Понятие о гомеостазе. Структурный и физиологический гомеостаз. Роль нервной и эндокринной систем

Одно из основных свойств всего жи­вого — способность сохранять отно­сительное динамическое постоянство внутренней среды. Это свойство полу­чило название гомеостаз (гр. homoios — равный, stasis — состояние). 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 над-организменном уровнях.

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.

Основные компоненты гомеостаза. Клеточный и молекулярно-генетический уровни. Клетка является сложной биологической 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. Сам меха­низм этого процесса, при котором новая нить ДНК строится строго компле­ментарно около каждой из составляю­щих молекул двух старых нитей, яв­ляется оптимальным для точной пере­дачи информации. Точность этого про­цесса очень высока, но все же, хотя и очень редко, происходят ошибки при редупликации. Нарушение структуры молекулы ДНК может происходить и в ее первичных цепях вне связи с редупликацией под воздействием эндо­генных и экзогенных химических со­единений, под влиянием физических факторов. В большинстве случаев про­исходит восстановление генома клетки, исправление повреждения посредством системы репарирующих ферментов. 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. Диплоидные клетки отличаются боль­шей стабильностью функционирования, так как наличие у них двух генетиче­ских программ повышает надежность генотипа. Большинство мутаций, ока­зывающих часто неблагоприятное дей­ствие, являются рецессивными. Нали­чие у гетерозиготной особи доминант­ного аллеля обеспечивает либо пол­ное, либо частичное подавление в фе­нотипе рецессивной мутации. Стабили­зация сложной системы генотипа обес­печивается и явлениями полимерии, а также другими видами взаимодей­ствия генов. Большую роль в процес­сах гомеостаза играют регуляторные гены, контролирующие активность оперонов.

Упрокариот, имеющих более при­митивную организацию генотипа, на­блюдается меньшая автономность ор­ганизмов от колебания внешней среды и более низкая стабильность самого генетического аппарата.

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. По мере усложнения организмов эта способность прогрес­сирует, делая их в большей степени не­зависимыми от колебаний внешних ус­ловий. Особенно это проявляется у выс­ших животных и человека, имеющих сложные нервные, эндокринные и им­мунные механизмы регуляции. Влия­ние среды на организм человека в ос­новном является не прямым, а опосре­дованным, благодаря созданию им искусственной среды, успехам техники и цивилизации.

Молекулярно-генетический уровень гомеостаза обеспечивается процессами редупликации ДНК, репарации. На­дежность генетического аппарата эукариот обусловлена наличием двух гено­мов в каждой соматической клетке.

На уровне клетки происходит восста­новление ее мембран, компенсаторное увеличение ряда органоидов при необ­ходимости повышения функции (уве­личение количества митохондрий, ри­босом).

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 системных механизмах гомеостаза действует кибернетический принцип от­рицательной обратной связи: при лю­бом возмущающем воздействии происхо­дит включение нервных и эндокринных механизмов, которые тесно взаимосвя­заны. Нормализация физиологических показателей осуществляется на основе свойства раздражимости. У более вы­соко организованных животных это ус­ложняется, дополняется сложными по­веденческими реакциями, включаю­щими инстинкты, условно-рефлектор­ную и элементарную рассудочную де­ятельность, а у человека абстрактное мышление — качественно новое явле­ние, положившее начало социальной эволюции, где действуют другие за­коны.

Кибернетика – наука, устанавливающая общие принципы управления саморегулирующимися системами. Живые организмы также являются саморегулирующимися системами, и поэтому к ним применимы все кибернетические понятия и принципы регуляции.

В основе работы кибернетической системы лежит процесс передачи и обработки информации. В работу системы постоянно вносятся коррективы, характер которых зависит от тех отклонений, которые наблюдаются на входе. Для живых организмов входными сигналами служат пища, вода, свет, звук, температура. Выходные сигналы – реакция органа или ткани, выделение секрета и т.д. Важным элементом кибернетической системы является обратная связь – влияние выходного сигнала на блок управления. Различают отрицательную и положительную обратную связь. Отрицательная обратная связь – направлена на восстановление исходного состояния кибернетической системы, в случае ее отклонения от нормы. Пример: работа термостата.

Положительная обратная связь – направлена на усиление возникшего отклонения кибернетической системы от исходного состояния. Пример: кровотечение из крупного сосуда, рост организма в онтогенезе.

Нервная регуляция: высокая скорость наступления ответной реакции;реакция кратковременная;реакция носит локальный характер.

Гуморальная регуляция (обеспечивается выделением в кровь гормонов):реакция наступает медленно;реакция длительна;реакция носит разлитой характер.