Хомеостаза. Генетична, структурна и функционална хомеостаза в онтогенезата
ХОМЕОСТАЗА - свойството на живия организъм да поддържа относително динамично постоянство на вътрешната среда. Хомеостазата се изразява в относително постоянство на химичния състав, осмотичното налягане, стабилност на основните физиологични функции. Хомеостазата е специфична и се определя от генотипа.
Живият организъм е отворена система, която има връзка с околната среда чрез нервната, храносмилателната, дихателната, отделителната система и др.
В процеса на обмяната на веществата с храната, водата, по време на газообмена в тялото влизат различни химични съединения, които претърпяват промени в тялото, влизат в структурата на тялото, но не остават завинаги. Асимилираните вещества се разлагат, освобождават енергия, продуктите на гниене се отстраняват във външната среда. Унищожената молекула се заменя с нова и т.н.
Целостта на полипептидната структура не се нарушава от клетките. Така организмът е отворена, динамична система. В постоянно променяща се среда тялото поддържа стабилно състояние за определено време.
Феноменът хомеостаза е еволюционно развито наследствено фиксирано адаптивно свойство на организма към нормалните условия на околната среда. Тези състояния обаче могат да бъдат краткосрочни или дългосрочни извън нормалните граници. В такива случаи явленията на адаптация се характеризират не само с възстановяване на обичайните свойства на вътрешната среда, но и с краткотрайни промени във функцията (например увеличаване на ритъма на сърдечната дейност и увеличаване на честотата на дихателните движения с повишена мускулна работа). Отговорите на хомеостазата могат да бъдат насочени към
1) поддържане на известни стационарни нива,
2) елиминиране или ограничаване на вредните фактори,
3) развитие или запазване на оптимални формивзаимодействие на организма и околната среда в променените условия на неговото съществуване. Всички тези процеси определят адаптацията.
Следователно понятието хомеостаза означава не само определено постоянство на различни физиологични константи на тялото, но също така включва процесите на адаптация и координация на физиологичните процеси, които осигуряват единството на тялото не само в нормата, но и при променящите се условия на неговото съществуване.
Основните компоненти на хомеостазата могат да бъдат разделени на 3 групи:
A. МАТЕРИАЛИ, ПРЕДОСТАВЯЩИ КЛЕТЪЧНИТЕ НУЖДИ:
1. Вещества, необходими за образуване на енергия, за растеж и възстановяване - глюкоза, протеини, мазнини.
3. NaCl, Ca и други неорганични вещества.
5. Вътрешна секреция.
Б. ФАКТОРИ ОТ ОКОЛНАТА СРЕДА, ВЛИЯЩИ НА КЛЕТЪЧНАТА АКТИВНОСТ:
1. Осмотично налягане.
3. Концентрация на водородни йони (pH).
Б. МЕХАНИЗМИ, КОИТО ОСИГУРЯВАТ СТРУКТУРНО И ФУНКЦИОНАЛНО
3. Имунобиологична реактивност.
По този начин, под действието на външни фактори, регулаторните механизми поддържат относително постоянство на вътрешната среда.
Регулаторните хомеостатични механизми функционират на клетъчно, органно, организмово и надорганизмово ниво.
Генетични механизми на хомеостаза- самовъзпроизвеждане на базата на редупликация на ДНК по принципа на комплементарността. В случай на увреждане на структурата на ДНК молекулите, възстановяването на генома, коригирането на увреждането се извършва чрез ремонт. При нарушение на ремонта - има нарушение на хомеостатичните реакции.
Хомеостазата на клетъчната среда се осигурява от мембранни системи, които са свързани с биоенергийни процеси и регулиране на транспорта на вещества в и извън клетката. Клетките непрекъснато претърпяват промени ивъзстановяване на органелите, особено при увреждащи фактори (физическата активност води до увеличаване на броя на митохондриите, увеличаване на сърдечната честота, хипертрофия на миокарда и др.).
Примери за клетъчни механизми на хомеостаза са възстановяването на тъкани и органи и неговите видове (нутрицелуларен, клетъчен, клетъчен и вътреклетъчен). Класификация на тъканите според тяхната способност за възстановяване:
- репаративна регенерация и методи за нейното осъществяване (епиморфоза, морфолаксис, ендоморфоза, регенеративна хипертрофия, регенеративна индукция).
Репаративна регенерация при хора: вътреклетъчна, регенеративна хипертрофия, пълна регенерация.
Системните механизми се осигуряват от взаимодействието на регулаторните системи: нервна, ендокринна и имунна.
Физиологичните механизми на хомеостазатасе основават на концепциите на кибернетиката: живият организъм е сложна, контролирана система, в която много променливи на външната и вътрешната среда си взаимодействат. Входните променливи в системата се променят по различни начини и се превръщат в изходни променливи. Изходните променливи зависят от входните променливи и от функциите (закона на поведение) на системата. Този процес се осъществява чрез механизъм за обратна връзка. В биологичните системи входящи елементи: храна, вода, болка или други стимули; почивни дни - освободени вещества, ефект от действието на органа, реакция. Обратна връзка означава влиянието на изходния сигнал върху управляващата част на системата. Отрицателната обратна връзка намалява ефекта на входа върху изходния сигнал, докато положителната обратна връзка го увеличава. Отрицателната обратна връзка допринася за възстановяване на първоначалното състояние на тялото, с положителна обратна връзка, промяната в нарушения показател прогресира, нормализиране не настъпва и функцията се отклоняваот първоначалното състояние, което води до нарушаване на хомеостазата. (рН на кръвта 7,32-7,45). Изместване от 0,1 води до нарушение на сърдечната дейност.
Примери за системни прояви на хомеостазата могат да бъдат: поддържане на постоянна температура, кръвно налягане. Елементарните и системни прояви на хомеостазата могат да се считат за норма на реакция към промени в условията на околната среда.
Живият организъм е пример за ултрастабилна система, която се изразява в запазване на променливите показатели на тялото във физиологични граници, въпреки промените в условията на съществуване. Това
В сложен многоклетъчен организъмкакто директните, така и обратните връзки се осъществяват не само чрез нервни, но и чрез хормонални (ендокринни) механизми. Всяка от жлезите, които изграждат ендокринната система, влияе върху другите органи на тази система и от своя страна се влияе от тях. Основният принцип на хомеостазата в ендокринната система може да се формулира като поддържане на баланс между напрежението на секреторната активност на дадена жлеза и концентрацията на нейния хормон в кръвообращението. Така например, когато количеството на хормоните на щитовидната жлеза се повиши над нормата, функционалната активност на самата жлеза се отслабва и обратно.
Ендокринните жлези могат да бъдат разделени на две групи във връзка с връзката им с предния дял на хипофизата. Последната се счита за централна, а останалите ендокринни жлези са периферни. Това разделение се основава на факта, че предният дял на хипофизата произвежда така наречените тропни хормони, които активират определени периферни ендокринни жлези. От своя страна, хормоните на периферните ендокринни жлези действат върху предния дял на хипофизната жлеза, като инхибират секрецията на тропни хормони.
Реакциите, които осигуряват хомеостаза, не могатда бъдат ограничени до която и да е ендокринна жлеза, но до известна степен да обхващат всички жлези. Получената реакция придобива верижен поток и се разпространява към други ефектори. Физиологичното значение на хормоните се състои в регулирането на други функции на тялото, поради което верижният характер трябва да бъде възможно най-изразен.
Постоянните нарушения на средата на тялото допринасят за запазването на неговата хомеостаза по време на дълъг живот. Ако създадете такива условия на живот, при които нищо не предизвиква значителни промени във вътрешната среда, тогава организмът ще бъде напълно невъоръжен, когато се сблъска с околната среда и скоро ще умре.
Ендокринни механизми на хомеостазаспоред Б. М. Заводовски - механизмът на плюс или минус взаимодействие, т.е. балансиране на функционалната активност на жлезата с концентрацията на хормона. При висока концентрация на хормона (над нормата) активността на жлезата е отслабена и обратно. Този ефект се осъществява чрез действието на хормона върху жлезата, която го произвежда. В редица жлези регулацията се установява чрез хипоталамуса и предната хипофизна жлеза, особено по време на реакция на стрес.
Комбинацията от нервни и ендокринни механизми на регулация в хипоталамуса позволява сложни хомеостатични реакции, свързани с регулирането на висцералната функция на тялото. Тези функции се контролират от хормони.
Отделни групи невросекреторни клетки произвеждат хормони, които пряко засягат определени органи.
От своя страна, хипофизната жлеза е под контрола на хипоталамичната област, където се освобождават специални фактори, които активират хипофизната жлеза.
Всички жизнени процеси в организма са подчинени на строг ритъм: дневен, месечен, годишен и др. Установено е, че проблемите на влиянието на геофизичните фактори върху процесите на адаптация на човекатясно свързана с проблемите на биоритмологията. Основната характеристика на ритмичните процеси е тяхната повторяемост. РИТЪМИТЕ се разбират като периодично повтарящи се природни явления (AM Emme, 1967). Ритмите, записани в живия свят, се наричат БИОЛОГИЧНИ. Те могат да бъдат характеризирани като регулаторни количествени и свързани с тях качествени промени в някои характеристики на биологичните процеси, протичащи на различни нива на организация на живите: клетъчни, тъканни, организмови и популационни.
Ритъмът на нервната система определя ритъма на възбуждане и инхибиране, по-специално основния ритъм на висшите организми - сън и будност, който осигурява функционирането на всички системи на тялото. Електролитният и хормоналният състав на вътрешната среда подлежи на периодизация. Ендокринните жлези имат ежедневна ритмична дейност и същевременно определят ритмите на някои функции на тялото. Всички клетки на тялото се характеризират със самостоятелен дневен ритъм, независим от хормоните.
Биологичните ритми, съвпадащи по продължителност със съответните геофизични цикли, се наричат "екологични" или "адаптивни". Това са многогодишни, годишни, сезонни, лунни, приливни и ежедневни промени в жизнената активност.
Според степента на зависимост от външни условия биологичните ритми се делят на екзогенни и ендогенни. Екзогенните ритми зависят от ритъма на геофизични и космически фактори (фотопериодизация на температурата, атмосферното налягане, гравитацията и др.). Ендогенните ритми възникват при постоянни външни условия. Най-често това са ежедневните ритми на жизнените функции на организма (митотично клетъчно делене, секреция на хормони и др.).
Анализът на хронобиологичните закономерности в общия биологичен еволюционен план допринася за дълбокизучаването на биологичните механизми на човешката хомеостаза и целенасоченото използване на ефективни средства, които повишават устойчивостта към екстремни фактори.
И така, хомеостазата е голям проблем на съвременната биология и медицина, тъй като явлението хомеостаза означава не само запазване на постоянството или оптимално възстановяване и адаптиране на организма в онтогенезата към условията на околната среда. С механизмите на хомеостазата в онтогенезата към условията на околната среда. Механизмите на хомеостазата в онтогенезата са свързани с качествена промяна в свойствата на организма и неговата реактивност. Самото заболяване по своята биологична същност също е проблем на хомеостазата, нарушение на нейните механизми и начини за възстановяване. Въз основа на законите на хомеостазата се разработват ефективни методи за хигиена и рационална терапия. Решаването на много въпроси от този проблем е въпрос на бъдещето.