47440

Гомеостаз и его проявление на разных уровнях организации биосистем

Лекция

Медицина и ветеринария

Понятие гомеостаза Основные компоненты гомеостаза. Системные механизмы гомеостаза. Эндокринные механизмы гомеостаза.

Русский

2013-11-29

62.5 KB

65 чел.

Лекция 19. Тема: Гомеостаз и его проявление на разных уровнях организации биосистем.

План.

1. Понятие гомеостаза

2. Основные компоненты гомеостаза.

2.1. Клеточный и молекулярно-генетический уровни.

2.2. Системные механизмы гомеостаза.

3. Эндокринные механизмы гомеостаза.

4. Иммунные механизмы гомеостаза. Эволюция иммунной системы.

4.1. Становление и развитие иммунологии. Современное определение иммунитета.

4.2. Иммунная система млекопитающих и человека.

4.3. Нарушения гомеостаза, связанные с дефектами иммунной системы.

5. Иммуногенетика.

6. Общие закономерности гомеостаза.

7. Биологические ритмы

1. Понятие гомеостаза

Одно из основных свойств всего живого — способность сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды. Это свойство получило название гомеостаза. Гомеостаз выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций в организмах растений, животных, человека. Гомеостаз каждого индивидуума специфичен и обусловлен его генотипом.

Регуляторные гомеостатические механизмы функционируют на клеточном, органном, организменном и надорганизменном уровнях.

Знание этих закономерностей необходимо для будущего врача, так как сама болезнь является следствием нарушения механизмов гомеостаза у человека и путей его восстановления. Живые организмы представляют собой открытые системы, имеющие множество связей с окружающей средой. Эти связи осуществляются через посредство нервной, пищеварительной, дыхательной, выделительной систем.

Изменения в окружающей среде вызывают прямо или опосредованно какие-то изменения в функциях организма, однако эти отклонения происходят в сравнительно узких пределах благодаря процессам саморегуляции, а затем восстанавливается исходное состояние. Таким образом, понятие гомеостаза не связано со стабильностью процессов. В ответ на действие внешних факторов происходит некоторое изменение физиологических показателей, а включение регуляторных систем обеспечивает поддержание относительного постоянства внутренней среды. Способность к поддержанию постоянства внутренней среды представляет собой свойство, выработавшееся в процессе эволюции и наследственно закрепленное.

2. Основные компоненты гомеостаза.

2.1. Клеточный и молекулярно-генетический уровни.

Клетка является сложной биологическои системой, которой присуща саморегуляция.  Установление гомеостаза клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с которыми связаны биоэнергетические процессы и регулирование транспорта веществ в клетку и из нее. В клетке непрерывно идут процессы изменения и восстановления органоидов. Это происходит и в обычных условиях среды, но особенно интенсивно при действии различных повреждающих факторов (изменение температуры, гипоксия, недостаток питательных веществ).

В основе реакций, осуществляемых в клетке на ультраструктурном уровне, лежат генетические механизмы гомеостаза.

Важнейшее свойство живого — самовоспроизведение — основано на процессе редупликации ДНК. Репарация играет важнейшую роль в восстановлении структуры генетического материала и сохранении нормальной жизнеспособности клетки. При повреждении механизмов репарации происходит нарушение гомеостаза как на клеточном, так и на организменном уровнях.

Важным механизмом сохранения гомеостаза является диплоидное состояние соматических клеток у эукариот. Стабилизация сложной системы генотипа обеспечивается и явлениями полимерии, а также другими видами взаимодействия генов. У прокариот, имеющих более примитивную организацию генотипа, наблюдается меньшая автономность организмов от колебания внешней среды и более низкая стабильность самого генетического аппарата.

2.2. Системные механизмы гомеостаза.

Этот уровень обеспечивается взаимодействием важнейших регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной (рис. 19.1).

Рис. 19.1. Схема взаимосвязи нервных и эндокринных механизмов гомеостаза и тканевого уровня по принципу обратной связи

В организме имеются различные механизмы, обеспечивающие поддержание кислотно-щелочного равновесия. Большую роль в разработке вопросов регуляции функций сыграла выдвинутая П. К. Анохиным теория функциональных систем, явившаяся предпосылкой к построению физиологической кибернетики.

3. Эндокринные механизмы гомеостаза.

Эндокринная система играет важную регуляторную роль в организме. Гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, оказывают влияние на различные стороны обменных процессов, обеспечивающих гомеостаз. Активность этих желез определяется внутренними и внешними факторами. При изменении условий среды (температура, свет, физическая нагрузка и др.) их активность может изменяться в соответствии с потребностями организма.

Для сохранения гомеостаза необходимо уравновешивание функциональной активности железы с концентрацией гормона, находящегося в циркулирующей крови. В случае возрастания концентрации гормона выше нормы для данного организма деятельность железы, в которой он образуется, ослабляется. Если же уровень гормона ниже, чем необходимо организму в данных условиях, активность железы усиливается. Такое влияние может осуществляться путем непосредственного действия гормона на продуцирующую его железу. Высшим центром регуляции эндокринных функций является подбугорная область (гипоталамус), которая располагается в основании мозга. Именно здесь происходит интеграция нервных и эндокринных элементов в общую нейроэндокринную систему. Особенно большую активность проявляет область гипоталамуса при стресс-реакции, когда мобилизуются все силы для отражения нападения, бегства или другого выхода из трудно преодолимой ситуации. Особенность нервной регуляции состоит в быстроте наступления ответной реакции, причем эффект ее проявляется непосредственно в том месте, куда поступает по соответствующей иннервации этот сигнал; реакция кратковременна. Особое положение в эндокринной системе занимает зобная железа (тимус). В ней вырабатываются гормоноподобные вещества, которые стимулируют образование особой группы лимфоцитов, и устанавливается взаимосвязь между иммунными и эндокринными механизмами.

4. Иммунные механизмы гомеостаза. Эволюция иммунной системы.

Свойство иммунной защиты возникло в процессе эволюции как функция живой системы, обеспечивающей сохранение биологической индивидуальности, сохранение гомеостаза.

У простейших одноклеточный животных вся клетка представляет собой организм — фагоцит. У кишечнополостных защиту от микроогранизмов производят амебоидные клетки, в которых происходит внутриклеточное пищеварение. У плоских и круглых червей имеются особые клетки, по своему строению напоминающие лимфоциты позвоночных. Эволюция иммунных механизмов у позвоночных привела к их дальнейшей дифференцировке, повышению специфичности и к объединению в интегративную систему. Основу иммунной системы образует лимфоидная ткань, которая концентрируется в различных органах. Сложное строение иммунной системы млекопитающих является результатом длительного процесса ее совершенствования в процессе эволюции.

4.1. Становление и развитие иммунологии. Современное определение иммунитета.

У истоков иммунологии стояли Л. Пастер, И. И. Мечников и П. Эрлих.

Выдающийся русский ученый И. И. Мечников обнаружил явление фагоцитоза и создал клеточную фагоцитарную теорию иммунитета. Одновременно возникает и гуморальная теория иммунитета, основоположником которой был немецкий ученый П. Эрлих. Другое направление иммунологии — изучение  иммунологических различий организмов, учение о тканевых антигенах — возникло в результате открытия К. Ландштейнером групп крови человека. На современном этапе под иммунитетом понимают способ защиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки генетически чужеродной информации.

4.2. Иммунная система млекопитающих и человека.

В организме позвоночных иммунная система анатомически не представляет собой единого целого, она располагается отдельными скоплениями: тимус (вилочковая железа), лимфатические узлы, селезенка, костный мозг. Связь между ними поддерживается через систему кровообращения. В костном мозге содержатся стволовые клетки, способные к миграции из которых образуются лимфоидные ткани.

Тимус имеет важнейшее значение в иммунной системе. Часть стволовых клеток направляется в этот орган для дальнейшего созревания, здесь они дифференцируются. Поскольку это происходит в тимусе, они получили название muмусзависимых (Т-лимфоциты). Внутри этой группы обнаружено три основных типа клеток: киллеры — непосредственно уничтожают чужеродные клетки, хелперы — способствуют выделению иммуноглобулинов В-лимфоцитами и супрессоры — тормозят иммунный ответ В-клеток. В этом состоит регуляторная роль Т-системы. В качестве клеточного фактора иммунитета эта система определяет трансплантационный и противоопухолевый иммунитет и иммунитет при вирусных заболеваниях.

Часть стволовых клеток направляется в другие лимфатические органы. В-система обеспечивает гуморальный иммунитет. Т-клетки (хелперы) стимулируют размножение В-лимфоцитов и превращение их в плазмобласты, а затем в плазматические клетки. Зрелая плазматическая клетка выделяет антитела — иммуноглобулины. Если антиген находится на поверхности клетки, иммуноглобулины их склеивают, агглютинируют, антитела могут оказывать лизирующее действие.

4.3. Нарушения гомеостаза, связанные с дефектами иммунной системы.

В клинике известны заболевания, связанные с врожденными дефектами иммунной системы. Например, при недоразвитии тимуса отсутствуют Т-лимфоциты, нарушен трансплантационный и противоопухолевый иммунитет. При недоразвитии В-системы тимоциты сохранены, но в крови отсутствуют гамма-глобулины, организм не вырабатывает антител. В норме иммунная система не продуцирует антител против собственных тканевых белков. Существует ряд заболеваний, которые рассматривают как следствие извращения иммунной реакции — так называемые аутоиммунные болезни. Например, множественный склероз — очень опасное заболевание, при котором развиваются аутоиммунные реакции, направленные против тканей центральной нервной системы.

5. Иммуногенетика.

Иммуногенетика — это направление, изучающее закономерности наследования антигенной специфичности и генетическую обусловленность иммунных реакций.

6. Общие закономерности гомеостаза.

Способность сохранять  гомеостаз — одно из важнейших свойств живой системы, находящейся в состоянии динамического равновесия с условиями внешней среды. Способность к поддержанию гомеостаза неодинакова у различных видов.

Контроль за генетическим постоянством осуществляется иммунной системой. Эта система состоит из анатомически разобщенных органов, представляющих функциональное единство. Свойство иммунной защиты достигло высшего развития у птиц и млекопитающих.

В процессе индивидуального развития характер внутренней среды клеток, органов, организма меняется. Каждый возрастной период характеризуется специфическими особенностями обмена веществ и энергии и механизмами гомеостаза.

7. Биологические ритмы

Живые организмы существуют в пространстве и времени. Окружающая нас неживая природа ритмична: смена дня и ночи, времен года связана с основными ритмами Земли — ее вращением вокруг своей оси и вокруг Солнца. Живые организмы зависят от этих ритмов; в течение сотен миллионов лет эволюции шел процесс приспособления к ним, вырабатывались ритмичные процессы жизнедеятельности — биоритмы. Изучением их занимается хронобиология.

Биоритмы — результат естественного отбора. В борьбе за существование выживали лишь те организмы, которые могли воспринимать время и реагировать на него. В результате постепенно выработался эндогенный ритм организма, синхронный с периодическими процессами внешней среды. Наиболее изучены суточные ритмы (24-часовые) и околосуточные, или циркадные.

Периодическим колебаниям в течение суток подвергается большинство физиологических процессов у человека. Известно около 300 функций, имеющих суточную периодичность. Разные функции организма имеют неодинаковый ритм интенсивности. Появление суточного ритма температуры тела, позволяющего чередовать степень активности, было одним из важнейших факторов в эволюции животного мира. В течение суток меняется интенсивность митотического процесса: наибольшая скорость деления клеток в утреннее время; ночью она снижается.

Кроме суточных выделяют и длительные биоритмы: лунно-месячный ритм (28 суток), который наиболее выражен у обитателей моря. У человека этому ритму следует менструальный цикл у женщин (продолжительность беременности в акушерстве измеряют лунными месяцами).

В организме животных и человека наблюдаются и сезонные колебания, связанные с увеличением светового дня весной и уменьшением его осенью и зимой. Биоэлектрическая активность мозга и мышечной системы выше весной и в летний период и понижается зимой. Изменение длины светового дня является важным фактором, позволяющим организму перестраивать свою деятельность, это осуществляется при участии гипоталамо-гипофизарной системы.

Обнаружены и более длительные циклы солнечной активности (80—90 лет, 600—800 лет). В конце XIX — начале XX вв. была высказана гипотеза, что у каждого человека с момента рождения имеются три цикла, связанные с физиологической активностью (23 дня), эмоциональной (28 дней) и интеллектуальной (33 дня). Посередине каждого цикла имеется критический, или нулевой, день. Первая половина цикла, предшествующая этому дню, считается положительным периодом (подъем работоспособности, физического, эмоционального и интеллектуального состояния). Вторая половина — отрицательный период, в течение которого состояние ухудшено.

Совпадение всех критических дней бывает один раз в году. Гипотеза о наличии стабильных биоритмов с момента рождения человека с интервалами 23, 28, 33 дня поддерживается рядом исследователей. Однако она не нашла всеобщего признания.

Пересечение нескольких часовых поясов на самолете нарушает естественную периодичность биоритмов организма. Наблюдается дезадаптация, нарушение сна и бодрствования, снижение работоспособности. Приспособление к новым условиям длится несколько дней; это следует учитывать при длительных перелетах.

Последнее время считается более целесообразным рекомендовать отдых и лечение выздоравливающих больных (в частности, при сердечно-сосудистой патологии) в санаториях этого же региона. Это диктуется тем, что прибывший из другого часового пояса человек первые несколько дней (7—10) находится в состоянии десинхроноза, то же наблюдается при возвращении — перестройка биоритмов в обратном порядке.

Достижения хронобиологии начинают использоваться на практике. Учет особенностей биоритмов необходим для составления рационального режима труда и отдыха у представителей ряда профессий: рабочих ночных смен, пилотов, космонавтов. Значение биоритмов, связанных с сезонными и гелиофизическими циклами активности, должно быть использовано в профилактической медицине в борьбе за здоровье человека.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35896. Особенности дизайна и декора, аспекты их исторического развития 107 KB
  Особенности дизайна в 20е годы в СССР. Графический дизайн реклама мебель.Основные особенности дизайна 30х годов в СССР. Дизайн в период сталинизма.