ГОМЕОСТАЗ. 1. Свойства гомеостаза 3 Механизмы гомеостаза обратная связь 4

• Название: 1. Свойства гомеостаза 3 Механизмы гомеостаза обратная связь 4
• Дата: 29.01.2021
• Размер: 34.97 Kb.
• Имя файла: ГОМЕОСТАЗ.docx
• Тип: Реферат; #172356

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

1.Свойства гомеостаза 3

2.Механизмы гомеостаза: обратная связь 4

9.Биологический гомеостаз 14

10.Клеточный гомеостаз 15

11.Другие сферы 15

12.Примеры 16

ВВЕДЕНИЕ

Гомеоста́з (др.-греч. ὁμοιοστάσις от ὁμοιος — одинаковый, подобный и στάσις — стояние, неподвижность) — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Гомеостаз популяции — способность популяции поддерживать определённую численность своих особей длительное время.

Американский физиолог Уолтер Кеннон (Walter B. Cannon) в 1932 году в своей книге «The Wisdom of the Body» («Мудрость тела») предложил этот термин как название для «координированных физиологических процессов, которые поддерживают большинство устойчивых состояний организма». В дальнейшем этот термин распространился на способность динамически сохранять постоянство своего внутреннего состояния любой открытой системы. Однако представление о постоянстве внутренней среды было сформулировано ещё в 1878 году французским учёным Клодом Бернаром.
 

 

 

 

 

 

 

 

1. Свойства гомеостаза

Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:

• 
  Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.
  
• 
  Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.
  
• 
  Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.
  

Примеры гомеостаза у млекопитающих:

• 
  Регуляция количества минеральных веществ и воды в теле — осморегуляция. Осуществляется в почках.
  
• 
  Удаление отходов процесса обмена веществ — выделение. Осуществляется экзокринными органами — почками, лёгкими, потовыми железами и желудочно-кишечным трактом.
  
• 
  Регуляция температуры тела. Понижение температуры через потоотделение, разнообразные терморегулирующие реакции.
  
• 
  Регуляция уровня глюкозы в крови. В основном осуществляется печенью, инсулином и глюкагоном, выделяемыми поджелудочной железой.
  

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного, ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.
 

 

 

2. Механизмы гомеостаза: обратная связь

Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, или фидбэка, на которые реагирует система:

1. 
   Отрицательная обратная связь, выражающаяся в реакции, при которой система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.
   
   • 
     Например, когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.
     
   • 
     Терморегуляция — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ — понижение температуры (или повышение).
     
2. 
   Положительная обратная связь, которая выражается в усилении изменения переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.
   
   • 
     Например, в нервах пороговый электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртывание крови и события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной обратной связи.
     

Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная обратная связь позволяет вернуться к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, — такая ситуация называется «метастабильность». Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокой эвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.

 

3. 
   Физиологический  гомеостаз
   

 

Одно из свойств всего живого способность сохранять постоянство внутренней среды. Это свойство получило название гомеостаза. Более полное определение гомеостаза (от греч. Homoios – подобный, одинаковый и status – неподвижность) — это способность живых систем противостоять изменениям и сохранять постоянство состава и свойств биологических систем. Гомеостаз в организмах поддерживается саморегуляцией.

Физиологический гомеостаз связан с формированием и поддержанием в клетке специфических физико-химических условий. Постоянство внутренней среды многоклеточных организмов поддерживается системами дыхания, кровообращения, пищеварения, выделения и регулируется нервной и эндокринной системами.

Под функциональным (физиологическим) гомеостазом понимают оптимальную физиологическую активность различных органов, систем и всего организма в конкретных условиях среды. В свою очередь он включает: обменный, дыхательный, пищеварительный, выделительный, регуляторный (обеспечивающий оптимальный уровень нейрогуморальной регуляции в данных условиях) и психологический гомеостаз.

Такой гомеостаз достигается с помощью физиологических регуляторных систем: желез внутренней и внешней секреции, симпатической нервной системы, центральной нервной системы и особенно коры головного мозга, а также с помощью поведения, в котором велика роль как наследственных форм, так и приобретенного индивидуального опыта.

У человека и высших животных гомеостатические механизмы достигли совершенства.

Границы гомеостаза человека могут меняться в зависимости от индивидуальных (наследственных) особенностей организма, возраста, пола, условий жизни и работы.

Практически все характеристики внутренней среды (константы) организма непрерывно колеблются относительно средних уровней, оптимальных для протекания устойчивого обмена веществ. Эти уровни отражают потребность клеток в необходимом количестве исходных продуктов обмена. Допустимый диапазон колебаний для разных констант различен. Незначительные отклонения одних констант могут приводить к существенным нарушениям обменных процессов — это так называемые жесткие константы. К ним относятся, например, осмотическое давление, величина водородного показателя (рН), содержание глюкозы, О2, СО2 в крови.

Другие константы могут варьировать в довольно широком диапазоне без существенных нарушений физиологических функций — это так называемые пластичные константы. К их числу относят количество и соотношение форменных элементов крови, объем циркулирующей крови, скорость оседания эритроцитов.

 

3.1 Гомеостаз  крови

Постоянство состава  крови обеспечивает поддержание  всех остальных функций оганизма. Кровь имеет устойчивую кислотность (рН 7,35—7,47), относительно постоянное осмотическое давление и соотношение содержащихся в плазме электролитов, колеблющиеся в определенных пределах содержание сахара, числа различных клеток крови.

Даже значительные патологические процессы с накоплением кислот в  тканевой жидкости не изменяют значительно рН крови. Такая же ситуация с осмотическим давлением крови: оно подвергается постоянным колебаниям, т.к. в кровь непрерывно поступают продукты промежуточного обмена веществ, влияющие на осмотическое давление, тем не менее, колебания эти не выходят за границы нормы. Значительные изменения осмотического давления могут быть только при выраженных патологических состояниях.

 

4. 
   Микросреда  внутренних органов
   

Каждый отдельный орган  имеет свою собственную внутреннюю среду (микросреду), которая соответствует его строению и функциям. Нормальное состояние каждого отдельного органа зависит от состояния именно этой микросреды, ее отдельных свойств и от проницаемости микросреды в направлениях из крови в микросреду органа и обратно. Особенно важное значение имеет постоянство микросреды для работы центральной нервной системы. Даже незначительные сдвиги, возникающие, например, в цереброспинальной жидкости, могут вызвать тяжелое состояние больного.

 

5. 
   Тепловой  гомеостаз
   

Тепловой гомеостаз  или терморегуляция — это физиологическая функция, которая поддерживает в организме человека и высших животных постоянную температуру тела (с небольшими колебаниями) с помощью регуляции теплопродукции и теплоотдачи.

Основной частью физической терморегуляции является сосудистая терморегуляция, представляющая собой расширение или сужение кровеносных сосудов кожи, в результате чего к коже поступает больший или меньший объем крови и с ним отдается тепло из внутренних органов, то есть часть тепла, образованного в результате обмена веществ. Максимальное расширение кровеносных сосудов кожи из состояния максимального их сужения увеличивает теплоотдачу в шесть раз. Не все участки кожного покрова равноценно участвуют в терморегуляции. Большая теплоотдача возможна от кистей рук — 60% всей теплопродукции, тогда как площадь кистей составляет не более 6% от общей площади кожного покрова.

Другая физическая терморегуляция — потоотделение. Потоотделение  представляет собой просачивание воды через поверхность кожи, где она  испаряется. Процесс этот называется также неощутимой перспирацией. За счет него поглощается примерно пятая часть теплопродукции основного обмена. Неощутимая перспирация не регулируется и не очень зависит от температуры окружающей среды. При угрозе перегревания симпатическая нервная система просто активизирует работу потовых желез в коже. При интенсивном функционировании потовых желез выделяется до 1,5 л пота в час и больше.

При понижении температуры  окружающей среды и угрозе переохлаждения, прежде всего, прекращается потоотделение и происходит сужение кровеносных сосудов кожи. Если температура кожи продолжает падать и угроза переохлаждения не устраняется, то включается так называемая химическая терморегуляция — повышение теплопродукции организма за счет специальных форм сократительной активности скелетных мышц и повышения физиологичекой деятельности других органов. При дальнейшем охлаждении возникает холодовая мышечная дрожь.

Управление всеми реакциями, которые позволяют поддерживать постоянную температуру тела в различных условиях, осуществляется специальными нервными центрами, расположенными в головном мозге. Основным центром терморегуляции является отдел головного мозга, который называется гипоталамусом.

У теплокровных животных терморегуляция осуществляется изменением интенсивности окислительно-восстановительных процессов, продуцирующих тепло, а также приспособлениями для охлаждения. Например, у большинства млекопитающих охлаждение достигается в результате потоотделения и испарения пота с поверхности кожи. Волосяной покров у млекопитающих и перья у птиц, подкожные отложения жира также обеспечивают терморегуляцию. Холоднокровные животные в известной мере могут регулировать температурные условия внутренней среды испарением воды. Приспособление к колебаниям температуры у многих животных проявляется в форме миграций, связанных с переселением в более благоприятные условия.

 

6. 
   Вегетативный  гомеостаз
   

Вегетативная нервная  система (ВНС) — это отдел нервной  системы, ответственный за работу внутренних органов, желез, кровеносных и лимфатических сосудов. ВНС адаптирует функции внутренних органов к изменениям внешней среды, обеспечивая вегетативный гомеостаз. ВНС имеет влияние не только на физическую, но и на психическую деятельность человека. Вегетативная нервная система контролирует деятельность сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, пищеварения, выделения, половой системы, обмен веществ и рост организма. Контролю ВНС не подчиняется только деятельность скелетных мышц.

ВНС разделяется на симпатическую (СНС) и парасимпатическую (ПНС), влияние которых на органы и системы иногда прямо противоположны. Равновесие между СНС и ПНС и определяет состояние вегетативного гомеостаза.

Симпатическая нервная  система обеспечивает работу «подопечных  органов» в условиях стресса, когда включаются сигналы «бей» и «беги», организм приводится в полную боевую готовность для того, чтобы помочь человеку выйти из сложившейся ситуации. При возбуждении СНС повышается частота сердечных сокращений и подача артериальной крови к органам и тканям (дополнительное питание и кислород), артерии суживаются (сохраняется тепло и энергия, необходимые для преодоления препятствия), повышается артериальное давление. Бронхи расширяются, увеличивается частота дыхательных движений, кровь лучше насыщается кислородом. Функции пищеварения, в том числе деятельность слюнных и пищеварительных желез угнетаются (чтобы не забирали дополнительную энергию), мышцы мочевого пузыря расслабляются, зрачки расширяются (свет активно раздражает сетчатку глаза, стимулируя зрение).

Если в состоянии стресса преобладает воздействие на организм СНС, то в  обычном режиме деятельность СНС уравновешивается деятельностью парасимпатической нервной системой. ПНС на разные органы оказывает разное воздействие. На ССС она оказывает тормозящее действие: уменьшает частоту и   силу сокращений сердца, расслабляет мышцы стенок артерий, снижает артериальное давление. Угнетает ПНС и деятельность органов дыхания: бронхи суживаются, частота дыхательных движений и вентиляция легких снижаются. Напротив, на органы пищеварения она оказывает стимулирующее влияние: усиливает двигательную активность кишечника, выделение слюны и пищеварительных соков (организму нужны запасы питательных веществ). Стенки мочевого пузыря сокращаются, зрачки суживаются (свет меньше раздражает сетчатку глаза, что создает состояние покоя).

Вегетативный гомеостаз позволяет организму человека функционировать как в условиях стресса, концентрируя и щедро растрачивая энергию, так и в обычных условиях, обеспечивая жизнедеятельность человека и сберегая энергию про запас. 

7. 
   Иммунный гомеостаз
   

Иммунный гомеостаз — часть общего гомеостаза. Он поддерживается при помощи иммунной системы, главная задача которой не допустить в организм любых «чужаков». К «чужакам» могут относится любые возбудители инфекции, инородные тела, чужеродные белки и даже собственные измененные клетки. Иммунная система отслеживает появление таких элементов и беспощадно уничтожает, поддерживая тем самым постоянство внутренней среды. Иногда иммунная система дает сбои и нападает на «своих», в результате чего возникают аутоиммунные заболевания.

Главными органами иммунной системы являются костный мозг и вилочковая железа (тимус). Кроме того, в формировании иммунитета участвуют селезенка, лимфатические узлы, скопления лимфатической ткани в кишечнике, миндалины носоглоточного кольца. Большое количество иммунных клеток, лимфоцитов и макрофагов, находится в крови и лимфатической жидкости.

В красном костном мозге образуются стволовые клетки. Из них в дальнейшем образуются все клетки крови и иммунные клетки. Стволовые клетки попадают в тимус, где под влиянием гормонов они превращаются в Т-лимфоциты и затем с током крови попадают в лимфатические узлы, селезенку и кишечник. Выделяясь в кровь, гормоны вилочковой железы способствуют развитию Т-лимфоцитов и вне тимуса.

Лимфатические узлы являются механическим препятствием (барьером) для возбудителей инфекции. В них осуществляется задержка и отбор «чужаков», которые подлежат уничтожению. Кроме того, в лимфатических узлах нейтрализуются и разлагаются токсины, образовавшиеся в процессе обмена веществ, бактериальные токсины и отмершие клетки. Ткань селезенки делится на красную и белую. Лимфоциты и макрофаги образуются в белой ткани.

Как работает иммунная система?

Возбудитель инфекции попадает в лимфоузел, где его переваривают фагоциты — клетки крови и соединительной ткани, способные к фагоцитозу. Это первый этап работы иммунной системы — клеточный иммунитет. Затем под воздействием возбудителей инфекции -лимфоциты начинают продуцировать антитела, которые подходят к данному виду возбудителей инфекции, как ключ к замку. Антитела склеиваются с возбудителями инфекции и нейтрализуют их. Это второй этап иммунной системы — гуморальный иммунитет.

Иммунная система является единой слаженной системой, состоящей из множества звеньев, взаимосвязанных между собой. Нарушение одного звена может быть компенсировано другими звеньями, а может вызвать цепную реакцию нарушения иммунитета в целом.  

8. 
   Экологический гомеостаз
   

 Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально возможным биоразнообразием при благоприятных условиях среды.

В нарушенных экосистемах, или субклимаксовых биологических сообществах — как, например, остров Кракатау, после сильного извержения вулкана в 1883 — состояние гомеостаза предыдущей лесной климаксовой экосистемы было уничтожено, как и вся жизнь на этом острове. Кракатау за годы после извержения прошёл цепь экологических изменений, в которых новые виды растений и животных сменяли друг друга, что привело к биологической вариативности и в результате климаксовому сообществу. Экологическая сукцессия на Кракатау осуществилась за несколько этапов. Полная цепь сукцессий, приведшая к климаксу, называется присерией. В примере с Кракатау на этом острове образовалось климаксовое сообщество с восемью тысячами различных видов, зарегистрированных в 1983, спустя сто лет с того времени, как извержение уничтожило на нём жизнь. Данные подтверждают, что положение сохраняется в гомеостазе в течение некоторого времени, при этом появление новых видов очень быстро приводит к быстрому исчезновению старых.

Случай с Кракатау и другими нарушенными или нетронутыми экосистемами показывает, что первоначальная колонизация пионерными видами осуществляется через стратегии воспроизведения, основанные на положительной обратной связи, при которых виды расселяются, производя на свет как можно больше потомства, но при этом практически не вкладываясь в успех каждого отдельного. В таких видах наблюдается стремительное развитие и столь же стремительный крах (например, через эпидемию). Когда экосистема приближается к климаксу, такие виды заменяются более сложными климаксовыми видами, которые через отрицательную обратную связь адаптируются к специфическим условиям окружающей их среды. Эти виды тщательно контролируются потенциальной ёмкостью экосистемы и следуют иной стратегии — произведению на свет меньшего потомства, в репродуктивный успех которого в условиях микросреды его специфической экологической ниши вкладывается больше энергии.

Развитие начинается с пионер-сообщества и заканчивается на климаксовом сообществе. Это климаксовое сообщество образуется, когда флора и фауна пришла в баланс с местной средой.

Подобные экосистемы формируют гетерархии, в которых гомеостаз на одном уровне способствует гомеостатическим процессам на другом комплексном уровне. К примеру, потеря листьев у зрелого тропического дерева даёт место для новой поросли и обогащает почву. В равной степени тропическое дерево уменьшает доступ света на низшие уровни и помогает предотвратить инвазию других видов. Но и деревья падают на землю и развитие леса зависит от постоянной смены деревьев, круговорота питательных веществ, осуществляемого бактериями, насекомыми, грибами. Схожим образом такие леса способствуют экологическим процессам — таким, как регуляция микроклиматов или гидрологических циклов экосистемы, а несколько разных экосистем могут взаимодействовать для поддержания гомеостаза речного дренажа в рамках биологического региона. Вариативность биорегионов так же играет роль в гомеостатической стабильности биологического региона, или биома.
 

9. Биологический гомеостаз

Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.

Внутренняя среда организма включает в себя организменные жидкости — плазму крови, лимфу, межклеточное вещество и цереброспинальную жидкость. Сохранение стабильности этих жидкостей жизненно важно для организмов, тогда как её отсутствие приводит к повреждению генетического материала.

В отношении любого параметра организмы делятся на конформационные и регуляторные. Регуляторные организмы сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела, тогда как холоднокровные демонстрируют широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии, к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что она позволяет организму функционировать более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие.
 

10. Клеточный гомеостаз

Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Авторегуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия некоторых макро- и микроэлементов.

11. Другие сферы

Понятие «гомеостаз» используется также и в других сферах.

Актуарий может говорить о рисковом гомеостазе, при котором, к примеру, люди, у которых на машине установлены незаклинивающие тормоза, не находятся в более безопасном положении по сравнению с теми, у кого они не установлены, потому что эти люди бессознательно компенсируют более безопасный автомобиль рискованной ездой. Это происходит потому, что некоторые удерживающие механизмы — например, страх — перестают действовать.

Социологи и психологи могут говорить о стрессовом гомеостазе — стремлении популяции или индивида оставаться на определённом стрессовом уровне, зачастую искусственно вызывая стресс, если «естественного» уровня стресса недостаточно.

12. Примеры

• 
  Терморегуляция
  
  • 
    Может начаться дрожание скелетных мышц, если слишком низка температура тела.
    
  • 
    Иной вид термогенеза включает расщепление жиров для выделения тепла.
    
  • 
    Потоотделение охлаждает тело посредством испарения.
    
• 
  Химическая регуляция
  
  • 
    Поджелудочная железа секретирует инсулин и глюкагон для контроля уровня глюкозы в крови.
    
  • 
    Лёгкие получают кислород, выделяют углекислый газ.
    
  • 
    Почки выделяют мочу и регулируют уровень воды и ряда ионов в организме.
    

Многие из этих органов контролируются гормонами гипоталамо-гипофизарной системы.
Заключение

 

Современное научное  знание о гомеостазе целого организма строится на понимании его как содружественной и согласованной саморегулирующейся деятельности различных функциональных систем, характеризующейся количественными и качественными изменениями их параметров при физиологических, физических и химических процессах.

Механизм поддержания  гомеостаза напоминает маятник (весы). В первую очередь постоянный состав должна иметь цитоплазма клетки –  гомеостаз 1-й ступени (см. схему). Это  обеспечивается механизмами гомеостаза 2-й ступени – циркулирующими жидкостями, внутренней средой. В свою очередь их гомеостаз связан с вегетативными системами стабилизации состава поступающих веществ, жидкостей и газов и выделением конечных продуктов обмена веществ – ступень 3. Так, на относительно постоянном уровне поддерживается температура, содержание воды и концентрации электролитов, кислорода и углекислого газа, количества питательных веществ и выделяемых продуктов обмена.

Четвертая ступень поддержания  гомеостаза – поведение. Помимо целесообразных реакций оно включает эмоции, мотивации, память, мышление. Четвертая ступень активно взаимодействует с предыдущей, основывается на ней и влияет на нее. У животных поведение выражается в выборе пищи, кормовых угодий, мест гнездования, суточных и сезонных миграций и т.п., суть которых в стремлении к покою, восстановлении нарушившегося равновесия.

Итак, гомеостаз –  это:

1) состояние внутренней  среды и ее свойства; 
2) совокупность реакций и процессов, поддерживающих постоянство внутренней среды; 
3) способность организма противостоять изменениям среды; 
4) условие существования, свободы и независимости жизни.

Изучение закономерностей  гомеостаза человека имеет большое  значение для выбора эффективных  и рациональных методов лечения  многих заболеваний.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. 
   Каменский А.А., Ким А.И., Великанов Л.Л. Биология/ А.А. Каменский, А.И. Ким, Л.Л. Великанов и др.- М.:АСТ: СЛОВО: Полиграфиздат, 2010.
   
2. 
   Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой/А.А. Слюсарев — М.: ООО «Издательство Альянс», 2011.