Артериальное давление и гомеостаз
Клетки являются основными структурными и функциональными единицами организма. Для выполнения своих функций им нужна подходящая среда, характеризующаяся относительным постоянством источников энергии, воды, температуры и кислотности. Под гомеостазом подразумеваются средства поддержания относительной стабильности основных физиологических особенностей организма. Термин был введен Кэнноном в 1929 году.
Организм функционирует лучше всего, когда все его показатели находятся в оптимальных пределах. Основными физиологическими показатели являются состав и объем крови, кровяное давление, температура тела и другие.
Гомеостаз – динамическое постоянство
По своей сути гомеостаз представляет собой динамическое постоянство, которое поддерживается несмотря на непрерывный обмен веществами и энергией между внеклеточной и внутриклеточной жидкой средой, а также между организмом и окружающей средой. Основные физиологические процессы не всегда постоянны, но варьируются в определенных пределах. Гомеостаз в организме является не статичным, а динамическим постоянством, которое достигается за счет точной регуляции. Основными компонентами гомеостаза являются изогидрия, изотермия, изоиония, изоосмия, изоволемия и изоксемия.
Живые организмы имеют регуляторные механизмы, которые поддерживают телесный гомеостаз. Благодаря этим механизмам они существуют как саморегулирующаяся система. Все органы и ткани участвуют в поддержании согласованности. При нарушении механизмов регуляции возникает заболевание, а при больших нарушениях может наступить смерть.
Благодаря специальным системам управления происходит жизнь клеток в организме. Регулирование осуществляется двумя системами:
- гуморальная – регуляция осуществляется специфическими химическими веществами (гормонами);
- нервная регуляция распространяется сигналами (импульсами), идущими по нервной системе.
Как регулируется гомеостаз
Каждая система регулирования имеет вход и выход. В зависимости от отношений между ними существуют открытые и закрытые системы. При открытой системе отсутствует связь между выходом и входом. Примером такой системы является нейрон, который через свои дендриты воспринимает множество входных сигналов, обрабатывает их и направляет их в качестве выходных данных на другой блок, который может быть нейроном, железой, мышцей.
В закрытых системах информация с выхода одной системы прямо или косвенно связана с входом той же системы. Если есть ответ, в замкнутых системах формируется регуляторный круг, в рамках которого устанавливается динамическое регулирование измененного индикатора или функции. Закрытая система регулирования, построенная по типу обратной связи, состоит из нижеследующих элементов.
Регулируемое значение – объект регулирования. Он имеет одно фактическое значение, которое может быть определено в любое время, и одно оптимальное значение, которое определяется генетически.
Датчик – воспринимает и считывает фактическое значение регулируемой величины. Роль сенсоров играют специализированные клетки, называемые рецепторами.
Механизм сравнения – значение, воспринимаемое датчиком, передается в интегративный центр центральной нервной системы. Там фактическое значение сравнивается с оптимальным. Так оценивается степень различия. Сигнал ошибки генерируется и доставляется следующему элементу регуляторной системы через эффекторные нервы* или гормоны.
Эффектор – это исполнительный орган, от деятельности которого зависит восстановление оптимального значения измененного параметра. Иногда регуляторный механизм может включать несколько эффекторов.
По принципу отрицательной обратной связи регулируются такие параметры, как регуляция артериального давления, уровень сахара в крови, концентрация кислорода во внеклеточной жидкости. Благодаря этим регулирующим механизмам сохраняется относительный гомеостаз в организме.
Отрицательная обратная связь
Регулирование отрицательной обратной связи характеризуется:
- задержкой (латентный период) – время, прошедшее с момента возникновения отклонения регулируемой величины до начала действия рецептора. Различные механизмы регулирования имеют разные периоды задержки;
- инерцией – скорость, с которой значение возвращается к своему заданному параметру после того, как эффектор начинает действовать. Некоторые параметры имеют низкую инерцию (кровяное давление), а другие имеют более высокую (температура тела);
- коэффициент обратной связи – в некоторых случаях регулирования существует остаточное отклонение, т.е. механизмы могли бы довести значение до его оптимального значения. Значение между остатком и начальным отклонением называется коэффициентом обратной связи;
- усиление – показывает силу влияния эффектора на регулируемый показатель. Чем выше коэффициент усиления, тем эффективнее регулирование;
- нормативные колебания – колебания регулируемого значения вокруг заданного параметра в процессе возврата к оптимальному.
- стабильность – показывает, в какой период времени наблюдаются отклонения регулируемого значения от заданного параметра.
Различные факторы определяют эффективность и точность, с которой регулируемое количество контролируется. Регулирование осуществляется лучше всего, если есть короткий латентный период, достаточная прочность и стабильность. Эффективность механизмов изменяется в течение жизни человека – они становятся менее эффективными с возрастом.
Упреждающее регулирование систем организма
В большинстве случаев механизмы управления включаются после отклонения регулируемого значения от установленного параметра. Однако есть те, которые включаются до того, как это произойдет. Это так называемое упреждающее регулирование. Оно достигается путем включения дополнительных рецепторов, чувствительных к фактору, вызывающему изменение регулируемой величины. В результате этого регулирования происходят незначительные отклонения, то есть помехи и обратная связь включаются одновременно. Предварительное регулирование особенно эффективно в отношении механизмов с длительным латентным периодом, таких как регулирование температуры тела.
Обеспечение регулирования
Предиктивный контроль включается до того, как происходят изменения в регулируемой величине, и до появления триггера. Эти механизмы запускаются заранее и подготавливают организм к ожидаемым изменениям. Этот тип регуляции включается в тех случаях, когда у нас происходит регулярное повторение одних и тех же процессов в организме, вызывающих повышение реактивности регуляторного механизма. Например, в первой половине дня человек наиболее активен и потребляет больше энергии, что является необходимым условием для гипогликемии. Прогнозирующая регуляция способствует предварительной стабилизации уровня глюкозы. Это предсказывает эффект триггеров.
Положительный ответ
В дополнение к отрицательному управлению обратной связью, которое возвращает регулируемое значение к заданному параметру, существует также положительное управление обратной связью, которое увеличивает отклонение. При положительном регулировании обратной связи система дестабилизируется. Механизмы этого типа характерны для болезненных состояний, но также могут наблюдаться в физиологических условиях.
Уровни физиологической регуляции
Многие регуляторные системы, которые действуют в клетках, органах и организме в целом, действуют на разных уровнях внутриклеточно, органически и системно. При внутриклеточной регуляции сенсор и эффектор находятся в одной и той же клетке. Когда лиганд связывается с белком, который имеет два сайта связывания, молекула-модулятор может изменять конфигурацию второго сайта связывания. Этот эффект известен как аллостерическая модуляция.
Местная (органная) регуляция встречается только в некоторых органах. Также называется местным гомеостатическим ответом. Она зависит от концентрации определенных продуктов метаболизма, от выделения локально действующих гормонов или гормоноподобных веществ, называемых паракринными гормонами.
Регуляция всего организма основана на рефлексах. Реакция осуществляется по механизму отрицательной обратной связи. Регуляторные реакции основаны на принципе рефлексии и делятся на три группы.
- Соматомоторные рефлексы – контролируется деятельность скелетных мышц. Благодаря этому механизму сохраняется осанка тела и некоторые защитные рефлексы.
- Вегетативные рефлексы – они контролируют постоянство показателей, характерных для внутренней среды организма. Регулирование осуществляется с помощью рецепторов, которые воспринимают изменение регулируемой величины. Такими рецепторами являются барорецепторы, хеморецепторы, осморецепторы и терморецепторы.
- Нейро-гуморальные рефлексы – регуляторная система также включает гормоны, которые влияют на деятельность целевых органов, взаимодействуя со специфическими рецепторами.
Гомеостаз в организме является необходимым условием клеточной жизни. Для его поддержания действуют специальные регулирующие механизмы, которые включаются, когда происходят отклонения в регулируемом параметре.
Источник
Восстановление гомеостатических резервных способностей организма для продления молодости с помощью методов Н.Л. Лоскутовой
Гомеостаз в биологии – это поддержание постоянства внутренней среды живого организма. Впервые мысль о саморегуляции, как основе физиологической стабильности живого организма, была сформулирована французским физиологом Клодом Бернаром в 1857 г.: «Постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни».
Постоянство качественного и количественного состава живой системы получило наименование гомеостаз (от греч. homoios- подобный, тот же самый; stasis- состояние постоянства). Гомеостаз свойственен живым организмам, биологическим сообществам и эко системам.
В физиологии под гомеостазом понимают внутренние механизмы регуляции оптимального уровня стабильного жизнеобеспечения и функционирования клеток, органов и систем целостного организма, а так же относительное динамическое постоянство и регуляции внутренней среды, обмена веществ, водно-электролитное и кислотно-щелочное равновесие, что является необходимым условием для устойчивого функционирования основных физиологических систем организма кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и пр.
Гомеостаз – это биодинамическая саморегуляция стабильности и постоянства внутренней среды организма. В нестабильной, меняющейся окружающей среде и изменяющихся условиях жизни, благодаря гомеостазу происходит согласованная работа всех клеток и функциональных систем организма человека путём включения регуляторных систем, обеспечивающих жизнь и выживание.
Регуляторные гомеостатические механизмы функционируют на клеточном, органном, организменном, психологическом и биоэнергетическом уровнях.
На примере работы клеток можно рассмотреть работу гомеостаза.
Любая клетка человеческого организма являет собой сложную биологическую систему, которой присуща саморегуляция, то есть собственный гомеостаз.
На данный момент считается, что гомеостаз клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с которыми связаны биоэнергетические процессы и биодинамика регулирования транспорта веществ в клетку и из неё. Известен факт, доказанный Брюсом Липтоном, что состояние клетки напрямую зависит от состояния окружающей среды. В клетке непрерывно идут процессы изменения и восстановления органоидов – веществ составляющих клетку. Такой процесс поддерживающий жизнедеятельность организма происходит постоянно, но он активизируется и особо интенсивен при различных нестабильных и раздражающих факторах окружающей среды (изменение температуры, гипоксия, недостаток питательных веществ и т.д.), а также при различных психоэмоциональных изменениях, физических и психоэмоциональных травмах.
Считается, что в основе реакций, осуществляемых в клетке на структурном уровне, лежат генетические механизмы гомеостаза. На уровне клетки у каждого человека происходит индивидуальный процесс восстановления ее мембран, компенсаторное увеличение ряда органоидов при необходимости повышения функции сопротивляемости или самовосстановления (увеличение количества митохондрий, рибосом).
Очень важная способность живого организма сохранять гомеостаз является важнейшим свойством практически любой живой системы, постоянно находящейся в состоянии развития, адаптации, динамической гармонии и равновесия с условиями внешней среды.
Каждый человек имеет индивидуальную способность к поддержанию гомеостаза, что и определяет индивидуальную защиту от колебаний внешних условий и раздражающих факторов окружающей среды.
Каждый человек имеет сложные нервные, эндокринные и иммунные механизмы регуляции, но у каждого человека складывается индивидуальная, своя собственная история создания или разрушения потенциала гомеостаза. Влияние среды на организм прямым или опосредованным образом способствует поддержанию гомеостатического баланса или его дисбалансу, что приводит к нарушению физического или психического состояния здоровья, а иногда и того и другого одновременно.
В системных механизмах гомеостаза действует кибернетический принцип отрицательной обратной связи: при любом возмущающем воздействии происходит включение нервных и эндокринных механизмов, которые между собой тесно взаимосвязаны. Кибернетика – наука, устанавливающая общие принципы управления саморегулирующимися системами. Живые организмы также являются саморегулирующимися системами, и поэтому к ним применимы все кибернетические понятия и принципы регуляции.
У человека нормализация гомеостаза и, вследствие этого, нормализация физиологических показателей осуществляется на основе свойства раздражимости и дополняется сложными поведенческими реакциями, включающими инстинкты, условно-рефлекторную и элементарную рассудочную деятельность.
Именно гомеостаз создаёт адаптивные возможности целостного организма для жизнедеятельности отдельных систем и структур, а состояние отдельных клеток, систем и структур напрямую влияет на состояние гомеостаза.
Гомеостаз – это объединение в целостную систему всех отдельно взятых систем самовосстановления и само регуляции, которые существуют и действуют на всех уровнях целостного организма – клетки, ткани, органы и 12 систем человеческого организма, от оптимального функционирования которых зависит гомеостаз и здоровая биодинамика всего организма, как единого целого.
Реакция организма на различные стрессовые воздействия внешней и внутренней среды, является гомеостатической реакцией, что приводит к само стабилизации, и таким образом создаёт индивидуальный гомеостатический потенциал, который является критерием контроля индивидуального резерва физического здоровья человека, а также психологического здоровья личности.
Считается, что гомеостатические резервные способности у человека врожденные и ему не нужно беспокоиться о том, как правильно поддерживать свой гомеостаз, так как все адаптационные системы организма прекрасно справляются с задачами самовосстановления без внешнего участия. Но приходит время и люди начинают задумываться о своём физическом, психологическом и энергетическом здоровье. Обычно это происходит к 30 – 40 годам, когда постепенно, вследствие разных причин у человека начинаются проблемы со здоровьем, что является показателем нарушения гомеостаза, потенциал которого ослабевает и уменьшается. Очень часто этот период начинается с быстрой утомляемости, нарушения сна, раздражительности, нетерпимости, уменьшения сопротивляемости организма к различным ОРЗ и ОРВИ. В дальнейшем развиваются депрессивные состояния, возможно появляются головные боли, мигрени или головокружения, нарушается артериальное давление, появляются болевые ощущения в теле, а далее развиваются серьёзные нарушения здоровья: апноэ, заболевания нервной системы, заболевания сердечно-сосудистой системы, заболевания мочеполовой и эндокринной систем, сахарный диабет, возникают проблемы с опорно-двигательным аппаратом – этот список можно продолжить…
В научных кругах называется много причин, вызывающих нарушения гомеостаза. Каждый специалист знает, что нарушение в одной системе приводит всегда к нарушению общего гомеостаза и биодинамики работы тела. И если процесс самовосстановления не запускается, то это верный показатель сбоя работы гомеостаза.
Подробнее об аппаратных исследованиях на эту тему можно почитать тут.
Источник
Гомеостазом называется процесс, самостоятельно протекающий в организме и направленный на стабилизацию состояния систем человека при изменении внутренних условий (изменение температуры, давления) или внешних (смена климата, часового пояса). Такое название было предложено американским физиологом Кенноном. Впоследствии гомеостазом стали называть способность любой системы (в том числе окружающей среды) к сохранению своего внутреннего постоянства.
…
Понятие и характеристики гомеостаза
Википедия характеризует этот термин, как стремление выживать, адаптироваться и развиваться. Для того чтобы гомеостаз был правильным, нужна слаженная работа всех органов и систем. В таком случае все параметры у человека будут в норме. Если в теле не регулируется какой-то параметр, это говорит о нарушениях гомеостаза.
Это интересно: немембранные органоиды клетки, их особенности.
Главные характеристики гомеостаза заключаются в следующем:
- анализ возможностей адаптации системы к новым условиям;
- стремление к сохранению баланса;
- невозможность заранее предсказать результаты регулирования показателей.
Обратная связь
Обратная связь — это собственно механизм действия гомеостаза. Таким образом тело реагирует на какие-либо изменения. Организм функционирует непрерывно на протяжении жизни человека. Однако отдельные системы должны иметь время на отдых и восстановление. В этот период работа отдельных органов замедляется или вовсе останавливается. Такой процесс называется обратной связью. Её примером является перерыв в работе желудка, когда пища в него не поступает. Такой перерыв в пищеварении обеспечивает остановка выработки кислоты за счёт действий гормонов и нервных импульсов.
Существует два типа этого механизма, которые будут описаны далее.
Это интересно: примером рационального природопользования является… что?
Отрицательная обратная связь
Такой тип механизма основан на том, что тело реагирует на изменения, стремясь направить их в противоположную сторону. То есть оно стремится снова к стабильности. Например, если в организме накапливается диоксид углерода, лёгкие начинают работать активнее, дыхание учащается, за счёт чего удаляются излишки углекислого газа. А также именно благодаря отрицательной обратной связи осуществляется терморегуляция, за счёт которой тело избегает перегревания или переохлаждения.
Положительная обратная связь
Такой механизм прямо противоположен предыдущему. В случае его действия изменение переменной только усиливается механизмом, что выводит организм из состояния равновесия. Это довольно редкий и менее желательный процесс. Его примером может выступать наличие электрического потенциала в нервах, который вместо уменьшения действия, приводит к его увеличению.
Однако благодаря такому механизму происходит развитие и переход к новым состояниям, а значит, он также является необходимым для жизнедеятельности.
Какие параметры регулирует гомеостаз
Несмотря на то что организм всё время пытается поддержать значения важных для жизни параметров, они не всегда стабильны. Температура тела всё равно будет изменяться в небольшом диапазоне так же как и частота сердечных сокращений или артериальное давление. Задачей гомеостаза является поддержание этого диапазона значений, а также помощь в функционировании организма.
Примерами гомеостаза является выведение отходов жизнедеятельности из тела человека, осуществляемое почками, потовыми железами, желудочно-кишечным трактом, а также зависимость метаболизма от режима питания. Немного подробнее о регулируемых параметрах будет рассказано далее.
Температура тела
Самый яркий и простой пример гомеостаза — это поддержание нормальной температуры тела. Перегрева организма можно избежать посредством потоотделения. Нормальной температурой является диапазон от 36 до 37 градусов Цельсия. Повышение этих значений может быть спровоцировано воспалительными процессами, нарушениями гормонального фона и метаболизма или какими-либо заболеваниями.
За контроль температура тела в организме отвечает часть мозга, называемая гипоталамусом. Туда поступают сигналы о сбое температурного режима, который также может выражаться в учащённом дыхании, увеличении количества сахара, нездоровом ускорении обмена веществ. Всё это приводит к вялости, снижению активности работы органов, после чего системы начинают принимать меры по регуляции температурных показателей. Простым примером терморегулирующей реакции организма является потоотделение.
Стоит заметить, что этот процесс также работает и при чрезмерном понижении температуры тела. Так организм может согреть сам себя за счёт расщепления жиров, при котором выделяется тепло.
Водно-солевой баланс
Вода необходима организму, и все это хорошо знают. Существует даже норма ежедневного употребления жидкости, в количестве 2 литров. На самом деле, каждому организму нужно своё количество воды, и у кого-то оно может превышать среднее значение, а у кого-то до него не дотягивать. Тем не менее, сколько бы воды ни выпил человек, организм не станет накапливать всю излишнюю жидкость. Вода сохранится на необходимом уровне, в то время как все излишки будут выведены из организма за счёт осморегуляции, осуществляемой почками.
Гомеостаз крови
Таким же образом регулируется и количество сахара, а именно глюкозы, которая является важным элементом крови. Человек не может быть полностью здоровым, если в уровень сахара далёк от нормы. Регулируется этот показатель функционированием поджелудочной железы и печени. В случае когда уровень глюкозы превышает норму — действует поджелудочная железа, в которой вырабатывается инсулин и глюкагон. Если количество сахара становится слишком низким, с помощью печени в него перерабатывается гликоген из крови.
Нормальное давление
Гомеостаз также отвечает и за нормальное давление крови в организме. Если оно нарушено, сигналы об этом будут поступать от сердца в мозг. Мозг реагирует на проблему и с помощью импульсов помогает сердцу снизить высокое давление.
Основные виды гомеостаза
Определение гомеостаза характеризует не только правильную работу систем одного организма, но и может относиться к целым популяциям. В зависимости от этого различают виды гомеостаза, описываемые далее.
Экологический гомеостаз
Такой вид присутствует в обеспеченном необходимыми условиями жизни сообществе. Оно зарождается путём действия механизма положительной обратной связи, когда начинающие населять какую-либо экосистему организмы быстро размножаются, увеличивая тем самым свою численность. Но такое стремительное заселение может привести к ещё более быстрому уничтожению нового вида в случае эпидемии или изменения условий на менее благоприятные. Поэтому организмам нужно адаптироваться и стабилизироваться, что происходит благодаря отрицательной обратной связи. Таким образом количество жителей уменьшается, но они становятся более приспособленными.
Биологический гомеостаз
Такой вид как раз характерен для отдельных особей, чей организм стремится к поддержанию внутреннего равновесия, в частности, путём регулирования состава и количества крови, межклеточного вещества и других жидкостей, необходимых для нормальной работы организма. При этом не всегда гомеостаз обязывает к сохранению параметров постоянными, иногда он достигается путём приспособления и адаптации организма к изменившимся условиям. По причине такого различия организмы делят на два вида:
- конформационные — это те, кто стремятся к сохранению значений (например, теплокровные животные, температура тела которых должна быть более или менее постоянной);
- регуляторные, которые приспосабливаются (холоднокровные, имеющие различную температуру в зависимости от условий).
При этом гомеостаз каждого из организмов направлен на то, чтобы компенсировать затраты. Если теплокровные животные не меняют образ жизни при понижении температуры окружающей среды, то холоднокровные становятся вялыми и пассивными, чтобы не тратить энергию.
Кроме того, в биологический гомеостаз входят следующие подвиды:
- клеточный гомеостаз направлен на изменение структуры цитоплазмы и активности ферментов, а также регенерацию тканей и органов;
- гомеостаз в организме обеспечивается путём регулирования показателей температуры, концентрации необходимых для жизни веществ, выведения отходов.
Другие виды
Помимо использования в биологии и медицине, этот термин нашёл применение и в других сферах.
- В страховых компаниях существует понятие рискового гомеостаза, при которых люди, застрахованные от несчастных случаев, более расслаблены, чем те, кто этого не сделал. Таким образом вторые более осторожны в своих действиях, и в меньшей степени попадают в ситуации, в которых могут оказаться более склонные к риску первые.
- В психологии применяется определение стрессового гомеостаза. Казалось бы, все стараются избегать стресса и конфликтных ситуаций, даже принимают специальные препараты, чтобы уменьшить его уровень в повседневной жизни. Но согласно понятию гомеостаза в социологии и психологии человек искусственно может вызвать опасную ситуацию, чтобы находиться на привычном уровне беспокойства.
Поддержание гомеостаза
Гомеостаз поддерживается благодаря наличию в организме так называемых датчиков, которые посылают в мозг импульсы, содержащие информацию о показателях давления и температуры тела, водно-солевом балансе, составе крови и других важных для нормальной жизни параметрах. Как только какие-то значения начинают отклоняться от нормы, в мозг поступает сигнал об этом, и организм начинает регулировать свои показатели.
Этот сложный механизм регулировки невероятно важен для жизни. Нормальное состояние человека поддерживается при правильном соотношении химических веществ и элементов в организме. Кислоты и щёлочи необходимы для стабильной работы пищеварительной системы и других органов.
Кальций — очень важный структурный материал, без нужного количества которого у человека не будет здоровых костей и зубов. Кислород незаменим для дыхания.
Нарушить слаженную работу организма могут попадающие в него токсины. Но чтобы здоровью не был нанесён вред, они выводятся благодаря работе мочевыделительной системы.
Гомеостаз работает без каких-либо усилий со стороны человека. Если организм здоров, тело будет само регулировать все процессы. Если людям жарко, сосуды расширяются, что выражается в покраснении кожи. Если холодно — появляется дрожь. Благодаря таким откликам организма на раздражители, здоровье человека поддерживается на нужном уровне. Гомеостаз вы найдете ответ по ссылке.
Источник