Znaczenie homeostazy temperatury. Wykład: Homeostaza i czynniki ją determinujące; biologiczne znaczenie homeostazy

Układ biologiczny o dowolnej złożoności, od struktur subkomórkowych po układy funkcjonalne i cały organizm, charakteryzuje się zdolnością do samoorganizacji i samoregulacji. Zdolność do samoorganizacji objawia się różnorodnością komórek i narządów w obecności ogólnej zasady struktury elementarnej (błony, organelle itp.). Samoregulację zapewniają mechanizmy tkwiące w samej istocie istot żywych.

Ciało ludzkie składa się z narządów, które w celu wykonywania swoich funkcji najczęściej łączą się z innymi, tworząc w ten sposób układy funkcjonalne. W tym celu struktury o dowolnym poziomie złożoności, od cząsteczek po cały organizm, wymagają systemów regulacyjnych. Systemy te zapewniają współdziałanie różnych struktur już w stanie fizjologicznego spoczynku. Są one szczególnie ważne w stanie aktywnym, gdy organizm wchodzi w interakcję ze zmieniającym się środowiskiem zewnętrznym, gdyż wszelkie zmiany wymagają odpowiedniej reakcji organizmu. W tym przypadku jednym z obowiązkowych warunków samoorganizacji i samoregulacji jest zachowanie stałych warunków środowiska wewnętrznego charakterystycznego dla organizmu, co określa koncepcja homeostazy.

Rytm funkcji fizjologicznych. Fizjologiczne procesy życiowe, nawet w warunkach całkowitego odpoczynku fizjologicznego, przebiegają ze zmienną aktywnością. Ich wzmocnienie lub osłabienie następuje pod wpływem złożonego oddziaływania czynników egzogennych i endogennych, co nazywa się „rytmami biologicznymi”. Ponadto okresowość wahań różnych funkcji waha się w niezwykle szerokich granicach, od okresu do 0,5 godziny do okresów kilkudniowych, a nawet wieloletnich.

Pojęcie homeostazy

Sprawne funkcjonowanie procesów biologicznych wymaga pewnych warunków, z których większość musi być stała. Im są bardziej stabilne, tym bardziej niezawodnie działa system biologiczny. Do schorzeń tych należy przede wszystkim zaliczyć te, które pomagają w utrzymaniu prawidłowego poziomu metabolizmu. Wymaga to dostarczenia początkowych składników metabolicznych i tlenu, a także usunięcia końcowych metabolitów. Sprawność procesów metabolicznych zapewnia pewna intensywność procesów wewnątrzkomórkowych, determinowana przede wszystkim aktywnością enzymów. Jednocześnie aktywność enzymatyczna zależy również od takich pozornie zewnętrznych czynników, jak na przykład temperatura.

Stabilność w większości warunków jest konieczna na każdym poziomie strukturalnym i funkcjonalnym, począwszy od indywidualnej reakcji biochemicznej, komórki, a skończywszy na złożonych układach funkcjonalnych organizmu. W prawdziwym życiu warunki te często mogą zostać naruszone. Pojawienie się zmian znajduje odzwierciedlenie w stanie obiektów biologicznych i przebiegu procesów metabolicznych w nich. Ponadto im bardziej złożona jest struktura układu biologicznego, tym większe odchylenia od warunków standardowych może on wytrzymać bez znaczącego zakłócenia funkcji życiowych. Dzieje się tak dzięki obecności w organizmie odpowiednich mechanizmów mających na celu eliminację powstałych zmian. Na przykład aktywność procesów enzymatycznych w komórce zmniejsza się 2-3 razy przy każdym spadku temperatury o 10°C. Jednocześnie zwierzęta stałocieplne, dzięki obecności mechanizmów termoregulacyjnych, utrzymują stałą temperaturę wewnętrzną w dość szerokim zakresie zmian temperatury zewnętrznej. Dzięki temu stabilność tego warunku zachodzenia reakcji enzymatycznych zostaje zachowana na stałym poziomie. I przykładowo osoba, która też jest inteligencja, ma ubranie i mieszkanie, może długo przebywać w temperaturze zewnętrznej znacznie poniżej 0°C.

W procesie ewolucji ukształtowały się reakcje adaptacyjne, mające na celu utrzymanie stałych warunków środowiska zewnętrznego organizmu. Występują zarówno na poziomie poszczególnych procesów biologicznych, jak i całego organizmu. Każdy z tych warunków charakteryzuje się odpowiednimi parametrami. Dlatego systemy regulacji stałości warunków kontrolują stałość tych parametrów. A jeśli z jakiegoś powodu parametry te odbiegają od normy, mechanizmy regulacyjne zapewniają ich powrót do pierwotnego poziomu.

Nazywa się uniwersalną właściwością żywej istoty polegającej na aktywnym utrzymywaniu stabilności funkcji organizmu pomimo wpływów zewnętrznych, które mogą zakłócić IT homeostaza.

Stan układu biologicznego na dowolnym poziomie strukturalnym i funkcjonalnym zależy od zespołu wpływów. Kompleks ten składa się z oddziaływania wielu czynników, zarówno zewnętrznych wobec niego, jak i tych, które znajdują się wewnątrz niego lub powstają w wyniku zachodzących w nim procesów. Poziom narażenia na czynniki zewnętrzne zależy od odpowiedniego stanu środowiska: temperatury, wilgotności, oświetlenia, ciśnienia, składu gazu, pól magnetycznych itp. Organizm może jednak i powinien utrzymywać stopień wpływu nie wszystkich czynników zewnętrznych i wewnętrznych na stałym poziomie. Ewolucja wybrała te, które są bardziej niezbędne do zachowania życia lub te, dla których utrzymania znaleziono odpowiednie mechanizmy.

Stałe parametrów homeostazy Nie mają wyraźnej stałości. Możliwe są także ich odchylenia od poziomu średniego w tę czy inną stronę w swego rodzaju „korytarzu”. Każdy parametr ma swoje własne granice maksymalnych możliwych odchyleń. Różnią się także czasem, w którym organizm jest w stanie wytrzymać naruszenie określonego parametru homeostazy bez poważnych konsekwencji. Jednocześnie samo odchylenie parametru poza „korytarz” może spowodować śmierć odpowiedniej struktury - czy to komórki, czy nawet organizmu jako całości. Zatem zwykle pH krwi wynosi około 7,4. Ale może wahać się w granicach 6,8-7,8. Organizm ludzki jest w stanie wytrzymać ekstremalny stopień odchylenia tego parametru bez szkodliwych konsekwencji zaledwie przez kilka minut. Kolejny parametr homeostatyczny – temperatura ciała – w niektórych chorobach zakaźnych może wzrosnąć do 40°C i więcej i utrzymywać się na tym poziomie przez wiele godzin, a nawet dni. Zatem niektóre stałe ciała są dość stabilne - - twarde stałe inne mają szerszy zakres wibracji - stałe plastyczne.

Zmiany w homeostazie mogą następować pod wpływem wszelkich czynników zewnętrznych, ale mogą mieć także podłoże endogenne: nasilenie procesów metabolicznych zmierza do zmiany parametrów homeostazy. Jednocześnie aktywizacja systemów regulacyjnych z łatwością zapewnia ich powrót do stabilnego poziomu. Ale jeśli w spoczynku u zdrowej osoby procesy te są zrównoważone, a mechanizmy zdrowienia działają z rezerwą mocy, to w przypadku gwałtownej zmiany warunków życia, podczas chorób włączają się z maksymalną aktywnością. Doskonalenie systemów regulacji homeostazy ma swoje odzwierciedlenie także w rozwoju ewolucyjnym. Zatem brak systemu utrzymywania stałej temperatury ciała u zwierząt zmiennocieplnych, powodujący uzależnienie procesów życiowych od zmiennej temperatury zewnętrznej, ostro ograniczył ich rozwój ewolucyjny. Jednak obecność takiego układu u zwierząt stałocieplnych zapewniła ich osiedlenie się na całej planecie i uczyniła takie organizmy naprawdę wolnymi stworzeniami o wysokim potencjale ewolucyjnym.

Z kolei każdy człowiek ma indywidualne możliwości funkcjonalne samych systemów regulacji homeostazy. To w dużej mierze determinuje nasilenie reakcji organizmu na jakikolwiek wpływ i ostatecznie wpływa na oczekiwaną długość życia.

Homeostaza komórkowa . Jednym z unikalnych parametrów homeostazy jest „czystość genetyczna” populacji komórek organizmu. Układ odpornościowy organizmu monitoruje prawidłową proliferację komórek. Jeśli zostanie ona zakłócona lub odczytanie informacji genetycznej będzie utrudnione, pojawiają się komórki obce danemu organizmowi. Wspomniany system je niszczy. Można powiedzieć, że podobny mechanizm zwalcza również przedostawanie się obcych komórek (bakterii, robaków) lub ich produktów do organizmu. Zapewnia to również układ odpornościowy (patrz część C - „Cechy fizjologiczne leukocytów”).

Mechanizmy homeostazy i ich regulacja

Układy kontrolujące parametry homeostazy składają się z mechanizmów o różnym stopniu złożoności strukturalnej: zarówno elementów stosunkowo prostych, jak i dość złożonych kompleksów neurohormonalnych. Metabolity są uważane za jeden z najprostszych mechanizmów, z których niektóre mogą lokalnie wpływać na aktywność procesów enzymatycznych i różnych składników strukturalnych komórek i tkanek. Bardziej złożone mechanizmy (neuroendokrynne), które przeprowadzają interakcje między narządami, uruchamiają się, gdy proste nie wystarczą już, aby przywrócić parametr do wymaganego poziomu.

W komórce zachodzą lokalne procesy autoregulacji z ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Na przykład podczas intensywnej pracy mięśni podtlenki NEP i produkty przemiany materii gromadzą się w mięśniach szkieletowych poprzez względny niedobór 02. Przesuwają pH sarkoplazmy na stronę kwaśną, co może spowodować śmierć poszczególnych struktur, całej komórki, a nawet organizmu. Kiedy pH spada, zmieniają się właściwości konformacyjne białek cytoplazmatycznych i kompleksów błonowych. To ostatnie powoduje zmianę promienia porów, wzrost przepuszczalności błon (przegród) wszystkich struktur subkomórkowych i zaburzenie gradientów jonów.

Rola płynów ustrojowych w homeostazie. Płyny ustrojowe uważane są za centralne ogniwo w utrzymaniu homeostazy. W przypadku większości narządów jest to krew i limfa, a w przypadku mózgu jest to krew i płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF). Krew odgrywa szczególnie ważną rolę. Ponadto płynnymi ośrodkami komórki są jej cytoplazma i płyn międzykomórkowy.

Funkcje mediów ciekłych Utrzymanie homeostazy jest dość zróżnicowane. Po pierwsze, płynne pożywki zapewniają procesy metaboliczne w tkankach. Nie tylko dostarczają do komórek substancje niezbędne do życia, ale także transportują z nich metabolity, które w przeciwnym razie mogłyby gromadzić się w komórkach w wysokich stężeniach.

Po drugie, media płynne posiadają własne mechanizmy niezbędne do utrzymania określonych parametrów homeostazy. Na przykład układy buforowe łagodzą zmianę stanu kwasowo-zasadowego, gdy kwasy lub zasady dostają się do krwi.

po trzecie, media płynne biorą udział w organizacji systemu kontroli homeostazy. Tutaj również istnieje kilka mechanizmów. Zatem poprzez transport metabolitów odległe narządy i układy (nerki, płuca itp.) biorą udział w procesie utrzymania homeostazy. Ponadto metabolity zawarte we krwi, działając na struktury i receptory innych narządów i układów, mogą wyzwalać złożone reakcje odruchowe i mechanizmy hormonalne. Na przykład termoreceptory reagują na „gorącą” lub „zimną” krew i odpowiednio zmieniają aktywność narządów biorących udział w tworzeniu i przekazywaniu ciepła.

Receptory znajdują się także w samych ścianach naczyń krwionośnych. Uczestniczą w regulacji składu chemicznego krwi, jej objętości i ciśnienia. Wraz z podrażnieniem receptorów naczyniowych rozpoczynają się odruchy, których elementem efektorowym są narządy i układy organizmu. Ogromne znaczenie krwi w utrzymaniu homeostazy stało się podstawą do ukształtowania się specjalnego układu homeostazy dla wielu parametrów samej krwi i jej objętości. Aby je zachować, istnieją złożone mechanizmy zawarte w jednolitym systemie regulacji homeostazy organizmu.

Powyższe można dobrze zilustrować na przykładzie intensywnej pracy mięśni. Podczas jego wykonywania produkty przemiany materii w postaci kwasu mlekowego, pirogronowego, acetooctowego i innych uwalniane są z mięśni do krwioobiegu. Kwaśne metabolity są najpierw neutralizowane przez zasadowe rezerwy krwi. Dodatkowo aktywują krążenie krwi i oddychanie poprzez mechanizmy odruchowe. Połączenie tych układów organizmu z jednej strony poprawia dostarczanie O2 do mięśni, a tym samym ogranicza powstawanie niedotlenionych produktów; z drugiej strony pomaga zwiększyć uwalnianie CO2 przez płuca, wielu metabolitów przez nerki i gruczoły potowe.

Przyznał
Ogólnorosyjskie centrum edukacyjno-metodologiczne
kontynuacji edukacji medycznej i farmaceutycznej
Ministerstwo Zdrowia Federacji Rosyjskiej
jako podręcznik dla studentów medycyny

Głównym celem, który przyświeca wszystkim rozdziałom podręcznika, który czytasz, kolego, jest ukształtowanie idei choroby jako naruszenia homeostazy.

Zdolność organizmu, pomimo dość częstego patogenicznego działania niekorzystnych, szkodliwych czynników na organizm, do utrzymywania stabilnego stanu zdrowia znana jest już od czasów starożytnych. Już Hipokrates wiedział, że choroby można wyleczyć naturalnymi siłami natury „vis medicas nature”. Teraz to zjawisko natury organizmów żywych nazywa się homeostazą. Zatem termin homeostaza w swojej ogólnej formie oznacza odporność organizmu na szkodliwe wpływy środowiska.

Reakcje zapewniające homeostazę mają na celu utrzymanie stabilnego (stałego) stanu nierównowagowego środowiska wewnętrznego, tj. znanych poziomów kondycji poprzez koordynację złożonych procesów w celu wyeliminowania lub ograniczenia działania czynników szkodliwych, w celu opracowania lub utrzymania optymalnych form interakcji pomiędzy organizmem a środowiskiem.

29.1. Reaktywność

Zmiany reaktywności mają na celu przeciwdziałanie szkodliwemu wpływowi środowiska i mają głównie charakter ochronny (adaptacyjny), tj. charakter adaptacyjny. Homeostaza zostaje utrzymana na nowym poziomie ekspresji mechanizmów odpornościowych.

Zatem termin reaktywność w swojej ogólnej formie oznacza mechanizm odporności (odporności) organizmu na szkodliwe wpływy środowiska, tj. mechanizm utrzymania homeostazy.

Ogólną formą reaktywności jest reaktywność biologiczna (gatunkowa). Ta z kolei dzieli się na reaktywność grupową i indywidualną.

Reaktywność biologiczna - zmiany w aktywności życiowej o charakterze ochronno-adaptacyjnym, które powstają pod wpływem normalnych (odpowiednich) podrażnień środowiskowych dla każdego rodzaju zwierzęcia. Jest genetycznie utrwalony i ma na celu ochronę zarówno gatunku (ludzi, ptaków, ryb) jako całości, jak i każdego osobnika z osobna. Charles Darwin: „Ewolucyjny mechanizm zmienności ma cel (teleologiczny) zwiększyć przeżywalność”.

Przykłady: złożona aktywność odruchowa pszczół, sezonowe migracje ptaków, ryb, sezonowe zmiany w aktywności życiowej zwierząt (hibernacja susłów, niedźwiedzi itp.).

Charakteryzując podstawy doktryny homeostazy, wybitny rosyjski patofizjolog I.D. Gorizontow napisał: „Zjawisko homeostazy jest w istocie ewolucyjnie rozwiniętym, dziedzicznie utrwalonym urządzeniem adaptacyjnym organizmu do normalnych warunków środowiskowych”.

Zmieniona reaktywność występuje, gdy organizm jest narażony na działanie chorobotwórczych czynników środowiskowych. Ogólnie charakteryzuje się:

  1. zmniejszone reakcje adaptacyjne;
  2. ale jednocześnie w czasie choroby następuje nasilenie szeregu reakcji mających na celu ochronę organizmu przed tym szkodliwym czynnikiem i konsekwencjami wywołanych przez niego szkód (gorączka, pocenie się, podwyższone ciśnienie krwi, produkcja przeciwciał, stany zapalne, itp.).

Jak z punktu widzenia doktryny homeostazy powinien zachować się organizm w przypadku narażenia na czynniki środowiskowe wykraczające poza „normę”, czyli szkodliwe? Przywrócenie prawidłowych właściwości środowiska wewnętrznego następuje w wyniku wzrostu aktywności funkcjonalnej, zarówno krótkotrwałej (tachykardia, przyspieszony oddech, pocenie), jak i długotrwałej, np. zastępczego wzrostu aktywności gruczołów potowych w niewydolności nerek ; (gorączka, produkcja limfocytów T zabójczych); jednocześnie patogenny początek może zakłócić koordynację mechanizmów utrzymania stałości środowiska wewnętrznego, czemu będzie towarzyszyć zmniejszenie reakcji adaptacyjnych organizmu.

Podsumujmy nasze przemyślenia: homeostaza jest pojęciem szerszym niż reaktywność. Mechanizmem homeostazy są różne rodzaje reaktywności. Prowadzi to do zasadniczego wniosku: homeostaza to nie tylko utrzymanie stałości czy optymalna odbudowa i przystosowanie się do warunków środowiskowych. Sama choroba w swej biologicznej istocie stanowi także problem homeostazy, zaburzenia jej mechanizmów i dróg powrotu do zdrowia. Choroba to zaburzenie homeostazy.

Dlatego wskazane jest przestudiowanie i poznanie sekcji „reaktywność” z punktu widzenia homeostazy. O reaktywności przeczytacie w podręczniku A.D. Ado i współautorów, a ja opowiem Wam dalej o homeostazie. Jednocześnie musisz jasno zrozumieć, że różne rodzaje reaktywności mogą utrzymać homeostazę w pewnych granicach i są przedmiotem badań tradycyjnej medycyny. W zmienionych warunkach środowiskowych zawodzą fizjologiczne mechanizmy homeostazy, powstają choroby środowiskowe (nowotwory, alergie, patologie dziedziczne), czemu z punktu widzenia medycyny środowiskowej można zapobiec jedynie. Jego celem jest identyfikacja szkodliwego czynnika środowiskowego, opracowanie środków zapobiegania i leczenia jego niekorzystnych skutków na poziomie populacji.

29.2. Homeostaza, jej mechanizm i znaczenie. Historyczne podstawy doktryny homeostazy

Prawie 100 lat temu wybitny francuski naukowiec Claude Bernard po raz pierwszy poruszył kwestię znaczenia homeostazy (choć samo określenie wprowadził później amerykański naukowiec W. Cannon). Będąc nieprzejednanym przeciwnikiem witalizmu (duchowego impulsu w początkach życia), C. Bernard wyznawał poglądy materialistyczne. Jego zdaniem wszelkie przejawy życia są spowodowane konfliktem pomiędzy dotychczasowymi siłami ciała (konstytucją) a wpływem środowiska zewnętrznego.

Być może na tym właśnie polega odwieczność problemu „ojców i synów”, konflikt poglądów, tradycji sprzed 25-35 lat (młodość ojców) i nowych poglądów podyktowanych obecnym życiem, które łatwo przyswajają młodzieżowa i krytycznie postrzegana przez ojców?

Wracając do koncepcji C. Bernarda. Sam konflikt konstytucji z otoczeniem objawia się w postaci dwóch typów zjawisk: syntezy i rozkładu. Na bazie tych dwóch przeciwstawnych procesów powstaje adaptacja organizmów do warunków środowiska czyli adaptacja, czyli harmonijna relacja organizmu ze środowiskiem.

29.2.1. Formy życia według C. Bernarda

K. Bernard uważał, że wpływ środowiska zewnętrznego doprowadził do powstania 3 form życia:

  1. Utajone - życie nie pojawia się na zewnątrz, całkowite zahamowanie metabolizmu (cysty w robakach, zarodniki w roślinach, suche drożdże);
  2. Oscylacyjny - w zależności od otoczenia. Jest to typowe dla bezkręgowców i kręgowców zmiennocieplnych (żaby, węże), niektórych gatunków zwierząt stałocieplnych, które wchodzą w stan hibernacji (hibernacji). W tym czasie są mało wrażliwe na głód tlenu, obrażenia i infekcje. Obecnie sztuczne chłodzenie stosuje się także u ludzi podczas skomplikowanych operacji serca. Warunkiem pomyślnego wyjścia z hibernacji jest wstępne nagromadzenie składników odżywczych w organizmie;
  3. Życie ciągłe lub swobodne - ta forma życia jest charakterystyczna dla zwierząt o wysokiej organizacji, których życie nie zatrzymuje się nawet przy nagłych zmianach warunków środowiskowych. Dlatego te formy życia są ewolucyjnie bardziej postępowe i dominują na Ziemi.

29.2.1.1. Dwa środowiska ciała

Narządy i tkanki funkcjonują w przybliżeniu w ten sam sposób, bez znaczących zmian w poziomie ich aktywności. Dzieje się tak dlatego, że środowisko wewnętrzne (krew, limfa, płyn międzykomórkowy) otaczające narządy i tkanki nie ulega zmianie.

K. Bernard napisał, że organizm tworzy swoje własne, niezmienne środowisko, pomimo zmieniających się warunków środowiska zewnętrznego. Dzięki temu organizm żyje jak w szklarni, pozostając wolnym i niezależnym.

Zatem każde wysoko zorganizowane zwierzę ma dwa środowiska: zewnętrzne (interakcje ekologiczne), w którym zlokalizowany jest organizm, i wewnętrzne, w którym żyją elementy tkanek. Reasumując można powiedzieć, że homeostaza, czyli tzw. stałość środowiska wewnętrznego jest warunkiem wolnego i niezależnego życia.

29.2.1.2. Znaczenie rezerw w organizmie dla homeostazy

Odżywianie fizjologicznych mechanizmów homeostazy nie jest bezpośrednie, ale odbywa się poprzez wydawanie rezerw. Można powiedzieć, że jemy nie to, co właśnie zjedliśmy, ale to, co zjedliśmy wcześniej (wczoraj). W związku z tym przyjmowany pokarm musi zostać przyswojony, a następnie organizm go skonsumuje. Znaczenie rezerw dla homeostazy zostało później wykazane w pismach Cannona. Organizm posiada rezerwy węglowodanów (glikogenu) i tłuszczów. Energia magazynowana jest w postaci ATP, GTP. Wartość tych rezerw energii jest niezwykle wysoka, ponieważ stabilna nierównowaga jako unikalna cecha układu biologicznego jest możliwa tylko pod warunkiem stałych kosztów energii.

Podsumowując wyniki pracy, C. Bernard napisał, że w życiu utajonym istota jest całkowicie podporządkowana wpływom środowiska zewnętrznego. W oscylacji - okresowo zależy od otoczenia. W życiu ciągłym istota jawi się jako wolna, a jej przejawy są kształtowane i kierowane przez wewnętrzne procesy życiowe. Jednak koncepcja ta nie jest adekwatna do niezależnej „zasady życia”, do której witaliści uciekają się, aby wyjaśnić istotę życia.

29.3. Dalszy rozwój doktryny homeostazy

C. Bernard szczególnie podkreślał, że niezależność przejawów życia wewnętrznego jest iluzoryczna. Przeciwnie, w mechanizmach stałego lub swobodnego życia związek między środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym jest najbliższy i najbardziej oczywisty.

Jednocześnie C. Bernard, opierając się na swojej doktrynie stałości reakcji organizmu, uważał, że uniezależnia się ono od zewnętrznych perypetii i nie uznawał nauk Karola Darwina. Wiadomo, że wielki Anglik na pierwszym planie swojego nauczania postawił wpływ środowiska zewnętrznego na organizm. Zmienione organizmy, które nabyły bardziej zaawansowane mechanizmy adaptacyjne, przeżyły i przystosowały się. Inne zostały bezlitośnie zniszczone przez naturę. Amerykański fizjolog Cannon pogodził te dwa przeciwstawne poglądy.

Cannon Williams (1871-1945) to wybitny fizjolog naszego stulecia, twórca doktryny homeostazy jako samoregulacji stałości środowiska wewnętrznego organizmu. Wpływ tej nauki nie ograniczał się do fizjologii i stał się podstawą całej medycyny. Znaczenie doktryny homeostazy dla patofizjologii, która bada teoretyczne podstawy choroby, powoduje konieczność głębszego zastanowienia się nad tym ważnym kamieniem milowym w rozwoju nauk medycznych. „Cud biologii to niesamowita zdolność żywego organizmu do utrzymywania stałości swoich reakcji. I to pomimo kruchości składników, które go tworzą.”

Jak Cannonowi udało się połączyć eksperymentalny i ewolucyjny sposób myślenia? Udało mu się tego dokonać w oparciu o stanowisko teleologii – celowości wszystkich żywych istot. Wysunął pogląd, że utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego uodparnia organizm na zmiany środowiska zewnętrznego, tj. zapewnia przetrwanie organizmu. Mówiąc najprościej, nabyta ewolucyjnie właściwość homeostazy u organizmów wyższych pozwala im szybko przystosować się do zmian w środowisku zewnętrznym.

Cannon postrzega organizm jako całość jako aktywny system samoregulujący. Głównym przedmiotem samoregulacji jest środowisko wewnętrzne - krew, limfa, płyn międzykomórkowy.

Głównym mechanizmem homeostazy jest reaktywność. Cannon uważał, że głównym silnikiem jest układ współczulno-nadnerczowy. W toku historycznego poznania natury ciała przedmiotem szczególnej analizy stały się czynniki nerwowe i humoralne. Zjawiska nierozłączne w żywym organizmie okazały się sztucznie wytyczone.

29.4. Regulacyjna rola układu nerwowego i hormonalnego (SAS, OSA) w utrzymaniu stałości środowiska wewnętrznego, tj. homeostaza

Cannon w swojej książce The Wisdom of the Body omówił rolę współczulnego układu nerwowego w homeostazie. Uważał, że współczulny układ nerwowy jest głównym czynnikiem pilnej mobilizacji mechanizmów obronnych organizmu w celu przywrócenia zaburzonej równowagi. Ogólnie można powiedzieć, że szybkość reakcji (w sekundach) w przypadku awaryjnej restrukturyzacji zapewnia właśnie układ nerwowy.

L.A. Orbeli, nasz wybitny fizjolog, ustalił adaptacyjno-troficzną rolę układu nerwowego, której istotą jest to, że współczulny układ nerwowy zmienia gotowość funkcjonalną narządów zgodnie z warunkami istnienia organizmu. Na przykład podrażnienie współczulnego układu nerwowego przywraca wydajność zmęczonych mięśni szkieletowych. W rzeczywistości położył podwaliny pod doktrynę dopingu. Główną rolę w tym przypadku odgrywa tworzenie siatkowe (tworzenie siatkowe) pnia mózgu - środkowej części SAS.

Wpływy hormonalne mają na celu dłuższy okres restrukturyzacji organizmu (minuty, godziny). Cannon połączył „współczulny” i „nadnerczowy” łącznikiem, mającym odzwierciedlać koncepcję systemowego, jednolitego charakteru funkcjonowania specjalnego, integralnego mechanizmu - SAS, którego celem jest zapewnienie homeostazy.

Dalszy rozwój idei występowania choroby jako patologii układów regulacyjnych organizmu wiąże się z nazwiskiem kanadyjskiego fizjologa Hansa Selye, dyrektora Instytutu Chirurgii Doświadczalnej i Medycyny w Montrealu, autora jednego z największych odkryć w biologia XX wieku - zjawisko stresu.

Rozwój medycyny w XIX wieku doprowadził do przekonania, że ​​każda choroba musi mieć swoją przyczynę.

Na przykład charakterystyczny zespół odry lub błonicy może być spowodowany tylko przez specyficzny organizm (mikroorganizm). Ale jest tak niewiele konkretnych znaków, na podstawie których stawia się diagnozę.

Natomiast G. Selye stworzył koncepcję „zespołu chorobowego w ogóle”. Wpadł na ten pomysł już w latach studenckich. Znacznie później włączył do tej koncepcji niespecyficzność monotonnej reakcji układu podwzgórze-przysadka-kora nadnerczy, którą obserwuje się pod wpływem jakiegokolwiek środka uszkadzającego.

Reakcję tę nazwał „ogólnym zespołem adaptacyjnym” (GAS), mającym na celu utrzymanie homeostazy organizmu. G. Selye tak opisuje swoje poglądy na temat OSA: „Człowiek musiał zrozumieć, że w każdym przypadku, gdy miał do czynienia z długim lub niezwykle trudnym zadaniem – czy to pływaniem w zimnej wodzie, podnoszeniem ciężkich kamieni czy postem – przechodzi przez 3 etapy: najpierw odczuwa trudność, potem przyzwyczaja się do niej, aż w końcu nie może już sobie z tym poradzić. Nie uważa tego za ogólne prawo regulujące zachowanie istot zwierzęcych w szczególnie stresujących warunkach. Pilna konieczność znalezienia pożywienia i schronienia nie pozwala mu myśleć o takich pojęciach jak homeostaza (utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego) czy stres biologiczny”.

G. Selye wykazała, że ​​na różne czynniki: urazy chirurgiczne, oparzenia, ból, upokorzenie, zatrucie, okoliczności życiowe biznesmena, sportowca i wielu innych, organizm reaguje stereotypową postacią zmian biochemicznych, funkcjonalnych i strukturalnych. W przypadku reakcji na stres nie jest istotne, czy jest ona spowodowana przez czynnik przyjemny czy nieprzyjemny. Najważniejsze jest tutaj intensywność zapotrzebowania na ciało, które stworzy czynnik stresowy.

Mechanizm tej niespecyficznej reakcji opiera się na pobudzeniu układu podwzgórze-strzałka-kora nadnerczy i SAS. Pojawiające się impulsy neuroendokrynne przyczyniają się do uruchomienia mechanizmów obronnych organizmu. Przyczynia się to do gwałtownego wzrostu możliwości homeostatycznych organizmu. Długoterminowe badania G. Selye wykazały, że w każdej chorobie na jej specyficzne objawy nakładają się niespecyficzne reakcje wywołane przez układ podwzgórze-przysadka-nadnercza. To jest powód powszechnego stosowania sterydów w praktyce medycznej.

29,5. Rola biomembran w mechanizmach utrzymania homeostazy

V. Cannon i K. Bernard uznawali płynną część ciała, do której zalicza się krew, limfę i płyn śródmiąższowy, za podstawę środowiska wewnętrznego. Jednakże krew nie ma bezpośredniego kontaktu z komórkami tkanek. Jak po raz pierwszy wykazał krajowy badacz L.S. Stern, między krwią a tkanką istnieją tak zwane bariery histo-hematologiczne, których podstawą są błony biologiczne (bariery BBB, hemato-okulistyczne, łożyskowe i inne).

Oprócz funkcji separacyjnej błony pełnią jeszcze jedną ważną funkcję w homeostazie – jest to funkcja receptorowa błon komórkowych. Odgrywa kluczową rolę w przekazywaniu informacji zwrotnej. Sprzężenie zwrotne oznacza wpływ sygnału wyjściowego na wejście – część sterującą systemu. Ujemne sprzężenie zwrotne prowadzi do zmniejszenia wpływu wpływu sygnału wejściowego na wielkość sygnału wyjściowego. Na przykład wzrost stężenia hormonów tarczycy T 3 i T 4 we krwi prowadzi do obniżenia poziomu somatostatyny w podwzgórzu i zahamowania wytwarzania hormonu tyreotropowego w przysadce mózgowej.

Dodatnie sprzężenie zwrotne prowadzi do zwiększenia efektu sygnału wyjściowego. Na przykład przejście od ostrego do przewlekłego stanu zapalnego następuje, gdy zmienia się konformacja i właściwości antygenowe własnych białek - tworzenie się autoantygenów. Te ostatnie powodują wzmożone tworzenie się autoprzeciwciał, a konflikt immunologiczny wspiera reakcję zapalną. Jeśli negatywne sprzężenie zwrotne zwykle pomaga przywrócić stan początkowy, to pozytywne sprzężenie zwrotne częściej wyprowadza go z tego stanu. W rezultacie nie następuje korekta, co może spowodować „błędne koło”, dobrze znane patofizjologom i klinicystom (przykład patogenezy przewlekłego stanu zapalnego, autoalergii).

29,6. Homeostaza i norma

W jednej ze swoich pierwszych prac na temat homeostazy Cannon przypomina nam, że zwierzęta to systemy otwarte z wieloma powiązaniami ze środowiskiem. Połączenia te powstają poprzez drogi oddechowe i trawienne, powierzchnię skóry, receptory, narządy nerwowo-mięśniowe i dźwignie kostne. Zmiany środowiskowe wpływają bezpośrednio lub pośrednio na te systemy. Jednak efektom tym zwykle nie towarzyszą duże odchylenia od normy i nie powodują poważnych zaburzeń procesów fizjologicznych, ponieważ automatyczna regulacja ogranicza wahania występujące w organizmie w określonych granicach „normy”.

Z punktu widzenia homeostazy podana jest najpełniejsza definicja „normalności”. Norma jest symbolem trwałego braku równowagi organizmu, jego poszczególnych narządów i tkanek w środowisku zewnętrznym. Widać, że definicja ta uwzględnia cechy indywidualne. Na przykład stan stacjonarny może występować przy skurczowym ciśnieniu krwi wynoszącym 120 mmHg. (dla jednego to norma) i przy ciśnieniu 140 (dla innego to też norma). Można posłużyć się analogią do żagla i steru statku. Czy jest dla nich normalna pozycja? Nie poniewaź normą jest zmiana zapewniająca ruch danego statku. Na przykład reakcje układu odpornościowego pod wpływem „wiatru” wpływów antygenowych (R.V. Petrova).

Tę względną stałość można określić terminem równowagi, używanym w opisie prostych procesów fizykochemicznych. Jednak w złożonym organizmie żywym oprócz procesów równoważenia zwykle uwzględnia się interakcję i integracyjną współpracę wielu narządów i układów. Tak więc, na przykład, gdy powstają warunki zmieniające skład krwi lub powodujące zaburzenia funkcji oddechowych (krwotok, zapalenie płuc), mózg, nerwy, serce, nerki, płuca, śledziona itp. szybko reagują. Aby określić takie zjawiska, termin „równowaga” jest niewystarczający, ponieważ nie wiąże się to ze złożonym i specyficznym procesem koordynacji. Do jej najszybszej i najbardziej stabilnej pozycji konieczne jest posiadanie systemów kontrregulacyjnych, których celem jest ogólna stabilność środowiska wewnętrznego.

To właśnie dla tych stanów i procesów zapewniających stabilność organizmu Cannon zaproponował termin homeostaza. Słowo „homeo” nie wskazuje na ustaloną tożsamość „taką samą”, ale raczej na podobieństwo, podobieństwo.

Homeostaza nie oznacza zatem prostej stałości właściwości fizykochemicznych środowiska wewnętrznego. Termin ten obejmuje także mechanizmy fizjologiczne zapewniające stabilność istot żywych (tj. procesy reaktywności). Homeostaza to aktywna samoregulacja stałości środowiska wewnętrznego.

29,7. Homeostaza i adaptacja

Zasadniczo zjawisko adaptacji opiera się na homeostazie. Te. organizm przystosowuje się (dostosowuje) do zmieniających się warunków środowiskowych za pomocą pewnych mechanizmów homeostazy.

Kompensacja to ukryta patologia objawiająca się obciążeniem funkcjonalnym (choroba zastawki aortalnej jest kompensowana przerostem mięśnia sercowego, a jej objawy kliniczne ujawniają się wzmożoną aktywnością fizyczną).

29.7.1. Rodzaje adaptacji

Istnieją adaptacje krótkoterminowe i długoterminowe:

  1. Jeśli pod wpływem warunków środowiskowych nastąpi krótkotrwałe odejście od normalnych limitów, organizm reaguje krótkotrwałą zmianą aktywności funkcjonalnej (bieganie powoduje tachykardię i przyspieszony oddech);
  2. W przypadku długotrwałego lub powtarzającego się narażenia mogą wystąpić bardziej trwałe lub nawet strukturalne zmiany:
    1. zwiększona aktywność fizyczna i objętość mięśni, przerost ciężarnej macicy, struktura kości na skutek wad zgryzu;
    2. Kiedy jakikolwiek narząd zostanie uszkodzony, aktywują się mechanizmy kompensacyjne. Na przykład zastępcze (zastępcze, kompensacyjne) połączenie innych układów organizmu: utrata krwi powoduje tachykardię, przyspieszony oddech, opuszczanie magazynu krwi, zwiększoną hematopoezę).

W praktyce medycznej adaptacja oznacza dokładnie taką formę adaptacji, która powstanie w nietypowych warunkach istnienia organizmu. Należy jeszcze raz podkreślić, że każdy rodzaj adaptacji będzie tworzony w oparciu o już istniejące mechanizmy homeostazy.

29,8. Poziomy regulacji homeostazy

Z punktu widzenia homeostazy organizm jest systemem samoregulującym się. Istnieją 3 poziomy regulacji:

  1. Najniższy określa stałość stałych fizjologicznych i ma autonomię (utrzymywanie pH, P osm).
  2. Średni, określa reakcje adaptacyjne, gdy zmienia się środowisko wewnętrzne organizmu. Regulowane przez układ neuroendokrynny.
  3. Najwyższy determinuje reakcje adaptacyjne, świadome zachowanie w odpowiedzi na zmiany w środowisku zewnętrznym. Zgodnie z sygnałami ze świata zewnętrznego zmieniają się funkcje wegetatywne i świadome zachowanie organizmu. Reguluje go centralny układ nerwowy i jego część zewnętrzna – kora mózgowa.

I.P. Pavlov napisał: „Półkule mózgowe są organem żywego organizmu, który specjalizuje się w ciągłym utrzymywaniu coraz doskonalszej równowagi organizmu ze środowiskiem zewnętrznym”.

Kora mózgowa jest ewolucyjnie najmłodszym, ale jednocześnie najbardziej złożonym narządem regulacyjnym. Nie oznacza to w żaden sposób, że kora mózgowa stale zakłóca wszystkie procesy organizmu. Jego celem, jego zadaniem jest utrzymanie połączenia organizmu ze środowiskiem zewnętrznym, głównie relacjami społecznymi. Zapewnia to zwierzętom wyższym wiodącą pozycję w królestwie zwierząt.

Wielką zasługą rosyjskiego fizjologa I.P. Pawłowa jest rozwój metod badania swobodnego zachowania i intelektualnej sfery ciała. Uzasadnił zastosowanie w tym celu metody odruchów warunkowych i wykazał, że świadoma aktywność kory mózgowej w dużej mierze zbudowana jest na zasadzie adaptacyjnych odruchów warunkowych. I.P. Pavlov przekształcił koncepcję odruchu z prawdziwego, automatycznego, leżącego u podstaw homeostazy, na odruch warunkowy, który określa mechanizmy „witalnych spotkań ciała z otoczeniem”, stanowiących podstawę homeostazy społecznej.

Niezwykle ważne jest zrozumienie, że ewolucja zwierząt podyktowana jest nie tylko chęcią utrzymania stabilności stanu nierównowagowego poprzez homeostazę z prawdziwymi, automatycznymi odruchami, ale jest stale powiązana z aktywnością swobodnego zachowania (niehomeostatyczny wyższy układ nerwowy aktywność z odruchami warunkowymi), utrzymując tę ​​nierównowagę jako charakterystyczną cechę systemów żywych.

Homeostaza, utrzymywana automatycznie dzięki działaniu SAS, otwiera przestrzeń dla wyższych form aktywności nerwowej, uwalniając do tego korę mózgową. Te. Cannon wykazał, że mechanizmy homeostatyczne istnieją autonomicznie, niezależnie od kontroli świadomości, utrzymując ją wolną dla aktywności intelektualnej. W ten sposób uwalniając świadomość od regulacji procesów cielesnych, poprzez korę mózgową nawiązujemy intelektualną relację ze światem zewnętrznym, analizujemy doświadczenia, angażujemy się w naukę, technologię i sztukę, komunikujemy się z przyjaciółmi, wychowujemy dzieci, wyrażamy współczucie itp. „Jednym słowem zachowujemy się jak istoty ludzkie” – napisał Cannon.

W związku z tym ciało, zdaniem Cannona, okazuje się „mądre” (tytuł książki), gdyż w każdej sekundzie utrzymuje stabilność dużego organizmu bez ingerencji umysłu, otwierając przestrzenie dla wolności zachowanie.

Kończąc temat roli homeostazy w badaniu fizjologii chorego organizmu, pragnę stwierdzić, że głównym kierunkiem Pańskiego szkolenia na wyższych oddziałach klinicznych i przyszłej działalności medycznej powinno być świadome przywrócenie zdolności organizmu pacjenta do samodzielnie utrzymują homeostazę w środowisku bezpiecznym dla środowiska.

2. Cele nauczania:

Zna istotę homeostazy, fizjologiczne mechanizmy utrzymania homeostazy, podstawy regulacji homeostazy.

Przeanalizuj główne typy homeostazy. Znajomość cech homeostazy związanych z wiekiem

3. Pytania do samodzielnego przygotowania do opanowania tego tematu:

1) Definicja homeostazy

2) Rodzaje homeostazy.

3) Homeostaza genetyczna

4) Homeostaza strukturalna

5) Homeostaza środowiska wewnętrznego organizmu

6) Homeostaza immunologiczna

7) Mechanizmy regulacji homeostazy: neurohumoralny i hormonalny.

8) Hormonalna regulacja homeostazy.

9) Organy biorące udział w regulacji homeostazy

10) Ogólna zasada reakcji homeostatycznych

11) Specyfika gatunkowa homeostazy.

12) Cechy homeostazy związane z wiekiem

13) Procesy patologiczne, którym towarzyszy zaburzenie homeostazy.

14) Korekta homeostazy organizmu jest głównym zadaniem lekarza.

__________________________________________________________________

4. Rodzaj lekcji: poza programem szkolnym

5. Czas trwania lekcji- 3 godziny.

6. Sprzęt. Prezentacja elektroniczna „Wykłady z biologii”, tablice, manekiny

Homeostaza(gr. homoios - równy, zastój - stan) - zdolność organizmu do utrzymania stałości środowiska wewnętrznego i głównych cech jego wrodzonej organizacji, pomimo zmienności parametrów środowiska zewnętrznego i działania zakłóceń wewnętrznych czynniki.

Homeostaza każdego osobnika jest specyficzna i zdeterminowana jego genotypem.

Ciało jest otwartym, dynamicznym systemem. Przepływ substancji i energii obserwowany w organizmie warunkuje samoodnowę i samoreprodukcję na wszystkich poziomach, od molekularnego po organizm i populację.

W procesie metabolizmu wraz z wymianą pożywienia, wody i gazów do organizmu dostają się ze środowiska różne związki chemiczne, które po przemianach upodabniają się do składu chemicznego organizmu i wchodzą w jego struktury morfologiczne. Po pewnym czasie wchłonięte substancje ulegają zniszczeniu, uwalniając energię, a zniszczoną cząsteczkę zastępuje się nową, nie naruszając integralności elementów strukturalnych organizmu.

Organizmy znajdują się w stale zmieniającym się środowisku, mimo to główne wskaźniki fizjologiczne w dalszym ciągu spełniają określone parametry, a organizm przez długi czas utrzymuje stabilny stan zdrowia, dzięki procesom samoregulacji.

Zatem pojęcie homeostazy nie jest kojarzone ze stabilnością procesów. W odpowiedzi na działanie czynników wewnętrznych i zewnętrznych następują pewne zmiany wskaźników fizjologicznych, a włączenie systemów regulacyjnych zapewnia utrzymanie względnej stałości środowiska wewnętrznego. Regulacyjne mechanizmy homeostatyczne działają na poziomie komórkowym, narządowym, organizmowym i ponadorganizmem.

W ujęciu ewolucyjnym homeostaza to dziedzicznie utrwalone przystosowanie organizmu do normalnych warunków środowiskowych.

Wyróżnia się następujące główne typy homeostazy:

1) genetyczne

2) strukturalne

3) homeostaza płynnej części środowiska wewnętrznego (krew, limfa, płyn śródmiąższowy)

4) immunologiczny.

Homeostaza genetyczna- zachowanie stabilności genetycznej dzięki sile wiązań fizycznych i chemicznych DNA oraz jego zdolności do regeneracji po uszkodzeniu (naprawa DNA). Samoreprodukcja jest podstawową właściwością istot żywych i opiera się na procesie reduplikacji DNA. Sam mechanizm tego procesu, w którym nowa nić DNA jest zbudowana ściśle komplementarnie wokół każdej z cząsteczek tworzących dwie stare nici, jest optymalny dla dokładnego przekazywania informacji. Dokładność tego procesu jest wysoka, ale podczas reduplikacji mogą nadal występować błędy. Zakłócenie struktury cząsteczek DNA może nastąpić także w jego łańcuchach pierwszorzędowych, bez połączenia z reduplikacją pod wpływem czynników mutagennych. W większości przypadków genom komórkowy zostaje przywrócony, a uszkodzenia naprawione dzięki naprawie. Kiedy mechanizmy naprawcze ulegają uszkodzeniu, homeostaza genetyczna zostaje zakłócona zarówno na poziomie komórkowym, jak i organizmowym.

Ważnym mechanizmem utrzymania homeostazy genetycznej jest diploidalny stan komórek somatycznych u eukariontów. Komórki diploidalne charakteryzują się większą stabilnością funkcjonowania, gdyż obecność w nich dwóch programów genetycznych zwiększa wiarygodność genotypu. Stabilizację złożonego układu genotypowego zapewniają zjawiska polimeryzacji i inne rodzaje interakcji genów. Geny regulatorowe kontrolujące aktywność operonów odgrywają główną rolę w procesie homeostazy.

Homeostaza strukturalna- jest to stałość organizacji morfologicznej na wszystkich poziomach systemów biologicznych. Wskazane jest podkreślenie homeostazy komórek, tkanek, narządów i układów organizmu. Homeostaza struktur leżących u podstaw zapewnia stałość morfologiczną struktur wyższych i jest podstawą ich aktywności życiowej.

Komórka jako złożony układ biologiczny charakteryzuje się samoregulacją. Za homeostazę w środowisku komórkowym odpowiadają układy błonowe, które są związane z procesami bioenergetycznymi i regulacją transportu substancji do i z komórki. W komórce stale zachodzą procesy zmian i odbudowy organelli, a same komórki ulegają zniszczeniu i odbudowie. Odbudowa struktur wewnątrzkomórkowych, komórek, tkanek, narządów w ciągu życia organizmu następuje w wyniku regeneracji fizjologicznej. Odbudowa konstrukcji po uszkodzeniu - regeneracja naprawcza.

Homeostaza płynnej części środowiska wewnętrznego- stałość składu krwi, limfy, płynu tkankowego, ciśnienia osmotycznego, całkowitego stężenia elektrolitów i stężenia poszczególnych jonów, zawartości składników odżywczych we krwi itp. Wskaźniki te, nawet przy znacznych zmianach warunków środowiskowych, dzięki złożonym mechanizmom utrzymują się na pewnym poziomie.

Na przykład jednym z najważniejszych parametrów fizykochemicznych środowiska wewnętrznego organizmu jest równowaga kwasowo-zasadowa. Stosunek jonów wodorowych i hydroksylowych w środowisku wewnętrznym zależy od zawartości w płynach ustrojowych (krew, limfa, płyn tkankowy) kwasów – donorów protonów i zasad buforowych – akceptorów protonów. Zwykle aktywną reakcję ośrodka ocenia się na podstawie jonu H+. Wartość pH (stężenie jonów wodorowych we krwi) jest jednym ze stabilnych wskaźników fizjologicznych i waha się u człowieka w wąskim zakresie - od 7,32 do 7,45. Aktywność wielu enzymów, przepuszczalność błon, procesy syntezy białek itp. W dużej mierze zależą od stosunku jonów wodorowych i hydroksylowych.

W organizmie funkcjonują różne mechanizmy zapewniające utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej. Po pierwsze, są to układy buforowe krwi i tkanek (bufory węglanowe, fosforanowe, białka tkankowe). Hemoglobina ma także właściwości buforujące, wiąże dwutlenek węgla i zapobiega jego gromadzeniu się we krwi. Utrzymanie prawidłowego stężenia jonów wodorowych ułatwia także aktywność nerek, ponieważ znaczna ilość metabolitów o odczynie kwaśnym jest wydalana z moczem. Jeśli wymienione mechanizmy okażą się niewystarczające, stężenie dwutlenku węgla we krwi wzrasta i następuje lekkie przesunięcie pH w stronę kwaśną. W tym przypadku ośrodek oddechowy jest pobudzony, zwiększa się wentylacja płuc, co prowadzi do zmniejszenia zawartości dwutlenku węgla i normalizacji stężenia jonów wodorowych.

Wrażliwość tkanek na zmiany w środowisku wewnętrznym jest zróżnicowana. Zatem przesunięcie pH o 0,1 w tym czy innym kierunku od normy prowadzi do znacznych zaburzeń w funkcjonowaniu serca, a odchylenie o 0,3 zagraża życiu. Układ nerwowy jest szczególnie wrażliwy na obniżony poziom tlenu. Wahania stężenia jonów wapnia przekraczające 30% itp. są niebezpieczne dla ssaków.

Homeostaza immunologiczna- utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego organizmu poprzez zachowanie antygenowej indywidualności jednostki. Odporność rozumiana jest jako sposób ochrony organizmu przed żywymi organizmami i substancjami niosącymi oznaki obcej informacji genetycznej (Petrov, 1968).

Obca informacja genetyczna jest przenoszona przez bakterie, wirusy, pierwotniaki, robaki, białka, komórki, w tym zmienione komórki samego organizmu. Wszystkie te czynniki są antygenami. Antygeny to substancje, które wprowadzone do organizmu mogą wywołać powstawanie przeciwciał lub inną formę odpowiedzi immunologicznej. Antygeny są bardzo różnorodne, najczęściej są to białka, ale mogą to być również duże cząsteczki lipopolisacharydów i kwasów nukleinowych. Związki nieorganiczne (sole, kwasy), proste związki organiczne (węglowodany, aminokwasy) nie mogą być antygenami, ponieważ nie mają specyfiki. Australijski naukowiec F. Burnet (1961) sformułował stanowisko, że głównym znaczeniem układu odpornościowego jest rozpoznawanie „siebie” i „obcego”, tj. w utrzymaniu stałości środowiska wewnętrznego – homeostaza.

Układ odpornościowy ma połączenie ośrodkowe (czerwony szpik kostny, grasica) i obwodowe (śledziona, węzły chłonne). Reakcję ochronną przeprowadzają limfocyty powstałe w tych narządach. Limfocyty typu B, napotykając obce antygeny, różnicują się w komórki plazmatyczne, które uwalniają do krwi specyficzne białka – immunoglobuliny (przeciwciała). Przeciwciała te, łącząc się z antygenem, neutralizują je. Reakcja ta nazywana jest odpornością humoralną.

Limfocyty typu T zapewniają odporność komórkową poprzez niszczenie obcych komórek, np. komórek odrzuconych, i zmutowanych komórek własnego ciała. Według obliczeń F. Berneta (1971), w każdej zmianie genetycznej dzielących się komórek ludzkich w ciągu jednego dnia kumuluje się około 10 - 6 mutacji spontanicznych, tj. Na poziomie komórkowym i molekularnym stale zachodzą procesy, które zakłócają homeostazę. Limfocyty T rozpoznają i niszczą zmutowane komórki własnego organizmu, pełniąc w ten sposób funkcję nadzoru immunologicznego.

Układ odpornościowy kontroluje genetyczną stałość organizmu. Układ ten, składający się z anatomicznie oddzielonych narządów, stanowi funkcjonalną jedność. Właściwość obrony immunologicznej osiągnęła swój najwyższy rozwój u ptaków i ssaków.

Regulacja homeostazy przeprowadzane przez następujące narządy i układy (ryc. 91):

1) ośrodkowy układ nerwowy;

2) układ neuroendokrynny, do którego zalicza się podwzgórze, przysadka mózgowa i obwodowe gruczoły dokrewne;

3) rozproszony układ hormonalny (DES), reprezentowany przez komórki endokrynologiczne zlokalizowane w prawie wszystkich tkankach i narządach (sercu, płucach, przewodzie pokarmowym, nerkach, wątrobie, skórze itp.). Większość komórek DES (75%) koncentruje się w nabłonku układu pokarmowego.

Obecnie wiadomo, że w ośrodkowych strukturach nerwowych i komórkach wydzielania wewnętrznego przewodu pokarmowego występuje jednocześnie wiele hormonów. Zatem hormony enkefaliny i endorfiny znajdują się w komórkach nerwowych i komórkach wydzielania wewnętrznego trzustki i żołądka. Chocystokininę wykryto w mózgu i dwunastnicy. Fakty te dały podstawę do hipotezy, że w organizmie istnieje jeden system chemicznych komórek informacyjnych. Osobliwością regulacji nerwowej jest szybkość początku reakcji, a jej działanie objawia się bezpośrednio w miejscu, do którego sygnał dociera przez odpowiedni nerw; reakcja jest krótkotrwała.

W układzie hormonalnym wpływy regulacyjne są związane z działaniem hormonów przenoszonych we krwi w całym organizmie; efekt jest długotrwały i nielokalny.

Integracja nerwowych i hormonalnych mechanizmów regulacyjnych zachodzi w podwzgórzu. Ogólny układ neuroendokrynny pozwala na realizację złożonych reakcji homeostatycznych związanych z regulacją funkcji trzewnych organizmu.

Podwzgórze pełni także funkcje gruczołowe, produkując neurohormony. Neurohormony, dostając się wraz z krwią do przedniego płata przysadki mózgowej, regulują uwalnianie hormonów tropowych przysadki mózgowej. Hormony tropowe bezpośrednio regulują pracę gruczołów dokrewnych. Na przykład hormon tyreotropowy z przysadki mózgowej stymuluje tarczycę, zwiększając poziom hormonu tarczycy we krwi. Kiedy stężenie tego hormonu wzrasta powyżej normy dla danego organizmu, dochodzi do zahamowania funkcji tarczycowo-stymulacyjnej przysadki mózgowej i osłabienia czynności tarczycy. Zatem, aby utrzymać homeostazę, konieczne jest zrównoważenie czynności funkcjonalnej gruczołu ze stężeniem hormonu w krążącej krwi.

Przykład ten ilustruje ogólną zasadę reakcji homeostatycznych: odchylenie od poziomu początkowego --- sygnał --- aktywacja mechanizmów regulacyjnych na zasadzie sprzężenia zwrotnego --- korekta zmiany (normalizacja).

Niektóre gruczoły dokrewne nie są bezpośrednio zależne od przysadki mózgowej. Są to wyspy trzustkowe wytwarzające insulinę i glukagon, rdzeń nadnerczy, szyszynka, grasica i przytarczyce.

Grasica zajmuje szczególne miejsce w układzie hormonalnym. Wytwarza substancje hormonopodobne, które stymulują tworzenie limfocytów T i ustala się związek między mechanizmami odpornościowymi i hormonalnymi.

Zdolność do utrzymania homeostazy jest jedną z najważniejszych właściwości organizmu żywego, będącego w stanie dynamicznej równowagi z warunkami środowiskowymi. Zdolność do utrzymania homeostazy jest różna u różnych gatunków; jest wysoka u zwierząt wyższych i ludzi, którzy mają złożone mechanizmy regulacyjne nerwowe, hormonalne i immunologiczne.

W ontogenezie każdy okres wiekowy charakteryzuje się charakterystyką mechanizmów metabolizmu, energii i homeostazy. W organizmie dziecka procesy asymilacji przeważają nad dysymilacją, która determinuje wzrost i przyrost masy ciała, a mechanizmy homeostazy nie są jeszcze dostatecznie dojrzałe, co pozostawia ślad w przebiegu zarówno procesów fizjologicznych, jak i patologicznych.

Wraz z wiekiem poprawiają się procesy metaboliczne i mechanizmy regulacyjne. W wieku dorosłym procesy asymilacji i dysymilacji, system normalizacji homeostazy zapewniają kompensację. Wraz z wiekiem maleje intensywność procesów metabolicznych, słabnie niezawodność mechanizmów regulacyjnych, zanika funkcja wielu narządów, a jednocześnie rozwijają się nowe specyficzne mechanizmy wspierające zachowanie względnej homeostazy. Wyraża się to w szczególności wzrostem wrażliwości tkanek na działanie hormonów wraz z osłabieniem działania nerwowego. W tym okresie następuje osłabienie cech adaptacyjnych, dlatego zwiększone obciążenie pracą i stresujące warunki mogą łatwo zaburzyć mechanizmy homeostatyczne i często stać się przyczyną stanów patologicznych.

Znajomość tych wzorców jest niezbędna przyszłemu lekarzowi, gdyż choroba jest konsekwencją naruszenia mechanizmów i sposobów przywracania homeostazy u człowieka.

Homeostaza to dowolny samoregulujący proces, dzięki któremu systemy biologiczne dążą do utrzymania wewnętrznej stabilności poprzez przystosowanie się do optymalnych warunków przetrwania. Jeśli homeostaza przebiegnie pomyślnie, życie będzie kontynuowane; w przeciwnym razie nastąpi katastrofa lub śmierć. Osiągnięta stabilność jest w rzeczywistości dynamiczną równowagą, w której zachodzą ciągłe zmiany, ale panują stosunkowo jednorodne warunki.

Cechy i rola homeostazy

Każdy układ będący w równowadze dynamicznej pragnie osiągnąć stan stabilny, równowagę przeciwstawiającą się zmianom zewnętrznym. Gdy taki układ zostanie zakłócony, wbudowane urządzenia regulujące reagują na odchylenia, ustalając nową równowagę. Ten proces jest jedną z kontroli sprzężenia zwrotnego. Przykładami regulacji homeostatycznej są wszelkie procesy integracji i koordynacji funkcji, w których pośredniczą obwody elektryczne oraz układ nerwowy lub hormonalny.

Innym przykładem regulacji homeostatycznej w układzie mechanicznym jest działanie regulatora temperatury pokojowej lub termostatu. Sercem termostatu jest bimetaliczny pasek, który reaguje na zmiany temperatury zamykaniem lub przerywaniem obwodu elektrycznego. Gdy pomieszczenie ostygnie, obwód się kończy, włącza się ogrzewanie, a temperatura wzrasta. Przy danym poziomie obwód zostaje przerwany, piec zatrzymuje się i temperatura spada.

Jednak systemy biologiczne, które są bardziej złożone, mają regulatory, które trudno porównać z urządzeniami mechanicznymi.

Jak wspomniano wcześniej, termin homeostaza odnosi się do utrzymania środowiska wewnętrznego organizmu w wąskich i ściśle kontrolowanych granicach. Główne funkcje ważne dla utrzymania homeostazy to równowaga wodno-elektrolitowa, regulacja kwasowości, termoregulacja i kontrola metaboliczna.

Kontrola temperatury ciała człowieka jest uważana za doskonały przykład homeostazy w układzie biologicznym. Normalna temperatura ciała człowieka wynosi około 37°C, ale mogą na nią wpływać różne czynniki, w tym hormony, tempo przemiany materii i choroby powodujące zbyt wysoką lub niską temperaturę. Regulacja temperatury ciała jest kontrolowana przez obszar mózgu zwany podwzgórzem.

Informacje zwrotne na temat temperatury ciała przekazywane są wraz z krwią do mózgu i prowadzą do kompensacyjnych dostosowań w zakresie częstości oddechów, poziomu cukru we krwi i tempa metabolizmu. Utrata ciepła u ludzi jest spowodowana zmniejszoną aktywnością, poceniem się i mechanizmami wymiany ciepła, które umożliwiają przepływ większej ilości krwi w pobliżu powierzchni skóry.

Stratę ciepła zmniejsza się poprzez izolację, zmniejszone krążenie skóry i zmiany kulturowe, takie jak korzystanie z odzieży, mieszkań i zewnętrznych źródeł ciepła. Zakres pomiędzy wysokim i niskim poziomem temperatury ciała stanowi homeostatyczny plateau – „normalny” zakres, który podtrzymuje życie. W miarę zbliżania się do którejkolwiek skrajności, działania korygujące (poprzez ujemne sprzężenie zwrotne) przywracają system do normalnego zakresu.

Pojęcie homeostazy odnosi się także do warunków środowiskowych. Po raz pierwszy zaproponowana przez amerykańskiego ekologa Roberta MacArthura w 1955 roku koncepcja, że ​​homeostaza jest wynikiem połączenia różnorodności biologicznej i dużej liczby interakcji ekologicznych zachodzących między gatunkami.

Założenie to uznano za koncepcję, która może pomóc wyjaśnić trwałość systemu ekologicznego, czyli jego trwałość jako określonego typu ekosystemu w czasie. Od tego czasu koncepcja uległa pewnym zmianom i obejmowała nieożywiony składnik ekosystemu. Termin ten był używany przez wielu ekologów do opisania wzajemności zachodzącej między żywymi i nieożywionymi składnikami ekosystemu w celu utrzymania status quo.

Hipoteza Gai to model Ziemi zaproponowany przez angielskiego naukowca Jamesa Lovelocka, który postrzega różne żywe i nieożywione składniki jako składniki większego systemu lub pojedynczego organizmu, co sugeruje, że zbiorowe wysiłki poszczególnych organizmów przyczyniają się do homeostazy na poziomie planetarnym.

Homeostaza komórkowa

Zależy od środowiska organizmu, aby utrzymać witalność i prawidłowo funkcjonować. Homeostaza utrzymuje pod kontrolą środowisko organizmu i utrzymuje korzystne warunki dla procesów komórkowych. Bez odpowiednich warunków w organizmie pewne procesy (np. osmoza) i białka (np. enzymy) nie będą przebiegać prawidłowo.

Dlaczego homeostaza jest ważna dla komórek?Żywe komórki zależą od ruchu substancji chemicznych wokół nich. Substancje chemiczne, takie jak tlen, dwutlenek węgla i rozpuszczona żywność, muszą być transportowane do i z komórek. Dokonuje się to poprzez procesy dyfuzji i osmozy, które zależą od równowagi wodno-solnej w organizmie, utrzymywanej poprzez homeostazę.

Komórki zależą od enzymów, które przyspieszają wiele reakcji chemicznych, które utrzymują komórki przy życiu i funkcjonalności. Enzymy te działają najlepiej w określonych temperaturach, dlatego homeostaza jest niezbędna dla komórek, ponieważ utrzymują stałą temperaturę ciała.

Przykłady i mechanizmy homeostazy

Oto kilka podstawowych przykładów homeostazy w organizmie człowieka, a także mechanizmów ją wspierających:

Temperatura ciała

Najczęstszym przykładem homeostazy u człowieka jest regulacja temperatury ciała. Normalna temperatura ciała, jak pisaliśmy powyżej, wynosi 37° C. Temperatury powyżej lub poniżej normy mogą powodować poważne komplikacje.

Niewydolność mięśni występuje w temperaturze 28° C. W temperaturze 33° C następuje utrata przytomności. W temperaturze 42°C centralny układ nerwowy zaczyna się rozkładać. Śmierć następuje w temperaturze 44°C. Organizm kontroluje temperaturę wytwarzając lub uwalniając nadmiar ciepła.

Stężenie glukozy

Stężenie glukozy odnosi się do ilości glukozy (cukru we krwi) obecnej w krwiobiegu. Organizm wykorzystuje glukozę jako źródło energii, jednak jej nadmiar lub niedobór może powodować poważne komplikacje. Niektóre hormony regulują stężenie glukozy we krwi. Insulina zmniejsza stężenie glukozy, natomiast zwiększa kortyzol, glukagon i katecholaminy.

Poziom wapnia

Kości i zęby zawierają około 99% wapnia występującego w organizmie, a pozostały 1% krąży we krwi. Za dużo lub za mało wapnia we krwi ma negatywne konsekwencje. Jeśli poziom wapnia we krwi zbytnio spadnie, przytarczyce aktywują swoje receptory wykrywające wapń i uwalniają hormon przytarczyc.

PTH sygnalizuje kościom uwalnianie wapnia w celu zwiększenia jego stężenia w krwiobiegu. Jeśli poziom wapnia zbytnio wzrośnie, tarczyca uwalnia kalcytoninę i wiąże nadmiar wapnia w kościach, zmniejszając w ten sposób ilość wapnia we krwi.

Objętość cieczy

Organizm musi utrzymywać stałe środowisko wewnętrzne, co oznacza, że ​​musi regulować utratę lub wymianę płynów. Hormony pomagają regulować tę równowagę, powodując wydalanie lub zatrzymywanie płynów. Jeśli organizm nie ma wystarczającej ilości płynów, hormon antydiuretyczny sygnalizuje nerkom, aby oszczędzały płyn i zmniejszał wydalanie moczu. Jeśli organizm zawiera zbyt dużo płynów, hamuje wydzielanie aldosteronu i sygnalizuje konieczność wytwarzania większej ilości moczu.

Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.


Homeostaza - utrzymanie środowiska wewnętrznego organizmu

Świat wokół nas nieustannie się zmienia. Zimowe wiatry zmuszają nas do założenia ciepłych ubrań i rękawiczek, a centralne ogrzewanie zachęca do ich zdjęcia. Letnie słońce zmniejsza potrzebę zatrzymywania ciepła, przynajmniej do czasu, gdy wydajna klimatyzacja przyniesie odwrotny skutek. A jednak, niezależnie od temperatury otoczenia, jest mało prawdopodobne, aby indywidualna temperatura ciała zdrowych osób, które znasz, różniła się o więcej niż jedną dziesiątą stopnia. U ludzi i innych stałocieplnych zwierząt temperatura wewnętrznych obszarów ciała utrzymuje się na stałym poziomie około 37 ° C, chociaż może nieznacznie rosnąć i opadać w zależności od rytmu dobowego.

Większość ludzi je inaczej. Niektórzy wolą dobre śniadanie, lekki lunch i pożywny lunch z obowiązkowym deserem. Inni nie jedzą przez większą część dnia, ale w południe lubią zjeść dobrą przekąskę i zrobić sobie krótką drzemkę. Niektórzy ludzie nie robią nic innego, jak tylko przeżuwają, podczas gdy inni wydają się w ogóle nie przejmować jedzeniem. A jednak, jeśli zmierzysz poziom cukru we krwi uczniów w twojej klasie, wszystkie będą bliskie 0,001 g (1 mg) na mililitr krwi, pomimo dużych różnic w diecie i dystrybucji posiłków.

Precyzyjna regulacja temperatury ciała i poziomu glukozy we krwi to tylko dwa przykłady krytycznych funkcji kontrolowanych przez układ nerwowy. Skład płynów otaczających wszystkie nasze komórki jest stale regulowany, co pozwala uzyskać niesamowitą konsystencję.

Utrzymywanie stałego środowiska wewnętrznego organizmu nazywa się homeostaza (homeo - to samo, podobne; zastój - stabilność, równowaga). Główna odpowiedzialność za regulację homeostazy spoczywa na autonomicznej (autonomicznej) i jelitowej części obwodowego układu nerwowego, a także na centralnym układzie nerwowym, który wydaje polecenia organizmowi poprzez przysadkę mózgową i inne narządy wydzielania wewnętrznego. Działając wspólnie, systemy te koordynują potrzeby organizmu z warunkami środowiskowymi. (Jeśli to stwierdzenie wydaje Ci się znajome, pamiętaj, że dokładnie tych samych słów użyliśmy do opisania głównej funkcji mózgu.)

Francuski fizjolog Claude Bernard, który żył w XIX wieku i całkowicie poświęcił się badaniu procesów trawienia i regulacji przepływu krwi, uważał płyny ustrojowe za „środowisko wewnętrzne” (milieu interne). Różne organizmy mogą mieć nieco inne stężenia niektórych soli i normalne temperatury, ale w obrębie gatunku środowisko wewnętrzne osobników spełnia standardy charakterystyczne dla tego gatunku. Dopuszczalne są jedynie krótkotrwałe i niezbyt duże odstępstwa od tych norm, w przeciwnym razie organizm nie może zachować zdrowia i przyczynić się do przetrwania gatunku. Walter B. Cannon, czołowy amerykański fizjolog połowy stulecia, rozwinął Bernardowską koncepcję środowiska wewnętrznego. Uważał, że niezależność jednostki od ciągłych zmian warunków zewnętrznych zapewnia praca mechanizmy homeostatyczne, które utrzymują stałość środowiska wewnętrznego.

Zdolność organizmu do radzenia sobie z wymaganiami środowiska jest bardzo zróżnicowana w zależności od gatunku. Największą niezależność od warunków zewnętrznych najwyraźniej ma osoba, która oprócz wewnętrznych mechanizmów homeostazy wykorzystuje złożone typy zachowań. Jednak wiele zwierząt przewyższa go pewnymi możliwościami specyficznymi dla gatunku. Na przykład niedźwiedzie polarne są bardziej odporne na zimno; niektóre gatunki pająków i jaszczurek żyjących na pustyniach lepiej tolerują upał; wielbłądy mogą wytrzymać dłużej bez wody. W tym rozdziale przyjrzymy się szeregowi struktur, które pozwalają nam uzyskać pewien stopień niezależności od zmieniających się warunków fizycznych świata zewnętrznego. Przyjrzymy się także bliżej mechanizmom regulacyjnym, które utrzymują niezmienność naszego środowiska wewnętrznego.

Astronauci noszą specjalne kombinezony (skafandry kosmiczne), które pozwalają im utrzymać prawidłową temperaturę ciała, wystarczające napięcie tlenu we krwi i ciśnienie krwi podczas pracy w środowisku bliskim próżni. Specjalne czujniki wbudowane w te skafandry rejestrują stężenie tlenu, temperaturę ciała, pracę serca i przekazują te dane komputerom statku kosmicznego, a te z kolei komputerom kontroli naziemnej. Komputery sterowanego statku kosmicznego poradzą sobie z niemal każdą przewidywalną sytuacją dotyczącą potrzeb organizmu. Jeśli pojawi się jakiś nieprzewidziany problem, komputery znajdujące się na Ziemi podłączają się, aby go rozwiązać i wysyłają nowe polecenia bezpośrednio do urządzeń skafandra.
W organizmie rejestracja danych zmysłowych i kontrola lokalna odbywa się przez autonomiczny układ nerwowy przy udziale układu hormonalnego, który przejmuje funkcję ogólnej koordynacji.

Autonomiczny układ nerwowy

Niektóre ogólne zasady organizacji układów sensorycznych i motorycznych będą nam bardzo przydatne przy badaniu systemów regulacji wewnętrznej. Wszystko trzy wydziały autonomiczny (autonomiczny) układ nerwowy ma „ sensoryczny" I " silnik" Składniki. O ile te pierwsze rejestrują wskaźniki otoczenia wewnętrznego, o tyle te drugie wzmacniają lub hamują działanie tych struktur, które realizują sam proces regulacji.

Receptory domięśniowe, podobnie jak receptory zlokalizowane w ścięgnach i innych miejscach, reagują na nacisk i rozciąganie. Razem tworzą specjalny rodzaj wewnętrznego układu sensorycznego, który pomaga kontrolować nasze ruchy.
Receptory biorące udział w homeostazie działają w inny sposób: wyczuwają zmiany w składzie chemicznym krwi lub wahania ciśnienia w układzie naczyniowym oraz w pustych narządach wewnętrznych, takich jak przewód pokarmowy i pęcherz. Te systemy sensoryczne, które zbierają informacje o środowisku wewnętrznym, są bardzo podobne w organizacji do systemów odbierających sygnały z powierzchni ciała. Ich neurony receptorowe tworzą pierwsze przełączniki synaptyczne wewnątrz rdzenia kręgowego. Wzdłuż dróg motorycznych układu autonomicznego znajdują się polecenia organom bezpośrednio regulującym środowisko wewnętrzne. Te ścieżki zaczynają się od special autonomiczne neurony przedzwojowe rdzeń kręgowy. Organizacja ta przypomina nieco organizację poziomu kręgosłupa układu motorycznego.

W tym rozdziale skupimy się głównie na tych elementach motorycznych układu autonomicznego, które unerwiają mięśnie serca, naczynia krwionośne i jelita, powodując ich skurcz lub rozkurcz. Te same włókna unerwiają gruczoły, powodując proces wydzielania.

Autonomiczny układ nerwowy składa się z dwóch dużych działów współczujący I przywspółczulny. Obydwa działy mają jedną cechę strukturalną, z którą nie spotkaliśmy się wcześniej: neurony kontrolujące mięśnie narządów wewnętrznych i gruczołów leżą poza ośrodkowym układem nerwowym, tworząc małe, otoczkowane skupiska komórek zwane zwoje. Zatem w autonomicznym układzie nerwowym istnieje dodatkowe połączenie między rdzeniem kręgowym a końcowym narządem roboczym (efektorem).

Neurony autonomiczne rdzenia kręgowego łączą informacje sensoryczne pochodzące z narządów wewnętrznych i innych źródeł. Na tej podstawie regulują następnie aktywność neurony zwojów autonomicznych. Nazywa się połączenia między zwojami a rdzeniem kręgowym włókna przedzwojowe . Neuroprzekaźnik używany do przekazywania impulsów z rdzenia kręgowego do neuronów zwojowych zarówno w części współczulnej, jak i przywspółczulnej jest prawie zawsze acetylocholina, ten sam nadajnik, za pomocą którego neurony ruchowe rdzenia kręgowego bezpośrednio kontrolują mięśnie szkieletowe. Podobnie jak we włóknach unerwiających mięśnie szkieletowe, działanie acetylocholiny może zostać wzmocnione w obecności nikotyny i zablokowane przez kurarę. Aksony działają z neuronów zwojów autonomicznych, Lub włókna postganglionowe , następnie udaj się do organów docelowych, tworząc tam wiele gałęzi.

Części współczulne i przywspółczulne autonomicznego układu nerwowego różnią się od siebie
1) według poziomów, na których włókna przedzwojowe opuszczają rdzeń kręgowy;
2) według bliskości zwojów do narządów docelowych;
3) przez neuroprzekaźnik, który jest wykorzystywany przez neurony pozazwojowe do regulowania funkcji tych narządów docelowych.
Rozważymy teraz te funkcje.

Współczulny układ nerwowy

W układzie współczulnym, przedzwojowym włókna wychodzą z rdzenia kręgowego piersiowego i lędźwiowego. Jego zwoje znajdują się dość blisko rdzenia kręgowego, a od nich do narządów docelowych rozciągają się bardzo długie włókna pozazwojowe (patrz ryc. 63). Głównym przekaźnikiem nerwów współczulnych jest noradrenalina, jedna z katecholamin, która służy również jako mediator w ośrodkowym układzie nerwowym.

Ryż. 63. Współczulne i przywspółczulne części autonomicznego układu nerwowego, narządy, które unerwiają, oraz ich wpływ na każdy narząd.

Aby zrozumieć, na jakie narządy wpływa współczulny układ nerwowy, najłatwiej wyobrazić sobie, co dzieje się z podekscytowanym zwierzęciem, gotowym do reakcji walki lub ucieczki.
Źrenice rozszerzają się, aby wpuścić więcej światła; Tętno wzrasta, a każdy skurcz staje się silniejszy, co prowadzi do zwiększonego ogólnego przepływu krwi. Krew przepływa ze skóry i narządów wewnętrznych do mięśni i mózgu. Motoryka układu żołądkowo-jelitowego słabnie, procesy trawienne zwalniają. Mięśnie wzdłuż dróg oddechowych prowadzące do płuc rozluźniają się, umożliwiając zwiększenie częstości oddechów i zwiększenie wymiany gazowej. Wątroba i komórki tłuszczowe uwalniają do krwi więcej glukozy i kwasów tłuszczowych, paliw wysokoenergetycznych, a trzustka otrzymuje polecenie wytwarzania mniejszej ilości insuliny. Dzięki temu mózg otrzymuje większą część glukozy krążącej w krwiobiegu, ponieważ w przeciwieństwie do innych narządów mózg nie potrzebuje insuliny do wykorzystania cukru we krwi. Mediatorem współczulnego układu nerwowego, który przeprowadza wszystkie te zmiany, jest norepinefryna.

Istnieje dodatkowy system, który ma jeszcze bardziej uogólnione działanie, aby dokładniej zapewnić wszystkie te zmiany. Na szczytach pąków siedzą jak dwie małe czapeczki, nadnercza . W ich wewnętrznej części - rdzeniu - znajdują się specjalne komórki unerwione przez przedzwojowe włókna współczulne. Podczas rozwoju embrionalnego komórki te powstają z tych samych komórek grzebienia nerwowego, z których powstają zwoje współczulne. Zatem rdzeń jest składnikiem współczulnego układu nerwowego. Po aktywacji przez włókna przedzwojowe komórki rdzeniaste uwalniają własne katecholaminy (norepinefrynę i epinefrynę) bezpośrednio do krwi w celu dostarczenia ich do narządów docelowych (ryc. 64). Krążące mediatory hormonalne służą jako przykład regulacji dokonywanej przez narządy wydzielania wewnętrznego (patrz s. 89).

Przywspółczulny układ nerwowy

W oddziale przywspółczulnym włókna przedzwojowe idą z pnia mózgu(„element czaszkowy”) i z dolnych, krzyżowych odcinków rdzenia kręgowego(patrz rys. 63 powyżej). Tworzą w szczególności bardzo ważny pień nerwowy zwany nerwu błędnego , którego liczne gałęzie wykonują całe przywspółczulne unerwienie serca, płuc i przewodu pokarmowego. (Nerw błędny przekazuje również informacje sensoryczne z tych narządów z powrotem do centralnego układu nerwowego.) Przedzwojowy aksony przywspółczulne bardzo długo, tak jak oni zwoje z reguły się znajdują w pobliżu lub w tkankach, które unerwiają.

Nadajnik znajduje się na zakończeniach włókien układu przywspółczulnego acetylocholina. Odpowiedź odpowiednich komórek docelowych na acetylocholinę jest niewrażliwa na działanie nikotyny i kurary. Zamiast tego receptory acetylocholiny są aktywowane przez muskarynę i blokowane przez atropinę.

Przewaga aktywności przywspółczulnej stwarza warunki do „ odpoczynek i regeneracja» organizm. W swojej skrajnej postaci ogólny wzór aktywacji układu przywspółczulnego przypomina stan spoczynku, który następuje po satysfakcjonującym posiłku. Zwiększony dopływ krwi do przewodu pokarmowego przyspiesza przemieszczanie się pokarmu przez jelita i zwiększa wydzielanie enzymów trawiennych. Zmniejsza się częstotliwość i siła skurczów serca, źrenice zwężają się, zmniejsza się światło dróg oddechowych i zwiększa się tworzenie się w nich śluzu. Pęcherz kurczy się. Podsumowując, zmiany te przywracają organizm do spokojnego stanu, który poprzedzał reakcję walki lub ucieczki. (Wszystko to przedstawiono na ryc. 63; patrz także rozdział 6.)

Charakterystyka porównawcza części autonomicznego układu nerwowego

Układ współczulny z niezwykle długimi włóknami pozwojowymi bardzo różni się od układu przywspółczulnego, w którym przeciwnie, włókna przedzwojowe są dłuższe, a zwoje znajdują się w pobliżu narządów docelowych lub wewnątrz nich. Wiele narządów wewnętrznych, takich jak płuca, serce, gruczoły ślinowe, pęcherz moczowy, gonady, otrzymuje unerwienie z obu części układu autonomicznego (mają, jak mówią, „ podwójne unerwienie„). Inne tkanki i narządy, takie jak tętnice mięśniowe, otrzymują jedynie unerwienie współczulne. Generalnie można tak powiedzieć dwa działy pracują na zmianę: w zależności od aktywności organizmu i poleceń wyższych ośrodków wegetatywnych, dominuje pierwszy lub drugi z nich.

Charakterystyka ta nie jest jednak całkowicie poprawna. Obydwa systemy znajdują się stale w stanie o różnym stopniu aktywności. Fakt, że narządy docelowe, takie jak serce czy tęczówka, mogą reagować na impulsy z obu części, po prostu odzwierciedla ich uzupełniające się role. Na przykład, gdy jesteś bardzo zły, wzrasta ciśnienie krwi, co pobudza odpowiednie receptory znajdujące się w tętnicach szyjnych. Sygnały te odbierane są przez ośrodek integrujący układu sercowo-naczyniowego, zlokalizowany w dolnej części pnia mózgu, zwany jądrem przewodu samotnego. Wzbudzenie tego ośrodka aktywuje przedzwojowe włókna przywspółczulne nerwu błędnego, co prowadzi do zmniejszenia częstotliwości i siły skurczów serca. Jednocześnie pod wpływem tego samego koordynującego ośrodka naczyniowego tłumiona jest aktywność współczulna, przeciwdziałając wzrostowi ciśnienia krwi.

Jak ważne jest funkcjonowanie każdego działu dla reakcji adaptacyjnych? Co zaskakujące, potrafią to nie tylko zwierzęta, ale także ludzie tolerują prawie całkowite wyłączenie współczulnego układu nerwowego bez widocznych złych konsekwencji. To wyłączenie jest zalecane w przypadku niektórych postaci przewlekłego nadciśnienia.

I tu Nie jest to takie proste bez przywspółczulnego układu nerwowego. Osoby, które przeszły taką operację i znalazły się poza ochronnymi warunkami szpitala lub laboratorium, bardzo słabo przystosowują się do środowiska. Nie potrafią regulować temperatury ciała pod wpływem ciepła lub zimna; kiedy tracą krew, regulacja ciśnienia krwi zostaje zakłócona, a zmęczenie szybko pojawia się przy każdej intensywnej aktywności mięśni.

Rozproszony układ nerwowy jelita

Ostatnie badania wykazały istnienie trzeci ważny dział autonomicznego układu nerwowego - rozproszony układ nerwowy jelita . Dział ten odpowiada za unerwienie i koordynację narządów trawiennych. Jego praca jest niezależna od układu współczulnego i przywspółczulnego, jednak pod ich wpływem może ulegać modyfikacjom. Jest to dodatkowe ogniwo łączące autonomiczne nerwy pozazwojowe z gruczołami i mięśniami przewodu pokarmowego.

Zwoje tego układu unerwiają ściany jelit. Aksony tych komórek zwojowych powodują okrężne i podłużne skurcze mięśni, które przepychają pokarm przez przewód pokarmowy, w procesie zwanym perystaltyką. Zatem zwoje te określają charakterystykę lokalnych ruchów perystaltycznych. Gdy masa pokarmowa znajdzie się w jelicie, nieznacznie rozciąga jego ścianki, co powoduje zwężenie obszaru położonego nieco wyżej wzdłuż jelita i rozluźnienie obszaru położonego tuż poniżej. W rezultacie masa żywnościowa jest wypychana dalej. Jednak pod wpływem nerwów przywspółczulnych lub współczulnych aktywność zwojów jelitowych może się zmienić. Aktywacja układu przywspółczulnego zwiększa perystaltykę, a układ współczulny ją osłabia.

Acetylocholina służy jako mediator stymulujący mięśnie gładkie jelit. Wydaje się jednak, że sygnały hamujące prowadzące do relaksacji są przekazywane przez różne substancje, z których tylko kilka zostało zbadanych. Spośród neuroprzekaźników jelitowych co najmniej trzy działają również w ośrodkowym układzie nerwowym: somatostatyna (patrz poniżej), endorfiny i substancja P (patrz rozdział 6).

Centralna regulacja funkcji autonomicznego układu nerwowego

Centralny układ nerwowy sprawuje znacznie mniejszą kontrolę nad układem autonomicznym niż nad układem czuciowym lub szkieletowym. Obszary mózgu najbardziej powiązane z funkcjami autonomicznymi to: podwzgórze I pień mózgu, szczególnie część znajdująca się bezpośrednio nad rdzeniem kręgowym - rdzeń przedłużony. To właśnie z tych obszarów wychodzą główne ścieżki do współczulnych i przywspółczulnych przedzwojowych neuronów autonomicznych na poziomie kręgosłupa.

Podwzgórze. Podwzgórze to jeden z obszarów mózgu, którego ogólna struktura i organizacja są mniej więcej podobne u przedstawicieli różnych klas kręgowców.

Ogólnie rzecz biorąc, powszechnie przyjmuje się, że podwzgórze - na tym skupiają się trzewne funkcje integracyjne. Sygnały z układów nerwowych podwzgórza bezpośrednio docierają do sieci, które pobudzają przedzwojowe części autonomicznych ścieżek nerwowych. Ponadto ten obszar mózgu sprawuje bezpośrednią kontrolę nad całym układem hormonalnym poprzez specyficzne neurony regulujące wydzielanie hormonów z przedniego płata przysadki mózgowej, a aksony innych neuronów podwzgórza kończą się w tylnym płacie przysadki mózgowej. Tutaj te zakończenia uwalniają mediatory, które krążą we krwi jako hormony: 1) wazopresyna, co zwiększa ciśnienie krwi w nagłych przypadkach, gdy następuje utrata płynów lub krwi; zmniejsza także wydalanie wody z moczem (dlatego wazopresyna nazywana jest także hormonem antydiuretycznym); 2) oksytocyna stymulując skurcze macicy w końcowej fazie porodu.

Ryż. 65. Podwzgórze i przysadka mózgowa. Główne obszary funkcjonalne podwzgórza pokazano schematycznie.

Chociaż wśród skupisk neuronów podwzgórza znajduje się kilka wyraźnie odgraniczonych jąder, większość podwzgórza to zbiór stref o niewyraźnych granicach (ryc. 65). Jednak w trzech strefach występują dość wyraźne jądra. Rozważymy teraz funkcje tych struktur.

1. Strefa okołokomorowa bezpośrednio przylega do trzeciej komory mózgowej, która przechodzi przez środek podwzgórza. Komórki wyściełające komorę przekazują neuronom strefy okołokomorowej informacje o ważnych parametrach wewnętrznych, które mogą wymagać regulacji, takich jak temperatura, stężenie soli, poziom hormonów wydzielanych przez tarczycę, nadnercza czy gonady, zgodnie z instrukcjami przysadki mózgowej. gruczoł.

2. Strefa środkowa zawiera większość dróg, którymi podwzgórze sprawuje kontrolę hormonalną poprzez przysadkę mózgową. Z grubsza można powiedzieć, że komórki strefy okołokomorowej kontrolują faktyczne wykonywanie poleceń wydawanych przysadce mózgowej przez komórki strefy przyśrodkowej.

3. Przez komórki strefy bocznej Podwzgórze jest kontrolowane przez wyższe poziomy kory mózgowej i układu limbicznego. Otrzymuje również informacje sensoryczne z ośrodków rdzenia przedłużonego, które koordynują aktywność oddechową i sercowo-naczyniową. Strefa boczna jest gdzie wyższe ośrodki mózgowe mogą dostosowywać reakcje podwzgórza na zmiany w środowisku wewnętrznym. Na przykład w korze jest porównanie informacji pochodzących z dwóch źródeł – środowiska wewnętrznego i zewnętrznego. Jeśli, powiedzmy, kora mózgowa uzna, że ​​czas i okoliczności nie sprzyjają jedzeniu, zmysłowe doniesienia o niskim poziomie cukru we krwi i pustym żołądku zostaną odłożone na bardziej sprzyjający moment. Układ limbiczny rzadziej ignoruje podwzgórze. System ten może raczej dodawać wydźwięk emocjonalny i motywacyjny interpretacji zewnętrznych sygnałów zmysłowych lub porównywać reprezentację środowiska na podstawie tych sygnałów z podobnymi sytuacjami, które miały miejsce w przeszłości.

Wraz ze składnikami korowymi i limbicznymi podwzgórze wykonuje także wiele rutynowych działań integrujących i to w znacznie dłuższych okresach czasu niż w przypadku wykonywania krótkotrwałych funkcji regulacyjnych. Podwzgórze „wie” z góry, jakie potrzeby będzie miał organizm w normalnym, codziennym rytmie życia. Przykładowo wprowadza układ hormonalny w pełną gotowość do działania zaraz po przebudzeniu. Monitoruje także aktywność hormonalną jajników przez cały cykl menstruacyjny; podejmuje działania mające na celu przygotowanie macicy na przybycie zapłodnionego jaja. U ptaków wędrownych i ssaków hibernujących podwzgórze, dzięki zdolności określania długości dnia, koordynuje funkcje życiowe organizmu w cyklach trwających kilka miesięcy. (Te aspekty scentralizowanej regulacji funkcji wewnętrznych zostaną omówione w rozdziałach 5 i 6.)

Rdzeń(wzgórze i podwzgórze)

Podwzgórze stanowi mniej niż 5% całkowitej masy mózgu. Jednak w tej niewielkiej ilości tkanki znajdują się ośrodki wspierające wszystkie funkcje organizmu z wyjątkiem spontanicznych ruchów oddechowych, regulacji ciśnienia krwi i rytmu serca. Te ostatnie funkcje zależą od rdzenia przedłużonego (patrz ryc. 66). W przypadku urazowych uszkodzeń mózgu tzw. „śmierć mózgu” następuje, gdy znikają wszystkie oznaki aktywności elektrycznej kory i utracona zostaje kontrola podwzgórza i rdzenia przedłużonego, chociaż przy pomocy sztucznego oddychania nadal możliwe jest utrzymanie wystarczającego nasycenia krążącej krwi tlenem.

kontynuacja
- -