Механізми регулювання фізіологічних функцій. Гомеостаз

Допущено
Всеросійським навчально-методичним центром
за безперервною медичною та фармацевтичною освітою
Міністерства охорони здоров'я Російської Федерації
як підручник для студентів медичних інститутів

Основна мета, що проходить через усі глави читаного тобою, колега, підручника – формування уявлення про хворобу як про порушення гомеостазу.

Здатність організму, попри досить часті патогенні на організм несприятливих шкідливих чинників, підтримувати стійкий стан здоров'я, відома з давніх часів. Ще Гіппократ знав, що хвороби можуть одужувати природними силами природи "vis medicas nature". Тепер це явище природи живих організмів позначають як гомеостаз. Таким чином, термін гомеостаз у загальній формі означає стійкість організму до шкідливих впливів середовища.

Реакції, які забезпечують гомеостаз, спрямовані підтримку стійкого (постійного) нерівноважного стану внутрішнього середовища, тобто. відомих рівнів стану шляхом координації комплексних процесів для усунення або обмеження дії шкідливих факторів, на вироблення чи збереження оптимальних форм взаємодії організму та середовища.

29.1. Реактивність

Зміни реактивності спрямовані протидія шкідливим впливом середовища проживання і мають, переважно, захисний (пристосувальний), тобто. адаптивний характер. Гомеостаз у своїй зберігається новому рівні вираженості механізмів стійкості.

Отже, термін реактивність у формі позначає механізм стійкості (резистентності) організму до шкідливим впливам середовища, тобто. механізм підтримання гомеостазу.

Загальною формою реактивності є біологічна (видова) реактивність. Вона, у свою чергу, поділяється на групову та індивідуальну реактивність.

Біологічна реактивність - Зміни життєдіяльності захисно-пристосувального характеру, які виникають під впливом звичайних (адекватних) для кожного виду тварин подразнень навколишнього середовища. Вона генетично закріплена і спрямована на збереження як виду (людина, птаха, риби) в цілому, так і кожної особини окремо. Ч.Дарвін: "Еволюційний механізм мінливості цілеспрямований (телеологічний) на збільшення виживання".

Приклади: складнорефлекторна діяльність бджіл, сезонні міграції птахів, риб, сезонні зміни життєдіяльності тварин (спячка ховрахів, ведмедів тощо).

Даючи характеристику основ вчення про гомеостазі, великий вітчизняний патофізіолог І.Д.Горизонтов писав: "Явлення гомеостазу по суті є еволюційно вироблене, спадково закріплене адаптаційний пристрій організму до звичайних умов навколишнього середовища".

Змінена реактивність виникає при вплив на організм хвороботворних факторів середовища. Вона, загалом, характеризується:

1. зниженням пристосувальних реакцій;
2. але в той же час при хворобі має місце і посилення низки реакцій для захисту організму від даного шкідливого фактора та від наслідків спричиненого ним ушкодження (лихоманка, потовиділення, підвищення артеріального тиску, вироблення антитіл, запалення та ін.).

Як же з точки зору вчення про гомеостаз повинен поводитися організм у випадках впливу факторів навколишнього середовища, що виходять за межі "норми", тобто шкідливих? Відновлення звичайних властивостей внутрішнього середовища є результатом посилення функціональної активності або короткочасної (тахікардія, тахіпное, потовиділення) або тривалої, наприклад, вікарне посилення активності потових залоз при недостатності нирок; (лихоманка, вироблення Т-лімфоцитів-кілерів); водночас хвороботворний початок може порушити узгодженість роботи механізмів підтримки сталості внутрішнього середовища, що супроводжуватиметься зниженням пристосувальних реакцій організму.

Підсумовуємо наші роздуми: гомеостаз – ширше поняття, ніж реактивність. Різні види реактивності – це механізм гомеостазу. Звідси випливає принциповий висновок: гомеостаз означає як збереження сталості чи оптимальне відновлення і пристосування до умов довкілля. Сама хвороба за своєю біологічною сутністю також є проблемою гомеостазу, порушення його механізмів і шляхів відновлення. Хвороба – це порушений гомеостаз.

Отже, розділ "реактивність" доцільно вивчати та знати з позиції гомеостазу. Про реактивність ви прочитаєте в підручнику А.Д.Адо та співавторів, а я розповім вам далі про гомеостаз. Разом з тим, ви повинні чітко уявляти, що різні види реактивності можуть підтримувати гомеостаз до певних меж і складають предмет традиційної медицини, що вивчається. У змінених умовах середовища фізіологічні механізми гомеостазу не справляються, виникають екологічні хвороби (рак, алергія, спадкові патології), загроза може бути попереджена лише з позицій екологічної медицини. Мета її – ідентифікація шкідливого фактора навколишнього середовища, розробка заходів профілактики та лікування його несприятливого впливу на рівні популяції.

29.2. Гомеостаз, його механізм та значення. Історичні основи вчення про гомеостаз

Майже 100 років тому видатний французький вчений Клод Бернар вперше поставив питання про значення гомеостазу (хоча сам термін було запроваджено пізніше американським ученим У.Кенноном). Будучи непримиренним противником віталізму (духовного першоштовху в походження життя), Бернар дотримувався матеріалістичних поглядів. На його думку, всі прояви життя обумовлені конфліктом між попередніми силами організму (конституцією) та впливом довкілля.

Може бути, в цьому ж криється і вічність проблеми "батьків і дітей", конфлікт між поглядами, традиціями 25-35 річної давності (молодість батьків) та новими поглядами, які диктуються поточним життям, які легко вбираються юнаком і критично сприймаються батьками?

Повертаючись до концепції Бернара. Сам конфлікт між конституцією та середовищем виявляється у вигляді феноменів двох видів: синтезу та розпаду. На основі цих двох протилежних процесів і створюється пристосування організмів до умов середовища або адаптація, яка є гармонійним зв'язком між організмом і середовищем.

29.2.1. Форми життя за К.Бернаром

К.Бернар вважав, що вплив довкілля призвело до утворення 3-х форм життя:

1. Латентною – життя зовні не проявляється, повне придушення обміну речовин (цисти у глистів, суперечки у рослин, сухі дріжджі);
2. Осцилюючий - залежить від навколишнього середовища. Це властиво безхребетних і холоднокровних хребетних (жаб, змій), деяких видів теплокровних, що впадають у стан глибокого сну. У цей час вони мало чутливі до кисневого голодування, травми, дії інфекції. Нині штучне охолодження викликають і в людини під час виробництва складних операцій на серці. Обов'язковою умовою сприятливого виходу з глибокого сну є попереднє накопичення в організмі поживних речовин;
3. Постійне чи вільне життя - така форма життя характерна для тварин з високою організацією, життя яких не припиняється навіть за різких змін умов навколишнього середовища. Тому ці форми життя еволюційно прогресивніші, і стали панівними Землі.

29.2.1.1. Два середовища організму

Органи і тканини функціонують приблизно тим самим чином, без значної зміни рівня їх активності. Відбувається це завдяки тому, що внутрішнє середовище (кров, лімфа, міжклітинна рідина), що оточує органи та тканини, не змінюється.

К.Бернар писав, що у організмі створюється власна незмінна середовище, попри мінливі умови довкілля. В результаті організм живе як би в теплиці, залишаючись вільним та незалежним.

Таким чином, у кожної високоорганізованої тварини є два середовища: зовнішнє (екологічні взаємодії), в якому знаходиться організм, і внутрішнє, в якому живуть елементи тканин. Резюмуючи, можна сказати, що гомеостаз, тобто. сталість внутрішнього середовища, є умовою вільного та незалежного життя.

29.2.1.2. Значення резервів в організмі для гомеостазу

Живлення фізіологічних механізмів гомеостазу не є прямим, а здійснюється шляхом витрачання резервів. Можна сказати, що ми їмо не те, що прийняли щойно, а те, що з'їли перед цим (вчора). Отже, їжа, що приймається, повинна асимілюватися, а потім вже організм її витрачає. Значення резервів для гомеостазу пізніше було показано у працях Кеннона. В організмі є резерви вуглеводів (глікоген), жирів. Енергія запасається як АТФ, ГТФ. Значення цих резервів енергії надзвичайно високе, т.к. стійка нерівновага як унікальна ознака біологічної системи можлива лише за умови постійних енергетичних витрат.

Підбиваючи підсумки роботи, К.Бернар писав, що у латентному житті істота цілком підпорядкована впливу довкілля. У осцилюючій – воно періодично залежить від навколишнього середовища. У постійному житті істота здається вільною і її прояви утворюються і спрямовуються внутрішніми життєвими процесами. Однак, це поняття не адекватне незалежному "життєвому початку", до якого вдаються віталісти для пояснення суті життя.

29.3. Подальший розвиток вчення про гомеостаз

К.Бернар особливо наголошував, що незалежність проявів внутрішнього життя є ілюзорною. Навпаки, у механізмах постійного чи вільного життя взаємовідносини внутрішнього та зовнішнього середовища є найбільш тісними та найбільш очевидними.

У той же час К.Бернар, спираючись на своє вчення про сталість реакцій організму, вважав, що він набуває незалежності від зовнішніх мінливостей і не визнав вчення Ч.Дарвіна. Відомо, що великий англієць на чолі свого вчення ставив вплив довкілля на організм. Змінені організми, що набули більш досконалих механізмів пристосовності, виживали, адаптувалися. Інші – безжально знищувалися природою. Примирив ці два протилежні погляди американський фізіолог Кеннон.

Кеннон Вільямс (1871-1945) - видатний фізіолог нашого століття, засновник вчення про гомеостаз як саморегуляцію сталості внутрішнього середовища організму. Вплив цього вчення не обмежився фізіологією і став основним для медицини. Значимість вчення про гомеостаз для патофізіології, що вивчає теоретичні основи хвороби, робить необхідним докладніше зупинитися на цій важливій віху розвитку медичної науки. "Диво біології - дивовижна здатність живого організму зберігати сталість своїх реакцій. І це всупереч неміцності компонентів, що його складають".

Як же Кеннону вдалося поєднати експериментальний та еволюційний способи мислення? Це вдалося зробити, виходячи з позицій телеологічності - доцільності всього живого. Їм висунуто ідея у тому, що збереження сталості внутрішнього середовища робить організм більш стійким до змін довкілля, тобто. зберігає виживання організму. Простіше кажучи, еволюційно набута властивість гомеостазу вищих організмів дозволяє їм швидше пристосовуватися до змін зовнішнього середовища.

Організм в цілому Кеннон розглядає як активну систему, що саморегулюється. Головним об'єктом саморегуляції є внутрішнє середовище – кров, лімфа, міжклітинна рідина.

Основний механізм гомеостазу – реактивність. Головним мотором Кеннон вважав симпато-адреналову систему. У результаті історичного пізнання природи організму нервовий і гуморальний чинники перетворилися на об'єкти спеціального аналізу. Феномени, нероздільні у живому організмі, виявилися штучно розмежованими.

29.4. Регулююча роль нервової та ендокринної (САС, ОАС) систем у підтримці сталості внутрішнього середовища, тобто. гомеостазу

Кеннон у книзі " Мудрість тіла " розбирав роль симпатичної нервової системи у гомеостазі. Він розглядав симпатичний відділ нервової системи як головний фактор термінової мобілізації захисних сил організму для відновлення порушеної рівноваги. Можна взагалі сказати, що швидкість реакції (сек) для екстреної перебудови забезпечується саме нервовою системою.

Л.А.Орбелі, наш видатний фізіолог, встановив адаптаційно-трофічну роль нервової системи, сутність якої полягає в тому, що симпатична нервова система змінює функціональну готовність органів відповідно до умов існування організму. Наприклад, подразнення симпатичної нервової системи відновлює працездатність стомленої скелетної мускулатури. Фактично їм закладено основи вчення про допінг. Велика роль у своїй належить ретикулярної формації (сетевидному освіті) стовбура мозку - центральному відділу САС.

Гормональні впливи розраховані більш тривалий час перебудови організму (хвилини, годинник). Кеннон поєднав "симпатичне" та "адреналове" дефісом, покликаним відобразити поняття системного єдиного характеру функціонування особливого, цілісного механізму - САС, призначення якої - забезпечити гомеостаз.

Подальший розвиток уявлень про виникнення хвороби як патології регуляторних систем організму пов'язаний з ім'ям канадського фізіолога Ганса Сельє, директора інституту експериментальної хірургії та медицини в Монреалі, автора одного з найбільших відкриттів біології XX століття – явища стресу.

Розвиток медицини XIX пеку призвело до уявлення про те, що кожне захворювання повинно мати свою причину.

Наприклад, характерний синдром кору чи дифтерії може бути зумовлений лише специфічним організмом (мікроорганізмом). Але специфічних ознак, якими ставлять діагноз, так мало.

На відміну від цього, Г.Сельє сформував поняття про "синдром захворювання взагалі". На думку про це він прийшов ще у студентські роки. Значно пізніше він вкладав у це поняття неспецифічність одноманітної реакції системи гіпоталамус-гіпофнз-кора надниркових залоз, що відзначається при дії будь-якого агента, що ушкоджує.

Ця реакція була названа "загальним адаптаційним синдромом" (ОАС), спрямованим на підтримку гомеостазу організму. Ось як описує Г.Сельє свої уявлення про ОАС: "Людина повинна була усвідомити, що у всіх випадках, коли вона стикалася з тривалим або незвично важким завданням - чи то плавання в холодній воді, чи піднімання важкого каміння, чи голодування - він проходить через 3 стадії : спочатку він відчуває труднощі, потім звикає до неї, і нарешті, не може більше з нею впоратися, він не думає про це, як про загальний закон, що регулює поведінку тварин істот в особливо напружених умовах. думати про такі концепції, як гомеостаз (підтримка сталості внутрішнього середовища) чи біологічний стрес".

Г.Сельє було показано, що на різні агенти: хірургічна травма, опік, біль, приниження, інтоксикація, обставини життя ділової людини, спортсмена та багато інших, організм відповідає стереотипній формі біохімічних, функціональних та структурних змін. Для стресорної реакції несуттєво, викликана вона приємним чи неприємним агентом. Основним тут є інтенсивність вимоги для організму, що створить стрес-агент.

Механізм цієї неспецифічної реакції заснований на збудженні системи гіпоталамус-гііофіз-кора надниркових залоз та САС. Виникаючі нейроендокринні імпульси сприяють запуску захисних сил організму. Це сприяє різкому підвищенню гомеостатичних можливостей організму. Багаторічні дослідження Г.Сельє показали, що за будь-якого захворювання специфічні його прояви накладаються на неспецифічні реакції, зумовлені системою гіпоталамус-гіпофіз-кора надниркових залоз. Цим викликано широке використання стероїдів у медичній практиці.

29.5. Роль біомембран у механізмах підтримки гомеостазу

В.Кеннон та К.Бернар основою внутрішнього середовища вважали рідку частину організму, до складу якої входить кров, лімфа, міжтканинна рідина. Однак кров не приходить у безпосередній зіткнення з клітинами тканини. Як вперше показано вітчизняною дослідницею Л.С.Штерн, між кров'ю та тканиною знаходяться так звані гісто-гематичні бар'єри, основу яких складають біологічні мембрани (ГЕБ, гемато-офтальмічний, плацентарний та ін бар'єри).

Крім розділової, є ще одна важлива функція мембран в гомеостазі - це рецепторна функція клітинних мембран. Вона грає вирішальну роль здійсненні зворотний зв'язок. Зворотний зв'язок означає вплив вихідного сигналу на вхід - частина системи, що управляє. Негативний зворотний зв'язок призводить до зменшення впливу вхідного на величину вихідного сигналу. Наприклад, збільшення в крові концентрації гормонів щитовидної залози Т 3 , Т 4 призводить до зниження рівня гіпоталамусу соматостатину і пригнічення вироблення в гіпофізі тиреотропного гормону.

Позитивний зворотний зв'язок призводить до збільшення дії вихідного сигналу. Наприклад, перехід гострого запалення в хронічне виникає при зміні конформації та антигенних властивостей власних білків – утворення аутоантигенів. Останні викликають посилення утворення аутоантитіл, а імунний конфлікт підтримує запальну реакцію. Якщо негативний зворотний зв'язок зазвичай сприяє відновленню вихідного стану, то позитивна частіше відводить її від цього стану. Внаслідок цього не відбувається корекції, що може спричинити виникнення "порочного кола", добре відомого патофізіологам і клініцистам (приклад патогенезу хронічного запалення, аутоалергі).

29.6. Гомеостаз та норма

В одній зі своїх перших робіт з гомеостазу Кеннон нагадує, що тварини є відкритими системами, що мають безліч зв'язків з навколишнім середовищем. Ці зв'язки здійснюються за допомогою дихального та травного трактів, поверхню шкіри, рецепторів, нервово-м'язових органів та кісткових важелів. Зміни довкілля прямо чи опосередковано впливають на зазначені системи. Однак, ці впливи зазвичай не супроводжуються великими відхиленнями від норми і не викликають серйозних порушень у фізіологічних процесах завдяки тому, що автоматичне регулювання обмежує коливання, що виникають в організмі, в зазначених межах "норми".

З погляду гомеостазу дано найбільш ємне визначення "норми". Норма - це умовне позначення стійкої нерівноваги організму, окремих його органів та тканин у зовнішньому середовищі. Очевидно, що це визначення враховує індивідуальні особливості. Наприклад, стійкий стан може бути при систолічному артеріальному тиску дорівнює 120 мм рт.ст. (Для одного індивідуума це норма) і при АТ 140 (для іншого - це теж норма). Можна використовувати аналогію з вітрилом і кермом корабля. Чи є для них нормальне становище? Ні, т.к. норма - це зміна, що забезпечує рух даного корабля. Наприклад, реакції імунної системи під впливом вітру антигенних впливів (Р.В.Петрова).

Цю відносну сталість можна було б позначити терміном врівноваження, що використовується в описі простих фізико-хімічних процесів. Однак, у складно влаштованому живому організмі, крім процесів врівноважування, зазвичай включається взаємодія, інтегративна кооперація цілого ряду органів і систем. Так, наприклад, коли створюються умови, що змінюють склад крові або викликають порушення дихальних функцій (геморагія, пневмонія), швидко реагують мозок, нерви, серце, нирки, легені, селезінка і т.к. Для позначення таких явищ термін "урівноваження" недостатній, т.к. він не включає складний та специфічний процес координації. Для його якнайшвидшого та стійкого становища обов'язково наявність контррегуляторних систем, мета яких – загальна стійкість внутрішнього середовища.

Саме для цих станів та процесів, що забезпечують стійкість організму, Кеннон і запропонував термін гомеостаз. Слово "гомео" вказує не на фіксовану тотожність "теж саме", а на подібність, подібність.

Таким чином, гомеостаз не означає простої сталості фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища. Цей термін включає і фізіологічні механізми, що забезпечують стійкість живих істот (тобто. процеси реактивності). Гомеостаз – це активна саморегуляція сталості внутрішнього середовища.

29.7. Гомеостаз та адаптація

Фактично, з урахуванням гомеостазу базується явище адаптації. Тобто. організм пристосовується (адаптується) до умов навколишнього середовища, що змінюються, використовуючи ті чи інші механізми гомеостазу.

Компенсація – прихована патологія, що виявляється функціональним навантаженням (порок аортального клапана компенсується гіпертрофією міокарда. Клінічні його прояви виявляються підвищеним фізичним навантаженням).

29.7.1. Види адаптації

Розрізняють адаптацію короткочасну та тривалу:

1. При короткочасному виході межі норми при вплив умов довкілля організм відповідає короткочасним зміною функціональної активності (біг викликає тахікардію і тахипное);
2. При тривалому або повторному впливі можуть виникати стійкіші навіть структурні зміни:
   1. підвищене фізичне навантаження та обсяг мускулатури, гіпертрофія вагітної матки, структури кісткової тканини при неправильному прикусі;
   2. при пошкодженні якогось органу відбувається включення механізмів компенсації. Наприклад, вікарне (замісне, компенсаторне) підключення інших систем організму: крововтрата викликає тахікардію, тахіпное, вихід крові з депо, посилення кровотворення).

У медичній практиці під адаптацією мають на увазі саме ту форму пристосування, яка створиться в незвичайних умовах існування організму. Слід ще раз наголосити, що будь-який вид адаптації створиться на основі вже існуючих механізмів гомеостазу.

29.8. Рівні регуляції гомеостазу

Організм з погляду гомеостазу є саморегулюючою системою. Розрізняють 3 рівні регулювання:

1. Нижчий, визначає сталість фізіологічних констант і має автономність (підтримання pH, Р осм).
2. Середній визначає пристосувальні реакції при зміні внутрішнього середовища організму. Регулюється нейро-ендокринною системою.
3. Вищий, визначає пристосувальні реакції, свідоме поведінка при змінах довкілля. За сигналами зовнішнього світу змінюються вегетативні функції та свідома поведінка організму. Регулюється ЦНС та її зовнішнім відділом – корою великих півкуль.

І.П.Павлов писав: "Великі півкулі - орган живого організму, який спеціалізований на те, щоб постійно здійснювати все більш і більш досконале врівноваження організму із зовнішнім середовищем".

Кора великих півкуль - еволюційно наймолодший, але в той же час найскладніший орган регуляції. Це в жодному разі не означає, що кора головного мозку постійно втручається у всі процеси організму. Її мета, її завдання - підтримка зв'язку організму із зовнішнім середовищем, головним чином, соціальних відносин. Це забезпечує вищим тваринам лідируючу позицію у тваринному світі.

Великою нагородою вітчизняного фізіолога І.П.Павлова є розробка методів вивчення вільної поведінки, інтелектуальної сфери організму. Їм було обґрунтовано використання для цієї мети методу умовних рефлексів та показано, що свідома діяльність кори великих півкуль багато в чому побудована на принципі адаптивних умовних рефлексів. І.П.Павловим було проведено перетворення поняття про рефлекс від істинного, автоматичного, що лежить в основі гомеостазу, до рефлексу умовного, що визначає механізми "життєвих зустрічей організму з середовищем", основи соціального гомеостазу.

Надзвичайно важливо розуміти, що еволюція тварин диктується не тільки прагненням утримати стійкість нерівноважного стану за рахунок гомеостазу з істинними, автоматичними рефлексами, вона безперервно пов'язана з активністю вільної поведінки (негомеостатична вища нервова діяльність з умовними рефлексами), що підтримує це нерівноважний.

Гомеостаз, підтримуваний автоматично з допомогою діяльності САС, відкриває простір для вищих форм нервової діяльності, вивільняючи при цьому кору мозку. Тобто. Кеннон показав, що гомеостатичні механізми існують автономно, незалежно від контролю свідомості, зберігаючи його вільним інтелектуальної діяльності. Таким чином, звільняючи свідомість від регуляції тілесних процесів, ми, за допомогою кори головного мозку, встановлюємо інтелектуальне ставлення до навколишнього світу, аналізуємо досвід, займаємося наукою, технікою та мистецтвом, спілкуємося з друзями, виховуємо дітей, висловлюємо симпатії тощо. - Словом, ведемо себе як людські істоти - писав Кеннон.

Щодо цього, тіло, на думку Кеннона, виявляється "мудрим" (назва книги), оскільки воно щомиті зберігає стійкість великого організму без втручання розуму, відкриваючи простори для вільної поведінки.

Укладаючи тему ролі гомеостазу у вивченні фізіології хворого організму, хочу сказати, що основним напрямом вашого навчання на клінічних кафедрах старших курсів та майбутньої лікарської діяльності має стати свідоме відновлення здатності організму хворого до самостійної підтримки гомеостазу в умовах екологічно безпечного середовища.

Внутрішнє середовище організму- Сукупність рідин організму, що знаходяться всередині нього, як правило, в певних резервуарах і природних умовах і ніколи не стикаються із зовнішнім навколишнім середовищем. Термін запропонований франц.фізіологом Клод Бернаром.
Клітини можуть функціонувати тільки в рідкому середовищі. Кров, тканинна рідина та лімфа утворюють внутрішнє середовище організму. Основою внутрішнього середовища організму є кров, яка доставляє клітинам кисень, поживні речовини та видаляється продукти обміну. Однак кров безпосередньо не стикається з клітинами організму. У тканинах частина плазми крові залишає кровоносні капіляри та перетворюється на тканинну рідину. Надлишок тканинної рідини всмоктується лімфотичними капілярами і у вигляді лімфи відтікає по лімфатичних судинах знову в кров. Таким чином, кров, тканинна рідина та лімфа безпосередньо циркулюють усередині організму, забезпечуючи обмін речовин між клітинами тіла та навколишнім середовищем. Вчені багатьох країн світу намагалися з'ясувати природу механізмів, що підтримують сталість внутрішнього середовища людини та вищих тварин.

Сукупність факторів і механізмів, що забезпечують цю сталість, одержало назву – гомеостазу. Гомеостаз– здатність біологічних систем протистояти змінам та зберігати динамічну сталість складу та властивостей організму.

Гомеостаз – відносно динамічна сталість внутрішнього середовища організму, що забезпечує стійкість його основних фізіологічних функцій.

Клод Бернар (1878) - формулювання поняття гомеостазу.

Уолтер Кеннон запровадив термін гомеостаз, його гіпотеза – окремі частини організму стійкі, так як стійка навколишнє внутрішнє середовище.

Живий організм- Відкрита саморегулююча система, яка розвивається в тісній взаємодії з навколишнім середовищем. Зміни середовища прямо чи опосередковано впливають компоненти, викликаючи у яких відповідні зміни.

Завдяки механізмам саморегуляції ці зміни відбуваються в межах норми реакції і не викликають серйозних порушень фізіологічних функцій.

Порушення регуляторних механізмів призводять до зриву компенсаторних можливостей організму, зниження його стійкості до умов середовища, що постійно змінюються, порушень умов гомеостазу і розвитку патологій.

Механізми гомеостазу мають бути спрямовані на підтримку рівня стаціонарного стану, координацію процесів для усунення або обмеження впливу шкідливих факторів, оптимальну взаємодію організму та середовища в умовах існування, що змінилися.

Компоненти гомеостазу:

 Компоненти, що забезпечують клітинні потреби:білки жири вуглеводи; неорганічні речовини; вода, кисень, внутрішня секреція

 Компоненти, що впливають на клітинну активність:осмотичний тиск, температура, концентрація водневих іонів

Види гомеостазу:

 Генетичний гомеостаз . Генотип зиготи при взаємодії з факторами довкілля визначає весь комплекс мінливості організму, його адаптивної здатності, тобто гомеостаз. Організм реагує зміни умов середовища специфічно, не більше спадково обумовленої норми реакції. Постійність генетичного гомеостазу підтримується з урахуванням матричних синтезів, а стабільність генетичного матеріалу забезпечується низкою механізмів (див. мутагенез).

 Структурний гомеостаз. Підтримка сталості складу та цілісності морфологічної організації клітин, тканин. Поліфункціональність клітин підвищує компактність та надійність усієї системи, збільшуючи її потенційні можливості. Формування функцій клітин відбувається завдяки регенерації.

Регенерація:

1. Клітинна (прямий і непрямий поділ)

2. Внутрішньоклітинна (молекулярна, внутрішньоорганоїдна, органоїдна)

 Фізико-хімічний гомеостаз.

Газовий гомеостаз: концентрація кисню та вуглекислого газу в організмі забезпечується системою зовнішнього дихання. Фактори, що регулюють зовнішнє дихання: хвилинний об'єм дихання альвеолярного повітря, залежність від активності дихального центру; вміст газів у крові та легеневих капілярах; дифузія газів через мембрану клітин крові, рівномірний легеневий кровотік адекватної вентиляції.

Кислотно-лужний баланс організму: pH крові = 7.32-7.45 співвідношення водневих і гідроксильних іонів залежить від вмісту кислот, що виступають як донори протонів, і амфотерних основ, що є акцепторами. Регуляція його забезпечується буферними системами, тканинними білками, колагеновою субстанцією сполучної тканини, яка здатна адсорбувати кислоти.

Осмотичні властивості крові: осмотичний тиск крові залежить від концентрації розчину та температури, але не залежить від природи розчиненої речовини та розчинника. Постійність осмотичних властивостей крові забезпечується водяним балансом. Водний баланс організму підтримується механізмами надходження води та солей. Перерозподіл води та солей між клітинами та внутрішньоклітинними органоїдами, виділення води та солей у навколишнє середовище. Основою інтеграції всього фізико-хімічного гомеостазу є нейроендокринне регулювання.

 Фізіологічний гомеостаз.

Тепловий гомеостаз: підтримання вмісту тепла. Важливою умовою теплового балансу служить рух середовища, що омиває тіло та його частини, в якому відбувається тепловий обмін, регулювання теплоізоляції забезпечується за рахунок припливу теплої крові з глибоких областей тіла до його поверхні

Система гемостазу: активація системи згортання крові, необхідний рівень формених елементів крові, відновлення властивостей стінки судин.

Біохімічний гомеостаз: підтримка на рівні обмінних процесів, зокрема анаболізму та катаболізму, баланс процесів синтезу та розпаду здійснюється шляхом зміни активності ферментів, швидкості ферментативних реакцій, індукцією біосинтезу білків та ферментів та регуляцією швидкості розпаду біологічно активних речовин.

 Імунологічний гомеостаз.

Імунна система захищає організм від екзогенних речовин, інфекційних агентів, що несуть у собі генетично чужорідну інформацію, а також від патологічно змінених клітин. Розпізнавання – руйнування – елімінація. Центральні органи імунної системи – кістковий мозок та тимус. Периферичні органи – селезінка та лімфоїдна тканина. Кістковий мозок виробляє стимулятор антитіла продуцентів, який активує систему B-лімфоцитів, що забезпечують гуморальну ланку імунітету, а тимус виробляє тимозин, що активує вироблення т-лімфоцитів. Підтримка імунологічного гомеостазу має бути забезпечена необхідною концентрацією Т- та В-лімфоцитів.

Ендокринний гомеостаз: синтез та секреція гормонів, транспорт гормонів, специфічний метаболізм гормонів на периферії та їх екскреція, взаємодія гормонів з клітинами-мішенями, регуляція та саморегуляція функцій залоз внутрішньої секреції.

Усі гомеостази загалом становлять біологічний гомеостаз , цілісну систему різноманітних функцій та показників, що забезпечують збереження та підтримання нормальної життєдіяльності організму в умовах середовища, що змінюються.

Регуляція біологічного гомеостазу:

Місцева: здійснюється за допомогою позитивних та негативних зворотних зв'язків, коли зміна одного показника призводить до зміни іншого, характеризується автономністю, ця властивість притаманна будь-якому компоненту живої системи.

Гуморальне регулювання пов'язана з надходженням у внутрішнє середовище організму гуморальних факторів - медіаторів, гормонів, біологічно активних речовин і т.д. гуморальна система реагує зовнішні впливу повільно, т.к. не має зв'язку з навколишнім середовищем, але дає більш стабільний та тривалий ефект, що забезпечується залозами внутрішньої секреції. На основі гуморальної регуляції розвиваються пристосувальні реакції зміну внутрішнього середовища організму.

Нервова регуляція: головний координатор всіх біологічних процесів, що обумовлено структурними та функціональними особливостями нервової системи: присутність у всіх органах та тканинах, безпосередній контакт із зовнішнім середовищем через рецептори, висока збудливість, лабільність та точна спрямованість нервових імпульсів та велика швидкість проведення інформації. В основі регулювання пристосувальних реакцій лежать рефлекторні процеси. Нервова регуляція забезпечує зміну функціональної активності органів чи функцій у відповідь зовнішній вплив і адаптацію організму із довкіллям.

Рівні нейроендокринної регуляції:

1. Мембрана клітини

2. Ендокринні залози

3. Гіпофіз

4. Гіпоталамус

Включення різних рівнів нейрогуморальної регуляції визначається інтенсивністю впливу фактора, ступенем відхилення фізіологічних параметрів та лабільністю адаптивних систем.

Запитання 54.

Гомеостаз, гомеостазис (homeostasis; грец. homoios подібний, той самий + stasis стан, нерухомість),- відносна динамічна сталість внутрішнього середовища (крові, лімфи, тканинної рідини) і стійкість основних фізіологічних функцій (кровообігу, дихання, терморегуляції, обміну речовин і так далі) організму людини та тварин. Регуляторні механізми, що підтримують фізіологічний стан або властивості клітин, органів та систем цілісного організму на оптимальному рівні, називаються гомеостатичними.

Як відомо, жива клітина представляє рухому систему, що саморегулюється. Її внутрішня організація підтримується активними процесами, спрямованими на обмеження, попередження або усунення зрушень, що викликаються різними впливами навколишнього та внутрішнього середовища. Здатність повертатися до вихідного стану після відхилення від деякого середнього рівня, викликаного тим чи іншим фактором, що «обурює», є основною властивістю клітини. Багатоклітинний організм є цілісну організацію, клітинні елементи якої спеціалізовані для виконання різних функцій. Взаємодія всередині організму здійснюється складними регулюючими, координуючими та корелюючими механізмами з

участю нервових, гуморальних, обмінних та інших факторів. Безліч окремих механізмів, що регулюють внутрішньо-і міжклітинні взаємини, виявляє у ряді випадків взаємопротилежні (антагоністичні) впливи, що врівноважують один одного. Це призводить до встановлення в організмі рухомого фізіологічного фону (фізіологічного балансу) і дозволяє живій системі підтримувати відносну динамічну сталість, незважаючи на зміни у навколишньому середовищі та зрушення, що виникають у процесі життєдіяльності організму.

Термін «гомеостаз» запропонований у 1929 р. фізіологом У. Кенноном, який вважав, що фізіологічні процеси, що підтримують стабільність в організмі, настільки складні та різноманітні, що їх доцільно поєднати під загальною назвою гомеостаз. Проте ще 1878 р. До. Бернар писав, що це життєві процеси мають лише одну мету - підтримання сталості умов життя нашій внутрішній середовищі. Аналогічні висловлювання зустрічаються у працях багатьох дослідників 19 та першої половини 20 ст. (Е. Пфлюгер, Ш. Ріше, Фредерік (L.A. Fredericq), І.М. Сєченов, І.П. Павлов, К.М. Биков та інші). Велике значення вивчення проблеми гомеостазу зіграли роботи Л.С. Штерн (із співробітниками), присвячені ролі бар'єрних функцій, що регулюють склад та властивості мікросередовища органів та тканин.

Саме уявлення про гомеостаз не відповідає концепції стійкої (не вагається) рівноваги в організмі - принцип рівноваги не прикладемо до

складним фізіологічним та біохімічним

процесів, які у живих системах. Неправильне також протиставлення гомеостазу ритмічним коливанням у внутрішньому середовищі. Гомеостаз у широкому розумінні охоплює питання циклічного та фазового перебігу реакцій, компенсації, регулювання та саморегулювання фізіологічних функцій, динаміку взаємозалежності нервових, гуморальних та інших компонентів регуляторного процесу. Межі гомеостазу можуть бути жорсткими та пластичними, змінюватись в залежності від індивідуальних вікових, статевих, соціальних, професійних та інших умов.

p align="justify"> Особливе значення для життєдіяльності організму має сталість складу крові - рідкої основи організму (fluid matrix), за висловом У. Кеннона. Добре відома стійкість її активної реакції (рН), осмотичного тиску, співвідношення електролітів (натрію, кальцію, хлору, магнію, фосфору), вмісту глюкози, числа формених елементів тощо. Так, наприклад, рН крові, як правило, не виходить за межі 735-747. Навіть різкі розлади кислотно-лужного обміну з патологією накопиченням кислот у тканинній рідині, наприклад, при діабетичному ацидозі, дуже мало впливають на активну реакцію крові. Незважаючи на те, що осмотичний тиск крові та тканинної рідини піддається безперервним коливанням внаслідок постійного надходження осмотично активних продуктів проміжного обміну, воно зберігається на певному рівні та змінюється лише при деяких виражених патологічних станах.

Незважаючи на те, що кров становить загальне внутрішнє середовище організму, клітини органів і тканин безпосередньо не стикаються з нею.

У багатоклітинних організмах кожен орган має власне внутрішнє середовище (мікросередовище), що відповідає його структурним і функціональним особливостям, і нормальний стан органів залежить від хімічного складу, фізико-хімічних, біологічних та інших властивостей цього мікросередовища. Її гомеостаз обумовлений функціональним станом гістогематичних бар'єрів та їх проникністю у напрямках кров→тканинна рідина, тканинна рідина→кров.

Особливо важливе значення має сталість внутрішнього середовища для діяльності центральної нервової системи: навіть незначні хімічні та фізико-хімічні зрушення, що виникають у цереброспінальній рідині, глії та навколоклітинних просторах, можуть викликати різке порушення перебігу життєвих процесів в окремих нейронах або в їх ансамблях. Складною гомеостатичною системою, що включає різні нейрогуморальні, біохімічні, гемодинамічні та інші механізми регуляції є система забезпечення оптимального рівня артеріального тиску. При цьому верхня межа рівня артеріального тиску визначається функціональними можливостями барорецепторів судинної системи тіла, а нижня межа – потребами організму у кровопостачанні.

До найбільш досконалих гомеостатичних механізмів в організмі вищих тварин та людини належать процеси терморегуляції;

Гомеостаз - це саморегулюючий процес, у якому всі біологічні системи прагнуть зберегти стабільність у період адаптації до певних умов, оптимальним для виживання. Будь-яка система, перебуваючи в динамічній рівновазі, прагне досягнення стійкого стану, який чинить опір зовнішнім факторам і подразникам.

Поняття про гомеостаз

Усі системи організму мають працювати разом підтримки правильного гомеостазу всередині тіла. Гомеостаз – це регуляція в організмі таких показників, як температура, вміст води та рівень вуглекислого газу. Наприклад, цукровий діабет - це стан, у якому організм неспроможна регулювати рівень глюкози у крові.

Гомеостаз – це термін, який використовується як для опису існування організмів в екосистемі, так і для опису успішного функціонування клітин усередині організму. Організми та популяції можуть підтримувати гомеостаз в умовах підтримки стабільного рівня народжуваності та смертності.

Зворотній зв'язок

Зворотній зв'язок - це процес, який відбувається, коли системи організму необхідно уповільнити або зупинити. Коли людина їсть, їжа надходить у шлунок, і починається травлення. У перервах між їдою шлунок працювати не повинен. Травна система працює з серією гормонів та нервових імпульсів, щоб зупинити та почати вироблення секреції кислоти у шлунку.

Інший приклад негативного зворотного зв'язку можна спостерігати у разі підвищення температури тіла. Регуляція гомеостазу проявляється потовиділенням, захисною реакцією організму на перегрів. Таким чином, зростання температури припиняється і проблема перегріву нейтралізується. У разі переохолодження організмом також передбачено низку заходів, які вживаються для того, щоб зігрітися.

Підтримка внутрішнього балансу

Гомеостаз можна визначити як властивість організму чи системи, що допомагає йому підтримувати задані параметри у межах нормального діапазону значень. Це ключ до життя, і неправильний баланс підтримки гомеостазу може призвести до таких хвороб, як гіпертонія і діабет.

Гомеостаз – це ключовий елемент у розумінні того, як влаштовано людське тіло. Таке формальне визначення характеризує систему, яка регулює своє внутрішнє середовище та прагне підтримувати стабільність та регулярність усіх процесів, що відбуваються в організмі.

Гомеостатичне регулювання: температура тіла

Контроль температури тіла у людини є добрим прикладом гомеостазу в біологічній системі. Коли людина здорова, її температура тіла коливається біля значення + 37°C, але різні фактори можуть вплинути на це значення, у тому числі гормони, швидкість обміну речовин та різні захворювання, що спричиняють підвищення температури.

В організмі регуляція температури контролюється у частині мозку, яка називається гіпоталамус. Через кровотік до мозку здійснюється надходження сигналів про температурні показники, а також аналіз результатів даних щодо частоти дихання, рівня цукру в крові та метаболізму. Втрата тепла в організмі людини також сприяє зниженню активності.

Водно-сольовий баланс

Незалежно від того, скільки води випиває людина, організм не роздмухується, як повітряна куля, а також тіло людини не зморщується, як родзинки, якщо пити дуже мало. Напевно, хтось колись про це хоч раз думав. Так чи інакше, організм знає, скільки рідини потрібно зберегти підтримки потрібного рівня.

Концентрація солі та глюкози (цукри) в організмі підтримується на постійному рівні (за відсутності негативних факторів), кількість крові в організмі становить близько 5 літрів.

Регулювання рівня цукру у крові

Глюкоза - це вид цукру, що міститься у крові. У тілі людини має підтримуватися належний рівень глюкози для того, щоб людина залишалася здоровою. Коли рівень глюкози стає дуже високим, підшлункова залоза виробляє гормон інсулін.

Якщо рівень глюкози в крові опускається надто низько, печінка перетворює глікоген у крові, тим самим підвищуючи рівень цукру. Коли хвороботворні бактерії чи віруси потрапляють у організм, він починає боротися з інфекцією перед тим, як патогенні елементи зможуть призвести до якихось проблем зі здоров'ям.

Тиск під контролем

Підтримка здорового кров'яного тиску є прикладом гомеостазу. Серце може відчувати зміни в кров'яному тиску та посилати сигнали в мозок для обробки. Далі мозок відправляє сигнал назад до серця з інструкцією, як правильно реагувати. Якщо кров'яний тиск занадто високий, його слід зменшити.

Як досягається гомеостаз?

Яким чином людський організм регулює всі системи та органи і компенсує зміни, що відбуваються в навколишньому середовищі? Це відбувається завдяки наявності безлічі природних датчиків, що контролюють температуру, сольовий склад крові, артеріальний тиск та багато інших параметрів. Ці детектори посилають сигнали в мозок, головний центр управління, якщо деякі значення відхилилися від норми. Після цього запускаються компенсаторні заходи відновлення нормального стану.

Підтримка гомеостазу неймовірно важлива для організму. Людське тіло містить певну кількість хімічних речовин, відомих як кислоти та луги, їх правильний баланс необхідний для оптимального функціонування всіх органів та систем тіла. Рівень кальцію в крові має підтримуватись на належному рівні. Оскільки дихання є мимовільним, нервова система забезпечує організму отримання такого необхідного кисню. Коли токсини потрапляють у кров, вони порушують гомеостаз організму. Людське тіло реагує на це порушення за допомогою сечовидільної системи.

Важливо наголосити, що гомеостаз організму працює автоматично, якщо система функціонує нормально. Наприклад, реакція на нагрівання – шкіра червоніє, тому що її дрібні кровоносні судини автоматично розширюються. Тремтіння - це реакція у відповідь на охолодження. Таким чином, гомеостаз – це не набір органів, а синтез та баланс тілесних функцій. У сукупності це дозволяє підтримувати весь організм у стабільному стані.