Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.5: Гомеостаз

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    68294

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    До кінця розділу ви зможете:

    • Обговорити роль гомеостазу в здоровому функціонуванні
    • Контрастні негативні і позитивні відгуки, даючи один фізіологічний приклад кожного механізму

    Підтримка гомеостазу вимагає, щоб організм постійно стежив за своїм внутрішнім станом. Від температури тіла до артеріального тиску до рівнів певних поживних речовин кожен фізіологічний стан має певну задану точку. Уставка - це фізіологічна величина, навколо якої коливається нормальний діапазон. Нормальний діапазон - це обмежений набір значень, який є оптимально здоровим і стабільним. Наприклад, задана точка для нормальної температури тіла людини становить приблизно 37° C (98,6° F) Фізіологічні параметри, такі як температура тіла та артеріальний тиск, як правило, коливаються в межах норми на кілька градусів вище і нижче цієї точки. Центри управління в головному мозку та інших ділянках тіла відстежують і реагують на відхилення від гомеостазу за допомогою негативного зворотного зв'язку. Негативний зворотний зв'язок - це механізм, який змінює відхилення від заданої точки. Тому негативний зворотний зв'язок підтримує параметри тіла в межах їх норми. Підтримка гомеостазу негативним зворотним зв'язком відбувається по всьому тілу в усі часи, і розуміння негативного зворотного зв'язку, таким чином, є основоположним для розуміння фізіології людини. Хоча цей підручник не буде зосереджуватися на фізіології, будова (анатомія) тіла розрахована на зворотний зв'язок, що полегшує його правильну функцію. Протягом усього цього підручника буде відзначено, як анатомічні системи взаємодіють для виконання функцій (фізіології) людського організму та підтримки його здоров'я.

    Негативні відгуки

    Система негативного зворотного зв'язку має три основні складові (рис.\(\PageIndex{1.a}\)). Датчик, спеціалізований тип рецепторів, є компонентом системи зворотного зв'язку, призначеної для прийому інформації для контролю фізіологічної цінності. Це значення повідомляється в центр управління. Центр управління є компонентом системи зворотного зв'язку, який порівнює значення з нормальним діапазоном. Якщо значення занадто сильно відхиляється від заданої точки, то центр управління активує ефектор. Ефектор - це компонент в системі зворотного зв'язку, який викликає зміну, щоб змінити ситуацію та повернути значення до нормального діапазону.

    Петля негативного зворотного зв'язку - описана в тексті.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Петля негативного зворотного зв'язку. У циклі негативного зворотного зв'язку стимул - відхилення від заданої точки - протистоїть фізіологічному процесу, який повертає організм до гомеостазу. (а) Петля негативного зворотного зв'язку має три основні частини. (б) Температура тіла регулюється негативним зворотним зв'язком. (Кредит зображення: «Петлі негативного зворотного зв'язку» від OpenStax ліцензується відповідно до CC BY 4.0)

    Для того, щоб привести систему в рух, подразник повинен виводити фізіологічний параметр за межі свого нормального діапазону (тобто поза гомеостазом). Цей подразник «чути» конкретний датчик. Наприклад, при контролі рівня глюкози в крові специфічні ендокринні клітини підшлункової залози виявляють надлишок глюкози (подразника) в крові. Ці бета-клітини підшлункової залози реагують на підвищений рівень глюкози в крові шляхом вивільнення гормону інсуліну в кров. Інсулін сигналізує скелетним м'язовим волокнам, жировим клітинам (адипоцитам) і клітинам печінки (гепатоцитам) приймати надлишок глюкози, виводячи її з кровотоку. Коли концентрація глюкози в крові падає, зниження концентрації - фактичного негативного зворотного зв'язку - виявляється альфа-клітинами підшлункової залози, і вивільнення інсуліну припиняється. Це запобігає зниженню рівня цукру в крові нижче норми.

    Люди мають подібну систему зворотного зв'язку з регулюванням температури, яка працює, сприяючи або втратам тепла, або теплові приріст (рис.\(\PageIndex{1.b}\)). Коли центр регулювання температури мозку (нервова система) отримує дані від датчиків, які вказують на те, що температура тіла перевищує нормальний діапазон, він стимулює скупчення клітин мозку, які називають «центром втрати тепла». Ця стимуляція має три основні ефекти:

    • Кровоносні судини в шкірі починають розширюватися, дозволяючи більше крові з ядра тіла надходити на поверхню шкіри, дозволяючи тепла випромінювати в навколишнє середовище.
    • У міру збільшення припливу крові до шкіри (покривної системи) потові залози активізуються для збільшення їх виходу. Оскільки піт випаровується з поверхні шкіри в навколишнє повітря, він забирає з собою тепло.
    • Глибина дихання збільшується, і людина може дихати через відкритий рот, а не через носові проходи. Це ще більше збільшує втрати тепла з легенів.

    На відміну від цього, активація центру тепловиділення мозку під впливом холоду зменшує приплив крові до шкіри, а кров, що повертається з кінцівок, відводиться в мережу глибоких вен. Таке розташування затримує тепло ближче до серцевини тіла і обмежує втрати тепла. Якщо втрати тепла серйозні, мозок запускає збільшення випадкових сигналів до скелетних м'язів, змушуючи їх скорочуватися і виробляти тремтіння. М'язові скорочення тремтіння виділяють тепло під час використання АТФ. Мозок запускає щитовидну залозу в ендокринній системі, щоб вивільнити гормон щитовидної залози, що збільшує метаболічну активність і вироблення тепла в клітині по всьому тілу. Мозок також сигналізує наднирковим залозам вивільнити адреналін (адреналін) - гормон, який викликає розпад глікогену на глюкозу, який можна використовувати як джерело енергії. Розпад глікогену на глюкозу також призводить до посилення обміну речовин і вироблення тепла.

    Позитивні відгуки

    Позитивний зворотний зв'язок посилює зміну фізіологічного стану організму, а не повертає його назад. Відхилення від нормального діапазону призводить до більших змін, і система відходить далі від нормального діапазону. Позитивні відгуки в організмі є нормальними тільки тоді, коли є певна кінцева точка. Пологи та реакція організму на крововтрату - це два приклади позитивних петель зворотного зв'язку, які є нормальними, але активуються лише при необхідності.

    Пологи на повному терміні - приклад ситуації, при якій підтримка існуючого стану організму не бажана. Величезні зміни в організмі матері потрібні для пологів малюка в кінці вагітності. І події пологів, як тільки почалися, повинні швидко прогресувати до завершення або життя матері і дитини знаходяться під загрозою. Крайня м'язова робота пологів і пологів є результатом позитивної системи зворотного зв'язку (рис.\(\PageIndex{2}\)).

    Позитивний зворотний зв'язок
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Петля позитивного зворотного зв'язку. Нормальні пологи рухаються петлею позитивного зворотного зв'язку. Позитивна петля зворотного зв'язку призводить до зміни стану організму, а не повернення до гомеостазу. (Кредит на зображення: «Позитивний відгук про вагітність» від OpenStax ліцензується відповідно до CC BY 4.0)

    Перші скорочення пологів (подразник) штовхають малюка в бік шийки матки (найнижча частина матки). Шийка матки містить чутливі до розтягування нервові клітини, які стежать за ступенем розтягування (датчики). Ці нервові клітини посилають повідомлення в мозок, що, в свою чергу, змушує гіпофіз біля основи мозку вивільняти гормон окситоцин у кров. Окситоцин викликає більш сильні скорочення гладкої мускулатури в матці (ефектори), штовхаючи дитину далі по родових шляхах. Це викликає ще більше розтягнення шийки матки. Цикл розтягування, виділення окситоцину і все більш сильних скорочень припиняється тільки тоді, коли дитина народжується. У цей момент розтягнення шийки матки припиняється, припиняючи виділення окситоцину.

    Другий приклад позитивного зворотного зв'язку зосереджується на зворотному екстремальному пошкодженні організму. Слідом за проникаючим пораненням найбільш безпосередня загроза - надмірна крововтрата. Менше циркулює кров означає зниження артеріального тиску і зниження перфузії (проникнення крові) в мозок і інші життєво важливі органи. Якщо перфузія сильно знижена, життєво важливі органи закриються і людина помре. Організм реагує на цю потенційну катастрофу виділенням речовин в пошкодженій стінці кровоносної судини, які починають процес згортання крові. У міру того, як відбувається кожен етап згортання, він стимулює виділення більшої кількості згортають речовин. Це прискорює процеси згортання і герметизації пошкодженої ділянки. Згортання міститься в локальній зоні на основі жорстко контрольованої доступності білків згортання. Це адаптивний, рятувальний каскад подій.

    Концепція Огляд

    Гомеостаз - це активність клітин всього організму для підтримки фізіологічного стану у вузькому діапазоні, сумісному з життям. Гомеостаз регулюється петлями негативного зворотного зв'язку і, набагато рідше, петлями позитивного зворотного зв'язку. Обидва мають однакові компоненти стимулу, датчика, центру управління та ефектора; однак петлі негативного зворотного зв'язку працюють, щоб запобігти надмірній реакції на подразник, тоді як позитивні петлі зворотного зв'язку посилюють реакцію до досягнення кінцевої точки.

    Переглянути питання

    Після того, як ви їсте обід, нервові клітини в шлунку реагують на здуття (подразник), що виникає в результаті їжі. Вони передають цю інформацію на ________.

    А. центр управління

    Б. задана точка

    C. ефектори

    D. Датчики

    Відповідь

    Відповідь: A

    Стимуляція центру тепловтрат викликає ________.

    А. кровоносні судини в шкірі звужуються

    Б. дихання, щоб стати повільним і неглибоким

    С. потових залоз для збільшення їх виходу

    D. все вищесказане

    Відповідь

    Відповідь: C

    Що з наведених нижче є прикладом нормального фізіологічного процесу, який використовує петлю позитивного зворотного зв'язку?

    А. регуляція артеріального тиску

    Б. пологи

    С. регулювання рідинного балансу

    D. Регулювання температури

    Відповідь

    Відповідь: B

    Питання критичного мислення

    Питання: Визначте чотири компоненти петлі негативного зворотного зв'язку та поясніть, що станеться, якщо секреція хімічної речовини організму, контрольованої системою негативного зворотного зв'язку, стала занадто великою.

    Відповідь

    A. Чотири компоненти петлі негативного зворотного зв'язку: стимул, датчик, центр управління та ефектор. Якщо занадто велика кількість хімічної речовини було виведено, датчики активували б центр управління, який, в свою чергу, активував би ефект. У цьому випадку ефектор (виділяють клітини) буде коригуватися вниз.

    Питання: Які регуляторні процеси використовували б ваше тіло, якби ви потрапили в пастку хуртовини в неопалюваному, неізольованому салоні в лісі?

    Відповідь

    A. Будь-яке тривале перебування на сильному холоді активувало б центр теплового набору мозку. Це зменшить приплив крові до вашої шкіри, і шунтувати кров, що повертається з ваших кінцівок подалі від цифр і в мережу глибоких вен. Центр теплового посилення вашого мозку також збільшить скорочення м'язів, викликаючи тремтіння. Це збільшує споживання енергії скелетних м'язів і виробляє більше тепла. Ваше тіло також вироблятиме гормон щитовидної залози та адреналін, хімічні речовини, які сприяють підвищенню метаболізму та виробленню тепла.

    Глосарій

    центр управління
    порівнює значення з їх нормальним діапазоном; відхилення викликають активацію ефектора
    ефектор
    орган, який може спричинити зміну значення
    негативні відгуки
    гомеостатичний механізм, який має тенденцію стабілізувати розлад фізіологічного стану організму, запобігаючи надмірній реакції на подразник, як правило, коли стимул видаляється
    нормальний діапазон
    діапазон значень навколо заданої точки, які не викликають реакції центру управління
    позитивні відгуки
    механізм, що підсилює зміну фізіологічного стану організму у відповідь на подразник
    датчик
    (також, рецептор) повідомляє контрольоване фізіологічне значення в центр управління
    встановлена точка
    ідеальне значення для фізіологічного параметра; рівень або малий діапазон, в межах якого такий фізіологічний параметр, як артеріальний тиск, є стабільним і оптимально здоровим, тобто в межах його параметрів гомеостазу

    Автори та атрибуція