Гомеостаз. Генетичний, структурний та функціональний гомеостаз в онтогенезі
ГОМЕОСТАЗ - властивість живого організму зберігати відносну динамічну сталість внутрішнього середовища. Гомеостаз виявляється у відносній сталості хімічного складу, осмотичному тиску, стійкості основних фізіологічних функцій. Гомеостаз специфічний та зумовлений генотипом.
Живий організм - відкрита система, що має зв'язок із навколишнім середовищем за допомогою нервової, травної, дихальної, видільної систем та ін.
У процесі обміну речовин з їжею, водою, при газообміні в організм надходять різноманітні хімічні сполуки, які в організмі зазнають змін, входять до структури організму, але не залишаються постійно. Засвоєні речовини розпадаються, виділяють енергію, продукти розпаду видаляються у довкілля. Зруйнована молекула замінюється на нову і т.д.
Цілісність структури поліпептидів клітинами не порушується. Т.ч., організм – відкрита, динамічна система. В умовах безперервно змінного середовища організм підтримує стійкий стан протягом певного часу.
Явище гомеостазу є еволюційно вироблене спадково-закріплене адаптаційне властивість організму до нормальним умовам довкілля. Однак ці умови можуть короткочасно чи довго виходити за межі норми. У таких випадках явища адаптації характеризуються не тільки відновленням звичайних властивостей внутрішнього середовища, а й короткочасними змінами функції (наприклад, почастішання ритму серцевої діяльності та збільшення частоти дихальних рухів при посиленій м'язовій роботі). Реакції гомеостазу можуть бути спрямовані на
1) підтримання відомих рівнів стаціонарного стану,
2) усунення чи обмеження дії шкідливих факторів,
3) вироблення чи збереження оптимальних формвзаємодії організму і середовища в умовах його існування, що змінилися. Всі ці процеси визначають адаптацію.
Тому поняття гомеостазу означає не тільки відоме сталість різних фізіологічних констант організму, а й включає процеси адаптації та координації фізіологічних процесів, що забезпечують єдність організму не тільки в нормі, але й за умов його існування, що змінюються.
Основні компоненти гомеостазу можна розділити на 3 групи:
А. МАТЕРІАЛИ, ЩО ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ КЛІТИННІ ПОТРЕБИ:
1. Речовини, необхідні для утворення енергії, для зростання та відновлення – глюкоза, білки, жири.
3. NaCl, Ca та інші неорганічні речовини.
5. Внутрішня секреція.
Б. НАВКОЛИШНІ ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА КЛІТИНУ АКТИВНІСТЬ:
1. Осмотичний тиск.
3. Концентрація водневих іонів (рН).
В. МЕХАНІЗМИ, ЩО ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ СТРУКТУРНЕ І ФУНКЦІОНАЛЬНЕ
3. Імунобіологічна реактивність.
Т.ч., на дію зовнішніх факторів регуляторні механізми підтримують відносну сталість внутрішнього середовища.
Регуляторні гомеостатичні механізми функціонують на клітинному, органному, організмовому та надорганізмовому рівнях.
Генетичні механізми гомеостазу- самовідтворення, засноване на редуплікації ДНК за принципом комплементарності. У разі порушення структури молекул ДНК відновлення геному, виправлення ушкодження здійснюється за допомогою репарації. При порушенні репарації відбувається порушення гомеостатичних реакцій.
Гомеостаз клітинного середовища забезпечується мембранними системами, з якими пов'язані біоенергетичні процеси та регулювання транспорту речовин у клітину та з неї. У клітині безперервно йдуть процеси змінивідновлення органоїдів, особливо при пошкоджуючих факторах (фізичне навантаження тягне за собою збільшення кількості мітохондрій, збільшення серцевих скорочень, гіпертрофію міокарда тощо).
Прикладами клітинних механізмів гомеостазу є репарація тканин та органів та її види (внутрішньоклітинна, клітинна, клітинна та внутрішньоклітинна). Класифікація тканин за здатністю до репарації:
- репаративна регенерація та способи її здійснення (епіморфоз, морфолаксис, ендоморфоз, регенераційна гіпертрофія, регенераційна індукція).
Репаративна регенерація у людини: внутрішньоклітинна, регенераційна гіпертрофія, повна регенерація.
Системні механізми забезпечуються взаємодією регуляторних систем: нервової, ендокринної та імунної.
Фізіологічні механізми гомеостазузасновані на поняттях кібернетики: живий організм - складна, керована система, в якій відбувається взаємодія багатьох змінних як зовнішнього, так і внутрішнього середовища. Вхідні змінний у системі по-різному змінюються і перетворюються на вихідні змінні. Вихідні змінні залежать від вхідних та від функцій (закону поведінки) системи. Цей процес здійснюється за допомогою механізму зворотного зв'язку. У біологічних системах вхідні елементи: їжа, вода, больовий чи інший подразники; вихідні - речовини, що виділяються, ефект дії органу, реакція. Зворотний зв'язок означає вплив вихідного сигналу на частину системи, що управляє. Негативний зворотний зв'язок зменшує вплив вхідного на величину вихідного сигналу, а позитивна - збільшує. Негативний зворотний зв'язок сприяє відновленню вихідного стану організму, при позитивній зміні порушеного показника прогресує, нормалізація не відбувається і функція відхиляєтьсявід вихідного стану, що спричиняє порушення гомеостазу. (РН крові 7, 32-7, 45). Зрушення на 0, 1 призводить до порушення серцевої діяльності.
Прикладами системних проявів гомеостазу може бути: збереження сталості температури, артеріального тиску. Елементарні та системні прояви гомеостазу можна розглядати як норму реакції на зміну умов середовища.
Живий організм є прикладом ультрастабільної системи, що виражається в утриманні змінних показників організму у фізіологічних межах незважаючи на зміну умов існування. Це
У складному багатоклітинному організміяк прямі, і зворотні зв'язку здійснюються як нервовими, а й гормональними (ендокринними) механізмами. Кожна із залоз, що входить до ендокринної системи, впливає на інші органи цієї системи і в свою чергу зазнає впливу з боку останніх. Основний принцип гомеостазу в ендокринній системі може бути сформульований як збереження рівноваги між напругою секреторної активності цієї залози та концентрації її гормону, що знаходиться у циркуляції. Так, наприклад, коли кількість гормонів щитовидної залози підвищується понад норму, функціональна активність самої залози послаблюється, і навпаки.
Ендокринні залози можна розділити на дві групи по відношенню їх до передньої частки гіпофіза. Остання вважається центральною, а інші ендокринні залози – периферичні. Цей поділ полягає в тому, що передня частка гіпофіза продукує так звані тропні гормони, які активують деякі периферичні ендокринні залози. У свою чергу гормони периферичних ендокринних залоз діють на передню частку гіпофіза, пригнічуючи секрецію тропних гормонів.
Реакції, що забезпечують гомеостаз, не можутьобмежуватися якоюсь однією ендокринною залозою, а захоплюють у тому чи іншою мірою всі залози. Реакція, що виникає, набуває ланцюгового перебігу і поширюється на інші ефектори. Фізіологічне значення гормонів полягає у регуляції інших функцій організму, а тому ланцюговий характер має бути виражений максимально.
Постійні порушення середовища організму сприяють збереженню її гомеостазу протягом тривалого життя. Якщо створити такі умови життя, за яких ніщо не викликає суттєвих зрушень внутрішнього середовища, то організм виявиться повністю беззбройним при зустрічі з навколишнім середовищем і незабаром гине.
Ендокринні механізми гомеостазуза Б. М. Заводовським - механізм плюс-мінус взаємодії, тобто. врівноваження функціональної активності залози з концентрацією гормону При високій концентрації гормону (вище за норму) діяльність залози послаблюється і навпаки. Такий вплив здійснюється шляхом дії гормону на продукує його залозу. У ряду залоз регуляція встановлюється через гіпоталамус та передню частку гіпофіза, особливо при стрес-реакції.
Об'єднання у гіпоталамусі нервових та ендокринних механізмів регуляції дозволяє здійснювати складні гомеостатичні реакції, пов'язані з регуляцією вісцеральної функції організму. Управління такими функціями забезпечується гормонами.
Окремі групи нейросекреторних клітин продукують гормони, які безпосередньо впливають на певні органи.
У свою чергу гіпофіз перебуває під контролем гіпоталомічної області, де виділяються особливі фактори, що активують гіпофіз.
Усі життєві процеси організму підпорядковані суворої ритмічності: добової, місячної, річної тощо. Встановлено, що проблеми впливу геофізичних факторів на процеси адаптації людинитісно стикаються з проблемами біоритмології. Головна ознака ритмічних процесів – їх повторність. Під ритмами розуміють періодично повторювані явища природи (А. М. Емме, 1967). Ритми, що реєструються в живому світі, називаються біологічними. Їх можна охарактеризувати, як регуляторні кількісні та пов'язані з ними якісні зміни деяких особливостей біологічних процесів, що відбуваються на різних рівнях організації живого: клітинному, тканинному, організмовому та популяційному.
Ритм нервової системи визначає ритм збудження та гальмування, зокрема, фундаментальний ритм вищих організмів – сну та неспання, який забезпечує функцію всіх систем організму. Піддається періодизації електролітичний і гормональний склад внутрішнього середовища. Ендокринні залози мають добову ритмічну діяльність і водночас визначають ритми деяких функцій організму. Всім клітинам організму властивий самостійний добовий ритм, який залежить від гормонів.
Біологічні ритми, що збігаються за тривалістю з відповідними геофізичними циклами, називають "екологічними" або "адаптаційними". Це багаторічні, річні, сезонні, місячні, припливно-відливні та добові зміни життєдіяльності.
За ступенем залежно від зовнішніх умов біологічні ритми поділяють на екзогенні та ендогенні. Екзогенні ритми залежать від ритміки геофізичних та космічних факторів (фотоперіодизація температури, атмосферного тиску, гравітації тощо). Ендогенні ритми відбуваються за постійних зовнішніх умов. Найчастіше – це добові ритми життєвих функцій організму (мітотичний поділ клітин, секреція гормонів тощо).
Аналіз хронобіологічних закономірностей у загальнобіологічному еволюційному плані сприяє глибокомувивченню біологічних механізмів гомеостазу людини та цілеспрямованому використанню ефективних засобів, що підвищують стійкість до екстремальних факторів.
Отже, гомеостаз - велика проблема сучасної біології та медицини тому, що явище гомеостазу означає не тільки збереження сталості або оптимальне відновлення та пристосування організму в онтогенезі до умов навколишнього середовища. З механізмами гомеостазу в онтогенезі до умов довкілля. З механізмами гомеостазу в онтогенезі пов'язана якісна зміна властивостей організму та його реактивність. Сама хвороба за своєю біологічною сутністю також є проблемою гомеостазу, порушення його механізмів і шляхів відновлення. На основі закономірностей гомеостазу проводиться розробка ефективних методів гігієни та раціональної терапії. Вирішення багатьох питань цієї проблеми – справа майбутнього.