Гомеостатическая регуляция и механизмы транспорта
Общее устройство для поддержания гомеостаза
Большая часть человеческого тела состоит из жидкостей:
- внутриклеточной жидкости (большая часть)
- внеклеточной жидкости (меньшая часть).
Клетка - это автономная величина, способная расти, жить и автономно обеспечивать физические функции до тех пор, пока кислород, глюкоза, ионы, жиры и аминокислоты присутствуют в нужных пропорциях во внеклеточной жидкости. Внеклеточный компонент содержит большое количество ионов натрия, хлоридов, карбонатов и др., а также веществ, нужных для автономного поддержания функциональности клетки, таких как кислород, глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты; кроме того, там имеется углекислый газ, транспортируемый из клеток (кровью) к легким, чтобы быть в последующем удаленным, и продукты клеточной экскреции, транспорт которых происходит в направлении почек (аммиак, мочевина и т.д.).
Внутриклеточная жидкость отличается от внеклеточной наличием ионов калия, магния и фосфора; снаружи клетки в более высокой концентрации присутствуют ионы хлора и натрия.
Каждая функциональная система и каждый отдельный орган “работают” в совокупности, в которую они помещены, чтобы поддерживать постоянство гомеостатических значений; взаимная гармония функционирования наилучшим образом направляет эту деятельность.
Система внеклеточного транспорта
Внеклеточная жидкость, присутствующая во всех отделах тела, транспортируется двумя различными образами:
n посредством кровяной и лимфатической циркуляционной системы
n посредством движения жидкостей между кровеносными сосудами иклетками.
Кровь проходит полный телесный круг со скоростью в условиях покоя 60-70 ударов в минуту, которые могут утроиться в условиях экстремальной активности (до 180 ударов /мин).
Проходя по капиллярному кругу, кровь обуславливает постоянный обмен между плазматической частью и интерстициальной жидкостью межклеточных промежутков.
Поскольку капилляры пористы, значительная часть жидкости может распространяться между кровью и тканями. Большая кинетическая активность молекул делает возможным этот обмен; молекулы, растворенные в плазме и интерстициальной жидкости, “отскакивают” во все стороны, как в самой жидкости, так и через поры. Расстояние между клеткой и капилляром бесконечно мало, поэтому эти обменные процессы обеспечивают постоянное перемешивание, сохраняя гомогенность внешней и внутренней жидкости клетки.
Системы контроля и регуляции гомеостаза
Человеческое тело обладает огромным количеством систем контроля, которые действуют на клеточном уровне (генетический контроль и контроль отдельных клеточных функций), на уровне органов (регулируя их функции) и органической совокупности (контролируя корреляции между органами). Результат этой оперативного комплекса способствует поддержанию гомеостатического контроля в межклеточной жидкости.
Различные факторы регуляции должны поддерживаться в их постоянстве: регуляция концентрации О2 и СО2 в межклеточной жидкости, регуляция давления в артериальной крови (объем мочи и т.д.), температура тела в определенных пределах, концентрация межклеточных ионов, кислотно-основной баланс, регуляция гормональной системы, распределение секретов желез и отрицательная обратная связь (feed-back).
Под воздействием центральной и вегетативной нервной системы осуществляется контроль всей непроизвольной деятельности тела, регулирующий путем определенных рефлексов функционирование организма в целом.
Гомеостатической регуляции содействует гормональная система с эндокринными железами (рис.122), контролирующая медленные метаболические функции и обеспечивающая использование крови как средства транспорта; с ее помощью гормональная система посылает по всему организму химические сообщения, достигающие определенных целей, обуславливая их деятельность прямым и отраженным образом (как это представлено на прилагающейся ниже таблице).
Р и с у н о к 122
Главные эндокринные железы
1- Гипофиз
2- Шишковидная железа
3- Гипоталамус
4- Тимус (вилочковая железа)
5- Надпочечная железа
6- Панкреас
7- Яичники
8- Яички
9- Щитовидная железа и паращитовидные железы
Таблица соотношений железа / гормоны
| Гормон | Ткань-цель | Ответ |
| Эпифиз Мелатонин Аргинин - вазотоцин | Прежде всего гипоталамус Возможно, гипоталамус | Торможение секреции гормона, высвобождающего гонадотропин, следова- тельно, торможение репродукции; воздей- ствие на человека мало ясно. Вероятно, торможение секреции гонадотропина. |
| Нейрогипофиз Антидиуретик (ADH) Окситоцин | Почка Матка и молочная железа | Увеличивает реадсорбцию воды почкой Увеличивает сокращения матки и способ- ствует выделению молока. |
| Аденогипофиз Гормон роста Тиреотропин (TSH) Аденокортикотропин (АСTH) Липотропин Бета-эндорфин Стимулятор меланоцитов (МSH) Лютеинизирующий (LH) Фолликулостимули-рующий (FSH) Пролактин | Большая часть тканей Щитовидная железа Кора надпочечников Жировая ткань Головной мозг и другие неизвестные Меланоциты кожи Яичник и яичко У женщины: фолликулы яичников У мужчины: семявынося-щие канальцы Яичник и молочная железа | Увеличивает следующие факторы: - рост тканей - захват аминокислот - синтез белков - катаболизм липидов - высвобождение жирных кислот из клеток - синтез гликогена - глицинемия - производство соматомедина. Увеличивает секрецию гормонов щитовидной железы. Увеличивает секрецию гормонов глюкокортикоидов Увеличение катаболизма липидов. Аналгезия головного мозга, торможение секреции гормона высвобождения гонадотропина. Увеличивает производство меланина для большей защиты кожи В яичниках вызывает овуляцию и произ- водство прогестерона. В яичках производ- ство тестостерона и способствует сперматогенезу. В яичниках определяет созревание фолликулов и секрецию эстрогена. В яичке вызывает сперматогенез. Выработка молока, увеличение фоллику- лярного ответа на LH и FSH. У мужчин функции пока мало выяснены. |
| Фолликулы щито-видной железы Гормоны щитовидной железы (три-иодотиронин Т3 тетра-иодотиронин Т4) | Большая часть клеток тела | Увеличивают базальный (? м.б., щелочной) метаболизм. Имеют основополагающее значение для нормальных процессов роста и развития. |
| Гормон | Ткань-цель | Ответ |
| Парафолликулярные клетки Кальцитонин | Кости | Уменьшает активность остеокластов и пре-пятствует выраженному увеличению содержания кальция в крови. |
| Паращитовидные железы Паратгормон | Почки, кости и тонкая кишка | Увеличивает активность остеокластов, реадсорбцию кальция почками и тонкой кишкой; синтез витамина D; содержание кальция в крови. |
| Надпочечные железы в спинно-мозговой части Адреналин (+++), Норадреналин (++) | Сердце, кровеносные сосуды, печень, адипоциты | Увеличивают сердечный выброс, васкуляризацию поперечнополосатой мышечной ткани (скелетные мышцы и сердце), выделение глюкозы и жирных кислот в кровь; подготавливают в целом физическую активность. |
| Надпочечные же-лезы в части коры Кортизол Глюкокортикоиды Альдостерон Половые стероиды | Большая часть тканей Мышцы скелета, печень, жировая ткань Иммунокомпетентные ткани Ткани-цели адреналина Почка Многие ткани | Увеличивает катаболизм липидов и протеинов, производство жировой ткани, тормозит иммунный ответ. Тормозят использование глюкозы, сти-мулируют захват аминокислот, синтез глю-козы из последних, что приводит к увели-чению глицинемии, стимулируют синтез внутриклеточного гликогена, мобилизуют липиды, увеличивая липолиз (что дает возростание количества жирных кислот в крови и скорости их метаболизации), увеличивают протеиновый катаболизм. Противовоспалительный эффект (умень-шают выработку антител, активность лей-коцитов и высвобождение посредников воспаления в ответ на агрессию). Без адекватной выработки глюко-кортикоидов количество рецепторов для адреналина и норадреналина уменьшается. Увеличивает реадсорбцию ионов натрия и эскрекцию ионов калия и водорода. Для мужчин имеют меньшее значение, между тем, как у женщин вызывают появление некоторых вторичных половых признаков. |
| Панкреас Инсулин (клетки альфа) Полипептиды (клетки бета) Соматостатин (производимый также гипоталамусом) | Печень, мышцы скелета и жировая ткань Печень Клетки альфа и бета | Увеличивает захват и использование глюкозы и аминокислот. Увеличивает распад гликогена; высвобож-дает глюкозу в циркулирующий поток. Торможение секреции инсулина и глюкагона. |
| Гормон | Ткань-цель | Ответ |
| Яички Тестостерон | Большая часть клеток | Способствует сперматогенезу, поддержи-вает функциональность репродуктивных органов, ответственен за вторичные половые признаки, регулирует сексуальное поведение. |
| Яичники Эстрогены Прогестерон | Большая часть клеток Большая часть клеток | Контролирует развитие и функции матки, молочных желез и внешних генитальных органов. Ответственны за вторичные поло-вые признаки; регулируют сексуальное поведение и менструальный цикл. Контролирует развитие и функции матки, молочных желез и внешних генитальных органов. Ответственны за вторичные поло-вые признаки; регулируют менструальный цикл. |
| Гипоталамус Гормон высвобожде-ния гормона роста (GH-RH) Гормон, тормозящий гормон роста (GH-IH или соматостатин) Гормон высвобожде-ния кортикотропина (СRH) Гормон высвобожде- ния гонадотропина (GnRH) Гормон, тормозящий пролактин (PIN) Гормон, высвобожда-ющий пролактин (PIN) | Аденогипофизные (?) клет-ки, выделяющие гормон роста Аденогипофизные клетки, выделяющие гормон роста Аденогипофизные клетки, выделяющие гормон аднокортикотропина Аденогипофизные клетки, выделяющие лютеинизиру-ющий и стимулирующий фолликулы гормон Аденогипофизные клетки, выделяющие пролактин Аденогипофизные клетки, выделяющие пролактин | Стимулирует секрецию гормонов роста. Сокращает секрецию гормонов роста. Стимулирует секрецию гормона аденокортикотропина. Стимулирует секрецию лютеинизирую-щего и стимулирующего фолликулы гормонов. Сокращает секрецию пролактина Стимулирует секрецию пролактина. |
| Тимус Тимозин | Иммунные ткани | Развитие и функционирование иммунной системы. |
| Разного происхождения Простагландин Эндорфин и энцефалин | Большая часть тканей Нервная система | Посредничество в воспалительной реакции, увеличение сокращений матки, овуляция, возможное торможение синтеза прогестерона, коагуляция крови, другие функции. Сокращение болевых ощущений и другие функции. |
Концентрации О2 и СО2 в межклеточной жидкости
О2 - это элемент, необходимый для химических реакций в клетках; организм обладает механизмом контроля, чтобы поддерживать его постоянную концентрацию в межклеточной жидкости.
Механизм контроля действует благодаря химическим свойствам гемоглобина - его способности связывать О2 и высвобождать его в тканевых капиллярах в зависимости от требований момента и от уменьшения процента О2, присутствующего на уровне межклеточной жидкости.
Механизм контроля концентрацииСО2, конечного продукта окислительных процессов клетки, активируется неврологическим устройством, контролирующим удаление углекислого газа путем возбуждения дыхательного центра, заставляя субъект дышать с более часто и глубоко с тем, чтобы содействовать устранению СО2 из крови и интерстициальной жидкости.
Усиленная вентиляция продолжается до тех пор, пока концентрация СО2 не войдет в терпимые пределы.
Регуляция давления артериальной крови
Системы, способствующие регуляции артериального давления, бывают разного типа; они могут иметь внутренний характер (с прямой стимуляцией стенки артерии) или гормональный (связанный с механизмами регуляции объема мочи).
Большая часть больших артерий верхней части тела имеет рецепторы, названные “барорецепторами”; в случае увеличения давления они посылают луковице тормозящие стимуляции, направленные в особый вазомоторный центр; в ответ через симпатическую нервную систему происходит уменьшение частоты ударов сердца и выброса крови, а также сопротивление периферических сосудов току крови (вазодилатация).
Эти условия в своей совокупности определяют:
- падение артериального давления
- торможение барорецепторов (прессорецепторов), которые его определили, а следовательно, прекращение стимуляции, вызвавшей запуск регулирующих механизмов
- в итоге, восстановление нужного показателя давления.
Что касается регулирования объема мочи и артериального давления, гормональные функции способствуют поддержанию показателей в пределах физиологической нормы посредством механизмов вазодилатации и вазоконстрикции, связанных с химическими процессами и стимуляцией увеличения или уменьшения Na и К (показатель обычно контролируется гормонами и приведен в прилагаемой таблице).
Таблица гормональной регуляции объема мочи и артериального давления
| Стимуляция гормона-антидиуретика | Гормональн. ответ на стимуляцию | Результаты гормонального ответа | Воздействие на объем мочи и артериальное давление |
| Увеличение осмолярности крови или уменьшение артериального давления. Уменьшение осмолярности крови или увеличение артериального давления. Увеличение содер-жания калия в крови и уменьшение содержания натрия в крови. Уменьшение артериального давления. Уменьшение содер-жания калия в крови или рост содержа-ния натрия в крови. Увеличение артери-ального давления | Увеличение сек-реции антидиуре-тического гормо-на (ADH) задней частью гипофиза. Уменьшение сек-реции антидиуре-тического гормона (ADH) задней частью гипофиза. Увеличение сек-реции альдо-стерона корой надпочечников. Увеличение секреции ренина почкой. Уменьшение се-креции альдосте-рона корой над-почечников. Уменьшение секреции ренина | Увеличение про-ницаемости для во-ды дистального скрученного ка-нальца(? трубки) и коллекторного (?собирающего) канала. Увеличение про-ницаемости для во-ды дистального скрученного ка-нальца и коллек-торного канала. Увеличение реад-сорбции ионов нат-рия и хлора, воды и выделение ионов калия и водорода. Ренин увеличивает секрецию ангио-тестина, который вызывает вазокон-стрикцию и уве-личивает секрецию альдостерона. Сокр. адсорбция ионов натрия и хлора с уменьше-нием секреции ионов калия и водорода. Убавление ренина вызывает сокраще-ние выработки ангиотенсина, а это, в свою оче-редь, обуславлива-ет вазодилатацию и сокращение секреции альдостерона. | Увеличинение диффузии воды в результате осмоза из скру-ченного канальца в коллектор-ный канал. Сокращение объема и концентрации мочи, увели-чившейся с уменьшением ос-молярности крови и увеличе-нием артериального давления. Уменьшение диффузии воды из скрученного канальца в кол-лекторный канал. Увеличение объема при низкой концент-рации мочи с увеличением осмолярности крови; умень-шение артериального давления. Сокращение объема мочи и тенденция к увеличению артериального давления. Увеличение альдостерона сокра-щает объем мочи и увеличивает артер. давление по причине уве-личившейся реадсорбции нат-рия и хлора в дистальной части канальца; вазоконстрикция уве-личивает артериальн. давление. Уменьшение реадсорбции воды и увеличение объема мочи с тенденцией уменьшения артериального давления. Вазодилатация уменьшает арте-риальное давление; сокращение альдостерона увеличивает объ-ем мочи и уменьшает артери-альное давление, сокращая реад-сорбцию хлорида и натрия в дистальной части нефрона. |
Регуляция температуры тела
Температура тела способствует поддержанию гомеостаза, поэтому любое ее изменение не должно выходить за постоянные и определенные границы; энзимы-катализаторы химических функций очень чувствительны к температурным переменам.
Температура тела - это сумма произведенного и потерянного тепла; система терморегуляции пользуется информацией, идущей от терморецепторов тела, активируя функции вазоконстрикции и/или вазодилатации таким образом, чтобы конечный результат (температура тела) на выходил за физиологические рамки.
Все происходит под контролем гипоталамуса.
Изменения температуры кожи - это один из признаков плохого метаболического функционирования или заболевания определенного отдела организма. Локальное повышение температуры указывает на гиперактивность (напр., воспаление), между тем, как понижение - знак замедления метаболической деятельности и обменных процессов в этом отделе.
Научиться наблюдать и воспринимать температуру кожи - это лучшее средство для распознания неблагополучной области задолго до того, как проявится традиционно понимаемая болезнь.
Концентрация межклеточных ионов
В межклеточной жидкости важно, чтобы изменения концентрации отдельных компонентов на выходили за определенные пределы; их колебания минимальны.
Все изменения показателей (по причине избытка или недостатка), превышающие физиологические рамки, вызывают чрезмерный органический ответ, который может создать предрасположенность организма к тяжелым патологическим состояниям. Природа организует системы контроля посредством механизмов обратной связи, положительной или отрицательной, для сохранения оптимальных показателей. В прилагаемой таблице представлены нормальные показатели некоторых составных элементов с пределами допустимых изменений.