu odgovornost za homeostatsku regulaciju snose autonomni (autonomni) i crijevni dijelovi perifernog nervnog sistema, kao i centralni nervni sistem, koji daje naredbe tijelu preko hipofize i drugih endokrinih organa. Radeći zajedno, ovi sistemi usklađuju potrebe tijela sa uvjetima okoline. (Ako vam ova izjava zvuči poznato, zapamtite da smo koristili potpuno iste riječi da opišemo glavnu funkciju mozga.)

Francuski fiziolog Claude Bernard, koji je živio u 19. vijeku i potpuno se posvetio proučavanju procesa probave i regulacije krvotoka, smatrao je tjelesne tečnosti „unutrašnjom sredinom“ (milieu interne). U različitim organizmima koncentracija određenih soli i normalna temperatura mogu biti donekle različite, ali unutar vrste unutarnje okruženje jedinki odgovara standardima karakterističnim za ovu vrstu. Dozvoljena su samo kratkotrajna i ne baš velika odstupanja od ovih standarda, inače organizam ne može ostati zdrav i doprinijeti opstanku vrste. Walter B. Cannon, vodeći američki fiziolog sredine ovog stoljeća, proširio je Bernardov koncept unutrašnjeg okruženja. Smatrao je da se radom osigurava nezavisnost pojedinca od stalnih promjena vanjskih uslova homeostatskih mehanizama koji održavaju postojanost unutrašnjeg okruženja.

Sposobnost organizma da se nosi sa zahtjevima okoline uvelike varira od vrste do vrste. Osoba koja koristi složene tipove ponašanja pored unutrašnjih mehanizama homeostaze, očigledno ima najveću nezavisnost od spoljašnjih uslova. Ipak, mnoge životinje ga nadmašuju u određenim sposobnostima specifičnim za vrstu. Na primjer, polarni medvjedi su otporniji na hladnoću; neke vrste pauka i guštera koji žive u pustinjama bolje podnose vrućinu; kamile mogu duže bez vode. U ovom poglavlju razmotrićemo brojne strukture koje nam omogućavaju da steknemo određeni stepen nezavisnosti od promenljivih fizičkih uslova spoljašnjeg sveta. Također ćemo detaljnije pogledati regulatorne mehanizme koji održavaju postojanost našeg unutrašnjeg okruženja.

Astronauti nose posebna odijela (odijela) koja im omogućavaju održavanje normalne tjelesne temperature, dovoljnu napetost kisika u krvi i krvni tlak kada rade u okruženju blizu vakuuma. Specijalni senzori ugrađeni u ova odijela bilježe koncentraciju kisika, tjelesnu temperaturu i indikatore otkucaja srca i dojavljuju te podatke kompjuterima svemirskih letjelica, koji zauzvrat kompjuterima za kontrolu na zemlji. Kompjuteri kontrolisane letelice mogu da se izbore sa gotovo svim predvidljivim situacijama u pogledu potreba organizma. Ako se pojavi bilo kakav nepredviđeni problem, kompjuteri koji se nalaze na Zemlji se povezuju da ga riješe, koji šalju nove komande direktno instrumentima odijela.
U tijelu registraciju senzornih podataka i lokalnu kontrolu vrši autonomni nervni sistem uz učešće endokrinog sistema, koji preuzima funkciju opšte koordinacije.

autonomni nervni sistem

Neki opšti principi organizacije senzornih i motoričkih sistema biće nam od velike koristi u proučavanju sistema unutrašnje regulacije. Sve tri divizije autonomni (autonomni) nervni sistem ima " senzorni" i " motor" Komponente. Dok prvi registruju indikatore unutrašnjeg okruženja, drugi pojačavaju ili inhibiraju aktivnost onih struktura koje sprovode sam proces regulacije.

Intramuskularni receptori, zajedno sa receptorima koji se nalaze u tetivama i na nekim drugim mjestima, reagiraju na pritisak i istezanje. Zajedno čine posebnu vrstu unutrašnjeg senzornog sistema koji pomaže u kontroli naših pokreta.
Receptori uključeni u homeostazu djeluju na drugačiji način: osjećaju promjene u hemiji krvi ili fluktuacije pritiska u vaskularnom sistemu i šupljim unutrašnjim organima kao što su probavni trakt i mokraćna bešika. Ovi senzorni sistemi, koji prikupljaju informacije o unutrašnjem okruženju, po svojoj organizaciji su veoma slični sistemima koji primaju signale sa površine tela. Njihovi receptorski neuroni formiraju prvi sinaptički prekidači unutar kičmene moždine. Duž motornih puteva autonomnog sistema idu komande organima koji neposredno uređuju unutrašnju sredinu. Ovi putevi počinju posebnim autonomni preganglijski neuroni kičmena moždina. Takva organizacija donekle podsjeća na organizaciju kičmenog nivoa motoričkog sistema.

Fokus ovog poglavlja bit će na onim motoričkim komponentama autonomnog sistema koje inerviraju mišiće srca, krvnih sudova i crijeva, uzrokujući da se skupljaju ili opuštaju. Ista vlakna također inerviraju žlijezde, uzrokujući proces lučenja.

autonomni nervni sistem sastoji se od dva velika dijela simpatičan i parasimpatikus. Obje podjele imaju jednu strukturnu osobinu koju do sada nismo susreli: neuroni koji kontroliraju mišiće unutrašnjih organa i žlijezda leže izvan centralnog nervnog sistema, formirajući male inkapsulirane klastere ćelija tzv. ganglija. Dakle, u autonomnom nervnom sistemu postoji dodatna veza između kičmene moždine i terminalnog radnog organa (efektora).

Autonomni neuroni kičmene moždine kombinuju senzorne informacije iz unutrašnjih organa i drugih izvora. Na osnovu toga oni onda reguliraju djelatnost autonomni ganglijski neuroni. Veze između ganglija i kičmene moždine nazivaju se preganglionska vlakna . Neurotransmiter koji se koristi za prijenos impulsa od kičmene moždine do ganglionskih neurona u simpatičkoj i parasimpatičkoj regiji je gotovo uvijek acetilholin, isti neurotransmiter pomoću kojeg motorni neuroni kičmene moždine direktno kontroliraju skeletne mišiće. Kao i kod vlakana koja inerviraju skeletne mišiće, djelovanje acetilholina može biti pojačano u prisustvu nikotina i blokirano kurareom. Aksoni idu iz autonomnih ganglijskih neurona, ili postganglijska vlakna , zatim idite do ciljnih organa, formirajući tamo mnoge grane.

Simpatička i parasimpatička podjela autonomnog nervnog sistema se razlikuju
1) prema nivoima na kojima preganglijska vlakna izlaze iz kičmene moždine;
2) blizinom lokacije ganglija ciljnim organima;
3) neurotransmiterom koji postganglijski neuroni koriste za regulaciju funkcija ovih ciljnih organa.
Sada ćemo razmotriti ove karakteristike.

Simpatički nervni sistem

U simpatičkom sistemu, preganglionski vlakna izlaze iz torakalne i lumbalne kičmene moždine. Njegovi gangliji se nalaze prilično blizu kičmene moždine, a od njih do ciljnih organa idu vrlo duga postganglijska vlakna (vidi sliku 63). Glavni posrednik simpatičkih nerava je norepinefrin, jedan od kateholamina, koji takođe služi kao posrednik u centralnom nervnom sistemu.

Rice. 63. Simpatički i parasimpatički odjeli autonomnog nervnog sistema, organi koje inerviraju i njihov uticaj na svaki organ.

Da bismo razumjeli na koje organe djeluje simpatički nervni sistem, najlakše je zamisliti šta se događa uzbuđenoj životinji, spremnoj za borbu ili bijeg.
Zenice se šire kako bi ušlo više svetla; učestalost srčanih kontrakcija se povećava, a svaka kontrakcija postaje snažnija, što dovodi do povećanja ukupnog protoka krvi. Krv se odvodi od kože i unutrašnjih organa do mišića i mozga. Pokretljivost gastrointestinalnog sistema slabi, procesi varenja se usporavaju. Mišići duž disajnih puteva koji vode do pluća se opuštaju, omogućavajući brže disanje i povećanu razmjenu plinova. Ćelije jetre i masnog tkiva daju više glukoze i masnih kiselina u krv – visokoenergetsko gorivo, a gušterača je upućena da proizvodi manje inzulina. Ovo omogućava mozgu da primi veći udio glukoze koja cirkulira u krvotoku, jer za razliku od drugih organa, mozgu nije potreban inzulin da bi iskoristio šećer u krvi. Posrednik simpatičkog nervnog sistema, koji vrši sve ove promene, je norepinefrin.

Postoji dodatni sistem koji ima još generalizovaniji efekat kako bi se sve ove promjene bolje osigurale. Sjede na vrhovima bubrega kao dvije male kapice, nadbubrežne žlijezde . U njihovom unutrašnjem dijelu - meduli - nalaze se posebne ćelije inervirane preganglionskim simpatičkim vlaknima. Ove ćelije u procesu embrionalnog razvoja nastaju iz istih ćelija neuralnog grebena od kojih se formiraju simpatički gangliji. Dakle, medula je komponenta simpatičkog nervnog sistema. Kada se aktiviraju preganglionskim vlaknima, ćelije medule oslobađaju sopstvene kateholamine (noradrenalin i epinefrin) direktno u krv za isporuku u ciljne organe (slika 64). Cirkulirajući hormonski medijatori – služe kao primjer kako se vrši regulacija endokrinih organa (vidi str. 89).

parasimpatičkog nervnog sistema

U parasimpatikusu preganglionska vlakna idi iz moždanog stabla("kranijalna komponenta") i iz donjih, sakralnih segmenata kičmene moždine(vidi sliku 63 iznad). Oni formiraju, posebno, veoma važno nervno stablo tzv vagusni nerv , čije brojne grane vrše svu parasimpatičku inervaciju srca, pluća i crijevnog trakta. (Vagusni nerv takođe prenosi senzorne informacije iz ovih organa nazad u centralni nervni sistem.) Preganglijski parasimpatičkih aksona veoma dugo, jer ganglija obično se nalaze blizu ili unutar tkiva koje inerviraju.

Na krajevima vlakana parasimpatičkog sistema koristi se neurotransmiter acetilholin. Odgovor odgovarajućih ciljnih stanica na acetilholin je neosjetljiv na djelovanje nikotina ili kurarea. Umjesto toga, acetilkolinski receptori se aktiviraju muskarinom i blokiraju atropinom.

Prevladavanje parasimpatičke aktivnosti stvara uslove za " odmor i oporavak» organizam. U svojoj krajnosti, opći obrazac parasimpatičke aktivacije podsjeća na stanje mirovanja koje dolazi nakon obilnog obroka. Pojačani dotok krvi u probavni trakt ubrzava kretanje hrane kroz crijeva i pojačava lučenje probavnih enzima. Smanjuje se učestalost i snaga srčanih kontrakcija, zjenice se sužavaju, lumen dišnih puteva se smanjuje, a stvaranje sluzi u njima se povećava. Bešika se kontrahuje. Uzete zajedno, ove promjene vraćaju tijelo u ono mirno stanje koje je prethodilo odgovoru "bori se ili bježi". (Sve ovo je ilustrovano na slici 63; vidi i Poglavlje 6.)

Uporedne karakteristike odjela autonomnog nervnog sistema

Simpatički sistem, sa svojim izuzetno dugim postganglijskim vlaknima, veoma se razlikuje od parasimpatičkog sistema, u kojem su, naprotiv, preganglijska vlakna duža, a ganglije se nalaze blizu ili unutar ciljnih organa. Mnogi unutrašnji organi, kao što su pluća, srce, pljuvačne žlezde, bešika, gonade, dobijaju inervaciju iz oba dela autonomnog sistema (za njih se kaže da imaju " dvostruka inervacija"). Ostala tkiva i organi, kao što su mišićne arterije, primaju samo simpatičku inervaciju. U cjelini, to se može reći dva odjeljenja rade naizmjenično: zavisno od aktivnosti organizma i od komandi viših vegetativnih centara, dominira jedan ili drugi.

Ova karakterizacija, međutim, nije sasvim tačna. Oba sistema su stalno u stanju različitog stepena aktivnosti.. Činjenica da ciljni organi poput srca ili šarenice mogu odgovoriti na impulse iz oba područja jednostavno odražava njihovu komplementarnu ulogu. Na primjer, kada ste jako ljuti, vaš krvni pritisak raste, što pobuđuje odgovarajuće receptore koji se nalaze u karotidnim arterijama. Ove signale prima integrirajući centar kardiovaskularnog sistema, koji se nalazi u donjem dijelu moždanog stabla i poznat kao jezgra solitarnog trakta. Ekscitacija ovog centra aktivira preganglionska parasimpatička vlakna vagusnog živca, što dovodi do smanjenja učestalosti i snage srčanih kontrakcija. Istovremeno, pod uticajem istog koordinacionog vaskularnog centra, inhibira se aktivnost simpatikusa, suzbijajući povećanje krvnog pritiska.

Koliko je bitno funkcioniranje svakog od odjela za adaptivne reakcije? Iznenađujuće, ne mogu samo životinje, već i ljudi izdržati skoro potpuno gašenje simpatičkog nervnog sistema bez vidljivih štetnih efekata. Ovo isključenje se preporučuje za neke oblike uporne hipertenzije.

I ovdje nije tako lako bez parasimpatičkog nervnog sistema. Ljudi koji su bili podvrgnuti takvoj operaciji i našli su se izvan zaštitnih uslova bolnice ili laboratorije vrlo se slabo prilagođavaju okolini. Ne mogu regulisati tjelesnu temperaturu kada su izloženi vrućini ili hladnoći; gubitkom krvi im se poremeti regulacija krvnog tlaka, a kod svakog intenzivnog opterećenja mišića brzo se razvija umor.

Difuzni crevni nervni sistem

Nedavne studije su otkrile postojanje treći važan dio autonomnog nervnog sistema - difuznog crevnog nervnog sistema . Ovaj odjel je odgovoran za inervaciju i koordinaciju organa za varenje. Njegov rad je nezavisan od simpatičkog i parasimpatičkog sistema, ali se pod njihovim uticajem može modifikovati. Ovo je dodatna karika koja povezuje autonomne postganglijske živce sa žlijezdama i mišićima gastrointestinalnog trakta.

Ganglije ovog sistema inerviraju zidove crijeva. Aksoni iz ćelija ovih ganglija izazivaju kontrakcije prstenastih i uzdužnih mišića, gurajući hranu kroz gastrointestinalni trakt, proces koji se naziva peristaltika. Dakle, ovi gangliji određuju karakteristike lokalnih peristaltičkih pokreta. Kada se prehrambena masa nalazi unutar crijeva, ona lagano rasteže njegove zidove, što uzrokuje sužavanje područja koje se nalazi nešto više duž toka crijeva i opuštanje područja koje se nalazi nešto ispod. Kao rezultat toga, masa hrane se gura dalje. Međutim, pod utjecajem parasimpatičkih ili simpatičkih živaca, aktivnost crijevnih ganglija može se promijeniti. Aktivacija parasimpatičkog sistema pojačava peristaltiku, a aktivacija simpatičkog sistema je slabi.

Acetilholin služi kao posrednik koji pobuđuje glatke mišiće crijeva. Međutim, čini se da se inhibicijski signali koji vode do opuštanja prenose raznim supstancama, od kojih je samo nekoliko proučavano. Među crijevnim neurotransmiterima, postoje najmanje tri koja također djeluju u centralnom nervnom sistemu: somatostatin (vidi dolje), endorfini i supstanca P (vidi Poglavlje 6).

Centralna regulacija funkcija autonomnog nervnog sistema

Centralni nervni sistem vrši kontrolu nad autonomnim sistemom u mnogo manjoj meri nego nad senzornim ili skeletnim motoričkim sistemom. Područja mozga koja su najviše povezana s autonomnim funkcijama su hipotalamus i moždano stablo, posebno onaj njen dio koji se nalazi neposredno iznad kičmene moždine - produžena moždina. Iz ovih područja glavni putevi idu do simpatičkih i parasimpatičkih preganglionskih autonomnih neurona na nivou kičme.

Hipotalamus. Hipotalamus je jedno od područja mozga čija je opća struktura i organizacija manje-više slična kod predstavnika različitih klasa kralježnjaka.

Uopšteno gledano, to se smatra hipotalamus je fokus visceralnih integrativnih funkcija. Signali iz neuronskih sistema hipotalamusa direktno ulaze u mreže koje pobuđuju preganglijske dijelove autonomnih nervnih puteva. Osim toga, ova regija mozga vrši direktnu kontrolu nad cijelim endokrinim sistemom preko specifičnih neurona koji reguliraju lučenje hormona iz prednje hipofize, a aksoni drugih neurona hipotalamusa završavaju se u stražnjoj hipofizi. Ovdje ovi završeci luče medijatore koji kruže krvlju kao hormoni: 1) vazopresin, koji povećava krvni pritisak u hitnim slučajevima, kada dođe do gubitka tečnosti ili krvi; također smanjuje izlučivanje vode u urinu (zbog čega se vazopresin naziva i antidiuretički hormon); 2) oksitocin, stimulirajući kontrakcije materice u završnoj fazi porođaja.

Rice. 65. Hipotalamus i hipofiza. Šematski su prikazana glavna funkcionalna područja hipotalamusa.

Iako među klasterima hipotalamusa neurona postoji nekoliko jasno razgraničenih jezgara, većina hipotalamusa je skup zona sa zamagljenim granicama (Sl. 65). Međutim, u tri zone su prilično izražena jezgra. Sada ćemo razmotriti funkcije ovih struktura.

1. Periventrikularna zona neposredno uz treću moždanu komoru, koja prolazi kroz centar hipotalamusa. Ćelije koje oblažu komoru prenose informacije neuronima u periventrikularnoj zoni o važnim unutrašnjim parametrima koje je potrebno regulisati, kao što su temperatura, koncentracija soli i nivoi hormona koje luče štitna žlijezda, nadbubrežne žlijezde ili spolne žlijezde, prema uputama hipofize .

2. Medijalna zona sadrži većinu puteva kojima hipotalamus vrši endokrinu kontrolu kroz hipofizu. Može se vrlo približno reći da ćelije periventrikularne zone kontrolišu stvarno izvršavanje komandi koje hipofizi daju ćelije medijalne zone.

3. Kroz ćelije bočne zone kontrolu nad hipotalamusom iz viših instanci moždane kore i limbičkog sistema. Također prima senzorne informacije iz centara produžene moždine, koji koordiniraju respiratornu i kardiovaskularnu aktivnost. Bočna zona je gdje viši moždani centri mogu prilagoditi reakcije hipotalamusa na promene u unutrašnjem okruženju. U korteksu, npr. poređenje informacija koje dolaze iz dva izvora – unutrašnjeg i eksternog okruženja. Ako, recimo, korteks odluči da vrijeme i okolnosti nisu pogodni za jelo, senzorni izvještaji o niskom šećeru u krvi i praznom želucu će se ostaviti po strani do povoljnijeg trenutka. Manje je vjerovatno zanemarivanje hipotalamusa od strane limbičkog sistema. Umjesto toga, ovaj sistem može dodati emocionalnu i motivacijsku boju interpretaciji vanjskih senzornih znakova ili uporediti percepcije okoline na osnovu ovih znakova sa sličnim situacijama u prošlosti.

Zajedno sa kortikalnom i limbičkom komponentom, hipotalamus obavlja i mnoge rutinske integrativne radnje, i to u mnogo dužim vremenskim periodima nego tokom implementacije kratkoročnih regulatornih funkcija. Hipotalamus unapred „zna” koje potrebe će telo imati u normalnom dnevnom ritmu života. On, na primjer, dovodi endokrini sistem u punu spremnost za djelovanje čim se probudimo. Takođe prati hormonsku aktivnost jajnika tokom menstrualnog ciklusa; preduzima korake da pripremi matericu za dolazak oplođenog jajeta. Kod ptica selica i sisara koji hiberniraju, hipotalamus svojom sposobnošću da odredi dužinu dnevnog svjetla koordinira život organizma tokom ciklusa koji traju nekoliko mjeseci. (O ovim aspektima centralizovane regulacije internih funkcija biće reči u poglavljima 5 i 6.)

Medula(talamus i hipotalamus)

Hipotalamus čini manje od 5% ukupne moždane mase. Međutim, ova mala količina tkiva sadrži centre koji podržavaju sve funkcije organizma, osim spontanih respiratornih pokreta, regulacije krvnog pritiska i srčanog ritma. Ove posljednje funkcije zavise od produžene moždine (vidi sliku 66). Kod traumatske ozljede mozga dolazi do takozvane “moždane smrti” kada nestanu svi znaci električne aktivnosti korteksa i izgubi se kontrola iz hipotalamusa i oblongate, iako umjetno disanje još uvijek može održati dovoljnu zasićenost cirkulirajuće krvi kisikom.

nastavak
- -

Kao što znate, živa ćelija je mobilni, samoregulirajući sistem. Njenu unutrašnju organizaciju podržavaju aktivni procesi koji imaju za cilj ograničavanje, sprečavanje ili otklanjanje pomaka uzrokovanih različitim uticajima iz okruženja i unutrašnjeg okruženja. Sposobnost da se vrati u prvobitno stanje nakon odstupanja od određenog prosječnog nivoa, uzrokovanog ovim ili onim „ometajućim“ faktorom, glavno je svojstvo ćelije. Višećelijski organizam je holistička organizacija čiji su ćelijski elementi specijalizirani za obavljanje različitih funkcija. Interakciju unutar tijela odvijaju složeni regulatorni, koordinirajući i korelacijski mehanizmi uz učešće nervnih, humoralnih, metaboličkih i drugih faktora. Mnogi pojedinačni mehanizmi koji regulišu intra- i međućelijske odnose, u nekim slučajevima imaju međusobno suprotne (antagonističke) efekte koji uravnotežuju jedni druge. To dovodi do uspostavljanja pokretne fiziološke pozadine (fiziološke ravnoteže) u tijelu i omogućava živom sistemu da održi relativnu dinamičku postojanost, uprkos promjenama u okruženju i pomacima koji se dešavaju tokom života organizma.

Termin "homeostaza" predložio je 1929. godine fiziolog W. Cannon, koji je smatrao da su fiziološki procesi koji održavaju stabilnost u tijelu toliko složeni i raznoliki da ih je preporučljivo kombinirati pod općim nazivom homeostaza. Međutim, još 1878. godine K. Bernard je pisao da svi životni procesi imaju samo jedan cilj – održati postojanost životnih uslova u našem unutrašnjem okruženju. Slične tvrdnje nalazimo u radovima mnogih istraživača 19. i prve polovine 20. stoljeća. (E. Pfluger, S. Richet, L.A. Fredericq, I.M. Sechenov, I.P. Pavlov, K.M. Bykov i drugi). Radovi L.S. Stern (sa saradnicima), posvećen ulozi barijernih funkcija koje regulišu sastav i svojstva mikrookruženja organa i tkiva.

Sama ideja homeostaze ne odgovara konceptu stabilne (nefluktuirajuće) ravnoteže u tijelu - princip ravnoteže nije primjenjiv na složene fiziološke i biohemijske procese koji se odvijaju u živim sistemima. Takođe je pogrešno suprotstavljati homeostazu ritmičkim fluktuacijama u unutrašnjem okruženju. Homeostaza u širem smislu pokriva pitanja cikličkog i faznog toka reakcija, kompenzacije, regulacije i samoregulacije fizioloških funkcija, dinamiku međuzavisnosti nervnih, humoralnih i drugih komponenti regulacionog procesa. Granice homeostaze mogu biti krute i plastične, variraju u zavisnosti od individualne dobi, pola, društvenih, profesionalnih i drugih uslova.

Od posebnog značaja za život organizma je konstantnost sastava krvi – tečne osnove tela (tečnog matriksa), prema W. Cannonu. Poznati su stabilnost njegove aktivne reakcije (pH), osmotski pritisak, odnos elektrolita (natrijum, kalcijum, hlor, magnezijum, fosfor), sadržaj glukoze, broj formiranih elemenata itd. Tako, na primjer, pH krvi u pravilu ne prelazi 7,35-7,47. Čak i teški poremećaji acido-baznog metabolizma s patologijom nakupljanja kiseline u tkivnoj tekućini, na primjer, kod dijabetičke acidoze, imaju vrlo malo utjecaja na aktivnu reakciju krvi. Unatoč činjenici da je osmotski tlak krvi i tkivne tekućine podložan kontinuiranim fluktuacijama zbog stalne opskrbe osmotski aktivnim produktima intersticijalnog metabolizma, on ostaje na određenom nivou i mijenja se samo u nekim teškim patološkim stanjima.

Održavanje konstantnog osmotskog pritiska je od najveće važnosti za metabolizam vode i održavanje jonske ravnoteže u tijelu (vidi Metabolizam vode i soli). Najveća konstantnost je koncentracija jona natrijuma u unutrašnjem okruženju. Sadržaj ostalih elektrolita također varira u uskim granicama. Prisutnost velikog broja osmoreceptora u tkivima i organima, uključujući i centralne nervne formacije (hipotalamus, hipokampus), te koordiniran sistem regulatora metabolizma vode i jonskog sastava omogućava tijelu da brzo otkloni promjene osmotskog krvnog tlaka koje nastaju, na primjer, kada se voda unese u tijelo.

Uprkos činjenici da krv predstavlja opštu unutrašnju sredinu organizma, ćelije organa i tkiva ne dolaze u direktan kontakt sa njom.

Kod višećelijskih organizama svaki organ ima svoju unutrašnju sredinu (mikrosredinu) koja odgovara njegovim strukturnim i funkcionalnim karakteristikama, a normalno stanje organa zavisi od hemijskog sastava, fizičko-hemijskih, bioloških i drugih svojstava ovog mikrookruženja. Njegova homeostaza je određena funkcionalnim stanjem histohematskih barijera i njihovom propusnošću u pravcima krv→tkivna tečnost, tkivna tečnost→krv.

Od posebne je važnosti postojanost unutrašnje sredine za aktivnost centralnog nervnog sistema: čak i manji hemijski i fizičko-hemijski pomaci do kojih dolazi u cerebrospinalnoj tečnosti, gliji i pericelularnim prostorima mogu izazvati oštar poremećaj u toku životnih procesa kod pojedinca. neurona ili u njihovim ansamblima. Složen homeostatski sistem, koji uključuje različite neurohumoralne, biohemijske, hemodinamske i druge regulatorne mehanizme, je sistem za osiguranje optimalnog nivoa krvnog pritiska. U ovom slučaju, gornja granica nivoa arterijskog pritiska određena je funkcionalnošću baroreceptora vaskularnog sistema organizma, a donja granica je određena potrebama organizma za snabdevanjem krvlju.

Najsavršeniji homeostatski mehanizmi u tijelu viših životinja i ljudi uključuju procese termoregulacije; kod homoiotermnih životinja, fluktuacije temperature u unutrašnjim delovima tela tokom najdramatičnijih promena temperature u okolini ne prelaze desetinke stepena.

Razni istraživači na različite načine objašnjavaju mehanizme opšte biološke prirode koji leže u osnovi homeostaze. Dakle, W. Cannon je pridavao posebnu važnost višem nervnom sistemu, L. A. Orbeli je smatrao adaptivno-trofičku funkciju simpatičkog nervnog sistema jednim od vodećih faktora homeostaze. Organizirajuća uloga nervnog aparata (princip nervizma) leži u osnovi poznatih ideja o suštini principa homeostaze (I. M. Sechenov, I. P. Pavlov, A. D. Speransky i drugi). Međutim, ni dominantni princip (A. A. Ukhtomsky), ni teorija barijernih funkcija (L. S. Stern), ni sindrom opšte adaptacije (G. Selye), ni teorija funkcionalnih sistema (P. K. Anokhin), ni hipotalamička regulacija homeostaze (N. I. Grashchenkov) i mnoge druge teorije ne rješavaju u potpunosti problem homeostaze.

U nekim slučajevima, koncept homeostaze nije sasvim ispravno korišten za objašnjenje izoliranih fizioloških stanja, procesa, pa čak i društvenih pojava. Tako su se u literaturi pojavili pojmovi “imunološki”, “elektrolit”, “sistemski”, “molekularni”, “fizičko-hemijski”, “genetska homeostaza” i slično. Pokušali su da se problem homeostaze svede na princip samoregulacije. Primjer rješavanja problema homeostaze sa stanovišta kibernetike je Ashbyjev pokušaj (W. R. Ashby, 1948) da dizajnira samoregulirajući uređaj koji simulira sposobnost živih organizama da održavaju nivo određenih količina u fiziološki prihvatljivim granicama. Neki autori posmatraju unutrašnje okruženje tela kao složeni lančani sistem sa mnogo „aktivnih ulaza“ (unutrašnji organi) i pojedinačnih fizioloških pokazatelja (protok krvi, krvni pritisak, izmena gasova, itd.), od kojih je vrednost svakog na aktivnost "inputa".

U praksi se istraživači i kliničari susreću sa pitanjima procene adaptivnih (adaptivnih) ili kompenzacijskih sposobnosti organizma, njihove regulacije, jačanja i mobilizacije, predviđanja odgovora organizma na uznemirujuće uticaje. Neka stanja vegetativne nestabilnosti, uzrokovana nedostatkom, viškom ili neadekvatnošću regulatornih mehanizama, smatraju se „bolestima homeostaze“. Uz određenu konvencionalnost, mogu uključivati ​​funkcionalne poremećaje u normalnom funkcioniranju organizma povezane s njegovim starenjem, prisilno restrukturiranje bioloških ritmova, neke pojave vegetativne distonije, hiper- i hipokompenzatornu reaktivnost pod stresnim i ekstremnim utjecajima i sl.

Za procjenu stanja homeostatskih mehanizama u fiziol. eksperimentu i u klinu, praksi primjenjuju se različiti dozirani funkcionalni testovi (hladni, termički, adrenalinski, inzulinski, mezatonski i drugi) sa određivanjem u krvi i urinu pariteta biološki aktivnih agenasa (hormoni, medijatori, metaboliti) i sl.

Biofizički mehanizmi homeostaze

Biofizički mehanizmi homeostaze. Sa stanovišta hemijske biofizike, homeostaza je stanje u kojem su svi procesi odgovorni za energetske transformacije u organizmu u dinamičkoj ravnoteži. Ovo stanje je najstabilnije i odgovara fiziološkom optimumu. U skladu sa konceptima termodinamike, organizam i ćelija mogu postojati i prilagođavati se takvim uslovima sredine u kojima je moguće uspostaviti stacionarni tok fizičko-hemijskih procesa, odnosno homeostazu, u biološkom sistemu. Glavnu ulogu u uspostavljanju homeostaze imaju prvenstveno sistemi ćelijskih membrana, koji su odgovorni za bioenergetske procese i regulišu brzinu ulaska i oslobađanja supstanci ćelijama.

Sa ovih pozicija, glavni uzroci poremećaja su neenzimske reakcije koje su neuobičajene za normalnu životnu aktivnost, koje se javljaju u membranama; u većini slučajeva to su lančane reakcije oksidacije koje uključuju slobodne radikale koje se javljaju u fosfolipidima stanica. Ove reakcije dovode do oštećenja strukturnih elemenata ćelija i poremećaja regulacione funkcije. Faktori koji uzrokuju poremećaj homeostaze uključuju i agense koji izazivaju stvaranje radikala - jonizujuće zračenje, infektivni toksini, određene namirnice, nikotin, kao i nedostatak vitamina itd.

Jedan od glavnih faktora stabilizacije homeostatskog stanja i funkcija membrana su bioantioksidansi, koji inhibiraju razvoj oksidativnih radikalnih reakcija.

Uzrasne karakteristike homeostaze kod djece

Uzrasne karakteristike homeostaze kod djece. Konstantnost unutrašnjeg okruženja tijela i relativna stabilnost fizičko-hemijskih parametara u djetinjstvu osiguravaju izraženu prevagu anaboličkih metaboličkih procesa nad kataboličkim. Ovo je neophodan uslov za rast i razlikuje djetetov organizam od tijela odraslih, u kojem je intenzitet metaboličkih procesa u stanju dinamičke ravnoteže. U tom smislu, neuroendokrina regulacija homeostaze djetetovog organizma je intenzivnija nego kod odraslih. Svaki dobni period karakteriziraju specifičnosti mehanizama homeostaze i njihove regulacije. Stoga kod djece mnogo češće nego kod odraslih dolazi do teških poremećaja homeostaze, često opasnih po život. Ovi poremećaji su najčešće povezani sa nezrelošću homeostatskih funkcija bubrega, s poremećajima funkcija gastrointestinalnog trakta ili respiratorne funkcije pluća.

Rast djeteta, izražen u povećanju mase njegovih ćelija, praćen je izrazitim promjenama u distribuciji tekućine u tijelu (vidi Metabolizam vode i soli). Apsolutno povećanje zapremine ekstracelularne tečnosti zaostaje za stopom ukupnog povećanja telesne težine, pa se relativni volumen unutrašnje sredine, izražen kao procenat telesne težine, smanjuje sa godinama. Ova zavisnost je posebno izražena u prvoj godini nakon rođenja. Kod starije djece, stopa promjene relativnog volumena ekstracelularne tekućine se smanjuje. Sistem za regulaciju konstantnosti zapremine tečnosti (regulacija zapremine) obezbeđuje kompenzaciju odstupanja u bilansu vode u prilično uskim granicama. Visok stepen hidratacije tkiva kod novorođenčadi i male djece određuje značajno veću potrebu za vodom nego kod odraslih (po jedinici tjelesne težine). Gubitak vode ili njeno ograničenje brzo dovode do razvoja dehidracije zbog vanćelijskog sektora, odnosno unutrašnje sredine. Istovremeno, bubrezi - glavni izvršni organi u sistemu regulacije volumena - ne obezbjeđuju uštedu vode. Ograničavajući faktor regulacije je nezrelost tubularnog sistema bubrega. Najvažnija karakteristika neuroendokrine kontrole homeostaze kod novorođenčadi i male djece je relativno visoka sekrecija i izlučivanje aldosterona putem bubrega, što direktno utiče na stanje hidratacije tkiva i funkciju bubrežnih tubula.

Regulacija osmotskog pritiska krvne plazme i ekstracelularne tečnosti kod dece je takođe ograničena. Osmolarnost unutrašnje sredine varira u širem opsegu (±50 mosm/l) nego kod odraslih ±6 mosm/l). To je zbog veće tjelesne površine na 1 kg težine i, posljedično, značajnijeg gubitka vode pri disanju, kao i nezrelosti bubrežnih mehanizama koncentracije urina kod djece. Poremećaji homeostaze, koji se manifestuju hiperosmozom, naročito su česti kod dece tokom neonatalnog perioda i prvih meseci života; u starijoj dobi počinje prevladavati hipoosmoza, povezana uglavnom s gastrointestinalnim ili noćnim bolestima. Manje je proučavana jonska regulacija homeostaze, koja je usko povezana s radom bubrega i prirodom ishrane.

Ranije se vjerovalo da je glavni faktor koji određuje vrijednost osmotskog tlaka ekstracelularne tekućine koncentracija natrijuma, ali novija istraživanja su pokazala da ne postoji bliska korelacija između sadržaja natrijuma u krvnoj plazmi i vrijednosti ukupni osmotski pritisak u patologiji. Izuzetak je plazmatska hipertenzija. Stoga, homeostatska terapija davanjem rastvora glukoze i soli zahteva praćenje ne samo sadržaja natrijuma u serumu ili plazmi, već i promene u ukupnom osmolarnosti ekstracelularne tečnosti. Od velikog značaja za održavanje ukupnog osmotskog pritiska u unutrašnjem okruženju je koncentracija šećera i uree. Sadržaj ovih osmotski aktivnih supstanci i njihov učinak na metabolizam vode i soli mogu se naglo povećati u mnogim patološkim stanjima. Stoga je za bilo kakve povrede homeostaze potrebno odrediti koncentraciju šećera i uree. S obzirom na gore navedeno, kod djece rane dobi, uz kršenje režima vode i soli i proteina, može se razviti stanje latentne hiper- ili hipoosmoze, hiperazotemija (E. Kerpel-Froniusz, 1964).

Važan pokazatelj koji karakterizira homeostazu kod djece je koncentracija vodonikovih jona u krvi i vanćelijskoj tekućini. U antenatalnom i ranom postnatalnom periodu regulacija acido-bazne ravnoteže usko je povezana sa stepenom zasićenosti krvi kiseonikom, što se objašnjava relativnom prevagom anaerobne glikolize u bioenergetskim procesima. Štoviše, čak i umjerena hipoksija u fetusa je praćena nakupljanjem mliječne kiseline u njegovim tkivima. Osim toga, nezrelost acidogenetske funkcije bubrega stvara preduvjete za razvoj "fiziološke" acidoze. U vezi sa posebnostima homeostaze kod novorođenčadi, često se javljaju poremećaji koji su na granici između fiziološkog i patološkog.

Restrukturiranje neuroendokrinog sistema u pubertetu je takođe povezano sa promenama u homeostazi. Međutim, funkcije izvršnih organa (bubrezi, pluća) u ovom uzrastu dostižu svoj maksimalni stepen zrelosti, pa su teški sindromi ili bolesti homeostaze rijetki, ali se češće radi o kompenziranim promjenama metabolizma, koje se jedino mogu otkriti. biohemijskom analizom krvi. U klinici je za karakterizaciju homeostaze kod djece potrebno ispitati sljedeće pokazatelje: hematokrit, ukupni osmotski tlak, natrijum, kalij, šećer, bikarbonate i ureu u krvi, kao i pH krvi, pO 2 i pCO 2.

Osobine homeostaze u starijoj i senilnoj dobi

Osobine homeostaze u starijoj i senilnoj dobi. Isti nivo homeostatskih vrijednosti u različitim starosnim periodima održava se zbog različitih pomaka u sistemima njihove regulacije. Na primjer, konstantnost krvnog tlaka u mladoj dobi održava se zbog većeg minutnog volumena i niskog ukupnog perifernog vaskularnog otpora, a kod starijih i senilnih - zbog većeg ukupnog perifernog otpora i smanjenja minutnog volumena srca. Starenjem organizma održava se konstantnost najvažnijih fizioloških funkcija u uslovima smanjenja pouzdanosti i smanjenja mogućeg raspona fizioloških promjena u homeostazi. Očuvanje relativne homeostaze sa značajnim strukturnim, metaboličkim i funkcionalnim promjenama postiže se činjenicom da istovremeno dolazi ne samo do izumiranja, poremećaja i degradacije, već i razvoja specifičnih adaptivnih mehanizama. Zbog toga se održava konstantan nivo šećera u krvi, pH krvi, osmotski pritisak, potencijal ćelijske membrane itd.

Promjene u mehanizmima neurohumoralne regulacije, povećanje osjetljivosti tkiva na djelovanje hormona i medijatora u pozadini slabljenja nervnih utjecaja, bitni su za održavanje homeostaze tokom procesa starenja.

Starenjem organizma značajno se mijenjaju rad srca, plućna ventilacija, izmjena plinova, funkcije bubrega, lučenje probavnih žlijezda, funkcija endokrinih žlijezda, metabolizam i dr. Ove promjene se mogu okarakterisati kao homeoreza – pravilna putanja (dinamika) promjena intenziteta metabolizma i fizioloških funkcija s godinama tokom vremena. Vrijednost toka starosnih promjena vrlo je važna za karakterizaciju procesa starenja osobe, određivanje njene biološke starosti.

U starijoj i senilnoj dobi smanjuje se opći potencijal adaptivnih mehanizama. Stoga se u starosti, s povećanim opterećenjima, stresom i drugim situacijama, povećava vjerojatnost poremećaja adaptivnih mehanizama i poremećaja homeostaze. Ovakvo smanjenje pouzdanosti mehanizama homeostaze jedan je od najvažnijih preduslova za nastanak patoloških poremećaja u starosti.

Jeste li kategorički nezadovoljni izgledom da nepovratno nestanete sa ovog svijeta? Želite li živjeti još jedan život? Početi iznova? Ispraviti greške ovog života? Ispuniti neostvarene snove? Pratite ovaj link:

Istorija razvoja doktrine homeostaze

K. Bernard i njegova uloga u razvoju doktrine unutrašnjeg okruženja

Po prvi put homeostatske procese u tijelu kao procese koji osiguravaju postojanost njegove unutrašnje sredine razmatrao je francuski prirodnjak i fiziolog C. Bernard sredinom 19. stoljeća. Sam termin homeostaza je predložio američki fiziolog W. Kennon tek 1929. godine.

U razvoju doktrine homeostaze, vodeću ulogu imala je ideja C. Bernarda da za živi organizam „zapravo postoje dva okruženja: jedno vanjsko okruženje u koje je organizam smješteno, drugo unutarnje okruženje. u kojem žive elementi tkiva.” Naučnik je 1878. formulisao koncept konstantnosti sastava i svojstava unutrašnjeg okruženja. Ključna ideja ovog koncepta bila je ideja da unutrašnja sredina nije samo krv, već i sve tečnosti plazme i blastoma koje potiču iz nje. „Unutrašnja sredina“, pisao je K. Bernard, „... formirana je od svih sastavnih dijelova krvi – azotnih i bezazotnih, proteina, fibrina, šećera, masti, itd.,… sa izuzetkom globule krvi, koje su već nezavisni organski elementi.”

Unutrašnja sredina obuhvata samo tečne komponente tela koje peru sve elemente tkiva, tj. krvna plazma, limfa i tkivna tečnost. K. Bernard je smatrao da je atribut unutrašnjeg okruženja „u direktnom kontaktu sa anatomskim elementima živog bića“. Napomenuo je da je prilikom proučavanja fizioloških svojstava ovih elemenata potrebno uzeti u obzir uslove za njihovo ispoljavanje i njihovu zavisnost od okoline.

Claude Bernard (1813-1878) Najveći francuski fiziolog, patolog, prirodnjak. Godine 1839. diplomirao je na Univerzitetu u Parizu. Godine 1854–1868 vodio je Odsjek za opštu fiziologiju Univerziteta u Parizu, od 1868. godine - zaposlenik Prirodnjačkog muzeja. Član Pariške akademije (od 1854), njen potpredsjednik (1868) i predsjednik (1869), strani dopisni član Petrogradske akademije nauka (od 1860). Naučne studije C. Bernarda posvećene su fiziologiji nervnog sistema, varenju i cirkulaciji krvi. Zasluge naučnika u razvoju eksperimentalne fiziologije su velike. Provodio je klasične studije o anatomiji i fiziologiji gastrointestinalnog trakta, ulozi gušterače, metabolizmu ugljikohidrata, funkcijama probavnih sokova, otkrio stvaranje glikogena u jetri, proučavao inervaciju krvnih žila, vazokonstrikcijski učinak simpatikusa. nervi itd. Jedan od tvoraca doktrine homeostaze uveo je koncept unutrašnjeg okruženja tijela. Postavio je temelje farmakologije i toksikologije. Pokazao je zajedništvo i jedinstvo niza vitalnih pojava u životinjama i biljkama.

Naučnik je s pravom vjerovao da su manifestacije života posljedica sukoba između postojećih sila tijela (ustava) i utjecaja vanjskog okruženja. Vitalni sukob u tijelu manifestira se u obliku dvaju suprotnih i dijalektički povezanih fenomena: sinteze i propadanja. Kao rezultat ovih procesa, tijelo se prilagođava, odnosno prilagođava, uvjetima okoline.

Analiza radova K. Bernarda omogućava nam da zaključimo da svi fiziološki mehanizmi, ma koliko različiti bili, služe održavanju postojanosti životnih uslova u unutrašnjem okruženju. „Stalnost unutrašnjeg okruženja uslov je slobodnog, nezavisnog života. To se postiže procesom koji u unutrašnjem okruženju održava sve uslove neophodne za život elemenata. Konstantnost okoline pretpostavlja takvo savršenstvo organizma, u kojem bi vanjske varijable u svakom trenutku bile kompenzirane i uravnotežene. Za tečni medij utvrđeni su glavni uvjeti za njegovo stalno održavanje: prisustvo vode, kisika, hranjivih tvari i određena temperatura.

Nezavisnost života od spoljašnje sredine, o kojoj je govorio K. Bernard, veoma je relativna. Unutrašnje okruženje je usko povezano sa spoljašnjim. Štaviše, zadržala je mnoga svojstva primarne sredine u kojoj je život nekada nastao. Živa bića su, takoreći, zatvorila morsku vodu u sistem krvnih žila i pretvorila stalno promenljivo spoljašnje okruženje u unutrašnje okruženje, čija je postojanost zaštićena posebnim fiziološkim mehanizmima.

Glavna funkcija unutrašnjeg okruženja je da dovede "organske elemente u odnos jedni sa drugima i sa spoljašnjim okruženjem". K. Bernard je objasnio da postoji stalna razmjena tvari između unutrašnje sredine i ćelija tijela zbog njihovih kvalitativnih i kvantitativnih razlika unutar i izvan ćelija. Unutrašnju sredinu stvara sam organizam, a postojanost njenog sastava održavaju organi probave, disanja, izlučivanja itd., čija je glavna funkcija da „pripreme zajedničku hranljivu tečnost“ za ćelije tijelo. Aktivnost ovih organa reguliše nervni sistem i uz pomoć „posebno proizvedenih supstanci“. Ovo „sastoji neprekinuti krug međusobnih uticaja koji formiraju životnu harmoniju“.

Tako je u drugoj polovini 19. veka C. Bernard dao ispravnu naučnu definiciju unutrašnje sredine tela, izdvojio njene elemente, opisao sastav, svojstva, evoluciono poreklo i istakao njen značaj u obezbeđivanju života tela. tijelo.

Doktrina homeostaze W. Kennona

Za razliku od K. Bernarda, čiji su se zaključci zasnivali na širokim biološkim generalizacijama, W. Kennon je do zaključka o važnosti postojanosti unutrašnjeg okruženja tijela došao drugom metodom: na osnovu eksperimentalnih fizioloških studija. Naučnik je skrenuo pažnju na činjenicu da život životinje i osobe, uprkos prilično čestim štetnim efektima, teče normalno dugi niz godina.

američki fiziolog. Rođen u Prairie-du-Chine (Wisconsin), 1896. diplomirao je na Univerzitetu Harvard. Godine 1906–1942 - Profesor fiziologije na Višoj školi Harvard, strani počasni član Akademije nauka SSSR (od 1942). Glavni naučni radovi posvećeni su fiziologiji nervnog sistema. Otkrio je ulogu adrenalina kao simpatičkog transmitera i formulisao koncept simpatičko-nadbubrežnog sistema. Otkrio je da kada se stimuliraju simpatička nervna vlakna, u njihovim se završecima oslobađa simpatin - supstanca koja je po svom djelovanju slična adrenalinu. Jedan od tvoraca doktrine homeostaze, koju je iznio u svom djelu "Mudrost tijela" (1932). Ljudsko tijelo je smatrao samoregulirajućim sistemom sa vodećom ulogom autonomnog nervnog sistema.

W. Kennon je primijetio da se stalna stanja koja se održavaju u tijelu mogu nazvati balans. Međutim, ovoj riječi je već ranije pripisivano sasvim određeno značenje: označava najvjerovatnije stanje izolovanog sistema, u kojem su sve poznate sile međusobno uravnotežene, dakle, u ravnotežnom stanju, parametri sistema ne zavise od vrijeme, a u sistemu nema tokova materije ili energije. U tijelu se neprestano odvijaju složeni koordinirani fiziološki procesi koji osiguravaju stabilnost njegovih stanja. Primjer je koordinirana aktivnost mozga, nerava, srca, pluća, bubrega, slezene i drugih unutrašnjih organa i sistema. Stoga je W. Kennon predložio posebnu oznaku za takve države - homeostaza. Ova riječ uopće ne podrazumijeva nešto zamrznuto i nepomično. To znači stanje koje se može promijeniti, ali i dalje ostati relativno konstantno.

Termin homeostaza nastalo od dve grčke reči: homoios slično, slično i stasis- stoji mirno. U tumačenju ovog pojma, W. Kennon je naglasio da riječ stasis podrazumijeva ne samo stabilno stanje, već i stanje koje dovodi do ovog fenomena, i riječi homoios ukazuje na sličnost i sličnost pojava.

Koncept homeostaze, prema W. Kennonu, uključuje i fiziološke mehanizme koji osiguravaju stabilnost živih bića. Ovu posebnu stabilnost ne karakteriše stabilnost procesa, naprotiv, oni su dinamični i stalno se mijenjaju, međutim, u uvjetima "norme" fluktuacije fizioloških parametara su prilično ograničene.

Kasnije je W. Kennon pokazao da svi metabolički procesi i glavni uslovi u kojima se odvijaju najvažnije vitalne funkcije organizma - tjelesna temperatura, koncentracija glukoze i mineralnih soli u krvnoj plazmi, pritisak u žilama - variraju unutar vrlo uske granice u blizini određenih prosječnih vrijednosti - fiziološke konstante. Održavanje ovih konstanti u tijelu je preduvjet za postojanje.

W. Kennon je izdvojio i klasifikovao glavne komponente homeostaze. Pozvao se na njih materijala koji zadovoljavaju ćelijske potrebe(materijali neophodni za rast, popravku i reprodukciju - glukoza, proteini, masti; voda; hloridi natrijuma, kalijuma i druge soli; kiseonik; regulatorna jedinjenja), i fizičkih i hemijskih faktora koji utiču na staničnu aktivnost (osmotski pritisak, temperatura, koncentracija vodikovih jona, itd.). U sadašnjoj fazi razvoja znanja o homeostazi, ova klasifikacija je dopunjena mehanizmi koji obezbeđuju strukturnu postojanost unutrašnje sredine tela i strukturni i funkcionalni integritet cijeli organizam. To uključuje:

a) nasljednost;
b) regeneraciju i reparaciju;
c) imunobiološka reaktivnost.

uslovima automatski održavanje homeostaze, prema W. Kennonu, su:

– besprijekorno funkcionišući alarmni sistem koji obavještava centralne i periferne regulatorne uređaje o svim promjenama koje ugrožavaju homeostazu;
- prisustvo korektivnih uređaja koji blagovremeno stupaju na snagu i odlažu nastanak ovih promjena.

E.Pfluger, Sh.Richet, I.M. Sechenov, L. Frederick, D. Haldane i drugi istraživači koji su radili na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće također su pristupili ideji postojanja fizioloških mehanizama koji osiguravaju stabilnost tijela i koristili su svoju terminologiju. Međutim, termin homeostaza, koju je predložio W. Kennon za karakterizaciju stanja i procesa koji stvaraju takvu sposobnost.

Za biološke nauke, u razumijevanju homeostaze prema W. Kennonu, dragocjeno je da se živi organizmi smatraju otvorenim sistemima koji imaju mnogo veza sa okolinom. Ove veze se odvijaju preko organa za disanje i varenje, površinskih receptora, nervnog i mišićnog sistema itd. Promene u okruženju direktno ili indirektno utiču na ove sisteme, izazivajući odgovarajuće promene u njima. Međutim, ovi efekti obično nisu praćeni velikim odstupanjima od norme i ne uzrokuju ozbiljne poremećaje u fiziološkim procesima.

Doprinos L.S. Stern u razvoju ideja o homeostazi

Ruski fiziolog, akademik Akademije nauka SSSR-a (od 1939). Rođen u Libavi (Litvanija). Godine 1903. diplomirala je na Univerzitetu u Ženevi i tamo radila do 1925. godine. Godine 1925–1948 - Profesor 2. Moskovskog medicinskog instituta i ujedno direktor Instituta za fiziologiju Akademije nauka SSSR-a. Od 1954. do 1968. bila je zadužena za odeljenje za fiziologiju Instituta za biofiziku Akademije nauka SSSR. Radovi L.S. Stern su posvećeni proučavanju hemijskih osnova fizioloških procesa koji se odvijaju u različitim delovima centralnog nervnog sistema. Proučavala je ulogu katalizatora u procesu biološke oksidacije, predložila metodu za uvođenje lijekova u likvor u liječenju određenih bolesti.

Istovremeno sa W. Cannonom 1929. godine u Rusiji, ruski fiziolog L.S. Stern. “Za razliku od najjednostavnijih, kod složenijih višećelijskih organizama razmjena sa okolinom odvija se kroz takozvanu sredinu, iz koje pojedina tkiva i organi crpe materijal koji im je potreban i u koji izlučuju produkte svog metabolizma. ... Kako se pojedini dijelovi tijela (organi i tkiva) razlikuju i razvijaju, svaki organ, svako tkivo mora stvoriti i razviti svoj neposredni hranljivi medij, čiji sastav i svojstva moraju odgovarati strukturnim i funkcionalnim osobinama ovog organa. . Ovo neposredno hranljivo ili intimno okruženje mora imati određenu postojanost da bi se osiguralo normalno funkcionisanje opranog organa. ... Neposredna hranljiva podloga pojedinih organa i tkiva je međućelijska ili tkivna tečnost.

L.S. Stern je utvrdio važnost postojanosti sastava i svojstava ne samo krvi, već i tkivne tekućine za normalnu aktivnost organa i tkiva. Ona je pokazala postojanje histohematskih barijera- fiziološke barijere koje razdvajaju krv i tkiva. Ove formacije se, prema njenom mišljenju, sastoje od kapilarnog endotela, bazalne membrane, vezivnog tkiva, ćelijskih lipoproteinskih membrana. Selektivna propusnost barijera doprinosi očuvanju homeostaze i poznate specifičnosti unutrašnje sredine neophodne za normalno funkcionisanje određenog organa ili tkiva. Predloženo i dobro obrazloženo od strane L.S. Sternova teorija mehanizama barijera je fundamentalno novi doprinos proučavanju unutrašnjeg okruženja.

Histohematski , ili vaskularnog tkiva , barijera - ovo je, u suštini, fiziološki mehanizam koji određuje relativnu postojanost sastava i svojstava sopstvenog okruženja organa i ćelije. Obavlja dvije važne funkcije: regulatornu i zaštitnu, tj. osigurava regulaciju sastava i svojstava vlastitog okruženja organa i ćelije i štiti ga od unosa tvari iz krvi koje su strance ovom organu ili cijelom organizmu.

Histohematske barijere prisutne su u gotovo svim organima i imaju odgovarajuće nazive: hematoencefalna, hematooftalmološka, ​​hematolabirintna, hematolikvorna, hematolimfatička, hematopulmonalna i hematopleuralna, hematorenalna, kao i krvno-gonadna barijera (npr. hematotestikularna) itd.

Savremeni koncepti homeostaze

Ideja o homeostazi pokazala se veoma plodnom, i to tokom čitavog 20. veka. razvili su ga mnogi domaći i strani naučnici. Međutim, do sada ovaj koncept u biološkoj nauci nema jasnu terminološku definiciju. U naučnoj i obrazovnoj literaturi može se naći ili ekvivalentnost pojmova „unutrašnje okruženje“ i „homeostaza“, ili različito tumačenje pojma „homeostaza“.

Ruski fiziolog, akademik Akademije nauka SSSR (1966), redovni član Akademije medicinskih nauka SSSR (1945). Diplomirao na Lenjingradskom institutu za medicinsko znanje. Od 1921. godine radio je u Institutu za mozak pod rukovodstvom V.M. Bekhterev, 1922–1930. na VMA u laboratoriji I.P. Pavlova. Godine 1930–1934 Profesor Odeljenja za fiziologiju Medicinskog instituta Gorki. Godine 1934–1944 - šef odeljenja Svesaveznog instituta za eksperimentalnu medicinu u Moskvi. Godine 1944–1955 radio u Institutu za fiziologiju Akademije medicinskih nauka SSSR-a (od 1946. - direktor). Od 1950. - šef Neurofiziološke laboratorije Akademije medicinskih nauka SSSR-a, a zatim šef Odsjeka za neurofiziologiju Instituta za normalnu i patološku fiziologiju Akademije medicinskih nauka SSSR-a. Dobitnik Lenjinove nagrade (1972). Glavni radovi posvećeni su proučavanju aktivnosti tijela i posebno mozga na osnovu teorije funkcionalnih sistema koju je razvio. Primjena ove teorije na evoluciju funkcija omogućila je P.K. Anohin da formuliše koncept sistemogeneze kao opšteg obrasca evolucionog procesa.

Unutrašnje okruženje tela cijeli skup cirkulirajućih tjelesnih tekućina naziva se: krv, limfa, međućelijska (tkivna) tekućina, pranje stanica i strukturnih tkiva, koje učestvuju u metabolizmu, hemijskim i fizičkim transformacijama. Komponente unutrašnje sredine obuhvataju i intracelularnu tečnost (citosol), s obzirom da je ona direktno sredina u kojoj se odvijaju glavne reakcije ćelijskog metabolizma. Volumen citoplazme u tijelu odrasle osobe je oko 30 litara, volumen međustanične tekućine je oko 10 litara, a volumen krvi i limfe koji zauzimaju intravaskularni prostor je 4-5 litara.

U nekim slučajevima, termin "homeostaza" se koristi da se odnosi na postojanost unutrašnjeg okruženja i sposobnost tela da je obezbedi. Homeostaza je relativna dinamika, koja fluktuira u strogo određenim granicama, postojanost unutrašnje sredine i stabilnost (stabilnost) osnovnih fizioloških funkcija organizma. U drugim slučajevima, pod homeostazom se podrazumijevaju fiziološki procesi ili kontrolni sistemi koji reguliraju, koordiniraju i ispravljaju vitalnu aktivnost tijela kako bi se održalo stabilno stanje.

Dakle, definiciji pojma homeostaze pristupa se sa dvije strane. S jedne strane, homeostaza se posmatra kao kvantitativna i kvalitativna konstantnost fizičko-hemijskih i bioloških parametara. S druge strane, homeostaza se definira kao skup mehanizama koji održavaju postojanost unutrašnjeg okruženja tijela.

Analiza dostupnih definicija u biološkoj i referentnoj literaturi omogućila je izdvajanje najvažnijih aspekata ovog koncepta i formulisanje opšte definicije: homeostaza je stanje relativne dinamičke ravnoteže sistema koje održavaju mehanizmi samoregulacije. Ova definicija ne samo da uključuje znanje o relativnosti postojanosti unutrašnjeg okruženja, već i pokazuje važnost homeostatskih mehanizama bioloških sistema koji obezbeđuju tu postojanost.

Vitalne funkcije tijela uključuju homeostatske mehanizme vrlo različite prirode i djelovanja: nervni, humoralno-hormonski, barijerski, koji kontrolišu i održavaju postojanost unutrašnje sredine i djeluju na različitim nivoima.

Princip rada homeostatskih mehanizama

Princip rada homeostatskih mehanizama koji osiguravaju regulaciju i samoregulaciju na različitim nivoima organizacije žive materije opisao je G.N. Kassil. Postoje sljedeći nivoi regulacije:

1) submolekularni;
2) molekularni;
3) subcelularni;
4) ćelijski;
5) tečnost (unutrašnja sredina, humoralno-hormonsko-jonski odnosi, barijerne funkcije, imunitet);
6) tkivo;
7) nervni (centralni i periferni nervni mehanizmi, neurohumoralno-hormonsko-barijerni kompleks);
8) organski;
9) populacija (populacije ćelija, višećelijski organizmi).

Treba uzeti u obzir elementarni homeostatski nivo bioloških sistema organizam. U njenim granicama izdvaja se niz drugih: citogenetska, somatska, ontogenetska i funkcionalna (fiziološka) homeostaza, somatska genostaza.

Citogenetska homeostaza kao morfološka i funkcionalna prilagodljivost izražava kontinuirano restrukturiranje organizama u skladu sa uslovima postojanja. Direktno ili indirektno, funkcije takvog mehanizma obavlja nasljedni aparat ćelije (geni).

Somatska homeostaza- pravac ukupnih pomaka u funkcionalnoj aktivnosti organizma da se uspostavi najoptimalniji odnos sa okolinom.

Ontogenetska homeostaza- to je individualni razvoj organizma od formiranja zametne ćelije do smrti ili prestanka postojanja u prijašnjem kvalitetu.

Ispod funkcionalna homeostaza razumiju optimalnu fiziološku aktivnost različitih organa, sistema i cijelog organizma u specifičnim uslovima sredine. Zauzvrat, uključuje: metaboličku, respiratornu, digestivnu, ekskretornu, regulatornu (obezbeđivanje optimalnog nivoa neurohumoralne regulacije u datim uslovima) i psihološku homeostazu.

Somatska genostaza je kontrola nad genetskom postojanošću somatskih ćelija koje čine pojedinačni organizam.

Moguće je razlikovati cirkulatornu, motoričku, senzornu, psihomotornu, psihološku, pa i informacionu homeostazu, koja osigurava optimalan odgovor organizma na dolaznu informaciju. Odvojeno, izdvaja se patološki nivo - bolesti homeostaze, tj. poremećaj homeostatskih mehanizama i regulatornih sistema.

Hemostaza kao adaptivni mehanizam

Hemostaza je vitalni kompleks složenih međusobno povezanih procesa, sastavni dio adaptivnog mehanizma organizma. S obzirom na posebnu ulogu krvi u održavanju osnovnih parametara organizma, izdvaja se kao samostalna vrsta homeostatskih reakcija.

Glavna komponenta hemostaze je složen sistem adaptivnih mehanizama koji osigurava fluidnost krvi u žilama i njenu koagulaciju u slučaju kršenja njihovog integriteta. Međutim, hemostaza ne samo da održava tečno stanje krvi u žilama, otpornost zidova krvnih žila i zaustavlja krvarenje, već utiče i na hemodinamiku i vaskularnu permeabilnost, učestvuje u zacjeljivanju rana, u razvoju upalnih i imunoloških reakcija i povezana je sa nespecifičnom otpornošću organizma.

Sistem hemostaze je u funkcionalnoj interakciji sa imunološkim sistemom. Ova dva sistema čine jedan humoralni odbrambeni mehanizam čije su funkcije povezane, s jedne strane, za borbu za čistoću genetskog koda i prevenciju raznih bolesti, as druge strane za održavanje tečnog stanja. krvi u krvotoku i zaustavljanje krvarenja u slučaju kršenja integriteta krvnih žila. Njihovu funkcionalnu aktivnost reguliraju nervni i endokrini sistemi.

Prisustvo zajedničkih mehanizama za „uključivanje“ odbrambenih sistema organizma – imunološkog, koagulacionog, fibrinolitičkog, itd. – omogućava nam da ih posmatramo kao jedinstven strukturno i funkcionalno definisan sistem.

Njegove karakteristike su: 1) kaskadni princip sekvencijalnog uključivanja i aktivacije faktora do stvaranja konačnih fiziološki aktivnih supstanci: trombina, plazmina, kinina; 2) mogućnost aktivacije ovih sistema u bilo kom delu vaskularnog korita; 3) opšti mehanizam za uključivanje sistema; 4) povratne informacije u mehanizmu interakcije ovih sistema; 5) postojanje uobičajenih inhibitora.

Osiguravanje pouzdanosti funkcionisanja sistema hemostaze, kao i drugih bioloških sistema, vrši se u skladu sa opštim principom pouzdanosti. To znači da se pouzdanost sistema postiže redundantnošću upravljačkih elemenata i njihovom dinamičkom interakcijom, dupliciranjem funkcija ili zamjenjivosti upravljačkih elemenata sa savršenim brzim povratkom u prethodno stanje, sposobnošću dinamičke samoorganizacije i traženjem stabilnog. države.

Cirkulacija tečnosti između ćelijskih i tkivnih prostora, kao i krvnih i limfnih sudova

Ćelijska homeostaza

Najvažnije mjesto u samoregulaciji i očuvanju homeostaze zauzima ćelijska homeostaza. Takođe se zove autoregulacija ćelije.

Ni hormonski ni nervni sistem u osnovi nisu sposobni da se nose sa zadatkom održavanja konstantnosti sastava citoplazme pojedine ćelije. Svaka ćelija višećelijskog organizma ima svoj mehanizam autoregulacije procesa u citoplazmi.

Vodeće mjesto u ovoj regulaciji pripada vanjskoj citoplazmatskoj membrani. Osigurava prijenos kemijskih signala u i iz ćelije, mijenjajući njenu permeabilnost, učestvuje u regulaciji sastava elektrolita ćelije i funkcionira kao biološke "pumpe".

Homeostati i tehnički modeli homeostatskih procesa

Poslednjih decenija problem homeostaze se razmatra sa stanovišta kibernetike – nauke o svrsishodnoj i optimalnoj kontroli složenih procesa. Biološki sistemi kao što su ćelije, mozgovi, organizmi, populacije, ekosistemi funkcionišu po istim zakonima.

Ludwig von Bertalanffy (1901–1972) Austrijski teorijski biolog, tvorac "opšte teorije sistema". Od 1949. radio je u SAD-u i Kanadi. Pristupajući biološkim objektima kao organizovanim dinamičkim sistemima, Bertalanffy je dao detaljnu analizu kontradiktornosti između mehanizma i vitalizma, nastanka i razvoja ideja o integritetu organizma i, na osnovu potonjeg, formiranja sistemskih koncepata u biologiji. Bertalanffy je odgovoran za brojne pokušaje primjene "organizma" pristupa (tj. pristupa sa stanovišta integriteta) u proučavanju disanja tkiva i odnosa između metabolizma i rasta kod životinja. Metoda koju je naučnik predložio za analizu otvorenih ekvifinalnih (u cilju cilja) sistema omogućila je široku upotrebu ideja termodinamike, kibernetike i fizičke hemije u biologiji. Njegove ideje našle su primjenu u medicini, psihijatriji i drugim primijenjenim disciplinama. Kao jedan od pionira sistemskog pristupa, naučnik je izneo prvi generalizovan koncept sistema u modernoj nauci, čiji su zadaci da razvije matematički aparat za opisivanje različitih tipova sistema, da uspostavi izomorfizam zakona u različitim oblastima. znanja i traženje sredstava za integraciju nauke („Opšta teorija sistema“, 1968). Ovi zadaci su, međutim, realizovani samo u odnosu na određene tipove otvorenih bioloških sistema.

Osnivač teorije upravljanja živim objektima je N. Wiener. Osnova njegovih ideja je princip samoregulacije - automatsko održavanje konstantnosti ili promjene prema traženom zakonu reguliranog parametra. Međutim, mnogo prije N. Wienera i W. Kennona, ideju automatskog upravljanja iznio je I.M. Sečenov: „...u životinjskom tijelu regulatori mogu biti samo automatski, tj. biti pokrenuti promijenjenim uslovima u stanju ili toku mašine (organizma) i razviti aktivnosti kojima se te nepravilnosti otklanjaju. U ovoj frazi, postoji indikacija potrebe za direktnim i povratnim odnosima koji su u osnovi samoregulacije.

Ideju o samoregulaciji u biološkim sistemima produbio je i razvio L. Bertalanffy, koji je biološki sistem shvatio kao „uređeni skup međusobno povezanih elemenata“. Takođe je razmatrao opšti biofizički mehanizam homeostaze u kontekstu otvorenih sistema. Na osnovu teorijskih ideja L. Bertalanffyja u biologiji, razvio se novi pravac, tzv. sistemski pristup. Stavove L. Bertalanffyja dijelili su i V.N. Novoselcev, koji je problem homeostaze predstavio kao problem kontrole tokova supstanci i energije koje otvoreni sistem razmenjuje sa okolinom.

Prvi pokušaj modeliranja homeostaze i uspostavljanja mogućih mehanizama za njenu kontrolu pripada W.R. Ashby. Dizajnirao je vještački samoregulirajući uređaj nazvan "homeostat". Homeostat U.R. Ashby je bio sistem potenciometrijskih kola i reprodukovao je samo funkcionalne aspekte fenomena. Ovaj model nije mogao na odgovarajući način odraziti suštinu procesa u osnovi homeostaze.

Sljedeći korak u razvoju homeostatike napravio je S. Beer, koji je ukazao na dvije nove temeljne tačke: hijerarhijski princip izgradnje homeostatskih sistema za upravljanje složenim objektima i princip preživljavanja. S. Beer je pokušao da primeni određene homeostatske principe u praktičnom razvoju organizovanih kontrolnih sistema, otkrio je neke kibernetičke analogije između živog sistema i složene proizvodnje.

Kvalitativno nova faza u razvoju ovog pravca nastupila je nakon stvaranja formalnog modela homeostata od strane Yu.M. Gorsky. Njegovi stavovi su formirani pod uticajem naučnih ideja G. Selyea, koji je tvrdio da „...ako je moguće uključiti kontradikcije u modele koji odražavaju rad živih sistema, pa čak i u isto vreme razumeti zašto priroda, stvarajući živa bića, krenulo ovim putem, ovo će biti novi proboj u tajne živog sa velikim praktičnim rezultatom.

Fiziološka homeostaza

Fiziološku homeostazu održava autonomni i somatski nervni sistem, kompleks humoralno-hormonskih i ionskih mehanizama koji čine fizičko-hemijski sistem organizma, kao i ponašanje, u čemu igraju ulogu i nasledni oblici i stečeno individualno iskustvo. je super.

Ideja o vodećoj ulozi autonomnog nervnog sistema, posebno njegovog simpatoadrenalnog odjela, razvijena je u radovima E. Gelgorna, B.R. Hess, W. Kennon, L.A. Orbeli, A.G. Ginjecinski i dr. Organizaciona uloga nervnog aparata (princip nervizma) leži u osnovi ruske fiziološke škole I.P. Pavlova, I.M. Sechenov, A.D. Speranski.

Humoralno-hormonske teorije (princip humoralizma) razvijene su u inostranstvu u radovima G. Dalea, O. Levyja, G. Selyea, C. Sheringtona i dr. Ruski naučnici I.P. Razenkov i L.S. Stern.

Akumulirani kolosalan činjenični materijal koji opisuje različite manifestacije homeostaze u živim, tehničkim, društvenim i ekološkim sistemima zahtijeva proučavanje i razmatranje sa jedinstvenog metodološkog stanovišta. Teorija ujedinjenja koja je bila u stanju da kombinuje sve različite pristupe razumevanju mehanizama i manifestacija homeostaze bila je teorija funkcionalnih sistema kreirao P.K. Anokhin. Naučnik se u svojim stavovima zasnivao na idejama N. Wienera o samoorganizirajućim sistemima.

Savremena naučna saznanja o homeostazi celog organizma zasnivaju se na shvatanju iste kao prijateljske i koordinisane samoregulišuće ​​aktivnosti različitih funkcionalnih sistema, koju karakterišu kvantitativne i kvalitativne promene njihovih parametara tokom fizioloških, fizičkih i hemijskih procesa.

Mehanizam održavanja homeostaze liči na klatno (vagu). Prije svega, citoplazma ćelije treba imati konstantan sastav - homeostazu 1. faze (vidi dijagram). To osiguravaju mehanizmi homeostaze 2. faze - cirkulirajuće tekućine, unutrašnje okruženje. Zauzvrat, njihova homeostaza je povezana sa vegetativnim sistemima za stabilizaciju sastava ulaznih supstanci, tečnosti i gasova i oslobađanje krajnjih produkata metabolizma - faza 3. Dakle, temperatura, sadržaj vode i koncentracija elektrolita, kiseonika i ugljen-dioksida, a količina nutrijenata se održava na relativno konstantnom nivou.i izlučenih metaboličkih proizvoda.

Četvrti korak u održavanju homeostaze je ponašanje. Osim svrsishodnih reakcija, uključuje emocije, motivaciju, pamćenje i razmišljanje. Četvrta faza aktivno stupa u interakciju sa prethodnom, nadograđuje je i utiče na nju. Kod životinja se ponašanje izražava u izboru hrane, hranilišta, mjesta gniježđenja, dnevnih i sezonskih migracija itd., čija je suština želja za mirom, uspostavljanjem poremećene ravnoteže.

Dakle, homeostaza je:

1) stanje unutrašnje sredine i njena svojstva;
2) skup reakcija i procesa koji održavaju postojanost unutrašnjeg okruženja;
3) sposobnost organizma da se odupre promenama u životnoj sredini;
4) uslov postojanja, slobode i nezavisnosti života: „Postojanost unutrašnje sredine je uslov za slobodan život“ (K. Bernard).

Budući da je pojam homeostaze ključan u biologiji, treba ga spomenuti prilikom izučavanja svih školskih predmeta: "Botanika", "Zoologija", "Opća biologija", "Ekologija". Ali, naravno, glavnu pažnju treba posvetiti otkrivanju ovog koncepta u okviru predmeta „Čovjek i njegovo zdravlje“. Evo nekoliko primjera tema koje se mogu proučavati koristeći materijale članka. „Orgulje. Organski sistemi, organizam u cjelini. "Nervna i humoralna regulacija funkcija u tijelu". „Unutrašnje okruženje tela. Krv, limfa, tkivna tečnost. Sastav i svojstva krvi. "Cirkulacija". "Dah". Metabolizam kao glavna funkcija organizma. "Izolacija". "Termoregulacija".