Пример гомеостаза в организме человека: Гомеостаз простыми словами: ликбез для неврачей

Лабораторный скрининг инфекций мочевыводящих путей и почек

Комплексное лабораторное исследование, направленное на первичное выявление инфекционного процесса в почках и мочевыводящих путях.

Синонимы русские

Инфекции мочевыводящих путей и почек; уретрит, цистит, уретерит, пиелонефрит; скрининговое обследование.

Синонимы английские

Urinary tract and kidney infections; urethritis, cystitis, ureteritis, pyelonephritis; screening tests.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Первую порцию утренней мочи, среднюю порцию утренней мочи.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Исключить (по согласованию с врачом) прием мочегонных препаратов в течение 48 часов до сбора мочи.
• Женщинам исследование рекомендуется производить до менструации или через 2-3 дня после её окончания.

Общая информация об исследовании

Почки и мочевыводящие пути относятся к выделительной системе и играют роль в поддержании гомеостаза в организме человека и выделении мочи.

К основным жизненно важным функциям почек относятся экскреторная, регуляция водно-солевого обмена и кислотно-щелочного равновесия, эндокринная функция, регуляция артериального давления и эритропоэза. Мочевыводящие пути или органы мочевыделения включают в себя почечные чашечки, лоханки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал (уретру).

Для первичной диагностики инфекционных процессов в данных органах могут быть использованы следующие лабораторные диагностические тесты и методы: общий анализ мочи, микроскопия мочевого осадка и бактериологический метод посева мочи для верификации возбудителя инфекционного процесса. Исследование мочи рекомендуется проводить в двух порциях мочи, что позволяет первично предположить локализацию инфекционно-воспалительного процесса. Патологические изменения в первой порции мочи могут свидетельствовать о наличии воспалительного процесса в средних и нижних отделах мочеиспускательного канала (уретрита). Сдвиг показателей во второй порции может являться показателем патологического инфекционного процесса в верхних отделах уретры и мочевого пузыря, что приводит к уретриту или циститу.

Изменения во второй порции мочи у мужчин характерны для воспалительных заболеваний простаты и семенных пузырьков. Также изменения в лабораторных параметрах позволяют предположить поражение мочеточников и почек с формированием уретерита и пиелонефрита соответственно.

Общий анализ мочи с микроскопией мочевого осадка представляет собой совокупность диагностических тестов, позволяющих оценить общие свойства мочи, её физико-химические свойства, содержание продуктов обмена веществ, выявить качественное и количественное содержание ряда органических соединений. Они позволяют судить о функциональном состоянии почек, мочевыводящих путей, об общих метаболических процессах, наличии инфекционных и воспалительных процессов.

О развитии воспалительных и инфекционных процессов в почках и мочевыводящих путях можно предположить по следующим показателям. Изменение прозрачности и цвета мочи до белесого оттенка или наличие белого осадка могут свидетельствовать о присутствии лейкоцитов, бактерий, грибов. Сдвиг кислотно-щелочной реакции мочи в щелочную сторону (рН 7,0-9,0) связан с инфекцией мочевыводящих путей, происходит он по причине того, что микроорганизмы гидролизуют мочевину.

Увеличение количества лейкоцитов, реже эритроцитов, в общем анализе мочи и при микроскопическом исследовании мочевого осадка является важным показателем поражений почек и мочевыводящих путей. В норме в моче здоровых людей встречается незначительное количество лейкоцитов. При лабораторном исследовании мочи выделяют два состояния: лейкоцитурию и пиурию, которые являются важнейшими патологическими признаками воспаления почек и мочевыводящих путей. Лейкоцитурия – это повышенное содержание лейкоцитов при сохранении прозрачности мочи. Пиурия отражается помутнением мочи и наличием лейкоцитов во всех полях зрения при микроскопии осадка мочи. Появление эритроцитов в моче (гематурия) также может сопровождать инфекции мочевыводящих путей и почек. Например, при пиелонефрите у трети больных может наблюдаться гематурия.

Диагностически ценным является обнаружение у больного лейкоцитурии и бактериурии. При микроскопии осадка обнаружение лейкоцитарных, зернистых цилиндров могут быть признаками острого пиелонефрита, обострении хронического пиелонефрита, абсцесса почки.

Повышенное количество бактерий и нитритов в моче свидетельствует о наличии бактериальной инфекции почек и/или мочевыводящих путей. Важно отметить значение данных тестов в скрининговой диагностике хронического пиелонефрита. Это частое заболевание, которое в 30-40 % случаев может протекать бессимптомно, приводя к тяжелому течению, развитию осложнений и сложности подбора эффективного лечения.

У здоровых людей мочевыделительная система стерильна и минимальное количество бактерий с поверхности нижних частей уретры не превышает 1*10⁴/мл. Данное количество бактерий не превращает нитраты, присутствующие в нормальной моче, в нитриты. Следовательно, реакция на нитриты в норме отрицательная.

Бактериурия – это состояние, при котором отмечается содержание бактерий в моче более 1*10⁵/мл. Бактерии, обнаруженные в моче, чаще всего представлены грамотрицательной флорой. Они могут проникать в мочевыводящие пути путем восходящей инфекции или гематогенным путем. К ним относятся микроорганизмы, относящиеся к роду Klebsiella, Proteus, Enterobacter, Salmonella, Pseudomonas, Citrobacter, стафилококки, стрептококки, энтерококки. Часто обнаруживаются Escherichia coli. Восходящая инфекция часто осложняется развитием пиелонефрита. Данное заболевание чаще встречается у женщин, пожилых мужчин. У беременных женщин бактериурия выявляется в пять раз чаще, чем у небеременных. У 70 % беременных причиной пиелонефрита являются бактерии Escherichia coli. Усугублению и развитию восходящей инфекции мочевыводящих путей и почек способствует глюкозурия. Группами риска по развитию пиелонефрита являются больные уретритом, циститом, пиелоциститом, уретеритом, мочекаменной болезнью, пациенты после инструментального и хирургического вмешательства на мочевыводящих путях. В развитии инфекции почек и мочевыводящих путей также могут играть роль дрожжеподобные гриба рода Candida.

Необходимо отметить, что для диагностики бактериурии исследуется средняя порция первой утренней мочи. Важно проводить тщательный туалет наружных половых органов, использовать стерильную посуду для сбора мочи для исключения ложноположительных результатов. Такие бактерии, как гонококки, стрептококки и микобактерии туберкулеза не образуют нитритов. Следовательно, реакция на нитриты в данном случае будет отрицательна. У детей грудного возраста моча не содержит нитритов. Поэтому для подтверждения бактериальной инфекции рекомендуется использовать бактериологическое исследование мочи.

Бактериологическое исследование мочи (посев мочи на микрофлору) с использованием специфических питательных сред рекомендуется взрослым и детям для подтверждения инфекции почек и мочевыводящих путей, для выявления и выделения возбудителя инфекционного процесса. Это микробиологическое исследование, позволяющее определить состав микрофлоры исследуемой мочи, выявить условно-патогенные и патогенные микроорганизмы.

 Для подбора эффективной терапии против конкретного возбудителя производится последующее определение чувствительности к антибиотикам. При обнаружении микроорганизмов, составляющих нормальную микрофлору, или условно-патогенных микроорганизмов в титре менее диагностического чувствительность к антибиотикам и бактериофагам не определяется, так как это количество не является значимым и не требует лечения противомикробными препаратами.

Для чего используется исследование?

• Для диагностики инфекционных процессов мочевыводящих путей: уретрита, цистита, уретерита;
• для диагностики инфекционных процессов почек: острого и хронического пиелонефрита, абсцесса почки;
• для определения возбудителя инфекционного процесса и подбора эффективной противомикробной терапии.

Когда назначается исследование?

• При симптомах инфекционно-воспалительных процессов почек и мочевыводящих путей: болезненное мочеиспускание, рези в нижней части живота, преобладание ночного диуреза над дневным, анурез, персистирующая субфебрильная температура утомляемость, слабость, головные боли, похудение, тошнота;
• при бессимптомном течении заболевания, при подозрении на вялотекущий или хронический инфекционный процесс;
• пациентам после инструментального и хирургического вмешательства на мочевыводящих путях;
• мужчинам с аденомой предстательной железы и простатитом;
• больным с мочекаменной болезнью;
• пациентам с хроническими заболеваниями, гипертонической болезнью, сахарным диабетом;
• детям с 4 лет в целях диспансеризации;
• пациентам старше 70 лет;
• женщины после преждевременных родов, выкидыша, аборта.

Что означают результаты?

Референсные значения

1. Общий анализ мочи с микроскопией

Цвет: от соломенно-желтого до желтого.

Прозрачность: прозрачная.

Белок: не обнаружено или менее 0,1 г/л.

Глюкоза: не обнаружено.

Билирубин: не обнаружено.

Уробилиноген: не обнаружено или следы.

Кетоновые тела: не обнаружено.

Нитриты: не обнаружено.

Реакция на кровь: не обнаружено.

Удельный вес: 1.003 – 1.030.

Реакция: 5.0 – 7.5.

Исследование осадка мочи

• Бактерии: не обнаружены или небольшое количество.

• Эпителий плоский 

Пол	Референсные значения
Мужской	0 – 9 клет./мкл
Женский	0 – 15 клет. /мкл

• Лейкоциты

Пол	Референсные значения
Мужской	0 – 16,5 клет./мкл
Женский	0 – 27,5 клет./мкл

• Эритроциты: 0 – 11 клет./мкл.
• Цилиндры: отсутствуют.
• Слизь: небольшое количество.
• Кристаллы (оксалаты): отсутствуют.

2. Посев на аэробную и факультативно-анаэробную флору

Выдается заключение об обнаружении / необнаружении нормальной и условно-патогенной флоры.

Причины обнаружения – роста флоры:

• острый или хронический пиелонефрит;
• абсцесс почки;
• уретерит;
• цистит;
• уретрит.

Результат бактериологического исследования положительный – присутствие роста колоний микроорганизмов на жидкой или плотной питательной среде.

Причины необнаружения – отсутствия роста флоры:

• отсутствие инфекционного процесса;
• ложноотрицательный результат.

Результат бактериологического исследования отрицательный – отсутствие роста колоний микроорганизмов.

Также рекомендуется

[02-029] Клинический анализ крови: общий анализ, лейкоцитарная формула, СОЭ (с микроскопией мазка крови при выявлении патологических изменений)

[02-041] Клинический анализ крови с микроскопией лейкоцитарной формулы

[02-006] Общий анализ мочи с микроскопией

[06-004] Альбумин в сыворотке

[06-021] Креатинин в сыворотке (с определением СКФ)

[06-034] Мочевина в сыворотке

[06-035] Белок общий в сыворотке

[40-184] Лабораторное обследование при пиелонефрите

Кто назначает исследование?

Инфекционист, врач общей практики, терапевт, уролог, нефролог, педиатр, акушер-гинеколог, хирург.

Литература

1. Долгов В.В., Меньшиков В.В. Клиническая лабораторная диагностика: национальное руководство. – Т. I. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 928 с.
2. Миронова И.И., Романова Л.А., Долгов В.В. Общеклинические исследования: моча, кал, ликвор, эякулят. – М.-Тверь: ООО «Издательство «Триада», 2005. – 206 с., 218 ил.
3. Chernecky С.С. Laboratory tests and diagnostic procedures /  С.С. Chernecky, B.J. Berger ; 5th ed. – St Louis : Saunders Elsevier, 2008. – 1232 p.
4. Fauci, Braunwald, Kasper, Hauser, Longo, Jameson, Loscalzo Harrison’s principles of internal medicine, 17th edition, 2009.

Паранеопластические синдромы. Механизмы, клиника, терапия.

Герпесовидный дерматит Дюринга – симметричный пузырный дерматоз, очень похож на проявления герпесной инфекции. Это поражение кожи, когда на одном участке разные стадии поражения. Подвержено инфицированию и не поддается лечению.

Акрокератоз Базекса – облигатный синдром. Если поставлен диагноз Акрокератоз, то обязательно надо проводить онкологический поиск.
Ладонно-подошвенный гиперкератоз, когда гиперкератоз формируется только на подошвах и на ладонях. Сначала кожа утолщается, потом она сходит по типу носков и перчаток и остается тонкий слой кожи, который быстро поражается, появляются ссадины, царапины
Панникулит Вебера (асептическое воспаление ПЖК) – развитие склеротической ткани с рубцами. При пальпации живота под пальцами пальпируются утолщенные участки клетчатки.
Пушковый гипертрихоз, когда пациент очень быстро покрывается волосами.
Вульгарная пузырчатка. Характеризуется появлением на внешне неизменной коже или слизистых оболочках напряженных пузырей величиной с горошину, лесной орех и более, с прозрачным, постепенно мутнеющим содержимым. Пузыри вскрываются, образуя ярко-красные эрозии, или подсыхают, превращаясь в корку. На месте регрессировавших элементов остается стойкая пигментация.
На поверхности эрозий образуются вегетации, покрытые серовато-белым налетом или корками. По периферии очагов поражения отмечается наличие отслаивающегося в виде воротничка эпителия и единичных свежих пузырей.
В большинстве случаев диагностика пузырчатки затруднений не представляет. Положительный симптом Никольского и нахождение акантолитических клеток при цитологическом исследовании подтверждают предполагаемый диагноз.
Пузырчатку следует дифференцировать с дерматитами, герпетиформным дерматитом Дюринга

Суставные проявления
Наиболее частыми являются ревматоидный артриты – до 13%, возникающий на фоне рака ЖКТ, легких, гемобластозы.
Гиперторофическая остеоартропатия ранний симптом, аутоимунного генеза. У пациента появляются резкие боли в костях, обусловленные увеличением надкостницей. Ногти изменяются по типу «часовых стекол», пальцы по типу «барабанных палочек». Связь с раком плевры и легких – 50%, гемобластозы.

Поражение кроветворной системы
Анемия может быть как первичной, так и вторичной. Если опухоль выросла и начинает подкравливать, у пациента кровотечение, то речь идет о том, что это вторичная анемия. Если поражается кроветворная система вследствие измененного метаболизма, то тогда нарушается эритропоэз и развивается анемия развивается как паранеопластическое состояние.
Поражение кроветворной системы, простаты, яичников, желудка. Основа – нарушение эритропоэза.
Лейкемоидные реакции – это состояния, когда растет количество лейкоцитов.  Лейкоцитоз может быть до 20-30.  На 6-8 месяцев может опережать основное заболевание. Патогенез аутоиммунный. Гепатоспленомегалия. Чаще описано при поражении желудка и бронхов.
Тромбоцитопеническая пурпура – снижается количество тромбоцитов, у пациента появляются геморрагические высыпания, лихорадка, нарушения ЦНС, анемия, слабость, утомляемость, похудение, кровотечения. Связь с лимфомами, лимфогранулематоз.

Сосудистые расстройства
Тромбозы 50% случаев возникают у пожилых – это онкопатология, связанная с раком внутренних органов. Когда возникают мигрирующие тромбофлебиты, всегда должен быть онкопоиск.  Нет эффекта от антикоагулянтов и должны настораживать мигрирующие тромбофлебиты.
Гипокоагуляция приводит к тому, что появляются различные кровоизлияния разного размера, темно-красные, не исчезающие при надавливании. Может появляться кровохарканье, кровавая рвота, стул. Может появляться при раке поджелудочной, легких и желудка.

Энцефалопатия
Поражение белого вещества (лейкоэнцефалопатия). У пациента развиваются гемипарезы, афазии, дефекты полей зрения. Чаще всего описаны при гемобластозах. Прогноз неблагоприятный. В случае успешного лечения опухоли, поражение белого вещества может прогрессировать или оставаться на прежнем уровне. 
Поражение серого вещества (полиоэнцефалопатия). У пациента возникают психические симптомы (интеллект, память, деменция). Чаще сопровождают рак легких, яичников.

Поражение нервной системы
Прогрессирующие миелопатии и нейромиопатии. Описано, что эти состояния у пациентов до 50 лет возникают реже – 18-20%, старше 50 лет – 33%.
Развитие прогрессирующих состояний имеют неблагоприятный прогноз.

Эндокринные нарушения
У пациента формируется гипогликемия. Медленное развитие или в виде приступов. Если у пациента был сахарный диабет, то может произойти псевдонормализация сахара. Надо помнить, куда уходит глюкоза. Уходит на опухолевый рост.
Синдром Иценко-Кушинга развивается в небольшом проценте (4%) и он развивается в неполной своей клинической картине. Начало острое, совместно с остеопорозом и кожными проявлениями.
Гипер- и гипотиреоз происходит в 18-24% случаев
Гинекомастия двусторонняя
Необходим проводить дифференциальную диагностику с гипертиреозом, циррозом, лекарственными поражениями.

Другие органы
Поражение почек (62%) в виде нефротического синдрома из-за формирования сопутствующего гломерулонефрита или амилоидоза. Протеинурия 3-5г/сут.  Некомпенсированные потери белка. Описаны при раке бронхов у мужчин старше 50 лет, ЖКТ, ЛГМ, гортани, молочной железы.
Амилоидоз может быть самостоятельным заболеванием, относится к болезням накопления, имеет аутоиммунный патогенез. Также он может быть вторичный, в рамках паранеопластического синдрома. Наблюдается макроглоссия, увеличение подчелюстные лимфоузлов, нарушение речи, псевдосклеродермия. Первичный амилоидоз требует дифференциальной диагностики с лимфогранулематозом, миеломной болезнью и в рамках паранеопластического синдрома он чаще всего сочетается с раком матки.

Патологический гомеостаз
Гиперкортицизм (АКТГ) – синдром Иценко-Кушинга. Опухоль сама может продуцировать гормоноподобные вещества. На начальном этапе опухоль растет, для чего она берет различные питательные вещества из организма, а далее она может начать вести себя активно и продуцировать различные вещества, они не называются гормонами, т. к. опухоль – это не эндокринный орган, они называются гормоноподобными веществами. И именно они дают клинику.

В 60% случаев это связано с бронхокарциномой, также описано в 10% случаев при раке поджелудочной железы.
Может быть гиперурикемия в рамках патологического гомеостаза. Повышается уровень мочевой кислоты. Носит вторичный характер.
Гиперкальциемия (паратгормоноподобное вещество) – чаще при раке легких, почек, простаты и яичника. Могут формироваться кислотозависимые заболевания, запоры, анорексия, диспепсия, острые пептические язвы, панкреатит. Носят упорный характер, плохо поддаются лечению, рецидивируют. Гиперкальциемия приводит к формированию полиурии, нефролитиаза, хронической почечной недостаточности. Пациент страдает от утомляемости, слабости, снижении рефлексов, депрессии, психопатии, нарушения проводимости сердца.
Синдром Швартца-Барттера – опухоль продуцирует антидиуретическое гормоноподобное вещество и пациента возникает водная интоксикация, астения, тошнота, рвота, выраженные психические расстройства. Описана связь с опухолью легких, молочной железы, желудка, головного мозга.
Эритремия — при данном состоянии повышен гемоглобин. Такое состояние чаще всего связано с cраком почек, печени. Эритремия может приводить к неврологическим и кожным проявлениям, возникают головные боли, парестезии, психозы, расстройство сна, зуд.
Синдром Золлингера-Эллисона – связан с повышенной продукцией гастрина. Формируются множественные рецидивирующие язвы желудка и 12 перстной кишки, которые связаны не с обычным патогенетическим развитием язвенной болезни, а связаны они с опухолью островковой части поджелудочной железы.
Атипичный карциноидный синдром – при поражении кишечника, когда первично онкологическое поражение кишечника и который дает метастазы в бронхи – бронхоспазм, кашель, Опухоль продуцирует серотонин, возникают серотониновые кризы (профузные поносы, боли в животе, бронхоспазм). Чаще всего описано при раке легких, желудка, поджелудочной железы.

Циклы положительной и отрицательной обратной связи: объяснение и примеры

Обратная связь определяется как информация, полученная о реакции на продукт, которая затем позволяет модифицировать продукт. Петли обратной связи — это процесс, в котором изменение системы приводит к срабатыванию сигнализации, которая приводит к определенному результату. Этот результат либо увеличит изменения в системе, либо уменьшит их, чтобы вернуть систему в нормальное состояние. Остается несколько вопросов: как работают эти системы? Что такое положительный отзыв? Что такое отрицательный отзыв? Где мы находим эти системы в природе? В этом посте мы рассмотрим положительные и отрицательные циклы обратной связи с примерами каждого из них.

Что мы анализируем

Петли обратной связи

Биологические системы работают на основе механизма входов и выходов, каждый из которых вызывается определенным событием. Петля обратной связи — это биологическое явление, когда выход системы усиливает систему (положительная обратная связь) или тормозит систему (отрицательная обратная связь). Петли обратной связи важны, потому что они позволяют живым организмам поддерживать гомеостаз . Гомеостаз позволяет нам поддерживать нашу внутреннюю среду относительно постоянной — не слишком жарко или слишком холодно, не слишком голодно или устало. Уровень энергии, необходимый организму для поддержания гомеостаза, зависит от типа организма, а также от среды, в которой он обитает.

Положительная и отрицательная обратная связь у отдельных лиц

Рассмотрим хладнокровную рыбу, которая сохраняет свою температуру на том же уровне, что и вода вокруг нее. Этой рыбе не нужно контролировать внутреннюю температуру. Сравните это с теплокровным китом в той же среде. Ему необходимо поддерживать температуру своего тела выше, чем температура воды вокруг него, поэтому он будет тратить больше энергии на регулирование температуры.

Это разница между эктотермами и эндотермами : экзотерм использует температуру окружающей среды для контроля своей внутренней температуры (например, рептилии, амфибии и рыбы), тогда как эндотерм использует гомеостаз для поддержания своей внутренней температуры. Эндотермы могут поддерживать свой метаболизм с постоянной скоростью, обеспечивая постоянное движение, реакцию и внутренние процессы, тогда как экзотермы не могут поддерживать свой метаболизм с постоянной скоростью. Это означает, что их движение, реакция и внутренние процессы зависят от адекватного внешнего тепла, но это также означает, что им требуется меньше энергии в виде пищи, поскольку их тела не сжигают топливо постоянно.

Петли положительной и отрицательной обратной связи в экосистемах

Петли обратной связи также могут проявляться в большей степени: на уровне экосистемы поддерживается форма гомеостаза. Хорошим примером этого является цикл популяций хищников и жертв: бум популяций жертв будет означать больше пищи для хищников, что приведет к увеличению численности хищников. Затем это приведет к чрезмерному хищничеству, и популяция добычи снова сократится. Популяция хищников в ответ уменьшится, ослабив давление на популяцию добычи и позволив ей прийти в норму.

Другим примером является то, что известно как «эволюционная гонка вооружений», когда хищник и его жертва постоянно пытаются превзойти друг друга. Одним из таких отношений является отношение нектароядных птиц к цветам, которыми они питаются. У птиц развиваются длинные клювы, чтобы получить доступ к нектару внутри цветка. В ответ цветок приобретает все более и более длинную трубчатую форму, пытаясь помешать птице добраться до нектара. Птица отвечает, развивая еще более длинный клюв. И так продолжается.

Источник изображения: Wikimedia Commons

Рисунок 1. Тенденции популяций хищников и жертв.

Петли положительной обратной связи

Петля положительной обратной связи возникает в природе, когда продукт реакции приводит к усилению этой реакции. Если мы посмотрим на систему, находящуюся в гомеостазе, петля положительной обратной связи отдаляет систему от цели равновесия. Он делает это, усиливая эффект продукта или события, и возникает, когда что-то должно произойти быстро.

Пример 1: Созревание фруктов

В природе существует удивительный эффект, когда дерево или куст внезапно созревают со всеми своими фруктами или овощами без какого-либо видимого сигнала. Это наш первый пример петли положительной биологической обратной связи. Если мы посмотрим на яблоню, на которой много яблок, кажется, что за одну ночь все они переходят от незрелых к спелым, а затем к перезрелым. Это начнется с первого созревшего яблока. После созревания он выделяет через кожу газ, известный как этилен (C ₂ H ₄ ). Под воздействием этого газа созревают и яблоки рядом с ним. После созревания они тоже производят этилен, который продолжает созревать в остальной части дерева, создавая эффект, очень похожий на волну. Эта петля обратной связи часто используется при производстве фруктов, когда яблоки подвергаются воздействию искусственного газа этилена, чтобы ускорить их созревание.

Рисунок 2: Процесс созревания яблок представляет собой петлю положительной обратной связи.

Пример 2: Роды

В начале родов головка ребенка опускается вниз, что приводит к повышенному давлению на шейку матки. Это стимулирует рецепторные клетки посылать химический сигнал в мозг, позволяя высвобождать окситоцин. Этот окситоцин диффундирует к шейке матки через кровь, где он стимулирует дальнейшие сокращения. Эти сокращения стимулируют дальнейший выброс окситоцина, пока ребенок не родится.

Рисунок 3: Схватки во время родов возникают в результате положительной обратной связи.

Пример 3: Свертывание крови

При разрыве или повреждении ткани выделяется химическое вещество. Это химическое вещество вызывает активацию тромбоцитов в крови. Как только эти тромбоциты активируются, они выделяют химическое вещество, которое сигнализирует об активации большего количества тромбоцитов, пока рана не свернется.

Рис. 4. Процесс свертывания крови в ране представляет собой петлю положительной обратной связи.

Петли отрицательной обратной связи

Петля отрицательной обратной связи возникает в биологии, когда продукт реакции приводит к ослаблению этой реакции. Таким образом, петля отрицательной обратной связи приближает систему к цели стабильности или гомеостаза. Петли отрицательной обратной связи отвечают за стабилизацию системы и обеспечивают поддержание устойчивого стабильного состояния. Реакция регулирующего механизма противоположна выходу события.

Пример 1: Регулирование температуры

Регулирование температуры у человека происходит постоянно. Нормальная температура человеческого тела составляет приблизительно 98,6°F. Когда температура тела поднимается выше этого значения, в организме начинают потеть два механизма, и происходит расширение сосудов, что позволяет большей площади поверхности крови подвергаться воздействию более прохладной внешней среды. Когда пот охлаждается, он вызывает испарительное охлаждение, а кровеносные сосуды вызывают конвективное охлаждение. Нормальная температура восстанавливается. Если эти механизмы охлаждения продолжатся, тело станет холодным. Механизмы, которые затем срабатывают, — это образование мурашек по коже и сужение сосудов. Мурашки у других млекопитающих приподнимают волосы или мех, позволяя сохранять больше тепла. У людей они стягивают окружающую кожу, уменьшая (незначительно) площадь поверхности, с которой теряется тепло. Вазоконстрикция гарантирует, что только небольшая площадь поверхности вен подвергается воздействию более низкой температуры наружного воздуха, сохраняя тепло. Нормальная температура восстанавливается.

Рисунок 5: Процесс терморегуляции у человека представляет собой петлю отрицательной обратной связи.

Пример 2: Регуляция кровяного давления (барорефлекс)

Кровяное давление должно оставаться достаточно высоким, чтобы перекачивать кровь во все части тела, но не настолько высоким, чтобы при этом причинить вред. Пока сердце работает, барорецепторы определяют давление крови, проходящей через артерии. Если давление слишком высокое или слишком низкое, химический сигнал отправляется в мозг через языкоглоточный нерв. Затем мозг посылает химический сигнал сердцу, чтобы отрегулировать скорость перекачивания: если кровяное давление низкое, частота сердечных сокращений увеличивается, а если артериальное давление высокое, частота сердечных сокращений уменьшается.

Пример 3: Осморегуляция

Осморегуляция относится к контролю концентрации различных жидкостей в организме для поддержания гомеостаза. Мы снова рассмотрим пример рыбы, живущей в океане. Концентрация соли в воде, окружающей рыбу, намного выше, чем в жидкости, содержащейся в рыбе. Эта вода попадает в рыбу путем диффузии через жабры, при потреблении пищи и при питье. Кроме того, поскольку концентрация соли снаружи выше, чем внутри рыбы, происходит пассивная диффузия соли в рыбу и воды из рыбы. Когда концентрация соли в рыбе слишком высока, ионы соли должны высвобождаться посредством экскреции. Это происходит через кожу и с очень концентрированной мочой. Кроме того, высокие уровни солей в крови удаляются посредством активного транспорта хлорид-секретирующими клетками в жабрах. Таким образом поддерживается правильная концентрация соли.

Рисунок 6: Процесс осморегуляции у морских рыб представляет собой постоянную отрицательную обратную связь.

Положительная и отрицательная обратная связь

Основное различие между положительной и отрицательной обратной связью заключается в их реакции на изменение: положительная обратная связь усиливает изменения, а отрицательная обратная связь уменьшает их. Это означает, что положительная обратная связь приведет к большему количеству продукта: больше яблок, больше сокращений или больше тромбоцитов. Отрицательная обратная связь приведет к меньшему количеству продукта: меньшему количеству тепла, меньшему давлению или меньшему количеству соли. Положительная обратная связь движется от целевой точки, а отрицательная обратная связь движется к цели.

  Почему важна обратная связь?

Без обратной связи гомеостаз невозможен. Это означает, что организм теряет способность к саморегуляции своего тела. Механизмы отрицательной обратной связи более распространены в гомеостазе, но петли положительной обратной связи также важны. Изменения в петлях обратной связи могут привести к различным проблемам, включая сахарный диабет.

Рисунок 7: При нормальном цикле глюкозы повышение уровня глюкозы в крови, определяемое поджелудочной железой, приводит к тому, что бета-клетки поджелудочной железы выделяют инсулин до тех пор, пока не будет достигнут нормальный уровень глюкозы в крови. В то время как при обнаружении низкого уровня глюкозы в крови альфа-клетки поджелудочной железы выделяют глюкагон, чтобы поднять уровень глюкозы в крови до нормального уровня.

При диабете 1 типа бета-клетки не работают. Это означает, что когда уровень глюкозы в крови повышается, выработка инсулина не запускается, и поэтому уровень глюкозы в крови продолжает расти. Это может привести к таким симптомам, как помутнение зрения, потеря веса, гипервентиляция, тошнота и рвота, среди прочих. При диабете 2 типа хронический высокий уровень глюкозы в крови возникает в результате неправильного питания и отсутствия физических упражнений. Это приводит к тому, что клетки больше не распознают инсулин, и поэтому уровень глюкозы в крови продолжает расти.

Завершение циклов положительной и отрицательной обратной связи

Петли обратной связи — это биологические механизмы, посредством которых поддерживается гомеостаз. Это происходит, когда продукт или результат события или реакции изменяет реакцию организма на эту реакцию. Положительная обратная связь возникает, чтобы увеличить изменение или результат: результат реакции усиливается, чтобы он происходил быстрее. Отрицательная обратная связь возникает, чтобы уменьшить изменение или результат: результат реакции уменьшается, чтобы вернуть систему в стабильное состояние. Некоторыми примерами положительной обратной связи являются сокращения при рождении ребенка и созревании плода; примеры отрицательной обратной связи включают регуляцию уровня глюкозы в крови и осморегуляцию.

Ищете практику биологии?

Начните подготовку к биологии вместе с Альбертом. Начните подготовку к экзамену AP® сегодня .

Заинтересованы в школьной лицензии?​

Пригласите Альберта в свою школу и предоставьте всем учителям лучший в мире банк вопросов для:

➜ SAT® и ACT®
➜ AP®
➜ ELA, математика, естественные науки и социальные науки
➜ State Assessments

Варианты для учителей, школы, районы.

ИССЛЕДУЙТЕ ВАРИАНТЫ

Гомеостаз и нервная система — научный улей

Гомеостаз описывает, как условия внутри организма поддерживаются постоянными, чтобы поддерживать работу клеток. Нервная система отвечает за поддержание гомеостаза и состоит из нейронов, которые соединяют наши органы чувств (например, глаза и кожу) с нашим мозгом.

Гомеостаз

Очень важно, чтобы условия внутри нашего тела остаются довольно стабильными . Если бы температура или рН внутри наших клеток постоянно колебались, это нанесло бы ущерб ферментам внутри. Ферменты денатурируют и не смогут катализировать важные химические реакции, происходящие внутри организмов. Гомеостаз — это поддержание постоянной внутренней среды , чтобы клетки могли эффективно функционировать.

В организме человека внутренних условий которые поддерживается постоянным :

Гомеостаз осуществляется нашей нервной системой и химическими реакциями :

• Клетки, называемые рецепторами обнаруживают стимулов (изменения в окружающей среде).

• Координационные центры (такие как головной мозг, спинной мозг и поджелудочная железа) получают и обрабатывают информацию от рецепторов.

• Эффекторы (такие как мышцы или железы) вызывают около ответов , которые восстанавливают организм до оптимального уровня.

Например, если вы окажетесь на улице в холодный день, температура вашего тела может начать падать. Рецепторы в вашем теле, которые определяют температуру, регистрируют это падение температуры тела и отправляют эту информацию в мозг . Мозг обработает информацию и отправит импульсов в различные эффекторных органов для выполнения ответов , который повысит температуру нашего тела. Эти реакции могут включать в себя дрожащих мышц , суженных кровеносных сосудов и волосков на нашей коже, встающих дыбом . Эти реакции помогут нам согреться и восстановить температуру тела до оптимального уровня.

Структура и функция нервной системы

Мы постоянно реагируем на окружающую среду – такие действия, как бег за автобусом, приветствие другу, которого вы встретили на улице, или падение раскаленного предмета все участвуют стимуляция нашей нервной системой . Наша нервная система позволяет нам реагировать на наше окружение и координировать наше поведение соответствующим образом.

Нервная система обнаруживает изменения в окружающей среде (известные как стимулов ) с помощью клеток, называемых рецепторами. Рецепторы чувствительны к ряду различных аспектов окружающей среды, таких как свет, давление (прикосновение) и химические вещества в воздухе (запах). Когда рецепторы обнаруживают определенные раздражители, они подают сигнал координационный центр путем инициирования электрического импульса через нейрон (нервную клетку). Нейрон, который посылает электрический импульс от рецептора в органе чувств к координационному центру, называется сенсорным нейроном . Координационный центр получает импульсы от различных рецепторов по всему телу, обрабатывает информацию и координирует реакцию, посылая сигналы другим частям тела. Координационные центры включают головной мозг , спинной мозг и поджелудочная железа . Эти органы передают сигнал эффектору (мышце или железе), высвобождая электрический импульс вдоль моторного нейрона . Стимуляция эффектора вызовет такую ​​реакцию, как сокращение мышц или высвобождение гормонов.

Этот процесс происходит, когда нам необходимо немедленно отреагировать на вредные раздражители в окружающей среде, например случайное прикосновение к горячему предмету. Эти бессознательные реакции называются рефлекторными действиями и защищают наше тело от вреда посредством скоординированного ответа, который обходит мозг. Информация отправляется непосредственно в спинной мозг , где электрический импульс передается от сенсорного нейрона к моторному нейрону через релейный нейрон . Рефлекторные действия чрезвычайно быстры и не требуют сознательного участия мозга.

Мозг (только тройная наука)

Мозг контролирует сложное поведение , такое как речь и рассуждения. Он состоит из миллиардов взаимосвязанных нейронов и имеет разные области, выполняющие разные функции.

Мозг можно разделить на определенные области, которые выполняют определенные функции. Большая часть нашего мозга состоит из cerebrum , который находится в верхней части головного мозга. Он разделен на два полушария головного мозга , соединенные вместе полосой нервных волокон, называемой мозолистым телом . Тонкий внешний слой головного мозга называется корой головного мозга . Он сильно сложен, что придает ему действительно большую площадь поверхности. Головной мозг участвует в «высших функциях мозга», таких как обработка языка, зрение, мышление и эмоции .

мозжечок — листовидная структура, расположенная в задней части мозга. Он расположен под головным мозгом и сильно изогнут. Он играет важную роль в движении и балансе . Такие вещи, как обучение езде на велосипеде или движения, связанные с письмом, требуют большого участия мозжечка.

Прямо у основания головного мозга и над спинным мозгом находится структура, называемая продолговатым мозгом . Он участвует в бессознательных процессах , таких как регуляция частоты дыхания и частоты сердечных сокращений.

Неврологи смогли исследовать функций областей мозга различными способами:

МРТ

используется для определения функции различных структур головного мозга.

• Изучение пациентов с повреждением головного мозга – например, люди, которые потеряли определенную функцию , например способность говорить, могут пройти сканирование мозга . Любые участки мозга с повреждением на сканограмме, вероятно, участвуют в формировании языка.

• Электрическая стимуляция – можно стимулировать различные области мозга слабым электрическим током и наблюдать за эффектами . Например, если стимуляция определенной области мозга приводит к непроизвольному движению мышцы руки, мы можем заключить, что эта область мозга участвует в движении.

• МРТ-сканирование – МРТ-сканеры используют магнитных полей и радиоволн для получения высокодетализированных изображений головного мозга. Пациентов просят выполнить задачу в МРТ-сканере, и ученые могут посмотреть на МРТ-сканирование, чтобы увидеть , какие области мозга активированы . Например, если определенные области головного мозга загораются, когда человек внутри сканера решает математические задачи, мы можем определить, что головной мозг участвует в математических рассуждениях и вычислениях.

Повреждения и заболевания головного мозга могут быть трудно поддающимися лечению . Одним из немногих вариантов лечения является операция на головном мозге , которая сопряжена с большим риском . Однако, если расстройство головного мозга не лечить, оно может стать хуже и снизить качество жизни пациента. Поэтому медицинский персонал взвесит все «за» и «против» операции на головном мозге, прежде чем принять решение о проведении процедуры.

Глаз (только тройная наука)

Глаз — это орган чувств , содержащий рецепторов , которые определяют цвет и интенсивность света. Свет, попадающий в наш глаз, улавливается сетчаткой в задней части нашего глаза. Сетчатка содержит рецепторы для обнаружения интенсивности света и цвета (палочки и колбочки) и преобразует свет в электрический импульс . зрительный нерв посылает электрический импульс в мозг .

Мышцы диафрагма контролируют количество света, попадающего в глаз, в зависимости от того, находимся ли мы в ярком или тусклом помещении. Это сокращение мышц является примером рефлекторного действия — быстрого, непроизвольного ответа на окружающую среду.

Другие важные структуры глаза включают:

• Роговица – преломляет свет, когда он попадает в наш глаз

• Хрусталик – дополнительно преломляет свет и позволяет нам фокусироваться на объектах 9 0003

• Склера – прочный защитный слой, покрывающий глаз и предохраняющий его от травм

Размер нашего зрачка регулируется в зависимости от условий освещения вокруг.

 В ярком свете круговые мышцы радужной оболочки сокращаются, а радиальные мышцы расслабляются, уменьшая зрачки и пропуская меньше света в глаза. В тусклом свете круговые мышцы расслабляются (в то время как радиальные мышцы контактируют), делая наши зрачки шире и пропуская больше света в наш глаз.

 Линза — это структура позади нашего зрачка, которая преломляет (преломляет) свет, чтобы сфокусировать его на сетчатке.

• Когда мы фокусируемся на объекте, который находится рядом с нами , линза становится на толще для более сильного преломления света.

• Когда мы фокусируемся на объекте дальше в нашем поле зрения, хрусталик становится на тоньше для менее сильного преломления света.

Форма хрусталика контролируется круглым кольцом мышц, называемым цилиарная мышца , которые соединены с поддерживающими связками .

• Когда цилиарные мышцы сокращаются , поддерживающие связки ослабляются , что увеличивает толщину хрусталика, помогая сфокусироваться на объекте, находящемся близко в поле зрения.

• С другой стороны, когда ресничные мышцы расслабляются , поддерживающие связки напрягаются , что делает хрусталик тоньше, чтобы фокусироваться на удаленных объектах.

 Двумя распространенными дефектами глаз являются близорукость (близорукость) и дальнозоркость (дальнозоркость). В этих условиях линза не фокусирует лучи света на сетчатке . Это лечится с помощью очков (очковых линз), которые преломляют световые лучи так, что они фокусируются на сетчатке. Новые технологии теперь включают жесткие и мягкие контактные линзы , лазерная хирургия для изменения формы роговицы и сменная линза в глазу.

Контроль температуры тела (только тройная наука)

Температура тела отслеживается и контролируется терморегуляторным центром в головном мозге. Центр терморегуляции содержит рецепторы, называемые терморецепторами , которые чувствительны к изменениям температуры крови . Кожа также содержит терморецепторы и может посылать нервные импульсы в центр терморегуляции головного мозга при изменении температуры кожи.

Температура тела всегда поддерживается в пределах узкого диапазона температур выше и ниже 37 ^o C . Если температура тела повышается слишком сильно, центр терморегуляции обнаруживает это повышение и посылает нервные импульсы к эффекторам (мышцам или железам), которые выполняют группу реакций для снижения температуры нашего тела. Например, кровеносные сосуды начнут расширяться ( vasodilation ), что позволяет большему количеству тепловой энергии излучаться из тела, а потовые железы увеличивают выработку пота , который охлаждает нас. Эти ответы увеличивают передачу энергии от кожи к окружающей среде.

С другой стороны, если температура нашего тела становится слишком низкой, центр терморегуляции посылает импульсы к эффекторным органам, что приводит к сужению сосудов , снижению потоотделения и дрожи . Вазоконстрикция — это сужение кровеносных сосудов, что приводит к меньшей потере тепла за счет излучения. Дрожь возникает, когда скелетные мышцы сокращаются, что означает, что они должны выполнять больше аэробного дыхания , которое производит тепла в качестве побочного продукта. Эти реакции уменьшают передачу энергии от нашей кожи в окружающую среду и помогают нам согреться.

Знаете ли вы…

В мозгу больше соединений (синапсов), чем звезд в нашей галактике Млечный Путь. Связи между клетками мозга образуют нервные пути, которые позволяют нам осуществлять сложное поведение.

No related posts.