Гомеостаз. Генетический, структурный и функциональный гомеостаз в онтогенезе

ГОМЕОСТАЗ - свойство живого организма сохранять относительное динамичное постоянство внутренней среды. Гомеостаз выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотическом давлении, устойчивости основных физиологических функций. Гомеостаз специфичен и обусловлен генотипом.

Живой организм - открытая система, имеющая связь с окружающей средой посредством нервной, пищеварительной, дыхательной, выделительной систем и др.

В процессе обмена веществ с пищей, водой, при газообмене в организм поступают разнообразные химические соединения, которые в организме подвергаются изменениям, входят в структуру организма, но не остаются постоянно. Усвоенные вещества распадаются, выделяют энергию, продукты распада удаляются во внешнюю среду. Разрушенная молекула заменяется новой и т.д.

Целостность структуры полипептидов клетками не нарушается. Т.о., организм - открытая, динамичная система. В условиях непрерывно меняющейся среды организм поддерживает устойчивое состояние в течение определенного времени.

Явление гомеостаза представляет собой эволюционно выработавшееся наследственно-закрепленное адаптационное свойство организма к обычным условиям окружающей среды. Однако эти условия могут кратковременно или длительно выходить за пределы нормы. В таких случаях явления адаптации характеризуются не только восстановлением обычных свойств внутренней среды, но и кратковременными изменениями функции (например, учащение ритма сердечной деятельности и увеличение частоты дыхательных движение при усиленной мышечной работе). Реакции гомеостаза могут быть направлены на

1) поддержание известных уровней стационарного состояния,

2) устранение или ограничение действия вредностных факторов,

3) выработку или сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования. Все эти процессы и определяют адаптацию.

Поэтому понятие гомеостаза означает не только известное постоянство различных физиологических констант организма, но и включает процессы адаптации и координации физиологических процессов, обеспечивающих единство организма не только в норме, но и при изменяющихся условиях его существования.

Основные компоненты гомеостаза можно разделить на 3 группы:

А. МАТЕРИАЛЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ КЛЕТОЧНЫЕ ПОТРЕБНОСТИ:

1. Вещества, необходимые для образования энергии, для роста и восстановления - глюкоза, белки, жиры.

2. Вода.

3. NaCl, Ca и другие неорганические вещества.

4. Кислород.

5. Внутренняя секреция.

Б. ОКРУЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КЛЕТОЧНУЮ АКТИВНОСТЬ:

1. Осмотическое давление.

2. Температура.

3. Концентрация водородных ионов (рН).

В. МЕХАНИЗМЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ СТРУКТУРНОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ

ЕДИНСТВО:

1. Наследственность.

2. Регенерация.

3. Иммунобиологическая реактивность.

Т.о., на действие внешних факторов регуляторные механизмы поддерживают относительное постоянство внутренней среды.

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

Генетические механизмы гомеостаза - самовоспроизведение, основанное на редупликации ДНК по принципу комплементарности. В случае нарушения структуры молекул ДНК восстановление генома, исправление повреждения осуществляется посредством репарации. При нарушении репарации - происходит нарушение гомеостатических реакций.

Гомеостаз клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с которыми связаны биоэнергетические процессы и регулирование транспорта веществ в клетку и из неё. В клетке непрерывно идут процессы изменения и восстановления органоидов, особенно при повреждающих факторах (физическая нагрузка влечет увеличение количества митохондрий, увеличение сердечных сокращений, гипертрофию миокарда и т.д.).

Примерами клеточных механизмов гомеостаза является репарация тканей и органов и её виды (нутриклеточная, клеточная, клеточная и внутриклеточная). Классификация тканей по способности к репарации:

- репаративная регенерация и способы её осуществления (эпиморфоз, морфолаксис, эндоморфоз, регенерационная гипертрофия, регенерационная индукция).

Репаративная регенерация у человека: внутриклеточная, регенерационная гипертрофия, полная регенерация.

Системные механизмы обеспечиваются взаимодействием регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной.

Физиологические механизмы гомеостаза основаны на понятиях кибернетики: живой организм - сложная, управляемая система, в которой происходит взаимодействие многих переменных как внешней, так и внутренней среды. Входные переменный в системе различным образом изменяются и превращаются в выходные переменные. Выходные переменные зависят от входных и от функций (закона поведения) системы. Этот процесс осуществляется посредством механизма обратной связи. В биологических системах входные элементы: пища, вода, болевой или другой раздражители; выходные - выделяемые вещества, эффект действия органа, реакция. Обратная связь означает влияние выходного сигнала на управляющую часть системы. Отрицательная обратная связь уменьшает влияние входного воздействия на величину выходного сигнала, а положительная - увеличивает. Отрицательная обратная связь способствует восстановлению исходного состояния организма, при положительной изменение нарушенного показателя прогрессирует, нормализация не происходит и функция отклоняется от исходного состояния, что приводит к нарушению гомеостаза. (рН крови 7, 32-7, 45). Сдвиг на 0, 1 приводит к нарушению сердечной деятельности.

Примерами системных проявлений гомеостаза могут быть: сохранение постоянства температуры, артериального давления. Элементарные и системные проявления гомеостаза можно рассматривать как норму реакции на изменение условий среды.

Живой организм представляет собой пример ультрастабильной системы, что выражается в удержании переменных показателей организма в физиологических пределах несмотря на изменение условий существования. Это

В сложном многоклеточном организме как прямые, так и обратные связи осуществляются не только нервными, но и гормональными (эндокринными) механизмами. Каждая из желез, входящая в эндокринную систему, оказывает влияние на прочие органы этой системы и в свою очередь испытывает влияние со стороны последних. Основной принцип гомеостаза в эндокринной системе может быть сформулирован как сохранение равновесия между напряжением секреторной активности данной железы и концентрации ее гормона, находящегося в циркуляции. Так, например, когда количество гормонов щитовидной железы повышается сверх нормы, функциональная активность самой железы ослабляется, и, наоборот.

Эндокринные железы можно разделить на две группы по отношению их к передней доле гипофиза. Последняя считается центральной, а прочие эндокринные железы - периферические. Это разделение основано на том, что передняя доля гипофиза продуцирует так называемые тропные гормоны, которые активируют некоторые периферические эндокринные железы. В свою очередь, гормоны периферических эндокринных желез действуют на переднюю долю гипофиза, угнетая секрецию тропных гормонов.

Реакции, обеспечивающие гомеостаз, не могут ограничиваться какой-либо одной эндокринной железой, а захватывают в той или иной степени все железы. Возникающая реакция приобретает цепное течение и распространяется на другие эффекторы. Физиологическое значение гормонов заключается в регуляции других функций организма, а потому цепной характер должен быть выражен максимально.

Постоянные нарушения среды организма способствуют сохранению ее гомеостаза в течение длительной жизни. Если создать такие условия жизни, при которых ничто не вызывает существенных сдвигов внутренней среды, то организм окажется полностью безоружен при встрече с окружающей средой и вскоре погибает.

Эндокринные механизмы гомеостаза по Б. М. Заводовскому - механизм плюс-минус взаимодействия, т.е. уравновешивание функциональной активности железы с концентрацией гормона. При высокой концентрации гормона (выше нормы) деятельность железы ослабляется и наоборот. Такое влияние осуществляется путем действия гормона на продуцирующую его железу. У ряда желез регуляция устанавливается через гипоталамус и переднюю долю гипофиза, особенно при стресс-реакции.

Объединение в гипоталамусе нервных и эндокринных механизмов регуляции позволяет осуществлять сложные гомеостатические реакции, связанные с регуляцией висцеральной функции организма. Управление такими функциями обеспечивается гормонами.

Отдельные группы нейросекреторных клеток продуцируют гормоны, непосредственно влияющие на определенные органы.

В свою очередь гипофиз находится под контролем гипоталомической области, где выделяются особые, активирующие гипофиз, факторы.

Все жизненные процессы организма подчинены строгой ритмичности: суточной, месячной, годовой и т.д. Установлено, что проблемы влияния геофизических факторов на процессы адаптации человека тесно соприкасаются с проблемами биоритмологии. Главный признак ритмических процессов - их повторность. Под РИТМАМИ понимают периодически повторяющиеся явления природы (А. М. Эмме, 1967). Ритмы, регистрируемые в живом мире, называются БИОЛОГИЧЕСКИМИ. Их можно охарактеризовать, как регуляторные количественные и связанные с ними качественные изменения некоторых особенностей биологических процессов, происходящих на разных уровнях организации живого: клеточном, тканевом, организменном и популяционном.

Ритм нервной системы определяет ритм возбуждения и торможения, в частности, фундаментальный ритм высших организмов - сна и бодрствования, который обеспечивает функцию всех систем организма. Подвержен периодизации электролитический и гормональный состав внутренней среды. Эндокринные железы имеют суточную ритмическую деятельность и в то же время определяют ритмы некоторых функций организма. Всем клеткам организма свойствен самостоятельный суточный ритм, не зависящий от гормонов.

Биологические ритмы, совпадающие по длительности с соответствующими геофизическими циклами, называют "экологическими" или "адаптационными". Это многолетние, годовые, сезонные, лунные, приливно-отливные и суточные изменения жизнедеятельности.

По степени зависимости от внешних условий биологические ритмы разделяют на экзогенные и эндогенные. Экзогенные ритмы зависят от ритмики геофизических и космических факторов (фотопериодизация температуры, атмосферного давления, гравитации и т.д.). Эндогенные ритмы совершаются при постоянных внешних условиях. Чаще всего - это суточные ритмы жизненных функций организма (митотическое деление клеток, секреция гормонов и т.д.).

Анализ хронобиологических закономерностей в общебиологическом эволюционном плане способствует глубокому изучению биологических механизмов гомеостаза человека и целенаправленному использованию эффективных средств, повышающих устойчивость к экстремальным факторам.

Итак, гомеостаз - большая проблема современной биологии и медицины потому, что явление гомеостаза означает не только сохранение постоянства или оптимальное восстановление и приспособление организма в онтогенезе к условиям окружающей среды. С механизмами гомеостаза в онтогенезе к условиям окружающей среды. С механизмами гомеостаза в онтогенезе связано качественное изменение свойств организма и его реактивность. Сама болезнь по своей биологической сущности также представляет собой проблему гомеостаза, нарушение его механизмов и путей восстановления. На основе закономерностей гомеостаза проводится разработка эффективных методов гигиены и рациональной терапии. Решение многих вопросов этой проблемы - дело будущего.