Argomento 4.1. Omeostasi
Omeostasi(dal greco homoios- simile, identico e stato- immobilità) è la capacità dei sistemi viventi di resistere ai cambiamenti e mantenere la costanza della composizione e delle proprietà dei sistemi biologici.
Il termine “omeostasi” fu proposto da W. Cannon nel 1929 per caratterizzare gli stati e i processi che assicurano la stabilità del corpo. L'idea dell'esistenza di meccanismi fisici volti a mantenere costante l'ambiente interno fu espressa nella seconda metà dell'Ottocento da C. Bernard, che considerava la stabilità delle condizioni fisiche e chimiche dell'ambiente interno come base per la libertà e indipendenza degli organismi viventi in un ambiente esterno in continuo cambiamento. Il fenomeno dell'omeostasi si osserva in diversi livelli organizzazione dei sistemi biologici.
Modelli generali di omeostasi. La capacità di mantenere l'omeostasi è una delle proprietà più importanti di un sistema vivente che si trova in uno stato di equilibrio dinamico con le condizioni ambientali.
La normalizzazione dei parametri fisiologici viene effettuata sulla base della proprietà dell'irritabilità. La capacità di mantenere l’omeostasi varia tra le diverse specie. Man mano che gli organismi diventano più complessi, questa capacità progredisce, rendendoli più indipendenti dalle fluttuazioni delle condizioni esterne. Ciò è particolarmente evidente negli animali superiori e negli esseri umani, che hanno complessi meccanismi di regolazione nervosa, endocrina e immunitaria. L'influenza dell'ambiente sul corpo umano non è principalmente diretta, ma indiretta a causa della creazione di un ambiente artificiale, del successo della tecnologia e della civiltà.
Nei meccanismi sistemici dell'omeostasi opera il principio cibernetico del feedback negativo: con qualsiasi influenza perturbatrice si attivano meccanismi nervosi ed endocrini, strettamente interconnessi.
Omeostasi genetica a livello genetico molecolare, cellulare e organismico, ha lo scopo di mantenere un sistema genetico equilibrato contenente tutte le informazioni biologiche dell'organismo. I meccanismi dell'omeostasi ontogenetica (organismo) sono fissati nel genotipo storicamente stabilito. A livello di popolazione-specie, l'omeostasi genetica è la capacità di una popolazione di mantenere la relativa stabilità e integrità del materiale ereditario, assicurata dai processi di riduzione, divisione e libero incrocio degli individui, che aiuta a mantenere l'equilibrio genetico delle frequenze alleliche .
Omeostasi fisiologica associato alla formazione e al mantenimento continuo di specifiche condizioni fisico-chimiche nella cellula. La costanza dell'ambiente interno degli organismi multicellulari è mantenuta dai sistemi di respirazione, circolazione, digestione, escrezione ed è regolata dai sistemi nervoso ed endocrino.
Omeostasi strutturale si basa su meccanismi di rigenerazione che ne garantiscono costanza e integrità morfologica sistema biologico a diversi livelli dell’organizzazione. Ciò si esprime nel ripristino delle strutture intracellulari e organiche attraverso la divisione e l'ipertrofia.
La violazione dei meccanismi alla base dei processi omeostatici è considerata una “malattia” dell’omeostasi.
Lo studio dei modelli dell'omeostasi umana è di grande importanza per scegliere metodi efficaci e razionali per il trattamento di molte malattie.
Bersaglio. Avere un'idea dell'omeostasi come una proprietà degli esseri viventi che garantisce l'automantenimento della stabilità dell'organismo. Conoscere i principali tipi di omeostasi e i meccanismi del suo mantenimento. Conoscere gli schemi fondamentali della rigenerazione fisiologica e riparativa e i fattori che la stimolano, l'importanza della rigenerazione per la medicina pratica. Conoscere l'essenza biologica del trapianto e il suo significato pratico.
Lavoro 2. Omeostasi genetica e suoi disturbi
Studia e riscrivi la tabella.
Fine del tavolo.
Modi per mantenere l'omeostasi genetica | Meccanismi dei disturbi dell'omeostasi genetica | Il risultato di disturbi dell'omeostasi genetica |
Riparazione del DNA | 1. Danni ereditari e non ereditari al sistema riparativo. 2. Guasto funzionale del sistema riparativo | Mutazioni genetiche |
distribuzione del materiale ereditario durante la mitosi | 1. Violazione della formazione del fuso. 2. Violazione della divergenza cromosomica | 1. Aberrazioni cromosomiche. 2. Eteroploidia. 3. Poliploidia |
Immunità | 1. L'immunodeficienza è ereditaria e acquisita. 2. Deficit dell'immunità funzionale | Conservazione delle cellule atipiche, che porta alla crescita maligna, diminuzione della resistenza ad un agente estraneo |
Lavoro 3. Meccanismi di riparazione utilizzando l'esempio del ripristino post-radiazione della struttura del DNA
La riparazione o correzione di sezioni danneggiate di uno dei filamenti di DNA è considerata una replicazione limitata. Il più studiato è il processo di riparazione quando i filamenti di DNA vengono danneggiati dalle radiazioni ultraviolette (UV). Esistono diversi sistemi di riparazione enzimatica nelle cellule che si sono formate durante l'evoluzione. Poiché tutti gli organismi si sono sviluppati ed esistono in condizioni di irradiazione UV, le cellule hanno un sistema di riparazione della luce separato, che è attualmente il più studiato. Quando una molecola di DNA viene danneggiata dai raggi UV si formano dimeri di timidina, cioè “reticolazione” tra nucleotidi di timina vicini. Questi dimeri non possono funzionare come modello, quindi vengono corretti dagli enzimi di riparazione della luce presenti nelle cellule. La riparazione per escissione ripristina le aree danneggiate utilizzando sia l'irradiazione UV che altri fattori. Questo sistema di riparazione ha diversi enzimi: l'endonucleasi riparatrice
ed esonucleasi, DNA polimerasi, DNA ligasi. La riparazione post-replicativa è incompleta poiché bypassa e la sezione danneggiata non viene rimossa dalla molecola di DNA. Studiare i meccanismi di riparazione utilizzando l'esempio di fotoriattivazione, riparazione per escissione e riparazione post-replicativa (Fig. 1).
Riso. 1. Riparazione
Opera 4. Forme di tutela dell'individualità biologica dell'organismo
Studia e riscrivi la tabella.
Forme di tutela | Entità biologica |
Fattori non specifici | Resistenza naturale individuale non specifica agli agenti esterni |
Barriere protettive organismo: pelle, epitelio, ematolinfatico, epatico, ematoencefalico, ematooftalmico, ematotesticolare, ematofollicolare, ematosalivar | Impedisce l'ingresso di agenti estranei nel corpo e negli organi |
Difesa cellulare aspecifica (cellule del sangue e del tessuto connettivo) | Fagocitosi, incapsulamento, formazione di aggregati cellulari, coagulazione del plasma |
Difesa umorale aspecifica | L'effetto sugli agenti patogeni di sostanze non specifiche nelle secrezioni delle ghiandole cutanee, della saliva, del liquido lacrimale, del succo gastrico e intestinale, del sangue (interferone), ecc. |
Immunità | Reazioni specializzate del sistema immunitario ad agenti geneticamente estranei, organismi viventi, cellule maligne |
Immunità costituzionale | Resistenza geneticamente determinata singole specie, popolazioni e individui ad agenti patogeni di determinate malattie o agenti di natura molecolare, a causa della discrepanza tra agenti estranei e recettori della membrana cellulare, dell'assenza nell'organismo di determinate sostanze, senza le quali l'agente estraneo non può esistere; la presenza nel corpo di enzimi che distruggono un agente estraneo |
Cellulare | La comparsa di un numero maggiore di linfociti T che reagiscono selettivamente con questo antigene |
Umorale | Formazione di anticorpi specifici circolanti nel sangue contro determinati antigeni |
Lavoro 5. Barriera sangue-salivare
Le ghiandole salivari hanno la capacità di trasportare selettivamente le sostanze dal sangue alla saliva. Alcuni di essi vengono secreti con la saliva concentrazione più elevata e altri in concentrazioni inferiori rispetto al plasma sanguigno. La transizione dei composti dal sangue alla saliva avviene allo stesso modo del trasporto attraverso qualsiasi barriera isto-sanguigna. L'elevata selettività delle sostanze trasferite dal sangue alla saliva consente di isolare la barriera emato-salivare.
Discutere il processo di secrezione della saliva nelle cellule acinose della ghiandola salivare in Fig. 2.
Riso. 2. Secrezione salivare
Lavoro 6. Rigenerazione
Rigenerazione- questo è un insieme di processi che garantiscono il ripristino delle strutture biologiche; è un meccanismo per mantenere l'omeostasi sia strutturale che fisiologica.
La rigenerazione fisiologica ripristina le strutture usurate durante il normale funzionamento dell'organismo. Rigenerazione riparativa- questo è il ripristino della struttura dopo un infortunio o dopo un processo patologico. Capacità di rigenerazione
zione varia sia tra le diverse strutture che tra diversi tipi organismi viventi.
Il ripristino dell'omeostasi strutturale e fisiologica può essere ottenuto trapiantando organi o tessuti da un organismo all'altro, ad es. mediante trapianto.
Compila la tabella utilizzando il materiale delle lezioni e del libro di testo.
Lavoro 7. Il trapianto come opportunità per ripristinare l'omeostasi strutturale e fisiologica
Trapianto- sostituzione di tessuti e organi perduti o danneggiati con propri o prelevati da altro organismo.
Impianto- trapianto di organi da materiali artificiali.
Studia e copia la tabella nella tua cartella di lavoro.
Domande per lo studio autonomo
1. Definire l'essenza biologica dell'omeostasi e nominarne i tipi.
2. A quali livelli di organizzazione degli esseri viventi viene mantenuta l'omeostasi?
3. Cos'è l'omeostasi genetica? Rivelare i meccanismi del suo mantenimento.
4. Cos'è entità biologica immunità? 9. Cos'è la rigenerazione? Tipi di rigenerazione.
10. A quali livelli dell'organizzazione strutturale del corpo si manifesta il processo di rigenerazione?
11. Cos'è la rigenerazione fisiologica e riparativa (definizione, esempi)?
12. Quali sono i tipi di rigenerazione riparativa?
13. Quali sono i metodi di rigenerazione riparativa?
14. Qual è il materiale per il processo di rigenerazione?
15. Come si svolge il processo di rigenerazione riparativa nei mammiferi e nell'uomo?
16. Come è regolato il processo riparativo?
17. Quali sono le possibilità di stimolare la capacità rigenerativa di organi e tessuti nell'uomo?
18. Cos'è il trapianto e qual è il suo significato per la medicina?
19. Cos'è l'isotrapianto e in cosa differisce dall'allo- e dallo xenotrapianto?
20. Quali sono i problemi e le prospettive del trapianto di organi?
21. Quali metodi esistono per superare l'incompatibilità dei tessuti?
22. Cos'è il fenomeno della tolleranza tissutale? Quali sono i meccanismi per raggiungerlo?
23. Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dell'impianto di materiali artificiali?
Attività di prova
Scegli una risposta corretta.
1. L’OMEOSTASI È MANTENUTA A LIVELLO DI POPOLAZIONE E SPECIE:
1. Strutturale
2. Genetico
3. Fisiologico
4. Biochimico
2. LA RIGENERAZIONE FISIOLOGICA FORNISCE:
1. Formazione di un organo perduto
2. Autorinnovamento a livello tissutale
3. Riparazione dei tessuti in risposta al danno
4. Restauro di parte di un organo perduto
3. RIGENERAZIONE DOPO RIMOZIONE DI UN LOBO DI FEGATO
UNA PERSONA PERCEDE IL CAMMINO:
1. Ipertrofia compensatoria
2. Epimorfosi
3. Morfolassi
4. Ipertrofia rigenerativa
4. TRAPIANTO DI TESSUTI E ORGANI DA DONATORE
AL DESTINATARIO DELLA STESSA SPECIE:
1. Auto- e isotrapianto
2. Allo- e omotrapianto
3. Xeno- ed eterotrapianto
4. Impianto e xenotrapianto
Scegli più risposte corrette.
5. I FATTORI NON SPECIFICI DELLA DIFESA IMMUNITARIA NEI MAMMIFERI INCLUDONO:
1. Funzioni barriera dell'epitelio della pelle e delle mucose
2. Lisozima
3. Anticorpi
4. Proprietà battericide dei succhi gastrici e intestinali
6. L’IMMUNITÀ COSTITUZIONALE È DOVUTA A:
1. Fagocitosi
2. Mancanza di interazione tra recettori cellulari e antigene
3. Formazione di anticorpi
4. Enzimi che distruggono gli agenti estranei
7. IL MANTENIMENTO DELL'OMEOSTASI GENETICA A LIVELLO MOLECOLARE È DOVUTO A:
1. Immunità
2. Replicazione del DNA
3. Riparazione del DNA
4. Mitosi
8. L'IPERTROFIA RIGENERATIVA È CARATTERISTICA:
1. Ripristino della massa originaria dell'organo danneggiato
2. Ripristino della forma dell'organo danneggiato
3. Aumento del numero e della dimensione delle celle
4. Formazione di cicatrici nel sito della lesione
9. NEL SISTEMA IMMUNITARIO UMANO GLI ORGANI SONO:
2. Linfonodi
3. Placche di Peyer
4. Midollo osseo
5. Borsa di Fabritius
Incontro.
10. TIPOLOGIE E MODALITÀ DI RIGENERAZIONE:
1. Epimorfosi
2. Eteromorfosi
3. Omomorfosi
4. Endomorfosi
5. Crescita intercalare
6. Morfolassi
7. Embriogenesi somatica
BIOLOGICO
ESSENZA:
a) Rigenerazione atipica
b) Ricrescita dalla superficie della ferita
c) Ipertrofia compensatoria
d) Rigenerazione del corpo da singole cellule
e) Ipertrofia rigenerativa
f) Rigenerazione tipica g) Ristrutturazione della restante parte dell'organo
h) Rigenerazione di difetti passanti
Letteratura
Principale
Biologia / Ed. V.N. Yarygina. - M.: Scuola di specializzazione, 2001. -
pp. 77-84, 372-383.
Slyusarev A.A., Zhukova S.V. Biologia. - Kiev: scuola superiore,
1987. - pp. 178-211.
Omeostasi, il suo significato
Omeostasi–Questo è il mantenimento della relativa costanza dell'ambiente interno del corpo. L'ambiente interno del corpo in cui vivono tutte le sue cellule è il sangue, la linfa e il liquido interstiziale.
Qualsiasi organismo vivente è esposto a un’ampia varietà di fattori di cambiamento. ambiente esterno; allo stesso tempo Sono necessarie condizioni rigorosamente costanti affinché i processi vitali avvengano nelle cellule. Di conseguenza, gli organismi viventi hanno sviluppato vari sistemi di autoregolazione che consentono loro di mantenere un ambiente interno favorevole, nonostante i cambiamenti delle condizioni esterne. Basta ricordare tutte le reazioni adattative che ha il corpo umano. Quando entriamo dalla strada stanza buia, i nostri occhi, grazie alla regolazione interna automatica, si adattano rapidamente a una forte diminuzione dell'illuminazione. Che tu lavori al nord in inverno o prenda il sole sulla sabbia calda del sud in estate, in ogni caso la tua temperatura corporea rimane quasi costante, cambiando non più di poche frazioni di grado.
Un altro esempio. La pressione sanguigna nel cervello deve essere mantenuta a un certo livello. Se cade, la persona perde conoscenza e, con un forte aumento della pressione dovuto alla rottura dei capillari, può verificarsi un'emorragia cerebrale (il cosiddetto "ictus"). Con vari cambiamenti nella posizione del corpo (verticale, orizzontale e persino sottosopra), la gravità modifica il flusso sanguigno alla testa; tuttavia, nonostante ciò, un complesso di reazioni adattative mantiene la pressione sanguigna nel cervello a un livello strettamente costante, favorevole per le cellule cerebrali. Tutti questi esempi illustrano la capacità del corpo di mantenere un ambiente interno costante con l’aiuto di speciali meccanismi di regolazione; il mantenimento di un ambiente interno costante è chiamato omeostasi.
Se uno qualsiasi dei meccanismi omeostatici viene interrotto, un cambiamento nelle condizioni di vita delle cellule può avere conseguenze molto gravi per l'organismo nel suo insieme.
Pertanto, l'ambiente interno del corpo è caratterizzato da una relativa costanza: l'omeostasi di vari indicatori, perché qualsiasi cambiamento in esso porta all'interruzione delle funzioni delle cellule e dei tessuti del corpo, in particolare delle cellule altamente specializzate del sistema nervoso centrale. Tali indicatori costanti di omeostasi includono la temperatura degli organi interni del corpo, mantenuta entro 36 - 37 ºС, l'equilibrio acido-base del sangue, caratterizzato da pH = 7,4 - 7,35, pressione osmotica del sangue (7,6 - 7,8 atm ), la concentrazione di emoglobina nel sangue è pari a 120 – 140 g/l, ecc.
Il grado di spostamento degli indicatori di omeostasi dovuto a fluttuazioni significative delle condizioni ambientali o durante il duro lavoro per la maggior parte delle persone è molto piccolo. Ad esempio, una variazione a lungo termine del pH del sangue di soli 0,1 - 0,2 può portare a esito fatale. Tuttavia, nella popolazione generale ci sono alcuni individui che hanno la capacità di tollerare cambiamenti molto più ampi negli indicatori dell’ambiente interno. Nei corridori altamente qualificati, a seguito di un grande apporto di acido lattico dai muscoli scheletrici nel sangue durante la corsa su medie e lunghe distanze, il pH del sangue può scendere fino a valori di 7,0 e addirittura 6,9. Solo poche persone al mondo sono riuscite a salire fino a un'altezza di circa 8.800 m sopra il livello del mare (la vetta dell'Everest) senza un dispositivo per l'ossigeno, cioè senza un dispositivo per l'ossigeno. esistono e si muovono in condizioni di estrema mancanza di ossigeno nell'aria e, di conseguenza, nei tessuti del corpo. Questa capacità è determinata dalle caratteristiche innate di una persona - la cosiddetta norma di reazione genetica, che, anche per indicatori funzionali abbastanza costanti del corpo, presenta ampie differenze individuali.
L’omeostasi è qualsiasi processo di autoregolazione mediante il quale i sistemi biologici si sforzano di mantenere la stabilità interna adattandosi alle condizioni ottimali per la sopravvivenza. Se l’omeostasi ha successo, la vita continua; altrimenti si verificheranno disastri o morte. La stabilità raggiunta è infatti un equilibrio dinamico in cui si verificano continui cambiamenti ma prevalgono condizioni relativamente omogenee.
Caratteristiche e ruolo dell'omeostasi
Qualsiasi sistema in equilibrio dinamico vuole raggiungere uno stato stabile, un equilibrio che si oppone cambiamenti esterni. Quando un tale sistema viene disturbato, i dispositivi di regolazione integrati reagiscono alle deviazioni per stabilire un nuovo equilibrio. Questo processo è uno dei controlli di feedback. Esempi di regolazione omeostatica sono tutti i processi di integrazione e coordinazione di funzioni mediati da circuiti elettrici e sistemi nervosi o ormonali.
Un altro esempio di regolazione omeostatica in un sistema meccanico è l'azione di un regolatore o termostato della temperatura ambiente. Il cuore del termostato è una striscia bimetallica che risponde ai cambiamenti di temperatura completando o interrompendo un circuito elettrico. Quando la stanza si raffredda, il circuito si chiude, il riscaldamento si accende e la temperatura aumenta. Ad un dato livello il circuito si interrompe, il forno si ferma e la temperatura scende.
Tuttavia, i sistemi biologici, che presentano una maggiore complessità, dispongono di regolatori difficilmente paragonabili ai dispositivi meccanici.
Come notato in precedenza, il termine omeostasi si riferisce al mantenimento dell'ambiente interno del corpo entro limiti ristretti e strettamente controllati. Le principali funzioni importanti per il mantenimento dell'omeostasi sono l'equilibrio dei liquidi ed elettroliti, la regolazione dell'acidità, la termoregolazione e il controllo metabolico.
Il controllo della temperatura corporea nell'uomo è considerato un eccellente esempio di omeostasi in un sistema biologico. La temperatura normale del corpo umano è intorno ai 37°C, ma diversi fattori possono influenzarla, tra cui gli ormoni, il tasso metabolico e le malattie che causano temperature eccessivamente alte o basse. La regolazione della temperatura corporea è controllata da un'area del cervello chiamata ipotalamo.
Il feedback sulla temperatura corporea viene trasportato attraverso il flusso sanguigno al cervello e porta ad aggiustamenti compensatori della frequenza respiratoria, dei livelli di zucchero nel sangue e del tasso metabolico. La perdita di calore negli esseri umani è causata dalla ridotta attività, dalla sudorazione e dai meccanismi di scambio termico che consentono a più sangue di circolare vicino alla superficie della pelle.
La riduzione della perdita di calore si ottiene attraverso l'isolamento, riducendo la circolazione sulla pelle e cambiamenti culturali, come l'uso di indumenti, ripari e fonti di calore esterne. Intervallo tra alto e bassi livelli la temperatura corporea costituisce un plateau omeostatico, l’intervallo “normale” che supporta la vita. Quando ci si avvicina a uno degli estremi, l'azione correttiva (tramite feedback negativo) riporta il sistema all'intervallo normale.
Il concetto di omeostasi si applica anche alle condizioni ambientali. Proposta per la prima volta dall’ecologo americano Robert MacArthur nel 1955, l’idea che l’omeostasi sia il prodotto di una combinazione di biodiversità e grande quantità interazioni ecologiche che si verificano tra le specie.
Questo assunto era considerato un concetto che poteva aiutare a spiegare la persistenza di un sistema ecologico, cioè la sua persistenza come particolare tipo di ecosistema nel tempo. Da allora, il concetto è leggermente cambiato per includere la componente non vivente dell’ecosistema. Il termine è stato utilizzato da molti ecologisti per descrivere la reciprocità che si verifica tra le componenti viventi e non viventi di un ecosistema per mantenere lo status quo.
L'ipotesi Gaia è un modello della Terra proposto dallo scienziato inglese James Lovelock che vede vari costituenti viventi e non viventi come componenti di un sistema più grande o di un singolo organismo, suggerendo che gli sforzi collettivi dei singoli organismi contribuiscono all'omeostasi a livello planetario.
Omeostasi cellulare
Dipendono dall'ambiente del corpo per mantenere la vitalità e funzionare correttamente. L'omeostasi mantiene sotto controllo l'ambiente corporeo e mantiene condizioni favorevoli per i processi cellulari. Senza le giuste condizioni Alcuni processi corporei (ad esempio l'osmosi) e proteine (ad esempio gli enzimi) non funzionano correttamente.
Perché l’omeostasi è importante per le cellule? Le cellule viventi dipendono dal movimento delle sostanze chimiche che le circondano. Prodotti chimici, come ossigeno, anidride carbonica e cibo disciolto, devono essere trasportati dentro e fuori dalle cellule. Ciò si ottiene attraverso i processi di diffusione e osmosi, che dipendono dall'equilibrio di acqua e sale nel corpo, mantenuto dall'omeostasi.
Le cellule dipendono dagli enzimi per accelerare molti reazioni chimiche, sostenendo l'attività vitale e la funzionalità delle cellule. Questi enzimi funzionano meglio a determinate temperature e quindi, ancora una volta, l'omeostasi è vitale per le cellule poiché mantiene una temperatura corporea costante.
Esempi e meccanismi di omeostasi
Ecco alcuni esempi fondamentali di omeostasi nel corpo umano, nonché i meccanismi che li supportano:
Temperatura corporea
L'esempio più comune di omeostasi nell'uomo è la regolazione della temperatura corporea. La temperatura corporea normale, come abbiamo scritto sopra, è di 37° C. Temperature superiori o inferiori ai livelli normali possono causare gravi complicazioni.
Il cedimento muscolare si verifica a una temperatura di 28° C. A 33° C si verifica la perdita di coscienza. Ad una temperatura centrale di 42°C sistema nervoso comincia a crollare. La morte avviene ad una temperatura di 44° C. Il corpo controlla la temperatura producendo o rilasciando calore in eccesso.
Concentrazione di glucosio
La concentrazione di glucosio si riferisce alla quantità di glucosio (zucchero nel sangue) presente nel flusso sanguigno. Il corpo utilizza il glucosio come fonte di energia, ma troppo o troppo poco può causare gravi complicazioni. Alcuni ormoni regolano la concentrazione di glucosio nel sangue. L’insulina riduce le concentrazioni di glucosio, mentre aumentano cortisolo, glucagone e catecolamine.
Livelli di calcio
Ossa e denti contengono circa il 99% del calcio corporeo, mentre il restante 1% circola nel sangue. Troppo o troppo poco calcio nel sangue ha conseguenze negative. Se i livelli di calcio nel sangue diminuiscono troppo, le ghiandole paratiroidi attivano i loro recettori sensibili al calcio e rilasciano l’ormone paratiroideo.
Il PTH segnala alle ossa di rilasciare calcio per aumentarne la concentrazione nel flusso sanguigno. Se i livelli di calcio aumentano troppo, la ghiandola tiroidea rilascia calcitonina e fissa il calcio in eccesso nelle ossa, riducendo così la quantità di calcio nel sangue.
Volume liquido
Il corpo deve mantenere un ambiente interno costante, il che significa che deve regolare la perdita o il ricambio di liquidi. Gli ormoni aiutano a regolare questo equilibrio provocando l'escrezione o la ritenzione dei liquidi. Se il corpo non ha abbastanza liquidi, l'ormone antidiuretico segnala ai reni di conservare i liquidi e riduce la produzione di urina. Se il corpo contiene troppi liquidi, sopprime l’aldosterone e segnala di produrre più urina.
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Il termine “omeostasi” deriva dalla parola “omeostasi”, che significa “il potere della stabilità”. Molte persone non sentono parlare spesso di questo concetto, o addirittura non lo sentono affatto. Tuttavia, l’omeostasi è una parte importante della nostra vita, armonizzando condizioni contraddittorie tra loro. E questa non è solo una parte della nostra vita, l’omeostasi è una funzione importante del nostro corpo.
Se definiamo la parola omeostasi, il cui significato è la regolazione dei sistemi più importanti, allora questa è la capacità che coordina varie reazioni, permettendoci di mantenere l'equilibrio. Questo concetto si applica sia ai singoli organismi che a interi sistemi.
In generale, l’omeostasi è spesso discussa in biologia. Affinché il corpo funzioni correttamente ed esegua le azioni necessarie, è necessario mantenere uno stretto equilibrio al suo interno. Ciò è necessario non solo per la sopravvivenza, ma anche per poterci adattare adeguatamente ai cambiamenti ambientali e continuare a svilupparci.
È possibile distinguere i tipi di omeostasi necessari per un'esistenza a tutti gli effetti o, più precisamente, i tipi di situazioni in cui questa azione si manifesta.
- Instabilità. In questo momento noi, cioè il nostro sé interiore, diagnostichiamo i cambiamenti e, sulla base di ciò, prendiamo decisioni per adattarci alle nuove circostanze.
- Equilibrio. Tutto nostro forze interne finalizzato al mantenimento dell’equilibrio.
- Imprevedibilità. Spesso possiamo sorprenderci intraprendendo azioni che non ci aspettavamo.
Tutte queste reazioni sono determinate dal fatto che ogni organismo del pianeta vuole sopravvivere. Il principio dell’omeostasi ci aiuta a comprendere le circostanze e a prendere decisioni importanti per mantenere l’equilibrio.
Decisioni inaspettate
L’omeostasi ha preso un posto importante non solo in biologia. Questo termine è utilizzato attivamente anche in psicologia. In psicologia, il concetto di omeostasi implica la nostra risposta alle condizioni esterne. Tuttavia, questo processo lega strettamente l’adattamento del corpo e l’adattamento mentale dell’individuo.
Come vediamo, il principio dell'omeostasi si basa su una stretta connessione tra fisiologia e psicologia. Tuttavia, il principio di omeostasi associato all’autoregolazione non può spiegare le fonti del cambiamento.
Il processo omeostatico può essere chiamato processo di autoregolazione. E l'intero processo avviene a livello subconscio. Il nostro corpo ha bisogni in molti ambiti, ma un posto importante spetta a lui contatti psicologici. Sentendo il bisogno di contattare altri organismi, una persona mostra il suo desiderio di sviluppo. Questo desiderio subconscio riflette a sua volta una spinta omeostatica.
Immagina la situazione: un gruppo di cervi pascola non lontano da un leone addormentato. All'improvviso il leone si sveglia e ruggisce, i daini si disperdono. Ora immagina te stesso al posto della cerva. L'istinto di autoconservazione ha funzionato in lei: è scappata. Deve correre molto veloce per salvarle la vita. Questa è l’omeostasi psicologica.
Ma passa del tempo e la cerva inizia a perdere forza. Anche se c'era un leone che la inseguiva, si fermava perché il bisogno di respirare in quel momento era più importante del bisogno di correre. Questo è un istinto del corpo stesso, l'omeostasi fisiologica. Pertanto, si possono distinguere i seguenti tipi di omeostasi:
- Coercitivo.
- Spontaneo.
L'importanza dell'omeostasi è molto importante per qualsiasi organismo, sia psicologicamente che fisicamente. Una persona può imparare a vivere in armonia con se stessa e con l'ambiente senza seguire solo le spinte dell'istinto. Ha solo bisogno di vedere e capire correttamente il mondo intorno a noi e anche ordinare i tuoi pensieri dando priorità nel giusto ordine. Autore: Lyudmila Mukhacheva
Un sistema biologico di qualsiasi complessità, dalle strutture subcellulari dei sistemi funzionali e dell'intero organismo, è caratterizzato dalla capacità di auto-organizzarsi e auto-regolarsi. La capacità di auto-organizzarsi si manifesta con una varietà di cellule e organi in presenza principio generale struttura elementare (membrane, organelli, ecc.). L'autoregolamentazione è assicurata da meccanismi inerenti all'essenza stessa degli esseri viventi.
Il corpo umano è costituito da organi che, per svolgere le loro funzioni, sono molto spesso combinati con altri, formando così sistemi funzionali. Per questo, strutture di qualsiasi livello di complessità, dalle molecole all'intero organismo, richiedono sistemi di regolamentazione. Questi sistemi garantiscono l'interazione di varie strutture già in stato di riposo fisiologico. Sono particolarmente importanti in uno stato attivo quando il corpo interagisce con un ambiente esterno in evoluzione, poiché qualsiasi cambiamento richiede una risposta adeguata da parte del corpo. In questo caso, una delle condizioni obbligatorie per l'auto-organizzazione e l'autoregolazione è la conservazione delle condizioni costanti dell'ambiente interno caratteristico del corpo, che è denotato dal concetto di omeostasi.
Ritmo delle funzioni fisiologiche. I processi fisiologici della vita, anche in condizioni di completo riposo fisiologico, procedono con attività variabile. Il loro rafforzamento o indebolimento avviene sotto l'influenza di una complessa interazione di fattori esogeni ed endogeni, chiamata "ritmi biologici". Inoltre, la periodicità delle fluttuazioni delle varie funzioni varia entro limiti estremamente ampi, che vanno da un periodo fino a 0,5 ore fino a periodi di più giorni e persino di più anni.
Concetto di omeostasi
Il funzionamento efficiente dei processi biologici richiede determinate condizioni, la maggior parte delle quali devono essere costanti. E quanto più stabili sono, tanto più affidabile è il funzionamento del sistema biologico. Queste condizioni devono includere innanzitutto quelle che aiutano a mantenere un normale livello di metabolismo. Ciò richiede la fornitura di ingredienti metabolici iniziali e ossigeno, nonché la rimozione dei metaboliti finali. L'efficienza dei processi metabolici è assicurata da una certa intensità dei processi intracellulari, determinata principalmente dall'attività degli enzimi. Allo stesso tempo, anche l'attività enzimatica dipende apparentemente da questo fattori esterni, come la temperatura.
La stabilità nella maggior parte delle condizioni è necessaria a qualsiasi livello strutturale e funzionale, a partire da una reazione biochimica individuale, cellulare, e termina con i sistemi funzionali complessi del corpo. IN vita reale queste condizioni possono spesso essere violate. La comparsa di cambiamenti si riflette nello stato degli oggetti biologici e nel flusso dei processi metabolici in essi. Inoltre, quanto più complessa è la struttura di un sistema biologico, tanto maggiori sono le deviazioni dalle condizioni standard che può sopportare senza un'interruzione significativa delle funzioni vitali. Ciò è dovuto alla presenza nell'organismo di meccanismi adeguati volti ad eliminare i cambiamenti che si sono verificati. Ad esempio, l'attività dei processi enzimatici in una cellula diminuisce di 2-3 volte ogni 10 °C di diminuzione della temperatura. Allo stesso tempo, gli animali a sangue caldo, grazie alla presenza di meccanismi di termoregolazione, mantengono una temperatura interna costante in un intervallo abbastanza ampio di variazioni della temperatura esterna. Di conseguenza, viene mantenuta la stabilità di questa condizione per il verificarsi di reazioni enzimatiche a un livello costante. E per esempio, una persona che ha anche intelligenza, che ha vestiti e alloggio, può farlo a lungo esistono a temperature esterne ben inferiori a 0 °C.
Nel processo di evoluzione si sono formate reazioni adattative volte a mantenere condizioni costanti dell'ambiente esterno dell'organismo. Esistono sia a livello dei singoli processi biologici che dell'intero organismo. Ognuna di queste condizioni è caratterizzata da parametri corrispondenti. Pertanto, i sistemi per regolare la costanza delle condizioni controllano la costanza di questi parametri. E se per qualche motivo questi parametri si discostano dalla norma, i meccanismi di regolamentazione ne garantiscono il ritorno al livello originale.
Viene chiamata la proprietà universale di un essere vivente di mantenere attivamente la stabilità delle funzioni corporee, nonostante le influenze esterne che possono disturbarla omeostasi.
Lo stato di un sistema biologico a qualsiasi livello strutturale e funzionale dipende da un complesso di influenze. Questo complesso consiste nell'interazione di molti fattori, sia esterni ad esso che quelli interni o formati a seguito di processi che si verificano in esso. Il livello di esposizione a fattori esterni è determinato dal corrispondente stato dell'ambiente: temperatura, umidità, illuminazione, pressione, composizione del gas, campi magnetici e simili. Tuttavia, il corpo può e deve mantenere a un livello costante il grado di influenza di non tutti i fattori esterni ed interni. L'evoluzione ha selezionato quelli che sono più necessari per la conservazione della vita, o quelli per il cui mantenimento sono stati trovati meccanismi adeguati.
Costanti dei parametri di omeostasi Non hanno una costanza chiara. Sono possibili anche le loro deviazioni dal livello medio in una direzione o nell'altra in una sorta di "corridoio". Ogni parametro ha i propri limiti di deviazioni massime possibili. Differiscono anche nel tempo durante il quale il corpo può sopportare una violazione di uno specifico parametro di omeostasi senza conseguenze gravi. Allo stesso tempo, la semplice deviazione di un parametro oltre il “corridoio” può causare la morte della struttura corrispondente, sia essa una cellula o addirittura un organismo nel suo insieme. Quindi, normalmente il pH del sangue è di circa 7,4. Ma può oscillare tra 6,8-7,8. Il corpo umano può sopportare il grado estremo di deviazione di questo parametro senza conseguenze dannose solo per pochi minuti. Un altro parametro omeostatico - la temperatura corporea - in alcune malattie infettive può aumentare fino a 40 ° C e oltre e rimanere a questo livello per molte ore e persino giorni. Pertanto, alcune costanti del corpo sono abbastanza stabili - - costanti dure altri hanno una gamma più ampia di vibrazioni - costanti plastiche.
I cambiamenti nell'omeostasi possono verificarsi sotto l'influenza di qualsiasi fattore esterno e possono anche essere di origine endogena: l'intensificazione dei processi metabolici tende a modificare i parametri dell'omeostasi. Allo stesso tempo, l’attivazione di sistemi di regolamentazione garantisce facilmente il loro ritorno a un livello stabile. Ma se a riposo persona sana Questi processi sono equilibrati e i meccanismi di recupero funzionano con una riserva di forza, quindi in caso di brusco cambiamento delle condizioni di vita, in caso di malattia, si attivano con la massima attività. Il miglioramento dei sistemi di regolazione dell'omeostasi si riflette anche nello sviluppo evolutivo. Pertanto, l'assenza di un sistema per mantenere una temperatura corporea costante negli animali a sangue freddo, causando la dipendenza dei processi vitali dalla temperatura esterna variabile, ha limitato drasticamente il loro sviluppo evolutivo. Tuttavia, la presenza di un tale sistema negli animali a sangue caldo assicurò il loro insediamento in tutto il pianeta e rese tali organismi creature veramente libere con un alto potenziale evolutivo.
A sua volta, ogni persona ha capacità funzionali individuali dei sistemi di regolazione dell'omeostasi stessi. Ciò determina in gran parte la gravità della reazione del corpo a qualsiasi influenza e, in ultima analisi, influisce sull'aspettativa di vita.
Omeostasi cellulare . Uno dei parametri unici dell’omeostasi è la “purezza genetica” delle popolazioni cellulari del corpo. Il sistema immunitario del corpo monitora la normale proliferazione cellulare. Se viene disturbato o la lettura delle informazioni genetiche è compromessa, compaiono cellule estranee all'organismo in questione. Il sistema menzionato li distrugge. Possiamo dire che un meccanismo simile contrasta anche l'ingresso di cellule estranee (batteri, vermi) o dei loro prodotti nell'organismo. E questo è assicurato anche dal sistema immunitario (vedi sezione C - “Caratteristiche fisiologiche dei leucociti”).
Meccanismi dell'omeostasi e loro regolazione
I sistemi che controllano i parametri dell'omeostasi sono costituiti da meccanismi di varia complessità strutturale: sia elementi relativamente semplici che complessi neuroormonali piuttosto complessi. I metaboliti sono considerati uno dei meccanismi più semplici, alcuni dei quali possono influenzare localmente l'attività dei processi enzimatici e vari componenti strutturali di cellule e tessuti. I meccanismi più complessi (neuroendocrini) che realizzano l'interazione interorgano si attivano quando quelli semplici non sono più sufficienti per riportare il parametro al livello richiesto.
Nella cellula si verificano processi di autoregolazione locale con feedback negativo. Ad esempio, durante un lavoro muscolare intenso, i subossidi NEP e i prodotti metabolici si accumulano nei muscoli scheletrici attraverso una carenza relativa di 02. Spostano il pH del sarcoplasma verso il lato acido, il che può causare la morte di singole strutture, dell'intera cellula o persino dell'organismo. Quando il pH diminuisce, le proprietà conformazionali delle proteine citoplasmatiche e dei complessi di membrana cambiano. Quest'ultimo provoca un cambiamento nel raggio dei pori, un aumento della permeabilità delle membrane (divisori) di tutte le strutture subcellulari e un'interruzione dei gradienti ionici.
Il ruolo dei fluidi corporei nell'omeostasi. I fluidi corporei sono considerati l'anello centrale nel mantenimento dell'omeostasi. Per la maggior parte degli organi si tratta di sangue e linfa, mentre per il cervello si tratta di sangue e liquido cerebrospinale (CSF). Particolarmente grande ruolo giochi di sangue. Inoltre, i mezzi liquidi per una cellula sono il suo citoplasma e il fluido intercellulare.
Funzioni dei mezzi liquidi Il mantenimento dell’omeostasi è piuttosto vario. In primo luogo, i mezzi liquidi forniscono i processi metabolici ai tessuti. Non solo apportano alle cellule le sostanze necessarie per la vita, ma trasportano anche i metaboliti, che altrimenti potrebbero accumularsi in concentrazioni elevate nelle cellule.
In secondo luogo, i mezzi liquidi hanno i propri meccanismi necessari per mantenere determinati parametri di omeostasi. Ad esempio, i sistemi tampone mitigano lo spostamento dello stato acido-base quando acidi o basi entrano nel sangue.
in terzo luogo, i mezzi liquidi partecipano all'organizzazione del sistema di controllo dell'omeostasi. Ci sono anche diversi meccanismi qui. Pertanto, a causa del trasporto di metaboliti, organi e sistemi distanti (reni, polmoni, ecc.) sono coinvolti nel processo di mantenimento dell'omeostasi. Inoltre, i metaboliti contenuti nel sangue, agendo sulle strutture e sui recettori di altri organi e sistemi, possono innescare complesse risposte riflesse e meccanismi ormonali. Ad esempio, i termorecettori rispondono al sangue “caldo” o “freddo” e di conseguenza modificano l’attività degli organi coinvolti nella formazione e nel trasferimento del calore.
I recettori si trovano anche nelle pareti dei vasi sanguigni stessi. Sono coinvolti nel regolamento composizione chimica sangue, il suo volume, la pressione. Con l'irritazione dei recettori vascolari iniziano i riflessi, la cui parte effettrice sono gli organi e i sistemi del corpo. Ottimo rapporto qualità/prezzo il sangue nel mantenere l'omeostasi è diventato la base per la formazione di uno speciale sistema di omeostasi per molti parametri del sangue stesso, il suo volume. Per preservarli esistono meccanismi complessi che fanno parte di un sistema unificato per la regolazione dell’omeostasi del corpo.
Quanto sopra può essere chiaramente illustrato utilizzando l'esempio di un'intensa attività muscolare. Durante la sua esecuzione, i prodotti metabolici sotto forma di acido lattico, piruvico, acetoacetico e altri vengono rilasciati dai muscoli nel flusso sanguigno. I metaboliti acidi vengono prima neutralizzati dalle riserve ematiche alcaline. Inoltre, attivano la circolazione sanguigna e la respirazione attraverso meccanismi riflessi. Il collegamento di questi sistemi corporei, da un lato, migliora l'apporto di 02 ai muscoli, e quindi riduce la formazione di prodotti sottoossidati; d'altro canto aiuta ad aumentare il rilascio di CO2 attraverso i polmoni, di molti metaboliti attraverso i reni e le ghiandole sudoripare.