Пример гомеостаза у человека: Гомеостаз: понятие, предназначение, примеры

Содержание

Гомеостаз: понятие, предназначение, примеры

Для нормального функционирования организма важно поддержание нормальной температуры тела, необходимого объема кислорода в легких, устойчивых показателей крови и артериального давления. За обеспечение постоянства внутренней среды человека отвечает процесс гомеостаза. В статье рассмотрим виды, механизм работы, примеры и способы восстановления.

Содержание:

Что такое гомеостаз, виды, предназначение
Какой механизм лежит в основе процесса саморегуляции
Примеры гомеостаза у человека
Свойства гомеостаза
Системы органов, участвующих в гомеостазе
Как восстановить гомеостаз

Что такое гомеостаз, виды, предназначение

Гомеостаз – это саморегуляция, которая происходит благодаря слаженности внутренних процессов и реакций, направленных на поддержание равновесия и постоянства внутреннего состояния.

Различают несколько разновидностей:

Генетический, отвечает за наследственную стабильность и адаптацию к изменяющейся окружающей среде.
Иммунологический, обеспечивает биологическую индивидуальность, защиту от вторгающихся чужеродных агентов.
Структурный. Это гомеостаз клетки, ткани, органа, системы органов.
Системный, который затрагивает лимфу, кровь, тканевую жидкость.

Гомеостаз выполняет в организме несколько важных функций:

поддержание баланса жидкой субстанции;
регулирование содержания различных соединений в крови, органах дыхания, зрения, пищеварения, мочевыведения и других;
поддержание обмена веществ;
терморегуляция.

Протекание гомеостатических процессов зависит от наследственного фактора и возрастных особенностей.

У младенцев и лиц пожилого возраста функции не работают в полном объеме по причине несформированности или замедления реакций.

Какой механизм лежит в основе гомеостаза

Процесс саморегуляции основан на принципе обратной связи, которая бывает положительная и отрицательная.

Действие отрицательной направлено на реакции рецепторов на происходящие изменения и подаче команды восстановить равновесие. Пример – терморегуляция, когда организм самостоятельно защищается от перегрева или переохлаждения.

Действие положительной направлено на усиление действия изменения и вывод организма из состояния равновесия. Случается редко, в данном случае организм может перейти в не всегда желательное состояние. Но в некоторых случаях является необходимым, например, в ускорении свертываемой функции крови при нарушении целостности кожных покровов.

Регулирование всех систем и работы органов, компенсирование изменений во внешней среде происходит за счет рецепторов, которые отправляют информацию в мозг в случае отклонения параметров от нормы. Затем организм принимает меры по приведению состояния в норму.

Примеры гомеостаза у человека

Чтобы лучше понять, что такое гомеостаз, рассмотрим примеры гомеостаза:

высокая температура вызывает активное выделение пота во избежание перегрева организма;
регулирование баланса жидкости в организме посредством гормонов, отвечающих за выделение и задерживание жидкой субстанции;
во время интенсивных физических нагрузок дыхание и пульс становятся чаще;
поддержание уровня глюкозы в крови с помощью некоторых гормонов: инсулин понижает, а кортизол увеличивает;
поддержание уровня кальция в крови в норме, так как избыток и недостаток несут для организма негативные последствия.

Сбой в цепочке реакций приводит к дискомфорту и различным патологиям. Например, если организм не в состоянии обеспечивать уровень сахара в крови на необходимом уровне, то развивается сахарный диабет.

Свойства гомеостаза

Главное свойство гомеостаза – сложная взаимосвязь в разнообразии процессов и химических реакций.

Также характерны:

нестабильность, потому что всегда идет поиск оптимального способа адаптации к меняющимся условиям;
устремление к достижению равновесия, то есть сохранению баланса внутренней и внешней среды;
отсутствие предсказуемости, так как организм может по-разному отреагировать на резкие изменения в окружающей действительности.

Системы органов, участвующих в гомеостазе

Понятие объединяет несколько важных систем – дыхательную, сердечно-сосудистую, почечную, кислотно-щелочной баланс, электролитный обмен.

Сердечно-сосудистая система отвечает за подачу и распределение крови с кислородом по органам. Также система способна перенастраиваться в зависимости от ежеминутного изменения потребностей.

Система дыхания предназначена для газообмена в соответствии с нуждами организма в условиях постоянно изменяющихся обменных процессов. Органы отвечают за стабильность содержания кислорода и углекислого газа, и за изменение показателя при необходимости. Обе системы работают в тесной взаимосвязи друг с другом.

Почечная система отвечает за сохранность постоянства химико-физических условий, а именно регулирует водно-электролитный и щелочно-кислотный балансы, удаляет из организма продукты переработки жиров и белков.

Благодаря водно-электролитному обмену водой заполняются клетки, сосуды, растворяются соли. Электролиты поддерживают прохождение реакций.

Кислотно-щелочное равновесие призвано сохранять постоянство кислотности жидкостей в организме, обеспечивать биохимические реакции.

Как восстановить гомеостаз

Указывать на потерю устойчивости организма может появление усталости, не проходящей даже после утреннего пробуждения. Пока не проявились более серьезные нарушения, важно вернуть организм в сбалансированное состояние. Для этого необходимо:

организовать здоровое питание, с преобладанием полезных блюд в рационе – зелени, овощей и фруктов, витаминов, ограничить фастфуд, плохо перевариваемые продукты;
применять фитотерапию для очищения и восстановления организма;
пройти диагностику в поликлинике, сдать базовые анализы, по которым можно сделать выводы о состоянии здоровья и назначить дополнительные исследования.

20 лучших примеров гомеостаза / биология | Thpanorama

Некоторые из примеры гомеостаза поддержание внутренней температуры тела у человека или термостат, в технике.

Гомеостаз относится к способности организма или окружающей среды сохранять стабильность, несмотря на изменения. Это важная характеристика живых существ, поскольку поддержание стабильной внутренней среды требует постоянных корректировок, так как условия меняются внутри и снаружи клетки..

Гомеостаз можно рассматривать как динамическое равновесие, а не как постоянное и неизменное состояние. Целью гомеостаза является поддержание равновесия вокруг величины, называемой контрольной точкой..

Обычно нормальные колебания развиваются с этой точки отсчета, но системы организма обычно пытаются вернуться к этой точке.

Изменение во внутренней или внешней среде называется стимулом и обнаруживается приемником. Реакция системы заключается в настройке параметра отклонения в контрольной точке..

Например, если тело становится слишком горячим, выполняются регулировки, чтобы охладить его. Если уровень глюкозы в крови увеличивается после приема пищи, производится корректировка для снижения уровня глюкозы в крови для получения питательного вещества в тканях, которые в нем нуждаются, или для его хранения для дальнейшего использования. .

Гомеостатический дисбаланс может привести к болезненному состоянию, которое может быть вызвано двумя причинами: недостаток (клетки не получают всего, что им нужно) или токсичность (клетки отравляются). Когда гомеостаз прерывается, организм может исправить или усугубить проблему с помощью внутренних и внешних воздействий..

Примеры гомеостаза в организме человека

1- Внутренняя температура тела

Внутренняя температура тела человека является отличным примером гомеостаза. Когда человек здоров, температура его тела остается на уровне 37º. Тело может контролировать температуру, выделяя или выделяя тепло..

2- Поддержание уровня глюкозы

Глюкоза — это тип сахара, который содержится в крови, но организм должен поддерживать достаточный уровень глюкозы, чтобы человек оставался здоровым..

Когда уровень глюкозы поднимается слишком высоко, поджелудочная железа выделяет гормон, известный как инсулин. Если эти уровни падают слишком низко, печень снова превращает гликоген в крови в глюкозу, повышая уровень.

3- Функции лимфатической системы

Когда бактерии или вирусы, которые могут вызвать у вас заболевание, попадают в ваш организм, лимфатическая система контратакует, чтобы поддерживать гомеостаз, бороться с инфекцией и следить за тем, чтобы вы оставались здоровыми..

4- Регулирование кровяного давления

Поддержание здорового кровяного давления является примером гомеостаза. Сердце может определять изменения артериального давления, которое посылает сигналы в мозг, который затем посылает сигналы, которые говорят сердцу, как реагировать.

Если артериальное давление слишком высокое, сердце должно замедляться; тогда как если оно слишком низкое, сердце должно будет ускориться.

5- Баланс кислот и оснований

Человеческое тело содержит химические вещества, известные как кислоты и основания, и для их оптимального функционирования необходим адекватный баланс. Легкие и почки — две системы органов, которые регулируют кислоты и основания в организме. .

6- Уровень воды

Более половины общего веса тела человека составляет вода, и поддержание правильного водного баланса является примером гомеостаза. Клетки, которые содержат слишком много воды, набухают и могут даже взорваться.

Клетки с очень небольшим количеством воды могут в конечном итоге сжиматься. Ваше тело поддерживает достаточный баланс воды, чтобы ни одна из этих ситуаций не возникала.

7- Контроль кальция

Регулирование уровня кальция организмом человека является примером гомеостаза. Когда уровни снижаются, паращитовидная железа выпускает гормоны. Если уровень кальция становится очень высоким, щитовидная железа помогает фиксировать кальций в костях и снижает уровень кальция в крови.

8- Физические упражнения

Упражнения заставляют организм поддерживать гомеостаз, посылая лактат в мышцы, чтобы дать им энергию.

Со временем это также сигнализирует мозгу о том, что пришло время прекратить упражнения, чтобы мышцы могли получать необходимый им кислород. .

9- Нервная система и дыхание

Нервная система помогает поддерживать гомеостаз в дыхании. Поскольку дыхание непроизвольно, нервная система обеспечивает дыхание организма необходимым кислородом..

10- Мочевая система

Когда токсины попадают в вашу кровь, они нарушают гомеостаз вашего тела. Человеческое тело, однако, отвечает, избавляясь от этих токсинов с помощью мочевыделительной системы..

Человек просто мочится токсинами и другими неприятными веществами из крови, восстанавливая гомеостаз в организме человека.

Технологические гомеостатические механизмы и др.

11- Термостат

Термостаты, которые работают путем включения и выключения обогревателей или кондиционеров в ответ на выходной сигнал датчика температуры.

12- Регулятор скорости

Авто рулевое управление автомобиля, которое регулирует акселератор автомобиля в ответ на изменения скорости.

13- Автопилот

Автопилот, который управляет рулевым управлением самолета или корабля в ответ на отклонение от маршрута или предварительно установленный курс компаса.

14- Контроль в промышленности

Системы управления процессом на химическом заводе или нефтеперерабатывающем заводе, которые поддерживают уровни жидкостей, давления, температуры, химического состава и т. Д. управление нагревателями, насосами и клапанами.

15- Регулятор паровой машины

Центробежный регулятор парового двигателя, который уменьшает дроссельную заслонку в ответ на увеличение частоты вращения двигателя или открывает клапан, если скорость падает ниже заданной скорости.

16- Деловой гомеостаз

Это относится к способности компании поддерживать свое равновесное состояние, противодействуя внутренней и внешней турбулентности, поглощая контекстуальное разнообразие.

Гомеостаз у животных и окружающей среды

Для теплокровных животных, таких как млекопитающие и птицы, гомеостаз представляет собой сочетание внутренних процессов, в которые вовлечены гормоны, эндокринная система и обмен веществ. .

С другой стороны, для хладнокровных животных, таких как змеи, которые не имеют таких внутренних систем, они должны полагаться на свою внешнюю среду для поддержания гомеостаза.

17- Гормоны

В некоторых популяциях мелких млекопитающих, таких как мыши и кролики, когда их число по какой-то причине увеличивается, перенаселенность создает усиливающийся стресс, который повреждает щитовидную железу (которая производит важные гормоны), и большая часть населения просто умирает от эндокринного повреждения или гормон.

18- Терморегуляция

В окружающей среде, когда атмосферный уровень углекислого газа увеличивается, растения могут расти лучше и, таким образом, удалять больше углекислого газа из атмосферы..

Кроме того, осы и шершни встречаются в большинстве сред тропических лесов, пустынь, субтропического и умеренного климата. Они способны выживать в самых разных условиях, потому что они способны к терморегуляции себя и своих гнезд.

19- Переработка воды в джунглях

Тропические леса через систему гомеостаза сохраняют способность рециркулировать воду. Например, бассейн Амазонки окружен на севере саваннами и равнинами Венесуэлы, а на юге — саваннами Бразилии.

Если бы влага из Атлантического океана текла прямо назад, экосистема Амазонки была бы лишь малой частью ее нынешнего размера..

Фактически, гигантские деревья джунглей Амазонки быстро нагнетают в небо влагу, поэтому она падает обратно в джунгли, как дождь, предотвращая отток значительного количества воды в океан..

20- Кораллы и углекислый газ

Коралловые полипы используют углекислый газ для формирования своих раковин. Это помогает уменьшить количество углекислого газа в океане и является способом, с помощью которого Земля борется с загрязнением и работает над восстановлением гомеостаза..

С меньшим количеством кораллов океан поглощает меньше углекислого газа, оставляя больше в атмосфере.

ссылки

Благословение В. Нижний ствол мозга и телесный гомеостаз (1997). Нью-Йорк: издательство Оксфордского университета.
Кэннон В. Мудрость тела (1932). Нью-Йорк: У. У. Нортон.
Котас М., Меджитов Р. Гомеостаз, воспаление и предрасположенность к болезням (2015). клетка.
Риггс Д. Теория управления и физиологические механизмы обратной связи (1970). Балтимор: Уильямс и Уилкинс.
Теплюк Н. Гомеостаз, близкий к идеальному: примеры универсального правила старения, от которого зародышевая линия уклоняется (2012). Журнал клеточной биохимии.
Трефил Дж. Энциклопедия науки и техники (2001). Нью-Йорк: Тейлор и Фрэнсис Букс.
Тиррел А., Тиммис Дж., Гринстед А., Оуэнс Н. Эволюционирующее оборудование, фундаментальная технология для гомеостаза (2007). Нью йорк.

Холодовой прессорный тест – исследовательский подход к физиологии человека на основе смешанного курса

Холодовой стресс и тест холодового прессора

Карри Хэн Уитмер

Поддержание гомеостаза требует, чтобы организм постоянно контролировал свои внутренние состояния. От температуры тела до артериального давления и уровней определенных питательных веществ, каждое физиологическое состояние имеет определенную заданную точку. Заданное значение – это физиологическое значение, вокруг которого колеблется нормальный диапазон. А нормальный диапазон – это ограниченный набор значений, который является оптимально здоровым и стабильным. Например, уставка нормальной температуры тела человека составляет приблизительно 37°C (98,6°F). Физиологические параметры, такие как температура тела и кровяное давление, имеют тенденцию колебаться в пределах нормы на несколько градусов выше и ниже этой точки. Центры управления в мозгу и других частях тела отслеживают отклонения от гомеостаза и реагируют на них с помощью отрицательной обратной связи.

Отрицательная обратная связь – это механизм, устраняющий отклонение от заданного значения. Следовательно, отрицательная обратная связь поддерживает параметры тела в пределах их нормального диапазона. Поддержание гомеостаза с помощью отрицательной обратной связи происходит во всем организме все время.
Человеческое тело регулирует температуру тела с помощью процесса, называемого терморегуляцией, при котором тело может поддерживать свою температуру в определенных пределах, даже когда температура окружающей среды сильно отличается. Внутренняя температура тела остается стабильной на уровне 36,5–37,5 ° C (или 97,7–99,5 ° F). В процессе производства АТФ клетками по всему телу примерно 60% вырабатываемой энергии находится в форме тепла, используемого для поддержания температуры тела. Терморегуляция является примером отрицательной обратной связи.

Гипоталамус в головном мозге — это главный выключатель, который работает как термостат для регулирования внутренней температуры тела (рис. 1). Если температура слишком высока, гипоталамус может инициировать несколько процессов, чтобы ее понизить. К ним относятся увеличение циркуляции крови к поверхности тела, чтобы обеспечить рассеивание тепла через кожу, и инициирование потоотделения, чтобы обеспечить испарение воды на коже для охлаждения ее поверхности. И наоборот, если температура падает ниже заданной внутренней температуры, гипоталамус может инициировать дрожь для выработки тепла. Тело использует больше энергии и выделяет больше тепла. Кроме того, гормон щитовидной железы будет стимулировать большее использование энергии и выработку тепла клетками по всему телу. Окружающая среда называется термонейтральной, когда тело не расходует и не выделяет энергию для поддержания внутренней температуры. Для голого человека это температура окружающего воздуха около 84 ° F. Если температура выше, например, при ношении одежды, организм компенсирует ее охлаждающими механизмами. Тело теряет тепло через механизмы теплообмена.

Механизмы теплообмена
Когда окружающая среда не является термонейтральной, организм использует четыре механизма теплообмена для поддержания гомеостаза: теплопроводность, конвекцию, излучение и испарение. Каждый из этих механизмов основан на свойстве тепла переходить от более высокой концентрации к более низкой концентрации; следовательно, скорость каждого из механизмов теплообмена изменяется в зависимости от температуры и условий окружающей среды.
Проводка – передача тепла двумя объектами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Это происходит, когда кожа вступает в контакт с холодным или теплым предметом. Например, если вы держите стакан с ледяной водой, тепло вашей кожи нагреет стакан и, в свою очередь, растопит лед. Кроме того, в холодный день вы можете согреться, обхватив холодными руками чашку горячего кофе. Только около 3 процентов тепла тела теряется посредством теплопроводности.
Конвекция — это передача тепла окружающему кожу воздуху. Нагретый воздух поднимается от тела и заменяется более холодным воздухом, который затем нагревается. Конвекция может происходить и в воде. Когда температура воды ниже температуры тела, тело теряет тепло, нагревая воду, ближайшую к коже, которая уходит, чтобы заменить ее более прохладной водой. Конвекционные потоки, создаваемые изменениями температуры, продолжают отводить тепло от тела быстрее, чем тело может его восполнить, что приводит к гипотермии. Около 15 процентов тепла тела теряется в результате конвекции.
Излучение – передача тепла посредством инфракрасных волн. Это происходит между любыми двумя объектами, когда их температуры различаются. Радиатор может обогреть комнату за счет лучистого тепла. В солнечный день солнечное излучение согревает кожу. Тот же принцип работает от тела к окружающей среде. Около 60 процентов тепла, теряемого телом, теряется за счет излучения.
Испарение — передача тепла при испарении воды. Поскольку молекуле воды требуется много энергии, чтобы превратиться из жидкости в газ, испарение воды (в виде пота) отнимает у кожи много энергии. Однако скорость испарения зависит от относительной влажности — больше пота испаряется в условиях более низкой влажности. Потоотделение является основным средством охлаждения тела во время физических упражнений, тогда как в состоянии покоя около 20 процентов тепла, теряемого телом, происходит за счет испарения.
Гомеостатическая реакция на температуру окружающей среды
У людей есть система обратной связи регулирования температуры, которая работает, способствуя либо потере тепла, либо увеличению тепла. Когда центр регуляции температуры мозга получает данные от датчиков, указывающие на то, что температура тела превышает нормальный диапазон, он стимулирует группу клеток мозга, называемую «центром потери тепла». Эта стимуляция имеет три основных эффекта:
Кровеносные сосуды в коже начинают расширяться, позволяя большему количеству крови из ядра тела течь к поверхности кожи, позволяя теплу излучаться в окружающую среду.
По мере увеличения притока крови к коже активируются потовые железы, увеличивая их выработку. Когда пот испаряется с поверхности кожи в окружающий воздух, он уносит с собой тепло.
Увеличивается глубина дыхания, человек может дышать через открытый рот, а не через носовые ходы. Это увеличивает потерю тепла из легких.
Рис. 1. Гипоталамус контролирует терморегуляцию. Гипоталамус контролирует сети терморегуляции, приводящие к повышению или понижению внутренней температуры тела. Исходное изображение OpenStax Anatomy and Physiology CC-by-4. 0. Изображение отредактировано Ариком Уорнером.
Напротив, активация центра накопления тепла в мозге при воздействии холода снижает приток крови к коже, и кровь, возвращающаяся из конечностей, отводится в сеть глубоких вен (рис. 2). Такое расположение улавливает тепло ближе к ядру тела, ограничивает потерю тепла и повышает кровяное давление. Если потеря тепла серьезна, мозг запускает усиление случайных сигналов к скелетным мышцам, заставляя их сокращаться и вызывая дрожь. Сокращения мышц при дрожи выделяют тепло при использовании АТФ. Мозг также запускает щитовидную железу в эндокринной системе для высвобождения гормона щитовидной железы, который увеличивает метаболическую активность и выработку тепла в клетках по всему телу.

Рисунок 2. Физиологическая реакция на острое воздействие холода. При остром воздействии холода симпатическая нервная система высвобождает норадреналин, что приводит к сужению сосудов, повышению артериального давления и учащению сердечных сокращений.
При остром воздействии холода на организм:
Активация симпатической нервной системы приводит к общесистемному выбросу катехоламинов (норэпинефрина).
Катехоламин вызывает системное сужение артериол, увеличение частоты сердечных сокращений и сократительной способности сердца. Сердце работает усерднее, чтобы проталкивать кровь через суженные кровеносные сосуды.
Суженные кровеносные сосуды в конечностях отводят поверхностный кровоток к ядру тела, тем самым уменьшая излучение или передачу тепла в окружающую среду.
Вазоконстрикция увеличивает сопротивление кровотоку и, таким образом, повышает кровяное давление.
Сужение сосудов приводит к ослаблению пульса (меньшей амплитуде пульса) на артериях кожи, пальцев и кисти.
Острый холодовой стресс приводит к активации симпатической нервной системы и выбросу катехоламинов (нейротрансмиттеров). Высвобождение нейротрансмиттера влияет на сердечно-сосудистую систему различными способами, включая сужение артерий, транзиторную тахикардию и усиление сократительной способности сердца. Вместе эти гомеостатические изменения приводят к тому, что называется прессорная реакция или повышение артериального давления. Холодовой прессорный тест обычно используется в клинических условиях для оценки функции симпатической нервной системы. В холодовом прессорном тесте испытуемые погружают руку или предплечье в ледяную воду и измеряют реакцию их сердечно-сосудистой системы.
В этой лаборатории мы будем использовать холодовой прессорный тест для оценки изменений частоты сердечных сокращений, амплитуды пульса и насыщения артериальной крови кислородом с помощью пульсоксиметра.
Пульсоксиметры косвенно оценивают насыщение артериальной крови кислородом и сообщают об этом как о насыщении кислородом (SpO2) артериальной крови субъекта. SpO2 указывается в процентах от насыщенного кислородом гемоглобина. Нормальные значения пульсоксиметрии обычно колеблются в пределах 97-100%.
Рисунок 3. Пульсоксиметр. Пульсоксиметры с зажимом на палец используются в лаборатории физиологии. На верхнюю часть пальца опирается светоизлучающий диод, а под пальцем расположен фотоприемник. Рисунок создан Кэмероном Миллером CC-by-ND.
Эксперимент реакции холодового прессора:
Есть несколько гипотез, которые можно проверить в этой лаборатории. Например, мы можем проверить, имеют ли мужчины и женщины различную холодовую прессорную реакцию, или мы можем проверить, одинакова ли прессорная реакция в погруженной и не погруженной руке. После сбора данных вы введете их в файл Excel на скамейке ассистента для статистического анализа всего класса или курса.
В рамках подготовки к лабораторной работе, можете ли вы написать гипотезу ЕСЛИ/ТО для проверки холодовой прессорной реакции у мужчин и женщин?

В этой лаборатории вы проведете эксперимент, чтобы проверить, как острое переохлаждение влияет на амплитуду пульса, частоту сердечных сокращений и связывание гемоглобина с кислородом у мужчин и женщин. Вы будете использовать датчик на пальце, называемый пульсоксиметром, который будет измерять пульс, а также оксигенацию периферической артериальной крови (SpO2) в вашем пальце.
Основные моменты лабораторной деятельности
Мы будем использовать iWorx с LabScribe для интерпретации амплитуды пульса, частоты сердечных сокращений и SpO2.
Субъекты не должны пользоваться лаком для ногтей, искусственными покрытиями для ногтей, украшениями для рук или запястий во время эксперимента.
Субъекты должны носить одежду с короткими рукавами или рукава, которые можно закатать выше локтя.
Все субъекты будут участвовать либо в «Базовом уровне/Условии 1», либо в «Базовом уровне/Условии 2», но не в обоих одновременно.
Все испытуемые погружают ЛЕВОЕ предплечье в эксперименты.
Поскольку пульсоксиметр определяет пульсацию кровеносных сосудов, испытуемые должны сидеть спокойно и неподвижно во время эксперимента. Другие движения или вибрации могут исказить показания пульсоксиметра.
Начало работы
Включите блок iWorx выключателем на задней стороне коробки
Войдите в свою учетную запись и щелкните значок папки в нижней левой панели задач
Нажмите « Этот компьютер » на левой боковой панели задач
Дважды щелкните Biol 256L Course Materials P-Drive в разделе « Network Locations »
Дважды щелкните файл настроек « Week4_ColdPressor »
Поместите пульсоксиметр на средний палец левой (условие 1) или правой (условие 2) руки, как показано на рисунке ниже.
Теперь вы готовы начать эксперимент.
Рисунок 4. Как носить датчик пульсоксиметра.
ЭКСПЕРИМЕНТ: влияние холодового прессорного теста на работу сердечно-сосудистой системы
ВАЖНО: Этот эксперимент требует, чтобы половина испытуемых участвовала в Базовом уровне/Условии 1, а половина субъектов участвовала в Базовом уровне/Условии 2. За вашим лабораторным столом назначьте каждому учащемуся условие перед началом эксперимента.
КОНТРОЛЬ/УСЛОВИЕ 1: Снабдите средний палец левой руки пульсоксиметром. Будьте готовы погрузить левое предплечье в ледяную воду через одну минуту.
КОНТРОЛЬ/УСЛОВИЕ 2: Снабдите средний палец правой руки пульсоксиметром. Будьте готовы погрузить левое предплечье в ледяную воду через одну минуту.
ЧАСТЬ I. Процедура
Проверить датчик: нажать на красную кнопку Запись
Нажмите кнопку AutoScale на верхней панели задач. Ваша запись должна выглядеть так, как показано ниже на рис. 5. Если данные не отображаются так, как показано, немного отрегулируйте пульсоксиметр на пальце.
Обратите внимание на расположение Time в правом верхнем углу окна (рис. 5б). На рисунке время указано «одна минута двадцать две секунды». Вы будете отслеживать время записи данных с помощью этого таймера в окне Labscribe.
Рисунок 5a . Пример окна, показывающий правильно сгенерированные данные о пульсе, частоте сердечных сокращений и SpO2.

Рисунок 5b . Крупный план окна пульса, показывающего время как Time1 (красная рамка).
Когда записываемые сигналы отобразятся соответствующим образом, остановите запись и откройте новый файл.
Пока субъект сидит спокойно (не двигаясь) запись исходные данные за одну минуту .
Ровно на минутной отметке , погрузите левое предплечье в ледяную воду. НЕ опускайте руку с приборами в воду. Оставайтесь как можно тише!
Запишите данные как минимум в течение дополнительных 35 секунд (вы можете записать больше).
Остановить запись.
Вы можете высушить руку и согреть ее на грелке. Вы перестали служить субъектом после однократного пребывания в ледяной ванне.
Сохраните файл данных на компьютер. Поместите название предмета и неделю 4 в заголовок.
ЧАСТЬ II. Анализ данных
Этот анализ данных применим как к базовой записи, так и к условиям 1 или 2. Для базовых данных начните с самого начала записи и найдите правильные данные, прокручивая и используя таймер в главном окне.
Для экспериментальных данных (состояние 1 или 2) начните анализ данных с отметки 1,00 и прокрутите до 1,05 (пять секунд), 1,10 (десять секунд), 1,20 (двадцать секунд) и 1,30 (тридцать секунд).
Чтобы начать анализ данных:
Калибровка импульсного канала.
Установите время в окне Время отображения на 120 секунд, а затем нажмите кнопку Автомасштабирование в окне канала.
Нажмите на P. Rate (Pulse) в канале Heart Rate и выберите Setup Function
Когда окно откроется, перетащите синие линии так, чтобы верхняя линия была чуть ниже пиков ВСЕХ пульсовых волн, а нижняя линия была немного ниже синей линии (см. рисунок ниже). Очень важно, чтобы вы видели ВСЕ свои данные, чтобы вы могли правильно выровнять синие линии. Нажмите «ОК».
Изображение CC-by-4.0. Калибровочное изображение и текст предоставлены Darren Mattone, Muskegon Community College.
Анализ
Используйте значок «Время отображения», чтобы настроить время отображения в главном окне, чтобы в главном окне отображалось примерно десять полных циклов импульсов.
Прокрутите запись, чтобы просмотреть примеры пульсовых волн в следующих интервалах во время записи данных: 5 секунд, 10 секунд, 20 секунд и 30 секунд
Старт с пульсовой волной около 5 секунд записи данных и щелкните значок двойного курсора и поместите курсоры следующим образом:
Чтобы измерить амплитуду пульсовой волны , поместите один курсор на базовую линию, которая предшествует пульсовой волне, а второй курсор на пике пульсовой волны. Значение для V2-V1 на канале Pulse является этой амплитудой. Определите амплитуду пульса V2-V1 для четырех пульсовых волн в назначенное время и запишите результаты в своем лабораторном отчете .

Чтобы найти частоту сердечных сокращений , выберите один значок курсора и поместите одиночный курсор на плато кривой частоты сердечных сокращений на канале частоты сердечных сокращений . См. оранжевый курсор на картинке ниже. Запишите значение в BPM в своем лабораторном отчете для данных о частоте сердечных сокращений, собранных примерно через 5 с, 10 с, 20 с и 30 с.
Чтобы найти SpO2 , поместите курсор на данные на 30-секундной отметке записи. Обычно эта линия совершенно плоская.
Запишите значение SpO2 в процентах , показанное на канале O2 Saturation , в своем лабораторном отчете.
После записи данных в лабораторный отчет откройте новый файл для следующего студента.
Студентов могут попросить предоставить следующие данные для статистического анализа:
Примечание: укажите свой пол (М или Ж) и возраст вместе с вашими данными.
Базовое среднее значение частота сердечных сокращений
Базовое среднее значение амплитуда пульсовой волны
Состояние 1 сред. холод прессор ЧСС
Состояние 1 сред. холодовая прессорная амплитуда пульсовой волны
Состояние 2 сред. холод прессор ЧСС
Состояние 2 сред. холодовая прессорная амплитуда пульсовой волны
Цитаты
Некоторые справочные материалы адаптированы из OpenStax Anatomy and Physiology, https://openstax.org/details/books/anatomy-and-physiology. Доступен бесплатно по лицензии CC-by-4.0.
Колледж OpenStax (25 апреля 2013 г.). Анатомия и физиология . Колледж OpenStax. Получено с http://cnx.org/content/col11496/latest
.
Пожалуйста, укажите:
Хаен Уитмер, К.М. (2021). Смешанный исследовательский подход к физиологии человека на основе курсов . Эймс, Айова: Цифровая пресса Университета штата Айова. https://iastate.pressbooks.pub/curehumanphysiology/
10.7: Гомеостаз и обратная связь — Биология LibreTexts
Последнее обновление
Сохранить как PDF
Идентификатор страницы
17075
Сюзанна Ваким и Мандип Грюал
Колледж Бьютт
9 0049
Steady as She Goes
Это устройство выглядит простым, но оно управляет сложной системой, поддерживающей в доме постоянную температуру. Устройство представляет собой старомодный термостат. Циферблат показывает текущую температуру в помещении, а также позволяет пассажиру установить термостат на желаемую температуру. Термостат — это часто цитируемая модель того, как живые системы, включая человеческое тело, поддерживают устойчивое состояние, называемое гомеостазом.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Термостат для здания
Что такое гомеостаз?
Гомеостаз — это состояние, при котором такая система, как человеческое тело, поддерживается в более или менее устойчивом состоянии. Работа клеток, тканей, органов и систем органов по всему телу состоит в том, чтобы поддерживать множество различных переменных в узких пределах, совместимых с жизнью. Поддержание стабильной внутренней среды требует постоянного наблюдения за внутренней средой и постоянного внесения корректировок для сохранения баланса.
Заданное значение и нормальный диапазон
Для любой заданной переменной, такой как температура тела или уровень глюкозы в крови, существует определенное заданное значение , которое является физиологическим оптимальным значением. Например, уставка температуры тела человека составляет около 37 ºC (98,6 ºF). Поскольку организм работает над поддержанием гомеостаза температуры или любой другой внутренней переменной, значение обычно колеблется вокруг заданного значения. Такие колебания нормальны, если они не становятся слишком резкими. Разброс значений, в пределах которого такие колебания считаются незначительными, называется нормальный диапазон . Например, в случае температуры тела нормальный диапазон для взрослого человека составляет от 36,5 до 37,5 ºC (от 97,7 до 99,5 ºF).
Поддержание гомеостаза
Гомеостаз в норме поддерживается в человеческом теле чрезвычайно сложным балансирующим действием. Независимо от того, находится ли переменная в нормальном диапазоне, для поддержания гомеостаза требуется как минимум четыре взаимодействующих компонента: стимул, сенсор, центр управления и эффектор.
Стимул предоставляется регулируемой переменной. Как правило, стимул указывает на то, что значение переменной отошло от заданного значения или вышло за пределы нормального диапазона.
Датчик отслеживает значения переменной и отправляет данные по ней в центр управления.
Центр управления сопоставляет данные с нормальными значениями. Если значение не соответствует заданному значению или находится за пределами нормального диапазона, центр управления посылает сигнал эффектору.
Эффектор представляет собой орган, железу, мышцу или другую структуру, которая действует по сигналу из центра управления для перемещения переменной обратно к заданному значению.
Каждый из этих компонентов показан на рисунке \(\PageIndex{2}\). Диаграмма слева представляет собой общую модель, показывающую, как компоненты взаимодействуют для поддержания гомеостаза. Стимул активирует датчик. Датчик активирует систему управления, которая регулирует эффектор. На диаграмме справа показан пример температуры тела. Из диаграмм вы можете видеть, что поддержание гомеостаза включает в себя обратную связь, то есть данные, которые возвращаются для управления реакцией. Высокая температура тела может стимулировать центр регуляции температуры в головном мозге, чтобы активировать потовые железы и снизить температуру тела. Когда температура тела достигает нормального диапазона, это действует как отрицательная обратная связь, чтобы остановить процесс. Обратная связь может быть отрицательной или положительной. Все механизмы обратной связи, поддерживающие гомеостаз, используют отрицательную обратную связь. Биологические примеры положительной обратной связи встречаются гораздо реже.
Рисунок \(\PageIndex{2}\): Поддержание гомеостаза посредством обратной связи требует наличия стимула, сенсора, центра управления и эффектора
Отрицательная обратная связь
В контуре отрицательной обратной связи обратная связь служит для уменьшения чрезмерной реакции и удержания переменной в пределах нормального диапазона. Примеры процессов, контролируемых отрицательной обратной связью, включают регуляцию температуры тела и контроль уровня глюкозы в крови.
Температура тела
Регулирование температуры тела включает отрицательную обратную связь независимо от того, понижает она температуру или повышает ее (рис. \(\PageIndex{3}\)).
Охлаждение
Центром регулирования температуры человеческого тела является гипоталамус в головном мозге. Когда гипоталамус получает данные от датчиков в коже и головном мозге о том, что температура тела выше заданного значения, он запускает следующие реакции: течь близко к поверхности тела, поэтому тепло может излучаться в окружающую среду.
По мере увеличения притока крови к коже потовые железы в коже активируются, чтобы увеличить выделение пота (потоотделение). Когда пот испаряется с поверхности кожи в окружающий воздух, он уносит с собой тепло.
Дыхание становится более глубоким, и человек может дышать ртом, а не носовыми ходами. Это увеличивает потерю тепла из легких.
Рисунок \(\PageIndex{3}\): Гипоталамус играет главную роль в регуляции температуры :
Кровеносные сосуды в коже сокращаются (вазоконстрикция), чтобы кровь не текла близко к поверхности тела. Это снижает потери тепла с поверхности.
Когда температура падает ниже, к скелетным мышцам поступают случайные сигналы, заставляющие их сокращаться. Это вызывает дрожь, которая генерирует небольшое количество тепла.
Щитовидная железа может стимулироваться мозгом (через гипофиз) для секреции большего количества гормонов щитовидной железы. Этот гормон увеличивает метаболическую активность и выработку тепла в клетках по всему телу.
Надпочечники также могут быть стимулированы для секреции гормона адреналина. Этот гормон вызывает расщепление гликогена (углевода, используемого для хранения энергии у животных) до глюкозы, которая может использоваться в качестве источника энергии. Этот катаболический химический процесс является экзотермическим или выделяет тепло.
Глюкоза в крови
При контроле уровня глюкозы в крови определенные эндокринные клетки поджелудочной железы, называемые альфа- и бета-клетками, определяют уровень глюкозы в крови. Затем они реагируют соответствующим образом, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в пределах нормы.
Если уровень глюкозы в крови превышает норму, бета-клетки поджелудочной железы выделяют в кровь гормон инсулин. Инсулин сигнализирует клеткам поглощать избыток глюкозы из крови до тех пор, пока уровень глюкозы в крови не снизится до нормального диапазона.
Если уровень глюкозы в крови падает ниже нормального диапазона, альфа-клетки поджелудочной железы выделяют в кровоток гормон глюкагон . Глюкагон сигнализирует клеткам расщеплять накопленный гликоген до глюкозы и высвобождать глюкозу в кровь до тех пор, пока уровень глюкозы в крови не поднимется до нормального диапазона.
Положительная обратная связь
В контуре положительной обратной связи обратная связь служит для усиления реакции до тех пор, пока не будет достигнута конечная точка. Примеры процессов, контролируемых положительной обратной связью в организме человека, включают свертывание крови и роды.
Свертывание крови
Когда рана вызывает кровотечение, организм отвечает положительной обратной связью, чтобы свернуть кровь и остановить кровопотерю. Вещества, выделяемые поврежденной стенкой кровеносного сосуда, запускают процесс свертывания крови. Тромбоциты в крови начинают прилипать к поврежденному месту и выделяют химические вещества, привлекающие дополнительные тромбоциты. По мере того, как тромбоциты продолжают накапливаться, высвобождается больше химических веществ, и больше тромбоцитов притягивается к месту сгустка. Положительная обратная связь ускоряет процесс свертывания до тех пор, пока сгусток не станет достаточно большим, чтобы остановить кровотечение.
Рисунок \(\PageIndex{4}\): Нормальные роды управляются положительной обратной связью. Положительная обратная связь вызывает возрастающее отклонение от нормального состояния до фиксированной конечной точки, а не возврат к нормальной заданной точке, как при гомеостазе
Роды
На рисунке \(\PageIndex{4}\) показана петля положительной обратной связи, которая контролирует роды. Процесс обычно начинается, когда головка младенца давит на шейку матки. Это стимулирует нервные импульсы, которые проходят от шейки матки к гипоталамусу головного мозга. В ответ гипоталамус посылает гормон окситоцина в гипофиз, который выделяет его в кровоток, чтобы он мог попасть в матку. Окситоцин стимулирует сокращения матки, которые сильнее прижимают ребенка к шейке матки. В ответ шейка матки начинает расширяться, готовясь к прохождению ребенка. Этот цикл положительной обратной связи продолжается с увеличением уровня окситоцина, более сильными сокращениями матки и более широким раскрытием шейки матки до тех пор, пока ребенок не выйдет из тела через родовые пути. В этот момент шейка матки больше не стимулируется для отправки нервных импульсов в мозг, и весь процесс останавливается.
При нарушении гомеостаза
Гомеостатические механизмы постоянно работают для поддержания стабильных условий в организме человека. Однако иногда механизмы дают сбой. Когда они это делают, может возникнуть гомеостатический дисбаланс , при котором клетки могут не получать все, что им нужно, или в организме могут накапливаться токсичные отходы. Если гомеостаз не восстановлен, дисбаланс может привести к болезни или даже смерти. Диабет является примером заболевания, вызванного гомеостатическим дисбалансом. В случае диабета уровень глюкозы в крови больше не регулируется и может быть опасно высоким. Медицинское вмешательство может помочь восстановить гомеостаз и, возможно, предотвратить необратимое повреждение организма.
Характеристика: My Human Body
Диабет диагностируется у людей с аномально высоким уровнем глюкозы в крови после голодания не менее 12 часов. Уровень глюкозы в крови натощак ниже 100 является нормальным. Уровень между 100 и 125 относит вас к категории преддиабета, а уровень выше 125 приводит к диагнозу диабет.
Из двух типов диабета диабет 2 типа является наиболее распространенным, на его долю приходится около 90 процентов всех случаев диабета в Соединенных Штатах. Диабет 2 типа обычно начинается после 40 лет. Однако из-за резкого роста ожирения среди молодых людей в последние десятилетия возраст, в котором диагностируется диабет 2 типа, снизился. Диабет 2 типа диагностируют даже у детей. Сегодня около 30 миллионов американцев страдают диабетом 2 типа, а еще 90 миллионов имеют преддиабет.
Скорее всего, во время планового медицинского осмотра вам будут измерять уровень глюкозы в крови. Если уровень глюкозы в крови указывает на то, что у вас диабет, это может стать для вас шоком, поскольку у вас может не быть никаких симптомов заболевания. Вы не одиноки, потому что каждый четвертый диабетик не знает, что у него есть болезнь. Как только вы узнаете о диагнозе диабета, вы можете быть опустошены этой новостью. Диабет может привести к сердечным приступам, инсультам, слепоте, почечной недостаточности и потере пальцев на ногах или ступнях. Риск смерти у взрослых с диабетом на 50 процентов выше, чем у взрослых без диабета, а диабет является седьмой по значимости причиной смерти среди взрослых. Кроме того, контроль диабета обычно требует частого измерения уровня глюкозы в крови, наблюдения за тем, что и когда вы едите, и приема лекарств или даже инъекций инсулина. Все это может показаться чрезмерным.
Хорошая новость заключается в том, что изменение образа жизни может остановить прогрессирование диабета 2 типа или даже обратить его вспять. Вот как:
Похудеть. Любое похудение полезно. Потеря всего семи процентов вашего веса может быть всем, что необходимо, чтобы остановить развитие диабета. Особенно важно устранить лишний вес вокруг талии.
Регулярно делайте физические упражнения. Старайтесь заниматься пять дней в неделю не менее 30 минут. Это не только снизит уровень сахара в крови и улучшит работу инсулина; это также снизит ваше кровяное давление и улучшит здоровье вашего сердца. Еще одним преимуществом упражнений является то, что они помогут вам похудеть за счет увеличения скорости основного обмена.
Придерживайтесь здорового питания. Сократите потребление рафинированных углеводов, таких как сладости и сладкие напитки. Увеличьте потребление продуктов, богатых клетчаткой, таких как фрукты, овощи и цельнозерновые продукты. Примерно четверть каждого приема пищи должна состоять из продуктов с высоким содержанием белка, таких как рыба, курица, молочные продукты, бобовые или орехи.
Контроль стресса. Стресс может повысить уровень глюкозы в крови, а также повысить кровяное давление и риск сердечных заболеваний. Когда вы чувствуете стресс, сделайте дыхательную гимнастику, совершите быструю прогулку или бег трусцой. Кроме того, постарайтесь заменить стрессовые мысли более успокаивающими.
Создать систему поддержки. Заручитесь помощью и поддержкой близких, а также медицинских работников, таких как диетолог и преподаватель диабета. Наличие системы поддержки поможет убедиться, что вы находитесь на пути к здоровью и сможете придерживаться своего плана.
Обзор
Что такое гомеостаз?
Задайте уставку и нормальный диапазон для физиологических показателей.
Определите и определите четыре взаимодействующих компонента, поддерживающих гомеостаз в петлях обратной связи.
Сравните и сопоставьте отрицательные и положительные петли обратной связи.
Объясните, как отрицательная обратная связь влияет на температуру тела.
Приведите два примера физиологических процессов, которые контролируются петлями положительной обратной связи.
Контур отрицательной обратной связи:
возвращает уровень переменной в нормальный диапазон
может снизить, но не повысить температуру тела
— тип обратной связи, связанный со свертыванием крови
А и В
Во время грудного вскармливания стимул ребенка, сосущего сосок, увеличивает количество молока, вырабатываемого матерью. Чем больше сосание, тем больше молока обычно вырабатывается.
Это пример отрицательного или положительного отзыва? Поясните свой ответ.
Как вы думаете, в чем может заключаться эволюционное преимущество механизма регуляции производства молока, описанного в части а?
Объясните, почему гомеостаз регулируется петлями отрицательной, а не положительной обратной связи.
Уставка обычно:
верхняя часть нормального диапазона
нижняя часть нормального диапазона
в середине нормального диапазона
точка, в которой изменения больше не могут происходить
Уровень полового гормона тестостерона (Т) регулируется отрицательной обратной связью. Другой гормон, гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ), высвобождается гипоталамусом головного мозга, что вызывает выделение гипофизом лютеинизирующего гормона (ЛГ). ЛГ стимулирует гонады к выработке Т. Когда в кровотоке слишком много Т, он возвращается к гипоталамусу, заставляя его вырабатывать меньше ГнРГ. Хотя это не описывает все петли обратной связи, участвующие в регуляции T, ответьте на следующие вопросы об этой конкретной петле обратной связи.
Что является стимулом в этой системе? Поясните свой ответ.
Что является центром управления в этой системе? Поясните свой ответ.
Что в этой системе считается гипофизом: стимулом, датчиком, центром управления или эффектором? Поясните свой ответ.
Attributions
Термостат Honeywell Винсента де Гроота, лицензия CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
Цикл отрицательной обратной связи от OpenStax, лицензия CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
Регулирование температуры, посвященное CC0 через Wikimedia Commons
Положительный отзыв о беременности от OpenStax, лицензия CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
Текст адаптирован из книги «Биология человека» по лицензии CK-12, лицензия CC BY-NC 3.0
Эта страница под названием 10.7: Гомеостаз и обратная связь распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Сюзанной Ваким и Мандипом Грюалом посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.