Homeostazė — apibrėžimas, mechanizmai ir pagrindiniai pavyzdžiai

Homeostazė - tai savireguliacija, pagrindinė visų saviorganizuojančių sistemų savybė. Biologijoje tai yra stabilios vidinės aplinkos palaikymas.

Homeostazė - tai gyvybės gebėjimas išlaikyti pusiausvyrą, kai aplinka keičiasi. Gyvūnai palaiko stabilią savo kūno būklę. Jie tai daro reguliuodami savo vidinę pusiausvyrą. Pavyzdžiui, jie reguliuoja savo pH, temperatūrą, deguonies ar anglies dioksido kiekį kraujyje ir pan. Gyvų būtybių tyrinėjimas, kaip jos išlaiko stabilią būklę, vadinamas fiziologija. Dažniausiai mūsų fiziologija visą gyvenimą veikia nesąmoningai. Turime daug neigiamų grįžtamojo ryšio sistemų, kurios reguliuoja mūsų fiziologiją, kad išliktume gyvi. Šios sistemos organizuojasi savaime ir jų nereikia mokytis. Jos yra paveldimos.

Šią sąvoką aprašė Klodas Bernaras (Claude Bernard), o vėliau, 1926, 1929 ir 1932 m., šį terminą sukūrė Volteris Kanonas (Walter Cannon). Walteris Cannonas manė, kad tai yra homeostazės požymiai:

1.      Atviroje sistemoje, tokioje kaip mūsų kūnas, pastovumą užtikrina mechanizmai, kurie palaiko šį pastovumą. Kanonas tai grindė įžvalgomis apie tai, kaip reguliuojamos tokios pastovios būsenos kaip gliukozės koncentracija, kūno temperatūra ir rūgščių bei šarmų pusiausvyra.

2.      Norint išlaikyti stabilią būseną, bet koks pokytis automatiškai susiduria su veiksniais, kurie priešinasi pokyčiams. Padidėjęs druskos kiekis kraujyje sukelia troškulį, nes organizmas bando praskiesti druskos koncentraciją tarpląsteliniame skystyje.

3.      Homeostazę reguliuojanti sistema turi keletą bendradarbiaujančių mechanizmų, kurie veikia vienu metu arba paeiliui. Cukrų kraujyje reguliuoja insulinas, gliukogenai ir kiti hormonai, kurie kontroliuoja jo išsiskyrimą iš kepenų arba pasisavinimą audiniuose.

Homeostazės pavyzdžiai:

• Termostato veikimas
• Vandens ir mineralinių medžiagų reguliavimas organizme
• Kūno temperatūros reguliavimas: žinduoliai ir paukščiai turi sudėtingas sistemas, kurios padeda palaikyti kūno temperatūrą tam tikrose ribose.

Žinduolių pagrindiniai homeostazės organai yra šie:

• Pagumburis ir hipofizė
• plaučiai
• oda
• raumenys
• inkstai
• kepenys ir kasa

Smegenys taip pat yra svarbiausia homeostazės dalis. Jos valdo elgesį, o pagrindinė elgesio funkcija - palaikyti gyvybę imantis veiksmų.

Mechanizmai ir terminai

Homeostazė vyksta per tipinius komponentus: jutiklius (receptorius), integratorių (dažnai smegenų centrai arba endokrininės liaukos) ir efektorius, kurie atlieka kompensacinius veiksmus. Pagrindiniai mechanizmų tipai:

• Neigiamas grįžtamasis ryšys – dažniausiai sutinkamas mechanizmas. Pokytis (pvz., kūno temperatūros padidėjimas) aktyvuoja reakciją, kuri priešingai veikia tą pokytį (pvz., prakaitavimas ir kraujagyslių išsiplėtimas vėsinimui).
• Teigiamas grįžtamasis ryšys – retais atvejais (pvz., gimdymo susitraukimai) signalo stiprinimas veda prie spartesnės ar intensyvesnės reakcijos, kol įvyksta tam tikras baigtinis procesas.
• Feedforward (išankstinis reguliavimas) – organizmas iš anksto reaguoja į numatomą pokytį, pvz., seilėtekis ir virškinimo fermentų išsiskyrimas, kai matome maistą.
• Nustatymo taškas (set point) – idealus arba pageidaujamas fizinės sąlygos lygis. Kai kurių parametrų (pvz., kūno temperatūros) nustatymo taškas gali kisti pagal paros ritmą, amžių ar patologiją (tai vadinama allostazė).

Pagrindiniai homeostazės pavyzdžiai

Temperatūros reguliavimas: esant peršilimui organizmas šilumos atiduodamas per odą (kraujagyslių išsiplėtimas, prakaitavimas); esant atšalimui – mažina šilumos nuostolius (kraujagyslių susitraukimas) ir gamina šilumą (drebulys, medžiagų apykaitos padidėjimas).

Vandens ir jonų (elektrolitų) balansavimas: inkstai reguliuoja druskų ir vandens išsiskyrimą, troškulio mechanizmas verčia gerti, o antidiurezinis hormonas (ADH) reguliuoja vandens pasisavinimą. Tai svarbu palaikant kraujo tūrio ir kraujospūdžio stabilumą.

Gliukozės kiekio kraujyje reguliavimas: insulinas ir gliukagonas – pagrindiniai hormonai. Insulinas mažina gliukozę skatindamas jos pasisavinimą audiniuose ir glikogeno sintezę kepenyse; gliukagonas ir adrenalinas didina gliukozės kiekį skatindami glikogenezę ir glikogenolizę.

pH reguliavimas: akustinės ir šarmingumo sistemos (karbonatinės ir kitų buferių sistemos), kvėpavimo sistemų (reguliuojamas CO2 išsiskyrimas) ir inkstų vaidmuo (H+ ir HCO3- išskyrimas arba sulaikymas) palaiko kraujo pH siaurose ribose.

Kalcio homeostazė: hormonai, tokie kaip parathormonas (PTH), kalcitoninas ir vitaminu D reguliuoja kalcio pasisavinimą žarnyne, depozitą kauluose ir išskyrimą per inkstus.

Kraujospūdžio reguliacija: baroreceptorinis refleksas (baroreceptoriai) greitai keičia širdies ritmą, kraujagyslių tonusą ir hormoninį atsaką (pvz., RAAS sistema) siekiant palaikyti adekvatų organų perfuziją.

Patologija ir klinikinė reikšmė

Homeostazės sutrikimai sukelia ligas. Pvz., ilgai trunkanti insulino disbalansas sukelia diabetą, termoreguliacijos sutrikimai – hipertermiją ar hipotermiją, dehidratacija ir elektrolitų netektys – sunkias medžiagų apykaitos ir širdies-kraujagyslių problemas. Kiti pavyzdžiai: ūminė kvėpavimo nepakankamumas (sutrikęs CO2 šalinimas → rūgštėjimas), inkstų nepakankamumas (sutrikęs skysčių ir jonų balansavimas).

Evoliucija ir prisitaikymas

Homeostaziniai mechanizmai vystėsi per evoliuciją, nes gebėjimas palaikyti vidinę aplinką stabilioje būsenoje suteikia pranašumą išlikimo ir dauginimosi atžvilgiu. Kai kuriais atvejais organizmai priima aktyvius strateginius pakeitimus (allostazę), pvz., ilgesnį laiką prisitaikant prie skirtingo klimato ar mitybos sąlygų.

Santrauka

Homeostazė yra gyvybiškai svarbi visų gyvų organizmų savybė: ji leidžia organams veikti efektyviai neatsižvelgiant į išorinės aplinkos pokyčius. Tai kompleksinė, daugiasluoksnė reguliavimo sistema, kuri apima nervų, endokrininę, širdies-kraujagyslių, kvėpavimo ir inkstų sistemas. Supratimas apie homeostazinę kontrolę yra esminis tiek biologijos, tiek medicinos srityse, nes daugelis ligų atsiranda tada, kai šie reguliavimo mechanizmai sutrinka.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra homeostazė?

K: Kas sukūrė terminą homeostazė?

K: Kokios yra kai kurios homeostazės savybės, pasak Walterio Cannono?

Klausimas: Kokie organai susiję su žinduolių homeostaze?

Klausimas: Kaip gyvūnai reguliuoja savo vidinę pusiausvyrą?

K: Kaip vadinamas mokslas apie tai, kaip gyvosios būtybės išlaiko stabilią būklę?

Paieška pagal raidę