Что гомеостаз: Гомеостаз. Метаболизм — урок. Биология, 10 класс.

Гомеостаз — Психологос

01 октября 2022 г., 21:29

Гомеостаз — устойчивое состояние динамической системы. Что-то приходит, что-то уходит, все меняется, но по итогу все остается как было.

Вокруг нас холод или жара, а температура тела поддерживается в 36,6. В теле — гомеостаз. За окном зима или лето, а дома 20 градусов и нормальная влажность — определенный гомеостаз.

Гомеостаз – это процесс, посредством которого организм поддерживает свое равновесие и, соответственно, здоровое состояние в изменяющихся условиях.

Стремление к гомеостазу

Стремление к гомеостазу — стремление к сохранению текущего функционирования при минимизации напряжений. По русски: «Пусть будет все как есть, главное не напрягаться».

Олпорт категорически не согласен с мнением большинства психологов, приписывающих человеку стремление к гомеостазу, редукции напряжения. Для него человек — существо, стремящееся к установлению и сохранению определенного уровня напряжения, а стремление к сокращению напряжения — признак душевного и физического нездоровья.

• Черты состояния
• Состояния

Комментарии (1):

Олег, 16 июня 2015 г., 06:42

Стремление к сохранению гармонии частей и наслаждение происходящим …

Материалы по теме:

01 янв. 2010 г.

Душевное здоровье

Душевное здоровье — это не само счастье, а его обязательная предпосылка.

7Подробнее

01 окт. 2022 г.

Гомеостаз и потребности (ВВП)

Наша жизнь зависит от сохранения постоянства определенных вещей. Если бы температура вашего мозга изменилась более чем на несколько градусов, вы бы быстро потеряли сознание. Если бы количество воды в вашем организме увеличилось или уменьшилось более чем на несколько процентов, ваш мозг и тело не смогли бы работать и вы могли бы умереть! Люди и животные ходят по тонкой проволоке баланса между физиологическими крайностями. Подобно хрупкому и точно настроенному механизму, мы не можем работать, если наша внутренняя среда не сбалансирована.

0Подробнее

01 окт. 2022 г.

Проактивность

Проактивность — действование и Способ жизни, когда человек не реагирует на воздействия извне, а сам оказывается автором воздействий, выбирает свои действия сам, запускает их по своей инициативе, опережая воздействия на себя и формируя нужные реакции у окружающих. Быть проактивным человеком означает, что человек осознал свои глубинные ценности и цели и действует в соответствии со своими жизненными принципами, не по указке условий и обстоятельств, а формируя эти условия и обстоятельства.

0Подробнее

Содержание

Нет событий

Новые статьи:

• Песнь о мудрой жене
• Кого будешь спасать при пожаре: ребенка или мужа?
• Читаем стихи, тренируем интонации: Иван Бунин. Сонет
• Читаем стихи, тренируем интонации: Пророк
• Марк Аврелий, стоик

Популярные статьи:

• Тест Томаса — типы поведения в конфликте
• Мужчины ненавидят слабых женщин
• Ремень и порка как реальность жизни
• Психология женщины: как мужчинам учитывать женские особенности
• Сильный человек, слабый человек

Хиты недели:

• Сильный человек, слабый человек
• Вопросник Основы семейного договора
• Ремень и порка как реальность жизни
• Тест Томаса — типы поведения в конфликте
• Домашние дела и распределение семейных обязанностей

Вегетативный гомеостаз и его нарушения у женщин фертильного возраста с изменениями репродуктивного здоровья

PERINATOLOGIYA I PEDIATRIYA. 2015.3(63):38-46; doi 10.15574/PP.2015.63.38 
 

Вегетативный гомеостаз и его нарушения у женщин фертильного возраста с изменениями репродуктивного здоровья 
 

Подольский Вл. В.

ГУ «Институт педиатрии, акушерства и гинекологии НАМН Украины», г. Киев, Украина 
 

Цель — изучить вегетативный гомеостаз и его нарушения у женщин фертильного возраста, которые перенесли артифициальный аборт, страдают от бесплодия и лейомиомы матки. 
 

Пациенты и методы. Нами обследованы 360 женщин с нарушениями вегетативного гомеостаза и изменениями репродуктивного здоровья. Исследование вариабельности сердечного ритма выполнено с помощью кардиоинтервалографа (CARDIO, производства Украина, в 2007 г.). Функциональное тестирование резервов механизмов вегетативной регуляции проведено с помощью активной ортостатической пробы. Анализ результатов кардиоинтервалографии выполнен геометрическим методом (методом вариационной пульсометрии), предложенным Баевским Р.

М. 
 

Результаты. Установлено, что: динамика показателей вариабельности сердечного ритма у женщин, которые перенесли аборт, при наличии соматоформной дисфункции вегетативной нервной системы по гипертоническому и кардиальному типам указывает на низкую стойкость к изменениям факторов окружающей среды, в частности к стресорным факторам; комбинация бесплодия с любым из типов соматоформной дисфункции вегетативной нервной системы характеризуется преобладанием центральных механизмов регуляции сердечного ритма и доминированием симпатикотонических влияний, что при изменении внешних или внутренних условий среды играет роль фактора преднагрузки и может быть предпосылкой возникновения других нарушений гомеостаза; сочетание соматоформной дисфункции вегетативной нервной системы по гипотоническому типу и лейомиомы матки является предпосылкой выраженного парасимпатического влияния и преобладания гуморального механизма регуляции сердечного ритма, что в сочетании с дисбалансом гормонов также является фактором риска стойких нарушений нейрогуморальной регуляции.

 
 

Выводы. Проведенные исследования позволяют выяснить взаимосвязи между вегетативным гомеостазом и другими регуляторными системами организма женщины фертильного возраста, которые обусловливают развитие изменений репродуктивного здоровья в виде состояний, которые возникают после артифициального аборта, при бесплодии и лейомиоме матки. 
 

Ключевые слова: женщины фертильного возраста, изменения репродуктивного здоровья, артифициальный аборт, бесплодие, лейомиома матки,вегетативный гомеостаз, регуляция вегетативной нервной системы. 

Литература: 

1. Антипкін ЮГ. 2007. Репродуктивне здоров’я жінок як важлива складова покращення демографічної ситуації в Україні. Журнал АМН України. 13;3: 476—485.

2. Вейн АМ. 2003. Вегетативные расстройства: клиника, диагностика, лечение. М, ООО «Медицинское информационное агентство».

3. Гойда НГ. 2005. Аналіз стану здоров’я жінок та дітей в Україні. Мистецтво лікування. 10(26): 12—15.

4. Заболевания вегетативной нервной системы. Рук-во для врачей. Под ред. АМ Вейна. М, Медицина. 1991.

5. Запорожан ВМ, Соболев РВ. 2003. Основні компоненти мультифакторіальної безплідності у жінок. Педіатрія, акушерство та гінекологія. 1: 101—103.

6. Камінський ВВ, Маркін ЛБ та ін. 2008. Збереження репродуктивного здоров’я жінки — основа формування здорової нації. Здоров’я України. 9: 58—59.

7. Ланг ГФ. 1938. Учебник внутренних болезней. І;1. Медгиз.

8. Лекарь ПГ, Мищенко ВА. 1986. Соматоневрологические синдромы. М: 47—54.

9. МКБ-10/ICD10. Международная классификация болезней (10-й пересмотр). Классификация психических и поведенческих расстройств. Клиническое описание и указания по диагностике. Под ред. ЮЛ Нуллера, СЮ Циркина. СПб, Оверлайд. 1994: 297.

10. Новосельцев ВН. 1991. Гомеостаз на различных уровнях организации биосистем. Новосибирск, Наука: 26.

11. Подольський ВВ, Хомінська ЗБ, Гульчій ММ. 2005. Особливості нейроендокринної адаптації жінок фертильного віку з різними рівнями стресу. Зб наук праць Асоціації акушерів-гінекологів України. Київ, Інтермед: 604—607.

12. Подольський ВВ. 2003. Репродуктивне здоров’я жінок — важлива проблема сучасності. Здоровье женщины. 1(13): 100—104.

13. Чазов ЕИ, Исаченков ВА. 1974. Эпифиз: место и роль в системе эндокринной регуляции. М: 228.

 

Физиология, гомеостаз — StatPearls — Книжная полка NCBI

Сабрина Либретти; Яна Пакетт.

Информация об авторе и организациях

Последнее обновление: 1 мая 2023 года. говорят о в 1865 г. [1] «Homeo», латинизированное от греческого слова «homio», означает «подобный», а в сочетании с греческим словом «stasis», означающим «стоять на месте», дает нам термин, который является краеугольным камнем физиологии. Карл Рихтер предположил, что поведенческие реакции также несут ответственность за поддержание гомеостаза в дополнение к ранее предложенной системе внутреннего контроля, в то время как Джеймс Харди дал нам концепцию заданного значения или желаемого физиологического диапазона значений, которых достигает гомеостаз. [2]  

Многие функции организма, начиная с клеточного уровня, работают таким образом, чтобы не отклоняться от узкого диапазона внутреннего баланса, состояния, известного как динамическое равновесие, несмотря на изменения во внешней среде. Эти изменения во внешней среде изменяют состав внеклеточной жидкости, окружающей отдельные клетки организма, но необходимо поддерживать узкий диапазон, чтобы предотвратить гибель клеток, тканей и органов.

Сотовый уровень

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

Клетки реагируют на изменения объема, активируя метаболический транспорт молекул, необходимых для возврата к нормальному объему.

[4] В обоих случаях, в случаях гиперосмолярного или гипоосмолярного внешнего клеточного состояния, перенос молекул должен приводить к регуляции объема, чтобы не нарушать максимальную функцию содержимого клетки. Все ткани тела составляют органы, включающие системы органов, которые не работают независимо и должны работать вместе для достижения гомеостаза. Каждая клетка извлекает выгоду из гомеостатического контроля, а также способствует его поддержанию, обеспечивая непрерывный автоматизм тела.

Развитие

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

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

Вовлеченные системы органов

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

Функция

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

Механизм

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

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

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

Сопутствующее тестирование

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

Патофизиология

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

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

Клиническое значение

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

Контрольные вопросы

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

• Комментарий к этой статье.

Каталожные номера

1.

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

2.

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

3.

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

4.

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

5.

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

6.

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

7.

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

8.

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

9.

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

10.

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

Раскрытие информации: Сабрина Либретти заявляет об отсутствии соответствующих финансовых отношений с неправомочными компаниями.

Раскрытие информации: Яна Пакетт заявляет об отсутствии соответствующих финансовых отношений с неправомочными компаниями.

Гомеостаз и петли обратной связи | Анатомия и физиология I

Гомеостаз относится к динамическим физиологическим процессам, которые помогают нам поддерживать внутреннюю среду, подходящую для нормального функционирования. Гомеостаз — это , а не то же самое, что и химическое или физическое равновесие. Такое равновесие возникает, когда не происходит чистых изменений: добавьте молоко в кофе, и, в конце концов, когда равновесие будет достигнуто, в кофейной кружке не будет чистой диффузии молока. Однако гомеостаз — это процесс, посредством которого внутренние переменные, такие как температура тела, артериальное давление и т. д., поддерживаются в диапазоне значений, соответствующих системе. Когда стимул изменяет одну из этих внутренних переменных, он создает обнаруженный сигнал, на который тело будет реагировать как часть своей способности поддерживать гомеостаз.

Гомеостаз

Гомеостаз – это тенденция биологических систем поддерживать относительно постоянные условия во внутренней среде, постоянно взаимодействуя и приспосабливаясь к изменениям, происходящим внутри или вне системы.

Учтите, что при понижении наружной температуры тело не просто «уравновешивается» (становится таким же) с окружающей средой.

Несколько систем работают вместе, чтобы помочь поддерживать температуру тела: мы дрожим, у нас появляются «мурашки по коже», а приток крови к коже, который вызывает потерю тепла в окружающую среду, уменьшается.

Многие медицинские состояния и болезни возникают в результате изменения гомеостаза. В этом разделе будет рассмотрена терминология и объяснены физиологические механизмы, связанные с гомеостазом. Мы будем обсуждать гомеостаз в каждой последующей системе. Многие аспекты тела находятся в постоянном изменении — объем и место кровотока, скорость обмена веществ между клетками и окружающей средой, скорость роста и деления клеток — все это примеры. Но эти изменения на самом деле способствуют сохранению многих переменных организма и, следовательно, общего внутреннего состояния организма в относительно узких пределах. Например, приток крови к ткани увеличится, когда эта ткань станет более активной. Это гарантирует, что в ткани будет достаточно кислорода для поддержания более высокого уровня метаболизма.

Поддержание внутренних условий в организме называется гомеостазом (от гомео-, что означает подобный, и стазис, что означает стоять на месте). Может показаться, что корень «стазис» термина «гомеостаз» означает, что ничего не происходит. Но если подумать об анатомии и физиологии, даже поддержание тела в состоянии покоя требует большой внутренней активности. Ваш мозг постоянно получает информацию о внутренней и внешней среде и включает эту информацию в реакции, о которых вы, возможно, даже не подозреваете, такие как небольшие изменения частоты сердечных сокращений, характера дыхания, активности определенных групп мышц, движения глаз и т. д. Любое из этих действий, помогающих поддерживать внутреннюю среду, способствует гомеостазу.

Поддержание гомеостаза можно рассматривать на различных уровнях. Например, подумайте о том, что происходит, когда вы тренируетесь, что может представлять собой проблему для различных систем организма. Однако вместо того, чтобы эти проблемы наносили вред вашему телу, наши системы адаптируются к ситуации. На уровне всего тела вы замечаете некоторые специфические изменения: ваше дыхание и частота сердечных сокращений учащаются, ваша кожа может покраснеть, и вы можете потеть. Если вы продолжите заниматься спортом, вы можете почувствовать жажду. Все эти эффекты являются результатом того, что ваше тело пытается поддерживать условия, подходящие для нормального функционирования:

• Ваши мышечные клетки используют кислород для преобразования энергии, запасенной в глюкозе, в энергию, хранящуюся в АТФ (аденозинтрифосфат), которую они затем используют для сокращения мышц. Когда вы тренируетесь, ваши мышцы нуждаются в большем количестве кислорода. Поэтому, чтобы поддерживать адекватный уровень кислорода во всех тканях вашего тела, вы дышите более глубоко и с большей частотой, когда тренируетесь. Это позволяет вам получать больше кислорода. Ваше сердце также работает быстрее и сильнее, что позволяет ему доставлять больше крови, богатой кислородом, к вашим мышцам и другим органам, которым потребуется больше кислорода и АТФ.
• Поскольку ваши мышцы осуществляют клеточное дыхание для высвобождения энергии из глюкозы, они производят углекислый газ и воду в качестве отходов. Эти отходы должны быть устранены, чтобы помочь вашему телу поддерживать баланс жидкости и рН. Ваше учащенное дыхание и частота сердечных сокращений также помогают устранить большое количество углекислого газа и часть избыточной воды.
• Ваши мышцы используют энергию, запасенную в молекулах АТФ, для создания силы, необходимой им для сокращения. Побочным продуктом высвобождения этой энергии является тепло, поэтому физические упражнения повышают температуру тела. Чтобы поддерживать соответствующую температуру тела, ваше тело компенсирует дополнительное тепло, заставляя кровеносные сосуды возле вашей кожи расширяться и заставляя потовые железы в вашей коже выделять пот. Эти действия позволяют теплу легче рассеиваться в воздухе и за счет испарения воды с потом.
• Когда вы тренируетесь в течение более длительных периодов времени, вы теряете все больше и больше воды и солей с потом (и, в меньшей степени, с увеличением дыхания). Если вы тренируетесь слишком долго, ваше тело может потерять достаточно воды и соли, что начнет влиять на другие его функции. Низкая концентрация воды в крови вызывает выброс гормонов, вызывающих чувство жажды. Ваши почки также производят более концентрированную мочу с меньшим количеством воды, если уровень жидкости низкий. Эти действия помогают поддерживать баланс жидкости.

Терминология гомеостаза

Поддержание гомеостаза в организме обычно происходит за счет использования петель обратной связи, которые контролируют внутренние условия организма.

Контур обратной связи определяется как система, используемая для управления уровнем переменной, в которой есть идентифицируемый рецептор (сенсор), центр управления (интегратор или компаратор), эффекторы и способы связи.

Мы используем следующую терминологию для описания петель обратной связи:

• Переменные — это параметры, которые отслеживаются и контролируются или на которые влияет система обратной связи.
• Рецепторы (сенсоры) обнаруживают изменения переменной.
• Центры управления (интеграторы) сравнивают переменную с заданным значением и сигнализируют эффекторам, чтобы они генерировали ответ. Центры управления иногда принимают во внимание информацию, отличную от уровня переменной, при принятии решений, такую ​​как время суток, возраст, внешние условия и т. д.
• Эффекторы выполняют необходимые изменения для корректировки переменной.
• Методы связи между компонентами контура обратной связи необходимы для его функционирования. Это часто происходит через нервы или гормоны, но в некоторых случаях рецепторы и центры управления являются одними и теми же структурами, так что в этой части петли нет необходимости в этих сигнальных режимах.

Терминология в этой области часто противоречива. Например, бывают случаи, когда компоненты цикла обратной связи нелегко идентифицировать, но переменные поддерживаются в определенном диапазоне. Такие ситуации по-прежнему являются примерами гомеостаза и иногда описываются как цикл обратной связи, а не как петля обратной связи.

Цикл обратной связи определяется как любая ситуация, в которой переменная регулируется, и уровень переменной влияет на направление изменения переменной (т.е. увеличивается или уменьшается), даже если нет четко идентифицированных компонентов цикла.

Имея в виду эту терминологию, гомеостаз можно описать как совокупность петель обратной связи и циклов обратной связи, которые тело включает для поддержания надлежащего функционального состояния.

Кондиционирование воздуха представляет собой технологическую систему, которую можно описать в терминах цикла обратной связи. Термостат определяет температуру, электронный интерфейс сравнивает температуру с заданным значением (температурой, которую вы хотите). Если температура соответствует или ниже, то ничего не происходит. Если температура слишком высокая, то электронный интерфейс включает кондиционер. Как только температура понизится настолько, чтобы достичь заданного значения, электронный интерфейс выключит кондиционер. Для этого примера определите шаги цикла обратной связи.

Круиз-контроль — еще одна технологическая система обратной связи. Идея круиз-контроля заключается в поддержании постоянной скорости автомобиля. Скорость автомобиля определяется спидометром, а электронный интерфейс измеряет скорость автомобиля в зависимости от заданного значения, выбранного водителем. Если скорость слишком низкая, интерфейс стимулирует двигатель; если скорость слишком высока, интерфейс снижает мощность на шинах.

Термины, применяемые к температуре

Рассмотрим один из контуров обратной связи, который контролирует температуру тела.

• Переменная:   В данном случае переменной является температура тела.
• Рецепторы: Терморецепторы обнаруживают изменения температуры тела. Например, терморецепторы во внутренних органах могут обнаруживать пониженную температуру тела и генерировать нервные импульсы, которые направляются в центр управления, гипоталамус.
• Центр управления:   Гипоталамус контролирует множество эффекторов, которые реагируют на снижение температуры тела.
• Эффекторы:  Существует несколько эффекторов, контролируемых гипоталамусом.
  • кровеносные сосуды вблизи кожи сужаются, уменьшая приток крови (и, как следствие, потерю тепла) в окружающую среду.
  • Скелетные мышцы также являются эффекторами в этой петле обратной связи: они быстро сокращаются в ответ на снижение температуры тела. Этот озноб помогает генерировать тепло, которое повышает температуру тела.

Петли обратной связи

Помните, что гомеостаз — это поддержание относительно стабильной внутренней среды. Когда присутствует стимул или изменение в окружающей среде, петли обратной связи реагируют, чтобы поддерживать работу систем вблизи заданного или идеального уровня.

Обратная связь — это ситуация, когда выходной сигнал или ответ цикла воздействует или влияет на входной сигнал или стимул.

Обычно мы делим петли обратной связи на два основных типа:

1. петли положительной обратной связи , в которых изменение в заданном направлении вызывает дополнительное изменение в том же направлении. Например, увеличение концентрации вещества вызывает обратная связь, которая приводит к постоянному увеличению концентрации.
2. контуры отрицательной обратной связи , в котором изменение в заданном направлении вызывает изменение в противоположном направлении. Например, увеличение концентрации вещества вызывает обратную связь, которая в конечном итоге приводит к уменьшению концентрации вещества.

Петли положительной обратной связи по своей природе являются нестабильными системами. Поскольку изменение входных данных вызывает реакцию, которая приводит к постоянным изменениям в том же направлении, петли положительной обратной связи могут привести к неконтролируемым состояниям. Термин «положительная обратная связь» обычно используется до тех пор, пока переменная способна усиливать себя, даже если компоненты петли (рецептор, центр управления и эффектор) нелегко идентифицировать. В большинстве случаев положительная обратная связь вредна, но есть несколько случаев, когда положительная обратная связь при ограниченном использовании способствует нормальному функционированию. Например, при свертывании крови каскад ферментных белков активирует друг друга, что приводит к образованию фибринового сгустка, препятствующего кровопотере. Один из ферментов пути, называемый тромбином, не только действует на следующий белок пути, но также обладает способностью активировать белок, предшествующий ему в каскаде. Этот последний шаг приводит к циклу положительной обратной связи, где увеличение тромбина приводит к дальнейшему увеличению тромбина. Следует отметить, что существуют и другие аспекты свертывания крови, которые контролируют общий процесс, например, уровень тромбина не повышается без ограничений. Но если мы просто рассмотрим воздействие тромбина на самого себя, то это считается циклом положительной обратной связи. Хотя некоторые могут считать это положительной обратной связью, такая терминология не является общепринятой.

Петли отрицательной обратной связи по своей природе являются стабильными системами. Петли отрицательной обратной связи в сочетании с различными стимулами, которые могут воздействовать на переменную, обычно создают состояние, при котором переменная колеблется вокруг заданного значения. Например, петли отрицательной обратной связи, включающие инсулин и глюкагон, помогают удерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне концентраций. Если уровень глюкозы становится слишком высоким, организм выбрасывает инсулин в кровоток. Инсулин заставляет клетки организма поглощать и накапливать глюкозу, снижая концентрацию глюкозы в крови. Если уровень глюкозы в крови становится слишком низким, организм высвобождает глюкагон, что вызывает высвобождение глюкозы из некоторых клеток организма.

Положительная обратная связь

В механизме положительной обратной связи выход системы стимулирует систему таким образом, чтобы еще больше увеличить выход. Общие термины, которые могут описывать петли или циклы положительной обратной связи, включают «снежный ком» и «цепную реакцию». Без уравновешивающей или «выключающей» реакции или процесса механизм положительной обратной связи может привести к неконтролируемому процессу. Как уже отмечалось, есть некоторые физиологические процессы, которые обычно считаются положительной обратной связью, хотя не все они могут иметь идентифицируемые компоненты петли обратной связи. В этих случаях петля положительной обратной связи всегда заканчивается встречной сигнализацией, которая подавляет первоначальный стимул.

Хорошим примером положительной обратной связи является усиление схваток. Схватки начинаются, когда ребенок занимает положение, растягивая шейку матки за ее нормальное положение. Обратная связь увеличивает силу и частоту сокращений, пока ребенок не родится. После рождения растяжение прекращается и петля прерывается.

Другой пример положительной обратной связи возникает при лактации, когда мать вырабатывает молоко для своего ребенка. Во время беременности повышается уровень гормона пролактина. Пролактин обычно стимулирует выработку молока, но во время беременности прогестерон подавляет выработку молока. При рождении, когда плацента выходит из матки, уровень прогестерона падает. В результате увеличивается производство молока. Когда ребенок сосет, его сосание стимулирует грудь, способствуя дальнейшему высвобождению пролактина, что приводит к еще большему производству молока. Эта положительная обратная связь гарантирует, что у ребенка будет достаточно молока во время кормления. Когда ребенка отнимают от груди и он больше не сосет грудь, стимуляция прекращается, и уровень пролактина в крови матери возвращается к уровню, существовавшему до грудного вскармливания.

Выше приведены примеры полезных механизмов положительной обратной связи. Однако во многих случаях положительная обратная связь может быть потенциально разрушительной для жизненных процессов. Например, артериальное давление может значительно упасть, если человек теряет много крови из-за травмы.

Артериальное давление является регулируемой величиной, которая приводит к увеличению частоты сердечных сокращений (т. е. увеличению частоты сердечных сокращений) и более сильному сокращению. Эти изменения в сердце заставляют его нуждаться в большем количестве кислорода и питательных веществ, но если объем крови в организме слишком низкий, сама ткань сердца не получит достаточного притока крови для удовлетворения этих повышенных потребностей. Дисбаланс между потребностью сердца в кислороде и подачей кислорода может привести к дальнейшему повреждению сердца, что фактически снижает артериальное давление, обеспечивая большее изменение переменной (артериальное давление). Петля реагирует, пытаясь стимулировать сердце еще сильнее, что приводит к дальнейшему повреждению сердца… и эта петля продолжается до тех пор, пока не наступает смерть.

Отрицательная обратная связь

Большинство систем биологической обратной связи являются системами отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь возникает, когда выход системы уменьшает или ослабляет процессы, которые приводят к выходу этой системы, что приводит к уменьшению выхода. Как правило, отрицательная обратная связь позволяет системам самостабилизироваться. Отрицательная обратная связь является жизненно важным механизмом контроля гомеостаза организма.

Вы видели пример контура обратной связи, примененного к температуре, и определили задействованные компоненты. Это важный пример того, как петля отрицательной обратной связи поддерживает гомеостаз в механизме терморегуляции организма. Тело поддерживает относительно постоянную внутреннюю температуру для оптимизации химических процессов. Нервные импульсы от термочувствительных терморецепторов в теле сигнализируют гипоталамусу. Гипоталамус, расположенный в головном мозге, сравнивает температуру тела с заданным значением.

Когда температура тела падает, гипоталамус инициирует несколько физиологических реакций для увеличения выработки и сохранения тепла:

• Сужение поверхностных кровеносных сосудов (вазоконстрикция) снижает приток тепла к коже.
• Начинается дрожь, увеличивающая выработку тепла мышцами.
• Надпочечники выделяют стимулирующие гормоны, такие как норадреналин и адреналин, для увеличения скорости метаболизма и, следовательно, производства тепла.

Эти эффекты вызывают повышение температуры тела. Когда он возвращается к норме, гипоталамус больше не стимулируется, и эти эффекты прекращаются.

Когда температура тела повышается, гипоталамус инициирует несколько физиологических реакций, направленных на снижение выработки и потери тепла:

• Расширение поверхностных кровеносных сосудов (вазодилатация) увеличивает приток тепла к коже и вызывает покраснение.
• Потовые железы выделяют воду (пот), и испарение охлаждает кожу.

Эти эффекты вызывают снижение температуры тела. Когда он возвращается к норме, гипоталамус больше не стимулируется, и эти эффекты прекращаются.

Многие гомеостатические механизмы, такие как температура, по-разному реагируют, если переменная выше или ниже заданного значения. При повышении температуры мы потеем, при понижении – дрожим. Эти ответы используют разные эффекторы для настройки переменной. В других случаях петля обратной связи будет использовать тот же эффектор для регулировки переменной обратно к заданному значению, независимо от того, было ли первоначальное изменение переменной выше или ниже заданного значения. Например, диаметр зрачка регулируется, чтобы обеспечить попадание в глаз соответствующего количества света. Если света слишком мало, зрачок расширяется, если слишком много, зрачок сужается.

Это можно сравнить с вождением. Если ваша скорость выше заданного значения (значение, которое вы хотите, чтобы оно было), вы можете либо просто уменьшить уровень акселератора (т.е. выбег), либо активировать вторую систему — тормоз. В обоих случаях вы замедляетесь, но это можно сделать, либо просто «отступив» на одной системе, либо добавив вторую систему.

Давайте посмотрим, как эти два примера работают в отношении нормального гомеостаза кровяного давления.

Артериальное давление измеряется по мере того, как циркулирующая кровь оказывает давление на стенки артерий организма. Артериальное давление создается первоначально сокращением сердца. Изменения силы и скорости сокращения будут напрямую связаны с изменениями артериального давления. Изменения объема крови также будут напрямую связаны с изменениями артериального давления. Изменения диаметра сосудов, по которым проходит кровь, изменяют сопротивление и оказывают противоположное изменение артериального давления. Гомеостаз артериального давления включает рецепторы, контролирующие артериальное давление, и центры управления, инициирующие изменения в эффекторах, чтобы поддерживать его в пределах нормы.

Диабет: Тип 1 и Тип 2

Важным примером отрицательной обратной связи является контроль уровня сахара в крови.

1. После еды тонкий кишечник всасывает глюкозу из переваренной пищи. Уровень глюкозы в крови повышается.
2. Повышение уровня глюкозы в крови стимулирует бета-клетки поджелудочной железы к выработке инсулина.
3. Инсулин заставляет клетки печени, мышц и жировой ткани поглощать глюкозу, где она хранится. По мере всасывания глюкозы уровень глюкозы в крови падает.
4. Как только уровень глюкозы падает ниже порогового значения, стимулов для высвобождения инсулина больше нет, и бета-клетки прекращают высвобождать инсулин.

Из-за синхронизации высвобождения инсулина между бета-клетками базальная концентрация инсулина в крови колеблется после приема пищи. Колебания имеют клиническое значение, поскольку считается, что они помогают поддерживать чувствительность рецепторов инсулина в клетках-мишенях. Эта потеря чувствительности является основой резистентности к инсулину. Таким образом, сбой механизма отрицательной обратной связи может привести к повышению уровня глюкозы в крови, что имеет множество негативных последствий для здоровья.

Давайте поближе познакомимся с диабетом. В частности, мы обсудим диабет типа 1 и типа 2. Диабет может быть вызван недостатком инсулина, резистентностью к инсулину или тем и другим.

Диабет 1 типа возникает, когда бета-клетки поджелудочной железы разрушаются в результате иммунно-опосредованного процесса. Поскольку бета-клетки поджелудочной железы чувствуют уровень глюкозы в плазме и реагируют, высвобождая инсулин, у людей с диабетом 1 типа наблюдается полное отсутствие инсулина. При этом заболевании необходимы ежедневные инъекции инсулина.

Также страдают те, кто потерял поджелудочную железу. После удаления поджелудочной железы (например, из-за рака) всегда присутствует диабет 1 типа.

Диабет 2-го типа встречается гораздо чаще, чем 1-й тип. На него приходится большинство случаев диабета. Обычно это происходит во взрослом возрасте, но все чаще это заболевание диагностируется у молодых людей. При диабете 2 типа поджелудочная железа все еще вырабатывает инсулин, но ткани не реагируют эффективно на нормальные уровни инсулина, что называется резистентностью к инсулину. Через много лет поджелудочная железа снизит уровень секретируемого ею инсулина, но это не главная проблема, когда начинается заболевание. Многие люди с диабетом 2 типа не знают, что у них он есть, хотя это серьезное заболевание. Диабет 2 типа становится все более распространенным из-за растущего ожирения и отказа от физических упражнений, которые способствуют резистентности к инсулину.