HOMEOSTAZA: PRZYKŁADY, MECHANIZMY, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Homeostaza jest zdefiniowany jako zbiór autoregulacji zjawisk prowadzących do utrzymania „zapis” na skład chemiczny i właściwości fizykochemicznych wewnętrznym środowisku organizmu.

Słowo homeostaza pochodzi od greckiego „oμoιo”, które czyta się jako „homos” i które oznacza „podobny” lub „podobny” oraz od przyrostka „στασισ”, co oznacza „zastój”, co oznacza „stały”, „stały” lub „stabilny”.

Homeostaza erytrocytów i hemoglobiny. commons.wikimedia.org

Termin ten nie odnosi się do wewnętrznej równowagi ani równowagi, ale raczej do utrzymania stałego stanu, ponieważ stan równowagi lub równowagi w żywej istocie oznacza śmierć. Ta stałość jest aktywnie utrzymywana przez organizm, pomimo zmian, które mogą wystąpić w środowisku zewnętrznym.

tło

Claude Bernard (1813–1878) pod koniec lat 70. XIX wieku jako pierwszy odniósł się do stałości „środowiska intérieur” (z francuskiej średniej wewnętrznej), które reprezentuje to, co jest obecnie znane jako płyn pozakomórkowy, w którym komórki organizmu są zanurzone i dzięki temu utrzymywane przy życiu.

Badanie stałości środowiska wewnętrznego zdefiniowanego przez Bernarda jest tym, co dziś nazywamy fizjologią. Słowo „fizjologia” pochodzi od greckich słów „physis” (ϕυυsis) i „logo” (λoyo), które oznaczają odpowiednio „natura, sposób bycia, istota lub stan naturalny” oraz „to, co się o czymś mówi” .

Wiele lat później, około 1933 roku, amerykański fizjolog Walter Cannon był tym, który ukuł termin homeostaza, aby opisać mechanizmy, dzięki którym każda żywa istota musi utrzymywać stałe warunki płynu zewnątrzkomórkowego.

Przykładami niektórych fizjologicznie istotnych funkcji homeostatycznych może być utrzymanie ciśnienia krwi, temperatury ciała, stężenia glukozy we krwi, poziomu elektrolitów w osoczu krwi itp., Które są utrzymywane. w ograniczonym zakresie pomimo dużych różnic między ciałem a otoczeniem.

Koncepcja homeostazy

Homeostaza to zdolność każdej żywej istoty wielokomórkowej do utrzymania pewnych parametrów lub stałych warunków w swoim środowisku wewnętrznym, bez względu na to, jak różne jest środowisko, które ją otacza i jak zmienne są warunki środowiskowe.

To tak zwane „środowisko wewnętrzne” odpowiada płynowi zewnątrzkomórkowemu zawartemu w przestrzeni śródmiąższowej (między komórką a komórką tkanki) oraz płynowi wewnątrznaczyniowemu lub płynowi krwi u zwierząt.

Homeostaza jest jednym z najważniejszych pojęć medycyny i fizjologii (zwierząt i roślin), ponieważ wszystkie organizmy żywe potrzebują swojego organizmu do funkcjonowania w bardzo wąskim zakresie warunków, a mianowicie: pH, temperatura, stężenie jonów, ilość wody, stężenie składników odżywczych m.in.

Niektórzy autorzy uważają, że „wszystkie istotne mechanizmy, bez względu na to, jak różnorodne, mają na celu wyłącznie zachowanie stałych warunków życia w środowisku wewnętrznym”, dlatego homeostaza określa praktycznie wszystkie wewnętrzne funkcje bytu. żywy.

Zachowanie lub utrzymanie warunków wewnętrznych jest możliwe dzięki systemowi kontroli, który działa na zasadzie negatywnego lub pozytywnego sprzężenia zwrotnego (w mniejszym stopniu).

System ten pozwala, aby w przypadku wystąpienia istotnych zmian w którymkolwiek z wymienionych parametrów, zmiany te są szybko „neutralizowane”, przywracając organizm do normalnego stanu.

Zatem homeostaza składa się z systemów reagowania organizmu na warunki środowiska i zmiany, którym organizm jest stale poddawany.

Mechanizmy homeostatyczne

Homeostaza jest osiągana dzięki szerokiej integracji między wieloma układami organizmu.

Cannon (1929) klasyfikuje mechanizmy homeostatyczne w zależności od tego, co jest regulowane, czyli od „amunicji” lub „zapasów” pozyskiwanych ze środowiska zewnętrznego lub z „procesów” wewnętrznych.

Homeostaza glukozy we krwi (źródło: Christinelmiller za Wikimedia Commons)

Homeostaza poprzez regulację „amunicji” lub „zapasów”

Mechanizmy homeostazy poprzez regulację podaży charakteryzują się:

- Przechowywanie pod względem dostosowania między momentami dostatku lub głodu i potrzeby.

- Przelewanie się lub wydzielanie z organizmu w przypadku „niedopuszczalnych ekscesów”

Przechowywanie może być dwojakiego rodzaju, jeden tymczasowy, a drugi poprzez segregację. Tymczasowe przechowywanie, znane jako „zalanie lub przepełnienie”, polega na „zalaniu” tkanek śródmiąższowych materiałami, które były spożywane w dużych ilościach.

Z drugiej strony przechowywanie przez „segregację”, które ma związek z włączeniem spożytego materiału do wnętrza komórek lub stosunkowo „trwałych” struktur.

Dlatego homeostaza regulacji podaży implikuje przechowywanie zapasów, gdy jest ich pod dostatkiem, w celu zwiększenia rezerw, aby stawić czoła okresom niedoborów lub eliminacji nadwyżek, gdy są one toksyczne.

Homeostaza poprzez regulację procesu

Chociaż większość regulacji homeostatycznych zależy od użycia zewnętrznych materiałów lub „dostaw”, istnieją inne, które znacznie bardziej zależą od zmiany ciągłych wewnętrznych procesów,

Głównymi przykładami tego typu regulacji są utrzymanie neutralności i utrzymanie temperatury u zwierząt homeotermicznych (zdolnych do wewnętrznej regulacji temperatury ciała).

Postulaty regulacji homeostatycznej

Cannon w 1925 r. Zaproponował sześć wstępnych postulatów opisujących fizjologiczne czynniki odpowiedzialne za utrzymanie wewnętrznej „stałości” w ciele żywej istoty:

1- W systemie otwartym, takim jak ciało zwierzęcia, które składa się z niestabilnych materiałów i które są stale poddawane zmiennym warunkom, „stałość” lub homeostaza jest bezpośrednim dowodem, że istnieją systemy działające lub gotowe do funkcjonowania, stałość.

2- Jeśli organizm lub układ ciała utrzymuje homeostazę, dzieje się tak tylko dlatego, że każda tendencja do „zmiany” jest automatycznie „neutralizowana” przez zwiększenie skuteczności jednego lub więcej czynników, które opierają się zmianom.

3- Żaden czynnik, który działa w celu utrzymania homeostazy poprzez działanie w jednym kierunku, nie może działać jednocześnie w przeciwnym kierunku.

4- Środki homeostatyczne, które są antagonistami w jednym regionie ciała, mogą współpracować lub współpracować w innym regionie.

5- System regulacyjny, który określa stan homeostatyczny, może składać się z wielu czynników, które są „aktywowane” w tym samym czasie lub jeden po drugim (kolejno).

6- Gdy znany jest czynnik, który może zmienić stan homeostatyczny w jednym kierunku, rozsądne jest poszukiwanie automatycznej kontroli tego czynnika lub czynników, które mają odwrotny skutek.

Funkcje homeostazy

Główną funkcją homeostazy lub mechanizmów homeostatycznych jest utrzymanie wewnętrznej „równowagi” w organizmie organizmów żywych, zwłaszcza w zakresie takich parametrów jak temperatura (zwierzęta homeotermiczne), stężenie jonów i wody, pobór składników odżywczych itp.

Utrzymywanie „stałych” warunków wewnętrznych w dość wąskim zakresie i często znacznie różniących się od warunków środowiska zewnętrznego lub środowiska, jest niezbędne dla funkcjonowania układów organizmu, a tym samym do życia w , dlatego homeostaza jest niezbędna dla wszystkich żywych istot wielokomórkowych.

Homeostaza psychologiczna

Homeostaza psychologiczna to termin odnoszący się do mechanizmów psychologicznych lub behawioralnych, które istoty ludzkie muszą zrównoważyć „uczucia” potrzeby i satysfakcji, aby zachować to, co każdy człowiek rozpoznaje lub postrzega jako „stan normalny”.

Chociaż mechanizmy kontroli lub regulacji homeostazy psychologicznej różnią się znacznie od tych, które charakteryzują homeostazę fizjologiczną, oba procesy są ze sobą ściśle powiązane.

Psychologiczne mechanizmy homeostatyczne często mają do czynienia z samozachowaniem, rozwojem i reprodukcją, adaptacją itp., Żeby wymienić tylko kilka.

Przykłady homeostazy w organizmie człowieka

Niektóre przykłady homeostazy to utrzymanie wewnętrznej temperatury ciała u ludzi, utrzymanie poziomu glukozy, regulacja ciśnienia krwi czy działanie termostatu.

- Homeostaza u ludzi

1- Temperatura wewnętrzna ciała

Doskonałym przykładem homeostazy jest wewnętrzna temperatura ciała człowieka. Kiedy osoba jest zdrowa, jej temperatura ciała utrzymuje się na poziomie 37 ° Ciało może kontrolować temperaturę poprzez wytwarzanie lub uwalnianie ciepła.

2- Utrzymanie poziomu glukozy

Glukoza to rodzaj cukru znajdującego się w krwiobiegu, ale organizm musi utrzymywać odpowiedni poziom glukozy, aby zapewnić zdrowie człowieka.

Kiedy poziom glukozy jest zbyt wysoki, trzustka uwalnia hormon znany jako insulina. Jeśli te poziomy spadną zbyt nisko, wątroba ponownie przekształca glikogen we krwi w glukozę, podnosząc poziom.

3- Funkcje układu limfatycznego

Kiedy bakterie lub wirusy, które mogą wywołać chorobę, dostają się do organizmu, układ limfatyczny walczy, aby pomóc w utrzymaniu homeostazy, zwalczając infekcje i dbając o zdrowie.

4- Regulacja ciśnienia krwi

Utrzymanie zdrowego ciśnienia krwi jest przykładem homeostazy. Serce może wykryć zmiany ciśnienia krwi, powodując wysyłanie sygnałów do mózgu, który następnie wysyła sygnały, które mówią sercu, jak ma zareagować.

Jeśli ciśnienie krwi jest zbyt wysokie, serce naturalnie musi zwolnić; podczas gdy jeśli jest za niska, serce będzie musiało biec.

5- Równowaga kwasów i zasad

Ciało ludzkie zawiera substancje chemiczne znane jako kwasy i zasady, a ich odpowiednia równowaga jest niezbędna do optymalnego funkcjonowania organizmu. Płuca i nerki to dwa układy narządów, które regulują kwasy i zasady w organizmie.

6- Poziom wody

Ponad połowę masy ciała człowieka stanowi woda, a utrzymanie prawidłowej równowagi wodnej jest przykładem homeostazy. Komórki zawierające zbyt dużo wody pęcznieją, a nawet mogą pęknąć.

Komórki ze zbyt małą ilością wody mogą się kurczyć. Twoje ciało utrzymuje odpowiednią równowagę wodną, ​​aby żadna z tych sytuacji nie wystąpiła.

7- Kontrola wapnia

Przykładem homeostazy jest regulacja poziomu wapnia przez organizm człowieka. Kiedy poziom spada, przytarczyce uwalnia hormony. Jeśli poziom wapnia stanie się zbyt wysoki, tarczyca pomaga naprawić wapń w kościach i obniża poziom wapnia we krwi.

8- Ćwiczenia fizyczne

Ćwiczenia powodują, że organizm utrzymuje homeostazę, wysyłając mleczan do mięśni w celu uzyskania energii.

Z biegiem czasu to również sygnalizuje mózgowi, że nadszedł czas, aby przestać ćwiczyć, aby mięśnie mogły uzyskać potrzebny im tlen.

9- Układ nerwowy i oddychanie

Układ nerwowy pomaga utrzymać homeostazę w wzorach oddychania. Ponieważ oddychanie jest mimowolne, układ nerwowy zapewnia organizmowi niezbędny tlen podczas oddychania.

10- układ moczowy

Kiedy toksyny dostają się do krwi, zaburzają homeostazę organizmu. Jednak organizm ludzki reaguje, uwalniając się od tych toksyn poprzez układ moczowy.

Osoba po prostu wydala z krwi toksyny i inne nieprzyjemne rzeczy, przywracając homeostazę w ludzkim ciele.

11- Powstanie skóry

Kiedy odczuwasz „gęsią skórkę”, jest to spowodowane procesem homeostazy, który służy zmniejszeniu ilości ciepła wypromieniowywanego przez skórę. Był to bardzo typowy proces zachodzący w skórze naszych prymitywnych przodków, ale utrzymywał się pomimo utraty włosów na większości ciała.

12- Drżenie lub dreszcze

Kiedy drżymy z powodu zimna, dzieje się tak, ponieważ mózg wysyła sygnały do ​​mięśni, które mówią nam, że poziom temperatury jest niższy niż zalecany dla naszego zdrowia. Oznacza to, że drżenie mięśni jest sposobem przeciwdziałania przeziębieniu.

13- Rozszerzenie i zwężenie naczyń

Rozszerzenie naczyń krwionośnych to rozszerzenie naczyń włosowatych w celu schłodzenia krwi i zwalczania nadmiernego ciepła. Zwężenie naczyń krwionośnych jest przeciwieństwem, polegające na zwężeniu naczyń włosowatych, aby w zimnym środowisku można było zachować ciepło krwi.

- Technologiczne mechanizmy homeostatyczne i inne

11- Termostat

Termostaty, które działają poprzez włączanie i wyłączanie grzejników lub klimatyzatorów w odpowiedzi na sygnał wyjściowy czujnika temperatury.

12- Regulator prędkości

Pojazd płynący, który dostosowuje przepustnicę samochodu w odpowiedzi na zmiany prędkości.

13- Autopilot

Autopilot, który steruje kierunkiem statku powietrznego lub statku w odpowiedzi na zboczenie z kursu lub z ustalonego kursu kompasu.

14- Sterowanie w przemyśle

Systemy sterowania procesami w zakładzie chemicznym lub rafinerii ropy naftowej, które utrzymują poziomy płynów, ciśnienia, temperaturę, skład chemiczny itp. sterowanie grzejnikami, pompami i zaworami.

15- Regulator silnika parowego

Regulator odśrodkowy silnika parowego, który obniża przepustnicę w odpowiedzi na wzrost prędkości silnika lub otwiera zawór, jeśli prędkość spadnie poniżej wstępnie określonej prędkości.

16- Homeostaza biznesowa

Odnosi się do zdolności przedsiębiorstwa do utrzymania stanu równowagi, przeciwdziałania zawirowaniom wewnętrznym i zewnętrznym poprzez absorbowanie różnorodności kontekstowej.

- Homeostaza u zwierząt i środowiska

W przypadku zwierząt stałocieplnych, takich jak ssaki i ptaki, homeostaza jest połączeniem procesów wewnętrznych, które obejmują hormony, układ hormonalny i metabolizm.

Z drugiej strony zwierzęta zimnokrwiste, takie jak węże, które nie mają takich układów wewnętrznych, muszą polegać na swoim środowisku zewnętrznym, aby utrzymać homeostazę.

17- Hormony

W niektórych populacjach małych ssaków, takich jak myszy i króliki, gdy ich liczba wzrasta z jakiegokolwiek powodu, przeludnienie powoduje narastający stres, który uszkadza tarczycę (która wytwarza niezbędne hormony), a większość populacji po prostu umiera z powodu uszkodzeń endokrynologicznych lub hormonalny.

18- Termoregulacja

W środowisku, gdy wzrasta poziom dwutlenku węgla w atmosferze, rośliny mogą lepiej rosnąć, a tym samym usuwać więcej dwutlenku węgla z atmosfery.

Ponadto osy i szerszenie występują w większości środowisk z lasów tropikalnych, pustyń, stref klimatycznych subtropikalnych i umiarkowanych. Są w stanie przetrwać w tak wielu różnych warunkach, ponieważ są w stanie termoregulować siebie i swoje gniazda.

19- Recykling wody w dżungli

Dzięki systemowi homeostazy lasy tropikalne zachowują zdolność do recyklingu wody. Na przykład dorzecze Amazonki jest otoczone od północy przez sawanny i równiny Wenezueli, a od południa przez sawanny Brazylii.

Gdyby wilgoć z Oceanu Atlantyckiego płynęła bezpośrednio z powrotem, ekosystem Amazonii stanowiłby tylko niewielki ułamek jego obecnych rozmiarów.

W rzeczywistości gigantyczne drzewa z lasów deszczowych Amazonii szybko pompują wilgoć do nieba, tak że spada ona z powrotem do dżungli w postaci deszczu, zapobiegając w ten sposób znacznym ilościom wody przedostawaniu się do oceanu.

20- Korale i dwutlenek węgla

Polipy koralowe wykorzystują dwutlenek węgla do tworzenia swoich muszli. Pomaga to zmniejszyć ilość dwutlenku węgla w oceanie i jest jednym ze sposobów, w jaki Ziemia walczy z zanieczyszczeniami i przywraca homeostazę.

Przy mniejszej liczbie koralowców ocean pochłania mniej dwutlenku węgla, pozostawiając więcej w atmosferze.

Bibliografia

1. Blessing W.Niższy pień mózgu i homeostaza ciała (1997). Nowy Jork: Oxford University Press.
2. Cannon W. Mądrość ciała (1932). Nowy Jork: WW Norton.
3. Kotas M, Miedżitow R. Homeostaza, zapalenie i podatność na choroby (2015). Komórka.
4. Riggs D. Teoria sterowania i fizjologiczne mechanizmy sprzężenia zwrotnego (1970). Baltimore: Williams & Wilkins.
5. Teplyuk N. Prawie do ideału homeostaza: przykłady uniwersalnej zasady starzenia, która unika linii zarodkowej (2012). Journal of Cellular Biochemistry.
6. Trefil J. Encyklopedia nauki i technologii (2001). Nowy Jork: Taylor & Francis Books.
7. Tyrrel A, Timmis J, Greensted A, Owens N. Evolvable hardware, a basic technology for homeostasis (2007). Nowy Jork.