Что лежит в основе гомеостаза: Амоксициллин Сандоз таблетки ппо 500мг №12 цена — ⭐138 ₽ ⭐, купить в интернет аптеке Aptstore в Москве

Гомеостаз (в биологии). Большая российская энциклопедия

Термины

Области знаний:

Нормальная физиология человека и животных

Другие наименования:

Гомеостазис

Гомеоста́з, гомеостазис (от гомео… и греч. στᾴσις – неподвижность, состояние). Способность живых организмов сохранять динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды. Идея о наличии в организме комплекса физиологических механизмов, направленных на поддержание постоянства внутренней среды, была высказана К. Бернаром во 2-й половине 19 в. Он считал, что в основе свободной и независимой жизни организмов в постоянно меняющейся внешней среде лежит постоянство физико-химических условий внутренней среды. Для обозначения комплекса процессов в живом организме, обеспечивающих постоянство таких условий, У. Кеннон предложил термин «гомеостаз» (1929).

Появление на Земле одноклеточных организмов было связано с формированием и поддержанием внутри клетки в течение всей её жизни специфических физико-химических условий, отличных от условий окружающей среды. Дальнейшая эволюция жизни сопровождалась возникновением многоклеточных животных, дифференцировкой их клеток, формированием внутренней среды, в которой находятся и взаимодействуют между собой клетки. Появляются система внеклеточных жидкостей, лимфа, кровь, из которых клетки извлекают необходимые органические и неорганические вещества, O₂ и выделяют конечные продукты обмена. В ходе эволюции многоклеточных животных формируются специализированные органы (дыхания, кровообращения, пищеварения, выделения) и системы (осморегуляции, волюморегуляции, терморегуляции, поддержания на заданном уровне концентрации каждого из ионов, кислотно-щелочного равновесия и др.). Они обеспечивают постоянство физико-химического состава жидкостей внутренней среды. Помимо крови, лимфы, околоклеточной жидкости формируются и специализированные внеклеточные жидкости (например, спинномозговая, внутриглазная, эндолимфа и перилимфа внутреннего уха), назначение которых состоит в поддержании специальных условий для функционирования клеток целых органов.

У морских беспозвоночных гомеостаз касается объёма жидкостей внутренней среды, концентрации в ней отдельных ионов, рН. Адаптация организмов к пресным водам потребовала формирования новой системы регуляции – поддержания на постоянном уровне осмотического давления жидкостей внутренней среды, удаления из организма избытка воды. К особо контролируемым физико-химическим параметрам внутренней среды относятся её осмотическое давление (изоосмия), концентрация отдельных ионов (изоиония), объём крови (изоволемия), её рН, у птиц и млекопитающих также стабилизированная температура тела (изотермия) и др.

Постоянство физико-химических условий во внутренней среде, состояние околоклеточной среды служат жизненно важным фактором, необходимым для эффективной работы клеток; их адекватная реакция на сигналы из внешней (например, световые, звуковые, температурные раздражители) и внутренней (в том числе импульсы нервной системы, гормоны, аутакоиды) среды возможна при поддержании гомеостаза. Особенно высокая степень гомеостаза характерна для млекопитающих, у которых наиболее строго поддерживаются осмоляльность крови, концентрация в ней ионов Са²⁺, рН, изотермия.

Гомеостаз создаёт возможность для адекватных реакций клеток, поддержания необходимого уровня их метаболизма и ответа на внешние воздействия. В регуляции физико-химических параметров внутренней среды участвуют нервная и эндокринная системы, аутакоиды. Повышение качества регуляции для сохранения стабильности параметров внутренней среды является важным фактором выживания особи и процветания вида.

Термин «клеточный гомеостаз» противоречит смысловому значению понятия, предложенного К. Бернаром и У. Кенноном.

Наточин Юрий Викторович. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2007.

Дата публикации:  30 января 2023 г. в 13:11 (GMT+3)

особенности, значение, примеры и механизмы регуляции

Содержание

1. Особенности и роль гомеостаза
2. Клеточный гомеостаз
3. Примеры и механизмы гомеостаза
4. Температура тела
5. Концентрация глюкозы
6. Уровни кальция
7. Объем жидкости

Гомеостаз – любой саморегулирующийся процесс, с помощью которого биологические системы устремляются к поддержанию внутренней стабильности, приспосабливаясь к оптимальным для выживания условиям. Если гомеостаз успешен, то жизнь продолжается; в противном случае, произойдет бедствие или смерть. Достигнутая стабильность фактически является динамическим равновесием, в котором происходят непрерывные изменения, но преобладают относительно однородные условия.

Особенности и роль гомеостаза

Любая система в динамическом равновесии желает достичь устойчивого состояния, баланса, который противостоит внешним изменениям. Когда такая система нарушена, встроенные регулирующие устройства реагируют на отклонения, чтобы установить новый баланс. Такой процесс является одним из элементов управления с обратной связью. Примерами гомеостатической регуляции являются все процессы интеграции и координации функций, опосредованные электрическими цепями и нервными или гормональными системами.

Другим примером гомеостатической регуляции в механической системе является действие регулятора комнатной температуры или термостата. Сердцем термостата является биметаллическая полоса, которая реагирует на изменения температуры, завершая или нарушая электрическую цепь. Когда помещение охлаждается, то контур завершается и включается обогрев, а температура поднимается. На заданном уровне цепь прерывается, печь останавливается, и температура падает.

Однако биологические системы, имеющие большую сложность, обладают регуляторами, которые сложно сравнивать с механическими устройствами.

Как отмечалось ранее, термин гомеостаз относится к поддержанию внутренней среды тела в узких и жестко контролируемых пределах. Основными функциями, важными для поддержания гомеостаза, являются баланс жидкости и электролита, регулирование кислотной среды, терморегуляция и метаболический контроль.

Контроль температура тела у людей считается отличным примером гомеостаза в биологической системе. Нормальная температура тела человека составляет около 37° C, но различные факторы могут влиять на этот показатель, включая гормоны, скорость метаболизма и болезни, приводящие к чрезмерно высоким или низким температурам. Регулирование температуры тела контролируется областью мозга, называемой Гипоталамус.

Обратная связь о температуре тела переносится через кровоток в мозг и приводит к компенсационным корректировкам в скорости дыхания, уровне сахара в крови и скорости метаболизма. Потеря тепла у людей обеспечивается уменьшением активности, потоотделением и механизмами теплообмена, которые позволяют большему количеству крови циркулировать вблизи поверхности кожи.

Снижение потерь тепла осуществляется за счет изоляции, уменьшения циркуляции на коже и культурных изменений, таких как использование одежды, жилья и сторонних источников тепла. Диапазон между высокими и низкими уровнями температуры тела составляет гомеостатическое плато – «нормальный» диапазон, который поддерживает жизнь. По мере приближения к любой из двух крайностей, корректирующее действие (через отрицательную обратную связь) возвращает систему в нормальный диапазон.

Концепция гомеостаза также применяется к экологическим условиям. Впервые предложенная американским экологом Робертом Макартуром в 1955 году идея, что гомеостаз в экосистемах является продуктом сочетания биоразнообразия и большого количества экологических взаимодействий, происходящих между видами.

Такое предположение считалось концепцией, которая могла бы помочь объяснить устойчивость экологической системы, то есть ее сохранение как определенного типа экосистемы с течением времени. С тех пор концепция несколько изменилась, и включила неживую составляющую экосистемы. Этот термин использовался многими экологами для описания взаимности, которая происходит между живыми и неживыми составляющими экосистемы для поддержания статус-кво.

Гипотеза Геи – модель Земли, предложенная английским ученым Джеймсом Лавлоком, которая рассматривает различные живые и неживые составляющие, как компоненты более крупной системы или единого организма, делая предположение, что коллективные усилия отдельных организмов вносят вклад в гомеостаз на планетарном уровне.

Клеточный гомеостаз

Клетки зависят от среды тела, чтобы сохранять жизнеспособность и правильно функционировать. Гомеостаз поддерживает среду тела под контролем и сохраняет благоприятные условия для клеточных процессов. Без правильных условий тела определенные процессы (к примеру, осмос) и белки (к примеру, ферменты) не будут функционировать должным образом.

Почему гомеостаз важен для клеток? Живые клетки зависят от движения химических веществ вокруг них. Химические вещества, такие как кислород, углекислый газ и растворенная пища, необходимо транспортировать в клетки и из них. Это осуществляется процессами диффузии и осмоса, зависящих от баланса воды и соли в теле, которые поддерживаются гомеостазом.

Клетки зависят от ферментов, чтобы ускорить многие химические реакции, поддерживающие жизнедеятельность и функциональность клеток. Эти ферменты работают лучше всего при определенных температурах, и поэтому снова гомеостаз жизненно важен для клеток, поскольку он поддерживает постоянную температуру тела.

Примеры и механизмы гомеостаза

Вот несколько основных примеров гомеостаза в теле человека, а также поддерживающие их механизмы:

Температура тела

Наиболее распространенным примером гомеостаза у людей является регулирование температуры тела. Нормальная температура тела, как мы писали выше составляет 37° C. Температура выше или ниже нормальных показателей может вызывать серьезные осложнения.

Мышечная недостаточность возникает при температуре 28° C. При 33° C происходит потеря сознания. При температуре 42° C центральная нервная система начинает разрушаться. Смерть наступает при температуре 44° C. Тело контролирует температуру путем выработки или высвобождения избыточного тепла.

Концентрация глюкозы

Концентрация глюкозы относится к количеству глюкозы (сахара в крови), присутствующего в кровотоке. Организм использует глюкозу в качестве источника энергии, но ее избыток или недостаток может вызвать серьезные осложнения. Некоторые гормоны осуществляют регулирования концентрации глюкозы в крови. Инсулин снижает концентрацию глюкозы, в то время как кортизол, глюкагон и катехоламины увеличивают.

Уровни кальция

Кости и зубы содержат приблизительно 99% кальция в организме, в то время как оставшийся 1% циркулируют в крови. Слишком большое или недостаточное содержание кальция в крови имеют негативные последствия. Если уровень кальция в крови слишком сильно снижается, паращитовидные железы активируют свои рецепторы, чувствительные к кальцию, и высвобождают паратиреоидный гормон.

ПТГ сигнализирует костям он необходимости высвобождения кальция, чтобы увеличить его концентрацию в кровотоке. Если уровень кальция увеличивается слишком сильно, щитовидная железа высвобождает кальцитонин и фиксирует избыток кальция в костях, тем самым уменьшая количество кальция в крови.

Объем жидкости

Тело должно поддерживать постоянную внутреннюю среду, а это означает, что ему необходимо регулировать потерю или восполнение жидкости. Гормоны помогают регулировать этот баланс, вызывая экскрецию или удерживание жидкости. Если организму не хватает жидкости, антидиуретический гормон сигнализирует почкам о сохранении жидкости и уменьшает выход мочи. Если организм содержит слишком много жидкости, он подавляет альдостерон и сигнализирует о выделении большего количества мочи.

Гугломаг

Спрашивай! Не стесняйся!

Задать вопрос

Не все нашли? Используйте поиск по сайту

Search for:

Физиология, гомеостаз — StatPearls — Книжная полка NCBI

Сабрина Либретти; Яна Пакетт.

Информация об авторе и организациях

Последнее обновление: 8 мая 2022 г.

Введение

Гомеостаз — это термин, впервые введенный физиологом Уолтером Кэнноном в 1926 году для разъяснения «внутренней среды», о которой говорил коллега-физиолог Клод Бернар. в 1865 г. [1] «Homeo», латинизированное от греческого слова «homio», означает «подобный», а в сочетании с греческим словом «stasis», означающим «стоять на месте», дает нам термин, который является краеугольным камнем физиологии. Карл Рихтер предположил, что поведенческие реакции также несут ответственность за поддержание гомеостаза в дополнение к ранее предложенной системе внутреннего контроля, в то время как Джеймс Харди дал нам концепцию заданного значения или желаемого физиологического диапазона значений, которых достигает гомеостаз.[2]  

Многие функции организма, начиная с клеточного уровня, работают таким образом, чтобы не отклоняться от узкого диапазона внутреннего баланса, состояния, известного как динамическое равновесие, несмотря на изменения во внешней среде.

Эти изменения во внешней среде изменяют состав внеклеточной жидкости, окружающей отдельные клетки организма, но необходимо поддерживать узкий диапазон, чтобы предотвратить гибель клеток, тканей и органов.

Сотовый уровень

На клеточном уровне гомеостаз наблюдается в протекающих биохимических реакциях. Регулирование pH, температуры, концентрации кислорода, ионов и концентрации глюкозы в крови необходимо для оптимального функционирования ферментов в среде клетки, а образование отходов необходимо держать под контролем, чтобы не нарушать внутреннюю среду клеток. также. Клетка будет оставаться живой до тех пор, пока внутренняя среда благоприятна и может быть функционирующей частью ткани, к которой она принадлежит.[3]

Клетки реагируют на изменения объема, активируя метаболический транспорт молекул, необходимых для возврата к нормальному объему.[4] В обоих случаях, в случаях гиперосмолярного или гипоосмолярного внешнего клеточного состояния, перенос молекул должен приводить к регуляции объема, чтобы не нарушать максимальную функцию содержимого клетки.

Все ткани тела составляют органы, включающие системы органов, которые не работают независимо и должны работать вместе для достижения гомеостаза. Каждая клетка извлекает выгоду из гомеостатического контроля, а также способствует его поддержанию, обеспечивая непрерывный автоматизм тела.

Развитие

Гомеостаз был бы невозможен без заданных значений, обратной связи и регулирования. Человеческое тело состоит из тысяч систем контроля, которые обнаруживают изменения, вызванные разрушителями, и используют эффекторы для опосредования этих изменений. Уставка имеет неоценимое значение при разработке системы гомеостатического контроля и представляет собой значение, которое система проектирует на выходе.[5] Гомеостатическая регуляция включает как локальный контроль (паракринные или аутокринные реакции), так и рефлекторный контроль (с участием нервной и эндокринной систем).

Хотя гомеостаз занимает центральное место в понимании внутренней регуляции, аллостаз, или поддержание стабильности посредством изменений, заслуживает упоминания, поскольку он также необходим организмам для адаптации к окружающей среде. [6] Аллостазом считаются нормальные суточные колебания, существующие во внутренней системе. Таким образом, разница между гомеостазом и аллостазом заключается в том, что, хотя целью гомеостаза является снижение изменчивости и поддержание постоянства, аллостаз способствует изменчивости, поскольку внутренняя среда может адаптироваться к различным внешним воздействиям. Хотя эти две концепции могут различаться, важно отметить существование каждой из них и их вклад в физиологию.

Вовлеченные системы органов

Гомеостаз задействован в каждой системе органов тела. Точно так же ни одна система органов тела не действует в одиночку; регуляция температуры тела не может происходить без взаимодействия покровной системы, нервной системы, костно-мышечной системы и, как минимум, сердечно-сосудистой системы. Хемосенсоры в каротидных телах и теле аорты измеряют артериальные PCO2 и PO2, отправляют информацию в ствол мозга (центр управления), чтобы сообщить эффекторам (диафрагме и дыхательным мышцам) изменить частоту дыхания и дыхательный объем, чтобы вернуться к равновесию. Изменение реабсорбции и секреции неорганических ионов является результатом действия хемосенсоров в коре надпочечников (для концентрации калия), паращитовидной железе (для концентрации кальция), почках, каротидных и аортальных телах (для концентрации натрия), которые помогают восстановить эти регулируемые параметры. до нормального диапазона.

Функция

Короче говоря, целью гомеостаза является поддержание установившейся внутренней среды без воздействия внешних раздражителей, которые существуют для нарушения баланса.

Механизм

Предлагаемый механизм гомеостаза представлен регуляторной системой, в которой пять важнейших компонентов должны работать вместе в рефлекторном цикле: датчик, уставка, детектор ошибок, контроллер и эффектор.[5] Регулируемая (воспринимаемая) переменная имеет в системе датчик для измерения изменения ее значения, примером которого является концентрация глюкозы в крови. С другой стороны, контролируемая (нерегулируемая) переменная, значение которой изменяется, чтобы поддерживать регулируемую переменную в узком диапазоне, примером чего может быть роль глюконеогенеза, гликолиза и гликогенолиза в концентрации глюкозы в крови.

Роль контролера состоит в том, чтобы интерпретировать сигнал ошибки и определить выходные данные эффекторов, чтобы гомеостаз снова стал достижимым. Таким образом, в организме регуляторами обычно являются эндокринные клетки и сенсорные нейроны вегетативной нервной системы, продолговатого мозга и гипоталамуса. Эффекторы производят реакцию, которая заставляет переменную вернуться в нормальный диапазон. Рецепторы следят за изменением внешней среды, за раздражителем, который передается в центр интеграции (например, в головной мозг в случае центральной нервной системы или железу в эндокринной системе). Если определение состоит в том, что стимул отличается от заданного значения, он генерирует ответ и отправляется в эффекторный орган. Система, в которой используются эти компоненты, известна как система с отрицательной обратной связью, хотя обратное неверно: отрицательная обратная связь не означает, что система функционирует гомеостатически.[5]

Отрицательная обратная связь относится к реакции, противоположной стрессу: компенсаторное действие увеличивает значения, если они становятся слишком низкими, или уменьшает, если они становятся слишком высокими. Упреждающие (упреждающие) средства управления существуют, чтобы свести к минимуму нарушение прогнозируемого изменения в окружающей среде при ожидании изменения.[8] В этом типе обратной связи элементы управления активируются не тогда, когда в системе возникает возмущение, а скорее до того, как оно произойдет, чтобы подготовиться к последствиям, которые может иметь возмущение. Наконец, хотя и не так часто, как петли отрицательной обратной связи, положительная обратная связь, при которой стимул усиливается, а не уменьшается, в некоторых случаях также необходима. Один из наиболее известных примеров положительной обратной связи возникает во время родов, когда высвобождение окситоцина стимулирует сокращения матки, заставляя головку ребенка прижиматься к шейке матки, что стимулирует высвобождение большего количества окситоцина, которое повторяется до завершения родов.

Сопутствующее тестирование

Жизненно важные показатели пациента (артериальное давление, внутренняя температура тела, частота сердечных сокращений, частота дыхания и насыщение кислородом) являются первым измерением, указывающим на наличие гомеостатического дисбаланса. Базовая метаболическая панель — это экспресс-анализ крови, показывающий нарушения электролитного баланса, если таковые имеются, для постановки диагноза и лечения. Измерение неорганических ионов, функции почек (соотношение АМК/креатинин) и глюкозы позволяет нам исправить эти отклонения, а также основную причину.

Патофизиология

Гомеостаз лежит в основе многих, если не всех, болезненных процессов. Такие заболевания, как диабет, гипертония и атеросклероз, связаны как с нарушением гомеостаза, так и с наличием воспаления.[2]   Потеря чувствительности рецепторов с возрастом увеличивает риск заболевания, поскольку допускается существование нестабильной внутренней среды.[9] Пожилые люди более восприимчивы к дисрегуляции температуры и имеют нарушенные механизмы жажды, что способствует повышенному риску обезвоживания, наблюдаемому в этой популяции. Кислотно-щелочной дисбаланс лежит в основе нарушений кислотно-щелочного баланса и нарушений электролитного баланса, возникающих в результате множества заболеваний или побочных эффектов лекарств. Кроме того, водный баланс с точки зрения поддержания жидкости имеет решающее значение, чтобы не перегрузить пациента или не допустить недостаточного увлажнения клеток пациента. Перегрузка будет вредна для человека с сопутствующими сердечно-сосудистыми или респираторными заболеваниями. Таким образом, необходим индивидуальный подход для коррекции водного баланса пациента, особенно у хирургических больных.[10]

Заданное значение должно ограничиваться строгим диапазоном в одних функциях организма, но не обязательно быть постоянным в других. Например, отклонение значений газов артериальной крови от допустимого диапазона было бы вредным для живой системы. Однако, когда тело лишено пищи, «новая норма» должна быть приспособлена к функционированию с меньшими затратами энергии и более медленным метаболизмом.[9] Без этой адаптации клетки тела были бы лишены необходимых питательных веществ и быстро погибли бы, что не так, поскольку живой организм может выжить при меньшем потреблении, пока сохраняется энергия. Нарушение терморегуляции может привести к гипотермии, если внутренняя температура тела падает ниже порогового значения для оптимального функционирования клеток, или к гипертермии, если внутренняя температура тела превышает максимальное значение. Лихорадка — еще один пример того, как уставка может повышаться, не обязательно убивая человека.[2] Повышение внутренней температуры тела необходимо для борьбы с захватчиком, но в случае гипертермии адаптационная функция температуры дает сбой, и заданное значение не может вернуться к норме.

Клиническое значение

В целом, каждое заболевание можно проследить до сбоя в какой-либо точке системы гомеостатического контроля, будь то неспособность обнаружить начальное внешнее изменение, неспособность инициировать петлю обратной связи, неспособность активировать реакцию на возврат к заданному значению или сбой в самом заданном значении. Цель поставщика медицинских услуг должна состоять в том, чтобы восстановить внутреннюю среду организма, не причиняя дальнейшего вреда, и сделать это быстро, чтобы избежать гибели клеток из-за нарушения регуляции и непоправимого отказа систем органов.

Контрольные вопросы

• Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

• Комментарий к этой статье.

Каталожные номера

1.

Дэвис К.Дж. Адаптивный гомеостаз. Мол Аспекты Мед. 2016 июнь;49:1-7. [PMC free article: PMC4868097] [PubMed: 27112802]

2.

Котас М.Е., Меджитов Р. Гомеостаз, воспаление и восприимчивость к болезням. Клетка. 2015 26 февраля; 160 (5): 816-827. [Бесплатная статья PMC: PMC4369762] [PubMed: 25723161]

3.

Баптиста В. Стартовая физиология: понимание гомеостаза. Adv Physiol Educ. 2006 Декабрь; 30 (4): 263-4. [PubMed: 17108259]

4.

Странный К. Гомеостаз клеточного объема. Adv Physiol Educ. 2004 г.; 28 декабря (1–4): 155–9. [PubMed: 15545344]

5.

Modell H, Cliff W, Michael J, McFarland J, Wenderoth MP, Wright A. Взгляд физиолога на гомеостаз. Adv Physiol Educ. 2015 дек;39(4): 259-66. [Бесплатная статья PMC: PMC4669363] [PubMed: 26628646]

6.

McEwen BS, Wingfield JC. Понятие аллостаза в биологии и биомедицине. Хорм Бехав. 2003 г., январь; 43 (1): 2–15. [PubMed: 12614627]

7.

Logan JG, Barksdale DJ. Аллостаз и аллостатическая нагрузка: расширение рассуждений о стрессе и сердечно-сосудистых заболеваниях. Джей Клин Нурс. 2008 апр; 17 (7B): 201-8. [PubMed: 18578796]

8.

Ramsay DS, Woods SC. Выяснение роли гомеостаза и аллостаза в физиологической регуляции. Psychol Rev. 2014 Apr; 121(2):225-47. [Бесплатная статья PMC: PMC4166604] [PubMed: 24730599]

9.

Сегодня JS. Гомеостаз как механизм эволюции. Биология (Базель). 2015 г., 15 сентября; 4(3):573-90. [Бесплатная статья PMC: PMC4588151] [PubMed: 26389962]

10.

Clancy J, McVicar A. Гомеостаз — ключевая концепция физиологического контроля. Br J Театр Нурс. 1997 ноябрь;7(8):27-32. [PubMed: 9400109]

Что такое гомеостаз? | Live Science

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Люди полагаются на гомеостаз, чтобы поддерживать внутреннюю температуру около 98,6 градусов по Фаренгейту, чтобы их тела могли нормально функционировать. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Гомеостаз — это способность поддерживать относительно стабильное внутреннее состояние, которое сохраняется, несмотря на изменения во внешнем мире. Все живые организмы, от растений до щенков и людей, должны регулировать свою внутреннюю среду, чтобы перерабатывать энергию и в конечном итоге выживать. Например, если ваше кровяное давление резко подскочило или температура тела резко упала, ваши системы органов могут с трудом выполнять свою работу и в конечном итоге перестанут работать.

Почему важен гомеостаз?

Физиолог Уолтер Кэннон ввел термин «гомеостаз» в 1920-х годах, расширив предыдущую работу покойного физиолога Клода Бернара. В 1870-х годах Бернар описал, как сложные организмы должны поддерживать баланс в своей внутренней среде, или «внутренней среде», чтобы вести «свободную и независимую жизнь» в потустороннем мире. Кэннон усовершенствовал концепцию и представил гомеостаз широкой публике в своей книге «Мудрость тела» 9.0145 (Британский медицинский журнал, 1932 г.).

Провозглашенное основным принципом физиологии, основное определение гомеостаза, данное Кэнноном, используется и сегодня. Термин происходит от греческих корней, означающих «подобный» и «состояние стабильности». Приставка «гомео» подчеркивает, что гомеостаз не работает как термостат или круиз-контроль в автомобиле, фиксированный на одной точной температуре или скорости. Вместо этого гомеостаз удерживает важные физиологические факторы в приемлемом диапазоне значений , согласно обзору в журнале Appetite .

Родственный: Всегда ли средняя температура человеческого тела была одинаковой?

Организм человека, например, регулирует внутреннюю концентрацию водорода, кальция, калия и натрия, заряженных частиц, которые необходимы клеткам для нормального функционирования. Гомеостатические процессы также поддерживают уровень воды, кислорода, pH и сахара в крови, а также внутреннюю температуру тела, согласно обзору 2015 года, опубликованному в журнале «Advanced in Physiology Education» .

В здоровых организмах гомеостатические процессы развиваются постоянно и автоматически, согласно журналу Scientific American . Несколько систем часто работают в тандеме, чтобы поддерживать постоянный физиологический фактор, такой как температура тела. Если эти меры дают сбои или терпят неудачу, организм может заболеть или даже умереть.

Как поддерживается гомеостаз

Многие гомеостатические системы прислушиваются к сигналам бедствия от тела, чтобы узнать, когда ключевые переменные выходят за пределы допустимого диапазона. Нервная система обнаруживает эти отклонения и сообщает об этом в центр управления, часто находящийся в мозгу. Затем центр управления направляет мышцы, органы и железы на устранение нарушений. Согласно онлайн-учебнику «Анатомия и физиология» (открывается в новой вкладке), постоянная петля нарушений и приспособлений известна как «отрицательная обратная связь».

Например, человеческое тело поддерживает внутреннюю температуру около 98,6 градусов по Фаренгейту (37 градусов по Цельсию). При перегреве термодатчики в коже и мозге подают сигнал тревоги, запуская цепную реакцию, которая заставляет тело потеть и краснеть. При охлаждении тело реагирует дрожью и снижением кровоснабжения кожи. Аналогичным образом, согласно двум исследованиям, финансируемым NIH , при резком скачке уровня натрия организм дает сигнал почкам сохранять воду и выводить избыток соли с концентрированной мочой.

Животные также корректируют свое поведение в ответ на отрицательную обратную связь. Например, при перегреве мы можем сбросить слой одежды, уйти в тень или выпить стакан холодной воды.

Современные модели гомеостаза

Концепция отрицательной обратной связи восходит к описанию гомеостаза Кэнноном в 1920-х годах и была первым объяснением того, как работает гомеостаз. Но в последние десятилетия многие ученые утверждали, что организмы способны предвидеть потенциальные нарушения гомеостаза, а не реагировать на них постфактум.

Эта альтернативная модель гомеостаза, известная как аллостаз, подразумевает, что идеальная уставка для конкретной переменной может смещаться в ответ на преходящие изменения окружающей среды, согласно статье 2015 года в Psychological Review . Точка может смещаться под влиянием циркадных ритмов, менструальных циклов или суточных колебаний температуры тела. Уставки также могут меняться в ответ на физиологические явления, такие как лихорадка, или для компенсации нескольких гомеостатических процессов, происходящих одновременно, согласно обзору 2015 года в журнале «Достижения в физиологическом образовании» (открывается в новой вкладке).

«Уставки сами по себе не являются фиксированными, но могут проявлять адаптивную пластичность», — сказал Арт Вудс, биолог из Университета Монтаны в Миссуле. «Эта модель позволяет заблаговременно реагировать на предстоящие потенциальные нарушения заданных значений».

Биолог

Вудс — эколог-физиолог, работающий в Университете Монтаны. Его основные интересы связаны с экологией растений и насекомых и физиологическими и биофизическими деталями их взаимодействия. Он изучал биологию в студенческие годы в Стэнфорде, что позже привело его к докторской программе по зоологии (теперь биологии) в Вашингтонском университете.

Например, в преддверии приема пищи организм выделяет дополнительный инсулин, грелин и другие гормоны, согласно обзору журнала Appetite за 2007 год . Эта превентивная мера подготавливает тело к притоку калорий, а не к борьбе за контроль уровня сахара в крови и запасов энергии.

Способность изменять заданные значения позволяет животным адаптироваться к краткосрочным стрессорам, но они могут потерпеть неудачу перед лицом долгосрочных проблем, таких как изменение климата.

«Активация систем гомеостатического реагирования может работать на короткие промежутки времени», — сказал Вудс. Но они не предназначены для длительного использования. «Гомеостатические системы могут катастрофически выйти из строя, если они задвинуты слишком далеко; поэтому, хотя системы могут быть в состоянии справиться с краткосрочными новыми климатическими условиями, они могут быть не в состоянии справиться с большими изменениями в течение более длительных периодов времени».

Гомеостатические точки могут быть адаптивными. Например, в преддверии приема пищи организм дополнительно выделяет инсулин, грелин и другие гормоны, чтобы подготовить организм к поступающей пище. (Изображение предоставлено Гетти)

«Информационная гипотеза» о гомеостазе

Гомеостатические системы, возможно, изначально развились, чтобы помочь организмам поддерживать оптимальные функции в различных средах и ситуациях. Но, согласно эссе 2013 года в журнале Trends in Ecology & Evolution , некоторые ученые предполагают, что гомеостаз в первую очередь обеспечивает «спокойный фон» для общения клеток, тканей и органов друг с другом. Теория утверждает, что гомеостаз облегчает организмам извлечение важной информации из окружающей среды и передачу сигналов между частями тела.

СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ

Независимо от своей эволюционной цели, гомеостаз формировал исследования в науках о жизни почти столетие. Хотя гомеостатические процессы в основном обсуждаются в контексте физиологии животных, они также позволяют растениям управлять запасами энергии, питать клетки и реагировать на вызовы окружающей среды. Помимо биологии, социальные науки, кибернетика, информатика и инженерия используют гомеостаз в качестве основы для понимания того, как люди и машины сохраняют стабильность, несмотря на сбои.

Дополнительные ресурсы

• Посмотрите полезную графику о гомеостазе от Академии Хана (откроется в новой вкладке)
• Узнайте, как гомеостаз влияет на физиологию человека с помощью Ускоренного курса (откроется в новой вкладке)
• Посмотрите это видео с Amoeba Сестры (откроется в новой вкладке), чтобы узнать больше об отрицательных отзывах.

Николетта Ланезе — редактор канала здоровья в Live Science, а ранее работала редактором новостей и штатным автором сайта. Она имеет диплом о высшем образовании в области научных коммуникаций Калифорнийского университета в Санта-Круз и степени в области неврологии и танца Университета Флориды. Ее работы публиковались в The Scientist, Science News, Mercury News, Mongabay и Stanford Medicine Magazine, а также в других изданиях.