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

84412. Wien. Die Geschichte Wiens 19.76 KB
  Der Stephansdom ist mit seiner Mischung von Stilen für Wein und sein Völker und Kulturgemisch symbolisch. Unter den zahlreichen Gebäuden und Kirchen Wiens sind drei, die man wegen ihren historischen und kulturellen Bedeutung kennen sollte: die Karlskirche...
84413. IM THEATER 19.02 KB
  Durch die Glastür trat ich in die Vorhalle und gab meine Garderobe ab. Kaum war ich damit fertig, da klingelte es auch schon zum ersten Mal. An den Wände im Foyer hingen Photos berühmter Schauspieler. Bevor ich den Zuschauerraum betrat, kaufte ich mir noch ein Programmheft.
84414. MEINE SCHULPRAXIS 19.36 KB
  Meiner Meinung nach ist der Lehrerberuf sehr schön, aber auch sehr schwer und verantwortungsvoll. Der Lehrer muss umfangreiche Kenntnisse haben. Es ist aber nicht leicht, das Interesse der Schüler zum Lernen zu erwecken.
84415. INTERNET IN UNSERE LEBEN 19.12 KB
  Das Surfen in sozialen Netzwerken wie Facebook oder Twitter kostet Zeit. Deshalb sperren einige Unternehmen ihren Mitarbeitern den Zugang. Andere hingegen nutzen die Möglichkeiten der Netzwerke.
84416. DER STAATSAUBAU DER UKRAINE 17.5 KB
  Die Ukraine ist ein demokratischer, unabhängiger Staat. Am 24. August 1991 wurde die Unabhängigkeit der Ukraine verkündet. Die Staatssymbole der Ukraine sind die Nationalhymne, das Staatswappen und die Nationalflagge.
84417. Технология возделывания ярового ячменя и кукурузы 214 KB
  Комплексная механизация сельскохозяйственного производства — такая форма организации труда, при которой все основные и вспомогательные процессы в какой-либо отрасли хозяйства выполняются машинами или механизмами в определенной последовательности.
84418. Экономический анализ хозяйственной деятельности в ЗАО «Куйбышевское» 71.73 KB
  Важнейшая задача сельского хозяйства состоит в обеспечении населения страны продовольствием. В условиях формирования рыночной экономики эта задача может быть решена только путём повышения экономической эффективности сельскохозяйственного производства.
84419. АНАЛИЗ ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТА УКРАИНЫ 101.31 KB
  Первый заместитель главы администрации президента Ирина Акимова недавно заявила что объём теневой экономики в Украине составляет около 500 млрд грн. Запланирован рост по следующим статьям доходов бюджета: собственные поступления бюджетных учреждений 41 млрд грн или 244...
84420. Формы правления 75.5 KB
  Форма государственного правления - это организация вышестоящих органов государственной власти, характер и принципы их взаимодействия с другими органами государства, с политическими партиями, классами и социальными группами.