ГОМЕОСТАЗ • Большая российская энциклопедия
Авторы: Ю. В. Наточин, Ю. В. Ирхин
ГОМЕОСТА́З, гомеостазис (от гомео… и греч. στᾴσις – неподвижность, состояние).
В биологии Г. – способность живых организмов сохранять динамич. постоянство состава и свойств внутр. среды. Идея о наличии в организме комплекса физиологич. механизмов, направленных на поддержание постоянства внутр. среды, была высказана К. Бернаром во 2-й пол. 19 в. Он считал, что в основе свободной и независимой жизни организмов в постоянно меняющейся внешней среде лежит постоянство физико-химич. условий внутр. среды. Для обозначения комплекса процессов в живом организме, обеспечивающих постоянство таких условий, У. Кеннон предложил термин «Г.» (1929).
Появление на Земле одноклеточных организмов было связано с формированием и поддержанием внутри клетки в течение всей её жизни специфич. физико-химич. условий, отличных от условий окружающей среды. Дальнейшая эволюция жизни сопровождалась возникновением многоклеточных животных, дифференцировкой их клеток, формированием внутр. среды, в которой находятся и взаимодействуют между собой клетки. Появляются система внеклеточных жидкостей, лимфа, кровь, из которых клетки извлекают необходимые органич. и неорганич. вещества, O2 и выделяют конечные продукты обмена. В ходе эволюции многоклеточных животных формируются специализир. органы (дыхания, кровообращения, пищеварения, выделения) и системы (осморегуляции, волюморегуляции, терморегуляции, поддержания на заданном уровне концентрации каждого из ионов, кислотно-щелочного равновесия и др.). Они обеспечивают постоянство физико-химич. состава жидкостей внутр. среды. Помимо крови, лимфы, околоклеточной жидкости формируются и специализир. внеклеточные жидкости (напр., спинномозговая, внутриглазная, эндолимфа и перилимфа внутреннего уха), назначение которых состоит в поддержании спец. условий для функционирования клеток целых органов.
У морских беспозвоночных Г. касается объёма жидкостей внутр. среды, концентрации в ней отд. ионов, рН. Адаптация организмов к пресным водам потребовала формирования новой системы регуляции – поддержания на постоянном уровне осмотич. давления жидкостей внутр. среды, удаления из организма избытка воды. К особо контролируемым физико-химич. параметрам внутр. среды относятся её осмотич. давление (изоосмия), концентрация отд. ионов (изоиония), объём крови (изоволемия), её рН, у птиц и млекопитающих также стабилизированная температура тела (изотермия) и др.
Постоянство физико-химич. условий во внутр. среде, состояние околоклеточной среды служат жизненно важным фактором, необходимым для эффективной работы клеток; их адекватная реакция на сигналы из внешней (напр. , световые, звуковые, температурные раздражители) и внутренней (в т. ч. импульсы нервной системы, гормоны, аутакоиды) среды возможна при поддержании Г. Особенно высокая степень Г. характерна для млекопитающих, у которых наиболее строго поддерживаются осмоляльность крови, концентрация в ней ионов Са2+, рН, изотермия.
Г. создаёт возможность для адекватных реакций клеток, поддержания необходимого уровня их метаболизма и ответа на внешние воздействия. В регуляции физико-химич. параметров внутр. среды участвуют нервная и эндокринная системы, аутакоиды. Повышение качества регуляции для сохранения стабильности параметров внутр. среды является важным фактором выживания особи и процветания вида.
Термин «клеточный Г.» противоречит смысловому значению понятия, предложенного К. Бернаром и У. Кенноном.
Гомеостаз в кибернетике. В 1950-х гг. Н. Винер универсализировал понятие Г. и применил его к функционированию достаточно сложных саморегулирующихся систем. В результате понятие Г. стало широко использоваться не только в биологии, но и в др. науках. По Винеру, гомеостатич. алгоритм определяет базовые параметры системы, значит. изменения которых нарушают или разрушают её нормальное функционирование и развитие; фиксирует пределы допустимого изменения установленных параметров под влиянием как внешней, так и внутр. среды; выявляет совокупность механизмов, начинающих проявлять себя при критич. изменении базовых параметров системы. Гомеостатич. взаимодействие открытой системы с окружающим миром обусловливает её адаптивность двоякого рода: приспособление системы к внешнему миру путём определённых внутр. изменений и активное воздействие системного объекта на среду, т. е. «приспособление» среды к своим «потребностям» путём извлечения и усвоения необходимых ресурсов. Ключевую роль для гомеостатич. процессов играет не просто обратная связь, а отрицательная обратная связь, обеспечивающая (в определённых пределах) возвращение к равновесию в ответ на возмущающие воздействия. Механизмы Г. обеспечивают лишь адаптацию системы, а не её развитие. Для закрытых систем характерно ограниченное взаимодействие с окружающей средой и отсутствие (или наличие только в самой незначительной степени) механизмов Г., обеспечивающих самонастройку системы.
В социальных и политических науках понятие Г. применяется преим. при анализе функционирования и динамики социальной и политич. систем, а также некоторых системных организаций (государства, партий, профсоюзов и др.). В этой сфере подвижное равновесное состояние систем (и подсистем) сохраняется через противодействие их структур, социальных групп и институтов внешним и внутр. факторам, нарушающим осн. принципы функционирования (Т. Парсонс, Д. Истон). В политич. анализе и управлении используются социодинамич. модели политич. и социальной систем общества, в которых выделяются прямые и обратные гомеостатич. взаимодействия системы с внешней средой. В социально-политич. системах велика роль человеческого фактора (риск ошибок и др.) при принятии решений, поскольку гиперактивное воздействие на среду и её изменение формируются самими социально-политич. агентами. Соответственно в этой сфере велика функциональная роль обществ. контроля (обратной связи) над принятием институциональными органами значимых для социума решений, самоорганизации и оптимизации системы. Разбалансировка политич. (социальной) системы ведёт к кризисным явлениям или даже к её разрушению, о чём свидетельствует история революций. Социально-политич. системы закрытого (тоталитарного) типа допускают дозированное, жёсткое взаимодействие с внешней средой, а также с себе подобными системами; для них характерна слабая обратная связь. В конечном счёте они не успевают адекватно отвечать на вызовы времени, проигрывают в экономич. развитии и становятся неустойчивыми.
В макроэкономике гомеостатич. подход лёг в основу теории общего экономич. равновесия (кейнсианская и неоклассическая модели). Принцип Г. применяется в социальной экологии, которая рассматривает природную среду как дифференцированную систему динамич. равновесия; широко используется при анализе взаимодействия национальных структур с наднациональными институтами и организациями в условиях глобальных отношений.
Понятие о гомеостазе. Общие закономерности регуляции гомеостаза в живых организмах
Гомеостаз–постоянство внутренней среды живых организмов, которое они поддерживают несмотря на изменение условий окружающей среды.
Гомеостаз в живом организме проявляется в относительном постоянстве таких показателей, как рН, осмотическое давление, химический состав крови, артериальное давление, температура, постоянстве биологических структур.
Необходимость гомеостаза объясняется тем, что все биохимические реакции могут протекать в строго определенных условиях (температура, рН, давление). Французский ученый Клод Бернар писал: «Постоянство внутренней среды – условие независимого существования организма».
Гомеостаз на уровне целостного организма может быть функциональным (постоянство функций) и структурным (постоянство структур).
Постоянство показателей внутренней среды организма носит относительный характер, т.к. всегда имеются небольшие отклонения от нормы. Эти колебания необходимы для того, чтобы служить сигналами для включения регуляторных механизмов.
Механизмы регуляции гомеостаза имеют место на всех уровнях биологической организации: от молекулярно-генетического до организменного. Они многообразны, однако работают слаженно, т.к. контролируются регуляторными системами: нервной, эндокринной, иммунной. Таким образом, механизмы регуляции гомеостаза носят системный характер.
В основе любого заболевания лежит нарушение гомеостаза, а лечение – его восстановление.
Кибернетические основы регуляции гомеостаза
Кибернетика – наука, устанавливающая общие принципы управления саморегулирующимися системами. Живые организмы также являются саморегулирующимися системами, и поэтому к ним применимы все кибернетические понятия и принципы регуляции.
Обратная связь Блок-схема кибернетической системы.
В основе работы кибернетической системы лежит процесс передачи и обработки информации. В работу системы постоянно вносятся коррективы, характер которых зависит от тех отклонений, которые наблюдаются на входе. Для живых организмов входными сигналами служат пища, вода, свет, звук, температура. Выходные сигналы – реакция органа или ткани, выделение секрета и т.д. Важным элементом кибернетической системы является обратная связь–влияние выходного сигнала на блок управления.Различают отрицательную и положительную обратную связь.
Отрицательная обратная связь– направлена на восстановление исходного состояния кибернетической системы, в случае ее отклонения от нормы.
Пример: работа термостата.
Положительная обратная связь
Пример: кровотечение из крупного сосуда, рост организма в онтогенезе.
Отличительные особенности нервной и гуморальной регуляции гомеостаза Нервная регуляция:
высокая скорость наступления ответной реакции;
реакция кратковременная;
реакция носит локальный характер.
Гуморальная регуляция
(обеспечивается выделением в кровь гормонов):
Таким образом, обе системы в целостном организме дополняют друг друга.
В основе функционирования нервной и эндокринной систем лежит принцип действия отрицательной обратной связи.
Рассмотрим работу нервной системы на примере регуляции рН крови:
Физическая нагрузка
накопление СО2
изменение рН
дыхательный центр
межреберные мышцы (учащение дыхания)
понижение СО2
В качестве сигнала для внесения изменения в работу организма как кибернетической системы служит содержание гормона в крови. Одни железы эндокринной секреции (поджелудочная железа, паращитовидные железы, эпифиз) сами реагируют на содержание гормона, а другие (щитовидная, половые, кора надпочечников) – через переднюю долю гипофиза, которая вырабатывает четыре гормона: соматотропный, тиреотропный, адренокортикотропный, гонадотропный.
Рассмотрим примеры работы эндокринной системы.
Регуляция содержания тироксина в крови:
13.14: Что такое гомеостаз? — Биология LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 44696
Результаты обучения
- Определение гомеостаза
Гомеостаз в общем смысле относится к стабильности, равновесию или равновесию. Физиологически это попытка организма поддерживать постоянную и сбалансированную внутреннюю среду, что требует постоянного контроля и корректировки по мере изменения условий. Регулировка физиологических систем в организме называется гомеостатической регуляцией, которая включает три части или механизма:
- приемник
- центр управления
- эффектор
Приемник получает информацию о том, что что-то в окружающей среде меняется.
Центр управления или центр интеграции получает и обрабатывает информацию от приемника. Эффектор реагирует на команды центра управления, противодействуя или усиливая стимул. Этот непрерывный процесс постоянно работает для восстановления и поддержания гомеостаза. Например, при регуляции температуры тела температурные рецепторы в коже передают информацию в мозг (центр управления), который сигнализирует эффекторам: кровеносным сосудам и потовым железам в коже. Поскольку внутренняя и внешняя среда тела постоянно меняется, необходимо постоянно вносить коррективы, чтобы оставаться на определенном уровне или близком к нему: уставка .Целью гомеостаза является поддержание равновесия вокруг определенного значения какого-либо аспекта тела или его клеток, называемого заданным значением. Несмотря на нормальные отклонения от заданной точки, системы организма обычно пытаются вернуться к этой точке. Изменение внутренней или внешней среды называется раздражителем и улавливается рецептором; реакция системы заключается в корректировке действий системы таким образом, чтобы значение возвращалось к заданному значению.
Когда в окружающей среде животного происходит изменение, необходимо произвести корректировку, чтобы внутренняя среда тела и клеток оставалась стабильной. Рецептор, воспринимающий изменения в окружающей среде, является частью механизма обратной связи. Стимул — температура, уровень глюкозы или кальция — обнаруживается рецептором. Рецептор посылает информацию в центр управления, часто в мозг, который передает соответствующие сигналы эффекторному органу, способному вызвать соответствующее изменение, либо вверх, либо вниз, в зависимости от информации, которую посылал датчик.
Авторы и авторство
Контент по лицензии CC, опубликованный ранее
- Гомеостатический процесс. Предоставлено : Безгранично. Расположен по адресу : www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-animal-body-basic-form-and-function-33/homeostasis-194/homeostatic-process-741-11972/% 20%20Источник:%20Boundless.%20u201cHomeostatic%20Process.u201d%20Boundless%20Biology%20Boundless,%2026%20May.%202016.%20Retrieved%2014%20Feb.%202017%20from%20https://www.boundless.com/ биология/учебники/безграничный-биологический-учебник/основная-форма-и-функция-тела-животного-33/гомеостаз-194/гомеостатический процесс-741-11972/.
- Гомеостаз. Авторы : Чарльз Молнар и Джейн Гейр. Предоставлено : BC Open Textbooks. Расположен по адресу : https://opentextbc.ca/biology/chapter/11-1-homeostasis-and-osmoregulation/. Проект : Концепции биологии. Лицензия : CC BY: Attribution
13. 14: Что такое гомеостаз? распространяется по незадекларированной лицензии и был создан, переработан и/или курирован LibreTexts.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Теги
- источник[1]-хим-224397
| ||||
Дом | Лаборатория Исследования | Ведение учета,
Письмо, и анализ данных | Лаборатория Методы | |
Обзор Микроскоп исследования Жгутики эксперимент Лаборатория математика Кровь фракционирование Гель электрофорез Белок гель-анализ Митохондрии Концепции/ теория | Обзор Хранение лабораторная тетрадь Написание исследований бумаги Размеры и единицы измерения Использование рисунки (графики) Примеры графиков Экспериментальный ошибка Представление ошибка Применение статистика | Обзор Принципы микроскопии Растворы и разведения Белок анализы Спектрофотометрия Фракционирование и центрифугирование Радиоизотопы и обнаружение | ||
Руководство по изучению
Лабораторная часть 1
Лабораторная часть 2
| Неправильное использование термина «равновесие» является одним из Самые распространенные ошибки в биологических науках. К виновным относятся авторы учебников, учителя, исследователи, и даже студенты. Вот иллюстрация разницы между равновесием и другими ситуациями, в которых есть постоянство. ГомеостазИздание словаря Вебстера 1981 г. дает довольно узкое определение термина гомеостаз , ссылаясь именно к животным. Гомеостаз определяли как поддержание у животного «постоянного внутреннего среда», то есть относительно постоянное внутреннее среды, несмотря на изменения во внешней среде. В более общем смысле гомеостаз может относиться к поддержанию относительно постоянных условий в любой системе. На самом деле этот термин теперь используется по отношению к клеткам, животным, растения, а также местные или глобальные экосистемы. Термин может наверное относится к самодостаточной машине, для того иметь значение. Ключевая концепция заключается в том, что механизмы должны быть на месте поддерживать постоянство внутри системы, и что система сам по себе динамичен. Последнее качество необходимо для Определение. Живая ткань дерева поддерживает гомеостаз, а не кусок дерева после того, как его распилят из дерева. Установившееся состояние (динамическое равновесие)Возможно, вы также слышали фразу в устойчивом состоянии. Ан можно сказать, что организм находится в устойчивом состоянии, в котором случае мы используем фразу взаимозаменяемо с термин гомеостаз. Почему бы не воспользоваться возможностью а если точнее?. В то время как гомеостаз относится ко всей внутренней среде термин устойчивое состояние могут быть ограничены описанием конкретных механизмов. Клетка находится в гомеостазе, потому что каждый механизм, поддерживает его в устойчивом состоянии. Например, ферментный комплекс, называемый натрий/калиевой АТФазой (также известный как в качестве натриево-калиевого насоса) использует энергию гидролиза АТФ, чтобы «обменять» ионы натрия на калий ионов, тем самым поддерживая постоянную внутреннюю концентрацию калия. Можно сказать, что концентрация калия находиться в устойчивом состоянии. Термин динамическое равновесие также используется как синоним стационарного состояния, но использование этого термина может сбить с толку. Динамическое равновесие не то же самое, что химическое равновесие. Химическое равновесие Стакан с дистиллированной водой содержит воду молекулы и их ионные продукты находятся в химическом равновесии. Не вкладывая энергию в систему, она остается просто как есть. Измените систему, например, добавив некоторые соляной кислоты, и баланс меняется. Однако, за короткое время происходит полная ионизация HCl место, и вы снова имеете химическое равновесие (с более высокая концентрация ионов водорода, также известная как более низкий pH). Ключевая идея состоит в том, что любая система наиболее стабильна при его самое низкое состояние свободной энергии в текущих условиях. При достижении этого состояния система находится в равновесии. В стационарном состоянии энергия поступает в систему постоянно чтобы поддерживать более высокое состояние свободной энергии, чем в состоянии равновесия. РезюмеХарактеристики устойчивого состояния:
Характеристики равновесия:
| |||
Авторское право
и предполагаемое использование |