Prečo je homeostáza dynamická? Homeostáza jej biologický význam

História vývoja doktríny homeostázy

K. Bernard a jeho úloha v rozvoji náuky o vnútornom prostredí

Homeostatické procesy v tele ako procesy zabezpečujúce stálosť jeho vnútorného prostredia po prvý raz uvažoval francúzsky prírodovedec a fyziológ C. Bernard v polovici 19. storočia. Samotný pojem homeostázy navrhol americký fyziológ W. Cannon až v roku 1929.

Pri formovaní náuky o homeostáze zohrala vedúcu úlohu myšlienka C. Bernarda, že pre živý organizmus „sú vlastne dve prostredia: jedno vonkajšie prostredie, v ktorom je organizmus umiestnené, druhé vnútorné prostredie, v ktorom žijú tkanivové prvky. .“ V roku 1878 vedec sformuloval koncepciu stálosti zloženia a vlastností vnútorného prostredia. Kľúčovou myšlienkou tohto konceptu bola myšlienka, že vnútorné prostredie pozostáva nielen z krvi, ale aj zo všetkých plazmatických a blastomatických tekutín, ktoré z nej pochádzajú. „Vnútorné prostredie,“ napísal K. Bernard, „... je tvorené zo všetkých zložiek krvi – dusíkatých aj nedusíkatých, bielkovín, fibrínu, cukru, tuku atď., s výnimkou krvi globule, ktoré sú už nezávislými organickými prvkami.“

Do vnútorného prostredia patria len tekuté zložky tela, ktoré obmývajú všetky tkanivové elementy, t.j. krvná plazma, lymfa a tkanivový mok. C. Bernard považoval atribút vnútorného prostredia za „priamy kontakt s anatomickými prvkami živej bytosti“. Poznamenal, že pri štúdiu fyziologických vlastností týchto prvkov je potrebné zvážiť podmienky ich prejavu a ich závislosť od prostredia.

Vedec sa správne domnieval, že prejavy života sú spôsobené konfliktom medzi existujúcimi silami tela (ústava) a vplyvom vonkajšieho prostredia. Životný konflikt v tele sa prejavuje v podobe dvoch protikladných a dialekticky súvisiacich javov: syntézy a rozkladu. V dôsledku týchto procesov sa telo prispôsobuje alebo prispôsobuje podmienkam prostredia.

Analýza diel C. Bernarda nám umožňuje dospieť k záveru, že všetky fyziologické mechanizmy, akokoľvek odlišné, slúžia na udržanie stálosti životných podmienok vo vnútornom prostredí. „Stálosť vnútorného prostredia je podmienkou slobodného, ​​nezávislého života. Dosahuje sa to procesom, ktorý udržiava vo vnútornom prostredí všetky podmienky potrebné pre životnosť prvkov.“ Stálosť prostredia predpokladá takú dokonalosť organizmu, v ktorej by sa vonkajšie premenné v každom okamihu kompenzovali a vyrovnávali. Pre kvapalné médium boli stanovené základné podmienky pre jeho neustále udržiavanie: prítomnosť vody, kyslíka, živín a určitá teplota.

Nezávislosť života od vonkajšieho prostredia, o ktorej hovoril C. Bernard, je veľmi relatívna. Vnútorné prostredie úzko súvisí s vonkajším. Navyše si zachovalo mnoho vlastností primárneho prostredia, v ktorom kedysi život vznikol. Živé bytosti akoby uzavreli morskú vodu do sústavy krvných ciev a neustále sa meniace vonkajšie prostredie premieňali na vnútorné prostredie, ktorého stálosť chránia špeciálne fyziologické mechanizmy.

Hlavnou funkciou vnútorného prostredia je uviesť „organické prvky do vzájomného vzťahu a do vzťahu s vonkajším prostredím“. K. Bernard vysvetlil, že medzi vnútorným prostredím a bunkami tela dochádza k neustálej výmene látok v dôsledku ich kvalitatívnych a kvantitatívnych rozdielov vo vnútri a mimo buniek. Vnútorné prostredie si vytvára telo samo a stálosť jeho zloženia zabezpečujú orgány trávenia, dýchania, vylučovania atď., ktorých hlavnou funkciou je „pripravovať všeobecnú živnú tekutinu“ pre bunky telo. Činnosť týchto orgánov je regulovaná nervovým systémom a pomocou „špeciálne vyrobených látok“. Toto „obsahuje nepretržitý kruh vzájomných vplyvov, ktoré tvoria životnú harmóniu“.

C. Bernard teda ešte v druhej polovici 19. storočia správne vedecky definoval vnútorné prostredie tela, identifikoval jeho prvky, opísal jeho zloženie, vlastnosti, evolučný pôvod a zdôraznil jeho význam pri zabezpečovaní života organizmu. telo.

Doktrína homeostázy od W. Cannona

Na rozdiel od K. Bernarda, ktorého závery vychádzali zo širokých biologických zovšeobecnení, W. Cannon dospel k záveru o dôležitosti stálosti vnútorného prostredia tela pomocou inej metódy: na základe experimentálnych fyziologických štúdií. Vedec upozornil na skutočnosť, že život zvierat a ľudí, napriek pomerne častým nepriaznivým vplyvom, prebieha normálne dlhé roky.

W. Cannon poznamenal, že konštantné podmienky udržiavané v tele by sa dali tzv rovnováhu. Toto slovo však malo predtým veľmi špecifický význam: označuje najpravdepodobnejší stav izolovaného systému, v ktorom sú všetky známe sily vzájomne vyvážené, preto v rovnovážnom stave parametre systému nezávisia od času, a v systéme nie sú žiadne toky hmoty alebo energie. V tele sa neustále vyskytujú komplexné koordinované fyziologické procesy, ktoré zabezpečujú stabilitu jeho stavov. Príkladom je koordinovaná činnosť mozgu, nervov, srdca, pľúc, obličiek, sleziny a iných vnútorných orgánov a systémov. Preto W. Cannon navrhol špeciálne označenie pre takéto štáty - homeostázy. Toto slovo vôbec neznamená niečo zamrznuté a nehybné. Znamená stav, ktorý sa môže meniť, no stále zostáva relatívne konštantný.

Termín homeostázy vytvorené z dvoch gréckych slov: homoios– podobný, podobný a stáza- státie, nehybnosť. W. Cannon pri výklade tohto pojmu zdôraznil, že slov stáza znamená nielen stabilný stav, ale aj stav vedúci k tomuto javu a slovo homoios označuje podobnosť a podobnosť javov.

Pojem homeostáza podľa W. Cannona zahŕňa aj fyziologické mechanizmy, ktoré zabezpečujú stabilitu živých bytostí. Táto špeciálna stabilita sa nevyznačuje stabilitou procesov, naopak, sú dynamické a neustále sa menia, avšak za „normálnych“ podmienok sú kolísanie fyziologických ukazovateľov dosť prísne obmedzené.

Neskôr W. Cannon ukázal, že všetky metabolické procesy a základné podmienky, za ktorých sa vykonávajú najdôležitejšie životné funkcie organizmu – telesná teplota, koncentrácia glukózy a minerálnych solí v krvnej plazme, tlak v cievach – kolíšu v rámci veľmi úzke hranice v blízkosti určitých priemerných hodnôt - fyziologické konštanty Udržiavanie týchto konštánt v tele je predpokladom existencie.

W. Cannon identifikovaný a klasifikovaný hlavné zložky homeostázy. Odvolával sa na nich materiály, ktoré zabezpečujú bunkové potreby(materiály potrebné pre rast, obnovu a reprodukciu - glukóza, bielkoviny, tuky; voda; chloridy sodíka, draslíka a iné soli; kyslík; regulačné zlúčeniny) a fyzikálne a chemické faktory, ovplyvňujúce bunkovú aktivitu (osmotický tlak, teplota, koncentrácia vodíkových iónov atď.). V súčasnej fáze vývoja poznatkov o homeostáze bola táto klasifikácia rozšírená mechanizmy, ktoré zabezpečujú štrukturálnu stálosť vnútorného prostredia tela a štrukturálnu a funkčnú celistvosť celé telo. Tie obsahujú:

a) dedičnosť;
b) regenerácia a oprava;
c) imunobiologická reaktivita.

Podmienky automatické udržiavanie homeostázy, podľa W. Cannona sú:

– bezchybne fungujúci poplašný systém, ktorý informuje centrálne a periférne regulačné zariadenia o akýchkoľvek zmenách, ktoré ohrozujú homeostázu;
– prítomnosť nápravných zariadení, ktoré nadobudnú účinnosť včas a oddialia nástup týchto zmien.

E. Pfluger, S. Riche, I.M. Sechenov, L. Frederick, D. Haldane a ďalší výskumníci pracujúci na prelome 19. a 20. storočia tiež pristúpili k myšlienke existencie fyziologických mechanizmov, ktoré zabezpečujú stabilitu tela a použili vlastnú terminológiu. Najrozšírenejším pojmom medzi fyziológmi aj vedcami iných odborov je však homeostázy, ktorú navrhol W. Cannon na charakterizáciu stavov a procesov, ktoré takúto schopnosť vytvárajú.

Pre biologické vedy je pri chápaní homeostázy podľa W. Cannona cenné, že živé organizmy sú považované za otvorené systémy, ktoré majú mnoho spojení s prostredím. Tieto spojenia sa uskutočňujú cez dýchacie a tráviace orgány, povrchové receptory, nervový a svalový systém atď. Zmeny prostredia priamo alebo nepriamo ovplyvňujú tieto systémy a spôsobujú v nich zodpovedajúce zmeny. Tieto účinky však zvyčajne nie sú sprevádzané veľkými odchýlkami od normy a nespôsobujú vážne poruchy fyziologických procesov.

Príspevok L.S. Stern vo vývoji myšlienok o homeostáze

Súčasne s W. Cannonom v roku 1929 v Rusku formulovala svoje predstavy o mechanizmoch udržiavania stálosti vnútorného prostredia ruská fyziologička L.S. Stern. „Na rozdiel od najjednoduchších, v zložitejších mnohobunkových organizmoch dochádza k výmene s prostredím prostredníctvom takzvaného média, z ktorého jednotlivé tkanivá a orgány čerpajú potrebný materiál a do ktorého uvoľňujú produkty svojho metabolizmu. ... Keďže sa jednotlivé časti tela (orgány a tkanivá) diferencujú a vyvíjajú, každý orgán a každé tkanivo musí mať svoje bezprostredné živné médium, ktorého zloženie a vlastnosti musia zodpovedať štrukturálnym a funkčným charakteristikám daného orgánu. Toto bezprostredné výživné alebo intímne prostredie musí mať určitú stálosť, ktorá zabezpečuje normálne fungovanie umývaného orgánu. ... Bezprostredným živným médiom jednotlivých orgánov a tkanív je medzibunkový alebo tkanivový mok.“

L.S. Stern potvrdil dôležitosť stálosti zloženia a vlastností nielen krvi, ale aj tkanivovej tekutiny pre normálne fungovanie orgánov a tkanív. Ukázala existencia histohematologických bariér– fyziologické bariéry oddeľujúce krv a tkanivá. Tieto formácie podľa jej názoru pozostávajú z kapilárneho endotelu, bazálnej membrány, spojivového tkaniva a bunkových lipoproteínových membrán. Selektívna permeabilita bariér pomáha udržiavať homeostázu a známu špecifickosť vnútorného prostredia nevyhnutnú pre normálnu funkciu konkrétneho orgánu alebo tkaniva. Navrhnuté a dobre podložené L.S. Sternova teória bariérových mechanizmov je zásadne novým príspevkom do doktríny vnútorného prostredia.

Histohematická , alebo cievne tkanivo , bariéra - je to v podstate fyziologický mechanizmus, ktorý určuje relatívnu stálosť zloženia a vlastností vlastného prostredia orgánu a bunky. Plní dve dôležité funkcie: regulačnú a ochrannú, t.j. zabezpečuje reguláciu zloženia a vlastností vlastného prostredia orgánu a bunky a chráni ho pred vstupom látok cudzích pre daný orgán alebo celý organizmus z krvi.

Histohematické bariéry sú prítomné takmer vo všetkých orgánoch a majú zodpovedajúce názvy: krvno-mozgová, hemato-oftalmická, hematolabyrintná, hematolikvorová, hematolymfatická, hematopulmonálna a hematopleurálna, hematorenálna, ako aj bariéra „krvno-pohlavné žľazy“ (napríklad hematotestikulárna), atď.

Moderné predstavy o homeostáze

Myšlienka homeostázy sa ukázala ako veľmi plodná a počas celého 20. storočia. vyvinuli ho mnohí domáci a zahraniční vedci. Tento pojem však stále nemá v biologickej vede jasné terminologické vymedzenie. Vo vedeckej a náučnej literatúre možno nájsť buď ekvivalenciu pojmov „vnútorné prostredie“ a „homeostáza“, alebo rôzne interpretácie pojmu „homeostáza“.

Vnútorné prostredie tela nazývame celý súbor cirkulujúcich tekutín tela: krv, lymfu, medzibunkovú (tkanivovú) tekutinu, ktorá obmýva bunky a štrukturálne tkanivá, podieľa sa na metabolizme, chemických a fyzikálnych premenách. K zložkám vnútorného prostredia patrí aj vnútrobunková tekutina (cytosol), vzhľadom na to, že je to priamo prostredie, v ktorom prebiehajú hlavné reakcie bunkového metabolizmu. Objem cytoplazmy v tele dospelého človeka je asi 30 litrov, medzibunková tekutina asi 10 litrov a krv a lymfa, ktoré zaberajú intravaskulárny priestor, je 4–5 litrov.

V niektorých prípadoch sa termín „homeostáza“ používa na označenie stálosti vnútorného prostredia a schopnosti tela ho zabezpečiť. Homeostáza je relatívna dynamická stálosť vnútorného prostredia, kolísajúca v presne stanovených hraniciach, a stabilita (stabilita) základných fyziologických funkcií organizmu. V iných prípadoch sa homeostáza chápe ako fyziologické procesy alebo riadiace systémy, ktoré regulujú, koordinujú a korigujú vitálne funkcie organizmu za účelom udržania stabilného stavu.

K definícii pojmu homeostáza sa teda pristupuje z dvoch strán. Na jednej strane sa homeostáza považuje za kvantitatívnu a kvalitatívnu stálosť fyzikálno-chemických a biologických parametrov. Na druhej strane je homeostáza definovaná ako súbor mechanizmov, ktoré udržiavajú stálosť vnútorného prostredia organizmu.

Analýza definícií dostupných v biologickej a referenčnej literatúre umožnila zdôrazniť najdôležitejšie aspekty tohto konceptu a sformulovať všeobecnú definíciu: homeostáza je stav relatívnej dynamickej rovnováhy systému udržiavaný prostredníctvom samoregulačných mechanizmov. Táto definícia zahŕňa nielen poznatky o relativite stálosti vnútorného prostredia, ale demonštruje aj dôležitosť homeostatických mechanizmov biologických systémov, ktoré túto stálosť zabezpečujú.

Vitálne funkcie organizmu zahŕňajú homeostatické mechanizmy veľmi odlišného charakteru a pôsobenia: nervové, humorálno-hormonálne, bariérové, kontrolujúce a zabezpečujúce stálosť vnútorného prostredia a pôsobiace na rôznych úrovniach.

Princíp fungovania homeostatických mechanizmov

Princíp fungovania homeostatických mechanizmov, ktoré zabezpečujú reguláciu a samoreguláciu na rôznych úrovniach organizácie živej hmoty, opísal G.N. Kassil. Rozlišujú sa tieto úrovne regulácie:

1) submolekulárne;
2) molekulárne;
3) subcelulárne;
4) bunkové;
5) tekuté (vnútorné prostredie, humorálno-hormonálne-iónové vzťahy, bariérové ​​funkcie, imunita);
6) tkanina;
7) nervové (centrálne a periférne nervové mechanizmy, neurohumorálno-hormonálno-bariérový komplex);
8) organizmy;
9) populácia (populácie buniek, mnohobunkové organizmy).

Mala by sa zvážiť elementárna homeostatická úroveň biologických systémov organizmický. V jeho hraniciach sa rozlišuje rad ďalších: cytogenetická, somatická, ontogenetická a funkčná (fyziologická) homeostáza, somatická genostáza.

Cytogenetická homeostáza ako morfologická a funkčná adaptabilita vyjadruje nepretržitú reštrukturalizáciu organizmov v súlade s podmienkami existencie. Priamo alebo nepriamo funkcie takéhoto mechanizmu vykonáva dedičný aparát bunky (gény).

Somatická homeostáza– smer celkových posunov vo funkčnej činnosti organizmu k vytvoreniu jeho najoptimálnejších vzťahov s prostredím.

Ontogenetická homeostáza je individuálny vývoj organizmu od vytvorenia zárodočnej bunky až po smrť alebo zánik existencie v jej pôvodnej schopnosti.

Pod funkčná homeostáza porozumieť optimálnej fyziologickej činnosti rôznych orgánov, systémov a celého organizmu v špecifických podmienkach prostredia. Zahŕňa: metabolickú, respiračnú, tráviacu, vylučovaciu, regulačnú (zabezpečujúcu optimálnu úroveň neurohumorálnej regulácie v daných podmienkach) a psychologickú homeostázu.

Somatická genostáza predstavuje kontrolu nad genetickou stálosťou somatických buniek, ktoré tvoria individuálny organizmus.

Rozlišujeme obehovú, motorickú, senzorickú, psychomotorickú, psychologickú a dokonca aj informačnú homeostázu, ktorá zabezpečuje optimálnu reakciu organizmu na prichádzajúce informácie. Rozlišuje sa samostatná patologická úroveň - choroby homeostázy, t.j. narušenie homeostatických mechanizmov a regulačných systémov.

Hemostáza ako adaptačný mechanizmus

Hemostáza je životne dôležitý komplex komplexných vzájomne prepojených procesov, neoddeliteľná súčasť adaptačného mechanizmu organizmu. Vzhľadom na osobitnú úlohu krvi pri udržiavaní základných parametrov tela sa rozlišuje ako nezávislý typ homeostatických reakcií.

Hlavnou zložkou hemostázy je komplexný systém adaptačných mechanizmov, ktorý zabezpečuje tekutosť krvi v cievach a jej koaguláciu pri porušení ich celistvosti. Hemostáza však zabezpečuje nielen udržanie tekutého stavu krvi v cievach, odolnosť cievnych stien a zastavuje krvácanie, ale ovplyvňuje aj hemodynamiku a priepustnosť ciev, podieľa sa na hojení rán, na rozvoji zápalových a imunitných reakcií. a súvisí s nešpecifickou odolnosťou tela.

Hemostatický systém je vo funkčnej interakcii s imunitným systémom. Tieto dva systémy tvoria jediný humorálny ochranný mechanizmus, ktorého funkcie sú spojené na jednej strane s bojom o čistotu genetického kódu a prevenciou rôznych chorôb a na druhej strane s udržiavaním tekutého stavu krv v obehovom systéme a zastavenie krvácania v prípade porušenia integrity krvných ciev. Ich funkčná aktivita je regulovaná nervovým a endokrinným systémom.

Prítomnosť spoločných mechanizmov na „zapnutie“ obranných systémov organizmu – imunitný, koagulačný, fibrinolytický atď. – nám umožňuje považovať ich za jeden štruktúrne a funkčne definovaný systém.

Jeho znaky sú: 1) kaskádový princíp sekvenčnej inklúzie a aktivácie faktorov až po vznik finálnych fyziologicky aktívnych látok: trombín, plazmín, kiníny; 2) možnosť aktivácie týchto systémov v ktorejkoľvek časti cievneho riečiska; 3) všeobecný mechanizmus zapínania systémov; 4) spätná väzba v mechanizme interakcie týchto systémov; 5) existencia bežných inhibítorov.

Zabezpečenie spoľahlivého fungovania systému hemostázy, podobne ako iných biologických systémov, sa vykonáva v súlade so všeobecným princípom spoľahlivosti. To znamená, že spoľahlivosť systému je dosiahnutá redundanciou ovládacích prvkov a ich dynamickou interakciou, zdvojením funkcií či zameniteľnosťou ovládacích prvkov s dokonalým rýchlym návratom do predchádzajúceho stavu, schopnosťou dynamickej sebaorganizácie a hľadaním tzv. stabilné stavy.

Cirkulácia tekutiny medzi bunkovými a tkanivovými priestormi, ako aj krvnými a lymfatickými cievami

Bunková homeostáza

Najdôležitejšie miesto v samoregulácii a zachovaní homeostázy zaujíma bunková homeostáza. Je to aj tzv autoregulácia buniek.

Hormonálny ani nervový systém nie sú v zásade schopné zvládnuť úlohu udržiavať stálosť zloženia cytoplazmy jednotlivej bunky. Každá bunka mnohobunkového organizmu má svoj vlastný mechanizmus autoregulácie procesov v cytoplazme.

Popredné miesto v tejto regulácii patrí vonkajšej cytoplazmatickej membráne. Zabezpečuje prenos chemických signálov do a von z bunky, mení jej priepustnosť, podieľa sa na regulácii elektrolytového zloženia bunky a plní funkciu biologických „púmp“.

Homeostaty a technické modely homeostatických procesov

V posledných desaťročiach sa problém homeostázy začal posudzovať z pohľadu kybernetiky – vedy o cielenom a optimálnom riadení zložitých procesov. Biologické systémy, ako je bunka, mozog, organizmus, populácia, ekosystémy fungujú podľa rovnakých zákonov.

Zakladateľom teórie riadenia v živých objektoch je N. Wiener. Jeho myšlienky sú založené na princípe samoregulácie - automatické udržiavanie stálosti alebo zmeny podľa požadovaného zákona regulovaného parametra. Avšak dávno pred N. Wienerom a W. Cannonom myšlienku automatického riadenia vyslovil I.M. Sechenov: „...v tele zvieraťa môžu byť regulátory len automatické, t.j. byť uvedené do činnosti zmenenými podmienkami v stave alebo pokroku stroja (organizmu) a vyvíjať činnosti, ktorými sa tieto nepravidelnosti odstránia.“ Táto fráza naznačuje potrebu priamych aj spätných väzieb, ktoré sú základom samoregulácie.

Myšlienku samoregulácie v biologických systémoch prehĺbil a rozvinul L. Bertalanffy, ktorý chápal biologický systém ako „usporiadaný súbor vzájomne prepojených prvkov“. Uvažoval aj o všeobecnom biofyzikálnom mechanizme homeostázy v kontexte otvorených systémov. Na základe teoretických myšlienok L. Bertalanffyho vznikol v biológii nový smer, tzv systémový prístup. Názory L. Bertalanffyho zdieľal V.N. Novoseltsev, ktorý prezentoval problém homeostázy ako problém riadenia tokov látok a energie, ktoré si otvorený systém vymieňa s prostredím.

Prvý pokus o modelovanie homeostázy a stanovenie možných kontrolných mechanizmov urobil U.R. Ashby. Navrhol umelé samoregulačné zariadenie nazývané „homeostat“. Homeostat U.R. Ashby predstavoval systém potenciometrických obvodov a reprodukoval iba funkčné aspekty javu. Tento model nemohol primerane odrážať podstatu procesov, ktoré sú základom homeostázy.

Ďalší krok vo vývoji homeostatiky urobil S. Beer, ktorý poukázal na dva nové základné body: hierarchický princíp konštrukcie homeostatických systémov na riadenie zložitých objektov a princíp prežitia. S. Beer sa pokúsil uplatniť určité homeostatické princípy v praktickom vývoji organizovaných riadiacich systémov a identifikoval niektoré kybernetické analógie medzi živým systémom a komplexnou výrobou.

Kvalitatívne nová etapa vo vývoji tohto smeru sa začala po vytvorení formálneho modelu homeostatu Yu.M. Gorského. Jeho názory sa formovali pod vplyvom vedeckých myšlienok G. Selyeho, ktorý tvrdil, že „... ak je možné zahrnúť rozpory do modelov odrážajúcich prácu živých systémov a zároveň pochopiť, prečo príroda pri vytváraní živé bytosti, ktoré sa vydali touto cestou, bude to nový prielom do tajomstiev živých so skvelými praktickými výsledkami.“

Fyziologická homeostáza

Fyziologická homeostáza je udržiavaná autonómnym a somatickým nervovým systémom, komplexom humorálno-hormonálnych a iónových mechanizmov, ktoré tvoria fyzikálno-chemický systém tela, ako aj správaním, v ktorom zohráva úlohu dedičných foriem a získaných individuálnych skúseností. je významný.

Myšlienka vedúcej úlohy autonómneho nervového systému, najmä jeho sympatoadrenálneho oddelenia, bola vyvinutá v prácach E. Gelgorna, B.R. Hess, W. Cannon, L.A. Orbeli, A.G. Ginetsinsky a ďalší Organizačná úloha nervového aparátu (princíp nervizmu) je základom ruskej fyziologickej školy I.P. Pavlova, I.M. Sechenová, A.D. Speransky.

Humorálno-hormonálne teórie (princíp humoralizmu) boli vyvinuté v zahraničí v prácach G. Dalea, O. Levyho, G. Selyeho, C. Sherringtona a iných, ktorí tomuto problému venovali veľkú pozornosť. Razenkov a L.S. Stern.

Nahromadený kolosálny faktografický materiál popisujúci rôzne prejavy homeostázy v životných, technických, sociálnych a ekologických systémoch si vyžaduje štúdium a úvahy z jednotnej metodologickej pozície. Zjednocujúcou teóriou, ktorá dokázala prepojiť všetky rôznorodé prístupy k pochopeniu mechanizmov a prejavov homeostázy sa stala teória funkčných systémov, ktorú vytvoril P.K. Anokhin. Vo svojich názoroch vedec vychádzal z myšlienok N. Wienera o samoorganizujúcich sa systémoch.

Moderné vedecké poznatky o homeostáze celého organizmu sú založené na jej chápaní ako priateľskej a koordinovanej samoregulačnej činnosti rôznych funkčných systémov, charakterizovaných kvantitatívnymi a kvalitatívnymi zmenami ich parametrov počas fyziologických, fyzikálnych a chemických procesov.

Mechanizmus udržiavania homeostázy pripomína kyvadlo (váhy). V prvom rade musí mať cytoplazma bunky konštantné zloženie – homeostázu 1. štádia (pozri diagram). Toto zabezpečujú mechanizmy homeostázy 2. stupňa – cirkulujúce tekutiny, vnútorné prostredie. Ich homeostáza je zasa spojená s vegetatívnymi systémami na stabilizáciu zloženia prichádzajúcich látok, kvapalín a plynov a uvoľňovanie konečných metabolických produktov - stupeň 3. Teda teplota, obsah vody a koncentrácie elektrolytov, kyslíka a oxidu uhličitého, resp. množstvo živín sa udržiava na relatívne konštantnej úrovni a vylučujú sa produkty metabolizmu.

Štvrtou fázou udržiavania homeostázy je správanie. Okrem vhodných reakcií zahŕňa emócie, motiváciu, pamäť a myslenie. Štvrtá etapa aktívne interaguje s predchádzajúcou, nadväzuje na ňu a ovplyvňuje ju. U zvierat sa správanie prejavuje výberom potravy, kŕmidiel, hniezdisk, denných a sezónnych migrácií a pod., ktorých podstatou je túžba po pokoji, obnovenie narušenej rovnováhy.

Homeostáza je teda:

1) stav vnútorného prostredia a jeho vlastnosti;
2) súbor reakcií a procesov, ktoré udržiavajú stálosť vnútorného prostredia;
3) schopnosť tela odolávať zmenám prostredia;
4) podmienka existencie, slobody a nezávislosti života: „Stálosť vnútorného prostredia je podmienkou slobodného života“ (C. Bernard).

Pojem „homeostáza“ pochádza zo slova „homeostáza“, čo znamená „sila stability“. Mnoho ľudí o tomto koncepte nepočuje často alebo dokonca vôbec. Homeostáza je však dôležitou súčasťou nášho života, harmonizuje medzi sebou protichodné podmienky. A to nie je len súčasť nášho života, homeostáza je dôležitou funkciou nášho tela.

Ak definujeme slovo homeostáza, ktorej význam je regulácia najdôležitejších systémov, tak ide o schopnosť, ktorá koordinuje rôzne reakcie a umožňuje nám udržiavať rovnováhu. Tento koncept platí pre jednotlivé organizmy aj celé systémy.

Vo všeobecnosti sa v biológii často diskutuje o homeostáze. Aby telo správne fungovalo a vykonávalo potrebné úkony, je potrebné v ňom udržiavať prísnu rovnováhu. Je to potrebné nielen na prežitie, ale aj na to, aby sme sa mohli správne prispôsobiť zmenám prostredia a ďalej sa rozvíjať.

Je možné rozlíšiť typy homeostázy potrebné pre plnohodnotnú existenciu - alebo presnejšie typy situácií, kedy sa toto pôsobenie prejavuje.

• Nestabilita. V tomto momente my, teda naše vnútro, diagnostikujeme zmeny a na základe toho sa rozhodujeme prispôsobiť sa novým okolnostiam.
• Rovnováha. Všetky naše vnútorné sily sú zamerané na udržanie rovnováhy.
• Nepredvídateľnosť. Často môžeme sami seba prekvapiť konaním, ktoré sme neočakávali.

Všetky tieto reakcie sú dané tým, že každý organizmus na planéte chce prežiť. Princíp homeostázy nám pomáha pochopiť okolnosti a robiť dôležité rozhodnutia na udržanie rovnováhy.

Neočakávané rozhodnutia

Homeostáza zaujala pevné miesto nielen v biológii. Tento termín sa aktívne používa aj v psychológii. V psychológii pojem homeostáza znamená našu reakciu na vonkajšie podmienky. Napriek tomu tento proces úzko spája adaptáciu tela a individuálnu psychickú adaptáciu.

Všetko na tomto svete sa usiluje o rovnováhu a harmóniu a individuálne vzťahy s okolím smerujú k harmonizácii. A to sa deje nielen na fyzickej úrovni, ale aj na duševnej. Môžete uviesť nasledujúci príklad: človek sa smeje, ale potom mu povedali veľmi smutný príbeh, smiech už nie je vhodný. Telo a emocionálny systém sú aktivované homeostázou, ktorá volá po správnej reakcii - a váš smiech je nahradený slzami.

Ako vidíme, princíp homeostázy je založený na úzkom spojení medzi fyziológiou a psychológiou. Princíp homeostázy spojený so samoreguláciou však nedokáže vysvetliť zdroje zmien.

Homeostatický proces možno nazvať procesom samoregulácie. A celý tento proces prebieha na podvedomej úrovni. Naše telo má potreby v mnohých oblastiach, no psychologické kontakty zohrávajú dôležitú úlohu. Človek cíti potrebu kontaktovať iné organizmy a prejavuje túžbu po rozvoji. Táto podvedomá túžba zase odráža homeostatický pohon.

Veľmi často sa takýto proces v psychológii nazýva inštinkt. V skutočnosti je to veľmi správny názov, pretože všetky naše činy sú inštinkty. Nemôžeme ovládať svoje túžby, ktoré sú diktované inštinktom. Od týchto túžob často závisí naše prežitie, alebo s ich pomocou telo vyžaduje to, čo mu momentálne veľmi chýba.

Predstavte si situáciu: neďaleko spiaceho leva sa pasie skupina jeleňov. Zrazu sa lev prebudí a zareve, daniele sa rozutekajú. Teraz si predstavte seba na mieste srnky. Zapracoval v nej pud sebazáchovy – utiekla. Musí bežať veľmi rýchlo, aby si zachránila život. Toto je psychologická homeostáza.

Prejde však nejaký čas a srnka začne strácať paru. Aj keď ju možno bude prenasledovať lev, zastavila by sa, pretože potreba dýchať bola v tej chvíli dôležitejšia ako potreba bežať. Toto je inštinkt samotného tela, fyziologická homeostáza. Možno teda rozlíšiť tieto typy homeostázy:

• Donucovacie.
• Spontánna.

To, že sa srnka rozbehla, je spontánne psychické nutkanie. Musela prežiť a utiekla. A to, že sa zastavila, aby sa nadýchla, bol nátlak. Telo prinútilo zviera zastaviť, inak by mohli byť narušené životné procesy.

Význam homeostázy je veľmi dôležitý pre každý organizmus, a to ako psychicky, tak aj fyzicky. Človek sa môže naučiť žiť v harmónii so sebou samým a s okolím bez toho, aby sa riadil len pudmi inštinktov. Potrebuje iba správne vidieť a pochopiť svet okolo seba, ako aj utriediť svoje myšlienky a umiestniť priority v správnom poradí. Autor: Lyudmila Mukhacheva

Telo vyšších živočíchov má vyvinuté adaptácie, ktoré pôsobia proti mnohým vplyvom vonkajšieho prostredia a poskytujú relatívne stále podmienky pre existenciu buniek. To je mimoriadne dôležité pre fungovanie celého organizmu. Ilustrujeme to na príkladoch. Bunky tela teplokrvných živočíchov, teda živočíchov s konštantnou telesnou teplotou, normálne fungujú len v úzkych teplotných medziach (u ľudí v rozmedzí 36-38°). Posun teploty za tieto hranice vedie k narušeniu bunkovej aktivity. Telo teplokrvných živočíchov môže zároveň normálne existovať s oveľa širšími výkyvmi vonkajšej teploty. Napríklad ľadový medveď môže žiť pri teplotách -70 ° a +20-30 °. Je to spôsobené tým, že v celom organizme je regulovaná jeho výmena tepla s okolím, t. j. tvorba tepla (intenzita chemických procesov prebiehajúcich s uvoľňovaním tepla) a prenos tepla. Pri nízkych teplotách okolia sa teda zvyšuje tvorba tepla a znižuje sa prenos tepla. Preto, keď vonkajšia teplota kolíše (v určitých medziach), telesná teplota zostáva konštantná.

Funkcie telesných buniek sú normálne len vtedy, keď je osmotický tlak relatívne konštantný, v dôsledku stáleho obsahu elektrolytov a vody v bunkách. Zmeny osmotického tlaku - jeho zníženie alebo zvýšenie - vedú k náhlym poruchám funkcií a štruktúry buniek. Organizmus ako celok môže istý čas existovať aj pri nadmernom prísune a nedostatku vody a pri veľkom i malom množstve solí v potrave. To sa vysvetľuje prítomnosťou zariadení, ktoré pomáhajú udržiavať v tele
stálosť množstva vody a elektrolytov v tele. Pri nadmernom príjme vody sa jej značné množstvo rýchlo vylúči z tela vylučovacími orgánmi (obličky, potné žľazy, koža) a pri nedostatku vody sa v organizme zadržiava. Rovnako vylučovacie orgány regulujú obsah elektrolytov v tele: pri nedostatočnom príjme soli rýchlo odvádzajú prebytočné množstvá alebo ich zadržiavajú v telesných tekutinách.

Koncentrácia jednotlivých elektrolytov v krvi a tkanivovom moku na jednej strane a v protoplazme buniek na strane druhej je rozdielna. Krv a tkanivový mok obsahuje viac sodíkových iónov a protoplazma buniek obsahuje viac draselných iónov. Rozdiel v koncentráciách iónov vo vnútri a mimo bunky sa dosahuje špeciálnym mechanizmom, ktorý zadržiava draselné ióny vo vnútri bunky a neumožňuje hromadenie iónov sodíka v bunke. Tento mechanizmus, ktorého podstata ešte nie je jasná, sa nazýva sodíkovo-draslíková pumpa a súvisí s procesom bunkového metabolizmu.

Telové bunky sú veľmi citlivé na zmeny v koncentrácii vodíkových iónov. Zmena koncentrácie týchto iónov v jednom alebo druhom smere prudko narúša životnú aktivitu buniek. Vnútorné prostredie organizmu je charakterizované stálou koncentráciou vodíkových iónov v závislosti od prítomnosti takzvaných tlmivých systémov v krvi a tkanivovom moku (s. 48) a od činnosti vylučovacích orgánov. Pri zvýšení obsahu kyselín alebo zásad v krvi dochádza k ich rýchlemu vylučovaniu z tela a udržiavaniu stálosti koncentrácie vodíkových iónov vo vnútornom prostredí.

Bunky, najmä nervové, sú veľmi citlivé na zmeny hladiny cukru v krvi, ktorý slúži ako dôležitá živina. Preto je stálosť hladiny cukru v krvi veľmi dôležitá pre životný proces. Dosahuje sa tým, že pri zvýšení hladiny cukru v krvi v pečeni a svaloch sa z nej syntetizuje v bunkách uložený polysacharid glykogén a pri znížení hladiny cukru v krvi dochádza k odbúravaniu glykogénu v pečeni a svaloch. a hroznový cukor sa uvoľňuje do krvi.

Stálosť chemického zloženia a fyzikálno-chemických vlastností vnútorného prostredia je dôležitou vlastnosťou organizmov vyšších živočíchov. Na označenie tejto nemennosti W. Cannon navrhol termín, ktorý sa stal rozšíreným – homeostáza. Výrazom homeostázy je prítomnosť množstva biologických konštánt, t.j. stabilných kvantitatívnych ukazovateľov, ktoré charakterizujú normálny stav tela. Takýmito konštantnými ukazovateľmi sú: telesná teplota, osmotický tlak krvi a tkanivového moku, obsah iónov sodíka, draslíka, vápnika, chlóru a fosforu, ako aj bielkovín a cukru, koncentrácia vodíkových iónov a množstvo ďalších.

Vzhľadom na stálosť zloženia, fyzikálno-chemických a biologických vlastností vnútorného prostredia je potrebné zdôrazniť, že nie je absolútna, ale relatívna a dynamická. Táto stálosť sa dosahuje nepretržite vykonávanou prácou mnohých orgánov a tkanív, v dôsledku čoho dochádza k posunom v zložení a fyzikálno-chemických vlastnostiach vnútorného prostredia, ku ktorým dochádza pod vplyvom zmien vonkajšieho prostredia a ako výsledok vitálnej činnosti tela sú vyrovnané.

Úloha rôznych orgánov a ich systémov pri udržiavaní homeostázy je rôzna. Tráviaci systém teda zabezpečuje, že živiny vstupujú do krvného obehu vo forme, v akej ich môžu bunky tela využiť. Obehový systém zabezpečuje nepretržitý pohyb krvi a transport rôznych látok v tele, v dôsledku čoho sa do buniek dodávajú živiny, kyslík a rôzne chemické zlúčeniny vytvorené v tele samotnom a produkty rozkladu vrátane oxidu uhličitého, uvoľnené bunkami sa prenášajú do orgánov, ktoré ich odvádzajú z tela. Dýchacie orgány zabezpečujú prísun kyslíka do krvi a odvod oxidu uhličitého z tela. Pečeň a množstvo ďalších orgánov uskutočňuje značné množstvo chemických premien - syntézu a rozklad mnohých chemických zlúčenín, ktoré sú dôležité v živote buniek. Vylučovacie orgány - obličky, pľúca, potné žľazy, koža - odvádzajú z tela konečné produkty rozkladu organických látok a udržujú stály obsah vody a elektrolytov v krvi, a tým aj v tkanivovom moku a bunkách tela. .

Nervový systém hrá rozhodujúcu úlohu pri udržiavaní homeostázy. Citlivo reaguje na rôzne zmeny vonkajšieho alebo vnútorného prostredia, reguluje činnosť orgánov a systémov tak, aby sa predchádzalo a vyrovnávalo posunom a poruchám, ktoré v organizme vznikajú alebo by mohli nastať.

Vďaka vývoju zariadení, ktoré zabezpečujú relatívnu stálosť vnútorného prostredia tela, sú jeho bunky menej náchylné na meniace sa vplyvy vonkajšieho prostredia. Podľa Cl. Bernard, „stálosť vnútorného prostredia je podmienkou slobodného a nezávislého života“.

Homeostáza má určité hranice. Pri pobyte organizmu, najmä dlhodobo, v podmienkach, ktoré sa výrazne líšia od tých, na ktoré je adaptovaný, dochádza k narušeniu homeostázy a môže dochádzať k zmenám, ktoré sú nezlučiteľné s bežným životom. Pri výraznej zmene vonkajšej teploty v smere buď zvyšovania alebo znižovania sa teda môže telesná teplota zvýšiť alebo znížiť a môže dôjsť k prehriatiu alebo ochladeniu tela, ktoré vedie k smrti. Rovnako pri výraznom obmedzení príjmu vody a solí do organizmu alebo úplnom zbavení týchto látok sa po určitom čase naruší relatívna stálosť zloženia a fyzikálno-chemických vlastností vnútorného prostredia a život zanikne.

Vysoká úroveň homeostázy sa vyskytuje iba v určitých štádiách vývoja druhov a jednotlivcov. Nižšie živočíchy nemajú dostatočne vyvinuté adaptácie na zmiernenie alebo odstránenie vplyvov zmien vonkajšieho prostredia. Napríklad relatívna stálosť telesnej teploty (homotermia) sa udržiava iba u teplokrvných živočíchov. U takzvaných studenokrvných živočíchov je telesná teplota blízka teplote vonkajšieho prostredia a je premenlivá (poikilotermia). Novonarodené zviera nemá rovnakú stálosť telesnej teploty, zloženie a vlastnosti vnútorného prostredia ako dospelý organizmus.

Aj malé poruchy homeostázy vedú k patológii, a preto má veľký diagnostický význam stanovenie relatívne konštantných fyziologických ukazovateľov, akými sú telesná teplota, krvný tlak, zloženie, fyzikálno-chemické a biologické vlastnosti krvi atď.

Homeostáza

Homeostáza, homeorez, homeomorfóza - charakteristika stavu tela. Systémová podstata organizmu sa prejavuje predovšetkým v jeho schopnosti sebaregulácie v neustále sa meniacich podmienkach prostredia. Keďže všetky orgány a tkanivá tela pozostávajú z buniek, z ktorých každá je relatívne samostatným organizmom, stav vnútorného prostredia ľudského tela má veľký význam pre jeho normálne fungovanie. Pre ľudské telo – suchozemského tvora – prostredie tvorí atmosféra a biosféra, pričom do určitej miery interaguje s litosférou, hydrosférou a noosférou. Väčšina buniek ľudského tela je zároveň ponorená do tekutého média, ktoré predstavuje krv, lymfa a medzibunková tekutina. Iba krycie tkanivá priamo interagujú s ľudským prostredím, všetky ostatné bunky sú izolované od vonkajšieho sveta, čo umožňuje telu do značnej miery štandardizovať podmienky ich existencie. Najmä schopnosť udržiavať stálu telesnú teplotu okolo 37 ° C zabezpečuje stabilitu metabolických procesov, pretože všetky biochemické reakcie, ktoré tvoria podstatu metabolizmu, sú veľmi závislé od teploty. Rovnako dôležité je udržiavať konštantné napätie kyslíka, oxidu uhličitého, koncentrácie rôznych iónov atď. v tekutých médiách tela. Za normálnych podmienok existencie, a to aj počas adaptácie a aktivity, vznikajú malé odchýlky týchto parametrov, ale rýchlo sa eliminujú a vnútorné prostredie tela sa vráti do stabilnej normy. Veľký francúzsky fyziológ 19. storočia. Claude Bernard tvrdil: „Stálosť vnútorného prostredia je nevyhnutnou podmienkou slobodného života. Fyziologické mechanizmy, ktoré zabezpečujú udržiavanie stáleho vnútorného prostredia, sa nazývajú homeostatické a samotný jav, ktorý odráža schopnosť tela samoregulovať vnútorné prostredie, sa nazýva homeostáza. Tento termín zaviedol v roku 1932 W. Cannon, jeden z tých fyziológov 20. storočia, ktorí stáli spolu s N.A. Bernsteinom, P.K Anokhinom a N. Wienerom pri počiatkoch vedy o kontrole – kybernetiky. Pojem „homeostáza“ sa používa nielen vo fyziologickom, ale aj v kybernetickom výskume, pretože hlavným cieľom akejkoľvek kontroly je zachovanie nemennosti akýchkoľvek charakteristík komplexného systému.

Ďalší pozoruhodný bádateľ K. Waddington upozornil na skutočnosť, že telo je schopné udržať si nielen stabilitu svojho vnútorného stavu, ale aj relatívnu stálosť dynamických charakteristík, teda priebehu procesov v čase. Tento jav sa analogicky s homeostázou nazýval homeorez. Má osobitný význam pre rastúci a vyvíjajúci sa organizmus a spočíva v tom, že organizmus si pri svojich dynamických premenách dokáže udržať (samozrejme v určitých medziach) „vývojový kanál“. Najmä ak dieťa v dôsledku choroby alebo prudkého zhoršenia životných podmienok zo sociálnych dôvodov (vojna, zemetrasenie a pod.) výrazne zaostáva za svojimi bežne sa vyvíjajúcimi rovesníkmi, neznamená to, že takéto zaostávanie je fatálne a nezvratné. . Ak sa skončí obdobie nepriaznivých udalostí a dieťa dostane podmienky primerané pre vývoj, tak v raste aj v úrovni funkčného rozvoja čoskoro dobehne svojich rovesníkov a v budúcnosti sa od nich výrazne neodlišuje. To vysvetľuje skutočnosť, že z detí, ktoré v ranom veku prekonali vážnu chorobu, často vyrastú zdraví dospelí s dobrými proporciami. Homeorez hrá kľúčovú úlohu ako v riadení ontogenetického vývoja, tak aj v adaptačných procesoch. Medzitým fyziologické mechanizmy homeorézy ešte neboli dostatočne študované.

Treťou formou samoregulácie telesnej stálosti je homeomorfóza - schopnosť udržiavať stálu formu. Táto vlastnosť je charakteristickejšia pre dospelý organizmus, pretože rast a vývoj sú nezlučiteľné s nemennosťou formy. Napriek tomu, ak vezmeme do úvahy krátke časové úseky, najmä počas období inhibície rastu, potom možno u detí nájsť schopnosť homeomorfózy. Ide o to, že v tele sa neustále menia generácie jeho základných buniek. Bunky nežijú dlho (výnimkou sú len nervové bunky): normálna dĺžka života telesných buniek je týždne alebo mesiace. Napriek tomu každá nová generácia buniek takmer presne opakuje tvar, veľkosť, umiestnenie a teda aj funkčné vlastnosti predchádzajúcej generácie. Špeciálne fyziologické mechanizmy zabraňujú výrazným zmenám telesnej hmotnosti v podmienkach hladovania alebo prejedania sa. Najmä počas pôstu sa prudko zvyšuje stráviteľnosť živín a naopak pri prejedaní sa väčšina bielkovín, tukov a sacharidov dodávaných s jedlom „spáli“ bez akéhokoľvek úžitku pre telo. Bolo dokázané (N.A. Smirnova), že u dospelého človeka sú prudké a výrazné zmeny telesnej hmotnosti (hlavne v dôsledku množstva tuku) v akomkoľvek smere istými príznakmi zlyhania adaptácie, nadmernej námahy a poukazujú na funkčné poruchy tela. . Detský organizmus sa stáva obzvlášť citlivým na vonkajšie vplyvy v obdobiach najrýchlejšieho rastu. Porušenie homeomorfózy je rovnakým nepriaznivým znakom ako porušenie homeostázy a homeorézy.

Pojem biologických konštánt. Telo je komplex obrovského množstva rôznych látok. Počas života buniek tela sa koncentrácia týchto látok môže výrazne zmeniť, čo znamená zmenu vnútorného prostredia. Bolo by nemysliteľné, keby riadiace systémy organizmu boli nútené sledovať koncentráciu všetkých týchto látok, t.j. disponujú množstvom senzorov (receptorov), priebežne analyzujú aktuálny stav, robia kontrolné rozhodnutia a sledujú ich účinnosť. Na takýto režim riadenia všetkých parametrov by nestačili ani informačné, ani energetické zdroje tela. Preto sa telo obmedzuje na sledovanie relatívne malého počtu najvýznamnejších ukazovateľov, ktoré sa musia udržiavať na relatívne konštantnej úrovni pre blaho veľkej väčšiny telesných buniek. Tieto najprísnejšie parametre homeostázy sa tým transformujú na „biologické konštanty“ a ich nemennosť je zabezpečená niekedy dosť výraznými výkyvmi iných parametrov, ktoré nie sú klasifikované ako homeostáza. Hladiny hormónov podieľajúcich sa na regulácii homeostázy sa teda môžu v krvi meniť desiatky krát v závislosti od stavu vnútorného prostredia a vplyvu vonkajších faktorov. Súčasne sa parametre homeostázy menia iba o 10-20%.

Najdôležitejšie biologické konštanty. Medzi najdôležitejšie biologické konštanty, za udržiavanie ktorých na relatívne konštantnej úrovni sú zodpovedné rôzne fyziologické systémy tela, treba spomenúť telesná teplota, hladina glukózy v krvi, obsah H+ iónov v telesných tekutinách, čiastočné napätie kyslíka a oxidu uhličitého v tkanivách.

Choroba ako znak alebo dôsledok porúch homeostázy. Takmer všetky ľudské choroby sú spojené s narušením homeostázy. Napríklad pri mnohých infekčných ochoreniach, ako aj pri zápalových procesoch je teplotná homeostáza v tele prudko narušená: objavuje sa horúčka (horúčka), niekedy život ohrozujúca. Príčina tohto narušenia homeostázy môže spočívať tak v charakteristike neuroendokrinnej reakcie, ako aj v poruchách aktivity periférnych tkanív. V tomto prípade je prejav choroby - zvýšená teplota - dôsledkom porušenia homeostázy.

Typicky sú horúčkovité stavy sprevádzané acidózou – porušením acidobázickej rovnováhy a posunom reakcie telesných tekutín na kyslú stranu. Acidóza je charakteristická aj pre všetky ochorenia spojené so zhoršením kardiovaskulárneho a dýchacieho systému (ochorenia srdca a ciev, zápalové a alergické lézie bronchopulmonálneho systému atď.). Acidóza často sprevádza prvé hodiny života novorodenca, najmä ak hneď po narodení nezačal normálne dýchať. Na odstránenie tohto stavu je novorodenec umiestnený do špeciálnej komory s vysokým obsahom kyslíka. Metabolická acidóza pri ťažkej svalovej aktivite sa môže vyskytnúť u ľudí v akomkoľvek veku a prejavuje sa dýchavičnosťou a zvýšeným potením, ako aj bolestivosťou svalov. Po ukončení práce môže stav acidózy pretrvávať niekoľko minút až 2-3 dni v závislosti od stupňa únavy, kondície a účinnosti homeostatických mechanizmov.

Veľmi nebezpečné sú choroby, ktoré vedú k narušeniu homeostázy voda-soľ, napríklad cholera, pri ktorej sa z tela odoberá obrovské množstvo vody a tkanivá strácajú svoje funkčné vlastnosti. Mnohé ochorenia obličiek tiež vedú k narušeniu homeostázy voda-soľ. V dôsledku niektorých z týchto ochorení môže vzniknúť alkalóza – nadmerné zvýšenie koncentrácie zásaditých látok v krvi a zvýšenie pH (posun na zásaditú stranu).

V niektorých prípadoch môžu drobné, ale dlhodobé poruchy homeostázy spôsobiť rozvoj určitých chorôb. Existujú teda dôkazy, že nadmerná konzumácia cukru a iných zdrojov sacharidov, ktoré narúšajú homeostázu glukózy, vedie k poškodeniu pankreasu, v dôsledku čoho sa u človeka rozvinie cukrovka. Nebezpečná je aj nadmerná konzumácia stolových a iných minerálnych solí, horúcich korenín a pod., ktoré zvyšujú záťaž vylučovacieho ústrojenstva. Obličky nemusia byť schopné vyrovnať sa s množstvom látok, ktoré je potrebné z tela odstrániť, čo má za následok narušenie homeostázy voda-soľ. Jedným z jeho prejavov je edém - nahromadenie tekutiny v mäkkých tkanivách tela. Príčina edému zvyčajne spočíva buď v nedostatočnosti kardiovaskulárneho systému, alebo v poruche funkcie obličiek a v dôsledku toho v metabolizme minerálov.

Homeostáza je akýkoľvek samoregulačný proces, ktorým sa biologické systémy snažia udržať vnútornú stabilitu prispôsobovaním sa optimálnym podmienkam prežitia. Ak je homeostáza úspešná, život pokračuje; inak dôjde ku katastrofe alebo smrti. Dosiahnutá stabilita je vlastne dynamická rovnováha, v ktorej dochádza k kontinuálnym zmenám, ale prevládajú relatívne homogénne podmienky.

Vlastnosti a úloha homeostázy

Každý systém v dynamickej rovnováhe chce dosiahnuť stabilný stav, rovnováhu, ktorá odoláva vonkajším zmenám. Pri narušení takéhoto systému reagujú na odchýlky vstavané regulačné zariadenia, aby nastolili novú rovnováhu. Tento proces je jednou z kontrol spätnej väzby. Príkladom homeostatickej regulácie sú všetky procesy integrácie a koordinácie funkcií sprostredkované elektrickými obvodmi a nervovými alebo hormonálnymi systémami.

Ďalším príkladom homeostatickej regulácie v mechanickom systéme je činnosť regulátora izbovej teploty alebo termostatu. Srdcom termostatu je bimetalový pásik, ktorý reaguje na zmeny teploty dokončením alebo prerušením elektrického obvodu. Keď sa miestnosť ochladí, okruh sa skončí a zapne sa kúrenie a teplota sa zvýši. Pri danej úrovni sa okruh preruší, pec sa zastaví a teplota klesne.

Avšak biologické systémy, ktoré majú väčšiu zložitosť, majú regulátory, ktoré je ťažké porovnávať s mechanickými zariadeniami.

Ako už bolo uvedené, termín homeostáza sa vzťahuje na udržiavanie vnútorného prostredia tela v úzkych a prísne kontrolovaných medziach. Hlavné funkcie dôležité pre udržanie homeostázy sú rovnováha tekutín a elektrolytov, regulácia kyslosti, termoregulácia a kontrola metabolizmu.

Kontrola telesnej teploty u ľudí sa považuje za vynikajúci príklad homeostázy v biologickom systéme. Normálna teplota ľudského tela je okolo 37 °C, ale môžu to ovplyvniť rôzne faktory, vrátane hormónov, rýchlosti metabolizmu a chorôb, ktoré spôsobujú nadmerne vysoké alebo nízke teploty. Reguláciu telesnej teploty riadi oblasť mozgu nazývaná hypotalamus.

Spätná väzba o telesnej teplote sa prenáša cez krvný obeh do mozgu a vedie ku kompenzačným úpravám rýchlosti dýchania, hladiny cukru v krvi a rýchlosti metabolizmu. Strata tepla u ľudí je spôsobená zníženou aktivitou, potením a mechanizmami výmeny tepla, ktoré umožňujú cirkuláciu väčšieho množstva krvi v blízkosti povrchu kože.

Tepelné straty sa znižujú izoláciou, zníženou cirkuláciou pokožky a kultúrnymi zmenami, ako je používanie oblečenia, bývania a vonkajších zdrojov tepla. Rozsah medzi vysokou a nízkou úrovňou telesnej teploty predstavuje homeostatickú plató – „normálny“ rozsah, ktorý podporuje život. Keď sa blíži jeden extrém, nápravné opatrenie (prostredníctvom negatívnej spätnej väzby) vráti systém do normálneho rozsahu.

Koncept homeostázy sa vzťahuje aj na podmienky prostredia. Prvýkrát navrhol americký ekológ Robert MacArthur v roku 1955 myšlienku, že homeostáza je produktom kombinácie biodiverzity a veľkého počtu ekologických interakcií vyskytujúcich sa medzi druhmi.

Tento predpoklad bol považovaný za koncept, ktorý by mohol pomôcť vysvetliť pretrvávanie ekologického systému, teda jeho pretrvávanie ako konkrétneho typu ekosystému v priebehu času. Odvtedy sa koncept trochu zmenil, aby zahŕňal neživú zložku ekosystému. Tento termín použili mnohí ekológovia na opis reciprocity, ktorá sa vyskytuje medzi živými a neživými zložkami ekosystému, aby sa zachoval status quo.

Hypotéza Gaia je model Zeme navrhnutý anglickým vedcom Jamesom Lovelockom, ktorý považuje rôzne živé a neživé zložky za zložky väčšieho systému alebo jedného organizmu, čo naznačuje, že kolektívne úsilie jednotlivých organizmov prispieva k homeostáze na planetárnej úrovni.

Bunková homeostáza

Na udržanie vitality a správneho fungovania sa spoliehajte na prostredie tela. Homeostáza udržuje pod kontrolou prostredie tela a udržiava priaznivé podmienky pre bunkové procesy. Bez správnych podmienok v tele niektoré procesy (napríklad osmóza) a proteíny (napríklad enzýmy) nebudú správne fungovať.

Prečo je homeostáza pre bunky dôležitá?Živé bunky závisia od pohybu chemikálií okolo nich. Chemikálie, ako je kyslík, oxid uhličitý a rozpustené potraviny, musia byť transportované do buniek a von z nich. Toho sa dosahuje procesmi difúzie a osmózy, ktoré závisia od rovnováhy vody a soli v tele, ktorá je udržiavaná homeostázou.

Bunky sú závislé od enzýmov, ktoré urýchľujú mnohé chemické reakcie, ktoré udržujú bunky živé a funkčné. Tieto enzýmy fungujú najlepšie pri určitých teplotách, a preto je homeostáza opäť životne dôležitá pre bunky, pretože udržiava stálu telesnú teplotu.

Príklady a mechanizmy homeostázy

Tu je niekoľko základných príkladov homeostázy v ľudskom tele, ako aj mechanizmov, ktoré ju podporujú:

Telesná teplota

Najčastejším príkladom homeostázy u ľudí je regulácia telesnej teploty. Normálna telesná teplota, ako sme písali vyššie, je 37° C. Teploty nad alebo pod normálnu úroveň môžu spôsobiť vážne komplikácie.

Svalové zlyhanie nastáva pri teplote 28° C. Pri 33° C nastáva strata vedomia. Pri 42 °C sa začne rozpadávať centrálny nervový systém. Smrť nastáva pri teplote 44° C. Telo riadi teplotu vytváraním alebo uvoľňovaním prebytočného tepla.

Koncentrácia glukózy

Koncentrácia glukózy sa vzťahuje na množstvo glukózy (krvného cukru) prítomného v krvnom obehu. Telo využíva glukózu ako zdroj energie, ale jej príliš veľa alebo príliš málo môže spôsobiť vážne komplikácie. Niektoré hormóny regulujú koncentráciu glukózy v krvi. Inzulín znižuje koncentrácie glukózy, zatiaľ čo kortizol, glukagón a katecholamíny sa zvyšujú.

Hladiny vápnika

Kosti a zuby obsahujú približne 99 % telesného vápnika, zatiaľ čo zvyšné 1 % cirkuluje v krvi. Príliš veľa alebo príliš málo vápnika v krvi má negatívne dôsledky. Ak hladina vápnika v krvi príliš klesne, prištítne telieska aktivujú svoje receptory citlivé na vápnik a uvoľnia parathormón.

PTH signalizuje kostiam, aby uvoľnili vápnik, aby sa zvýšila jeho koncentrácia v krvnom obehu. Ak sa hladina vápnika príliš zvýši, štítna žľaza uvoľní kalcitonín a fixuje prebytočný vápnik v kostiach, čím sa zníži množstvo vápnika v krvi.

Objem kvapaliny

Telo si musí udržiavať stále vnútorné prostredie, čo znamená, že potrebuje regulovať stratu tekutín alebo ich nahradenie. Hormóny pomáhajú regulovať túto rovnováhu tým, že spôsobujú vylučovanie alebo zadržiavanie tekutín. Ak telo nemá dostatok tekutín, antidiuretický hormón signalizuje obličkám, aby šetrili tekutinu, a znižuje produkciu moču. Ak telo obsahuje priveľa tekutín, potláča aldosterón a dáva signály na tvorbu väčšieho množstva moču.