Kas ir homeostāze? Definīcija, mehānismi un piemēri bioloģijā

Uzzini, kas ir homeostāze — definīcija, regulēšanas mehānismi un skaidri bioloģijas piemēri (ķermeņa temperatūra, šķidrumu līdzsvars, hormoni).

Homeostāze ir pašregulācija, kas ir visu pašorganizējošo sistēmu pamatīpašība. Bioloģijā tā ir stabilas iekšējās vides uzturēšana. Homeostāze ļauj organismiem darboties droši un efektīvi, neskatoties uz ārējās vides svārstībām.

Homeostāze ir dzīvības spēja saglabāt līdzsvaru, kad mainās vide. Dzīvnieki uztur savu ķermeni stabilā stāvoklī. Viņi to dara, regulējot savu iekšējo līdzsvaru. Piemēram, viņi regulē savu pH, temperatūru, skābekļa vai oglekļa dioksīda daudzumu asinīs utt. Pētījumu par to, kā dzīvās būtnes saglabā stabilu stāvokli, sauc par fizioloģiju. Pārsvarā mūsu fizioloģija visu mūžu darbojas neapzināti. Mums ir daudzas negatīvas atgriezeniskās saites sistēmas, kas regulē mūsu fizioloģiju, lai mēs paliktu dzīvi. Šīs sistēmas ir pašorganizējošas, un tās nav jāmācās. Tās ir iedzimtas.

Definīcija un pamatprincipi

Homeostāze nozīmē stabilu iekšējā stāvokļa uzturēšanu — piemēram, temperatūras, šķidruma daudzuma, sāļu koncentrācijas, gāzu sastāva un enerģijas rezerves līdzsvaru. Galvenie elementi homeostātiskā cilpā ir:

• Receptori (sensori) — uztver izmaiņas iekšējā vai ārējā vidē (piem., temperatūras receptoru nervu gali ādā vai CO2 receptori asins ķermenī).
• Kontroles centrs — salīdzina uztverto ar noteikto "set point" (piem., hipotalāms vai smadzeņu citas daļas) un izsūta komandas.
• Efektori — orgāni vai šūnas, kas veic korekcijas (piem., sviedru dziedzeri, muskuļi, aknas, nieres).

Mehānismi

Galvenā homeostāzes darbības forma ir negatīvā atgriezeniskā saite, kur izmaiņas izraisa reakciju, kas pretējā virzienā novērš izmaiņu. Piemērs: sāls daudzuma palielināšanās asinīs izraisa slāpes, organisms dzer un atšķaida asinīs esošo sāls koncentrāciju.

Ir arī pozitīvā atgriezeniskā saite, kur sākotnējā stimulācija pastiprina sevi — piemēram, dzemdībās oksitocīna izdalīšanās pastiprina dzemdību kontrakcijas, līdz dzemdības noslēdzas. Pozitīvā atgriezeniskā saite parasti darbojas ierobežotos procesos vai vienreizējos notikumos.

Papildus šiem mehānismiem pastāv ceļošanas (feedforward) regulācija — organisms paredz izmaiņas un reaģē pirms tās pilnībā notikušas (piemēram, siekalošanās un insulīna izdalīšanās, sākoties maltītei).

Kanona principi

Šo jēdzienu aprakstīja Klods Bernārs, un vēlāk, 1926., 1929. un 1932. gadā, to sāka lietot Valters Kanons. Valters Kanons uzskatīja, ka tās ir homeostāzes iezīmes:

1.      Atvērtā sistēmā, piemēram, mūsu ķermenī, pastāvību nodrošina mehānismi, kas šo pastāvību uztur. Kanons to pamatoja ar atziņām par to, kā tiek regulēti tādi noturīgi stāvokļi kā glikozes koncentrācija, ķermeņa temperatūra un skābju un bāzu līdzsvars.

2.      Lai saglabātu stabilu stāvokli, jebkuras izmaiņas automātiski saskaras ar faktoriem, kas pārmaiņām pretojas. Sāls daudzuma palielināšanās asinīs izraisa slāpes, jo organisms cenšas atšķaidīt sāls koncentrāciju āršūnu šķidrumā.

3.      Homeostāzi regulējošā sistēma, kas nodrošina homeostāzi, ietver vairākus mehānismus, kuri darbojas vienlaikus vai secīgi. Cukura līmeni asinīs regulē insulīns, glikagons un citi hormoni, kas kontrolē tā izdalīšanos no aknām vai uzsūkšanos audos.

Piemēri bioloģijā

Homeostāzes piemēri ir ļoti daudzveidīgi un darbojas uz šūnu, orgānu, organisma un populāciju līmeņiem. Galvenie piemēri:

• Termostata darbība — piemēram, mājas termostats analogi ķermeņa termoregulācijai: hipotalāms salīdzina ķermeņa temperatūru ar iestatīto robežu un aktivizē efektorus (svīšana, trīce, asinsvadu paplašināšanās/sašaurināšanās).
• Ūdens un minerālvielu regulēšana organismā — nieru darbība, hormoni (piem., vazopresīns/ADH, aldosterons) regulē urīna daudzumu un sāļu koncentrāciju asinīs.
• Ķermeņa temperatūras regulēšana: zīdītājiem un putniem ir sarežģītas sistēmas, kas uztur to ķermeņa temperatūru tuvu robežām.
• Asins gāzu sastāva regulācija caur elpošanu — CO2 koncentrācijas paaugstināšanās stimulē elpošanas ātruma pieaugumu, lai izvadītu lieko CO2 un atjaunotu pH līdzsvaru.
• Cukura līmeņa regulācija asinīs — insulīns samazina glikozes līmeni, glikagons paaugstina to; šī sistēma nodrošina enerģijas pieejamību un aizsargā pret hipoglikēmiju.
• Kalcija homeostāze — parathormoni, kalcitonīns un vitamīns D regulē kalcija līmeni asinīs un kaulos.

Organismi un orgāni, kas iesaistīti homeostāzē

Zīdītāju galvenie ar homeostāzi saistītie orgāni ir:

• Hipotalāms un hipofīzes dziedzeris — centrālie kontroles centri, kas regulē temperatūru, vielmaiņu, šķidruma līdzsvaru un hormonālo atbildi.
• plaušas — elpošanas regulācija un skābekļa/CO2 apmaiņa.
• āda — termoregulācijas efektors (svīšana, asinsvadu mainīšana) un barjera.
• muskuļi — trīce (sasilšanai), kustība, kas nosaka enerģijas patēriņu.
• nieres — šķidruma un sāļu līdzsvara regulēšana, izvadorgāns vielmaiņas atkritumiem.
• aknas un aizkuņģa dziedzeris — enerģijas uzkrāšana un izdalīšana (glikogēns, glikoneoģenēze), insulīna un glikagona funkcijas.

Arī smadzenes ir homeostāzes centrālais elements. Tās kontrolē uzvedību, un uzvedības pamatfunkcija ir uzturēt dzīvību, veicot darbības, piemēram, meklējot barību, ūdeni vai meklējot siltumu.

Homeostāze ārpus dzīvniekiem

Homeostātiskas funkcijas nav tikai dzīvniekiem. Augos stomatas atveras un aizveras, kontrolējot ūdens zudumu un CO2 iegūšanu; augu hormoni (piem., absciziskā skābe) regulē reakcijas uz sausumu. Vienšūņi izmanto kontraktiļas vakuolas, lai izvadītu lieko ūdeni un uzturētu osmotisko līdzsvaru.

Homeostāzes traucējumi un klīniskā nozīme

Kad homeostātiskie mehānismi nestrādā pareizi, rodas slimības vai dzīvībai bīstami stāvokļi. Piemēri:

• Diabēts mellitus — zudums glikozes homeostāzes dēļ (insulīna trūkums vai rezistence) izraisa hronisku hiperglikēmiju un sarežģījumus.
• Dehidratācija vai hiponatrēmija — šķidruma un sāļu līdzsvara traucējumi ietekmē šūnu funkcijas un var izraisīt smadzeņu tūsku vai sirds darbības traucējumus.
• Hipotermija un hipertermija/karstuma dūriens — termoregulācijas zaudējums var būt letāls.
• Septiskais šoks — smags infekcijas izraisīts stāvoklis, kurā homeostāze (circulācijas, temperatūras, vielmaiņas regulācija) sabrūk.

Adaptācija un ilgtermiņa regulācija

Homeostāze nav statiska — set point var mainīties īslaicīgi vai ilgtermiņā. Piemēram, svars un vielmaiņas līdzsvars var mainīties ar uztura paradumiem, bet arī pastāv allostāze — procesa definēšana, kā organisms pielāgojas mainīgiem apstākļiem, maksājot fizioloģiskas izmaksas. Ir arī attīstības un evolūcijas mehānismi, kas pielāgo homeostātiskos procesus konkrētai videi.

Kopsavilkums

Homeostāze ir pamats, uz kura balstās dzīvība — tā ļauj organismiem darboties stabilā iekšējā vidē, izmantojot sensorus, kontroltērus un efektorus, bieži caur negatīvām atgriezeniskajām saitēm. Sapratne par homeostāzi ir centrāla medicīnā, ekoloģijā un bioloģiskajā pētījumā, jo tās traucējumi atspoguļo daudzu slimību cēloņus un seku mehānismus.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir homeostāze?

J: Kas radīja terminu homeostāze?

J: Kādas ir dažas homeostāzes pazīmes saskaņā ar Valteru Kanonu?

Kādi orgāni ir iesaistīti homeostāzē zīdītājiem?

J: Kā dzīvnieki regulē savu iekšējo līdzsvaru?

J: Kā sauc zinātni par to, kā dzīvas būtnes saglabā sevi stabilā stāvoklī?

Meklēt pēc burta