Гомеостаз это в биологии: «Чем отличается гомеостаз от саморегуляции в биологии?» – Яндекс.Кью

его значение в организме человека

Среди свойств, присущих живым существам, упоминают гомеостаз. Этим понятием называют относительное постоянство, характерное для организма. Стоит разобраться детально, для чего нужен гомеостаз, что это такое, и как он проявляется.

Сущность понятия

Под гомеостазом подразумевают свойство живого организма, позволяющее сохранять важные характеристики в пределах допустимых норм. Для нормального функционирования необходимо постоянство внутренней среды и отдельных показателей.

Внешнее влияние и неблагоприятные факторы приводят к изменениям, что негативно сказывается на общем состоянии. Но организм способен самостоятельно восстанавливаться, возвращая свои характеристики к оптимальным показателям. Это происходит благодаря рассматриваемому свойству.

Рассматривая понятие гомеостаз и выясняя, что это такое, необходимо определить, как реализуется это свойство. Проще всего в этом разобраться на примере клеток. Каждая представляет собой систему, которая характеризуется подвижностью. Под влиянием определенных обстоятельств ее особенности могут меняться.

Для нормальной жизнедеятельности клетка должна обладать теми свойствами, которые оптимальны для ее существования. Если показатели отклоняются от нормы, жизнеспособность снижается. Чтобы не допустить гибели, все свойства должны возвращаться в исходное состояние.

В этом и заключается гомеостаз. Он нейтрализует любые перемены, возникшие вследствие воздействия на клетку.

Это интересно! Урок биологии: молекула АТФ – что это такое

Определение

Дадим определение, что это за свойство живого организма. Первоначально этим термином называли способность к поддержанию постоянства внутренней среды. Ученые предполагали, что этот процесс затрагивает только межклеточную жидкость, кровь и лимфу.

Именно их постоянство позволяет поддерживать организм в устойчивом состоянии. Но в дальнейшем была обнаружено, что такая способность присуща любой открытой системе.

Определение гомеостаза изменилось. Теперь так называется саморегуляция открытой системы, которая заключается в поддержании динамического равновесия через осуществление скоординированных реакций. Благодаря им, система сохраняет относительно постоянными параметры, необходимые для нормальной жизнедеятельности.

Этот термин стали употреблять не только в биологии. Он нашел применение в социологии, психологии, медицине и других науках. В каждой из них имеется своя трактовка этому понятию, но суть у них общая — постоянство.

Характеристики

Чтобы разобраться, что именно называется гомеостазом, следует выяснить, каковы характеристики этого процесса.

Явлению присущи такие особенности, как:

1. Стремление к равновесию. Все параметры открытой системы должны находиться в соответствии друг с другом.
2. Выявление возможностей к адаптации. Прежде, чем параметры будут изменены, система должна установить, есть ли возможность адаптироваться к изменившимся условиям жизнедеятельности. Это происходит путем анализа.
3. Непредсказуемость результатов. Регуляция показателей не всегда приводит к положительным изменениям.

Рассматриваемое явление представляет собой сложный процесс, осуществление которого зависит от разных обстоятельств. Его протекание обусловлено свойствами открытой системы и особенностями условий ее функционирования.

Это интересно! Что это такое хромосомная и геномная мутация

Применение в биологии

Этот термин употребляется не только в отношении живых существ. Его используют в разных сферах. Чтобы лучше понять, что такое гомеостаз, нужно выяснить, какой смысл в него вкладывают биологи, поскольку именно в этой области его употребляют чаще всего.

Эта наука приписывает данное свойство всем существам без исключения, независимо от их устройства. Оно характерно одноклеточным и многоклеточным. У одноклеточных проявляется в сохранении постоянства внутренней среды.

У организмов с более сложным строением эта особенность касается отдельных клеток, тканей, органов и систем. Среди параметров, которые должны быть постоянными, можно назвать температуру тела, состав крови, содержание ферментов.

В биологии гомеостаз — это не только сохранение постоянства, но и способность организма приспосабливаться к меняющимся условиям среды.

Это интересно! Что такое пищеварительная вакуоль: строение и основные функции

Биологи различают два типа существ:

1. Конформационные, у которых организменные показатели сохраняются, независимо от условий. К числу таких относятся теплокровные животные.
2. Регуляторные, реагирующие на изменения внешней среды и адаптирующиеся к ним. К таким принадлежат земноводные.

При нарушениях в этой сфере восстановление или адаптация не наблюдаются. Организм становится уязвимым и может погибнуть.

Как происходит у человека

Человеческое тело состоит из большого числа клеток, которые взаимосвязаны и образуют ткани, органы, системы органов. Вследствие внешних воздействий в каждой системе и органе могут возникать изменения, которые влекут за собой перемены во всем организме.

Но для нормального функционирования тело должно сохранять оптимальные особенности. Соответственно, после любого воздействия ему нужно вернуться в исходное состояние. Это происходит благодаря гомеостазу.

Это свойство затрагивает такие параметры, как:

• температура,
• содержание питательных веществ,
• кислотность,
• состав крови,
• выведение отходов.

Все эти параметры влияют на состояние человека в целом. От них зависит нормальное протекание химических реакций, способствующих сохранению жизни. Гомеостаз позволяет восстановить прежние показатели после любого воздействия, но не является причиной адаптационных реакций. Это свойство — общая характеристика большого количества процессов, действующих одновременно.

Это интересно! Урок биологии: сколько пар хромосом у нормального человека

Для крови

Гомеостаз крови является одной из основных характеристик, влияющих на жизнеспособность живого существа. Кровь представляет собой его жидкую основу, поскольку находится в каждой ткани и каждом органе.

Благодаря ей осуществляется снабжение отдельных частей тела кислородом, и производится отток вредных веществ и продуктов обмена.

Если имеются нарушения в крови, то выполнение этих процессов ухудшается, что сказывается на работе органов и систем. От постоянства ее состава зависят все другие функции.

Эта субстанция должна сохранять относительно постоянными следующие параметры:

• уровень кислотности;
• осмотическое давление;
• соотношение электролитов в плазме;
• количество глюкозы;
• клеточный состав.

Благодаря наличию способности к поддержанию этих показателей в пределах нормы, они не изменяются даже под влиянием патологических процессов. Незначительные колебания им присущи, и это не вредит. Но они редко превышают нормальные значения.

Это интересно! Если в данной сфере возникают нарушения, то параметры крови не возвращаются в исходное положение. Это указывает на присутствие серьезных проблем. Организм оказывается неспособным к поддержанию равновесия. В результате возникает риск развития осложнений.

Использование в медицине

Данное понятие широко употребляется в медицине. В этой области его сущность почти аналогична биологическому смыслу. Этот термин в медицинской науке охватывает компенсаторные процессы и способность организма к саморегуляции.

В это понятие входят взаимоотношения и взаимодействия всех компонентов, участвующих в реализации регуляторной функции. Оно охватывает обменные процессы, дыхание, кровообращение.

Отличие медицинского термина заключается в том, что наука рассматривает гомеостаз как вспомогательный фактор лечения. При заболеваниях организменные функции нарушаются из-за повреждений органов. Это отражается на всем теле целиком. Восстановить деятельность проблемного органа удается с помощью терапии. Повышению ее эффективности способствует рассматриваемая способность. Благодаря процедурам организм сам направляет усилия на ликвидацию патологических явлений, стремясь восстановить нормальные параметры.

Это интересно! Из чего состоит нуклеотид и что это такое

При отсутствии возможностей для этого включается механизм адаптации, который проявляется в снижении нагрузок на поврежденный орган. Это позволяет снизить ущерб и не допустить активного прогрессирования болезни. Можно сказать, что такое понятие, как гомеостаз, в медицине рассматривают с практической стороны.

Википедия

Значение любого термина или характеристику любого явления чаще всего узнают из Википедии. Она рассматривает это понятие достаточно подробно, но в самом простом смысле: называет его стремлением организма к адаптации, развитию и выживанию.

Объясняется такой подход тем, что при отсутствии данного свойства живому существу будет трудно приспособиться к меняющимся условиям среды и развиваться в нужном направлении.

А при возникновении нарушений в функционировании существо просто погибнет, поскольку не сумеет вернуться в нормальное состояние.

Важно! Для того, чтобы процесс осуществлялся, необходимо чтобы все органы и системы работали слаженно. Это обеспечит сохранение всех жизненно важных параметров в нормальных пределах. Если отдельный показатель не поддается регуляции, это указывает на проблемы с реализацией данного процесса.

Примеры

Понять, что собой представляет гомеостаз в организме, помогут примеры этого явления. Одним из них является сохранение постоянной температуры тела. Некоторые изменения ей присущи, но они незначительны. Серьезное повышение температуры наблюдается лишь при наличии заболеваний. Еще одним примером называют показатели артериального давления. Существенное повышение или понижение показателей возникает при нарушениях здоровья. При этом организм стремится вернуть нормальные характеристики.

Полезное видео

Подведем итоги

Изучаемое свойство является одним из ключевых для нормального функционирования и сохранения жизни, заключается в способности восстанавливать оптимальные показатели жизненно важных параметров. Изменения в них могут возникать под влиянием внешних воздействий или патологий. Благодаря этой способности живые существа могут сопротивляться внешним факторам.

Вконтакте

Одноклассники

Facebook

Мой мир

Twitter

Зачем организму гомеостаз | Учитель биологии Ольга Коновалова

Представьте себе, что все привычные вам продукты начали постоянно случайным образом менять вкус. Покупаете шоколадное мороженое, а оно со вкусом хрена. Покупаете любимый стейк, а он со вкусом рыбы. Нам хочется предвидеть и угадывать вкус любимых продуктов. Нам удобна вкусовая стабильность.

Примерно тоже самое обстоит с внутренней средой организма. Для того что бы он нормально функционировал необходимо постоянство внутренней среды. «Так в чем же проблема?» — спросите вы. Дело в том, что любой живой организм является открытой системой. Что означает постоянный обмен веществами, энергией и информацией с окружающей средой. И параметры внутренней среды могут из-за поступления внутрь веществ и энергии меняться. А нужно что бы не менялись. Соответственно, гомеостаз — это способность организма поддерживать относительное постоянство внутренней среды. Почему относительное? Да потому что невозможно держать какой-либо показатель все время на одном уровне в условиях открытой системы. Если вернуться к аналогии со вкусами продуктов, то можно пояснить эту относительность так. Одно и тоже мороженное одной и той же марки может в разных случаях иметь разный вкус. Свежее и в конце срока годности, хранившееся в магазине правильно и с нарушениями, съеденное после кислого яблока или после сладкого варенье и т. д.

Что контролируем?

Приведем в пример несколько основных параметров, которые контролируются гомеостазом:

• Температура тела.

• Количество глюкозы в крови

• Удаление продуктов обмена веществ (это могут быть вредные вещества либо просто избыточное количество безвредных веществ)

Механизмы контроля

1. Отрицательная обратная связь

   После получения информации организм изменяет деятельность на противоположную.

2. Положительная обратная связь.

   После получения информации идет усиление той деятельности, которая уже осуществлялась.

механизмы гомеостаза

Пример отрицательной обратной связи.

Рецепторы кожи воспринимают понижение температуры окружающей среды.

⇓

Сигнал об изменении температуры поступает в мозг.

⇓

Мозг отправляет сигналы, которые включают механизмы повышения температуры (сужение кровеносных сосудов кожи, поднятие волос на теле, мышечная дрожь)

Пример положительной обратной связи.

Усиление мышечных сокращений стенок матки.

⇓

Увеличение внутриматочного давления

⇓

Выделение окситоцина

⇓

Усиление схваток.

Иллюстрация взята из справочника «Биология человека в диаграммах» В. Пикеринг. (очень советую этот справочник). Подробнее про гомеостаз можно почитать в вики

ГОМЕОСТАЗ, КАК ПОСТОЯНСТВО НЕПОСТОЯННОГО (обзор литературы) Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

УДК: 611

ГОМЕОСТАЗ, КАК ПОСТОЯНСТВО НЕПОСТОЯННОГО

(обзор литературы)

В.В. ЕСЬКОВ*, К.А. ХАДАРЦЕВА**, О.Е. ФИЛАТОВА*, Д.В. ИВАНОВ**

*Сургутский государственный университет, пр-т. Ленина, д. 1, Сургут, Ханты-Мансийский автономный округ, 628403, Россия Тульский государственный университет, пр-т Ленина, д. 92, Тула, 30012, Россия

Аннотация. В обзоре проведен анализ литературных источников, в которых излагаются отдельные аспекты такого состояния внутренней среды организма человека, как гомеостаз. Гомеостаз представляется как относительное постоянство внутренней среды, в которой непрерывно происходит видоизменение клеток, тканей, биологических жидкостей, гормонов, ферментов, метаболитов. А это и есть непостоянство. Все сложные системы (complexity) — системы третьего типа (в терминологии теории хаоса и самоорганизации систем) постоянно эволюционируют. При этом системный анализ и синтез позволяют вести поиск вариантов внешнего управления такими сложными системами. Гомеостаз в организме зависит от активности тонической и фазической моторных систем, сопряженных с вегетативной регуляцией и комплексом ГАМК-допамин. Определены экзогенные и эндогенные синтоксины и кататоксины, способствующие модуляции программ адаптации, тем самым обеспечивающие «постоянство непостоянного». Определена также роль крови и ее компонентов (эритрона и лейкона), возможности ее самоорганизации при определенных условиях, в том числе при передаче информации от слабых управляющих воздействий электромагнитных полей различной структуры. Показана важность метода спектрофотомет-рии аутофлуоресценции в диагностике.

Ключевые слова: гомеостаз, теория хаоса и самоорганизации, информация, управление в живых системах, системный анализ и синтез, постоянство непостоянного, фазатон мозга, третья парадигма, син-токсические и кататоксические программы адаптации, аутофлуоресценция.

HOMEOSTASIS, AS THE CONSTANCY OF THE INCONSTANCY

(literature review)

V.V. ES’KOV*, К.А. KHADARTSEVA**, О.Е. FILATOVA*, D.V. IVANOV**

Surgut State University, Lenin Ave., 1, Surgut, Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug, 628403, Russia Tula State University, 92, Lenina Ave., Tula, 30012, Russia

Abstract. The review analyzes literature sources in which certain aspects of the state of the internal environment of the human body, such as homeostasis, are presented. Homeostasis is represented as a relative constancy of the internal environment, in which the cells, tissues, biological fluids, hormones, enzymes, metabolites continuously change. And this is inconstancy. All complex systems (complexity) — systems of the third type (in the terminology of the theory of chaos and self-organization of systems) are constantly evolving. At the same time, system analysis and synthesis allow searching for variants of external control of such complex systems. Homeostasis in the body depends on the activity of tonic and phasic motor systems, coupled with vegetative regulation and the GABA-dopamine complex. Exogenous and endogenous syntoxins and catatoxins that contribute to the modulation of adaptation programs are determined, thereby ensuring the «constancy of the inconstancy». The role of blood and its components (erythron and leucon), the possibility of its self-organization under certain conditions, including the transfer of information from weak control effects of electromagnetic fields of different structures, is also determined. The importance of the method of spectrophotometry of autofluorescence in diagnostics is shown.

Key words: homeostasis, the theory of chaos and self-organization, information, control in living systems, system analysis and synthesis, the constancy of the inconstancy, brain phasaton, the third paradigm, syn-toxin and catatoxin adaptation programs, autofluorescence.

Определяя гомеостаз, как особое состояние внутренней среды живого организма, Клод Бернар отмечал: «Постоянство или стойкость внутренней среды, гармонический набор процессов, являются условием свободной жизни организма». При этом, акцент делался именно на «постоянстве» этой среды. Специалисты общей теории систем и биофизики, изучая неравновесные системы, заложили основы кибернетики и синергетики, и пришли к иному толкованию гомеостаза и стационарных режимов биологических систем, чем ранее. Трактовать постоянство внутренней среды, как dx/dt=0 (где x — вектор состоя-

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

ния системы), как неизменность функции распределения f(x) — представлялось не корректным. Непрерывное и хаотическое движение x(t) в фазовом пространстве состояний (ФПС) — это хаос параметров системы или неопределенность f(x). У.Р. Эшби считал гомеостаз свойством человекомерных систем, применимым для любых сложных систем, находящихся в динамическом равновесии [6].

Понятие динамического равновесия основывается на наличии устойчивого среднего значения <x> и флуктуации параметров x(t) вокруг этого среднего <x>. Для сложных биологических систем (complexity), или систем третьего типа (СТТ) — это исключено из-за постоянной их эволюции. Гомеостаз, как условное равновесие, постоянно эволюционирует в ФПС. Традиционное (в рамках детерминизма и стохастики) понятие равновесия — не применимо для гомеостаза. Объективным фактором в биологических системах является «постоянство непостоянного» [7, 30, 35].

По мере развития новых взглядов на управление в живых системах, обусловленных развитием теории медицины и подтвержденных результатами современных комплексных аналитических исследований, стало необходимым осуществление системного синтеза. Системный анализ неисчерпаемой информации, получаемой от живых объектов, позволяет приблизиться к пониманию закономерностей процессов жизнедеятельности. Фрактальность структур живых организмов, иерархичность управления ими, наличие странного аттрактора, акцептора результата действия (по П.К. Анохину), самоорганизация функциональных систем при помощи слабоинтенсивных, но достаточных для осуществления управления, эндогенных и экзогенных воздействий — подтверждают необходимость целостного восприятия живого организма, человека, как системы. Поиск способов внешнего управления, возможностей влияния на скорость и направленность процессов саморегуляции, адаптации в системе — возможен только при системном аналитико-синтетическом подходе [2, 25].

Теория автоматического управления (включающая в себя теорию автоматического регулирования) разрабатывалась преимущественно для неживых объектов, хотя изначально процессы в биологических объектах служили ориентиром, объектом математического моделирования при формулировании основных положений теории. Именно поэтому работы в области физиологии, в частности, П.К. Анохина, в свое время легли в основу кибернетики, как науки об управлении. Дальнейшее использование методов системного анализа и синтеза позволило видоизменить научное мировоззрение. Начала развиваться теория хаоса и самоорганизации (ТХС) систем, как основа третьей парадигмы (первая — детерминистская, вторая — стохастическая). Предметом изучения становятся сложные системы (complexity), в том числе -биологические. Были определены характерные для complexity отличительные признаки, осуществлена разработка специальных методов математической обработки показателей жизнедеятельности для таких систем [10].

Обеспечение нейромоторного, вегетативного и нейромедиаторного гомеостаза в норме препятствует развитию и формированию патологических систем нейромоторных дискинезий. Вентролатеральный комплекс ядер таламуса (VOA — передняя часть и VOP — задняя часть) участвует в регуляции активности фазической и тонической систем. При этом тоническая моторная система выступает в комплексе с парасимпатическим отделом вегетативной нервной системы, а фазическая моторная система образует комплекс с симпатическим отделом вегетативной системы. Обе эти системы объединены в иерархическую систему — фазатон мозга (ФМ), первичную схему которого предложил В.В. Скупченко (1991). ФМ — это нейромедиаторный комплекс взаимодействия допамина и ГАМК, осуществляющий регуляцию тонического и фазического компонента комплекса. Значимость таламического регулирования подтверждается клинической практикой. Так, при нейрофизиологической операции дифференцированной таламото-мии — деструкция VOP прекращает тремор, а VOA — уменьшает ригидность мышц. Дисбаланс этих комплексов приводит к развитию различного типа дискинезий и патологий нейромоторного, вегетативного и нейромедиаторного комплексов. Математическая трактовка подобных процессов сейчас рассматривается более подробно с позиций компартментно-кластерного подхода как одного из перспективных направлений развития современной медицинской кибернетики. Этот подход базируется на кластерной теории биосистем и является наиболее разработанной аналитической теорией.

Подобные клинико-патофизиологические обобщения, фактически, предлагают новую нейродина-мическую модель структурно-функциональной организации системы моторно-вегетативной регуляции двигательных и других функций человека. Применение синтоксинов — гирудотерапии, транскраниальной электростимуляции, лазерофореза серотонина, ГАМК, фенибута или инъекции раствора KCl, оказывают модулирующее действие на ФМ. Существенно, что гуморальное воздействие значительно длительней и устойчивей чем нейромоторный компонент. С этих позиций можно корригировать течение любой болезни, когда пациента надо устойчиво перевести из тонической области в фазическую, или наоборот. Какие же методы использует врач — это дело индивидуальное [12, 13, 21, 22, 33, 36].

Адаптивные механизмы (синтоксические и кататоксические) тесно связаны с функцией мозга, как основные факторы прогрессивного эволюционного развития, и зависят от силы раздражителя и реактивности центральной нервной системы. Включение кататоксических программ адаптации (КПА) наблюдаемое при действии агрессивных экзо- и эндогенных факторов большой интенсивности, сопровож-

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

дается активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Это приводит к выработке энергии, мобилизуемой адреналином, норадреналином, а затем и глюкокортикоидами — через усиленный распад жиров и белков (гликолиз и глюконеогенез), с одновременной депрессией антиоксидантных, про-тивосвертывающих механизмов крови и активацией иммуногенеза. Организм при этом активно отражает микробную агрессию, либо другую чужеродную стресс-атаку, но, при превышении интенсивности в определенных пределах, может привести его к гибели. Одновременно с активацией КПА запускаются и синтоксические программы адаптации (СПА) направленные на ослабление эффекта действия сильного раздражителя. При этом, вместо дальнейшего усиления ответной реакции на экстремальный раздражитель организм его ослабляет. Активность КПА начинает сдерживаться, поскольку угнетение антиокси-дантных и противосвертывающих механизмов с явлениями иммуноактивации может привести к снижению физиологической устойчивости организма (разрушению мембранных структур, массивному тром-биногенезу, развитию коагулопатии потребления). При этом важным фактором адаптации к стрессовым ситуациям является активация центральных регуляторных механизмов при действии различных раздражителей, которая тормозит выход либеринов и выделение ГАМК, дофамина, серотонина, опиоидных и других тормозных медиаторов. Эти тормозные системы ограничивают стресс-реакцию и играют важную роль в адаптации организма к стрессовым ситуациям [24, 23].

В современных исследованиях учитывается роль гипоталамо-гипофизарно-половой (репродуктивной) системы, которая в ответ на раздражители выделяет фертильные факторы, обеспечивающие включение СПА. Фертильные факторы постоянно присутствуют в организме как синтоксины и активно вырабатываются в репродуктивных органах — а2-микроглобулин фертильности (АМГФ), трофобласти-ческий-в¡-гликопротеид (ТБГ) и др. Эта группа биологически активных веществ хорошо изучена при протекании нормального и патологического репродуктивного цикла [4, 31].

В ходе возникновения и развития реакции на экзо- или эндогенный стресс остается неясным вопрос о пусковых механизмах, активирующих и стимулирующих гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему, которой с первых работ Г. Селье придавалось особо важное значение во всех исследованиях посвященных адаптационному синдрому. Общепризнано, что в развитии реакции организма на любое воздействие значимы две системы — симпатоадреналовая и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая. Их возбуждение сопровождается накоплением во внутренней среде, включая и кровь, катехоламинов, кортикостероидов и тироксина с резким повышением энергетического потенциала, направленного на оказание активного сопротивления. Активация адренергических структур мозга и включение КПА проявляется накоплением в крови адреналина, норадреналина, кортизона и гормонов щитовидной железы. Возбуждение эфферентных звеньев адаптивного рефлекса активирует деятельность суп-распинальной моторной системы и адренергических механизмов мозга. Первая из них определяет объем и характер адаптации сократительной активности скелетных мышц, вторая — субстратное обеспечение и метаболическую модуляцию окислительных процессов в мышцах и внутренних органах, а также неметаболические терморегуляционные эффекты. Согласование моторной деятельности с адренергической регуляцией является решающей в регуляции адаптации.

Выделяющиеся эндогенные фертильные факторы сдерживают активность КПА. Введение веществ, содержащих естественные синтоксины, сопровождается активацией антиоксидантных и противо-свертывающих механизмов крови с иммуносупрессией, что позволяет организму сопереживать с различного рода раздражителями. Распад глюкозы или формы ее аккумуляции — гликогена — является энергетическим источником, непосредственно используемым животными клетками.

От метаболического пути цикла Кребса зависит сознательная моторная активность индивида в окружающей среде, что обусловлено энергией, освобождающейся в нервно-мышечной системе. Под влиянием НАДФ. Н2 происходит восстановительное карбоксилирование пирувата в малат, в результате чего регенерируются дикарбоновые кислоты цикла лимонной кислоты. Осуществляется синтез и гидроксилирование стероидов, гидроксилирование предшественников адреналина и тироксина. Модулятором этого процесса могут быть синтоксины — экзогенная ГАМК, серотонин, фертильные факторы, фитоэкдистероиды. При этом резко активируются антиоксидантные и противосвертывающие механизмы крови. Увеличение концентрации эндогенной ГАМК в гипоталамических структурах является индикатором включения СПА. Введение синтоксинов в течение двух недель способствует снижению активности КПА, что сопровождается нормализацией липидного, углеводного и других видов обмена с восстановлением гомеостаза.

В поддержании гомеостаза, как «постоянства непостоянного», активно участвуют биологические жидкости (БЖ), в частности, кровь с такими компонентами, как эритрон и лейкон. Тезиографические исследования показали, что разнообразные химические и физические воздействия, влияя на весь человеческий организм, его системы, органы, ткани, клетки, изменяют характер кристаллизации БЖ. Сама кристаллизация является неравновесным процессом самоорганизации, единством постоянного и не постоянного, подтверждающим фрактальную геометрию природы на всех ее уровнях [2, 14, 15, 18-20].

Мало изучены процессы, самоорганизации БЖ, протекающие на субатомарном и атомарно-молекулярном уровне, при потере ими воды, включая реакции образования автоволн, вихреобразования,

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

кристаллизации смеси сложных биологических молекул, многие из которых несут информационную нагрузку, отражающую гомеостатические механизмы. С развитием нанотехнологий прогресс в этих исследованиях может быть связан с изучением сильных и слабых воздействий. При этом для биологии и физиологии важно, что даже слабые воздействия на атомы и молекулы могут быть «переданы» на уровень целостного макроорганизма опосредованно, через те или иные носители, включая информационные [32].

Информация является вместе с энергией и веществом, третьей важнейшей сущностью, как микромира, так и макромира. В общем плане под информацией понимаются сведения, которые хранятся в различных носителях: в радиосигналах, потоках других излучений, в рельефе ключа, позволяющего открыть «свой» замок, в сложных структурах биологических молекул, что способствует живым клеткам вырабатывать специфические белки к определенным тканям, или иммуноглобулины для уничтожения вредных микроорганизмов. Доказано, что информационные сигналы способны в короткие сроки изменять состояния клеток и жидких сред организма, влияя на поляризацию молекул и структур, способных поляризоваться с невероятными скоростями. Если самые быстрые химические реакции происходят за 10-6 с, то электронная поляризация диэлектриков, которыми являются биополимеры, совершается за 10-13-10-11, ионная — 10-13-10-11, ориен-тационная — 10-10 c [30]. Особый научный интерес вызывают процессы, связанные с информационным обменом и откликом самоорганизующихся систем на слабые воздействия физических факторов, включая во многом еще неисследованные влияния энергоинформационных матриц. Наблюдения за самоорганизацией те-зиограмм крови и ее препаратов дают основание заключить, что в этом процессе проявляется целый ряд природных паттернов оперирования информацией, скрытой в жидких, жидкокристаллических и кристаллических структурах. Это объясняет возможность коррекции гомеостаза в complexity при помощи различных внешних воздействий [1, 34].

Информация обладает пятью основными свойствами: ее можно собирать, хранить или запоминать, передавать, обрабатывать или преобразовывать и использовать. И вместе с тем информация — это первичный и неопределяемый термин, даже в информатике. Отсутствие четкого определения не мешает, однако, проводить измерения объема информации и обрабатывать его. Однако смысл и значимость информации — понятия сугубо субъективные, свойственные человеку. В физиологии считается, что регуляция процессов биологического синтеза у человека за счет микроэнергетической и микроэлементной «подкачки» сопряжена с нестабильными состояниями микроструктур и сред организма с быстро меняющимися параметрами. В случае хаотического попадания на самоорганизующуюся систему сразу нескольких потоков биологически значимой информации — отдельные организмы и их структуры реагируют по-разному, вследствие вероятностного характера изменений динамических структур биологической материи. Направленная узко ограниченная когерентная информационная биоэнергетическая «струйка», может привести к стабилизации и формированию микроструктур и сред конкретного организма. Организм человека способен вычленять из множества неспецифических сигналов нужную компоненту, запускающую такую же цепь восстановительных саногенетических реакций, как и специфическое, несущее химическую информацию, вещество (лекарственный препарат, фермент и т.п.) [11].

Возможности управляющих воздействий электромагнитных полей и излучений подтверждается рядом исследований влияния низкоэнергетического сверхвысокочастного (СВЧ) излучения на функции клеток крови с достижением значимого клинического эффекта при внебольничных пневмониях [3, 8, 9, 26-29].

Наиболее гармонично устроенным природным оператором информации, успешно работающим с ней как с существенно энтропийным процессом, является человеческий организм в целом, и его мозг, обладающий свойством сознания. В памяти мозга имеется фильтр (код) формирующий функцию распределения смыслов, поэтому организм способен читать информацию, представляемую извне посредством химических сигналов малой информационной емкости, генерации импульсов — потенциалов действия (как свертков информации). Это возможно за счет жидкокристаллических конструкций, например, генов — вещества хромосом, либо за счет «био-СВЧ» — сверхвысоких электромагнитных излучений, генерируемых каждой биосистемой [5, 20].

Накопленные в научных исследованиях данные разных авторов, включая и наши, свидетельствуют о нарушениях функций самых разных клеток и систем организма людей под влиянием экзогенных факторов, которые, воздействуя на организм, его форменные элементы, автоколебательные процессы и текучесть жидкой части крови, вызывают нарушения использования организмом информации в отношении процессов клеточного дыхания. Оценка этих нарушений в целостном организме, живых и переживающих тканях, различных клетках, в том числе эритроцитах здоровых и больных людей, представляет до сих пор определенные трудности. Аутофлуоресценция эритроцитов при телевизионной микроспектро-фотометрии характеризуется более узким спектром свечения, чем у покровных тканей в различных топографических участках и биологически активных точках. При исследовании эритроцитов выявляются отличия в интенсивности их флуоресценции, зависящей от их формы и изменений ультраструктуры. Усовершенствованные приборные комплексы дают хорошо воспроизводимые результаты при регистрации интенсивности свечения различных клеток и ограниченных участков покровных тканей на длинах

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

волн 455-700 нм. Общеизвестен факт участия в феномене флуоресценции не только ферментов из групп пиридиннуклеотидов и флавопротеидов, но и большого количества других ферментов и белков, из которых построены живые клетки или ткани. В экспериментах «в пробирке», in situ и в клинических наблюдениях подтверждена возможность спектрофотометрического исследования эритроцитов для оценки их участия в обеспечении клеточного дыхания покровных тканей и установлены зависимости их аутофлуо-ресценции от морфологических характеристик клеток. Показано также, что конфигурация эритроцитов в значительной степени влияет не только на кинетику крови, но и имеет существенные связи с уровнем обмена веществ (биологического окисления), функцией внешнего дыхания и энергии в тканях. Получены косвенные данные о том, что эритроциты больного организма приобретают в результате заболеваний структурные изменения, ведущие к искажению восприятия и переноса информации важных для межклеточных взаимодействий. Они согласуются с мнением других исследователей о том, что эхиноцитоз и пойкилоцитоз значительно ухудшают энергоинформационный обмен. Это может быть обусловлено встраиванием в мембраны холестерина, последующим снижением текучести мембран, нарушением обмена карбоксильных групп в виде СО2, которые играют важную роль в сборке жирных кислот в клеточных оболочках. При этом регистрируются изменения аутофлуоресцентного отклика клеток на УФ-облучение, что ведет к нарушению в предоставлении эритроцитами больного организма информации об изменениях содержания углекислого газа, кислорода, окислов азота, антигенов к рецепторам синокаро-тидной зоны и аорты, к ЦНС [17].

Продемонстрировано, что различные функциональные пробы за 5 минут до наступления состояния анаэробного порога приводят к увеличению интенсивности аутофлуоресценции покровных тканей и флуоресценции эритроцитов дискоидной формы. При этом нативная флуоресценция трансформированных эритроцитов либо уменьшается (у стоматоцитов на 17-18%, у части пойкилоцитов и шизоцитов — на 13-14%), либо остается на стабильно пониженном уровне (эхиноциты-III, сфероциты и клеточные тени). Характерно снижение интенсивности естественной флуоресценции в 3-5 раз у пойкилоцитов, по сравнению с дискоцитами. Это связано с известными деструктивными процессами в мембранном аппарате и цитозоле этих функционально неполноценных и необратимо измененных клеток.

Были обнаружены различия в аутофлуоресценции эритроцитов различной конфигурации: диско-циты флуоресцируют преимущественно сине-голубым светом, но некоторые зоны наружных частей их тора флуоресцируют бело-розовым цветом. Стоматоциты-III флуоресцируют неравномерно, преимущественно фиолетовым светом, а участки свечения синим и розовым светом заметно сужаются в размерах, принимая вид сектора или треугольника. При этом средние интенсивности свечения эритроцитов у больных достоверно ниже (в 1,5 раз), чем у здоровых людей. Показано, что «послойная» флуоресценция клеточных участков, ответственных за формирование в зоне пеллора дискоидных клеток и участков клеток, подвергшихся деформациям, либо деструктивным изменениям, характеризуется низкоинтенсивной ау-тофлуоресценцией. Закономерно то, что наружные части тора эритроцитов здорового организма светятся несколько ярче, чем центральная часть клетки. Установлена зависимость флуоресценции эритроцита от состояния инкубационной среды: при обезвоживании — в высыхающем препарате незадолго до полного высыхания внеклеточной жидкости у отдельных эритроцитов интенсивность свечения в УФ-лучах возрастало до 5 раз за счет флуоресценции наружных частей тора, тогда как центральные части этих клеток почти полностью переставали флуоресцировать. Этот феномен требует дополнительной расшифровки. Можно предположить, что это наблюдается, когда клетка начинает терять внутриклеточную воду. Возможно, подпороговое для эритроцита высыхание приводит на определенном этапе к конформационным изменениям поверхностных молекул мембран клетки, когда в биомолекулах увеличивается число химических групп с двойными связями и, соответственно, с числом способных к перемещению под влиянием УФ-излучения с орбиты на орбиту электронов [16].

Заключение. Можно констатировать, что основными свойствами сложных систем (complexity) являются неопределенность и непрогнозируемость. Присущий таким системам гомеостаз, как постоянство внутренней среды, обеспечивается за счет непостоянства инфраструктуры этой среды, которая непрерывно эволюционирует. Это постоянство непостоянного является основой самоорганизации, присущей системам третьего типа.

Литература

1. Адайкин В.И., Брагинский М.Я., Еськов В.М., Русак С.Н., Хадарцев А.А., Филатова О.Е. Новый метод идентификации хаотических и стохастических параметров экосреды // Вестник новых медицинских технологий. 2006. № 2. С. 39-41.

2. Гаврильчак И.Н., Игнатьев В.В., Кидалов В.Н., Рымкевич П.П., Соловьев В.Н., Хадарцев А.А. О формообразовании эритроцитов в потоке крови // Вестник новых медицинских технологий. 2006. Т. 13, № 1. С. 6-9.

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

3. Грязев М.В., Куротченко Л.В., Куротченко С.П., Луценко Ю.А., Субботина Т.И., Хадар-цев А.А., Яшин А.А. Экспериментальная магнитобиология: воздействие полей сложной структуры: Монография / Под ред. Т.И. Субботиной и А.А. Яшина. Москва — Тверь — Тула: Изд-во ООО «Триада», 2007. 112 с.

4. Дармограй В.Н., Карасева Ю.В., Морозов В.Н., Морозова В.И., Наумова Э.М., Хадарцев А.А. Фитоэкдистероиды и фертильные факторы как активаторы синтоксических программ адаптации // Вестник новых медицинских технологий. 2005. № 2. С. 82-84.

5. Еськов В.М., Филатова О.Е., Попов Ю.М. Закономерность изменения синергетических взаимоотношений в системах регуляции биологических динамических систем организма млекопитающих под действием внешних факторов (Диплом № 248) // В кн.: Потоцкий В.В. Регистрация научных открытий. Методология и практика.- М.: РАЕН, Международная академия авторов научных открытий и изобретений, 2004. 356 с.

6. Еськов В.М., Хадарцев А.А., Еськов В.В., Филатов М.А. Хаотический подход в новой интерпретации гомеостаза // Клиническая медицина и фармакология. 2016. Т.2, №3. С. 47-51.

7. Зилов В.Г., Еськов В.М., Хадарцев А.А., Еськов В.В. Экспериментальное подтверждение эффекта «Повторение без повторения» Н.А. Бернштейна // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2017. № 1. С. 4-8.

8. Зилов В.Г., Субботина Т.И., Яшин А.А., Хадарцев А.А., Иванов Д.В. Влияние электромагнитных полей, модулированных инфранизкими частотами, на продуцирование стволовых клеток // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2017. № 11. С. 643-645.

9. Зилов В.Г., Хадарцев А.А., Терехов И.В., Бондарь С.С. Взаимосвязь содержания в мононукле-арных лейкоцитах цельной крови в постклиническую фазу внебольничной пневмонии циклинов, циклин-зависимых киназ и их ингибиторов под влиянием микроволн частотой 1 ГГц // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2017. Т. 163, № 5. С. 578-582.

10. Зинченко Ю.П., Хадарцев А.А., Филатова О.Е. Введение в биофизику гомеостатических систем (complexity) // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2016. № 3. С. 6-15. DOI: 10.12737/22107

11. Иванов Д.В., Ленников Р.В., Морозов В.Н., Савин Е.И., Субботина Т.И., Хадарцев А.А., Яшин А.А. Эффект донор-акцепторного переноса проходящим электромагнитным излучением сано- и патогенных характеристик биообъекта и создание новых медицинских технологий // Вестник новых медицинских технологий. 2010. № 2. С. 10-16.

12. Иванов Д.В., Хадарцев А.А. Клеточные технологии в восстановительной медицине: Монография / Под ред. А.Н. Лищука. Тула: Тульский полиграфист, 2011. 180 с.

13. Иванов Д.В., Хадарцев А.А., Фудин Н.А. Клеточные технологии и транскраниальная электростимуляция в спорте // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2017. №4. Публикация 2-24. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2017-4/2-24.pdf (дата обращения: 14.12.2017). DOI: 10.12737/article_5a38d3425cbed3.24947719.

14. Кидалов В.Н., Красильникова Н.А., Куликов В.Е., Сясин Н.Н., Якушина Г.Н. Гармония в системе гематологических субпопуляций крови. Значение вурфовых величин эритрона в оценке реакций организма на экстремальные воздействия // Проблемы гармонии, симметрии и золотого сечения в природе, науке и искусстве: Сб. науч. трудов. Вып. 15. Винница, 2003. С. 192-203.

15. Кидалов В.Н., Сясин Н.И., Хадарцев А. А., Якушина Г.А. Жидкокристаллические свойства крови и возможности их применения в нетраиционных медицинских исследованиях // Вестник новых медицинских технологий. 2002. № 2. С. 25-27.

16. Кидалов В.Н., Хадарцев А.А. Тезиография крови и биологических жидкостей / Под ред. А.А. Хадарцева. Тула: Тульский полиграфист, 2009. 244 с.

17. Кидалов В.Н., Хадарцев А.А., Сясин Н.И., Якушина Г.Н., Краюхин А.В. Аутофлуоресценция нативных тканей и клеток крови и ее значение для медицинской практики: Монография. Тула — Санкт Петербург, 2005. 108 с.

18. Кидалов В.Н., Хадарцев А. А., Якушина Г.Н. Саногенез и саногенные реакции эритрона. Проблемы медицины и общее представление о саногенезе // Вестник новых медицинских технологий. 2005. № 3-4. С. 5-9.

19. Кидалов В.Н., Хадарцев А.А., Якушина Г.Н., Яшин А.А. Фрактальность и вурфы крови в оценках реакции организма на экстремальные воздействия // Вестник новых медицинских технологий. 2004. № 3. С. 20-23.

20. Кидалов В.Н., Чечеткин А.В., Сясин Н.И. Паттерны крови и код Фибоначчи // Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2007. № 4 (20). С. 44.

21. Купеев В.Г., Хадарцев А.А., Троицкая Е.А. Технология фитолазерофореза. Тула: Изд-во «Тульский полиграфист», 2001. 120 с.

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

22. Макеев Б.Л., Кидалов В.Н. Способ определения степени магниточувствительности человека // Патент Российского агентства по патентам и товарным знакам (Роспатент) № 2108581 на изобретение от 13.12.95 г.

23. Морозов В.Н., Хадарцев А.А., Ветрова Ю.В., Гуськова О.В. Неспецифические (синтоксиче-ские и кататоксические) механизмы адаптации к длительному воздействию холодового раздражителя // Вестник новых медицинских технологий. 2000. Т. 7, № 3-4. С. 100-105.

24. Муромцев В.А., Кидалов В.Н. Медицина в 21-ом веке. От древнейших традиций до высоких технологий. СПб: Интан, 1998. 131 с.

25. Савин Е.И., Хадарцев А.А., Иванов Д.В., Субботина Т.И., Морозов В.Н. Регуляция сво-боднорадикальных процессов модулирующим воздействием электромагнитного излучения в сочетании с введением стволовых клеток // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2010. №5. С. 77-79.

26. Терехов И.В., Бондарь С.С., Хадарцев А.А. Состояние рецепторзависимых сигнальных путей в агранулоцитах периферической крови реконвалесцентов внебольничной пневмонии под влиянием микроволнового излучения // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2016. Т. 93, № 3. С. 23-28.

27. Терехов И.В., Хадарцев А.А., Бондарь С.С., Воеводин А.А. Экспрессия toll- и nod-подобных рецепторов, уровень в мононуклеарных клетках цельной крови регуляторных факторов противовирусной защиты и продукция интерферона под влиянием низкоинтенсивного микроволнового излучения частотой 1 ГГц // Вестник новых медицинских тех-нологий. Электронное издание. 2016. №3. Публикация 2-22. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2016-3/2-22.pdf (дата обращения: 17.09.2016). DOI: 12737/21557.

28. Терехов И.В., Хадарцев А.А., Никифоров А.А., Бондарь С.С. Продукция цитокинов клетками цельной крови реконвалесцентов внебольничной пневмонии под влиянием низкоинтенсивного СВЧ-облучения // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2014. №1. Публикация 2-57. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/ Bulletin/E2015-1/4815.pdf (дата обращения: 30.06.2014). DOI: 10.12737/5025

29. Терехов И.В., Хадарцев А.А., Никифоров В.С., Бондарь С.С. Функциональное состояние клеток цельной крови при внебольничной пневмонии и его коррекция СВЧ-излучением // Фундаментальные исследования. 2014. № 10 (4). С. 737-741.

30. Филатова О.Е., Хадарцев А. А., Еськов В.В., Филатова Д.Ю. Неопределённость и непрогнози-руемость — базовые свойства систем в биомедицине // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2013. № 1. С. 68-83.

31. Хадарцев А.А. Не медикаментозные технологии (рефлексотерапия, гирудотерапия, фитотерапия, физиотерапия). Германия: Palmarium Academic Publishing, 2012. 512 с.

32. Хадарцев А.А. Новые медицинские технологии на основе взаимодействия физических полей и излучений с биологическими объектами // Вестник новых медицинских технологий. 1999. Т. 6, № 1. С. 715.

33. Хадарцев А.А., Морозов В.Н., Волков В.Г., Хадарцева К. А., Карасева Ю.В., Хромушин В.А., Гранатович Н.Н., Гусак Ю.К., Чуксеева Ю.В., Паньшина М.В. Медико-биологические аспекты реабили-тационно-восстановительных технологий в акушерстве: монография / Под ред. Хадарцевой К.А. Тула: ООО «Тульский полиграфист», 2013. 222 с.

34. Хадарцев А. А., Морозов В.Н., Карасева Ю.В., Хадарцева К.А., Гордеева А.Ю. Психонейроим-мунологические программы адаптации, как модели дизадаптации у женщин с нарушенным репродуктивным циклом // Фундаментальные исследования. 2012. № 5 (часть 2). С. 359-365.

35. Хадарцев А.А., Филатова О.Е., Джумагалиева Л.Б., Гудкова С. А. Понятие трех глобальных парадигм в науке и социумах // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2013. № 3. С. 35-45.

36. Хадарцев А. А., Олейникова М.М., Михайлова А. А., Зилов В.Г., Разумов А.Н., Малыгин В.Л., Котов В.С. Психосоматические и соматоформные расстройства в реабилитологии (диагностика и коррекция): Монография. Тула, 2003. 120 с.

References

1. Adajkin VI, Braginskij MY A, Es’kov VM, Rusak SN, KHadarcev AA, Filatova OE. Novyj metod identifikacii khaoticheskikh i stokhasticheskikh parametrov ehkosredy [New method of identification of chaotic and stochastic parameters of the environment]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2006(2):39-41. Russian.

2. Gavril’chak IN, Ignat’ev VV, Kidalov VN, Rymkevich PP, Solov’ev VN, KHadarcev AA. O formoo-brazovanii ehritrocitov v potoke krovi [On the formation of red blood cells in the blood stream]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2006;13(1):6-9. Russian.

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

3. Gryazev MV, Kurotchenko LV, Kurotchenko SP, Lucenko YUA, Subbotina TI, KHadarcev AA, YAshin AA. EHksperimental’naya magnitobiologiya: vozdejstvie polej slozhnoj struktury: Monografiya. Pod red. TI Subbotinoj i AA. YAshina [Experimental magnetobiology: the impact of field for complex structures: Monograph. Ed. by T. Subbotina and AA. Yashina.]. Moscow — Tver’ — Tula: Izd-vo OOO «Triada»; 2007. Russian.

4. Darmograj VN, Karaseva YUV, Morozov VN, Morozova VI, Naumova EHM, KHadarcev AA. Fi-toehkdisteroidy i fertil’nye faktory kak aktivatory sintoksicheskikh programm adaptacii [The phytoecdysteroids and childbearing factors as activators syntaxchecker adaptation programs]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2005;2:82-4. Russian.

5. Es’kov VM, Filatova OE, Popov YUM. Zakonomernost’ izmeneniya sinergeticheskikh vzaimootno-shenij v sistemakh regulyacii biologicheskikh dinamicheskikh sistem organizma mlekopitayushchikh pod dejstviem vneshnikh faktorov (Diplom № 248). V knige Potockij V.V. Registraciya nauchnykh otkrytij. Metodo-logiya i praktika [Regularity of changes in synergetic relationships in the systems of regulation of biological dynamic systems of mammals under the influence of external factors (Diploma № 248). In the book Pototsky V. V. Registration of scientific discoveries. Methodology and practice]. Moscow: RAEN, Mezhdunarodnaya akade-miya avtorov nauchnykh otkrytij i izobretenij; 2004. Russian.

6. Es’kov VM, KHadarcev AA, Es’kov VV, Filatov MA. KHaoticheskij podkhod v novoj interpretacii gomeostaza [A chaotic approach in a new interpretation of homeostasis]. Klinicheskaya medicina i farmakologiya. 2016;2(3):47-51. Russian.

7. Zilov VG, Es’kov VM, KHadarcev AA, Es’kov VV. EHksperimental’noe podtverzhdenie ehffekta «Povtorenie bez povtoreniya» N.A. Bernshtejna [Experimental confirmation of the effect «Repetition without repetition» N. Ah. Bernstein.]. Byulleten’ ehksperimental’noj biologii i mediciny. 2017;1:4-8. Russian.

8. Zilov VG, Subbotina TI, YAshin AA, KHadarcev AA, Ivanov DV. Vliyanie ehlektromagnitnykh po-lej, modulirovannykh infranizkimi chastotami, na producirovanie stvolovykh kletok [Influence of electromagnetic fields modulated by infra-low frequencies on stem cell production]. Byulleten’ ehksperimental’noj biologii i mediciny. 2017;11:643-5. Russian.

9. Zilov VG, KHadarcev AA, Terekhov IV, Bondar’ SS. Vzaimosvyaz’ soderzhaniya v mononuklear-nykh lejkocitakh cel’noj krovi v postklinicheskuyu fazu vnebol’nichnoj pnevmonii ciklinov, ciklinzavisimykh kinaz i ikh ingibitorov pod vliyaniem mikrovoln chastotoj 1 GGc [Interrelation of the content of whole blood mononuclear leukocytes in the postclinical phase of community-acquired pneumonia of cyclins, cyclin-dependent kinases and their inhibitors under the influence of 1 GHz microwaves]. Byulleten’ ehksperimental’noj biologii i mediciny. 2017;163(5):578-82. Russian.

10. Zinchenko YUP, KHadarcev AA, Filatova OE. Vvedenie v biofiziku gomeostaticheskikh sistem (complexity) [Introduction to Biophysics of homeostatic systems (complexity)]. Slozhnost’. Razum. Postneklassika. 2016;3:6-15. Russian. DOI: 10.12737/22107.

11. Ivanov DV, Lennikov RV, Morozov VN, Savin EI, Subbotina TI, KHadarcev AA, YAshin AA. EHf-fekt donor-akceptornogo perenosa prokhodyashchim ehlektromagnitnym izlucheniem sano- i patogennykh kha-rakteristik bioob»ekta i sozdanie novykh medicinskikh tekhnologij [Effect of donor-acceptor transfer by passing electromagnetic radiation of nano-and pathogenic characteristics of biological object and creation of new medical technologies]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2010;2:10-6. Russian.

12. Ivanov DV, KHadarcev AA. Kletochnye tekhnologii v vosstanovitel’noj medicine: Monografiya. Pod red. A.N. Lishchuka [Cellular technologies in regenerative medicine: Monograph. Ed. AN. Lishchuk]. Tula: Tul’skij poligrafist; 2011. Russian.

13. Ivanov DV, Khadartsev AA, Fudin NA. Kletochnye tekhnologii i transkranial’naya elektrosti-mulyatsiya v sporte [Cell technologies and transcranial electrostimulation in sports]. Vestnik novykh meditsins-kikh tekhnologiy. Elektronnoe izdanie [internet]. 2017[cited 2017 Dec 14];4[about 7 p.]. Russian. Available from: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2017-4/2-24.pdf

DOI: 10.12737/article_5a38d3425cbed3.24947719.

14. Kidalov VN, Krasil’nikova NA, Kulikov VE, Syasin NN, YAkushina GN. Garmoniya v sisteme ge-matologicheskikh subpopulyacij krovi. Znachenie vurfovykh velichin ehritrona v ocenke reakcij organizma na ehkstremal’nye vozdejstviya. Problemy garmonii, simmetrii i zolotogo secheniya v prirode, nauke i iskusstve: Sb. nauch. trudov. Vyp. 15 [Harmony in the system of hematological subpopulations of blood. The value of the wurf values of erythron in the evaluation of the body’s reactions to extreme effects. Problems of harmony, symmetry and the Golden section in nature, science and art: Sat. science. labours’. Issue. 15.]. Vinnica; 2003. Russian.

15. Kidalov VN, Syasin NI, KHadarcev AA, YAkushina GA. ZHidkokristallicheskie svojstva krovi i vozmozhnosti ikh primeneniya v netraicionnykh medicinskikh issledovaniyakh [Liquid crystal properties of blood and possibilities of their application in non-traditional medical researches]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2002;2:25-7. Russian.

16. Kidalov VN, KHadarcev AA. Teziografiya krovi i biologicheskikh zhidkostej. Pod red. AA KHadar-ceva [Designate blood and biological liquids. AA, ed KHadarceva]. Tula: Tul’skij poligrafist; 2009. Russian.

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

17. Кидалов В.Н., Хадарцев А.А., Сясин Н.И., Якушина Г.Н., Краюхин А.В. Аутофлуоресценция нативных тканей и клеток крови и ее значение для медицинской практики: Монография. Тула — Санкт Петербург, 2005. 108 с.

18. Kidalov VN, KHadarcev AA, YAkushina GN. Sanogenez i sanogennye reakcii ehritrona. Problemy mediciny i obshchee predstavlenie o sanogeneze [Sanogenesis and sanogenic reactions of erythron. Problems of medicine and General idea of sanogenesis]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2005;3-4:5-9. Russian.

19. Kidalov VN, KHadarcev AA, YAkushina GN YAshin AA. Fraktal’nost’ i vurfy krovi v ocenkakh reakcii organizma na ehkstremal’nye vozdejstviya [Fractality and worthy of blood in the estimates of the response of an organism to extreme effects]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2004;3:20-3. Russian.

20. Kidalov VN, CHechetkin AV, Syasin NI. Patterny krovi i kod Fibonachchi [Blood patterns and Fibonacci code]. Vestnik Rossijskoj Voenno-medicinskoj akademii. 2007;4(20):44. Russian.

21. Kupeev VG, KHadarcev AA, Troickaya EA. Tekhnologiya fitolazeroforeza [Technology phytolase-rophoresis]. Tula: Izd-vo «Tul’skij poligrafist»; 2001. Russian.

22. Makeev BL, Kidalov VN; inventors. Sposob opredeleniya stepeni magnitochuvstvitel’nosti cheloveka [Method for determining the degree of human magnetic sensitivity]. Russian Federation patent RU № 2108581; 1995. Russian.

23. Morozov VN, KHadarcev AA, Vetrova YUV, Gus’kova OV. Nespecificheskie (sintoksicheskie i ka-tatoksicheskie) mekhanizmy adaptacii k dlitel’nomu vozdejstviyu kholodovogo razdrazhitelya [Nonspecific (in-toxicatie and katatonicescie) mechanisms of adaptation to prolonged exposure to cold stimuli]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2000;7(3-4):100-5. Russian.

24. Muromcev VA, Kidalov VN. Medicina v 21-om veke. Ot drevnejshikh tradicij do vysokikh tekhnologij [Medicine in the 21st century. From ancient traditions to high technology]. SPb: Intan; 1998. Russian.

25. Savin EI, KHadarcev AA, Ivanov DV, Subbotina TI, Morozov VN. Regulyaciya svo-bodnoradikal’nykh processov moduliruyushchim vozdejstviem ehlektromagnitnogo izlucheniya v sochetanii s vvedeniem stvolovykh kletok [Regulation of free-odnorotornyj processes modulating electromagnetic radiation in combination with the introduction of stem cells]. Mezhdunarodnyj zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanij. 2010;5:77-9. Russian.

26. Terekhov IV, Bondar’ SS, KHadarcev AA. Sostoyanie receptorzavisimykh signal’nykh putej v agranu-locitakh perifericheskoj krovi rekonvalescentov vnebol’nichnoj pnevmonii pod vliyaniem mikrovolnovogo izlu-cheniya [State of receptor-dependent signaling pathways in peripheral blood agranulocytes of convalescents of community-acquired pneumonia under the influence of microwave radiation]. Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoj fizicheskoj kul’tury. 2016;93(3):23-8. Russian.

27. Terekhov IV, Khadartsev AA, Bondar’ SS, Voevo-din AA. Ekspressiya toll- i nod-podobnykh retsep-torov, uroven’ v mononuklearnykh kletkakh tsel’-noy krovi regulyatornykh faktorov protivovirus-noy zashchity i produktsiya interferona pod vliya-niem nizkointensivnogo mikrovolnovogo izlu-cheniya chastotoy 1 GGts [Expression the toll- and nod-like receptors, the levels in mononuclear cells whole blood, regulatory factors of antiviral defense and interferon production product under the influence of low-intensity microwave radiation with a frequency of 1 GHZ]. Vestnik novykh meditsinskikh tekh-nologiy. Elektronnoe izdanie [internet]. 2016 [cited 2016 Sep 17];3 [about 11 p.]. Russian. Available from: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/ E2016-3/2-22.pdf. DOI: 12737/21557.

28. Terekhov IV, Khadartsev AA, Nikiforov AA, Bondar’ SS. Produktsiya tsitokinov kletkami tsel’noy krovi rekonvalestsentov vnebol’-nichnoy pnevmonii pod vliyaniem nizkoin-tensivnogo SVCh-oblucheniya [Production of cytokines by whole blood cells of convalescents of community-acquired pneumonia under the influence of low-intensity microwave radiation]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. Elektronnoe izdanie [internet]. 2014[cited 2014 Jun 30];1[about 5 p.]. Russian. Available from: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/ Bulletin/E2015-1/4815.pdf. DOI: 10.12737/5025

29. Terekhov IV, KHadarcev AA, Nikiforov VS, Bondar’ SS. Funkcional’noe sostoyanie kletok cel’noj krovi pri vnebol’nichnoj pnevmonii i ego korrekciya SVCH-izlucheniem [Functional state of whole blood cells in community-acquired pneumonia and its correction by microwave radiation]. Fundamental’nye issledovaniya. 2014;10(4):737-41. Russian.

30. Filatova OE, KHadarcev AA, Es’kov VV, Filatova DYU. Neopredelyonnost’ i neprognoziruemost’ -bazovye svojstva sistem v biomedicine [Uncertainty and unpredictability — basic properties of systems in Bio-medicine]. Slozhnost’. Razum. Postneklassika. 2013;1:68-83. Russian.

31. KHadarcev AA. Ne medikamentoznye tekhnologii (refleksoterapiya, girudoterapiya, fitoterapiya, fi-zioterapiya) [Not medicamentous techniques (reflexology, hirudotherapy, phytotherapy, physical therapy)]. Germaniya: Palmarium Academic Publishing; 2012. Russian.

32. KHadarcev AA. Novye medicinskie tekhnologii na osnove vzaimodejstviya fizicheskikh polej i izlu-chenij s biologicheskimi ob»ektami [New medical technologies based on the interaction of physical fields and radiation with biological objects]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 1999;6(1):7-15. Russian.

JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES, eEdition — 2018 — N 4

33. KHadarcev AA, Morozov VN, Volkov VG, KHadarceva KA, Karaseva YUV, KHromushin VA, Gra-natovich NN, Gusak YUK, CHukseeva YUV, Pan’shina MV. Mediko-biologicheskie aspekty reabilitacionno-vosstanovitel’nykh tekhnologij v akusherstve: monografiya. Pod red. KHadarcevoj KA [Medical and biological aspects of rehabilitation and rehabilitation technologies in obstetrics: monograph. Ed KHadarceva KA]. Tula: OOO «Tul’skij poligrafist»; 2013. Russian.

34. KHadarcev AA, Morozov VN, Karaseva YUV, KHadarceva KA, Gordeeva AYU. Psikhonejroimmu-nologicheskie programmy adaptacii, kak modeli dizadaptacii u zhenshchin s narushennym reproduktivnym cik-lom [Psychoneuroimmunological adaptation programs as models of disadaptation in women with impaired reproductive cycle]. Fundamental’nye issledovaniya. 2012;5(2):359-65. Russian.

35. KHadarcev AA, Filatova OE, Dzhumagalieva LB, Gudkova SA. Ponyatie trekh global’nykh paradigm v nauke i sociumakh [The concept of three global paradigms in science and societies]. Slozhnost’. Razum. Postneklassika. 2013;3:35-45. Russian.

36. KHadarcev AA, Olejnikova MM, Mikhajlova AA, Zilov VG, Razumov AN, Malygin VL, Kotov VS. Psikhosomaticheskie i somatoformnye rasstrojstva v reabilitologii (diagnostika i korrekciya): Monografiya [Psychosomatic and somatoform disorders in rehabilitation (diagnosis and correction): Monograph]. Tula; 2003. Russian.

Библиографическая ссылка:

Еськов В.В., Хадарцева К.А., Филатова О.Е., Иванов Д.В. Гомеостаз, как постоянство непостоянного (обзор литературы) // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2018. №4. Публикация 2-8. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2018-4/2-8.pdf (дата обращения: 23.08.2018).*

* номера страниц смотреть после выхода полной версии журнала: URL: http://medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2018-4/e2018-4.pdf

Гомеостаз в биологии примеры. Гомеостаз

1 / 5

Термин «гомеостаз» чаще всего применяется в биологии . Многоклеточным организмам для существования необходимо сохранять постоянство внутренней среды . Многие экологи убеждены, что этот принцип применим также и к внешней среде. Если система неспособна восстановить свой баланс, она может в итоге перестать функционировать.

Комплексные системы — например, организм человека — должны обладать гомеостазом, чтобы сохранять стабильность и существовать. Эти системы не только должны стремиться выжить, им также приходится адаптироваться к изменениям среды и развиваться.

Свойства гомеостаза

Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:

• Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.
• Стремление к равновесию : вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.
• Непредсказуемость : результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

• Регуляция количества микронутриентов и воды в теле — осморегуляция . Осуществляется в почках .
• Удаление отходов процесса обмена веществ — выделение. Осуществляется экзокринными органами — почками, лёгкими , потовыми железами и желудочно-кишечным трактом .
• Регуляция температуры тела. Понижение температуры через потоотделение , разнообразные терморегулирующие реакции.
• Регуляция уровня глюкозы в крови. В основном осуществляется печенью , инсулином и глюкагоном , выделяемыми поджелудочной железой .
• Регуляция уровня основного обмена в зависимости от пищевого режима.

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного , ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление , частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.

Механизмы гомеостаза: обратная связь

Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, на которые реагирует система:

1. Отрицательная обратная связь , выражающаяся в реакции, при которой система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.
   • Например, когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.
   • Терморегуляция — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ — понижение температуры (или повышение).
2. Положительная обратная связь , которая выражается в усилении изменения переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.
   • Например, в нервах пороговый электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртывание крови и события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной обратной связи.

Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная обратная связь позволяет вернуться к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, — такая ситуация называется «метастабильность». Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокой эвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.

Экологический гомеостаз

В нарушенных экосистемах, или субклимаксовых биологических сообществах — как, например, остров Кракатау , после сильного извержения вулкана в — состояние гомеостаза предыдущей лесной климаксовой экосистемы было уничтожено, как и вся жизнь на этом острове. Кракатау за годы после извержения прошёл цепь экологических изменений, в которых новые виды растений и животных сменяли друг друга, что привело к биологической вариативности и в результате климаксовому сообществу. Экологическая сукцессия на Кракатау осуществилась за несколько этапов. Полная цепь сукцессий, приведшая к климаксу, называется присерией. В примере с Кракатау на этом острове образовалось климаксовое сообщество с восемью тысячами различных видов, зарегистрированных в , спустя сто лет с того времени, как извержение уничтожило на нём жизнь. Данные подтверждают, что положение сохраняется в гомеостазе в течение некоторого времени, при этом появление новых видов очень быстро приводит к быстрому исчезновению старых.

Случай с Кракатау и другими нарушенными или нетронутыми экосистемами показывает, что первоначальная колонизация пионерными видами осуществляется через стратегии воспроизведения, основанные на положительной обратной связи, при которых виды расселяются, производя на свет как можно больше потомства, но при этом практически не вкладываясь в успех каждого отдельного. В таких видах наблюдается стремительное развитие и столь же стремительный крах (например, через эпидемию). Когда экосистема приближается к климаксу, такие виды заменяются более сложными климаксовыми видами, которые через отрицательную обратную связь адаптируются к специфическим условиям окружающей их среды. Эти виды тщательно контролируются потенциальной ёмкостью экосистемы и следуют иной стратегии — произведению на свет меньшего потомства, в репродуктивный успех которого в условиях микросреды его специфической экологической ниши вкладывается больше энергии .

Развитие начинается с пионер-сообщества и заканчивается на климаксовом сообществе. Это климаксовое сообщество образуется, когда флора и фауна пришла в баланс с местной средой.

Подобные экосистемы формируют гетерархии , в которых гомеостаз на одном уровне способствует гомеостатическим процессам на другом комплексном уровне. К примеру, потеря листьев у зрелого тропического дерева даёт место для новой поросли и обогащает почву . В равной степени тропическое дерево уменьшает доступ света на низшие уровни и помогает предотвратить инвазию других видов. Но и деревья падают на землю и развитие леса зависит от постоянной смены деревьев, круговорота питательных веществ, осуществляемого бактериями , насекомыми , грибами . Схожим образом такие леса способствуют экологическим процессам — таким, как регуляция микроклиматов или гидрологических циклов экосистемы, а несколько разных экосистем могут взаимодействовать для поддержания гомеостаза речного дренажа в рамках биологического региона. Вариативность биорегионов так же играет роль в гомеостатической стабильности биологического региона, или биома .

Биологический гомеостаз

Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.

Внутренняя среда организма включает в себя организменные жидкости — плазму крови, лимфу , межклеточное вещество и цереброспинальную жидкость . Сохранение стабильности этих жидкостей жизненно важно для организмов, тогда как её отсутствие приводит к повреждению генетического материала.

В отношении любого параметра организмы делятся на конформационные и регуляторные. Регуляторные организмы сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела, тогда как холоднокровные демонстрируют широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии , к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что она позволяет организму функционировать более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие.

Клеточный гомеостаз

Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов , среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы , а также структуры и активности ферментов . Авторегуляция зависит от

Гомеостаз, гомеостазис (homeostasis; греч. homoios подобный, тот же самый + stasis состояние, неподвижность),- относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и так далее) организма человека и животных. Регуляторные механизмы, поддерживающие физиологическое состояние или свойства клеток, органов и систем целостного организма на оптимальном уровне, называются гомеостатическими.

Как известно, живая клетка представляет подвижную, саморегулирующуюся систему. Ее внутренняя организация поддерживается активными процессами, направленными на ограничение, предупреждение или устранение сдвигов, вызываемых различными воздействиями из окружающей и внутренней среды. Способность возвращаться к исходному состоянию после отклонения от некоторого среднего уровня, вызванного тем или иным «возмущающим» фактором, является основным свойством клетки. Многоклеточный организм представляет собой целостную организацию, клеточные элементы которой специализированы для выполнения различных функций. Взаимодействие внутри организма осуществляется сложными регулирующими, координирующими и коррелирующими механизмами с

участием нервных, гуморальных, обменных и других факторов. Множество отдельных механизмов, регулирующих внутри- и межклеточные взаимоотношения, оказывает в ряде случаев взаимопротивоположные (антагонистические) воздействия, уравновешивающие друг друга. Это приводит к установлению в организме подвижного физиологического фона (физиологического баланса) и позволяет живой системе поддерживать относительное динамическое постоянство, несмотря на изменения в окружающей среде и сдвиги, возникающие в процессе жизнедеятельности организма.

Термин «гомеостаз» предложен в 1929 г. физиологом У. Кенноном, который считал, что физиологические процессы, поддерживающие стабильность в организме, настолько сложны и многообразны, что их целесообразно объединить под общим названием гомеостаз. Однако еще в 1878 г. К. Бернар писал, что все жизненные процессы имеют только одну цель — поддержание постоянства условий жизни в нашей внутренней среде. Аналогичные высказывания встречаются в трудах многих исследователей 19 и первой половины 20 в. (Э. Пфлюгер, Ш. Рише, Фредерик (L.A. Fredericq), И.М. Сеченов, И.П. Павлов, К.М. Быков и другие). Большое значение для изучения проблемы гомеостаза сыграли работы Л.С. Штерн (с сотрудниками), посвященные роли барьерных функций, регулирующих состав и свойства микросреды органов и тканей.

Само представление о гомеостазе не соответствует концепции устойчивого (не-колеблющегося) равновесия в организме — принцип равновесия не приложим к

сложным физиологическим и биохимическим

процессам, протекающим в живых системах. Неправильно также противопоставление гомеостаза ритмическим колебаниям во внутренней среде. Гомеостаз в широком понимании охватывает вопросы циклического и фазового течения реакций, компенсации, регулирования и саморегулирования физиологических функций, динамику взаимозависимости нервных, гуморальных и других компонентов регуляторного процесса. Границы гомеостаза могут быть жесткими и пластичными, меняться в зависимости от индивидуальных возрастных, половых, социальных, профессиональных и иных условий.

Особое значение для жизнедеятельности организма имеет постоянство состава крови — жидкой основы организма (fluid matrix), пo выражению У. Кеннона. Хорошо известна устойчивость ее активной реакции (рН), осмотического давления, соотношения электролитов (натрия, кальция, хлора, магния, фосфора), содержания глюкозы, числа форменных элементов и так далее. Так, например, рН крови, как правило, не выходит за пределы 7,35-7,47. Даже резкие расстройства кислотно-щелочного обмена с патологией накоплением кислот в тканевой жидкости, например при диабетическом ацидозе, очень мало влияют на активную реакцию крови. Несмотря на то, что осмотическое давление крови и тканевой жидкости подвергается непрерывным колебаниям вследствие постоянного поступления осмотически активных продуктов межуточного обмена, оно сохраняется на определенном уровне и изменяется только при некоторых выраженных патологических состояниях.

Несмотря на то, что кровь представляет общую внутреннюю среду организма, клетки органов и тканей непосредственно не соприкасаются с ней.

В многоклеточных организмах каждый орган имеет свою собственную внутреннюю среду (микросреду), отвечающую его структурным и функциональным особенностям, и нормальное состояние органов зависит от химического состава, физико-химических, биологических и других свойств этой микросреды. Ее гомеостаз обусловлен функциональным состоянием гистогематических барьеров и их проницаемостью в направлениях кровь→тканевая жидкость, тканевая жидкость→кровь.

Особо важное значение имеет постоянство внутренней среды для деятельности центральной нервной системы: даже незначительные химические и физико-химические сдвиги, возникающие в цереброспинальной жидкости, глии и околоклеточных пространствах, могут вызвать резкое нарушение течения жизненных процессов в отдельных нейронах или в их ансамблях. Сложной гомеостатической системой, включающей различные нейрогуморальные, биохимические, гемодинамические и другие механизмы регуляции, является система обеспечения оптимального уровня артериального давления. При этом верхний предел уровня артериального давления определяется функциональными возможностями барорецепторов сосудистой системы тела, а нижний предел — потребностями организма в кровоснабжении.

К наиболее совершенным гомеостатическим механизмам в организме высших животных и человека относятся процессы терморегуляции;

Внутренняя среда организма – совокупность жидкостей организма, находящихся внутри него, как правило, в определенных резервуарах и естественных условиях и никогда не соприкасающихся с внешней окружающей средой. Термин предложен франц.физиологом Клод Бернаром.
Клетки могут функционировать только в жидко среде. Кровь, тканевая жидкость и лимфа образуют внутреннюю среду организма. Основой внутренней среды организма является кровь, которая доставляет клеткам кислород, питательные вещества и удаляется продукты обмена. Однако кровь непосредственно не соприкасается с клетками организма. В тканях часть плазмы крови покидает кровеносные капилляры и превращается в тканевую жидкость. Избыток тканевой жидкости всасывается лимфотическими капиллярами и в виде лимфы оттекает по лимфатическим сосудам снова в кровь. Таким образом, кровь, тканевая жидкость и лимфа непосредственно циркулируют внутри организма, обеспечивая обмен веществ между клетками тела и окружающей средой. Ученые многих стран мира старались выяснить природу механизмов поддерживающих постоянство внутренней среды человека и высших животных.

Совокупность факторов и механизмов, обеспечивающих это постоянство, получило название – гомеостаза. Гомеостаз – способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять динамическое постоянство состава и свойств организма.

Гомеостаз – относительно динамическое постоянство внутренней среды организма, обеспечивающее устойчивость его основных физиологических функций.

Клод Бернар (1878 год) – формулировка понятия гомеостаза.

Уолтер Кеннон ввел термин гомеостаз, его гипотеза – отдельные части организма устойчивы, так как устойчива окружающая их внутренняя среда.

Живой организм – открытая саморегулирующаяся система, которая развивается в тесном взаимодействии с окружающей средой. Изменения среды прямо или косвенно воздействуют на компоненты, вызывая в них соответствующие изменения.

Благодаря механизмам саморегуляции, эти изменения происходят в пределах нормы реакции и не вызывают серьезных нарушений физиологических функций.

Нарушение регуляторных механизмов приводят к срыву компенсаторных возможностей организма, снижению его устойчивости к постоянно меняющимся условиям среды, нарушениям условий гомеостаза и развитию патологий.

Механизмы гомеостаза должны быть направлены на поддержание уровня стационарного состояния, координацию процессов для устранения или ограничения влияния вредных факторов, оптимальное взаимодействие организма и среды в изменившихся условиях существования.

Компоненты гомеостаза:

 Компоненты, обеспечивающие клеточные потребности: белки, жиры, углеводы; неорганические вещества; вода, кислород, внутренняя секреция.

 Компоненты, влияющие на клеточную активность: осмотическое давление, температура, концентрация водородных ионов.

Виды гомеостаза:

 Генетический гомеостаз . Генотип зиготы при взаимодействии с факторами окружающей среды определяет весь комплекс изменчивости организма, его адаптивной способности, то есть гомеостаз. Организм реагирует на изменения условий среды специфически, в пределах наследственно обусловленной нормы реакции. Постоянство генетического гомеостаза поддерживается на основе матричных синтезов, а стабильность генетического материала обеспечивается рядом механизмов (см. мутагенез).

 Структурный гомеостаз. Поддержание постоянства состава и целостности морфологической организации клеток, тканей. Полифункциональность клеток повышает компактность и надежность всей системы, увеличивая ее потенциальные возможности. Формирование функций клеток происходит благодаря регенерации.

Регенерация:

1. Клеточная (прямое и непрямое деление)

2. Внутриклеточная (молекулярная, внутриорганоидная, органоидная)

 Физико-химический гомеостаз.

Газовый гомеостаз: концентрация кислорода и углекислого газа в организме, обеспечивается системой внешнего дыхания. Факторы, регулирующие внешнее дыхание: минутный объем дыхания альвеолярного воздуха, зависти от активности дыхательного центра; содержание газов в крови и легочных капиллярах; диффузия газов через мембрану клеток крови, равномерный легочный кровоток адекватной вентиляции.

Кислотно-щелочной баланс организма:pH крови = 7.32-7.45 соотношение водородных и гидроксильных ионов зависит от содержания кислот, выступающих в качестве доноров протонов, и амфотерных оснований, являющихся акцепторами. Регуляция его обеспечивается буферными системами, тканевыми белками, коллагеновой субстанцией соединительной ткани, которая способна адсорбировать кислоты.

Осмотические свойства крови: осмотическое давление крови зависит от концентрации раствора и температуры, но не зависит от природы растворенного вещества и растворителя. Постоянство осмотических свойств крови обеспечивается водным балансом. Водный баланс организма поддерживается механизмами поступления воды и солей. Перераспределение воды и солей между клетками и внутриклеточными органоидами, выделение воды и солей в окружающую среду. Основой интеграции всего физико-химического гомеостаза является нейроэндокринная регуляция.

 Физиологический гомеостаз.

Тепловой гомеостаз: поддержание содержание тепла. Важным условием теплового баланса служит движение среды, омывающей тело и его части, в котором происходит тепловой обмен, регуляция теплоизоляции обеспечивается за счет притока теплой крови из глубоких областей тела к его поверхности

Система гемостаза: активация свертывающей системы крови, необходимый уровень форменных элементов крови, восстановление свойств стенки сосудов.

Биохимический гомеостаз: поддержание на уровне обменных процессов, в частности анаболизма и катаболизма, баланс процессов синтеза и распада осуществляется путем изменения активности ферментов, скорости ферментативных реакций, индукцией биосинтеза белков и ферментов и регуляцией скорости распада биологически активных веществ.

 Иммунологический гомеостаз.

Иммунная система защищает организм от экзогенных веществ, инфекционных агентов, несущих в себе генетически чужеродную информацию, а так же от патологически измененных клеток. Распознавание — разрушение — элиминация. Центральные органы иммунной системы – костный мозг и тимус. Периферические органы – селезенка и лимфоидная ткань. Костный мозг вырабатывает стимулятор антитела продуцентов, который активирует систему B-лимфоцитов, обеспечивающих гуморальное звено иммунитета, а тимус вырабатывает тимозин, активирующий выработку т-лимфоцитов. Поддержание иммунологического гомеостаза должно быть обеспечено необходимой концентрацией Т- и В-лимфоцитов.

Эндокринный гомеостаз: синтез и секреция гормонов, транспорт гормонов, специфический метаболизм гормонов на периферии и их экскреция, взаимодействие гормонов с клетками-мишенями, регуляция и саморегуляция функций желез внутренней секреции.

Все гомеостазы в целом составляют биологический гомеостаз , целостную систему разнообразных функций и показателей, обеспечивающих сохранение и поддержание нормальной жизнедеятельности организма в изменяющихся условиях среды.

Регуляция биологического гомеостаза:

Местная : осуществляется посредством положительных и отрицательных обратных связей, когда изменение одного показателя приводит к изменению другого, характеризуется автономностью, это свойство присуще любому компоненту живой системы.

Гуморальная регуляция , связана с поступлением во внутреннюю среду организма гуморальных факторов — медиаторов, гормонов, биологически активных веществ и т.д. гуморальная система реагирует на внешние воздействия медленно, т.к. не имеет связи с окружающей средой, но дает более стабильный и продолжительный эффект, обеспечивается железами внутренней секреции. На основе гуморальной регуляции развиваются приспособительные реакции на изменение внутренней среды организма.

Нервная регуляция: главный координатор всех биологических процессов, что обусловлено структурными и функциональными особенностями нервной системы: присутствие во всех органах и тканях, непосредственный контакт с внешней средой через рецепторы, высокая возбудимость, лабильность и точная направленность нервных импульсов и большая скорость проведения информации. В основе регуляции приспособительных реакций лежат рефлекторные процессы. Нервная регуляция обеспечивает изменение функциональной активности органов или функций в ответ на внешнее воздействие и адаптацию организма с внешней средой.

Уровни нейроэндокринной регуляции:

1. Мембрана клетки

2. Эндокринные железы

3. Гипофиз

4. Гипоталамус

Включение различных уровней нейрогуморальной регуляции определяется интенсивностью влияния фактора, степенью отклонения физиологических параметров и лабильностью адаптивных систем.

Вопрос 54.

Лекция № 15

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

УО «Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра медицинской биологии и генетики

Обсуждено на заседании кафедры

Протокол № ____ от «___»_________________20___ года

по медицинской биологии и генетике

для студентов 1 курса

лечебного, медико-профилактического и медико-диагностического

факультетов

Тема: «Онтогенетический гомеостаз».

Время — 90 мин.

Учебные и воспитательные цели:

1. Ознакомить с общими закономерностями гомеостаза.

2. Разобрать генные, клеточные и системные механизмы гомеостаза.

3. Указать на нарушения механизмов гомеостаза при старении.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Бекиш О.-Я. Л. Медицинская биология. Курс лекций для студентов мед. ВУЗов. — Витебск, 2000 с. 255.

2. Биология /Под ред.В.Н. Ярыгина/ 1-я книга — М.: Вш.,1997. с. 181-186, 387-396.

3. О.-Я. Л. Бекиш, Л.А. Храмцова. Практикум по мед. биологии. — Изд. «Белый Ветер», 2000 — с. 121-126.

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№ п/п	Содержание	Расчет рабочего времени
1.	Понятие о гомеостазе.	5
2.	Общие (кибернетические) закономерности гомеостаза живых систем.	10
3.	Генетические, клеточные и системные механизмы гомеостаза.	45
4.	Роль нервной и эндокринной систем в обеспечении гомеостаза.	10
5.	Биологические ритмы. Медицинское значение хронобиологии.	10
6.	Гомеостатические механизмы организма в разные возрастные периоды.	10
Всего:		90

Вопрос 1

Гомеостаз — свойство живого организма сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды. Гомеостаз выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотическом давлении, устойчивости основных физиологических функций. Гомеостаз специфичен и обусловлен генотипом.

Болезнь человека является следствием нарушения гомеостаза и путей его восстановления.

Живой организм — открытая система, имеющая связь с окружающей средой посредством нервной, пищеварительной, дыхательной, выделительной систем и др.

В процессе обмена веществ с пищей, водой, при газообмене в организм поступают разнообразные химические соединения, которые в организме подвергаются изменениям, входят в структуру организма, но не остаются постоянно. Усвоенные вещества распадаются, выделяют энергию, продукты распада удаляются во внешнюю среду. Разрушенная молекула заменяется новой и т.д.

Целостность структуры полипептидов клетками не нарушается. Организм — открытая, динамичная система. В условиях непрерывно меняющейся среды организм поддерживает устойчивое состояние в течение определенного времени.

Греческое homoios — означает, подобный и stasis — состояние — относительное динамическое постоянство состава и внутренней среды организма. Это явление выработано эволюционно, как адаптационное свойство организма к условиям окружающей среды.

Вопрос 2

Сохранение целостности индивидуальных свойств организма один из наиболее общих биологических законов. Этот закон обеспечивается в вертикальном ряду поколений механизмами воспроизведения, а на протяжении жизни индивидуума — механизмами гомеостаза.

Явление гомеостаза представляет собой эволюционно выработанное, наследственно-закрепленное адаптационное свойство организма к обычным условиям окружающей среды. Однако эти условия могут кратковременно или длительно выходить за пределы нормы. В таких случаях явления адаптации характеризуются не только восстановлением обычных свойств внутренней среды, но и кратковременными изменениями функции (например, учащение ритма сердечной деятельности и увеличение частоты дыхательных движений при усиленной мышечной работе). Реакции гомеостаза могут быть направлены на:

1. поддержание известных уровней стационарного состояния;

2. устранение или ограничение действия вредностных факторов;

3. выработку или сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования. Все эти процессы и определяют адаптацию.

Поэтому понятие гомеостаза означает не только известное постоянство различных физиологических констант организма, но и включает процессы адаптации и координации физиологических процессов, обеспечивающих единство организма не только в норме, но и при изменяющихся условиях его существования.

Основные компоненты гомеостаза были определены К. Бернаром их можно разделить на три группы:

А.. Материалы, обеспечивающие клеточные потребности:

• Вещества, необходимые для образования энергии, для роста и восстановления — глюкоза, белки, жиры.

• Вода.

• NaCl, Ca и другие неорганические вещества.

• Кислород.

• Внутренняя секреция.

Б. Окружающие факторы, влияющие на клеточную активность:

В. Механизмы, обеспечивающие структурное и функциональное единство:

Принцип биологического регулирования обеспечивает внутреннее состояние организма (его содержание), а также взаимосвязь этапов онтогенеза и филогенеза. Этот принцип оказался широкораспространненым. При его изучении возникла кибернетика — наука о целенаправленном и оптимальном управлении сложными процессами в живой природе, в человеческом обществе, промышленности (Берг И. А. 1962).

Живой организм представляет сложную управляемую систему, где происходит взаимодействие многих переменных внешней и внутренней среды. Общим для всех систем является наличие входных переменных, которые в зависимости от свойств и законов поведения системы преобразуются в выходные переменные.

Выходные переменные зависят от входных и законов поведения системы.

Влияние выходного сигнала на управляющую часть системы называется обратной связью, которая имеет большое значение в саморегуляции (гомеостатической реакции). Различают отрицательную и положительную обратную связь.

Отрицательная обратная связь уменьшает влияние входного сигнала на величину выходного по принципу: «чем больше (на выходе), тем меньше (на входе)». Она способствует восстановлению гомеостаза системы.

При положительной обратной связи величина входного сигнала увеличивается по принципу: чем больше (на выходе), тем больше (на входе). Она усиливает возникшее отклонение от исходного состояния, что приводит к нарушению гомеостаза.

Однако все виды саморегуляции действуют по одному принципу: самоотклонение от исходного состояния, что служит стимулом для включения механизмов коррекции. Так в норме рН крови составляет 7,32 — 7,45. Сдвиг рН на 0,1 приводит к нарушению сердечной деятельности. Этот принцип был описан Анохиным П. К. в 1935 г. и назван принципом обратной связи, который служит для осуществления приспособительных реакций.

Общий принцип гомеостатической реакции (Анохин: «Теория функциональных систем»):

отклонение от исходного уровня ──> сигнал ──> включение регуляторных механизмов по принципу обратной связи ──> коррекция изменения (нормализация).

Так, при физической работе СО₂ в крови увеличивается ──> рН сдвигается в кислую сторону ──> сигнал в продолговатый мозг в дыхательный центр ──> центробежные нервы импульс и межреберным мышцам дыхание усугубляется ──> снижение СО₂ в крови, рН восстанавливается.

Презентация по теме «Гомеостаз» | Презентация к уроку по биологии (8 класс) на тему:

Слайд 1

Постоянство превыше всего! … или немного о гомеостазе Лобанова Ю.О. учитель химии и биологии МБОУ СОШ №44 Г.Мурманск, 2013

Слайд 2

Цель урока: сформировать понятие о постоянстве внутренней среды организма. Что хотелось бы узнать? Что такое гомеостаз? Как поддерживается постоянство внутренней среды нашего организма? «Кто» регулирует постоянство внутри организма? Что произойдет, если постоянство нарушится?

Слайд 3

Гомеостаз ― это относительное постоянство состава внутренней среды организма Гомеостаз обеспечивают нервная и эндокринная (гуморальная) системы

Слайд 4

Если сравнить эндокринную систему с оркестром, то роль композитора принадлежит гипоталамусу , дирижера – гипофизу , а оркестранты – это железы внутренней секреции гипоталамус гипофиз

Слайд 6

Принцип регуляции функций

Слайд 7

Дисбаланс Дисбаланс Смоделируем ситуацию регуляции уровня глюкозы в крови Нормальное содержание глюкозы в крови Глюкагон Инсулин Гликоген Глюкоза Гликоген Глюкоза

Слайд 8

ЖКТ* Всасывание в кровь 4. ________ 1._________________________ Вырабатывает гормон 5. ________ 2.__________ Мышцы Накапливают глюкозу Превращает глюкозу в 7. _________ и жирные кислоты 3.____________________ Контролирует нормальный уровень глюкозы в крови Схема 1 Высокий уровень глюкозы!!! Всасывание в кровь 4. глюкозы 1.Поджелудочная железа 2.Печень 3.Гипоталамус Вырабатывает гормон 5. инсулин Превращает глюкозу в 7. гликоген и жирные кислоты

Слайд 9

Мышцы Поглощение 4. ________ при работе мышц 1.Поджелудочная железа Вырабатывает гормон 6. __________ 2.Печень Превращает 7. ___________ в глюкозу 3.Гипоталамус Контролирует нормальный уровень глюкозы в крови Низкий уровень глюкозы!!! Схема 1 Поглощение 4. глюкозы при работе мышц Вырабатывает гормон 6. глюкагон Превращает 7. гликоген в глюкозу

Слайд 10

Балан с содержания сахара в крови очень важен для хорошего здоровья! Снижение уровня глюкозы может вызывать обильное потовыделение, потерю сознания и даже кому. Повышение уровня глюкозы приводит к диабету.

Слайд 11

Пользуясь текстом учебника (стр. 207 – 208), самостоятельно составьте схему терморегуляции (схема 2) Задание :

Слайд 12

Домашнее задание: §44 – 45 вопрос №3 (письменно) № 5-7 (устно)

Слайд 13

Закрепим пройденный материал тест

Слайд 14

1. Какие механизмы обеспечивают постоянство внутренней среды организма? Нервная регуляция Нервно-гуморальная регуляция Регуляция уровня гормонов в крови Регуляция ионов калия и хлора в крови

Слайд 15

2. Какой орган контролирует механизм гомеостаза? Гипоталамус Таламус Средний мозг Большие полушария

Слайд 16

3. Что такое отрицательная обратная связь? Передача сигналов от органа-регулятора к исполнительным органам Получение органом-регулятором информации результатах выполнения его команды

Слайд 17

4. Какой гормон участвует в процессе повышения уровня сахара в крови? Инсулин Гликоген Глюкагон Глюкоза

Слайд 18

5. В какой части гипоталамуса находится центр теплоотдачи В передней части В задней части Центр не находится в гипоталамусе

Слайд 19

6. Выберите гомеопатические процессы: Давление крови Содержание сахара в крови Содержание ионов калия и хлора в крови Все ответы верны

Слайд 20

7. При повышении температуры окружающей среды в организме происходят следующие процессы: Потоотделение усиливается Сосуды сужаются Сосуды расширяются Передача тепла повышается Передача тепла понижается

Слайд 21

Ответы: 1 – B 2 – A 3 – B 4 – C 5 – A 6 – D 7 – ACD

Слайд 22

Подведем итог: Мне больше всего запомнилось… Мне было трудно… Я узнал, что… Мне понравилось… Мне не понравилось…

«Старение — это более сложный процесс, чем сама жизнь!»

Понять, кто здесь прав, очень непросто (если вообще возможно решить этот вопрос окончательно). В отличие от клеточных организмов, которые точно имеют общее происхождение и у которых сохранились гены, принадлежавшие их общему предку, у вирусов за схожими процессами не нашлось древних гомологичных генов, по которым удалось бы построить однозначное родственное древо. Хотя вирусы не имеют универсальных генов, у них есть консервативные гены, которые встречаются очень широко и кодируют основные белки, нужные для репликации или постройки симметричных оболочек-капсидов. Попытка Кунина и его коллег разобраться в этой теме привела их к необычным выводам. По данным ученых, самые разные полимеразы происходят из одного и того же типа доменов и могут иметь доклеточное происхождение. А вот «родственники» генов, кодирующих белки капсида, нашлись в клетках. Возможно, вирусы украли «хозяйские» гены. Эти данные — аргумент в пользу «химерного» сценария происхождения вируса, согласно которому доклеточная репликативная машина объединилась со «взбесившимися генами».

«Коронавирус отличается от гриппа больше, чем мы от бактерий» 

Любопытно, что представители разных классов вирусов по Балтимору по-разному выбирают хозяев: у бактерий и архей доминируют вирусы с двуцепочечной ДНК, на животных и растения чаще нападают РНК-вирусы. Но старыми методами все разнообразие организмов (и населяющих их вирусов) изучить невозможно: среди известных нам бактерий и архей один из тысяч штаммов способен расти в культуре. Решением этой проблемы стали подходы метавиромики и метагеномики в целом, которые привели к «тектоническому сдвигу в понимании эволюции вирусов». Эти методы позволяют выделить генетический материал из образцов окружающей среды, читать генетические последовательности и узнавать о новых объектах, ни разу не увидев их «вживую».  

«Этот сдвиг в науке признан официально. Сегодня можно регистрировать новые семейства, группы вирусов, секвенированных только метагеномикой. Больше половины последовательностей РНК-вирусов сегодня известны по метавиромике», — подчеркнул Кунин. 

Благодаря изучению консервативного гена РНК-зависимой РНК-полимеразы удалось построить древо для РНК-вирусов. Как отметил вирусолог, связи в нем выглядят довольно необычно: «Родственники SARS-CoV-2 — простые РНК-вирусы, поражающие растения. Вирусы гриппа и лихорадки Эбола тоже имеют негативную полярность, и симптомы заболевания могут напоминать COVID-19. Но они находятся вообще на разных континентах мира вирусов и больше отличаются друг от друга, чем мы от бактерий. Интересно то, что коронавирусы имеют одни из самых больших и сложных РНК-геномов: их размер достигает 30–40 тысяч нуклеотидов». Предковыми ветвями оказались вирусы с одноцепочечной РНК с положительной полярностью. Из них возникли и двунитевые, из двунитевых — РНК-вирусы с негативной полярностью. 

«Мы проанализировали один образец воды из устья Янцзы и в результате удвоили разнообразие известных РНК-вирусов. Было известно около 5000 последовательностей, стало 10 000. И большая часть этого разнообразия в выделенные нами группы в принципе попадают», — заявил Кунин. 

Гомеостаз | Безграничная биология

Гомеостатический процесс

Гомеостатические процессы обеспечивают постоянную внутреннюю среду с помощью различных механизмов, работающих в сочетании для поддержания заданных значений.

Цели обучения

Приведите пример и опишите гомеостатический процесс.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Гомеостаз — это попытка организма поддерживать постоянную и сбалансированную внутреннюю среду, которая требует постоянного контроля и корректировок по мере изменения условий.
• Гомеостатическая регуляция контролируется и регулируется рецептором, командным центром и эффектором.
• Рецептор получает информацию на основе внутренней среды; командный центр, принимает и обрабатывает информацию; а эффектор реагирует на командный центр, противодействуя или усиливая стимул.

Ключевые термины

• гомеостаз : способность системы или живого организма регулировать свою внутреннюю среду для поддержания стабильного равновесия
• эффектор : любая мышца, орган и т. Д.который может реагировать на раздражитель нерва

Гомеостатический процесс

Человеческий организм состоит из триллионов клеток, работающих вместе для поддержания всего организма. Хотя клетки могут выполнять очень разные функции, клетки очень похожи по своим метаболическим потребностям. Поддержание постоянной внутренней среды со всем, что необходимо клеткам для выживания (кислород, глюкоза, минеральные ионы, удаление отходов и т. Д.), Необходимо для благополучия отдельных клеток и благополучия всего тела.Различные процессы, с помощью которых организм регулирует свою внутреннюю среду, в совокупности называются гомеостазом.

Гомеостаз

Гомеостаз, в общем смысле, означает стабильность, баланс или равновесие. С физиологической точки зрения это попытка организма поддерживать постоянную и сбалансированную внутреннюю среду, которая требует постоянного наблюдения и корректировок по мере изменения условий. Регулировка физиологических систем в организме называется гомеостатической регуляцией, которая включает три части или механизма: (1) рецептор, (2) центр управления и (3) эффектор.

Рецептор получает информацию о том, что что-то в окружающей среде меняется. Центр управления или интеграционный центр получает и обрабатывает информацию от рецептора. Эффектор реагирует на команды центра управления либо противодействием, либо усилением стимула. Этот непрерывный процесс постоянно работает над восстановлением и поддержанием гомеостаза. Например, во время регулирования температуры тела температурные рецепторы в коже передают информацию в мозг (центр управления), который сигнализирует эффекторам: кровеносным сосудам и потовым железам на коже.Поскольку внутренняя и внешняя среда тела постоянно меняется, необходимо постоянно вносить корректировки, чтобы они оставались на уровне или около определенного значения: заданного значения.

Назначение гомеостаза

Конечная цель гомеостаза — поддержание равновесия около заданного значения. Хотя есть нормальные отклонения от заданного значения, системы организма обычно пытаются вернуться к нему. Изменение внутренней или внешней среды (раздражитель) обнаруживается рецептором; реакция системы заключается в корректировке параметра отклонения в сторону уставки.Например, если тело становится слишком теплым, производятся корректировки, чтобы охладить животное. Если уровень глюкозы в крови повышается после еды, вносятся корректировки, чтобы снизить уровень глюкозы в крови, перемещая питательное вещество в ткани в командном центре, которые в нем нуждаются, или сохраняя его для дальнейшего использования.

Гомеостаз глюкозы в крови : Пример того, как гомеостаз достигается путем контроля уровня сахара в крови после еды.

Контроль гомеостаза

Гомеостаз обычно достигается с помощью контуров отрицательной обратной связи, но на него могут влиять контуры положительной обратной связи, изменения уставок и акклиматизация.

Цели обучения

Обсудите способы поддержания гомеостаза в организме и приведите примеры каждого механизма.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Контуры отрицательной обратной связи используются для поддержания гомеостаза и достижения заданного значения в системе.
• Петли отрицательной обратной связи характеризуются своей способностью либо увеличивать, либо уменьшать стимул, подавляя способность стимула продолжаться, как это было до восприятия рецептора.
• Петли положительной обратной связи характеризуются своей способностью поддерживать направление стимула и даже ускорять его действие.
• Акклиматизация характеризуется способностью изменять системы в организме для поддержания заданного уровня в другой среде.

Ключевые термины

• акклиматизация : климатическая адаптация организма, перенесенного в новую среду
• эндокринный : Вырабатывает внутренние секреции, которые переносятся по телу с током крови.

Контроль гомеостаза

Когда в среде животного происходят изменения, необходимо произвести корректировку. Рецепторы воспринимают изменения в окружающей среде, посылая сигнал в центр управления (в большинстве случаев в мозг), который, в свою очередь, генерирует ответ, который передается эффектору. Эффектор — это мышца или железа, которые будут выполнять требуемый ответ. Гомеостаз поддерживается петлями отрицательной обратной связи внутри организма. Напротив, петли положительной обратной связи еще больше выталкивают организм из гомеостаза, но могут быть необходимы для возникновения жизни.Гомеостаз у млекопитающих контролируется нервной и эндокринной системами.

Механизмы отрицательной обратной связи

Любой гомеостатический процесс, который изменяет направление стимула, является петлей отрицательной обратной связи. Он может либо увеличивать, либо уменьшать стимул, но стимул не может продолжаться, как это было до того, как рецептор его почувствовал. Другими словами, если уровень слишком высок, тело что-то делает, чтобы его понизить; и наоборот, если уровень слишком низкий, тело что-то делает, чтобы его поднять; отсюда и термин: отрицательная обратная связь.Пример отрицательной обратной связи — поддержание уровня глюкозы в крови. Когда животное ест, уровень глюкозы в крови повышается, что ощущается нервной системой. Специализированные клетки поджелудочной железы (часть эндокринной системы) ощущают это увеличение, выделяя гормон инсулин. Инсулин вызывает снижение уровня глюкозы в крови, как и следовало ожидать в системе отрицательной обратной связи. Однако, если животное не ест и уровень глюкозы в крови снижается, это ощущается в другой группе клеток поджелудочной железы: высвобождается гормон глюкагон, вызывая повышение уровня глюкозы.Это все еще цикл отрицательной обратной связи, но не в том направлении, которое ожидалось при использовании термина «отрицательный». Другой пример увеличения в результате обратной связи — это контроль содержания кальция в крови. Если уровень кальция снижается, специализированные клетки паращитовидной железы ощущают это и выделяют паратироидный гормон (ПТГ), вызывая повышенное всасывание кальция через кишечник и почки. Эффект ПТГ заключается в повышении уровня кальция в крови. Петли отрицательной обратной связи являются преобладающим механизмом, используемым в гомеостазе.

Петля отрицательной обратной связи : Уровень сахара в крови контролируется петлей отрицательной обратной связи.

Цепь положительной обратной связи

Петля положительной обратной связи поддерживает направление стимула и, возможно, ускоряет его. Есть несколько примеров петель положительной обратной связи, которые существуют в телах животных, но один находится в каскаде химических реакций, которые приводят к свертыванию крови или коагуляции. Когда один фактор свертывания крови активируется, он последовательно активирует следующий фактор, пока не образуется фибриновый сгусток.Направление сохраняется, а не меняется, так что это положительный отзыв. Еще один пример положительной обратной связи — сокращения матки во время родов. Гормон окситоцин, вырабатываемый эндокринной системой, стимулирует сокращение матки. Это вызывает боль, ощущаемую нервной системой. Вместо того, чтобы снижать уровень окситоцина и ослаблять боль, вырабатывается больше окситоцина, пока схватки не станут достаточно сильными, чтобы вызвать роды.

Петля положительной обратной связи : Рождение ребенка — результат положительной обратной связи.

Заданное значение

Гомеостаз выполняется, чтобы организм мог поддерживать свою внутреннюю уставку. Однако бывают случаи, когда необходимо отрегулировать уставку. Когда это происходит, контур обратной связи работает, чтобы поддерживать новую настройку. Пример изменения уставки можно увидеть в артериальном давлении. Со временем нормальное или заданное значение артериального давления может повыситься в результате постоянного повышения артериального давления. Тело больше не распознает возвышение как ненормальное; попытки вернуться к нижнему заданному значению не предпринимаются.В результате поддерживается повышенное кровяное давление, которое может оказывать вредное воздействие на организм. Лекарства могут снизить кровяное давление и понизить уставку в системе до более здорового уровня посредством процесса изменения уставки в контуре обратной связи.

Изменения могут быть сделаны в группе систем органов тела, чтобы поддерживать заданное значение в другой системе. Это называется акклиматизацией. Это происходит, например, когда животное перемещается на более высокую высоту, чем та, к которой оно привыкло.Чтобы приспособиться к более низким уровням кислорода на новой высоте, организм увеличивает количество эритроцитов, циркулирующих в крови, чтобы обеспечить адекватную доставку кислорода к тканям. Другой пример акклиматизации — это животные, у которых есть сезонные изменения в своей шерсти: более плотная шерсть зимой обеспечивает адекватное удержание тепла, а легкая летом помогает удерживать температуру тела от повышения до вредного уровня.

Гомеостаз: терморегуляция

Животные используют различные режимы процессов терморегуляции для поддержания гомеостатической внутренней температуры тела.

Цели обучения

Опишите различные типы процессов, используемых животными для обеспечения терморегуляции.

Основные выводы

Ключевые моменты

• В ответ на изменение температуры тела такие процессы, как производство ферментов, могут быть изменены, чтобы адаптироваться к изменениям температуры.
Эндотермы
• регулируют собственную внутреннюю температуру тела независимо от колебаний внешней температуры, в то время как эктотермы полагаются на внешнюю среду, чтобы регулировать внутреннюю температуру своего тела.
Гомеотермы
• поддерживают температуру своего тела в узком диапазоне, в то время как пойкилотермы могут переносить большие колебания внутренней температуры тела, обычно из-за изменений окружающей среды.
• Тепло может передаваться между окружающей средой и животными посредством процессов излучения, испарения, конвекции или теплопроводности.

Ключевые термины

• ectotherm : животное, которое полагается на внешнюю среду для регулирования внутренней температуры тела.
• endotherm : животное, которое регулирует свою внутреннюю температуру тела посредством метаболических процессов.
• homeotherm : животное, которое поддерживает постоянную внутреннюю температуру тела, обычно в узком диапазоне температур.
• пойкилотерм : животное, у которого внутренняя температура тела изменяется в широком диапазоне температур, обычно в результате колебаний температуры окружающей среды.

Терморегуляция для поддержания гомеостаза

Внутренняя терморегуляция способствует способности животного поддерживать гомеостаз в определенном диапазоне температур.Повышение внутренней температуры тела влияет на физиологические процессы, например, на активность ферментов. Хотя активность ферментов изначально увеличивается с температурой, ферменты начинают денатурировать и терять свою функцию при более высоких температурах (около 40-50 ° C для млекопитающих). Когда внутренняя температура тела снижается ниже нормального уровня, возникает переохлаждение и нарушаются другие физиологические процессы. Существуют различные механизмы терморегуляции, которые животные используют для регулирования внутренней температуры тела.

Типы терморегуляции (Эктотермия vs.Эндотермия)

Терморегуляция организмов идет по спектру от эндотермии до эктотермии. Эндотермы вырабатывают большую часть тепла за счет метаболических процессов и в просторечии называются «теплокровными». Ectotherms используют внешние источники температуры для регулирования температуры своего тела. Эктотермов в просторечии называют «хладнокровными», хотя температура их тела часто остается в том же диапазоне температур, что и у теплокровных животных.

Ectotherm

Эктотерм от греческого (ektós) «снаружи» и (thermós) «горячий» — это организм, в котором внутренние физиологические источники тепла имеют относительно небольшое или совсем незначительное значение для контроля температуры тела.Поскольку эктотермы полагаются на источники тепла из окружающей среды, они могут работать с экономичной скоростью метаболизма. Эктотермы обычно живут в средах с постоянными температурами, таких как тропики или океан. Ectotherms разработали несколько поведенческих механизмов терморегуляции, например, греться на солнце для повышения температуры тела или искать тени для понижения температуры тела.

Ectotherm : Лягушка обыкновенная является экотермом и регулирует свое тело в зависимости от температуры окружающей среды.

Эндотерм

В отличие от эктотерм, эндотерм регулирует температуру собственного тела посредством внутренних метаболических процессов и обычно поддерживает узкий диапазон внутренних температур. Обычно тепло вырабатывается в результате нормального метаболизма животного, но в условиях чрезмерного холода или низкой активности эндотерм выделяет дополнительное тепло из-за дрожи. Многие эндотермы имеют большее количество митохондрий на клетку, чем эктотермы. Эти митохондрии позволяют им вырабатывать тепло за счет увеличения скорости метаболизма жиров и сахаров.Однако эндотермические животные должны поддерживать более высокий метаболизм, чаще потребляя больше пищи. Например, мышь (эндотерм) должна потреблять пищу каждый день, чтобы поддерживать высокий метаболизм, в то время как змея (эктотерм) может есть только один раз в месяц, потому что ее метаболизм намного ниже.

Гомеотермия против пойкилотермии

Homeotherm vs. Poikilotherm : Устойчивый выход энергии эндотермических животных (млекопитающих) и экзотермических животных (рептилий) в зависимости от внутренней температуры.В этом сценарии млекопитающее также является гомеотермой, поскольку поддерживает внутреннюю температуру тела в очень узком диапазоне. Рептилия также является пойкилотермом, потому что может выдерживать широкий диапазон температур.

Пойкилотерм — это организм, внутренняя температура которого значительно колеблется. Это противоположность гомеотермы, организма, поддерживающего тепловой гомеостаз. Внутренняя температура пойкилотерма обычно меняется в зависимости от температуры окружающей среды, и многие наземные эктотермы являются пойкилотермическими.Пойкилотермные животные включают в себя многие виды рыб, земноводных и рептилий, а также птиц и млекопитающих, которые снижают свой метаболизм и температуру тела как часть спячки или оцепенения. Некоторые эктотермы также могут быть домашними животными. Например, некоторые виды тропических рыб обитают на коралловых рифах с такой стабильной температурой окружающей среды, что их внутренняя температура остается постоянной.

Средства теплопередачи

Тепло может передаваться между животным и окружающей его средой с помощью четырех механизмов: излучения, испарения, конвекции и теплопроводности.Радиация — это излучение электромагнитных «тепловых» волн. Таким же образом тепло исходит от солнца и от сухой кожи. Когда млекопитающее потеет, испарение снимает тепло с поверхности с жидкостью. Конвекционные потоки воздуха отводят тепло от поверхности сухой кожи, когда воздух проходит над ней. Тепло может передаваться от одной поверхности к другой при прямом контакте с ними, например, когда животное отдыхает на теплом камне.

Механизмы теплообмена : Тепло может передаваться с помощью четырех механизмов: (а) излучение, (б) испарение, (в) конвекция или (г) теплопроводность.

Сохранение и отвод тепла

У животных есть процессы, которые позволяют сохранять и рассеивать тепло для поддержания гомеостатической внутренней температуры тела.

Цели обучения

Опишите некоторые изменения, которые используют животные для поддержания температуры тела

Основные выводы

Ключевые моменты

• Сохранение тепла характеризуется способностью гарантировать, что кровь остается в ядре, подвергаясь сужению сосудов, уменьшая приток крови к периферии (также известный как периферическая вазоконстрикция).
• Рассеяние тепла характеризуется способностью к расширению сосудов, что увеличивает приток крови к периферии, что приводит к потере тепла за счет испарения.
• Эндотермические животные отличаются способностью использовать как сужение сосудов, так и расширение сосудов для поддержания внутренней температуры тела.
• Эктотермные животные характеризуются изменением поведения (лежание на солнечном свете, чтобы согреться, прячется в тени, чтобы остыть), чтобы регулировать температуру тела.

Ключевые термины

• эндотерм : теплокровное животное, поддерживающее постоянную температуру тела
• ectotherm : хладнокровное животное, которое регулирует температуру своего тела, обмениваясь теплом с окружающей средой

Сохранение и отвод тепла

Животные сохраняют или рассеивают тепло различными способами.В определенных климатических условиях у эндотермических животных есть какая-то изоляция, такая как мех, жир, перья или их комбинация. Животные с густым мехом или перьями создают изолирующий слой воздуха между кожей и внутренними органами. Белые медведи и тюлени живут и плавают в условиях низких температур, но при этом поддерживают постоянную теплую температуру тела. Песец использует свой пушистый хвост как дополнительную изоляцию, когда сворачивается клубочком, чтобы спать в холодную погоду. Млекопитающие имеют остаточный эффект от дрожи и повышенной мышечной активности: мышцы arrector pili создают «мурашки по коже», заставляя мелкие волоски встать дыбом, когда человеку холодно; это имеет предполагаемый эффект повышения температуры тела.Млекопитающие используют слои жира для достижения той же цели; потеря значительного количества жира в организме подорвет способность человека сохранять тепло.

Endotherms используют свои кровеносные системы для поддержания температуры тела. Например, вазодилатация приводит к увеличению количества крови и тепла к поверхности тела, облегчая радиационную и испарительную потерю тепла, что помогает охладить тело. Однако сужение сосудов снижает кровоток в периферических кровеносных сосудах, заставляя кровь течь к сердцевине и находящимся там жизненно важным органам, сохраняя тепло.У некоторых животных есть приспособления к своей кровеносной системе, которые позволяют им переносить тепло от артерий к венам, тем самым нагревая кровь, возвращающуюся к сердцу. Это называется противоточным теплообменом; он не дает холодной венозной крови охлаждать сердце и другие внутренние органы. Эта адаптация, которая может быть отключена у некоторых животных для предотвращения перегрева внутренних органов, встречается у многих животных, включая дельфинов, акул, костистых рыб, пчел и колибри. Напротив, аналогичные приспособления (например, у дельфинов и ушей слона) могут помочь охладить эндотерм, когда это необходимо.

Контроль температуры тела : При эндотермиях система кровообращения используется для поддержания температуры тела путем расширения или сужения сосудов.

Многие животные, особенно млекопитающие, в качестве источника тепла используют отходящее тепло метаболизма. Когда мышцы сокращаются, большая часть энергии АТФ, используемой в мышечной деятельности, является потраченной впустую энергией, которая превращается в тепло. В случае сильного холода активируется рефлекс дрожи, который выделяет тепло для тела. У многих видов также есть тип жировой ткани, называемый коричневым жиром, который специализируется на выработке тепла.

Экотермные животные используют изменения в своем поведении, чтобы регулировать температуру тела. Например, экзотермическое животное в пустыне может просто искать более прохладные места в самое жаркое время дня в пустыне, чтобы не стало слишком жарко. Те же животные могут забираться на скалы, чтобы улавливать тепло холодной пустынной ночью. Некоторым животным нужна вода, чтобы испаряться и охладить их, как это было у рептилий. Другие эктотермы используют групповую активность, например, деятельность пчел, чтобы согреть улей, чтобы пережить зиму.

Что такое гомеостаз? | Живая наука

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 обрабатывать энергию и, в конечном итоге, выжить. Например, если у вас резко подскакивает кровяное давление или резко падает температура тела, ваши системы органов могут с трудом выполнять свою работу и в конечном итоге выходить из строя.

Почему важен гомеостаз

Физиолог Уолтер Кэннон ввел термин «гомеостаз» в 1920-е годы, расширив предыдущие работы 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 мире за ее пределами. Кэннон отточил эту концепцию и представил гомеостаз популярной аудитории в своей книге «Мудрость тела» (Британский медицинский журнал, 1932). [7 величайших тайн человеческого тела]

Провозглашенное основным принципом физиологии, основное определение гомеостаза Кэннон 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, согласно обзору в журнале Appetite, гомеостаз удерживает важные физиологические факторы в пределах допустимого диапазона значений –.

Человеческое тело, например, регулирует внутреннюю концентрацию водорода, кальция, калия и натрия, заряженных частиц, на которые клетки полагаются для нормального функционирования.Согласно обзору 2015 года, опубликованному в журнале Advances in Physiology Education, гомеостатические процессы также поддерживают уровни воды, кислорода, pH и сахара в крови, а также температуру тела.

Согласно Scientific American, в здоровых организмах гомеостатические процессы происходят постоянно и автоматически. Несколько систем часто работают в тандеме, чтобы поддерживать один физиологический фактор, например температуру тела. Если эти меры не сработают или потерпят неудачу, организм может умереть от болезни или даже смерти.

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 в центр управления, часто расположенный в головном мозге. Затем центр управления направляет мышцы, органы и железы на коррекцию нарушения. Согласно онлайн-учебнику «Анатомия и физиология», непрерывный цикл нарушения и приспособления известен как «отрицательная обратная связь».

Например, человеческое тело поддерживает внутреннюю температуру около 98,6 градусов по Фаренгейту (37 градусов по Цельсию). При перегреве термодатчики на коже и в мозге издают сигнал тревоги, инициируя цепную реакцию, которая заставляет тело вспотеть и покраснеть.При охлаждении тело реагирует дрожью и сокращает кровообращение к коже. Точно так же, согласно двум исследованиям, финансируемым Национальным институтом здравоохранения, при резком скачке уровня натрия организм дает сигнал почкам сберегать воду и выводить избыток соли с концентрированной мочой.

Животные также изменят свое поведение в ответ на отрицательный отзыв. 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 утверждают, что организмы способны предвидеть потенциальные нарушения гомеостаза, а не только реагировать на них постфактум.

Согласно статье 2015 года в Psychological Review, эта альтернативная модель гомеостаза, известная как аллостаз, подразумевает, что идеальная уставка для конкретной переменной может смещаться в ответ на временные изменения окружающей среды. Точка может смещаться под влиянием циркадных ритмов, менструальных циклов или суточных колебаний температуры тела.Согласно обзору 2015 года, опубликованному в журнале Advances in Physiology Education, уставки также могут изменяться в ответ на физиологические явления, такие как лихорадка, или для компенсации нескольких гомеостатических процессов, происходящих одновременно.

«Сами по себе заданные значения не являются фиксированными, но могут демонстрировать адаптивную пластичность», — сказал Арт Вудс, биолог из Университета Монтаны в Миссуле. «Эта модель позволяет упреждающе реагировать на предстоящие потенциальные нарушения в заданных точках».

Например, согласно обзору 2007 года в Appetite, в ожидании еды организм выделяет дополнительный инсулин, грелин и другие гормоны.Эта превентивная мера подготавливает организм к поступающему потоку калорий, а не пытается контролировать уровень сахара в крови и запасы энергии.

Возможность смещения заданных значений позволяет животным адаптироваться к краткосрочным стрессовым факторам, но они могут потерпеть неудачу перед лицом долгосрочных проблем, таких как изменение климата.

«Активация гомеостатических систем ответа может быть хорошей на короткие периоды времени», — сказал Вудс. Но они не рассчитаны на длительный срок службы. «Гомеостатические системы могут катастрофически выйти из строя, если их зайти слишком далеко; поэтому, хотя системы могут быть в состоянии справиться с новыми климатическими условиями в ближайшем будущем, они могут оказаться не в состоянии справиться с большими изменениями в течение более длительных периодов времени.»

Гомеостатические точки могут быть адаптивными. Например, в ожидании еды организм выделяет дополнительный инсулин, грелин и другие гормоны, чтобы подготовить организм к поступающему потоку калорий, а не бороться за контроль над уровнем сахара в крови и запасами энергии. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Поддержание потока информации

Гомеостатические системы, возможно, в первую очередь развивались, чтобы помочь организмам поддерживать оптимальную функцию 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 «тихий фон» для взаимодействия 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.

Независимо от своего эволюционного предназначения, гомеостаз уже почти столетие формирует исследования в области наук о жизни. Хотя гомеостатические процессы в основном обсуждаются в контексте физиологии животных, они также позволяют растениям управлять запасами энергии, питать клетки и реагировать на проблемы окружающей среды. Помимо биологии, социальные науки, кибернетика, информатика и инженерия используют гомеостаз в качестве основы для понимания того, как люди и машины поддерживают стабильность, несмотря на сбои.

Дополнительно r Источники:

• Ознакомьтесь с полезными графиками о гомеостазе из Академии Хана.
• Узнайте, как гомеостаз влияет на физиологию человека, с ускоренным курсом.
• Посмотрите это видео от сестер Амеба, чтобы узнать больше об отрицательных отзывах.

13.3: Гомеостаз — Биология LibreTexts

Что произойдет, если стабильность будет нарушена?

Удалите один камень, и вся арка рухнет.То же самое и с человеческим телом. Все системы работают вместе, чтобы поддерживать стабильность или гомеостаз. Нарушите одну систему, и это может повлиять на все тело.

Гомеостаз

Все органы и системы органов человеческого тела работают вместе, как хорошо отлаженный механизм. Это потому, что они регулируются нервной и эндокринной системами. Нервная система , контролирует практически всю деятельность организма, а эндокринная система , секретирует гормонов, , которые регулируют эту деятельность.Функционируя вместе, системы органов снабжают клетки организма всеми необходимыми веществами и устраняют их отходы. Они также поддерживают температуру, pH и другие условия на нужном уровне для поддержания жизненных процессов.

Поддержание гомеостаза

Процесс, в котором системы органов работают для поддержания стабильной внутренней среды, называется гомеостаз . Поддержание стабильной внутренней среды требует постоянных корректировок. Вот лишь три из множества способов, которыми системы органов человека помогают организму поддерживать гомеостаз:

• Дыхательная система: Высокая концентрация углекислого газа в крови вызывает учащенное дыхание.Легкие чаще выдыхают, что ускоряет вывод углекислого газа из организма.
• Экскреторная система: Низкий уровень воды в крови вызывает задержку воды почками. Почки производят более концентрированную мочу, поэтому организм теряет меньше воды.
• Эндокринная система: Высокая концентрация сахара в крови вызывает секрецию инсулина эндокринной железой, называемой поджелудочной железой. Инсулин — это гормон, который помогает клеткам усваивать сахар из крови.

Так как же ваше тело поддерживает гомеостаз? Регулирование вашей внутренней среды осуществляется в первую очередь с помощью отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь — это ответ на стимул, который удерживает переменную близко к установленному значению ( Рисунок ниже). По сути, он «отключает» или «включает» систему, когда она отклоняется от установленного значения.

Например, в вашем теле есть внутренний термостат. Зимой в вашем доме термостат определяет температуру в комнате и в ответ включает или выключает обогреватель. Ваше тело действует примерно так же. Когда температура тела повышается, кожные рецепторы и мозг воспринимают изменение температуры.Изменение температуры вызывает команду из мозга. Эта команда может вызвать несколько ответов. Если вам слишком жарко, кожа вызывает пот, а кровеносные сосуды у поверхности кожи расширяются. Этот ответ помогает снизить температуру тела.

Другой пример отрицательной обратной связи связан с уровнем глюкозы в крови. Когда уровень глюкозы (сахара) в крови слишком высок, поджелудочная железа выделяет инсулин, чтобы стимулировать абсорбцию глюкозы и превращение глюкозы в гликоген, который хранится в печени.По мере снижения уровня глюкозы в крови вырабатывается меньше инсулина. Когда уровень глюкозы слишком низкий, вырабатывается другой гормон , называемый глюкагоном, который заставляет печень преобразовывать гликоген обратно в глюкозу.

Регулирование обратной связи. Если обнаруживается повышение температуры тела (стимул) (рецептор), сигнал заставляет мозг поддерживать гомеостаз (ответ). Как только температура тела вернется к норме, отрицательная обратная связь приведет к прекращению реакции. Эта последовательность «стимул-рецептор-сигнал-ответ» используется по всему телу для поддержания гомеостаза.

Положительная обратная связь

Некоторые процессы в организме регулируются положительной обратной связью. Положительная обратная связь — это когда ответ на событие увеличивает вероятность продолжения события. Пример положительной обратной связи — производство молока у кормящих матерей. Когда ребенок пьет молоко матери, высвобождается гормон пролактин, химический сигнал. Чем больше ребенок сосет грудь, тем больше выделяется пролактин, что вызывает выработку большего количества молока. Другие примеры положительной обратной связи включают схватки во время родов.Когда сужения матки толкают ребенка в родовые пути, возникают дополнительные сокращения.

Нарушение гомеостаза

Многие гомеостатические механизмы, подобные этим, работают непрерывно, чтобы поддерживать стабильные условия в организме человека. Однако иногда механизмы выходят из строя. Когда они это сделают, клетки могут не получить все, что им нужно, или в организме могут накапливаться токсичные отходы. Если гомеостаз не восстановлен, дисбаланс может привести к болезни или даже смерти.

Гомеостаз — Гомеостаз — Биология GCSE (Single Science) Редакция

Условия внутри нашего тела необходимо очень тщательно контролировать, если мы хотим, чтобы тело функционировало эффективно. Гомеостаз — это поддержание постоянной внутренней среды . За это отвечают нервная система и гормоны.

Одним из примеров гомеостаза является тщательно контролируемая концентрация углекислого газа в крови. Вот некоторые из других регулируемых внутренних состояний:

Температура тела

Это контролируется для поддержания температуры, при которой ферменты организма работают лучше всего, которая обычно составляет 37 ° C.

Уровень сахара в крови

Это контролируется для обеспечения клеток постоянным запасом глюкозы для дыхания.Он контролируется высвобождением и хранением глюкозы, которая, в свою очередь, контролируется инсулином.

Содержание воды

Это контролируется для защиты клеток путем предотвращения попадания в них или выхода слишком большого количества воды. Содержание воды контролируется потерей воды из:

• легких — когда мы выдыхаем
• кожи — потоотделения
• тела — в моче, производимой почками

Отрицательная обратная связь

Гомеостатический контроль достигается с использованием отрицательной механизмы обратной связи :

• если уровень чего-то повышается, системы управления снова снижают его
• если уровень чего-то падает, системы управления снова повышают его

Блок-схема отрицательной обратной связи

33.3 Гомеостаз — Биология 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Определить гомеостаз
• Опишите факторы, влияющие на гомеостаз
• Обсудить механизмы положительной и отрицательной обратной связи, используемые в гомеостазе
• Описать терморегуляцию эндотермических и экзотермических животных

Органы и системы животных постоянно приспосабливаются к внутренним и внешним изменениям посредством процесса, называемого гомеостазом («устойчивое состояние»).Эти изменения могут быть связаны с уровнем глюкозы или кальция в крови или внешней температурой. Гомеостаз — это поддержание динамического равновесия в организме. Он динамичен, потому что постоянно приспосабливается к изменениям, с которыми сталкиваются системы организма. Это равновесие, потому что функции организма находятся в определенных пределах. Даже животное, которое явно неактивно, поддерживает это гомеостатическое равновесие.

Гомеостатический процесс

Целью гомеостаза является поддержание равновесия вокруг точки или значения, называемого уставкой.Хотя есть нормальные отклонения от заданной точки, системы организма обычно пытаются вернуться к этой точке. Изменение внутренней или внешней среды называется стимулом и обнаруживается рецептором; реакция системы заключается в корректировке параметра отклонения в сторону уставки. Например, если тело становится слишком теплым, производятся корректировки, чтобы охладить животное. Если уровень глюкозы в крови повышается после еды, вносятся корректировки, чтобы снизить уровень глюкозы в крови за счет доставки питательного вещества в ткани, которые в нем нуждаются, или для хранения его для дальнейшего использования.

Контроль гомеостаза

Когда в среде животного происходят изменения, необходимо произвести корректировку. Рецептор ощущает изменение в окружающей среде, затем посылает сигнал в центр управления (в большинстве случаев в мозг), который, в свою очередь, генерирует ответ, который передается эффектору. Эффектор — это мышца (которая сокращается или расслабляется) или выделяющая железа. Гомеостаз поддерживается петлями отрицательной обратной связи. Петли положительной обратной связи фактически выталкивают организм из гомеостаза, но могут быть необходимы для возникновения жизни.Гомеостаз контролируется нервной и эндокринной системой млекопитающих.

Механизмы отрицательной обратной связи

Любой гомеостатический процесс, который изменяет направление стимула, является петлей отрицательной обратной связи. Он может либо увеличивать, либо уменьшать стимул, но стимул не может продолжаться, как это было до того, как рецептор его почувствовал. Другими словами, если уровень слишком высок, тело делает что-то, чтобы его понизить, и, наоборот, если уровень слишком низкий, тело делает что-то, чтобы заставить его подняться.Отсюда и термин отрицательная обратная связь. Примером может служить поддержание уровня глюкозы в крови у животных. Когда животное поело, уровень глюкозы в крови повышается. Это ощущается нервной системой. Специализированные клетки поджелудочной железы чувствуют это, и гормон инсулин вырабатывается эндокринной системой. Инсулин вызывает снижение уровня глюкозы в крови, как и следовало ожидать в системе отрицательной обратной связи, как показано на рисунке 33.20. Однако, если животное не ест и уровень глюкозы в крови снижается, это ощущается в другой группе клеток поджелудочной железы, и высвобождается гормон глюкагон, вызывая повышение уровня глюкозы.Это все еще цикл отрицательной обратной связи, но не в том направлении, которое ожидалось при использовании термина «отрицательный». Другой пример увеличения в результате обратной связи — это контроль содержания кальция в крови. Если уровень кальция снижается, специализированные клетки паращитовидной железы ощущают это и выделяют паратироидный гормон (ПТГ), вызывая повышенное всасывание кальция через кишечник и почки и, возможно, разрушение костей с целью высвобождения кальция. Эффект ПТГ заключается в повышении уровня этого элемента в крови.Петли отрицательной обратной связи являются преобладающим механизмом, используемым в гомеостазе.

Рис. 33.20. Уровень сахара в крови контролируется петлей отрицательной обратной связи. (кредит: модификация работы Джона Салливана)

Цикл положительных отзывов

Петля положительной обратной связи поддерживает направление стимула, возможно, ускоряя его. Несколько примеров петель положительной обратной связи существует в телах животных, но один встречается в каскаде химических реакций, которые приводят к свертыванию крови или коагуляции.Когда один фактор свертывания крови активируется, он последовательно активирует следующий фактор, пока не образуется фибриновый сгусток. Направление сохраняется, а не меняется, так что это положительный отзыв. Другой пример положительной обратной связи — сокращения матки во время родов, как показано на рисунке 33.21. Гормон окситоцин, вырабатываемый эндокринной системой, стимулирует сокращение матки. Это вызывает боль, ощущаемую нервной системой. Вместо того, чтобы снижать уровень окситоцина и ослаблять боль, вырабатывается больше окситоцина, пока схватки не станут достаточно сильными, чтобы вызвать роды.

Визуальное соединение

Рис. 33.21 Рождение ребенка — результат положительной обратной связи.

Укажите, регулируется ли каждый из следующих процессов контуром положительной или отрицательной обратной связи.

1. Человек чувствует насыщение после обильной еды.
2. В крови много красных кровяных телец. В результате эритропоэтин, гормон, стимулирующий выработку новых красных кровяных телец, больше не выделяется почками.

Уставка

Можно отрегулировать уставку системы. Когда это происходит, контур обратной связи работает, чтобы поддерживать новую настройку. Примером этого является артериальное давление: со временем нормальное или заданное значение артериального давления может увеличиваться в результате постоянного повышения артериального давления. Организм больше не распознает высоту как ненормальную, и не предпринимается никаких попыток вернуться к нижнему заданному значению. В результате поддерживается повышенное кровяное давление, которое может оказывать вредное воздействие на организм.Лекарства могут снизить кровяное давление и снизить уставку в системе до более здорового уровня. Это называется процессом изменения уставки в контуре обратной связи.

Изменения могут быть сделаны в группе систем органов тела, чтобы поддерживать заданное значение в другой системе. Это называется акклиматизацией. Это происходит, например, когда животное перемещается на более высокую высоту, чем та, к которой оно привыкло. Чтобы приспособиться к более низким уровням кислорода на новой высоте, организм увеличивает количество эритроцитов, циркулирующих в крови, чтобы обеспечить адекватную доставку кислорода к тканям.Другой пример акклиматизации — животные, у которых есть сезонные изменения в своей шерсти: более плотная шерсть зимой обеспечивает адекватное удержание тепла, а легкая летом помогает удерживать температуру тела от повышения до вредного уровня.

Ссылка на обучение

Механизмы обратной связи можно понять с точки зрения вождения гоночного автомобиля по трассе: посмотрите небольшой видео-урок о контурах положительной и отрицательной обратной связи.

Гомеостаз: терморегуляция

Температура тела влияет на деятельность тела.Как правило, с повышением температуры тела повышается и активность ферментов. При повышении температуры на каждые десять градусов по Цельсию активность фермента удваивается, вплоть до определенной точки. Белки организма, в том числе ферменты, начинают денатурировать и терять свою функцию при высокой температуре (около 50 ^o C для млекопитающих). Активность ферментов снижается наполовину на каждые десять градусов по Цельсию, вплоть до точки замерзания, за некоторыми исключениями. Некоторые виды рыб выдерживают замерзание и возвращаются в нормальное состояние после оттаивания.

Ссылка на обучение

Посмотрите это видео на Discovery Channel о терморегуляции, чтобы увидеть иллюстрации этого процесса у различных животных.

Эндотерм и эктотерм

Животных можно разделить на две группы: одни поддерживают постоянную температуру тела при различных температурах окружающей среды, а другие имеют температуру тела, которая совпадает с температурой их окружающей среды и, следовательно, меняется в зависимости от окружающей среды. Животные, которые зависят от температуры окружающей среды, чтобы установить температуру своего тела, являются эктотермами.Эту группу называют хладнокровными, но этот термин может не относиться к животным в пустыне с очень высокой температурой тела. В отличие от эктотермов, пойкилотермные животные — это животные с постоянно меняющейся внутренней температурой. Животное, которое поддерживает постоянную температуру тела при изменении окружающей среды, называется гомеотермой. Эндотермы — это животные, которые полагаются на внутренние источники для поддержания относительно постоянной температуры тела при различных температурах окружающей среды. Эти животные способны поддерживать уровень метаболической активности при более низких температурах, чего не может эктотерм из-за различных уровней активности ферментов.Стоит упомянуть, что некоторые эктотермы и пойкилотермы имеют относительно постоянную температуру тела из-за постоянных температур окружающей среды в местах их обитания. Эти животные являются так называемыми экзотермическими гомеотермами, как некоторые виды глубоководных рыб.

Тепло может передаваться между животным и окружающей его средой посредством четырех механизмов: излучения, испарения, конвекции и теплопроводности (рис. 33.22). Радиация — это излучение электромагнитных «тепловых» волн. Таким образом, тепло исходит от солнца и излучается от сухой кожи таким же образом.При испарении тепло можно отводить с поверхности жидкостью. Это происходит, когда млекопитающее потеет. Конвекционные потоки воздуха отводят тепло от поверхности сухой кожи, когда воздух проходит над ней. Тепло будет передаваться от одной поверхности к другой во время прямого контакта с поверхностями, например, когда животное отдыхает на теплом камне.

Рис. 33.22 Теплообмен может осуществляться с помощью четырех механизмов: (а) излучение, (б) испарение, (в) конвекция или (г) теплопроводность. (кредит b: модификация работы «Kullez» / Flickr; кредит c: модификация работы Чада Розенталя; кредит d: модификация работы «stacey.d ”/ Flickr)

Сохранение и отвод тепла

Животные сохраняют или рассеивают тепло различными способами. В определенных климатических условиях у эндотермических животных есть какая-то изоляция, такая как мех, жир, перья или их комбинация. Животные с густым мехом или перьями создают изолирующий слой воздуха между кожей и внутренними органами. Белые медведи и тюлени живут и плавают при низких температурах, но при этом поддерживают постоянную теплую температуру тела. Например, песец использует свой пушистый хвост как дополнительную изоляцию, когда сворачивается клубочком, чтобы спать в холодную погоду.У млекопитающих наблюдается остаточный эффект от дрожи и повышенной мышечной активности: мышцы arrector pili вызывают «мурашки по коже», заставляя волоски встать дыбом, когда человеку холодно; это имеет предполагаемый эффект повышения температуры тела. Млекопитающие используют слои жира для достижения той же цели. Потеря значительного количества жира снижает способность человека сохранять тепло.

Endotherms используют свои кровеносные системы для поддержания температуры тела. Вазодилатация приносит больше крови и тепла к поверхности тела, способствуя потере тепла на излучение и испарение, что помогает охладить тело.Сужение сосудов снижает кровоток в периферических кровеносных сосудах, направляя кровь к сердцевине и находящимся там жизненно важным органам и сохраняя тепло. У некоторых животных есть приспособления к их кровеносной системе, которые позволяют им переносить тепло от артерий к венам, нагревая кровь, возвращающуюся к сердцу. Это называется противоточным теплообменом; он не дает холодной венозной крови охлаждать сердце и другие внутренние органы. У некоторых животных эту адаптацию можно отключить, чтобы предотвратить перегрев внутренних органов.Противоточная адаптация встречается у многих животных, включая дельфинов, акул, костистых рыб, пчел и колибри. Напротив, подобные приспособления могут помочь при необходимости охладить эндотермы, такие как дельфиньи сосальщики и уши слона.

Некоторые экзотермические животные используют изменения в своем поведении, чтобы регулировать температуру тела. Например, экзотермическое животное в пустыне может просто искать более прохладные места в самое жаркое время дня в пустыне, чтобы не перегреться. Те же животные могут забираться на скалы, чтобы улавливать тепло холодной пустынной ночью.Некоторым животным нужна вода, чтобы испаряться и охладить их, как это было у рептилий. Другие эктотермы используют групповую активность, такую ​​как деятельность пчел, чтобы согреть улей, чтобы пережить зиму.

Многие животные, особенно млекопитающие, в качестве источника тепла используют отходящее тепло метаболизма. Когда мышцы сокращаются, большая часть энергии АТФ, используемой в мышечной деятельности, является потраченной впустую энергией, которая превращается в тепло. Сильный холод вызывает рефлекс дрожи, который выделяет тепло для тела. У многих видов также есть тип жировой ткани, называемый коричневым жиром, который специализируется на выработке тепла.

Нейронный контроль терморегуляции

Нервная система важна для терморегуляции, как показано на Рисунке 33.22. Процессы гомеостаза и контроля температуры сосредоточены в гипоталамусе развитого мозга животного.

Визуальное соединение

Рисунок 33.23 Организм способен регулировать температуру в ответ на сигналы нервной системы.

Когда бактерии уничтожаются лейкоцитами, пирогены попадают в кровь.Пирогены сбрасывают термостат тела на более высокую температуру, что приводит к лихорадке. Как пирогены могут вызывать повышение температуры тела?

Гипоталамус поддерживает заданную температуру тела за счет рефлексов, вызывающих расширение сосудов и потливость, когда тело слишком тепло, или сужение сосудов и дрожь, когда тело слишком холодное. Он реагирует на химические вещества из организма. Когда бактерия уничтожается фагоцитарными лейкоцитами, в кровь выделяются химические вещества, называемые эндогенными пирогенами.Эти пирогены циркулируют в гипоталамусе и сбрасывают термостат. Это позволяет температуре тела повышаться до того, что обычно называется лихорадкой. Повышение температуры тела приводит к сохранению железа, что снижает количество питательных веществ, необходимых бактериям. Повышение температуры тела также увеличивает активность ферментов и защитных клеток животного, подавляя при этом ферменты и активность вторгающихся микроорганизмов. Наконец, само тепло также может убить патогенный микроорганизм. Лихорадка, которая когда-то считалась осложнением инфекции, теперь считается нормальным защитным механизмом.

Биология макрофагов в развитии, гомеостазе и болезни

1

Gautier, E. L. et al. Профили экспрессии генов и пути регуляции транскрипции, которые лежат в основе идентичности и разнообразия макрофагов ткани мыши. Nature Immunol. 13 , 1118–1128 (2012) В этой статье представлен подробный анализ транскриптома макрофагов. Идентифицировано несколько новых генов, которые отчетливо и универсально связаны со зрелыми тканевыми макрофагами, но результаты также демонстрируют чрезвычайное разнообразие этих типов клеток.

CAS Статья Google Scholar

2

Гордон С. Альтернативная активация макрофагов. Nature Rev. Immunol. 3 , 23–35 (2003)

CAS Статья Google Scholar

3

Sica, A. & Mantovani, A. Пластичность и поляризация макрофагов: in vivo veritas. J. Clin. Вкладывать деньги. 122 , 787–795 (2012)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

4

Гейссманн, Ф.и другие. Развитие моноцитов, макрофагов и дендритных клеток. Наука 327 , 656–661 (2010)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

5

Jenkins, S.J. et al. Локальная пролиферация макрофагов, а не рекрутирование из крови, является признаком воспаления Th3. Science 332 , 1284–1288 (2011) Эта статья показывает, что тканевые макрофаги могут пролиферировать в ответ на IL-4, предполагая, что рекрутирование моноцитов и окончательный гематопоэз могут не требоваться для экспансии макрофагов при иммунитете 2 типа.

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

6

Schulz, C. et al. Линия миелоидных клеток, независимая от Myb и гемопоэтических стволовых клеток. Science 336 , 86–90 (2012) Вместе с ссылки 10 и 11 , эта статья указывает, что мононуклеарная фагоцитарная линия требует переоценки и что большинство постоянно проживающих взрослых популяций макрофагов происходит от желточный мешок.

ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

7

Мюррей П. Дж. И Винн Т. А. Защитные и патогенные функции субпопуляций макрофагов. Nature Rev. Immunol. 11 , 723–737 (2011)

CAS Статья Google Scholar

8

Винн Т. и Баррон Л. Макрофаги: главные регуляторы воспаления и фиброза. Семин. Liver Dis. 30 , 245–257 (2010) Всесторонний обзор, изучающий регуляторную роль макрофагов в хронических воспалительных заболеваниях и фиброзе.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

9

Гордон С. и Тейлор П. Р. Гетерогенность моноцитов и макрофагов. Nature Rev. Immunol. 5 , 953–964 (2005) Окончательный обзор активированных и альтернативно активируемых макрофагов с подробными объяснениями определений и ограничений этих терминов.

CAS Статья Google Scholar

10

Ginhoux, F. et al. Анализ картирования судьбы показывает, что взрослая микроглия происходит от примитивных макрофагов. Наука 330 , 841–845 (2010)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

11

Hoeffel, G. et al. Взрослые клетки Лангерганса происходят преимущественно из эмбриональных эмбриональных моноцитов печени с незначительным вкладом макрофагов, происходящих из желточного мешка. J. Exp. Med. 209 , 1167–1181 (2012)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

12

Frankenberger, M. et al. Дефект CD16-положительных моноцитов может протекать без заболевания. Иммунобиология 218 , 169–174 (2013)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

13

Хьюм, Д.A. Макрофаги как APC и миф о дендритных клетках. J. Immunol. 181 , 5829–5835 (2008)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

14

Satpathy, A. T., Wu, X., Albring, J. C. & Murphy, K. M. Re (de) fining the lineage дендритных клеток. Nature Immunol. 13 , 1145–1154 (2012)

CAS Статья Google Scholar

15

Читу, В.И Стэнли, Э. Р. Колониестимулирующий фактор-1 при иммунитете и воспалении. Curr. Opin. Иммунол. 18 , 39–48 (2006)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

16

Эрблих, Б., Чжу, Л., Этген, А. М., Добренис, К. и Поллард, Дж. У. Отсутствие рецептора фактора стимуляции колонии-1 приводит к потере микроглии, нарушению развития мозга и обонятельному дефициту. PLoS ONE 6 , e26317 (2011)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

17

Вэй, С.и другие. Функциональное перекрытие, но дифференциальная экспрессия CSF-1 и IL-34 в их CSF-1 рецептор-опосредованной регуляции миелоидных клеток. J. Leukoc. Биол. 8 , 495–505 (2010)

Артикул CAS Google Scholar

18

Wang, Y. et al. IL-34 представляет собой ограниченный тканью лиганд CSF1R, необходимый для развития клеток Лангерганса и микроглии. Nature Immunol. 13 , 753–760 (2012)

CAS Статья Google Scholar

19

Поллард, Дж.W. Трофические макрофаги в развитии и болезни. Nature Rev. Immunol. 9 , 259–270 (2009)

CAS Статья Google Scholar

20

Niida, S. et al. Фактор роста эндотелия сосудов может заменять макрофагальный колониестимулирующий фактор, поддерживающий резорбцию костной ткани остеокластами. J. Exp. Med. 190 , 293–298 (1999)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

21

Гамильтон, Дж.A. & Achuthan, A. Колониестимулирующие факторы и биология миелоидных клеток в здоровье и болезнях. Trends Immunol. 34 , 81–89 (2013)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

22

Miller, J. C. et al. Расшифровка транскрипционной сети линии дендритных клеток. Nature Immunol. 13 , 888–899 (2012)

CAS Статья Google Scholar

23

Хьюм, Д.A. Сложность конститутивной и индуцибельной экспрессии генов в мононуклеарных фагоцитах. J. Leukoc. Биол. (2012)

24

Эдвардс, Дж. Р. и Манди, Г. Р. Достижения в биологии остеокластов: старые открытия и новые идеи на моделях мышей. Nature Rev. Rheumatol. 7 , 235–243 (2011)

CAS Статья Google Scholar

25

Bigley, V. et al. Человеческий синдром дефицита дендритных клеток, моноцитов, B- и NK-лимфоидов. J. Exp. Med. 208 , 227–234 (2011)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

26

Стефатер, Дж. А., III, Рен, С., Ланг, Р. А. и Даффилд, Дж. С. Мечников: макрофаги в развитии, гомеостаз и регенерация. Trends Mol. Med. (2011)

27

Дьёрки Д. Э., Асселин-Лабат М. Л., ван Ройен Н., Линдеман Г. Дж. И Висвадер Дж.E. Резидентные макрофаги влияют на активность стволовых клеток в молочной железе. Breast Cancer Res. 11 , R62 (2009)

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

28

Pull, S. L., Doherty, J. M., Mills, J. C., Gordon, J. I. & Stappenbeck, T. S. Активированные макрофаги являются адаптивным элементом ниши эпителиальных предшественников толстой кишки, необходимым для регенеративных реакций на повреждение. Proc.Natl Acad. Sci. США 102 , 99–104 (2005)

ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

29

Chow, A. et al. Макрофаги CD169 ⁺ костного мозга способствуют удержанию гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников в нише мезенхимальных стволовых клеток. J. Exp. Med. 208 , 261–271 (2011) Эта статья, вместе с ссылки 27 , 28 и 30 , показывает, что макрофаги регулируют различные ниши стволовых клеток.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

30

Boulter, L. et al. Wnt, происходящий из макрофагов, противостоит передаче сигналов Notch, чтобы специфицировать судьбу печеночных клеток-предшественников при хроническом заболевании печени. Nature Med. 18 , 572–579 (2012)

ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

31

Kawane, K. et al.Потребность в ДНКазе II для окончательного эритропоэза в печени плода мыши. Наука 292 , 1546–1549 (2001)

ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

32

Jaiswal, S. et al. CD47 активируется циркулирующими гемопоэтическими стволовыми клетками и лейкозными клетками, чтобы избежать фагоцитоза. Ячейка 138 , 271–285 (2009)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

33

Горди, К., Пуа, Х., Семповски, Г. Д. и Хе, Ю. В. Регулирование стационарного гомеостаза нейтрофилов макрофагами. Кровь 117 , 618–629 (2011)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

34

Dai, X. M. et al. Целенаправленное нарушение гена рецептора CSF-1 мыши приводит к остеопетрозу, дефициту мононуклеарных фагоцитов, увеличению частоты примитивных клеток-предшественников и репродуктивным дефектам. Кровь 99 , 111–120 (2002)

CAS PubMed Статья Google Scholar

35

Сэвилл, Дж., Дрансфилд, И., Грегори, К. и Хаслетт, К. Взрыв из прошлого: клиренс апоптотических клеток регулирует иммунные ответы. Nature Rev. Immunol. 2 , 965–975 (2002)

CAS Статья Google Scholar

36

Рао, С.и другие. Обязательное участие макрофагов в переключении гибели клеток, опосредованном ангиопоэтином 2. Разработка 134 , 4449–4458 (2007)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

37

Stefater, J. A., III et al. Регуляция ангиогенеза неканоническим путем Wnt-Flt1 в миелоидных клетках. Nature 474 , 511–515 (2011) Важная статья, показывающая молекулярные основы макрофагальной регуляции ангиогенеза посредством пути WNT.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

38

Tammela, T. et al. VEGFR-3 контролирует превращение кончика в стебель в сайтах слияния сосудов путем усиления передачи сигналов Notch. Nature Cell Biol. 13 , 1202–1213 (2011)

CAS PubMed Статья Google Scholar

39

Fantin, A. et al. Тканевые макрофаги действуют как клеточные шапероны для сосудистого анастомоза после индукции опосредованных VEGF концевых эндотелиальных клеток. Кровь 116 , 829–840 (2010)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

40

Gordon, E.J. et al. Макрофаги определяют калибр лимфатических сосудов дермы во время развития, регулируя пролиферацию лимфатических эндотелиальных клеток. Разработка 137 , 3899–3910 (2010)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

41

Мачник, А.и другие. Макрофаги регулируют зависящий от соли объем и кровяное давление с помощью механизма буферизации, зависящего от фактора роста С сосудистого эндотелия. Nature Med. 15 , 545–552 (2009)

CAS Статья Google Scholar

42

Nandi, S. et al. Лиганды рецептора CSF-1, IL-34 и CSF-1, проявляют различные паттерны экспрессии в мозге в процессе развития и регулируют поддержание и созревание нервных клеток-предшественников. Dev.Биол. 367 , 100–113 (2012)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

43

Li, Y., Du, X. F., Liu, C. S., Wen, Z. L. & Du, J. L. Взаимная регуляция между динамикой микроглии в покое и активностью нейронов in vivo . Dev. Cell 23 , 1189–1202 (2012) Статья, демонстрирующая, что микроглия регулирует активность нейронов у рыбок данио с помощью прижизненной визуализации.

CAS PubMed Статья Google Scholar

44

Паоличелли, Р. К. и др. Синаптическая обрезка микроглией необходима для нормального развития мозга. Наука 333 , 1456–1458 (2011)

ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

45

Rademakers, R. et al. Мутации в гене рецептора колониестимулирующего фактора 1 ( CSF1R ) вызывают наследственную диффузную лейкоэнцефалопатию со сфероидами. Nature Genet. 44 , 200–205 (2011)

PubMed Статья CAS Google Scholar

46

London, A. et al. Нейропротекция и обновление клеток-предшественников в поврежденной сетчатке взрослой мыши требует заживления макрофагов, происходящих из моноцитов. J. Exp Med. 208 , 23–39 (2011)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

47

Кигерл, К.A. et al. Идентификация двух различных подмножеств макрофагов с различными эффектами, вызывающими нейротоксичность или регенерацию в спинном мозге травмированной мыши. J. Neurosci. 29 , 13435–13444 (2009)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

48

Салегио, Э. А., Поллард, А. Н., Смит, М. и Чжоу, X. F. Присутствие макрофагов необходимо для регенерации восходящих афферентных волокон после кондиционирующего поражения седалищного нерва у взрослых крыс. BMC Neurosci. 12 , 11 (2011)

PubMed Статья Google Scholar

49

Хотамислигил Г.С. Воспаление и нарушения обмена веществ. Nature 444 , 860–867 (2006)

ADS CAS Статья Google Scholar

50

Чавла, А., Нгуен, К. Д. и Гох, Ю. П. Макрофагально-опосредованное воспаление при метаболических заболеваниях. Nature Rev. Immunol. 11 , 738–749 (2011)

CAS Статья Google Scholar

51

Одегаард, Дж. И. и Чавла, А. Плейотропные эффекты инсулинорезистентности и воспаления в метаболическом гомеостазе. Наука 339 , 172–177 (2013)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

52

Олефский, Дж.& Гласс, С. Макрофаги, воспаление и инсулинорезистентность. Annu. Rev. Physiol. 72 , 219–246 (2010)

CAS PubMed Статья Google Scholar

53

Розен, Э. Д. и Шпигельман, Б. М. Адипоциты как регуляторы энергетического баланса и гомеостаза глюкозы. Nature 444 , 847–853 (2006)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

54

Люменг, К.Н., Бодзин, Дж. Л. и Салтиель, А. Р. Ожирение вызывает фенотипический переключатель поляризации макрофагов жировой ткани. J. Clin. Вкладывать деньги. 117 , 175–184 (2007)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

55

Weisberg, S.P. et al. Ожирение связано с накоплением макрофагов в жировой ткани. J. Clin. Вкладывать деньги. 112 , 1796–1808 (2003)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

56

Сюй, Х.и другие. Хроническое воспаление жира играет решающую роль в развитии инсулинорезистентности, связанной с ожирением. J. Clin. Вкладывать деньги. 112 , 1821–1830 (2003) Эта статья вместе с исх. 55 , был первым, кто продемонстрировал, что ожирение приводит к инфильтрации WAT макрофагами, что способствует его воспалительной природе.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

57

Вс, К., Кусмински, К. М. и Шерер, П. Е. Ремоделирование жировой ткани и ожирение. J. Clin. Вкладывать деньги. 121 , 2094–2101 (2011)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

58

Kang, K. et al. Цитокины Th3, происходящие из адипоцитов, и миелоидный PPARδ регулируют поляризацию макрофагов и чувствительность к инсулину. Cell Metab. 7 , 485–495 (2008)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

59

Ляо, Х.и другие. 7, 485–495 Kruppel-подобный фактор 4 регулирует поляризацию макрофагов. J. Clin. Вкладывать деньги. 121 , 2736–2749 (2011)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

60

Odegaard, J. I. et al. Специфический для макрофагов PPARγ контролирует альтернативную активацию и улучшает инсулинорезистентность. Nature 447 , 1116–1120 (2007) В этой статье показано, что пребывание AAM в WAT необходимо для поддержания чувствительности к инсулину у тучных животных.

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

61

Odegaard, J. I. et al. Альтернативная активация M2 клеток Купфера с помощью PPAR δ улучшает инсулинорезистентность, вызванную ожирением. Cell Metab. 7 , 496–507 (2008)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

62

Ву, Д.и другие. Эозинофилы поддерживают макрофаги, альтернативно активируемые жировой тканью, связанные с гомеостазом глюкозы. Наука. 332 , 243–247 (2011)

63

Weisberg, S.P. et al. CCR2 модулирует воспалительные и метаболические эффекты кормления с высоким содержанием жиров. J. Clin. Вкладывать деньги. 116 , 115–124 (2006)

CAS PubMed Статья Google Scholar

64

Cinti, S. et al. Гибель адипоцитов определяет локализацию и функцию макрофагов в жировой ткани мышей и людей с ожирением. J. Lipid Res. 46 , 2347–2355 (2005)

CAS PubMed Статья Google Scholar

65

Лоуэлл Б. Б. и Шпигельман Б. М. К молекулярному пониманию адаптивного термогенеза. Nature 404 , 652–660 (2000)

CAS PubMed Статья Google Scholar

66

Nguyen, K. D. et al. Альтернативно активированные макрофаги продуцируют катехоламины для поддержания адаптивного термогенеза. Nature 480 , 104–108 (2011) Эта статья продемонстрировала физиологическую функцию AAM в поддержании адаптивного термогенеза, который позволяет млекопитающим адаптироваться к холодной окружающей среде.

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

67

Сэмюэл В. Т. и Шульман Г. И. Механизмы инсулинорезистентности: общие черты и недостающие звенья. Ячейка 148 , 852–871 (2012)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

68

Хуанг, В.и другие. Истощение клеток печени Купфера предотвращает развитие вызванного диетой стеатоза печени и инсулинорезистентности. Диабет 59 , 347–357 (2010)

CAS PubMed Статья Google Scholar

69

Eguchi, K. et al. Насыщенные жирные кислоты и передача сигналов TLR связывают дисфункцию бета-клеток и воспаление островков. Cell Metab. 15 , 518–533 (2012)

CAS PubMed Статья Google Scholar

70

Эхсес, Дж.A. et al. Увеличение количества макрофагов, связанных с островками, при диабете 2 типа. Диабет 56 , 2356–2370 (2007)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

71

Натан, К. и Динг, А. Неразбавляемое воспаление. Ячейка 140 , 871–882 (2010)

CAS Статья Google Scholar

72

Синдрилару, А.и другие. Безудержная провоспалительная популяция макрофагов M1, индуцированная железом, ухудшает заживление ран у людей и мышей. Дж . Clin. Вкладывать деньги. 121 , 985–997 (2011)

CAS Статья Google Scholar

73

Krausgruber, T. et al. IRF5 способствует поляризации воспалительных макрофагов и ответам Th2-Th27. Nature Immunol. 12 , 231–238 (2011) В этой статье показано, что экспрессия IRF5 индуцируется в макрофагах в ответ на воспалительные стимулы и что это способствует поляризации макрофагов с воспалительным фенотипом, что вызывает T H 1 и T H 17 клеток для ответа.

CAS Статья Google Scholar

74

Ahn, G.O. et al. Ингибирование Mac-1 (CD11b / CD18) усиливает ответ опухоли на облучение за счет уменьшения рекрутирования миелоидных клеток. Proc. Natl Acad. Sci. США 107 , 8363–8368 (2010)

ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

75

Qian, B.Z. & Pollard, J. W. Разнообразие макрофагов усиливает прогрессирование опухоли и метастазирование. Ячейка 141 , 39–51 (2010)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

76

Балквилл, Ф. Р. и Мантовани, А. Воспаление, связанное с раком: общие темы и терапевтические возможности. Семин. Cancer Biol. 22 , 33–40 (2012)

CAS PubMed Статья Google Scholar

77

Заиди, М.R. et al. Гамма-интерферон связывает ультрафиолетовое излучение с меланомагенезом у мышей. Nature 469 , 548–553 (2011)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

78

Deng, L. et al. Новая модель воспалительного заболевания кишечника у мышей связывает мишень рапамицин-зависимой гиперпролиферации эпителия толстой кишки у млекопитающих с опухолью, связанной с воспалением. Am.J. Pathol. 176 , 952–967 (2010)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

79

Arthur, J. C. et al. Воспаление кишечника нацелено на вызывающую рак активность микробиоты. Наука 338 , 120–123 (2012)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

80

ДеНардо, Д.Г., Андреу П. и Кусенс Л. М. Взаимодействия между лимфоцитами и миелоидными клетками регулируют противоопухолевый иммунитет. Cancer Metastasis Rev. 29 , 309–316 (2010)

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

81

Ханахан, Д. и Кусенс, Л. М. Соучастники преступления: функции клеток, задействованных в микросреде опухоли. Cancer Cell 21 , 309–322 (2012)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

82

Кондилис, Дж.И Поллард, Дж. У. Макрофаги: обязательные партнеры для миграции опухолевых клеток, инвазии и метастазирования. Ячейка 124 , 263–266 (2006)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

83

Chen, J. et al. CCL18 из связанных с опухолью макрофагов способствует метастазированию рака груди через PITPNM3. Cancer Cell 19 , 541–555 (2011)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

84

Мейсон, С.Д. и Джойс, Дж. А. Протеолитические сети при раке. Trends Cell Biol. 21 , 228–237 (2011)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

85

Кессенброк К., Плакс В. и Верб З. Матричные металлопротеиназы: регуляторы микросреды опухоли. Ячейка 141 , 52–67 (2010)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

86

Линь, Э.Y. et al. Макрофаги регулируют ангиогенный переключатель в мышиной модели рака груди. Cancer Res. 66 , 11238–11246 (2006)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

87

Mazzieri, R. et al. Нацеливание на ось ANG2 / TIE2 подавляет рост и метастазирование опухоли за счет нарушения ангиогенеза и прекращения отскока проангиогенных миелоидных клеток. Cancer Cell 19 , 512–526 (2011)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

88

Мердок, К., Muthana, M., Coffelt, S. B. & Lewis, C. E. Роль миелоидных клеток в стимулировании ангиогенеза опухоли. Nature Rev. Cancer 8 , 618–631 (2008)

CAS Статья Google Scholar

89

Stockmann, C. et al. Делеция фактора роста эндотелия сосудов в миелоидных клетках ускоряет онкогенез. Nature 456 , 814–818 (2008)

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

90

Shojaei, F.и другие. Рефрактерность опухоли к лечению анти-VEGF опосредуется миелоидными клетками CD11b ⁺ Gr1 ⁺ . Nature Biotechnol. 25 , 911–920 (2007)

CAS Статья Google Scholar

91

Du, R. et al. HIF1α индуцирует рекрутирование модулирующих клеток сосудов, происходящих из костного мозга, для регулирования ангиогенеза и инвазии опухоли. Cancer Cell 13 , 206–220 (2008)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

92

Линь, Э.Y. et al. Фактор роста эндотелия сосудов восстанавливает замедленное прогрессирование опухоли в опухолях, лишенных макрофагов. Мол. Онкол. 1 , 288–302 (2007)

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

93

Псайла Б. и Лайден Д. Метастатическая ниша: адаптация к чужеродной почве. Nature Rev. Cancer 9 , 285–293 (2009)

CAS Статья Google Scholar

94

Пейнадо, Х.и другие. Экзосомы меланомы приучают клетки-предшественники костного мозга к прометастатическому фенотипу посредством MET. Nature Med. 18 , 883–891 (2012)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

95

Gil-Bernabé, A. M. et al. Рекрутирование моноцитов / макрофагов посредством коагуляции, опосредованной тканевым фактором, необходимо для выживания метастатических клеток и создания преметастатической ниши у мышей. Кровь 119 , 3164–3175 (2012)

PubMed Статья CAS PubMed Central Google Scholar

96

Qian, B.Z. et al. CCL2 привлекает воспалительные моноциты для облегчения метастазирования опухоли груди. Nature 475 , 222–225 (2011) В этой статье предполагается, что макрофаги могут представлять собой терапевтическую мишень для предотвращения метастатического посева и роста опухолевых клеток.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

97

Куссенс, Л.М. и Поллард, Дж. У. Лейкоциты в развитии молочной железы и раке. Колд Спринг Харб. Перспектива. Биол. 3 , a003285 (2011)

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

98

Ву Ю. и Чжэн Л. Динамическое образование макрофагов в различных областях опухолей человека. Микроокружение рака 5 , 195–201 (2012)

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

99

Хагеманн, Т.и другие. «Перевоспитание» связанных с опухолью макрофагов путем воздействия на NF-κB. J. Exp. Med. 205 , 1261–1268 (2008)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

100

Пелло, О. М. и др. Роль c-MYC в альтернативной активации макрофагов человека и биологии связанных с опухолью макрофагов. Кровь 119 , 411–421 (2012)

PubMed Статья CAS PubMed Central Google Scholar

101

Забуавала, Т.и другие. Программа транскрипции, управляемая ets2, в ассоциированных с опухолью макрофагах способствует метастазированию опухоли. Cancer Res. 70 , 1323–1333 (2010)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

102

Ханссон, Г. К. и Херманссон, А. Иммунная система при атеросклерозе. Nature Immunol. 12 , 204–212 (2011)

CAS Статья Google Scholar

103

Камада, Н.и другие. Уникальные кишечные макрофаги CD14 вносят вклад в патогенез болезни Крона через ось IL-23 / IFN-γ. J. Clin. Вкладывать деньги. 118 , 2269–2280 (2008)

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

104

Либби П., Ридкер П. М. и Ханссон Г. К. Прогресс и проблемы в переводе биологии атеросклероза. Nature 473 , 317–325 (2011)

ADS CAS Статья Google Scholar

105

Юлия, В.и другие. Ограниченная подгруппа дендритных клеток захватывает антигены, переносимые по воздуху, и сохраняет способность активировать специфические Т-клетки еще долгое время после воздействия антигена. Иммунитет 16 , 271–283 (2002)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

106

Ford, A.Q. et al. Адоптивный перенос макрофагов IL-4Rα ⁺ достаточен для усиления эозинофильного воспаления на мышиной модели аллергического воспаления легких. BMC Immunol. 13 , 6 (2012)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

107

Морейра, А. П. и др. Сывороточный амилоид P ослабляет активацию макрофагов M2 и защищает от аллергических заболеваний дыхательных путей, вызванных грибковыми спорами. J. Allergy Clin. Иммунол. 126 , 712–721 (2010)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

108

Мельгерт, Б.N. et al. Альтернативная активация макрофагов в легких у больных астмой. J. Allergy Clin. Иммунол. 127 , 831–833 (2011)

PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

109

Nieuwenhuizen, N.E. et al. Отсутствие IL-4Rα-зависимых альтернативно активированных макрофагов не влияет на аллергическое заболевание дыхательных путей. J. Allergy Clin. Иммунол. 130 , 743–750 (2012)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

110

Мюррей, П.Дж. И Винн, Т. А. Препятствия и возможности для понимания поляризации макрофагов. Дж . Leukoc. Биол. 89 , 557–563 (2011)

CAS Статья Google Scholar

111

Пономарев, Э.Д., Веремейко, Т., Бартенева, Н., Кричевский, А.М. и Вайнер, HL MicroRNA-124 способствует покою микроглии и подавляет EAE, дезактивируя макрофаги через путь C / EBP-α-PU.1 . Nature Med. 17 , 64–70 (2011)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

112

Platt, A.M, Bain, C.C., Bordon, Y., Sester, D.P., Mowat, A.M. Независимая подгруппа TLR, экспрессирующая CCR2-зависимые макрофаги, способствует воспалению толстой кишки. J. Immunol. 184 , 6843–6854 (2010)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

113

Риволье, А., Хе, Дж., Коле, А., Валатас, В. и Келсалл, Б. Л. Воспаление переключает программу дифференцировки моноцитов Ly6C ^hi с противовоспалительных макрофагов на воспалительные дендритные клетки в толстой кишке. J. Exp. Med. 209 , 139–155 (2012)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

114

Гельдерман, К. А. и др. Макрофаги подавляют ответы Т-клеток и развитие артрита у мышей, продуцируя активные формы кислорода. J. Clin. Вкладывать деньги. 117 , 3020–3028 (2007)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

115

Smith, A. M. et al. Нарушение секреции цитокинов макрофагами лежит в основе нарушения острого воспаления и бактериального клиренса при болезни Крона. J. Exp. Med. 206 , 1883–1897 (2009)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

116

Мурай, М.и другие. Интерлейкин 10 действует на регуляторные Т-клетки, поддерживая экспрессию фактора транскрипции Foxp3 и подавляя функцию у мышей с колитом. Nature Immunol. 10 , 1178–1184 (2009)

CAS Статья Google Scholar

117

Hoek, R.M. et al. Подавление клонов макрофагов через взаимодействие с OX2 (CD200). Наука 290 , 1768–1771 (2000)

ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

118

Шехтер, Р.и другие. Проникающие в кровь макрофаги представляют собой жизненно важные клетки, играющие противовоспалительную роль в восстановлении после травмы спинного мозга у мышей. PLoS Med. 6 , e1000113 (2009)

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

119

Duffield, J. S. et al. Селективное истощение макрофагов выявляет различные противоположные роли при повреждении и восстановлении печени. J. Clin. Вкладывать деньги. 115 , 56–65 (2005)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

120

Винн Т.А. и Рамалингам, Т. Р. Механизмы фиброза: терапевтический перевод при фиброзном заболевании. Nature Med. 18 , 1028–1040 (2012)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

121

Моссер, Д. М. и Эдвардс, Дж. П. Изучение полного спектра активации макрофагов. Nature Rev. Immunol. 8 , 958–969 (2008)

122

Thomas, J. A. et al.Макрофагальная терапия фиброза печени мышей привлекает эффекторные клетки-хозяева, улучшая фиброз, регенерацию и функцию. Гепатология 53 , 2003–2015 (2011)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

123

Ravasi, T. et al. Атлас комбинаторной регуляции транскрипции у мышей и людей. Клетка. 140 , 744–752 (2010)

124

Франкенбергер, М.и другие. Профилирование транскриптов CD16-положительных моноцитов выявляет уникальный молекулярный отпечаток. Eur. J. Immunol. 42 , 957–974 (2012)

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

125

Entenberg, D. et al. Установка и использование двухлазерного многофотонного микроскопа для многоканальной прижизненной флуоресцентной визуализации. Протоколы природы 6 , 1500–1520 (2011)

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

Реакция растений и животных на окружающую среду

Цели обучения

1. Различают терморегуляторы, классифицируемые как эндотерм и эктотерм, гомеотерм, гетеротерм и пойкилотерм
2. Объясните механизмы, которые животные используют для регулирования температуры своего тела, включая: адаптацию кровообращения, метаболическую активность, изоляцию, оцепенение и поведенческие адаптации, использующие процессы проводимости, конвекции, излучения и испарения.
3. Опишите механизмы, используемые растениями для противодействия временной засухе и наводнениям
4. Опишите фотосинтетическую адаптацию растений C4 и CAM к засушливым условиям.

Информация ниже была адаптирована из OpenStax Biology 33.3

Органы и системы животных постоянно приспосабливаются к внутренним и внешним изменениям посредством процесса, называемого гомеостазом («устойчивое состояние»). Эти изменения могут быть связаны с уровнем глюкозы или кальция в крови или внешней температурой.Гомеостаз — это поддержание динамического равновесия в организме. Он динамичен, потому что постоянно приспосабливается к изменениям, с которыми сталкиваются системы организма. Это равновесие, потому что функции организма находятся в определенных пределах. Даже животное, которое явно неактивно, поддерживает это гомеостатическое равновесие.

Целью гомеостаза является поддержание равновесия вокруг точки или значения, называемого уставкой. Хотя есть нормальные отклонения от заданной точки, системы организма обычно пытаются вернуться к этой точке.Изменение внутренней или внешней среды называется стимулом и обнаруживается рецептором; реакция системы заключается в корректировке параметра отклонения в сторону уставки. Например, если тело становится слишком теплым, производятся корректировки, чтобы охладить животное. Если уровень глюкозы в крови повышается после еды, вносятся корректировки, чтобы снизить уровень глюкозы в крови за счет доставки питательного вещества в ткани, которые в нем нуждаются, или для хранения его для дальнейшего использования.

Когда в среде животного происходят изменения, необходимо произвести корректировку.Рецептор ощущает изменение в окружающей среде, затем посылает сигнал в центр управления (в большинстве случаев в мозг), который, в свою очередь, генерирует ответ, который передается эффектору. Эффектор — это мышца (которая сокращается или расслабляется) или выделяющая железа. Гомеостаз поддерживается петлями отрицательной обратной связи. Петли положительной обратной связи фактически выталкивают организм из гомеостаза, но могут быть необходимы для возникновения жизни. Гомеостаз контролируется нервной и эндокринной системой млекопитающих.

Механизмы отрицательной обратной связи

Любой гомеостатический процесс, который изменяет направление стимула, является петлей отрицательной обратной связи. Он может либо увеличивать, либо уменьшать стимул, но стимул не может продолжаться, как это было до того, как рецептор его почувствовал. Другими словами, если уровень слишком высок, тело делает что-то, чтобы его понизить, и, наоборот, если уровень слишком низкий, тело делает что-то, чтобы заставить его подняться. Отсюда и термин отрицательная обратная связь. Вспомните, как животные поддерживают уровень глюкозы в крови: когда животное поело, уровень глюкозы в крови повышается.Это ощущается нервной системой. Специализированные клетки поджелудочной железы чувствуют это, и гормон инсулин вырабатывается эндокринной системой. Инсулин вызывает снижение уровня глюкозы в крови, как и следовало ожидать в системе отрицательной обратной связи. Однако, если животное не ест и уровень глюкозы в крови снижается, это ощущается в другой группе клеток поджелудочной железы, и высвобождается гормон глюкагон, вызывая повышение уровня глюкозы. Петли отрицательной обратной связи являются преобладающим механизмом, используемым в гомеостазе.

Уровень сахара в крови контролируется петлей отрицательной обратной связи. (кредит: модификация работы Джона Салливана)

Цепь положительных отзывов

Петля положительной обратной связи поддерживает направление стимула, возможно, ускоряя его. Несколько примеров петель положительной обратной связи существует в телах животных, но один встречается в каскаде химических реакций, которые приводят к свертыванию крови или коагуляции. Когда один фактор свертывания крови активируется, он последовательно активирует следующий фактор, пока не образуется фибриновый сгусток.Направление сохраняется, а не меняется, так что это положительный отзыв. Еще один пример положительной обратной связи — сокращения матки во время родов. Гормон окситоцин, вырабатываемый эндокринной системой, стимулирует сокращение матки. Это вызывает боль, ощущаемую нервной системой. Вместо того, чтобы снижать уровень окситоцина и ослаблять боль, вырабатывается больше окситоцина, пока схватки не станут достаточно сильными, чтобы вызвать роды.

Art Connection

Рождение человеческого младенца — результат положительных отзывов.

Проверьте себя: укажите, регулируется ли каждый из следующих процессов петлей положительной или отрицательной обратной связи.

1. Человек чувствует насыщение после обильной еды.
2. В крови много красных кровяных телец. В результате эритропоэтин, гормон, стимулирующий выработку новых красных кровяных телец, больше не выделяется почками.

Заданное значение

Можно отрегулировать уставку системы. Когда это происходит, контур обратной связи работает, чтобы поддерживать новую настройку.Примером этого является артериальное давление: со временем нормальное или заданное значение артериального давления может увеличиваться в результате постоянного повышения артериального давления. Организм больше не распознает высоту как ненормальную, и не предпринимается никаких попыток вернуться к нижнему заданному значению. В результате поддерживается повышенное кровяное давление, которое может оказывать вредное воздействие на организм. Лекарства могут снизить кровяное давление и снизить уставку в системе до более здорового уровня. Это называется процессом изменения уставки в контуре обратной связи.

Изменения могут быть сделаны в группе систем органов тела, чтобы поддерживать заданное значение в другой системе. Это называется акклиматизацией. Это происходит, например, когда животное перемещается на большую высоту, чем оно привыкло. Чтобы приспособиться к более низким уровням кислорода на новой высоте, организм увеличивает количество эритроцитов, циркулирующих в крови, чтобы обеспечить адекватную доставку кислорода к тканям. Другой пример акклиматизации — животные, у которых есть сезонные изменения в своей шерсти: более плотная шерсть зимой обеспечивает адекватное удержание тепла, а легкая летом помогает удерживать температуру тела от повышения до вредного уровня.

Температура тела влияет на деятельность тела. Как правило, с повышением температуры тела повышается и активность ферментов. При повышении температуры на каждые десять градусов по Цельсию активность фермента удваивается, вплоть до определенной точки. Белки организма, в том числе ферменты, начинают денатурировать и терять свою функцию при высокой температуре (около 50 ^o C для млекопитающих). Активность ферментов снижается наполовину на каждые десять градусов по Цельсию, вплоть до точки замерзания, за некоторыми исключениями. Некоторые виды рыб выдерживают замерзание и возвращаются в нормальное состояние после оттаивания.

Посмотрите это видео на Discovery Channel о терморегуляции, чтобы увидеть иллюстрации этого процесса у различных животных:

Животных можно разделить на две группы: одни поддерживают постоянную температуру тела при различных температурах окружающей среды, а другие имеют температуру тела, которая совпадает с температурой их окружающей среды и, следовательно, меняется в зависимости от окружающей среды. Животные, которые не контролируют температуру своего тела, являются эктотермами. Эту группу называют хладнокровными, но этот термин может не относиться к животным в пустыне с очень высокой температурой тела.В отличие от эктотерм, которые полагаются на внешнюю температуру, чтобы установить температуру своего тела, пойкилотермы — это животные с постоянно меняющейся внутренней температурой. Животное, которое поддерживает постоянную температуру тела при изменении окружающей среды, называется гомеотермой. Эндотермные животные — это животные, которые зависят от внутренних источников температуры тела, но могут иметь очень высокие температуры. Эти животные способны поддерживать уровень активности при более низких температурах, чего не может эктотермия из-за различных уровней активности ферментов.

Тепло может передаваться между животным и окружающей его средой с помощью четырех механизмов: излучения, испарения, конвекции и теплопроводности. Радиация — это излучение электромагнитных «тепловых» волн. Таким образом, тепло исходит от солнца и излучается от сухой кожи таким же образом. При испарении тепло можно отводить с поверхности жидкостью. Это происходит, когда млекопитающее потеет. Конвекционные потоки воздуха отводят тепло от поверхности сухой кожи, когда воздух проходит над ней. Тепло будет передаваться от одной поверхности к другой во время прямого контакта с поверхностями, например, когда животное отдыхает на теплом камне.

Обмен теплом может осуществляться четырьмя механизмами: (а) излучением, (б) испарением, (в) конвекцией или (г) проводимостью. (кредит b: модификация работы «Kullez» / Flickr; кредит c: модификация работы Чеда Розенталя; кредит d: модификация работы «stacey.d» / Flickr)

Животные сохраняют или рассеивают тепло различными способами. В определенных климатических условиях у эндотермических животных есть какая-то изоляция, такая как мех, жир, перья или их комбинация. Животные с густым мехом или перьями создают изолирующий слой воздуха между кожей и внутренними органами.Белые медведи и тюлени живут и плавают при низких температурах, но при этом поддерживают постоянную теплую температуру тела. Например, песец использует свой пушистый хвост как дополнительную изоляцию, когда сворачивается клубочком, чтобы спать в холодную погоду. У млекопитающих наблюдается остаточный эффект от дрожи и повышенной мышечной активности: мышцы arrector pili вызывают «мурашки по коже», из-за чего маленькие волоски встают дыбом, когда человеку холодно; это имеет предполагаемый эффект повышения температуры тела. Млекопитающие используют слои жира для достижения той же цели.Потеря значительного количества жира снижает способность человека сохранять тепло.

Endotherms используют свои кровеносные системы для поддержания температуры тела. Вазодилатация приносит больше крови и тепла к поверхности тела, способствуя потере тепла на излучение и испарение, что помогает охладить тело. Сужение сосудов снижает кровоток в периферических кровеносных сосудах, направляя кровь к сердцевине и находящимся там жизненно важным органам и сохраняя тепло. У некоторых животных есть приспособления к их кровеносной системе, которые позволяют им переносить тепло от артерий к венам, нагревая кровь, возвращающуюся к сердцу.Это называется противоточным теплообменом; он не дает холодной венозной крови охлаждать сердце и другие внутренние органы. У некоторых животных эту адаптацию можно отключить, чтобы предотвратить перегрев внутренних органов. Противоточная адаптация наблюдается у многих животных, включая дельфинов, акул, костистых рыб, пчел и колибри. Напротив, подобные приспособления могут помочь при необходимости охладить эндотермы, такие как дельфиньи сосальщики и уши слона.

Некоторые экзотермические животные используют изменения в своем поведении, чтобы регулировать температуру тела.Например, экзотермическое животное в пустыне может просто искать более прохладные места в самое жаркое время дня в пустыне, чтобы не перегреться. Те же животные могут забираться на скалы, чтобы улавливать тепло холодной пустынной ночью. Некоторым животным нужна вода, чтобы испаряться и охладить их, как это было у рептилий. Другие эктотермы используют групповую активность, такую ​​как деятельность пчел, чтобы согреть улей, чтобы пережить зиму.

Многие животные, особенно млекопитающие, в качестве источника тепла используют отходящее тепло метаболизма.Когда мышцы сокращаются, большая часть энергии АТФ, используемой в мышечной деятельности, является потраченной впустую энергией, которая превращается в тепло. Сильный холод вызывает рефлекс дрожи, который выделяет тепло для тела. У многих видов также есть тип жировой ткани, называемый коричневым жиром, который специализируется на выработке тепла.

В этом видео представлен обзор различий между проводимостью, конвекцией и излучением:

А в этом видео описаны различия между хладнокровными и теплокровными животными:

Кроме того, можно регулировать температуру тела с учетом относительной разницы между внутренней и внешней температурами. Homeotherms поддерживает относительно постоянную температуру тела при изменении внешней температуры (homeo = ’same’), тогда как Heterotherms обычно поддерживает относительно постоянную температуру тела, но имеет определенные периоды, когда температура тела колеблется в зависимости от температуры окружающей среды (например, во время спячки). Poikilotherms , напротив, имеет колебания температуры тела, которые меняются в зависимости от температуры окружающей среды.

Растения попадают в сложные условия окружающей среды во время сильной засухи или наводнения.Засуха особенно опасна для растения, потому что растение нуждается в воде для фотосинтеза, но фотосинтез приводит к потере воды из-за испарения.