Zašto je homeostaza dinamična? Homeostaza njen biološki značaj

Povijest razvoja učenja o homeostazi

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Doktrina homeostaze W. Cannona

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

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

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

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

Kasnije je W. Cannon pokazao da svi metabolički procesi i osnovni uvjeti pod kojima se odvijaju najvažnije vitalne funkcije organizma - tjelesna temperatura, koncentracija glukoze i mineralnih soli u krvnoj plazmi, tlak u krvnim žilama - variraju unutar vrlo uske granice blizu određenih prosječnih vrijednosti - fiziološke konstante Održavanje tih konstanti u tijelu je preduvjet za postojanje.

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

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

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

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

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

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

Doprinos L.S. Sterna u razvoju ideja o homeostazi

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

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

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

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

Suvremene ideje o homeostazi

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

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

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

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

Analiza dostupnih definicija u biološkoj i referentnoj literaturi omogućila je isticanje najvažnijih aspekata ovog koncepta i formuliranje opće definicije: homeostaza je stanje relativne dinamičke ravnoteže sustava, održavano putem mehanizama samoregulacije. Ova definicija ne samo da uključuje znanje o relativnosti postojanosti unutarnjeg okoliša, već također pokazuje važnost homeostatskih mehanizama bioloških sustava koji osiguravaju tu postojanost.

Vitalne funkcije tijela uključuju homeostatske mehanizme vrlo različite prirode i djelovanja: živčani, humoralno-hormonalni, barijerni, koji kontroliraju i osiguravaju postojanost unutarnjeg okoliša i djeluju na različitim razinama.

Princip rada homeostatskih mehanizama

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Hemostaza kao adaptivni mehanizam

Hemostaza je vitalni sklop složenih međusobno povezanih procesa, sastavni dio adaptivnog mehanizma organizma. Zbog posebne uloge krvi u održavanju osnovnih parametara tijela, izdvaja se kao samostalna vrsta homeostatskih reakcija.

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

Hemostatski sustav je u funkcionalnoj interakciji s imunološkim sustavom. Ova dva sustava čine jedan humoralni zaštitni mehanizam, čije su funkcije povezane, s jedne strane, s borbom za čistoću genetskog koda i prevencijom raznih bolesti, as druge s održavanjem tekućeg stanja krv u krvožilnom sustavu i zaustavljanje krvarenja u slučaju kršenja integriteta krvnih žila. Njihovu funkcionalnu aktivnost reguliraju živčani i endokrini sustav.

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

Njegove značajke su: 1) kaskadni princip sekvencijalnog uključivanja i aktivacije čimbenika do stvaranja konačnih fiziološki aktivnih tvari: trombina, plazmina, kinina; 2) mogućnost aktiviranja ovih sustava u bilo kojem dijelu vaskularnog korita; 3) opći mehanizam za uključivanje sustava; 4) povratna sprega u mehanizmu interakcije ovih sustava; 5) postojanje zajedničkih inhibitora.

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

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

Stanična homeostaza

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

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

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

Homeostati i tehnički modeli homeostatskih procesa

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

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

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

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

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

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

Fiziološka homeostaza

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

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

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

Nakupljeni kolosalan činjenični materijal koji opisuje različite manifestacije homeostaze u živim, tehničkim, društvenim i ekološkim sustavima zahtijeva proučavanje i razmatranje s jedinstvene metodološke pozicije. Objedinjujuća teorija koja je uspjela povezati sve različite pristupe razumijevanju mehanizama i manifestacija homeostaze postala je teorija funkcionalnih sustava, stvorio P.K. Anohin. U svojim pogledima, znanstvenik se temeljio na idejama N. Wienera o samoorganizirajućim sustavima.

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

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

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

Dakle, homeostaza je:

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

Pojam "homeostaza" dolazi od riječi "homeostasis", što znači "sila stabilnosti". Mnogi ljudi ne čuju za ovaj koncept često, ili čak uopće. Međutim, homeostaza je važan dio našeg života, usklađujući međusobno kontradiktorne uvjete. I to nije samo dio našeg života, homeostaza je važna funkcija našeg tijela.

Ako definiramo riječ homeostaza, čije je značenje regulacija najvažnijih sustava, onda je to sposobnost koja koordinira različite reakcije, omogućujući nam održavanje ravnoteže. Ovaj se koncept odnosi i na pojedinačne organizme i na čitave sustave.

Općenito, homeostaza se često raspravlja u biologiji. Da bi tijelo ispravno funkcioniralo i obavljalo potrebne radnje, potrebno je u njemu održavati strogu ravnotežu. To je potrebno ne samo za opstanak, već i kako bismo se mogli pravilno prilagoditi promjenama u okolišu i dalje razvijati.

Moguće je razlikovati vrste homeostaze potrebne za punopravno postojanje - ili, točnije, vrste situacija u kojima se to djelovanje manifestira.

• Nestabilnost. U ovom trenutku mi, odnosno naše unutarnje ja, dijagnosticiramo promjene i na temelju toga donosimo odluke o prilagodbi novim okolnostima.
• Ravnoteža. Sve naše unutarnje snage usmjerene su na održavanje ravnoteže.
• Nepredvidivo. Često sami sebe možemo iznenaditi poduzimanjem radnji koje nismo očekivali.

Sve te reakcije određene su činjenicom da svaki organizam na planeti želi preživjeti. Načelo homeostaze pomaže nam razumjeti okolnosti i donijeti važne odluke za održavanje ravnoteže.

Neočekivane odluke

Homeostaza je zauzela snažno mjesto ne samo u biologiji. Ovaj se izraz također aktivno koristi u psihologiji. U psihologiji, koncept homeostaze podrazumijeva naš odgovor na vanjske uvjete. Ipak, ovaj proces usko povezuje prilagodbu tijela i individualnu psihičku prilagodbu.

Sve na ovom svijetu teži ravnoteži i harmoniji, a individualni odnosi s okolinom teže harmonizaciji. I to se ne događa samo na fizičkoj, već i na mentalnoj razini. Možete dati sljedeći primjer: osoba se smije, ali onda mu je ispričana vrlo tužna priča, smijeh više nije prikladan. Tijelo i emocionalni sustav aktiviraju se homeostazom, pozivajući na ispravan odgovor – a vaš smijeh zamjenjuju suze.

Kao što vidimo, načelo homeostaze temelji se na uskoj vezi između fiziologije i psihologije. Međutim, načelo homeostaze povezano sa samoregulacijom ne može objasniti izvore promjena.

Homeostatski proces možemo nazvati procesom samoregulacije. I cijeli se taj proces odvija na podsvjesnoj razini. Naše tijelo ima potrebe na mnogim područjima, ali psihički kontakti igraju važnu ulogu. Osjećajući potrebu za kontaktom s drugim organizmima, osoba pokazuje svoju želju za razvojem. Ova podsvjesna želja pak odražava homeostatski nagon.

Vrlo često se takav proces u psihologiji naziva instinktom. Zapravo, ovo je vrlo ispravan naziv, jer su svi naši postupci instinkti. Ne možemo kontrolirati svoje želje, koje nam diktiraju instinkti. Često o tim željama ovisi naš opstanak ili uz njihovu pomoć tijelo traži ono što mu trenutno jako nedostaje.

Zamislite situaciju: skupina jelena pase nedaleko od usnulog lava. Odjednom se lav probudi i zariče, jeleni se razbježe. Sada zamislite sebe na mjestu srne. U njoj je proradio instinkt samoodržanja – pobjegla je. Mora trčati vrlo brzo kako bi spasila svoj život. To je psihološka homeostaza.

Ali prođe neko vrijeme i srna počinje gubiti snagu. Iako bi za njom mogao juriti lav, ona bi stala jer je potreba za disanjem u ovom trenutku bila važnija od potrebe za bijegom. To je instinkt samog tijela, fiziološka homeostaza. Dakle, mogu se razlikovati sljedeće vrste homeostaze:

• Prisilno.
• Spontano.

To što je srna počela trčati spontani je psihički poriv. Morala je preživjeti, a pobjegla je. A to što je stala da dođe do daha bila je prisila. Tijelo je prisililo životinju da se zaustavi, inače bi životni procesi mogli biti poremećeni.

Važnost homeostaze vrlo je važna za svaki organizam, kako psihički tako i fizički. Čovjek može naučiti živjeti u skladu sa sobom i okolinom ne slijedeći samo nagone instinkta. On samo treba ispravno vidjeti i razumjeti svijet oko sebe, kao i srediti svoje misli, postavljajući prioritete u pravi red. Autor: Lyudmila Mukhacheva

Tijelo viših životinja razvilo je prilagodbe koje se suprotstavljaju mnogim utjecajima vanjske okoline, osiguravajući relativno stalne uvjete za postojanje stanica. To je od iznimne važnosti za funkcioniranje cijelog organizma. To ilustriramo primjerima. Stanice tijela toplokrvnih životinja, tj. životinja s konstantnom tjelesnom temperaturom, normalno funkcioniraju samo u uskim temperaturnim granicama (kod čovjeka unutar 36-38°). Pomak temperature izvan tih granica dovodi do poremećaja aktivnosti stanica. U isto vrijeme, tijelo toplokrvnih životinja može normalno postojati s mnogo većim fluktuacijama vanjske temperature. Na primjer, polarni medvjed može živjeti na temperaturama od -70 ° i + 20-30 °. To je zbog činjenice da je u cijelom organizmu regulirana njegova izmjena topline s okolinom, odnosno stvaranje topline (intenzitet kemijskih procesa koji se odvijaju oslobađanjem topline) i prijenos topline. Stoga se pri niskim temperaturama okoline povećava stvaranje topline, a smanjuje prijenos topline. Stoga, kada vanjska temperatura varira (u određenim granicama), tjelesna temperatura ostaje konstantna.

Funkcije tjelesnih stanica normalne su samo kad je osmotski tlak relativno stalan, zbog stalnog sadržaja elektrolita i vode u stanicama. Promjene osmotskog tlaka - njegov pad ili porast - dovode do naglih poremećaja u funkciji i strukturi stanica. Organizam kao cjelina može opstati neko vrijeme i uz prekomjernu opskrbu i nedostatak vode, te uz velike i male količine soli u hrani. To se objašnjava prisutnošću u tijelu uređaja koji pomažu u održavanju
postojanost količine vode i elektrolita u tijelu. U slučaju prekomjernog unosa vode, znatne količine se brzo izlučuju iz tijela putem organa za izlučivanje (bubrezi, žlijezde znojnice, koža), a u slučaju nedostatka vode zadržava se u tijelu. Isto tako, organi za izlučivanje reguliraju sadržaj elektrolita u tijelu: brzo uklanjaju višak ili ga zadržavaju u tjelesnim tekućinama kada nema dovoljno soli.

Koncentracija pojedinih elektrolita u krvi i tkivnoj tekućini, s jedne strane, iu protoplazmi stanica, s druge strane, različita je. Krv i tkivna tekućina sadrže više iona natrija, a protoplazma stanica više iona kalija. Razlika u koncentraciji iona unutar i izvan stanice postiže se posebnim mehanizmom koji zadržava ione kalija unutar stanice i ne dopušta nakupljanje iona natrija u stanici. Ovaj mehanizam, čija priroda još nije jasna, naziva se natrij-kalijeva pumpa i povezuje se s procesom metabolizma stanica.

Tjelesne stanice su vrlo osjetljive na promjene u koncentraciji vodikovih iona. Promjena koncentracije tih iona u jednom ili drugom smjeru oštro narušava vitalnu aktivnost stanica. Unutarnji okoliš tijela karakterizira stalna koncentracija vodikovih iona, ovisno o prisutnosti tzv. puferskih sustava u krvi i tkivnoj tekućini (str. 48) te o aktivnosti organa za izlučivanje. Kada se sadržaj kiselina ili lužina u krvi poveća, one se brzo eliminiraju iz organizma i na taj način se održava konstantnost koncentracije vodikovih iona u unutarnjem okruženju.

Stanice, posebno živčane, vrlo su osjetljive na promjene u razini šećera u krvi, koji služi kao važan nutrijent. Stoga je postojanost razine šećera u krvi od velike važnosti za životni proces. To se postiže tako što se pri povećanju razine šećera u krvi u jetri i mišićima iz njega sintetizira polisaharid nataložen u stanicama, glikogen, a pri sniženju razine šećera dolazi do razgradnje glikogena u jetri i mišićima. a grožđani šećer se oslobađa u krv.

Konstantnost kemijskog sastava i fizikalno-kemijskih svojstava unutarnjeg okoliša važna je značajka organizama viših životinja. Za označavanje te postojanosti W. Cannon je predložio termin koji je postao široko rasprostranjen - homeostaza. Izraz homeostaze je prisutnost niza bioloških konstanti, tj. stabilnih kvantitativnih pokazatelja koji karakteriziraju normalno stanje tijela. Takvi stalni pokazatelji su: tjelesna temperatura, osmotski tlak krvi i tkivne tekućine, sadržaj iona natrija, kalija, kalcija, klora i fosfora, kao i proteina i šećera, koncentracija vodikovih iona i niz drugih.

Uzimajući u obzir postojanost sastava, fizikalno-kemijskih i bioloških svojstava unutarnje sredine, treba naglasiti da ona nije apsolutna, već relativna i dinamična. Ta se postojanost postiže neprekinutim radom niza organa i tkiva, uslijed čega dolazi do promjena u sastavu i fizikalno-kemijskim svojstvima unutarnje sredine do kojih dolazi pod utjecajem promjena vanjske sredine i kao rezultat vitalne aktivnosti tijela se izravnavaju.

Uloga različitih organa i njihovih sustava u održavanju homeostaze je različita. Dakle, probavni sustav osigurava da hranjive tvari uđu u krvotok u obliku u kojem ih stanice tijela mogu iskoristiti. Krvožilni sustav provodi kontinuirano kretanje krvi i transport raznih tvari u tijelu, uslijed čega se hranjive tvari, kisik i razni kemijski spojevi nastali u samom tijelu opskrbljuju stanicama, a produkti raspada, uključujući ugljični dioksid, oslobođene od stanica prenose se u organe koji ih uklanjaju iz tijela. Dišni organi osiguravaju opskrbu krvi kisikom i uklanjanje ugljičnog dioksida iz tijela. Jetra i niz drugih organa provode značajan broj kemijskih transformacija – sintezu i razgradnju mnogih kemijskih spojeva koji su važni u životu stanica. Organi za izlučivanje - bubrezi, pluća, žlijezde znojnice, koža - odstranjuju iz tijela krajnje produkte razgradnje organskih tvari i održavaju stalan sadržaj vode i elektrolita u krvi, a time i u tkivnoj tekućini i stanicama organizma. .

Živčani sustav igra ključnu ulogu u održavanju homeostaze. Osjetljivo reagirajući na različite promjene u vanjskom ili unutarnjem okolišu, regulira rad organa i sustava na način da se spriječe i izravnaju pomaci i poremećaji koji nastaju ili bi mogli nastati u organizmu.

Zahvaljujući razvoju uređaja koji osiguravaju relativnu postojanost unutarnjeg okruženja tijela, njegove su stanice manje osjetljive na promjenjive utjecaje vanjskog okruženja. Prema Cl. Bernarda, “stalnost unutarnjeg okruženja je uvjet za slobodan i neovisan život.”

Homeostaza ima određene granice. Kada organizam boravi, osobito dulje vrijeme, u uvjetima koji se bitno razlikuju od onih na koje je prilagođen, dolazi do poremećaja homeostaze i mogu nastati promjene koje nisu spojive s normalnim životom. Dakle, pri značajnoj promjeni vanjske temperature u smjeru povećanja ili pada, može doći do povećanja ili smanjenja tjelesne temperature te do pregrijavanja ili hlađenja tijela, što dovodi do smrti. Isto tako, kod značajnog ograničenja unosa vode i soli u tijelo ili potpunog uskraćivanja tih tvari, nakon nekog vremena dolazi do poremećaja relativne postojanosti sastava i fizikalno-kemijskih svojstava unutarnje sredine i prestanka života.

Visoka razina homeostaze javlja se samo u određenim fazama razvoja vrste i pojedinca. Niže životinje nemaju dovoljno razvijene prilagodbe za ublažavanje ili uklanjanje utjecaja promjena u vanjskom okolišu. Na primjer, relativna postojanost tjelesne temperature (homeotermija) održava se samo kod toplokrvnih životinja. U takozvanih hladnokrvnih životinja tjelesna temperatura je bliska temperaturi vanjskog okoliša i promjenjiva je (poikilotermija). Novorođena životinja nema istu postojanost tjelesne temperature, sastava i svojstava unutarnjeg okoliša kao odrasli organizam.

Čak i mali poremećaji homeostaze dovode do patologije, pa je od velike dijagnostičke važnosti određivanje relativno stalnih fizioloških pokazatelja, kao što su tjelesna temperatura, krvni tlak, sastav, fizikalno-kemijska i biološka svojstva krvi itd.

Homeostaza

Homeostaza, homeorez, homeomorfoza - karakteristike stanja organizma. Sustavna bit organizma očituje se prvenstveno u njegovoj sposobnosti samoregulacije u uvjetima okoliša koji se stalno mijenjaju. Budući da se svi organi i tkiva u tijelu sastoje od stanica, od kojih je svaka relativno samostalan organizam, stanje unutarnjeg okoliša ljudskog tijela od velike je važnosti za njegovo normalno funkcioniranje. Za ljudsko tijelo - kopneno biće - okoliš se sastoji od atmosfere i biosfere, dok je u određenoj mjeri u interakciji s litosferom, hidrosferom i noosferom. Istodobno, većina stanica ljudskog tijela uronjena je u tekući medij, koji je predstavljen krvlju, limfom i međustaničnom tekućinom. Samo pokrovna tkiva izravno komuniciraju s ljudskim okolišem; sve ostale stanice izolirane su od vanjskog svijeta, što omogućuje tijelu da u velikoj mjeri standardizira uvjete svog postojanja. Konkretno, sposobnost održavanja konstantne tjelesne temperature od oko 37 °C osigurava stabilnost metaboličkih procesa, budući da su sve biokemijske reakcije koje čine bit metabolizma vrlo ovisne o temperaturi. Jednako je važno održavati stalnu napetost kisika, ugljičnog dioksida, koncentraciju raznih iona itd. u tekućim medijima tijela. U normalnim uvjetima postojanja, uključujući tijekom prilagodbe i aktivnosti, pojavljuju se mala odstupanja ovih vrsta parametara, ali se brzo uklanjaju, a unutarnje okruženje tijela vraća se u stabilnu normu. Veliki francuski fiziolog 19.st. Claude Bernard je tvrdio: "Stalnost unutarnjeg okruženja neophodan je uvjet za slobodan život." Fiziološki mehanizmi koji osiguravaju održavanje stalne unutarnje okoline nazivaju se homeostazom, a sama pojava koja odražava sposobnost tijela da samoregulira unutarnju okolinu naziva se homeostaza. Ovaj pojam uveo je 1932. godine W. Cannon, jedan od onih fiziologa 20. stoljeća koji je uz N. A. Bernsteina, P. K. Anokhina i N. Wienera stajao u ishodištu znanosti o upravljanju - kibernetike. Pojam "homeostaza" koristi se ne samo u fiziološkim, već iu kibernetičkim istraživanjima, budući da je održavanje konstantnosti bilo koje karakteristike složenog sustava glavni cilj svakog upravljanja.

Još jedan izvanredan istraživač, K. Waddington, skrenuo je pozornost na činjenicu da je tijelo sposobno održavati ne samo stabilnost svog unutarnjeg stanja, već i relativnu postojanost dinamičkih karakteristika, tj. Tijek procesa tijekom vremena. Ovaj fenomen, po analogiji s homeostazom, nazvan je homeorez. Ona je od posebne važnosti za organizam koji raste i razvija se i sastoji se u činjenici da je organizam sposoban održati (naravno, u određenim granicama) “razvojni kanal” tijekom svojih dinamičkih preobrazbi. Konkretno, ako dijete zbog bolesti ili naglog pogoršanja životnih uvjeta uzrokovanih društvenim razlozima (rat, potres i sl.) znatno zaostaje za svojim vršnjacima koji se normalno razvijaju, to ne znači da je takvo zaostajanje pogubno i nepovratno. . Ako razdoblje nepovoljnih događaja završi i dijete dobije uvjete primjerene za razvoj, tada i u rastu i u stupnju funkcionalnog razvoja ubrzo sustiže svoje vršnjake iu budućnosti se od njih bitno ne razlikuje. To objašnjava činjenicu da djeca koja su u ranoj dobi preboljela tešku bolest često izrastu u zdrave odrasle osobe dobrih proporcija. Homeorez igra ključnu ulogu kako u kontroli ontogenetskog razvoja tako iu procesima prilagodbe. U međuvremenu, fiziološki mehanizmi homeoreze još nisu dovoljno proučeni.

Treći oblik samoregulacije postojanosti tijela je homeomorfoza - sposobnost održavanja stalne forme. Ova karakteristika je više karakteristična za odrasli organizam, budući da su rast i razvoj nespojivi s nepromjenjivošću oblika. Ipak, ako uzmemo u obzir kratka vremenska razdoblja, posebno tijekom razdoblja inhibicije rasta, tada se sposobnost homeomorfoze može naći kod djece. Stvar je u tome da u tijelu postoji stalna promjena generacija njegovih sastavnih stanica. Stanice ne žive dugo (jedina iznimka su živčane stanice): normalan životni vijek tjelesnih stanica je nekoliko tjedana ili mjeseci. Ipak, svaka nova generacija stanica gotovo točno ponavlja oblik, veličinu, položaj i, sukladno tome, funkcionalna svojstva prethodne generacije. Posebni fiziološki mehanizmi sprječavaju značajne promjene tjelesne težine u uvjetima posta ili prejedanja. Konkretno, tijekom posta probavljivost hranjivih tvari naglo se povećava, a tijekom prejedanja, naprotiv, većina proteina, masti i ugljikohidrata koji se unose hranom "sagorijevaju" bez ikakve koristi za tijelo. Dokazano je (N.A. Smirnova) da su kod odrasle osobe oštre i značajne promjene tjelesne težine (uglavnom zbog količine masti) u bilo kojem smjeru sigurni znakovi neuspjeha prilagodbe, prenaprezanja i ukazuju na funkcionalno loše stanje tijela. . Djetetovo tijelo postaje posebno osjetljivo na vanjske utjecaje u razdobljima najbržeg rasta. Povreda homeomorfoze je isti nepovoljan znak kao i povreda homeostaze i homeoreze.

Pojam bioloških konstanti. Tijelo je kompleks ogromnog broja različitih tvari. Tijekom života tjelesnih stanica koncentracija ovih tvari može se znatno promijeniti, što znači i promjenu unutarnjeg okoliša. Bilo bi nezamislivo da su tjelesni kontrolni sustavi bili prisiljeni pratiti koncentraciju svih tih tvari, t.j. imaju mnogo senzora (receptora), kontinuirano analiziraju trenutno stanje, donose kontrolne odluke i prate njihovu učinkovitost. Za takav način kontrole svih parametara ne bi bili dovoljni niti informacijski niti energetski resursi tijela. Stoga je tijelo ograničeno na praćenje relativno malog broja najvažnijih pokazatelja, koji se moraju održavati na relativno konstantnoj razini za dobrobit velike većine tjelesnih stanica. Ovi najstroži parametri homeostaze se time pretvaraju u "biološke konstante", a njihova nepromjenjivost je osigurana ponekad prilično značajnim fluktuacijama u drugim parametrima koji nisu klasificirani kao homeostaza. Dakle, razine hormona uključenih u regulaciju homeostaze mogu se promijeniti u krvi desetke puta ovisno o stanju unutarnjeg okoliša i utjecaju vanjskih čimbenika. Istovremeno se parametri homeostaze mijenjaju samo za 10-20%.

Najvažnije biološke konstante. Među najvažnijim biološkim konstantama, za čije su održavanje na relativno konstantnoj razini odgovorni različiti fiziološki sustavi organizma, treba spomenuti tjelesna temperatura, razina glukoze u krvi, sadržaj H+ iona u tjelesnim tekućinama, parcijalna napetost kisika i ugljičnog dioksida u tkivima.

Bolest kao znak ili posljedica poremećaja homeostaze. Gotovo sve ljudske bolesti povezane su s poremećajem homeostaze. Na primjer, kod mnogih zaraznih bolesti, kao iu slučaju upalnih procesa, homeostaza temperature u tijelu je oštro poremećena: javlja se groznica (groznica), ponekad opasna po život. Uzrok ovakvog poremećaja homeostaze može ležati kako u karakteristikama neuroendokrine reakcije tako i u poremećajima aktivnosti perifernih tkiva. U ovom slučaju, manifestacija bolesti - povišena temperatura - posljedica je kršenja homeostaze.

Tipično, febrilna stanja prate acidoza - kršenje acidobazne ravnoteže i pomak u reakciji tjelesnih tekućina na kiselu stranu. Acidoza je također karakteristična za sve bolesti povezane s pogoršanjem kardiovaskularnog i respiratornog sustava (bolesti srca i krvožilnog sustava, upalne i alergijske lezije bronhopulmonalnog sustava itd.). Acidoza često prati prve sate života novorođenčeta, osobito ako ono nije počelo normalno disati odmah nakon rođenja. Kako bi se uklonilo ovo stanje, novorođenče se stavlja u posebnu komoru s visokim sadržajem kisika. Metabolička acidoza tijekom teške mišićne aktivnosti može se pojaviti kod ljudi bilo koje dobi, a očituje se nedostatkom daha i pojačanim znojenjem, kao i bolovima u mišićima. Nakon završetka rada stanje acidoze može trajati od nekoliko minuta do 2-3 dana, ovisno o stupnju umora, kondiciji i djelotvornosti homeostatskih mehanizama.

Vrlo su opasne bolesti koje dovode do poremećaja homeostaze vode i soli, na primjer kolera, kod koje se iz tijela izlučuje ogromna količina vode i tkiva gube svoja funkcionalna svojstva. Mnoge bolesti bubrega također dovode do poremećaja homeostaze vode i soli. Kao posljedica nekih od ovih bolesti može se razviti alkaloza - prekomjerno povećanje koncentracije lužnatih tvari u krvi i porast pH (pomak na alkalnu stranu).

U nekim slučajevima manji, ali dugotrajni poremećaji homeostaze mogu uzrokovati razvoj određenih bolesti. Tako postoje dokazi da prekomjerna konzumacija šećera i drugih izvora ugljikohidrata koji remete homeostazu glukoze dovodi do oštećenja gušterače, zbog čega se razvija dijabetes. Opasna je i prekomjerna konzumacija kuhinjske i drugih mineralnih soli, ljutih začina i sl., koji povećavaju opterećenje izlučivanja. Bubrezi se možda neće moći nositi s obiljem tvari koje je potrebno ukloniti iz tijela, što dovodi do poremećaja homeostaze vode i soli. Jedna od njegovih manifestacija je edem - nakupljanje tekućine u mekim tkivima tijela. Uzrok edema obično leži ili u nedostatku kardiovaskularnog sustava ili u oštećenoj funkciji bubrega i, kao posljedicu, metabolizmu minerala.

Homeostaza je svaki samoregulirajući proces kojim biološki sustavi nastoje održati unutarnju stabilnost prilagođavajući se optimalnim uvjetima za preživljavanje. Ako je homeostaza uspješna, život se nastavlja; inače će se dogoditi katastrofa ili smrt. Ostvarena stabilnost zapravo je dinamička ravnoteža u kojoj se događaju kontinuirane promjene, ali prevladavaju relativno homogeni uvjeti.

Značajke i uloga homeostaze

Svaki sustav u dinamičkoj ravnoteži želi postići stabilno stanje, ravnotežu koja se opire vanjskim promjenama. Kada se takav sustav poremeti, ugrađeni regulacijski uređaji reagiraju na odstupanja i uspostavljaju novu ravnotežu. Ovaj proces je jedna od povratnih kontrola. Primjeri homeostatske regulacije su svi procesi integracije i koordinacije funkcija posredovani električnim krugovima i živčanim ili hormonalnim sustavima.

Drugi primjer homeostatske regulacije u mehaničkom sustavu je djelovanje regulatora sobne temperature ili termostata. Srce termostata je bimetalna traka koja reagira na promjene temperature dovršavanjem ili prekidanjem električnog kruga. Kada se prostorija ohladi, krug se prekida i uključuje se grijanje, a temperatura raste. Na određenoj razini krug se prekida, peć se zaustavlja i temperatura pada.

Međutim, biološki sustavi, koji imaju veću složenost, imaju regulatore koje je teško usporediti s mehaničkim uređajima.

Kao što je ranije navedeno, pojam homeostaza odnosi se na održavanje unutarnjeg okoliša tijela unutar uskih i strogo kontroliranih granica. Glavne funkcije važne za održavanje homeostaze su ravnoteža tekućine i elektrolita, regulacija kiseline, termoregulacija i metabolička kontrola.

Kontrola tjelesne temperature kod ljudi smatra se izvrsnim primjerom homeostaze u biološkom sustavu. Normalna temperatura ljudskog tijela je oko 37°C, no na to mogu utjecati razni čimbenici, uključujući hormone, brzinu metabolizma i bolesti koje uzrokuju pretjerano visoke ili niske temperature. Regulaciju tjelesne temperature kontrolira područje mozga koje se zove hipotalamus.

Povratne informacije o tjelesnoj temperaturi krvotokom se prenose do mozga i dovode do kompenzacijskih prilagodbi brzine disanja, razine šećera u krvi i brzine metabolizma. Gubitak topline kod ljudi uzrokovan je smanjenom aktivnošću, znojenjem i mehanizmima izmjene topline koji omogućuju cirkuliranje više krvi blizu površine kože.

Gubitak topline smanjuje se izolacijom, smanjenom cirkulacijom kože i kulturološkim promjenama poput korištenja odjeće, stanovanja i vanjskih izvora topline. Raspon između visoke i niske razine tjelesne temperature čini homeostatski plato - "normalni" raspon koji podržava život. Kako se približava bilo kojoj krajnosti, korektivna radnja (preko negativne povratne sprege) vraća sustav u normalni raspon.

Koncept homeostaze također se odnosi na uvjete okoliša. Prvi je predložio američki ekolog Robert MacArthur 1955., ideju da je homeostaza proizvod kombinacije bioraznolikosti i velikog broja ekoloških interakcija koje se događaju među vrstama.

Ta se pretpostavka smatrala konceptom koji bi mogao pomoći u objašnjenju postojanosti ekološkog sustava, odnosno njegove postojanosti kao posebne vrste ekosustava tijekom vremena. Od tada se koncept donekle promijenio i uključio neživu komponentu ekosustava. Izraz su koristili mnogi ekolozi za opisivanje uzajamnosti koja se javlja između živih i neživih komponenti ekosustava kako bi se održao status quo.

Hipoteza Gaia je model Zemlje koji je predložio engleski znanstvenik James Lovelock koji različite žive i nežive sastavne dijelove promatra kao komponente većeg sustava ili jednog organizma, sugerirajući da kolektivni napori pojedinačnih organizama doprinose homeostazi na planetarnoj razini.

Stanična homeostaza

Ovisite o tjelesnom okruženju kako biste održali vitalnost i pravilno funkcionirali. Homeostaza drži tjelesnu okolinu pod kontrolom i održava povoljne uvjete za stanične procese. Bez pravih uvjeta u tijelu, određeni procesi (kao što je osmoza) i proteini (kao što su enzimi) neće ispravno funkcionirati.

Zašto je homeostaza važna za stanice?Žive stanice ovise o kretanju kemikalija oko njih. Kemikalije poput kisika, ugljičnog dioksida i otopljene hrane moraju se transportirati u stanice i iz njih. To se postiže procesima difuzije i osmoze koji ovise o ravnoteži vode i soli u tijelu koja se održava homeostazom.

Stanice ovise o enzimima koji ubrzavaju mnoge kemijske reakcije koje održavaju stanice živima i funkcionalnima. Ovi enzimi najbolje rade na određenim temperaturama, pa je homeostaza vitalna za stanice jer održava konstantnu tjelesnu temperaturu.

Primjeri i mehanizmi homeostaze

Evo nekoliko osnovnih primjera homeostaze u ljudskom tijelu, kao i mehanizama koji je podržavaju:

Tjelesna temperatura

Najčešći primjer homeostaze kod ljudi je regulacija tjelesne temperature. Normalna tjelesna temperatura, kao što smo gore napisali, je 37°C. Temperature iznad ili ispod normalnih razina mogu izazvati ozbiljne komplikacije.

Zatajenje mišića nastaje na temperaturi od 28° C. Na 33° C dolazi do gubitka svijesti. Na 42°C središnji živčani sustav počinje se raspadati. Smrt nastupa na temperaturi od 44° C. Tijelo kontrolira temperaturu proizvodnjom ili otpuštanjem viška topline.

Koncentracija glukoze

Koncentracija glukoze odnosi se na količinu glukoze (šećera u krvi) prisutne u krvotoku. Tijelo koristi glukozu kao izvor energije, ali previše ili premalo može uzrokovati ozbiljne komplikacije. Neki hormoni reguliraju koncentraciju glukoze u krvi. Inzulin smanjuje koncentraciju glukoze, a kortizol, glukagon i kateholamini povećavaju.

Razine kalcija

Kosti i zubi sadrže približno 99% kalcija u tijelu, dok preostalih 1% cirkulira u krvi. Previše ili premalo kalcija u krvi ima negativne posljedice. Ako razina kalcija u krvi previše padne, paratireoidne žlijezde aktiviraju svoje receptore za osjet kalcija i oslobađaju paratireoidni hormon.

PTH signalizira kostima da otpuste kalcij kako bi povećali njegovu koncentraciju u krvotoku. Ako se razina kalcija previše poveća, štitnjača otpušta kalcitonin i fiksira višak kalcija u kostima, čime se smanjuje količina kalcija u krvi.

Volumen tekućine

Tijelo mora održavati stalnu unutarnju okolinu, što znači da mora regulirati gubitak ili nadoknadu tekućine. Hormoni pomažu regulirati ovu ravnotežu uzrokujući izlučivanje ili zadržavanje tekućine. Ako tijelo nema dovoljno tekućine, antidiuretski hormon signalizira bubrezima da čuvaju tekućinu i smanjuje izlučivanje urina. Ako tijelo sadrži previše tekućine, ono potiskuje aldosteron i signalizira proizvodnju više urina.