Приставка “гомео” с древнегреческого языка “подобный”, “схожий”. Стаз определяет остановку содержимого любого органа, подобного трубке.

Гомеостаз — свойство биологических систем, заключающееся в сохранении динамического равновесия, для защиты от внешних раздражителей.

Гомеостаз Клода Бернара

Неизменность внутренней среды первым проанализировал французский физиолог Клод Бернар в середине XIX века. 1929 считается годом появления термина, характеризующий явление постоянства в работах американского физиолога Уолтеру Кеннону.

Клод выдвинул следующую идею: живые существа обитают в двух средах: внешней (первая среда) и внутренней (вторая среда, где живут структурные элементы тканей). Концепция учений основывалась на следующем: вторая среда состоит из жидких структур, омывающих ткани.

Бернар отмечал, что внутренняя среда не существует без внешней. Организмы населяющие планету эволюционируя впитали воду морей в свой кровоток. Между ними беспрерывный обмен веществ. Внутренняя среда создает сам орган, поддерживая неизменность внутреннего строения. Все органы человека приготавливают питательные элементы для клеток. Их работу регулирует нервная система. Это и называется безостановочным кругом двусторонних воздействий.

Гомеостаз Уолтера Кеннона

Уолтер Кеннон отмечал неизменность внутренней среды живых существ по экспериментальным исследованиям. Результаты показали, что жизнь животных и людей протекает стабильно несколько лет. Постоянные условия протекания он назвал равновесием этой системы.

В органических системах непрерывно протекают физиологические процессы во всех внутренних органах. Такие процессы Кеннон назвал гомеостазами.

Гомеостаз: homoios – подобный, сходный и stasis – стояние, неподвижность. Слово stasis задает условия, ведущие к постоянному явлению; homoios определяет подобие явлений. Гомеостаз, по Кеннону, учитывает физиологические основы для устойчивости особей. Процессы динамичны и постоянно изменяются, но в определенных рамках (определяемые физиологическими константами, которые показывают колебания около среднего значения).

Кеннон выделил два компонента гомеостаза:

1. материалы, необходимые для нормального функционирования и развития клеток: рост, размножение, восстановление (жиры, вода и соли, белки, глюкоза);
2. физико-химические факторы. Здесь оказывается влияние на работоспособность клеток (давление, температура и др.).

Механизмы гомеостаза

Сегодня известны два механизма работы гомеостаза:

• Отрицательная обратная связь. По этому типу связи весь организм осуществляет противоположные воздействию извне по направлению действия. Пытается вернуть положение равновесия. По такому механизму происходит дыхательный процесс, удаление углекислого газа в легких. Увеличивается интенсивность процедуры вдох-выдох.
• Положительная обратная связь. Здесь все наоборот. Действия со стороны системы увеличивают отклонения от состояния равновесия. Это редкое действие и менее изученное. Одним примером выступает электрический потенциал нервов. Вместо того, чтобы прекратить возбуждение, потенциал продолжает его увеличивать.

Гомеостаз в экологии

Для экологии это явление характерно для популяций (особи одного вида, которые на протяжении долгого времени проживают на одной территории). Гомеостаз — способность популяции сохранять численность на длительный период с поддержанием генетического разнообразия. Постоянство состояния необходимое условие окружающей среды. Если внешняя среда не поддерживает постоянные условия жизни своей географической области, то живые организмы могут погибнуть при таких условиях: высокая или низкая температура приведут к нехватке пропитания, а значит, смерти одних видов, которые являются пищей для хищников. Те, погибнут от голода, и такой снежный ком постепенно будет нарастать, пока не исчезнут все прежние живые существа, обитающие на этой территории.

Для гомеостаза выделяют два параметра:

1. Выносливость. Нет нарушений основных параметров системы при изменениях внешней факторов. Живая система приспосабливается к новым условиям, не испытывая сильного стресса.
2. Сопротивляемость (или упругость). Система за короткое время сама ликвидирует последствия потери динамического равновесия, из-за результатов неблагоприятного воздействия извне.

Биологический гомеостаз

В биологии важен закон о сохранении индивидуальных свойств, присущих отдельному организму. Здесь подобность клеток описывается постоянством химического состава, давления, объема, содержания воды и др. Не всегда изучаемое сходство призывает к сохранению параметров, требуется и самостоятельная адаптация к всплескам из внешней среды. Поэтому критерию организмы делятся на:

1. Конформационных (сохраняют параметры постоянными. Обитатели теплых географических широт не смогут без перьев, пуха, жировой прослойки выжить при понижении температуры);
2. Регуляторных (приспосабливаются к изменению окружающей среды. Холоднокровные стараются сохранять энергию, изменяют свой образ жизни.)

Ежедневно на человек оказывают воздействие факторы окружающего пространства, чтобы биологические процессы стабильно работали, их условия не должны измениться.

Основные виды гомеостаза

1. Генетический. Здесь рассматривают сохранения генотипа конкретной популяции. Генетическая система имеет индивидуальный набор наследственной информации.
2. Физиологический. Обеспечивается оптимальное состояние жизненно важных показателей. К таким показателям относят: температуру, артериальное давление, работу пищеварения. Функционирование осуществляется работой иммунной, эндокринной и нервной системами.
3. Структурный (регенерационный или клеточный). Здесь происходит восстановление и излечение поврежденных клеток организма после болезни и полученных травм.

Все эти виды развиваются в едином комплексе вместе с человеком на протяжении всей жизни., обеспечивая минимальные отклонения в самочувствие. Чтобы все три вида работали слаженно и быстро нужно следить за общим состоянием здоровья. Обратитесь к врачу, проходите диспансеризацию с последующим планом лечения.

Для человека необходима стабилизация всей системы при изменении внутренних параметров или внешних (изменение климатических условий или часовых поясов). Например, выход из равновесия выражается при регулировании глюкозы крови (сахарный диабет). Кровяное давление фиксируется на конкретном уровне. Низкое давление может привести к потере сознания, высокое — вплоть до разрыва капилляров с кровоизлиянием в мозг.

Человеку необходимо поддержание одинаковой температуры тела. Если же происходит перегрев, например, во время активной работы в тренажерном зале, от него можно избавиться потоотделением. Нормальная температура тела находится в интервале от 36 до 37 градусов по Цельсия. Повышение говорит о протекании воспалительного или инфекционного процесса в организме.

Гомеостаз в психологии

В психологии подразумевается адаптация человека и общества ко внешнему миру. Следят, как изменяется психологическое состояние в условиях стресса или в комфорте. Гомеостаз определяет нормы поведения или действия в той или иной ситуации.

Для общества характерен гомеостатический позыв, когда каждое контактирование с другими людьми призывает к желанию развития (в психологии такой позыв называют инстинктом). Иногда человек не управляет своим желанием или инстинктом в стрессовых ситуациях. Организм требует то, что ему необходимо в данный момент.

Выделяют рисковый гомеостаз. Здесь работники страховых компаниях отмечают, что люди, которые застраховали себя и своих близких от несчастных случаев, ведут себя расслабленно. Незастрахованные люди осторожны в своих действиях, менее склонны к рискованным поступкам.

Источник: onona.online

Биофизические механизмы гомеостаза

С точки зрения химической биофизики гомеостаз — это состояние, при которомром все процессы, ответственные за энергетические превращения в организме, находятся в динамическом равновесии.
о состояние обладает наибольшей устойчивостью и соответствует физиологическому оптимуму. В соответствии с представлениями термодинамики организм и клетка могут существовать и приспосабливаться к таким условиям среды, при которых в биол, системе возможно установление стационарного течения физико-химических процессов, т. е. гомеостаза. Основная роль в установлении гомеостаза принадлежит в первую очередь клеточным мембранным системам, которые ответственны за биоэнергетические процессы и регулируют скорость поступления и выделения веществ клетками (мембраны биологические).

С этих позиций основными причинами нарушения являются необычные для нормальной жизнедеятельности неферментативные реакции, протекающие в мембранах; в большинстве случаев это цепные реакции окисления с участием свободных радикалов, возникающие в фосфолипидах клеток. Эти реакции ведут к повреждению структурных элементов клеток и нарушению функции регулирования (радикалы, цепные реакции). К факторам, являющимся причиной нарушения гомеостаза, относятся также агенты, вызывающие радикалообразование,— ионизирующие излучения, инфекционные токсины, некоторые продукты питания, никотин, а также недостаток витаминов и т. д.

Одним из основных факторов, стабилизирующих гомеостатическое состояние и функции мембран, являются биоантиокислители, которые сдерживают развитие окислительных радикальных реакций (антиокислители).

Возрастные особенности гомеостаза у детей

Постоянство внутренней среды организма и относительная устойчивость физико-химических показателей в детском возрасте обеспечиваются при выраженном преобладании анаболических процессов обмена над катаболическими. Это является непременным условием роста и отличает детский организм от организма взрослых, у которых интенсивность метаболических процессов находится в состоянии динамического равновесия. В связи с этим нейроэндокринная регуляция гомеостаза детского организма оказывается более напряженной, чем у взрослых. Каждый возрастной период характеризуется специфическими особенностями механизмов гомеостаза и их регуляции. Поэтому у детей значительно чаще, чем у взрослых встречаются тяжелые нарушения гомеостаза, нередко угрожающие жизни. Эти нарушения чаще всего связаны с незрелостью гомеостатических функций почек, с расстройствами функций желудочно-кишечного тракта или дыхательной функции легких (дыхание).

Рост ребенка, выражающийся в увеличении массы его клеток, сопровождается отчетливыми изменениями распределения жидкости в организме (водно-солевой обмен). Абсолютное увеличение объема внеклеточной жидкости отстает от темпов общего нарастания веса, поэтому относительный объем внутренней среды, выраженный в процентах от веса тела, с возрастом уменьшается. Эта зависимость особенно ярко выражена на первом году после рождения. У детей более старших возрастов темпы изменений относительного объема внеклеточной жидкости уменьшаются.
стема регуляции постоянства объема жидкости (волюморегуляция) обеспечивает компенсацию отклонений в водном балансе в достаточно узких пределах. Высокая степень гидратации тканей у новорожденных и детей раннего возраста определяет значительно более высокую, чем у взрослых, потребность ребенка в воде (в расчете на единицу массы тела). Потери воды или ее ограничение быстро ведут к развитию дегидратации за счет внеклеточного сектора, т. е. внутренней среды. При этом почки — главные исполнительные органы в системе волюморегуляции — не обеспечивают экономии воды. Лимитирующим фактором регуляции является незрелость канальцевой системы почек. Важнейшая особенность нейроэндокринного контроля гомеостаза у новорожденных и детей раннего возраста заключается в относительно высокой секреции и почечной экскреции альдостерона, что оказывает прямое влияние на состояние гидратации тканей и функцию почечных канальцев.

Регуляция осмотического давления плазмы крови и внеклеточной жидкости у детей также ограничена. Осмомолярность внутренней среды колеблется в более широком диапазоне (+ 50 мосм/л), чем у взрослых (+ 6 мосм/л). Это связано с большей величиной поверхности тела на 1 кг веса и, следовательно, с более существенными потерями воды при дыхании, а также с незрелостью почечных механизмов концентрации мочи у детей. Нарушения гомеостаза, проявляющиеся гиперосмосом, особенно часто встречаются у детей периода новорожденности и первых месяцев жизни; в более старших возрастах начинает преобладать гипоосмос, связанный главным образом с желудочно-кишечным заболеванием или болезнями почек. Менее изучена ионная регуляция гомеостаза, тесно связанная с деятельностью почек и характером питания.

Ранее считалось, что основным фактором, определяющим величину осмотического давления внеклеточной жидкости, является концентрация натрия, однако более поздние исследования показали, что тесной корреляции между содержанием натрия в плазме крови и величиной общего осмотического давления при патологии не существует. Исключение составляет плазматическая гипертония. Следовательно, проведение гомеостатической терапии путем введения глюкозосолевых растворов требует контроля не только за содержанием натрия в сыворотке или плазме крови, но и за изменениями общей осмомолярности внеклеточной жидкости. Большое значение в поддержании общего осмотического давления во внутренней среде имеет концентрация сахара и мочевины. Содержание этих осмотически активных веществ и их влияние на водно-солевой обмен при многих патологических состояниях могут резко возрастать. Поэтому при любых нарушениях гомеостаза необходимо определять концентрацию сахара и мочевины. В силу вышесказанного у детей раннего возраста при нарушении водно-солевого и белкового режимов может развиваться состояние скрытого гипер- или гипоосмоса, гиперазотемии (Э. Керпель-Фрониуш, 1964).

Важным показателем, характеризующим гомеостаз у детей, является концентрация водородных ионов в крови и внеклеточной жидкости.
антенатальном и раннем постнатальном периодах регуляция кислотно-щелочного равновесия тесно связана со степенью насыщения крови кислородом, что объясняется относительным преобладанием анаэробного гликолиза в биоэнергетических процессах. При этом даже умеренная гипоксия у плода сопровождается накоплением в его тканях молочной кислоты. Кроме того, незрелость ацидогенетической функции почек создает предпосылки для развития «физиологического» ацидоза. В связи с особенностями гомеостаза у новорожденных нередко возникают расстройства, стоящие на грани между физиологическими и патологическими.

Перестройка нейроэндокринной системы в пубертатном периоде также сопряжена с изменениями гомеостаза. Однако функции исполнительных органов (почки, легкие) достигают в этом возрасте максимальной степени зрелости, поэтому тяжелые синдромы или болезни гомеостаза встречаются редко, чаще же речь идет о компенсированных сдвигах в обмене веществ, которые можно выявить лишь при биохимическом исследовании крови. В клинике для характеристики гомеостаза у детей необходимо исследовать следующие показатели: гематокрит, общее осмотическое давление, содержание натрия, калия, сахара, бикарбонатов и мочевины в крови, а также pH крови, pO2 и pCO2.

Особенности гомеостаза в пожилом и старческом возрасте

Один и тот же уровень гомеостатических величин в различные возрастные периоды поддерживается за счет различных сдвигов в системах их регулирования. Например, постоянство уровня АД в молодом возрасте поддерживается за счет более высокого минутного сердечного выброса и низкого общего периферического сопротивления сосудов, а в пожилом и старческом — за счет более высокого общего периферического сопротивления и уменьшения величины минутного сердечного выброса. При старении организма постоянство важнейших физиологических функций поддерживается в условиях уменьшения надежности и сокращения возможного диапазона физиологических изменений гомеостаза. Сохранение относительного гомеостаза при существенных структурных, обменных и функциональных изменениях достигается тем, что одновременно происходит не только угасание, нарушение и деградация, но и развитие специфических приспособительных механизмов. За счет этого поддерживается неизменный уровень содержания сахара в крови, pH крови, осмотического давления, мембранного потенциала клеток и т. д.

Существенное значение в сохранении гомеостаза в процессе старения организма имеют изменения механизмов нейрогуморальной регуляции, увеличение чувствительности тканей к действию гормонов и медиаторов на фоне ослабления нервных влияний.

При старении организма существенно изменяется работа сердца, легочная вентиляция, газообмен, почечные функции, секреция пищеварительных желез, функция желез внутренней секреции, обмен веществ и др. Изменения эти могут быть охарактеризованы как гомеорезис — закономерная траектория (динамика) изменения интенсивности обмена и физиологических функций с возрастом во времени. Значение хода возрастных изменений очень важно для характеристики процесса старения человека, определения его биол, возраста.

В пожилом и старческом возрасте снижаются общие потенциальные возможности приспособительных механизмов. Поэтому в старости при повышенных нагрузках, стрессах и других ситуациях вероятность срыва адаптационных механизмов и нарушения гомеостаза увеличиваются. Такое уменьшение надежности механизмов гомеостаза является одной из важнейших предпосылок развития патологических нарушений в старости.

Гомеостаз. Физиология человека (видео)

Лекция: Мозг и гомеостаз (дыхание, терморегуляция, сон и т.д.)

Дубынин Вячеслав Альбертович — доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ.

---

Библиография:

• Адольф Э. Развитие физиологических регуляций, пер. с англ., М., 1971, библиогр.;
• Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем, М., 1975, библиогр.;
• Вeльтищeв Ю. Е., Самсыгина Г.А. и Ермакова И.А. К характеристике осморегулирующей функции почек у детей периода новорожденности, Педиатрия, № 5, с. 46, 1975;
• Гелльгорн Э. Регуляторные функции автономной нервной системы, пер. с англ., М., 1948, библиогр.;
• Гленсдорф П. и Пригожин И. Термодинамическая теория структуры» устойчивости и флуктуаций, пер. с англ., М., 1973, библиогр.;
• Гомеостаз, под ред. П.Д. Горизонтова, М., 1976;
• Дыхательная функция крови плода в акушерской клинике, под ред. Л.С. Персианинова и др., М., 1971;
• Кассиль Г.Н. Проблема гомеостаза в физиологии и клинике, Вестн. АМН СССР, № 7, с. 64, 1966, библиогр.;
• Розанова В.Д. Очерки по экспериментальной возрастной фармакологии, Л., 1968, библиогр.;
• Фролькис В.В. Регулирование, приспособление и старение, Л., 1970, библиогр.;
• Штерн Л. С. Непосредственная питательная среда органов и тканей, М., 1960;
• CannonW. В. Organization for physiological homeostasis, Physiol. Rev., v. 9, p. 399, 1929;
• Homeostatic regulators, ed. by G, E. W. Wolstenholme a. J. Knight, L., 1969;
• Langley L. L. Homeostasis, Stroudsburg, 1973. Г.H. Кассиль;
• Ю.E. Вельтищев (пед.), Б.H. Тарусов (биофиз.), В.В. Фролькис (гер.);
• Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание.

Источник: www.ProZdor.ru

Особенности и роль гомеостаза

Любая система в динамическом равновесии желает достичь устойчивого состояния, баланса, который противостоит внешним изменениям. Когда такая система нарушена, встроенные регулирующие устройства реагируют на отклонения, чтобы установить новый баланс. Такой процесс является одним из элементов управления с обратной связью. Примерами гомеостатической регуляции являются все процессы интеграции и координации функций, опосредованные электрическими цепями и нервными или гормональными системами.

Другим примером гомеостатической регуляции в механической системе является действие регулятора комнатной температуры или термостата. Сердцем термостата является биметаллическая полоса, которая реагирует на изменения температуры, завершая или нарушая электрическую цепь. Когда помещение охлаждается, то контур завершается и включается обогрев, а температура поднимается. На заданном уровне цепь прерывается, печь останавливается, и температура падает.

Однако биологические системы, имеющие большую сложность, обладают регуляторами, которые сложно сравнивать с механическими устройствами.

Как отмечалось ранее, термин гомеостаз относится к поддержанию внутренней среды тела в узких и жестко контролируемых пределах. Основными функциями, важными для поддержания гомеостаза, являются баланс жидкости и электролита, регулирование кислотной среды, терморегуляция и метаболический контроль.

Контроль температура тела у людей считается отличным примером гомеостаза в биологической системе. Нормальная температура тела человека составляет около 37° C, но различные факторы могут влиять на этот показатель, включая гормоны, скорость метаболизма и болезни, приводящие к чрезмерно высоким или низким температурам. Регулирование температуры тела контролируется областью мозга, называемой Гипоталамус.

Обратная связь о температуре тела переносится через кровоток в мозг и приводит к компенсационным корректировкам в скорости дыхания, уровне сахара в крови и скорости метаболизма. Потеря тепла у людей обеспечивается уменьшением активности, потоотделением и механизмами теплообмена, которые позволяют большему количеству крови циркулировать вблизи поверхности кожи.

Снижение потерь тепла осуществляется за счет изоляции, уменьшения циркуляции на коже и культурных изменений, таких как использование одежды, жилья и сторонних источников тепла. Диапазон между высокими и низкими уровнями температуры тела составляет гомеостатическое плато — «нормальный» диапазон, который поддерживает жизнь. По мере приближения к любой из двух крайностей, корректирующее действие (через отрицательную обратную связь) возвращает систему в нормальный диапазон.

Концепция гомеостаза также применяется к экологическим условиям. Впервые предложенная американским экологом Робертом Макартуром в 1955 году идея, что гомеостаз в экосистемах является продуктом сочетания биоразнообразия и большого количества экологических взаимодействий, происходящих между видами.

Такое предположение считалось концепцией, которая могла бы помочь объяснить устойчивость экологической системы, то есть ее сохранение как определенного типа экосистемы с течением времени. С тех пор концепция несколько изменилась, и включила неживую составляющую экосистемы. Этот термин использовался многими экологами для описания взаимности, которая происходит между живыми и неживыми составляющими экосистемы для поддержания статус-кво.

Гипотеза Геи — модель Земли, предложенная английским ученым Джеймсом Лавлоком, которая рассматривает различные живые и неживые составляющие, как компоненты более крупной системы или единого организма, делая предположение, что коллективные усилия отдельных организмов вносят вклад в гомеостаз на планетарном уровне.

Клеточный гомеостаз

Клетки зависят от среды тела, чтобы сохранять жизнеспособность и правильно функционировать. Гомеостаз поддерживает среду тела под контролем и сохраняет благоприятные условия для клеточных процессов. Без правильных условий тела определенные процессы (к примеру, осмос) и белки (к примеру, ферменты) не будут функционировать должным образом.

Почему гомеостаз важен для клеток? Живые клетки зависят от движения химических веществ вокруг них. Химические вещества, такие как кислород, углекислый газ и растворенная пища, необходимо транспортировать в клетки и из них. Это осуществляется процессами диффузии и осмоса, зависящих от баланса воды и соли в теле, которые поддерживаются гомеостазом.

Клетки зависят от ферментов, чтобы ускорить многие химические реакции, поддерживающие жизнедеятельность и функциональность клеток. Эти ферменты работают лучше всего при определенных температурах, и поэтому снова гомеостаз жизненно важен для клеток, поскольку он поддерживает постоянную температуру тела.

Примеры и механизмы гомеостаза

Вот несколько основных примеров гомеостаза в теле человека, а также поддерживающие их механизмы:

Температура тела

Наиболее распространенным примером гомеостаза у людей является регулирование температуры тела. Нормальная температура тела, как мы писали выше составляет 37° C. Температура выше или ниже нормальных показателей может вызывать серьезные осложнения.

Мышечная недостаточность возникает при температуре 28° C. При 33° C происходит потеря сознания. При температуре 42° C центральная нервная система начинает разрушаться. Смерть наступает при температуре 44° C. Тело контролирует температуру путем выработки или высвобождения избыточного тепла.

Концентрация глюкозы

Концентрация глюкозы относится к количеству глюкозы (сахара в крови), присутствующего в кровотоке. Организм использует глюкозу в качестве источника энергии, но ее избыток или недостаток может вызвать серьезные осложнения. Некоторые гормоны осуществляют регулирования концентрации глюкозы в крови. Инсулин снижает концентрацию глюкозы, в то время как кортизол, глюкагон и катехоламины увеличивают.

Уровни кальция

Кости и зубы содержат приблизительно 99% кальция в организме, в то время как оставшийся 1% циркулируют в крови. Слишком большое или недостаточное содержание кальция в крови имеют негативные последствия. Если уровень кальция в крови слишком сильно снижается, паращитовидные железы активируют свои рецепторы, чувствительные к кальцию, и высвобождают паратиреоидный гормон.

ПТГ сигнализирует костям он необходимости высвобождения кальция, чтобы увеличить его концентрацию в кровотоке. Если уровень кальция увеличивается слишком сильно, щитовидная железа высвобождает кальцитонин и фиксирует избыток кальция в костях, тем самым уменьшая количество кальция в крови.

Объем жидкости

Тело должно поддерживать постоянную внутреннюю среду, а это означает, что ему необходимо регулировать потерю или восполнение жидкости. Гормоны помогают регулировать этот баланс, вызывая экскрецию или удерживание жидкости. Если организму не хватает жидкости, антидиуретический гормон сигнализирует почкам о сохранении жидкости и уменьшает выход мочи. Если организм содержит слишком много жидкости, он подавляет альдостерон и сигнализирует о выделении большего количества мочи.

Источник: NatWorld.info