Хомеостаза

Хомеостазата е тенденцията да не се отклонявате от обхвата на благоприятни или идеални вътрешни условия. Такива условия трябва да се поддържат постоянно. Поддържането на стабилно вътрешно състояние е от решаващо значение за всяка форма на живо същество. Използват се различни физиологични стратегии, за да се поддържа правилното функциониране на дадена система, въпреки динамиката на външната среда. Всъщност тази способност е един от отличителните белези на това да си жив. Вместо да не прави нищо, живият организъм действа и се противопоставя на въздействието на външни фактори, за да не се отклонява от състоянието на равновесие, стабилност или баланс, което предпочита. При хората хомеостазата се поддържа чрез регулаторни механизми, всеки от които се състои от три основни компонента: рецептор; контролен център; ефектор.

Хомеостатичният механизъм може да бъде под формата на цикъл, който може да бъде положителен или отрицателен. Като система за контрол с обратна връзка, хомеостатичният процес следователно може да се концептуализира като структура със затворен цикъл, което означава, че изходът на системата се подава обратно в системата като вход, като по този начин се регулират бъдещи действия. Положителната обратна връзка води до повече стимулация или ускоряване на процеса, докато отрицателната обратна връзка води до инхибиране на (източника на) стимул или до забавяне на процеса. Примери за положителна обратна връзка са контракциите при раждане, съсирването на кръвта и генерирането на потенциал за действие. Примери за системи с отрицателна обратна връзка са терморегулация, регулиране на кръвната глюкоза, барорефлекс на кръвното налягане, калциева хомеостаза, калиева хомеостаза и осморегулация.

Определението за хомеостаза в биологията, е способността на тялото или клетката да търси и поддържа състояние на равновесие – стабилна вътрешна среда. Може да се тълкува като умение на живия организъм в усилията му да остане в рамките на оптималния диапазон, въпреки променливите условия на околната среда. По този начин, в биологичния контекст, думата хомеостаза включва множество физиологични механизми за контрол, за да се поддържа и стабилизира функционалното, нормално състояние на организма .

Етимология: Терминът хомеостаза идва от старогръцки – ὅμοιος (hómoios, което означава „подобен“), от στημι (hístēmi, „стоящ неподвижен“) и stasis, от στάσις (stásis, което означава „стоящ“). Концепцията за хомеостаза е описана за първи път през 1865 г. от Клод Бернар, френски физиолог. Терминът обаче е въведен по-късно през 1962 г. от американския физиолог Уолтър Брадфорд Кенън.

Хомеостатични процеси: Един жив организъм се нуждае от система, която ефективно да свързва различни биологични процеси и функции. Човешкото тяло, например, има телесни органи, съставени от клетки, функциониращи в унисон. Тези органи, макар и различни един от друг, трябва да работят един с друг, за да поддържат набор от вътрешни условия в идеалния диапазон. Има различни хомеостатични процеси и всеки от тях работи, чрез регулиране на определени променливи показатели на вътрешната среда на организма.

Хомеостаза в човешкото тяло:Човешкото тяло не би могло да функционира ефективно, ако има продължителен дисбаланс във вътрешните физически условия и химичен състав. Както всяко друго живо същество, човешкото тяло използва различни хомеостатични механизми, за да поддържа оптималното си функциониране. Променливи показатели като телесна температура, pH, ниво на натрий, ниво на калий, ниво на калций и ниво на кръвна захар трябва да се поддържат в хомеостатичния диапазон. Хомеостатичният диапазон се определя като допустима горна и долна граница на определена променлива стойност. Ако е извън диапазона на хомеостатичните стойности, тялото скоро ще се провали в изпълнието на задачите си и ще стане дисфункционално. За да може тялото да поддържа тези променливи стойности в ефикасни граници, се използват различни регулаторни механизми и всеки от тях се състои от три основни компонента.

Компоненти на хомеостазата: Компонентите на хомеостазата са: рецептор, контролен център и ефектор.

Рецепторът, както подсказва името, е тази част от хомеостатичната система, която получава информация, относно състоянието на тялото. Той следи и възприема промените в своята среда, както вътрешна, така и външна. Той е под формата на сензорен нервен терминал, който получава информацията (т.е. стимул) и след това реагира, като произвежда нервен импулс според вида, наличието/отсъствието или степента на стимулация. Примери за рецептори в човешкото тяло са следните:

Фоторецептори, т.е. рецептори, които реагират на светлинни стимули

Обонятелни рецепторни клетки, т.е. рецептори в обонятелния епител на покрива на носа, които реагират на миризми или мирис

Рецептори за вкус, т.е. Вкусови рецептори
Слухови рецепторни клетки, т.е. рецептори в епитела на кортиевия орган, които реагират на звукови стимули
Терморецептори, т.е. рецептори в сетивна клетка, чувствителни към промените в температурата
Механорецептори, т.е. рецептори в кожата, които реагират на различни механични стимули
Интероцептори, т.е. рецептори, които реагират на стимули в тялото
Ноцицептори, т.е. рецептори, отговорни за откриване или реагиране на болка
Периферни хеморецептори, т.е. рецептори, които реагират на химически промени в кръвта, наприме кислородната концентрация
Контролните центрове се отнасят до хомеостатичния компонент, който обработва импулси, предавани от рецепторите. Примери за това са дихателният център и системата ренин-ангиотензин.
Ефекторите са целта на хомеостатичния отговор, който би довел до връщане на условията към оптималния или нормален диапазон. На ниво тъкан или орган те се илюстрират от мускула или жлезата. На клетъчно ниво те са рецепторите на нерв, включително ядрените рецептори.
Тези три компонента работят, като първо откриват и след това реагират на информацията (т.е. стимул) от рецепторите на сетивните клетки. Тези клетки реагират на откритата промяна в околната среда, като предават информацията на контролния център за обработка или директно на конкретен целеви ефектор. Обработката в контролния център включва обсъждане и определяне на подходящия отговор на препредадените стимули. След това изпраща това съобщение до ефекторите. Ефекторите при получаване на съобщението биха довели до предполагаемия отговор, който ще се върне към нормалния хомеостатичен диапазон. На клетъчно ниво активираните ядрени рецептори ще действат чрез регулиране нагоре (или чрез регулиране надолу) на експресията на определени гени. Протеинът, произведен от генната експресия, след това ще упражни своя ефект върху целевия орган.

Хомеостатични механизми: Хомеостатичните механизми, които реагират на смущение, могат да бъдат под формата на механизъм на цикъл (наречен механизъм за обратна връзка), който може да бъде положителен или отрицателен. Положителната обратна връзка поддържа посоката на стимула. Той има тенденция да ускорява или насърчава ефекта на стимула. Примери за това са родилните контракции, съсирването на кръвта и генерирането на потенциал за действие. Отрицателната обратна връзка е система за саморегулиране и се използва в различни биологични системи. Той обръща посоката на стимула и има тенденция да инхибира източника на стимула или да забави метаболитния процес. Примерите включват терморегулация, регулиране на кръвната захар, барорефлекс на кръвното налягане, калциева хомеостаза, калиева хомеостаза и осморегулация.
Родилни контракции
Контракцията на раждането по време на раждане е положителна обратна връзка, тъй като първоначалното свиване на маточния мускул води до следващи контракции. Вместо да инхибира контракцията, тялото има тенденция да произвежда повече контракции. По време на раждането задната хипофизна жлеза освобождава окситоцин, който стимулира мускулната контракция. При раждане на дете освобождаването на окситоцин се увеличава допълнително, засилвайки мускулните контракции, докато новороденото бъде избутано извън родовия канал.
Съсирване на кръвта
Образуването на кръвен съсирек при наличие на тъканно нараняване е пример за положителна обратна връзка. Превръщането на кръвта от течна в твърда форма води до серия от активации на факторите на кръвосъсирването. Веднага щом се активира един фактор на кръвосъсирването, се активира следващият фактор на кръвосъсирването, което води до образуването на фибринов съсирек. При този процес посоката на стимула се запазва.
Генериране на потенциал за действие
При невронното сигнализиране се демонстрира положителна обратна връзка по време на деполяризация на мембраната. Тъй като нервният импулс се предава по аксона на неврона, волтаж-зависимите натриеви канали се отварят в серия, надолу по аксона. Първият набор от волтаж-зависими натриеви канали се отваря, което води до приток на натриеви йони. Това, от своя страна, причинява деполяризация на околната област, което означава, че следващият набор от волтаж – зависими натриеви канали ще се отвори. Терморегулацията:

Терморегулацията е пример за отрицателна обратна връзка. Отнася се до хомеостатичната регулация на телесната температура. Човешкото тяло е склонно да поддържа вътрешна температура от около 98,6 градуса по Фаренхайт (98,6 ˚F, еквивалентно на 37 ˚C), наричана още зададена точка. Вътрешната температура се регулира главно от нервната система, особено от предния хипоталамус и преоптичната област на мозъка на централната нервна система. Когато температурата на околната среда е по-ниска от температурата на кожата, възниква загуба на топлина. Това означава, че в по-студена среда (например през студения зимен сезон) тялото губи топлина главно от ръцете и краката. В резултат на това основната температура пада. Това се улавя от терморегулаторния център на мозъка като нестабилна вътрешна среда и инициира контролни механизми, които имат за цел да върнат основната температура до зададената точка. Един от хомеостатичните механизми е чрез треперене да се генерира топлина. Терморегулаторният център в мозъка изпраща сигнали към мускулите да треперят. Тъй като тялото остава неподвижно, докато трепери, по-малко топлина ще се разсейва в околната среда. От друга страна, когато температурата на околната среда е по-висока от температурата на кожата, тялото получава топлина и следователно вътрешната температура се повишава. Това се случва през горещите летни дни. Терморегулаторният контролен център в мозъка реагира, например чрез стимулиране на екринните потни жлези да отделят пот, за да охладят тялото (чрез изпарително охлаждане). Терморегулацията е важен хомеостатичен механизъм не само при хората, но и при бозайниците – те поддържат постоянна телесна температура, което ги прави характерно топлокръвни. Тялото поддържа оптимална вътрешна температура чрез вътрешна физиологична регулация от телесна система, състояща се от терморецептори в хипоталамуса, мозъка, гръбначния мозък, вътрешните органи и големите вени. Друг начин е алостазата, която е поведенческа форма на хомеостатична регулация. Например, по време на горещо време те са склонни да търсят сенчести, по-хладни места и/или не се движат много. През студения сезон те търсят топли места и са склонни да увеличат активността си. Някои видове, като птици, се скупчват или сгушват заедно, за да се стоплят. Хората от своя страна са измислили определени инструменти, системи и оборудване, за да помогнат за постигането на поносима или идеална околна температура в своите убежища. Например, лъчисто отопление под формата на парни радиатори, лъчисто подово отопление, стенно отопление, зидани нагреватели и пасивно слънчево отопление може да затопли ефективно повърхности и предмети и да произведе равномерна и комфортна топлина и т.н.

Хомеостаза на кръвта:Човешката кръв се състои от клетъчни елементи и плазма. Докато клетъчните елементи включват кръвните клетки и тромбоцитите, плазмата се състои главно от вода, около 95% от обема, а останалият процент включва разтворени протеини (напр. серумни албумини, глобулини, фибриноген), глюкоза, фактори на кръвосъсирването, електролити, хормони , въглероден диоксид и кислород. Нивата на тези компоненти в кръвната плазма преминават през хомеостатична регулация.

Например нивото на кръвната захар се регулира, за да се настрои концентрацията на глюкоза в кръвта в рамките на допустимата граница. Тялото поддържа хомеостазата в това отношение до голяма степен чрез панкреаса. Панкреасът е жлезиста структура, съставена от два основни типа клетки: алфа и бета клетки. Алфа клетките произвеждат и секретират глюкагон, докато бета клетките, инсулин. Глюкагонът и инсулинът са хормони от панкреаса, които регулират концентрацията на глюкоза в кръвта. Инсулинът по-специално понижава нивата на кръвната захар, като подтиква скелетните мускули и мастните тъкани да поемат глюкоза от кръвния поток.
Той също така подтиква чернодробните клетки да приемат глюкоза и да я съхраняват в гликоген. Обратно, глюкагонът повишава нивата на кръвната захар, като стимулира черния дроб да преобразува съхранявания си гликоген в глюкоза, чрез гликогенолиза или да произвежда глюкоза, чрез глюконеогенеза и да я освобождава в кръвния поток. Така, когато нивото на глюкозата в кръвообращението е високо (напр. при консумация на богата на въглехидрати храна), бета-клетките на панкреаса отделят инсулин и инхибират алфа-клетките да отделят глюкагон. Но когато нивото на глюкозата спадне (напр. по време на изискваща енергия тренировка), алфа клетките отделят глюкагон и секрецията на инсулин спира.
Хомеостаза на кръвното налягане: Друг пример за отрицателна обратна връзка е хомеостатичната регулация на кръвното налягане. Кръвното налягане е силата, упражнявана от циркулиращата кръв, когато удря артериалните стени. Натискът идва от сърцето, когато създава пулсиращ акт. Това кръвно налягане се регулира в рамките на хомеостатичния диапазон чрез центъра за контрол на сърдечно-съдовата система. Този контролен център има три различни дейности, свързани с регулирането на кръвното налягане:
– Сърдечният център изпраща нервни импулси към симпатиковите сърдечни нерви за увеличаване на сърдечния дебит (чрез увеличаване на сърдечната честота).
– Сърдечният център изпраща нервни импулси към парасимпатиковите вагусови нерви, за да намали сърдечния дебит (чрез намаляване на сърдечната честота).
– Вазомоторният център, регулиращ диаметъра на кръвоносните съдове.
Сърдечно-съдовият център получава информация за промените в кръвното налягане от рецептори, напр. барорецептори – те са рецептори, които се намират най-вече в каротидния синус.
Чувствителни са към промени в кръвното налягане. Например, когато артериалната стена се разтегне от увеличен кръвен обем, барорецепторите откриват последващото повишаване на артериалното кръвно налягане. Те изпращат сигнали до клетките на предсърдния сърдечен мускул, за да отделят предсърден натриуретичен пептид (ANP) в кръвния поток. ANP е мощен вазодилататор, чието действие включва понижаване на кръвното налягане. В това отношение целевият му орган е бъбрекът, който освен основната функция да отделя отпадъците от тялото като урина, той също играе важна роля в управлението на обема на кръвта чрез системата ренин-ангиотензин-алдостерон. По-специално, ANP стимулира бъбреците да спрат да отделят ренин – ензим, който превръща ангиотензиногена от черния дроб в ангиотензин I. След това ангиотензин I се превръща от ангиотензин-конвертиращия ензим в белите дробове в мощен вазоконстрикторен пептид, ангиотензин II. Последното кара целевия кръвоносен съд да се свие, като по този начин повишава периферното съпротивление, което може да повлияе на кръвния поток. Увеличаването на периферното съпротивление води до повишаване на кръвното налягане. Ангиотензин II също действа върху надбъбречните жлези, като ги стимулира да отделят алдостерон. Алдостеронът намалява отделянето на урина. Това става чрез навлизане в основните клетки на дисталния тубул и събирателния канал на бъбречния нефрон, за да се свърже с ядрения минералкортикоиден рецептор. Това активира клетката да освобождава натриеви (Na+) йони чрез базолатералните Na+/K+ помпи. Три Na+ йона се освобождават от клетката в интерстициалната течност. Едновременно с това 2 К+ йона се приемат в клетката от интерстициалната течност. В резултат на това градиентът на концентрация кара Na+ йони и вода да навлязат в кръвния поток (що се отнася до K+ йони, те се секретират от лумена на събирателния канал в урината). Повторното усвояване на Na+ йони и вода в кръвта повишава кръвния обем. Чрез инхибиране на бъбреците да отделят ренин, неговите ефекти и произтичащите от това събития също ще бъдат инхибирани. В резултат на това обемът на кръвта намалява и кръвното налягане спада.
Калциева хомеостаза: Главните клетки в паращитовидните жлези и парафоликуларните клетки в щитовидните жлези са сензорни клетки, които са чувствителни към нивата на калциевите йони (Ca2+). Спадането на калциевите йони в плазмата подтиква главните клетки да секретират паратиреоиден хормон, докато повишаването на калциевите йони подтиква парафоликуларните клетки да секретират калцитонин. Намаляването на нивото на Ca2+ предизвиква освобождаване на паратиреоиден хормон. Увеличаването на този хормон, циркулиращ в кръвта, стимулира костната резорбция. Също така хормонът предизвиква отделянето на фосфатни йони чрез урината. Екскрецията на фосфатни йони ще попречи на последните да се свържат с Ca2+. По този начин несвързаният Ca2+ може да бъде освободен в плазмата, коригирайки нивото на Ca2+. Освен това хормонът действа и върху бъбреците. Той стимулира бъбреците да отделят калцитриол в кръвта. Калцитриолът е насочен към епителните клетки на дванадесетопръстника и йеюнума на тънките черва, за да увеличи техния капацитет за абсорбция на калций от чревния лумен и след това да го освободи в кръвта. Повишаването на Ca2+ води до отделяне на калцитонин от парафоликуларните клетки в кръвта. Този хормон от своя страна се насочва към костните клетки, като ги стимулира да абсорбират калция и да го превърнат в неразтворима форма в костта, като по този начин премахва излишния Ca2+ в кръвта.
Калиева хомеостаза: Тялото коригира нивата на калий чрез действието на надбъбречния комплекс. Високата концентрация на калий в плазмата води до деполяризация на мембраната на zona glomerulosa в надбъбречната кора. Това стимулира освобождаването на алдостерон в кръвта. Този хормон действа върху бъбреците.
Стимулира отделянето на излишните калиеви йони в урината. Това става чрез базолатералните натриеви/калиеви помпи на тубулните епителни клетки. Всяка от тези помпи работи, като освобождава три натриеви йона от клетката и след това приема два калиеви йона в клетката.
Поради получения градиент на йонна концентрация, натриевите йони се реабсорбират в кръвта и след това калиевите йони се секретират в лумена на събирателния канал за крайната им екскреция чрез урината.
Осморегулация: Телесните течности в човешкото тяло са два основни типа: вътреклетъчна течност (течност вътре в клетката) и извънклетъчна течност (течност извън клетката). И двата вида са съставени главно от вода. Количеството водни молекули между тези две течности трябва да се регулира и стабилизира.
Тялото прави това чрез осморегулация. Хомеостатичният механизъм се инициира от осморецепторите в хипоталамуса. Тези рецептори са чувствителни към промените в осмотичното налягане. Когато тези рецептори открият хипертоничност (повече разтворено вещество) или хиперосмоларност в извънклетъчната среда, вазопресинът се освобождава в кръвообращението. В случай на осморегулация, вазопресинът се насочва към бъбреците, за да упражни антидиуретичен отговор, особено чрез насърчаване на реабсорбцията на вода, като по този начин инхибира по-нататъшната загуба на вода. Освен освобождаването на вазопресин, хипоталамусът също стимулира центъра за жажда в мозъка, за да увеличи желанието за пиене на вода. В случай на хипоосмотичност във външната среда има ниско плазмено ниво на вазопресин. Следователно водата не се реабсорбира от бъбречните тубули и следователно се екскретира в урината.
Биологично значение на хомеостазата: Хомеостазата е важна за поддържане на вътрешна стабилност и поддържане на живота. Без тези хомеостатични механизми, които да гарантират, че вродените променливи се поддържат в рамките на оптималните или подходящи стойности, би имало нестабилност в тялото. Системата няма да може да функционира правилно и ефективно. В дългосрочен план индивидът ще се разболее или още по-лошо ще се изправи пред смърт поради неуспеха на тялото да коригира фалшивите променливи, които пречат на системата да функционира както трябва.

Забележете това: Треската като доказателство, че хомеостазата не е статична
Докато тялото се стреми да поддържа постоянна вътрешна среда, то може да се отклони от нормата. Например, тялото обикновено позволява температурата да се повиши сравнително по-високо от нормалния диапазон, особено когато се опитва да се бори и да потисне растежа на микробите, които са влезли в тялото. По този начин, когато има инфекция, телесната температура се повишава в отговор на пирогените (група химикали, предизвикващи треска при наличие на инфекция). В този случай хипоталамусът се „нулира“ до по-висока температура, което клинично показва „треска“.
Треската е естествен имунен отговор на тялото. Помага, защото много патогени са чувствителни към температурата и насърчава по-силен имунен отговор, тъй като някои имунни клетки работят по-ефективно при по-високи температури. Въпреки това, продължителната треска или изключително високите температури (над 40°C) са сериозни медицински състояния, изискващи незабавна медицинска помощ. В този момент терморегулаторният механизъм на тялото може да бъде претоварен и да доведе до сериозни неблагоприятни ефекти, като дехидратация и други потенциални усложнения. По този начин антипиретичните лекарства се предписват от лекарите, за да осигурят облекчение и да понижат телесната температура.

Забележка: ИнтеграБг.Инфо не е лекар, не лекува, и не консултира! ИнтеграБг.Инфо е здравно информационна – образователна медия. При нужда се обърнете към квалифициран специалист! ИнтеграБг.Инфо не носи отговорност за неправилно интерпретиране на текст от потребителите на сайта!

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *