Алтынай. Гомеостаз. Свойства гомеостаза
 Скачать 491.4 Kb.
|
|
Впервые гомеостатические процессы в организме как процессы, обеспечивающие постоянство его внутренней среды, рассмотрел французский естествоиспытатель и физиолог К.Бернар в середине XIX в. К идее о гомеостазе Бернар пришел на основе широких биологических наблюдений. Сам термин гомеостаз ( от греч. «гомеос» - «подобный» и «стазис» - «состояние») был предложен американским физиологом У.Кенноном лишь в 1929 г.   Для живого организма существует две среды: внешняя и внутренняя. К внешней среде относится среда обитания организмов, а к внутренней среде – среда жизни отдельных клеток. Характерной чертой внутренней среды организма является ее относительное постоянство, независимость от изменений внешних условий. Это происходит из-за гомеостаза. Гомеостаз – это комплекс сложных приспособительных реакций, обеспечивающих поддержание или восстановление относительно динамического постоянства внутренней среды и физиологических функций организма. Показателями гомеостаза служат биологические константы, характеризующие нормальное состояние организма. К наиболее известным из них относятся температура тела, осмотическое давление крови и тканевой жидкости, уровень артериального давления крови, концентрация в крови сахара, белков и другие. Даже самые устойчивые биологические константы меняются под воздействием факторов внешней и внутренней среды. Например, при резком повышении мышечной нагрузки частота пульса может увеличиваться до 200-300 ударов в минуту и более, содержание молочной кислоты в крови достигать 200 мг%. Гомеостаз поддерживается реакциями обмена веществ, которые подразделяются на ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм).  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. Механизмы гомеостаза. Саморегуляция по типу гомеостаза происходит двумя путями: Отрицательная обратная связь: 1. Тело реагирует на изменения, стремясь направить их в противоположную сторону. Например, если в организме накапливается диоксид углерода, лёгкие начинают работать активнее, дыхание учащается, за счёт чего удаляются излишки углекислого газа. Благодаря отрицательной обратной связи происходит терморегуляция, за счёт которой тело избегает перегревания или переохлаждения. 2. Тело реагирует на понижение температуры окружающей среды, испытывает холод, рецепторы кожи реагируют на понижение температуры. Эти рецепторы по чувствительным нейронам передают сигналы в центральную нервную систему, где по нервной регуляции вегетативная нервная система приводит к таким эффектам, как спазм сосудов (то есть кровеносные сосуды, которые находятся на поверхности тела сужаются, снижая отдачу тепла с поверхности нашего организма), и запускается процесс «дрожжи» (мелкие импульсы в мышечные ткани, которые приводят к тому что, они начинают сокращаться и организм начинает вырабатывать дополнительное тепло). Рассматривая как работает гуморальная нервная система в этой ситуации главную роль играет гипоталамус, который является регулятором большинства органов эндокринной системы. Он в свою очередь активирует гипофиз. Гипофиз выделяет гормоны, которые контролируют напрямую другие эндокринные железы, например тиреотропный гормон, который стимулирует работу щитовидной железы, которая в свою очередь выделяет гормон тироксин. А тироксин в свою очередь запускает процессы метаболизма во всех тканях нашего организма, это приводит к тому, что запускается процесс катаболизм, в котором происходит разрушение органических веществ и соответственно выделяется тепло. Вот эти эффекты, которые создают нервная система и гуморальная система, приводят к тому, что температура тела повышается и рецепторы не будут реагировать на низкую температуру, соответственно не будут подавать сигналы в центральную нервную систему. Таким образом, наша центральная система контролирует изменение ситуации, и этот механизм контроля называется обратной связью.     t рецепторы  ЦНС  ВНС гипоталамус   спазм сосудов гипофиз дрожь ТТГ  щитовидная железа  тироксин катаболизм Положительная обратная связь: изменение переменной только усиливается механизмом, что выводит организм из состояния равновесия. Положительная обратная связь встречается реже и полностью не изучено. Его примером может выступать наличие электрического потенциала в нервах, который вместо уменьшения действия, приводит к его увеличению. Например, прием белковой пищи приводит к увеличению секреции желудочного сока, что активирует гидролиз белка в желудке и кишечники, соответственно, всасыванию продуктов гидролиза в кровь. Виды гомеостаза. Генетический гомеостаз на молекулярно-генетическом, клеточном и организменном уровнях направлен на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю биологическую информацию организма. (рост, цвет глаз, форма губ и т.д.) Физиологический гомеостаз отвечает за поддержание в оптимальном состоянии основных жизненно важных показателей: температуры тела, артериального давления, стабильность пищеварения. За его правильную работу отвечают иммунная, эндокринная и нервная система. Структурный гомеостаз основывается на механизмах регенерации, обеспечивающих морфологическое постоянство и целостность биологической системы на разных уровнях организации. Функции гомеостаза. Гомеостаз выполняет следующие функции: - Энергетическая. Например, спортивные тренировки приводят к возрастанию интенсивности дыхания и пульса, что помогает сохранить энергетический баланс. - Адаптационная. Например, акклиматизация организма при переезде в горную местность или другой часовой пояс требует адаптивных реакций, которые сопровождаются недомоганием или происходят бессимптомно. - Репродуктивная. Например, жаркий климат приводит к репродукции в виде отделения пота. - Гомеостатические реакции работают замедленно в младенчестве, ребенок не фокусирует внимание на одном предмете более 1-2с, или, когда старается взять в руки предмет, пробуя разучить хватательную функцию собственных рук. В пожилом возрасте теряется способность четкости выполнения определенных действий. Уровни организации гомеостаза.  Молекулярно-генетический уровень пример репликации ДНК Клеточный уровень регуляции и поддержания гомеостаза. Тканевой уровень регуляции гомеостаза организма Органный уровень регуляции гомеостаза. 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, легкими, потовыми железами. 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. Экологический гомеостаз. Равновесие в экосистемах поддерживается гомеостазом. Гомеостаз – это состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы.  Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально возможным биоразнообразием при благоприятных условиях среды. В нарушенных экосистемах, или сублимаксовых биологических сообществах – как, например, остров Кракатау, после сильного извержения вулкана в 1883 году, состояние гомеостаза предыдущей лесной климаксовой экосистемы было уничтожено, как и вся жизнь на этом острове. Кракатау за годы после извержения прошел 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 основе гомеостаза лежит принцип обратной связи. Отрицательная обратная связь уменьшает отклонение от нормы. Положительная обратная связь увеличивает это отклонение. Поддержание гомеостаза экосистемы возможно лишь в определенных пределах.  Биологический гомеостаз Клеточный гомеостаз Механизмы и уровни репликации Репликация – удвоение ДНК, происходящее в синтетическую (S) стадию интерфазы перед каждым делением клетки. Информация, необходимая для репликации ДНК, заложена в ее структуре. Поскольку нити ДНК комплементарны друг другу, то есть основания в парах дополняют друг друга, каждая цепь автоматически поставляет информацию для образования недостающей цепи. (Примеры репликации ДНК) В 1957 году Дельбрук и Стент сформулировали три альтернативные гипотезы репликации ДНК в клетках эукариот: Консервативная репликация. Исходная двухцепочечная молекула ДНК служи матрицей для образования совершенно новой двухцепочечной молекулы, нацело достраивающейся на исходной. При этом одна из дочерних клеток получит исходную ДНК, а другая вновь синтезированную ДНК. Полуконсервативная репликация. Две нити ДНК расплетаются. Каждая цепь служит матрицей для образования новой. При репликации молекула ДНК постепенно разделяется специальными ферментами на две половины в продольном направлении. По мере того, как открываются нуклеотида разделяемой молекулы, к ним тут же присоединяются свободные нуклеотиды, ранее синтезированные в цитоплазме. В результате каждая половинная спираль снова становится целой, и вместо одной молекулы получаются две, в результате чего хромосома становится двухроматидной. |