Para que os organismos multicelulares existam, é necessário manter a constância do ambiente interno. Muitos ecologistas estão convencidos de que este princípio também se aplica ao ambiente externo. Se o sistema não conseguir restaurar seu equilíbrio, ele poderá eventualmente deixar de funcionar.

Sistemas complexos - por exemplo, o corpo humano - devem ter homeostase para manter a estabilidade e existir. Esses sistemas não apenas precisam se esforçar para sobreviver, mas também precisam se adaptar às mudanças ambientais e evoluir.

Propriedades da homeostase

Os sistemas homeostáticos têm as seguintes propriedades:

• instabilidade sistema: testa como ele pode se adaptar melhor.
• Esforçando-se pelo equilíbrio: toda a organização interna, estrutural e funcional dos sistemas contribui para manter o equilíbrio.
• imprevisibilidade: O efeito resultante de uma determinada ação muitas vezes pode ser diferente do esperado.

• Regulação da quantidade de micronutrientes e água no corpo - osmorregulação. Realizado nos rins.
• Remoção de produtos residuais do processo metabólico - isolamento. É realizado por órgãos exócrinos - rins, pulmões, glândulas sudoríparas e trato gastrointestinal.
• Regulação da temperatura corporal. Abaixando a temperatura através da transpiração, uma variedade de reações termorreguladoras.
• Regulação dos níveis de glicose no sangue. Realizado principalmente pelo fígado, insulina e glucagon secretados pelo pâncreas.
• Regulação do nível de metabolismo básico dependendo da dieta.

É importante notar que embora o corpo esteja em equilíbrio, seu estado fisiológico pode ser dinâmico. Muitos organismos exibem mudanças endógenas na forma de ritmos circadianos, ultradianos e infradianos. Assim, mesmo em homeostase, a temperatura corporal, a pressão arterial, a frequência cardíaca e a maioria dos indicadores metabólicos nem sempre estão em um nível constante, mas mudam com o tempo.

Mecanismos de homeostase: feedback

Quando há uma mudança nas variáveis, existem dois tipos principais de feedback aos quais o sistema responde:

1. Feedback negativo, expresso como uma reação na qual o sistema responde de forma a inverter a direção da mudança. Como o feedback serve para manter a constância do sistema, permite manter a homeostase.
   • Por exemplo, quando a concentração de dióxido de carbono no corpo humano aumenta, os pulmões recebem um sinal para aumentar sua atividade e expirar. mais dióxido de carbono.
   • A termorregulação é outro exemplo de feedback negativo. Quando a temperatura corporal aumenta (ou diminui), os termorreceptores na pele e no hipotálamo registram a mudança, desencadeando um sinal do cérebro. Este sinal, por sua vez, causa uma resposta - uma diminuição (ou aumento) da temperatura.
2. Feedback positivo, que é expresso como uma amplificação da mudança em uma variável. Tem um efeito desestabilizador, por isso não leva à homeostase. O feedback positivo é menos comum em sistemas naturais, mas também tem seus usos.
   • Por exemplo, nos nervos, um potencial elétrico limiar causa a geração de um potencial de ação muito maior. A coagulação do sangue e os eventos de nascimento são outros exemplos de feedback positivo.

Sistemas estáveis ​​precisam de combinações de ambos os tipos de feedback. Enquanto o feedback negativo permite que você retorne a um estado homeostático, o feedback positivo é usado para passar para um estado de homeostase completamente novo (e possivelmente menos desejável), uma situação chamada "metaestabilidade". Tais mudanças catastróficas podem ocorrer, por exemplo, com o aumento de nutrientes em rios com água limpa, o que leva a um estado homeostático de alta eutrofização (crescimento excessivo de algas) e turbidez.

Homeostase ecológica

Em ecossistemas perturbados, ou comunidades biológicas subclimáticas - como, por exemplo, a ilha de Krakatoa, após uma forte erupção vulcânica em - o estado de homeostase do ecossistema florestal clímax anterior foi destruído, como toda a vida nesta ilha. Krakatoa passou pela cadeia nos anos desde a erupção mudança ambiental, em que novas espécies de plantas e animais se sucederam, o que levou à diversidade biológica e, como resultado, a uma comunidade clímax. A sucessão ecológica em Krakatoa ocorreu em várias etapas. Cadeia completa A sucessão que leva ao clímax é chamada de preserie. No exemplo de Krakatoa, esta ilha desenvolveu uma comunidade clímax com oito mil espécies diferentes registradas em , cem anos depois que a erupção destruiu a vida nela. Os dados confirmam que a posição se mantém em homeostase por algum tempo, enquanto o surgimento de novas espécies muito rapidamente leva ao rápido desaparecimento das antigas.

O caso de Krakatoa e outros ecossistemas perturbados ou intactos mostra que a colonização inicial por espécies pioneiras ocorre por meio de estratégias de reprodução por retroalimentação positiva nas quais as espécies se dispersam, produzindo o maior número possível de descendentes, mas com pouco ou nenhum investimento no sucesso de cada indivíduo. . Em tais espécies, há um rápido desenvolvimento e um colapso igualmente rápido (por exemplo, por meio de uma epidemia). À medida que um ecossistema se aproxima do clímax, tais espécies são substituídas por espécies clímax mais complexas que se adaptam por meio de feedback negativo às condições específicas de seu ambiente. Essas espécies são cuidadosamente controladas pela capacidade potencial do ecossistema e seguem uma estratégia diferente - a produção de descendentes menores, em cujo sucesso reprodutivo nas condições do microambiente de seu nicho ecológico específico, mais energia é investida.

O desenvolvimento começa com a comunidade pioneira e termina com a comunidade clímax. Essa comunidade clímax é formada quando a flora e a fauna entram em equilíbrio com o ambiente local.

Tais ecossistemas formam heterarquias, nas quais a homeostase em um nível contribui para processos homeostáticos em outro nível complexo. Por exemplo, a perda de folhas em uma árvore tropical madura abre espaço para um novo crescimento e enriquece o solo. NO igualmente a árvore tropical reduz o acesso de luz aos níveis mais baixos e ajuda a evitar a invasão de outras espécies. Mas as árvores também caem no chão e o desenvolvimento da floresta depende da constante mudança das árvores, do ciclo de nutrientes realizado por bactérias, insetos, fungos. Da mesma forma, essas florestas contribuem para processos ecológicos- como regulação de microclimas ou ciclos hidrológicos de um ecossistema, e vários ecossistemas diferentes podem interagir para manter a homeostase da drenagem do rio dentro de uma região biológica. A variabilidade das biorregiões também desempenha um papel na estabilidade homeostática de uma região biológica, ou bioma.

Homeostase biológica

A homeostase atua como uma característica fundamental dos organismos vivos e é entendida como a manutenção do ambiente interno dentro de limites aceitáveis.

O ambiente interno do corpo inclui fluidos corporais - plasma sanguíneo, linfa, substância intercelular e líquido cefalorraquidiano. A manutenção da estabilidade desses fluidos é vital para os organismos, enquanto sua ausência leva a danos ao material genético.

3) tecidos, que se caracterizam principalmente ou exclusivamente pela regeneração intracelular (miocárdio e células ganglionares do sistema nervoso central)

No processo de evolução, formaram-se 2 tipos de regeneração: fisiológica e reparadora.

Homeostase no corpo humano

Vários fatores afetam a capacidade dos fluidos corporais de sustentar a vida. Entre eles estão parâmetros como temperatura, salinidade, acidez e concentração de nutrientes - glicose, vários íons, oxigênio e produtos residuais - dióxido de carbono e urina. Como esses parâmetros afetam as reações químicas que mantêm o organismo vivo, existem mecanismos fisiológicos embutidos para mantê-los no nível necessário.

A homeostase não pode ser considerada a causa dos processos dessas adaptações inconscientes. Deve ser tomado como uma característica geral de muitos processos normais agindo em conjunto, e não como sua causa raiz. Além disso, existem muitos fenômenos biológicos que não se encaixam nesse modelo - por exemplo, o anabolismo.

Outras áreas

O conceito de "homeostase" também é usado em outras áreas.

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Um trecho que caracteriza a Homeostase

Às seis e meia, Napoleão cavalgava para a aldeia de Shevardin.
Começou a amanhecer, o céu clareou, apenas uma nuvem estava no leste. Fogueiras abandonadas se extinguiram na tênue luz da manhã.
À direita, um tiro de canhão grosso e solitário soou, varreu e congelou no silêncio geral. Vários minutos se passaram. Houve um segundo, terceiro tiro, o ar tremeu; a quarta e a quinta ressoaram perto e solenemente em algum lugar à direita.
Os primeiros tiros ainda não haviam terminado de soar antes que outros soassem, repetidas vezes, fundindo-se e interrompendo-se.
Napoleão subiu com sua comitiva ao reduto de Shevardinsky e desmontou de seu cavalo. O jogo começou.

Voltando do príncipe Andrei para Gorki, Pierre, tendo ordenado ao bereator que preparasse os cavalos e o acordasse de manhã cedo, imediatamente adormeceu atrás da divisória, no canto que Boris lhe deu.
Quando Pierre acordou completamente na manhã seguinte, não havia ninguém na cabana. Vidro chacoalhava nas pequenas janelas. O Reitor o empurrou para o lado.
“Sua excelência, sua excelência, sua excelência...” disse o bereytor teimosamente, sem olhar para Pierre e, aparentemente, tendo perdido a esperança de acordá-lo, sacudindo-o pelo ombro.
- O que? Começou? É hora? Pierre falou, acordando.
“Por favor, ouça os disparos”, disse o bereytor, um soldado aposentado, “já todos os cavalheiros se levantaram, os mais brilhantes já passaram há muito.
Pierre se vestiu apressadamente e correu para a varanda. Lá fora estava claro, fresco, úmido e alegre. O sol, tendo acabado de escapar por trás da nuvem que o obscurecia, respingou até a metade de seus raios, quebrados por uma nuvem, pelos telhados da rua oposta, na poeira da estrada coberta de orvalho, nas paredes das casas , nas janelas da cerca e nos cavalos de Pierre ao lado da cabana. O estrondo dos canhões foi ouvido mais claramente no pátio. Um ajudante com um cossaco rugiu rua abaixo.
- Está na hora, Conde, está na hora! gritou o ajudante.
Ordenando que levasse o cavalo atrás dele, Pierre desceu a rua até o monte, de onde havia visto o campo de batalha ontem. Havia uma multidão de militares neste monte, e o dialeto francês do estado-maior era ouvido, e a cabeça grisalha de Kutuzov era visível com seu boné branco com uma faixa vermelha e uma nuca grisalha afundada em seus ombros. Kutuzov olhou pelo cano à frente ao longo da estrada principal.
Entrando nos degraus da entrada do monte, Pierre olhou para a frente e congelou de admiração diante da beleza do espetáculo. Era o mesmo panorama que ele admirara ontem deste monte; mas agora toda a área estava coberta de tropas e fumaça de tiros, e os raios oblíquos do sol brilhante, subindo atrás, à esquerda de Pierre, lançavam sobre ela no ar claro da manhã uma luz penetrante com um tom dourado e rosa e sombras escuras e longas. As florestas distantes que completam o panorama, como se esculpidas em algum tipo de pedra preciosa verde-amarelada, podiam ser vistas com sua linha curva de picos no horizonte, e entre eles, atrás de Valuev, a grande estrada de Smolensk cortava, toda coberta com tropas. Mais perto, campos dourados e bosques brilhavam. Em todos os lugares - na frente, à direita e à esquerda - as tropas eram visíveis. Tudo isso foi animado, majestoso e inesperado; mas o que mais impressionou Pierre foi a visão do próprio campo de batalha, Borodino e a depressão acima de Kolochaya em ambos os lados.
Acima de Kolochaya, em Borodino e em ambos os lados, especialmente à esquerda, onde o Voyna deságua em Kolocha nas margens pantanosas, havia aquela névoa que derrete, borra e brilha quando o sol brilha e magicamente colore e delineia tudo visto através dele. A essa neblina se juntou a fumaça dos tiros, e através dessa neblina e fumaça relâmpagos da luz da manhã brilhavam por toda parte - ora na água, ora no orvalho, ora nas baionetas das tropas que se amontoavam nas margens e em Borodino. Através deste nevoeiro podia-se ver a igreja branca, em alguns lugares os telhados das cabanas de Borodin, em alguns lugares massas sólidas de soldados, em alguns lugares caixas verdes, canhões. E tudo se moveu, ou parecia se mover, porque a névoa e a fumaça se estendiam por todo este espaço. Tanto nesta localidade das partes baixas perto de Borodino, coberta de neblina, como fora dela, mais alta e principalmente à esquerda ao longo de toda a linha, pelas matas, pelos campos, nas partes mais baixas, nos topos das elevações, constantemente nasciam de si mesmas, do nada, canhão, depois solitárias, ora encaroçadas, ora raras, ora frequentes nuvens de fumaça, que, inchando, crescendo, rodopiando, fundindo-se, eram visíveis por todo esse espaço.
Essas fumaças de tiros e, por incrível que pareça, seus sons produziram a principal beleza do espetáculo.
Sopro! - de repente podia-se ver uma fumaça redonda e densa brincando com as cores púrpura, cinza e branco leitoso, e bum! - o som desta fumaça foi ouvido em um segundo.
"Poof poof" - duas fumaças subiram, empurrando e se fundindo; e "boom boom" - confirmou os sons que o olho viu.
Pierre olhou para trás para a primeira fumaça que ele havia deixado em uma bola arredondada e densa, e já em seu lugar havia bolas de fumaça se estendendo para o lado, e puf... (com uma parada) puf puf - mais três, mais quatro, e para cada um, com as mesmas constelações, bum... bum bum bum - respondeu sons bonitos, sólidos, verdadeiros. Parecia que essas fumaças corriam, que estavam de pé, e florestas, campos e baionetas brilhantes passavam por elas. Do lado esquerdo, sobre os campos e arbustos, essas grandes fumaças com seus ecos solenes nasciam constantemente, e mais perto ainda, ao longo dos baixos níveis e florestas, pequenas fumaças de canhões, que não tiveram tempo de arredondar, irromperam e davam seus pequenos ecos da mesma maneira. Foda-se ta ta tah - as armas estalavam, embora muitas vezes, mas incorretamente e mal em comparação com os tiros.
Pierre queria estar onde estavam essas fumaças, essas baionetas e canhões brilhantes, esse movimento, esses sons. Ele olhou para Kutuzov e para sua comitiva, a fim de verificar sua impressão com os outros. Todos eram exatamente iguais a ele e, como lhe parecia, aguardavam o campo de batalha com o mesmo sentimento. Em todos os rostos brilhou agora que calor latente(chaleur latente) um sentimento que Pierre percebeu ontem e que ele entendeu completamente depois de sua conversa com o príncipe Andrei.
“Vá, minha querida, vá, Cristo está com você”, disse Kutuzov, sem tirar os olhos do campo de batalha, para o general que estava ao seu lado.
Tendo ouvido a ordem, este general passou por Pierre, até a saída do monte.
- Para a travessia! - disse o general com frieza e severidade em resposta à pergunta de um dos funcionários, para onde estava indo. “E eu, e eu”, pensou Pierre e foi na direção do general.
O general montou um cavalo, que lhe foi dado por um cossaco. Pierre foi até seu bereytor, que estava segurando os cavalos. Perguntando qual deles era mais quieto, Pierre montou no cavalo, agarrou a crina, pressionou os calcanhares de suas pernas torcidas contra a barriga do cavalo e, sentindo que seus óculos estavam caindo e que ele não conseguia tirar as mãos da crina e das rédeas , ele galopou atrás do general, despertando os sorrisos do pessoal, do carrinho de mão olhando para ele.

O general, atrás de quem Pierre cavalgava, desceu, virou bruscamente para a esquerda e Pierre, perdendo-o de vista, saltou para as fileiras dos soldados de infantaria que caminhavam à sua frente. Ele tentou sair deles primeiro para a direita, depois para a esquerda; mas por toda parte havia soldados, com rostos igualmente preocupados, ocupados com alguns negócios invisíveis, mas obviamente importantes. Todos olhavam com o mesmo olhar insatisfeito e questionador para aquele gordo de chapéu branco, por algum motivo desconhecido, atropelando-os com seu cavalo.
- Por que ele cavalga no meio do batalhão! um gritou para ele. Outro empurrou seu cavalo com a coronha, e Pierre, agarrado ao arção e mal segurando o cavalo tímido, saltou para a frente do soldado, onde era mais espaçoso.
Havia uma ponte à sua frente, e outros soldados estavam de pé junto à ponte, atirando. Pierre foi até eles. Sem saber, Pierre dirigiu até a ponte sobre o Kolocha, que ficava entre Gorki e Borodino e que, na primeira ação da batalha (tomando Borodino), foi atacada pelos franceses. Pierre viu que havia uma ponte à sua frente, e que em ambos os lados da ponte e no prado, naquelas fileiras de feno que ele notou ontem, soldados estavam fazendo algo na fumaça; mas, apesar do tiroteio incessante que acontecia neste lugar, ele não achava que aquele fosse o campo de batalha. Ele não ouviu os sons de balas guinchando de todos os lados, e os projéteis voando sobre ele, não viu o inimigo que estava do outro lado do rio, e por muito tempo não viu os mortos e feridos, embora muitos caiu não muito longe dele. Com um sorriso que nunca deixou seu rosto, ele olhou ao redor.
- O que este dirige na frente da fila? Alguém gritou com ele novamente.
“Vire à esquerda, vire à direita”, gritaram para ele. Pierre foi para a direita e inesperadamente foi morar com o ajudante do general Raevsky, que ele conhecia. Este ajudante olhou com raiva para Pierre, obviamente pretendendo gritar com ele também, mas, reconhecendo-o, acenou com a cabeça para ele.
– Como você está aqui? ele disse e seguiu em frente.
Pierre, sentindo-se deslocado e ocioso, com medo de interferir com alguém novamente, galopou atrás do ajudante.
- Está aqui, certo? Posso acompanhar você? ele perguntou.
"Agora, agora", respondeu o ajudante e, saltando para o coronel gordo que estava parado no prado, entregou algo a ele e depois se virou para Pierre.
“Por que você veio aqui, Conde?” ele disse a ele com um sorriso. Estão todos curiosos?
“Sim, sim”, disse Pierre. Mas o ajudante, virando o cavalo, seguiu em frente.
“Aqui, graças a Deus”, disse o ajudante, “mas no flanco esquerdo de Bagration há uma terrível fritura acontecendo.
- Sério? perguntou Pierre. - Cadê?
- Sim, vamos comigo para o monte, você pode ver de nós. E ainda é tolerável conosco na bateria”, disse o ajudante. - Bem, você vai?
"Sim, estou com você", disse Pierre, olhando ao redor e procurando seu bereator com os olhos. Aqui, apenas pela primeira vez, Pierre viu os feridos, vagando a pé e carregados em uma maca. No mesmo prado com fileiras de feno perfumadas, pelas quais ele havia passado ontem, através das fileiras, virando desajeitadamente a cabeça, jazia imóvel um soldado com uma barretina caída. Por que não o trouxeram? - Pierre começou; mas, vendo o rosto severo do ajudante, que olhava para trás na mesma direção, calou-se.
Pierre não encontrou seu bereytor e, junto com o ajudante, desceu o vale até o túmulo de Raevsky. O cavalo de Pierre ficou atrás do ajudante e o sacudiu uniformemente.
- Você, aparentemente, não está acostumado a cavalgar, conde? perguntou o ajudante.
"Não, nada, mas ela pula muito", disse Pierre, perplexo.
- Eh! .. sim, ela foi ferida - disse o ajudante, - frente direita, acima do joelho. A bala deve ser. Parabéns, Conde”, disse ele, “le bapteme de feu [batismo de fogo].
Passando pela fumaça ao longo do sexto corpo, atrás da artilharia, que, avançando, disparava, ensurdecedor com seus tiros, chegaram a uma pequena floresta. A floresta estava fresca, silenciosa e cheirava a outono. Pierre e o ajudante desmontaram de seus cavalos e subiram a montanha.
O general está aqui? perguntou o ajudante, aproximando-se do monte.
“Estávamos agora, vamos aqui”, responderam, apontando para a direita.
O ajudante olhou para Pierre, como se não soubesse o que fazer com ele agora.
"Não se preocupe", disse Pierre. - Eu vou para o monte, posso?
- Sim, vá, tudo é visível de lá e não é tão perigoso. E eu vou te pegar.
Pierre foi até a bateria e o ajudante continuou. Eles não se viram novamente, e muito mais tarde Pierre soube que o braço desse ajudante havia sido arrancado naquele dia.
O túmulo em que Pierre entrou era aquele famoso (mais tarde conhecido pelos russos sob o nome de bateria kurgan, ou bateria Raevsky, e pelos franceses sob o nome la grande redoute, la fatale redoute, la redoute du centre [grande reduto, reduto fatal, reduto central] um lugar em torno do qual dezenas de milhares de pessoas foram colocadas e que os franceses consideravam o ponto mais importante da posição.
Este reduto consistia em um montículo, em que foram cavados fossos em três lados. Em um lugar cavado por valas havia dez canhões de tiro saindo pelas aberturas das muralhas.
Canhões estavam alinhados com o monte de ambos os lados, também disparando incessantemente. Um pouco atrás dos canhões estavam as tropas de infantaria. Entrando neste monte, Pierre não pensou que este lugar cavado com pequenas valas, sobre as quais vários canhões disparavam, era o lugar mais importante da batalha.
Pierre, pelo contrário, parecia que este lugar (exatamente porque ele estava nele) era um dos lugares mais insignificantes da batalha.
Entrando no monte, Pierre sentou-se na ponta da vala que cercava a bateria, e com um sorriso inconscientemente alegre olhou para o que estava acontecendo ao seu redor. De vez em quando, Pierre se levantava com o mesmo sorriso e, tentando não atrapalhar os soldados carregando e rolando as armas, que passavam constantemente por ele com malas e cargas, andava em volta da bateria. Os canhões desta bateria disparavam incessantemente um após o outro, ensurdecendo com seus sons e cobrindo toda a vizinhança com fumaça de pólvora.
Em contraste com a sensação sinistra entre os soldados de infantaria da cobertura, aqui, na bateria, onde um pequeno número de pessoas ocupadas em negócios são brancos limitados, separados dos outros por uma vala, aqui se sentia o mesmo e comum a todos, como se fosse uma animação familiar.
A aparição da figura não militar de Pierre em um chapéu branco primeiro atingiu essas pessoas desagradavelmente. Os soldados, passando por ele, olharam com surpresa e até medo para sua figura. O oficial superior de artilharia, um homem alto, bexiguento e com pernas compridas, como se quisesse ver a ação do último canhão, aproximou-se de Pierre e olhou para ele com curiosidade.
Um jovem oficial de rosto redondo, ainda uma criança perfeita, obviamente recém-saído do corpo, descartando as duas armas que lhe foram confiadas com muita diligência, virou-se severamente para Pierre.
“Senhor, deixe-me convidá-lo para sair do caminho”, ele disse a ele, “não é permitido aqui.
Os soldados balançaram a cabeça em desaprovação, olhando para Pierre. Mas quando todos estavam convencidos de que aquele homem de chapéu branco não só não fazia nada de errado, mas ou sentava-se calmamente na encosta da muralha, ou com um sorriso tímido, evitando cortesmente os soldados, caminhava ao longo da bateria sob os tiros tão calmamente quanto ao longo do bulevar, então, pouco a pouco, um sentimento de perplexidade hostil em relação a ele começou a se transformar em participação afetuosa e lúdica, semelhante à que os soldados têm por seus animais: cães, galos, cabras e, em geral, animais que vivem com equipes militares. Esses soldados imediatamente aceitaram mentalmente Pierre em sua família, apropriaram-se e deram-lhe um apelido. “Nosso mestre” chamavam-no e riam dele carinhosamente entre si.
Um núcleo explodiu no chão a poucos passos de Pierre. Ele, limpando a terra salpicada com uma bala de canhão de seu vestido, olhou em volta com um sorriso.
- E como você não tem medo, mestre, de verdade! - o soldado largo de rosto vermelho virou-se para Pierre, mostrando seus fortes dentes brancos.
- Você está com medo? perguntou Pierre.
- Mas como? respondeu o soldado. “Porque ela não terá misericórdia. Ela bate, então as tripas para fora. Você não pode deixar de ter medo", disse ele, rindo.
Vários soldados com rostos alegres e afetuosos pararam perto de Pierre. Eles não pareciam esperar que ele falasse como todo mundo, e essa descoberta os encantou.
“Nosso negócio é soldado. Mas o senhor, tão incrível. Esse é o barão!
- Em lugares! - gritou um jovem oficial para os soldados reunidos em torno de Pierre. Este jovem oficial, aparentemente, desempenhou sua posição pela primeira ou segunda vez e, portanto, tratou tanto os soldados quanto o comandante com particular distinção e uniformidade.

Homeostase(grego antigo ὁμοιοστάσις de ὅμοιος - o mesmo, semelhante e στάσις - em pé, imobilidade) - auto-regulação, a capacidade de um sistema aberto de manter sua constância Estado interno através de respostas coordenadas destinadas a manter o equilíbrio dinâmico. O desejo do sistema de se reproduzir, de restabelecer o equilíbrio perdido, de vencer a resistência do meio externo. A homeostase populacional é a capacidade de uma população manter um certo número de seus indivíduos por um longo tempo.

Informação geral

Propriedades da homeostase

• instabilidade
• Esforçando-se pelo equilíbrio
• imprevisibilidade

• Regulação do nível de metabolismo básico dependendo da dieta.

Artigo principal: Comentários

Homeostase ecológica

Homeostase biológica

Homeostase celular

A regulação da atividade química da célula é alcançada por meio de vários processos, entre os quais a mudança na estrutura do próprio citoplasma, bem como a estrutura e a atividade das enzimas, é de particular importância. A autorregulação depende da temperatura, do grau de acidez, da concentração do substrato, da presença de certos macro e microelementos. Os mecanismos celulares de homeostase visam restaurar células naturalmente mortas de tecidos ou órgãos em caso de violação de sua integridade.

Regeneração-o processo de atualizar os elementos estruturais do corpo e restaurar seu número após danos, visando fornecer a atividade funcional necessária

Dependendo da resposta regenerativa, os tecidos e órgãos dos mamíferos podem ser divididos em 3 grupos:

1) tecidos e órgãos que se caracterizam pela regeneração celular (ossos, tecido conjuntivo frouxo, sistema hematopoiético, endotélio, mesotélio, mucosas do trato gastrointestinal, trato respiratório e sistema urinário)

2) tecidos e órgãos que se caracterizam pela regeneração celular e intracelular (fígado, rins, pulmões, músculos lisos e esqueléticos, sistema nervoso autônomo, pâncreas, sistema endócrino)

3) tecidos, que se caracterizam principalmente ou exclusivamente pela regeneração intracelular (miocárdio e células ganglionares do sistema nervoso central)

No processo de evolução, formaram-se 2 tipos de regeneração: fisiológica e reparadora.

Outras áreas

O atuário pode falar sobre homeostase de risco em que, por exemplo, as pessoas que têm um sistema antibloqueio de frenagem instalado em seu carro não estão em uma posição mais segura do que aquelas que não o têm instalado, porque essas pessoas inconscientemente compensam um carro mais seguro por uma condução arriscada. Isso acontece porque alguns dos mecanismos de retenção - como o medo - param de funcionar.

homeostase do estresse

Exemplos

• termorregulação
  • O tremor do músculo esquelético pode começar se a temperatura do corpo estiver muito baixa.
• Regulação química

Origens

1. O.-Ya.L.Bekish. Biologia médica. - Minsk: Urajay, 2000. - 520 p. - ISBN 985-04-0336-5.

Tópico № 13. Homeostase, mecanismos de sua regulação.

O corpo como um sistema aberto de autorregulação.

Um organismo vivo é um sistema aberto conectado com meio Ambiente através dos sistemas nervoso, digestivo, respiratório, excretor, etc.

No processo de metabolismo com alimentos, água, durante as trocas gasosas, vários compostos químicos entram no corpo, que sofrem alterações no corpo, entram na estrutura do corpo, mas não permanecem permanentemente. Substâncias assimiladas se decompõem, liberam energia, produtos de decomposição são removidos para o ambiente externo. A molécula destruída é substituída por uma nova, e assim por diante.

O corpo é um sistema aberto e dinâmico. Em um ambiente em constante mudança, o corpo mantém um estado estável por um certo tempo.

O conceito de homeostase. Padrões gerais de homeostase dos sistemas vivos.

homeostase - a propriedade de um organismo vivo de manter uma relativa constância dinâmica do ambiente interno. A homeostase é expressa na constância relativa da composição química, pressão osmótica, estabilidade das funções fisiológicas básicas. A homeostase é específica e determinada pelo genótipo.

A preservação da integridade das propriedades individuais de um organismo é uma das leis biológicas mais gerais. Essa lei é fornecida na série vertical de gerações pelos mecanismos de reprodução e ao longo da vida do indivíduo - pelos mecanismos de homeostase.

O fenômeno da homeostase é uma propriedade adaptativa hereditária e desenvolvida evolutivamente do corpo às condições ambientais normais. No entanto, essas condições podem ser de curto ou longo prazo fora da faixa normal. Nesses casos, os fenômenos de adaptação são caracterizados não apenas pela restauração das propriedades usuais do ambiente interno, mas também por mudanças de curto prazo na função (por exemplo, aumento do ritmo da atividade cardíaca e aumento da frequência de movimentos respiratórios com aumento do trabalho muscular). As reações de homeostase podem ser direcionadas para:

manter níveis de estado estacionário conhecidos;

eliminação ou limitação de fatores prejudiciais;

desenvolvimento ou preservação de formas ótimas de interação entre o organismo e o ambiente nas condições alteradas de sua existência. Todos esses processos determinam a adaptação.

Portanto, o conceito de homeostase significa não apenas uma certa constância de várias constantes fisiológicas do corpo, mas também inclui os processos de adaptação e coordenação de processos fisiológicos que garantem a unidade do corpo não apenas na norma, mas também em condições de mudança de sua existência.

Os principais componentes da homeostase foram definidos por C. Bernard, e podem ser divididos em três grupos:

A. Substâncias que atendem às necessidades celulares:

Substâncias necessárias para a formação de energia, para crescimento e recuperação - glicose, proteínas, gorduras.

NaCl, Ca e outras substâncias inorgânicas.

Oxigênio.

secreção interna.

B. Fatores ambientais que afetam a atividade celular:

pressão osmótica.

Temperatura.

Concentração de íons de hidrogênio (pH).

B. Mecanismos que garantem a unidade estrutural e funcional:

Hereditariedade.

Regeneração.

reatividade imunobiológica.

O princípio da regulação biológica garante o estado interno do organismo (seu conteúdo), bem como a relação entre as etapas de ontogênese e filogênese. Este princípio tornou-se generalizado. Ao estudá-lo, surgiu a cibernética - a ciência do controle proposital e ideal de processos complexos na vida selvagem, na sociedade humana, na indústria (Berg I.A., 1962).

Um organismo vivo é um sistema controlado complexo onde interagem muitas variáveis ​​do ambiente externo e interno. Comum a todos os sistemas é a presença entrada variáveis, que, dependendo das propriedades e leis do comportamento do sistema, são transformadas em final de semana variáveis ​​(Fig. 10).

Arroz. 10 - Esquema geral de homeostase dos sistemas vivos

As variáveis ​​de saída dependem das variáveis ​​de entrada e das leis do comportamento do sistema.

A influência do sinal de saída na parte de controle do sistema é chamada comentários , que tem grande importância na auto-regulação (reação homeostática). Distinguir negativo epositivo comentários.

negativo o feedback reduz a influência do sinal de entrada no valor da saída de acordo com o princípio: "quanto mais (na saída), menos (na entrada)". Ajuda a restaurar a homeostase do sistema.

No positivo feedback, o valor do sinal de entrada aumenta de acordo com o princípio: "quanto mais (na saída), mais (na entrada)". Aumenta o desvio resultante do estado inicial, o que leva a uma violação da homeostase.

No entanto, todos os tipos de autorregulação operam com o mesmo princípio: autodesvio do estado inicial, que serve de estímulo para acionar mecanismos de correção. Portanto, o pH normal do sangue é de 7,32 a 7,45. Uma mudança no pH em 0,1 leva a uma violação da atividade cardíaca. Este princípio foi descrito por Anokhin P.K. em 1935 e chamado de princípio de feedback, que serve para implementar reações adaptativas.

Princípio geral da resposta homeostática(Anokhin: "Teoria dos sistemas funcionais"):

desvio do nível inicial → sinal → ativação de mecanismos regulatórios baseados no princípio de feedback → correção de mudanças (normalização).

Sim, em trabalho físico a concentração de CO 2 no sangue aumenta → o pH muda para o lado ácido → o sinal entra no centro respiratório da medula oblonga → os nervos centrífugos conduzem um impulso para os músculos intercostais e a respiração se aprofunda → uma diminuição do CO 2 no sangue, pH é restaurado.

Mecanismos de regulação da homeostase a nível molecular-genético, celular, de organismo, de população-espécie e biosférico.

Os mecanismos homeostáticos regulatórios funcionam nos níveis gênico, celular e sistêmico (organísmico, população-espécie e biosférico).

Mecanismos genéticos homeostase. Todos os fenômenos da homeostase corporal são determinados geneticamente. Já no nível de produtos gênicos primários há uma conexão direta - "um gene estrutural - uma cadeia polipeptídica". Além disso, há uma correspondência colinear entre a sequência de nucleotídeos de DNA e a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica. O programa hereditário do desenvolvimento individual do organismo prevê a formação de características específicas da espécie não em condições ambientais constantes, mas em mudança, dentro dos limites da norma de reação hereditariamente determinada. A dupla hélice do DNA é essencial nos processos de sua replicação e reparo. Ambos estão diretamente relacionados à garantia da estabilidade do funcionamento do material genético.

Do ponto de vista genético, pode-se distinguir entre manifestações elementares e sistêmicas da homeostase. Exemplos de manifestações elementares da homeostase são: controle gênico de treze fatores de coagulação do sangue, controle gênico da histocompatibilidade de tecidos e órgãos, o que permite o transplante.

A área transplantada é chamada transplante. O organismo do qual o tecido é retirado para transplante é doador , e para quem eles transplantam - destinatário . O sucesso do transplante depende das reações imunológicas do organismo. Existem o autotransplante, o transplante singênico, o alotransplante e o xenotransplante.

Autotransplante – transplante de tecidos no mesmo organismo. Nesse caso, as proteínas (antígenos) do transplante não diferem das proteínas do receptor. Não há reação imunológica.

Transplante singênico realizado em gêmeos idênticos com o mesmo genótipo.

alotransplante – transplante de tecidos de um indivíduo para outro pertencente à mesma espécie. O doador e o receptor diferem em antígenos, portanto, em animais superiores, observa-se o enxerto de tecidos e órgãos a longo prazo.

Xenotransplante Doador e receptor pertencem a diferentes tipos de organismos. Esse tipo de transplante é bem-sucedido em alguns invertebrados, mas esses transplantes não se enraízam em animais superiores.

No transplante, o fenômeno é de grande importância tolerância imunológica (compatibilidade tecidual). A supressão da imunidade no caso de transplante de tecidos (imunossupressão) é alcançada por: supressão da atividade do sistema imunológico, irradiação, administração de soro antilinfótico, hormônios do córtex adrenal, preparações químicas - antidepressivos (imuran). A principal tarefa é suprimir não apenas a imunidade, mas a imunidade do transplante.

imunidade de transplante determinado pela constituição genética do doador e do receptor. Genes responsáveis ​​pela síntese de antígenos causando uma reação no tecido transplantado são chamados de genes de incompatibilidade tecidual.

Em humanos, o principal sistema genético de histocompatibilidade é o sistema HLA (Human Leukocyte Antigen). Os antígenos estão suficientemente bem representados na superfície dos leucócitos e são determinados usando anti-soros. O plano da estrutura do sistema em humanos e animais é o mesmo. Uma terminologia unificada foi adotada para descrever os loci genéticos e alelos do sistema HLA. Os antígenos são designados: HLA-A 1 ; HLA-A 2 etc. Novos antígenos que não foram definitivamente identificados são designados - W (Work). Os antígenos do sistema HLA são divididos em 2 grupos: SD e LD (Fig. 11).

Os antígenos do grupo SD são determinados por métodos sorológicos e são determinados pelos genes de 3 sublocos do sistema HLA: HLA-A; HLA-B; HLA-C.

Arroz. 11 - HLA principal sistema genético de histocompatibilidade humana

LD - os antígenos são controlados pelo sublocus HLA-D do sexto cromossomo e são determinados pelo método de culturas mistas de leucócitos.

Cada um dos genes que controlam HLA - antígenos humanos, possui um grande número de alelos. Assim, o sublocus HLA-A controla 19 antígenos; HLA-B - 20; HLA-C - 5 antígenos "de trabalho"; HLA-D - 6. Assim, cerca de 50 antígenos já foram encontrados em humanos.

O polimorfismo antigênico do sistema HLA é resultado da origem de um do outro e conexão genética entre eles. A identidade do doador e do receptor de acordo com os antígenos do sistema HLA é necessária para o transplante. A transplantação de um rim idêntico em 4 antigenes do sistema fornece a sobrevivência em 70%; 3 - 60%; 2 - 45%; 1 - 25%.

Existem centros especiais que realizam a seleção de um doador e receptor para transplante, por exemplo, na Holanda - "Eurotransplant". A tipagem por antígenos do sistema HLA também é realizada na República da Bielorrússia.

Mecanismos celulares homeostase visam restaurar as células dos tecidos, órgãos em caso de violação de sua integridade. A totalidade dos processos destinados a restaurar estruturas biológicas destrutíveis é chamada de regeneração. Tal processo é característico de todos os níveis: renovação de proteínas, componentes de organelas celulares, organelas inteiras e as próprias células. Restauração das funções dos órgãos após uma lesão ou ruptura de um nervo, a cicatrização de feridas é importante para a medicina em termos de domínio desses processos.

Os tecidos, de acordo com sua capacidade regenerativa, são divididos em 3 grupos:

Tecidos e órgãos caracterizados celular regeneração (ossos, tecido conjuntivo frouxo, sistema hematopoiético, endotélio, mesotélio, mucosas do trato intestinal, trato respiratório e sistema geniturinário.

Tecidos e órgãos caracterizados celular e intracelular regeneração (fígado, rins, pulmões, músculos lisos e esqueléticos, sistema nervoso autônomo, endócrino, pâncreas).

Tecidos predominantemente intracelular regeneração (miocárdio) ou regeneração exclusivamente intracelular (células ganglionares do sistema nervoso central). Abrange os processos de restauração de macromoléculas e organelas celulares por montagem de estruturas elementares ou por sua divisão (mitocôndrias).

No processo de evolução, 2 tipos de regeneração foram formados fisiológico e reparador .

Regeneração fisiológica - Este é um processo natural de restauração dos elementos do corpo ao longo da vida. Por exemplo, a restauração de eritrócitos e leucócitos, a mudança do epitélio da pele, cabelo, substituição de dentes de leite por permanentes. Esses processos são influenciados por fatores externos e internos.

Regeneração reparadora é a restauração de órgãos e tecidos perdidos devido a danos ou lesões. O processo ocorre após lesões mecânicas, queimaduras, lesões químicas ou por radiação, bem como como resultado de doenças e operações cirúrgicas.

A regeneração reparadora é dividida em típica (homomorfose) e atípico (heteromorfose). No primeiro caso, regenera um órgão que foi removido ou destruído, no segundo, outro órgão se desenvolve no lugar do órgão removido.

Regeneração atípica mais comum em invertebrados.

Hormônios estimulam a regeneração glândula pituitária e glândula tireóide . Existem várias maneiras de regenerar:

Epimorfose ou regeneração completa - restauração da superfície da ferida, conclusão da parte ao todo (por exemplo, o crescimento de uma cauda em um lagarto, membros em uma salamandra).

Morfolaxia - reestruturação da parte restante do órgão para o todo, só que menor. Este método é caracterizado pela reestruturação do novo a partir dos remanescentes do antigo (por exemplo, a restauração de um membro em uma barata).

Endomorfose - recuperação devido à reestruturação intracelular de tecidos e órgãos. Devido ao aumento do número de células e seu tamanho, a massa do órgão se aproxima da inicial.

Nos vertebrados, a regeneração reparadora ocorre da seguinte forma:

Regeneração completa - restauração do tecido original após seu dano.

Hipertrofia regenerativa característica dos órgãos internos. Nesse caso, a superfície da ferida cicatriza com uma cicatriz, a área removida não volta a crescer e a forma do órgão não é restaurada. A massa da parte restante do órgão aumenta devido ao aumento do número de células e seu tamanho e se aproxima do valor original. Assim, nos mamíferos, o fígado, os pulmões, os rins, as glândulas supra-renais, o pâncreas, as glândulas salivares e a tireoide se regeneram.

Hiperplasia compensatória intracelular ultraestruturas celulares. Neste caso, forma-se uma cicatriz no local do dano, e a restauração da massa inicial ocorre devido ao aumento do volume das células, e não do seu número, com base no crescimento (hiperplasia) das estruturas intracelulares (tecido nervoso). ).

Mecanismos sistêmicos são fornecidos pela interação de sistemas reguladores: nervoso, endócrino e imunológico .

Regulação nervosa realizado e coordenado pelo sistema nervoso central. Impulsos nervosos, entrando em células e tecidos, causam não apenas excitação, mas também regulam processos químicos, trocam biologicamente substâncias ativas. Atualmente, mais de 50 neuro-hormônios são conhecidos. Assim, no hipotálamo, são produzidas vasopressina, ocitocina, liberinas e estatinas que regulam a função da glândula pituitária. Exemplos de manifestações sistêmicas da homeostase são a manutenção de uma temperatura constante, pressão arterial.

Do ponto de vista da homeostase e adaptação, o sistema nervoso é o principal organizador de todos os processos corporais. No centro da adaptação, equilibrando os organismos com as condições ambientais, de acordo com N.P. Pavlov, são processos reflexos. Entre os diferentes níveis de regulação homeostática há uma subordinação hierárquica privada no sistema de regulação dos processos internos do corpo (Fig. 12).

córtex hemisférico e partes do cérebro

auto-regulação de feedback

processos neurorregulatórios periféricos, reflexos locais

Níveis de homeostase celular e tecidual

Arroz. 12. - Subordinação hierárquica no sistema de regulação dos processos internos do organismo.

O nível mais primário são os sistemas homeostáticos dos níveis celular e tecidual. Acima deles estão os processos reguladores nervosos periféricos, como os reflexos locais. Mais adiante nesta hierarquia estão os sistemas de auto-regulação de certas funções fisiológicas com vários canais de "feedback". O topo desta pirâmide é ocupado pelo córtex cerebral e pelo cérebro.

Em um organismo multicelular complexo, as conexões diretas e de feedback são realizadas não apenas por mecanismos nervosos, mas também hormonais (endócrinos). Cada uma das glândulas que compõem o sistema endócrino afeta os demais órgãos desse sistema e, por sua vez, é influenciada por este último.

Mecanismos endócrinos homeostase de acordo com B.M. Zavadsky, este é um mecanismo de interação mais ou menos, ou seja, equilibrando a atividade funcional da glândula com a concentração do hormônio. Com uma alta concentração do hormônio (acima do normal), a atividade da glândula fica enfraquecida e vice-versa. Este efeito é realizado pela ação do hormônio na glândula que o produz. Em várias glândulas, a regulação é estabelecida através do hipotálamo e da glândula pituitária anterior, especialmente durante uma resposta ao estresse.

Glândulas endócrinas podem ser divididos em dois grupos em relação à sua relação com a hipófise anterior. Esta última é considerada central e as demais glândulas endócrinas são consideradas periféricas. Essa divisão se baseia no fato de que a hipófise anterior produz os chamados hormônios trópicos, que ativam certas glândulas endócrinas periféricas. Por sua vez, os hormônios das glândulas endócrinas periféricas atuam na hipófise anterior, inibindo a secreção de hormônios trópicos.

As reações que fornecem homeostase não podem ser limitadas a nenhuma glândula endócrina, mas capturam todas as glândulas em um grau ou outro. A reação resultante adquire um fluxo em cadeia e se espalha para outros efetores. O significado fisiológico dos hormônios está na regulação de outras funções do corpo e, portanto, o caráter da cadeia deve ser expresso o máximo possível.

Constantes violações do ambiente do corpo contribuem para a preservação de sua homeostase durante uma vida longa. Se você criar tais condições de vida sob as quais nada cause mudanças significativas no ambiente interno, então o organismo ficará completamente desarmado quando encontrar o ambiente e logo morrerá.

A combinação de mecanismos reguladores nervosos e endócrinos no hipotálamo permite reações homeostáticas complexas associadas à regulação da função visceral do corpo. Os sistemas nervoso e endócrino são o mecanismo unificador da homeostase.

Um exemplo de uma resposta geral dos mecanismos nervosos e humorais é um estado de estresse que se desenvolve sob condições de vida adversas e há uma ameaça de perturbação da homeostase. Sob estresse, há uma mudança no estado da maioria dos sistemas: muscular, respiratório, cardiovascular, digestivo, órgãos sensoriais, pressão arterial, composição do sangue. Todas essas mudanças são uma manifestação de reações homeostáticas individuais que visam aumentar a resistência do organismo a fatores adversos. A rápida mobilização das forças do corpo atua como uma reação protetora a um estado de estresse.

Com o "estresse somático", a tarefa de aumentar a resistência geral do organismo é resolvida de acordo com o esquema mostrado na Figura 13.

Arroz. 13 - Esquema de aumento da resistência geral do corpo quando

Homeostase - o que é? O conceito de homeostase

A homeostase é um processo autorregulador no qual todos os sistemas biológicos se esforçam para manter a estabilidade durante o período de adaptação a certas condições ideais para a sobrevivência. Qualquer sistema, estando em equilíbrio dinâmico, se esforça para alcançar um estado estável que resista a fatores e estímulos externos.

O conceito de homeostase

Todos os sistemas do corpo devem trabalhar juntos para manter a homeostase adequada dentro do corpo. A homeostase é a regulação da temperatura corporal, teor de água e níveis de dióxido de carbono. Por exemplo, diabetes mellitus é uma condição na qual o corpo não consegue regular os níveis de glicose no sangue.

Homeostase é um termo usado tanto para descrever a existência de organismos em um ecossistema quanto para descrever o funcionamento bem-sucedido das células dentro de um organismo. Organismos e populações podem manter a homeostase em condições de manutenção nível estável fertilidade e mortalidade.

Comentários

O feedback é um processo que ocorre quando os sistemas do corpo precisam ser desacelerados ou completamente parados. Quando uma pessoa come, a comida entra no estômago e a digestão começa. Entre as refeições, o estômago não deve funcionar. O sistema digestivo funciona com uma série de hormônios e impulsos nervosos para parar e iniciar a produção de ácido no estômago.

Outro exemplo de feedback negativo pode ser observado no caso de um aumento da temperatura corporal. A regulação da homeostase se manifesta pela transpiração, uma reação protetora do corpo ao superaquecimento. Desta forma, o aumento da temperatura é interrompido e o problema de superaquecimento é neutralizado. Em caso de hipotermia, o corpo também prevê uma série de medidas tomadas para se aquecer.

Mantendo o equilíbrio interno

A homeostase pode ser definida como uma propriedade de um organismo ou sistema que o ajuda a manter determinados parâmetros dentro da faixa normal de valores. Essa é a chave da vida, e o equilíbrio errado na manutenção da homeostase pode levar a doenças como hipertensão e diabetes.

A homeostase é um elemento chave para entender como o corpo humano funciona. Tal definição formal caracteriza um sistema que regula seu ambiente interno e busca manter a estabilidade e regularidade de todos os processos que ocorrem no corpo.

Regulação homeostática: temperatura corporal

O controle da temperatura corporal em humanos é um bom exemplo de homeostase em um sistema biológico. Quando uma pessoa está saudável, sua temperatura corporal oscila em torno de + 37°C, mas vários fatores podem afetar esse valor, incluindo hormônios, taxa metabólica e várias doenças que causam febre.

No corpo, a regulação da temperatura é controlada em uma parte do cérebro chamada hipotálamo. Através da corrente sanguínea para o cérebro, são recebidos os sinais de temperatura, bem como a análise dos resultados dos dados sobre a frequência da respiração, açúcar no sangue e metabolismo. A perda de calor no corpo humano também contribui para a redução da atividade.

Equilíbrio água-sal

Não importa quanta água uma pessoa beba, o corpo não incha como um balão, e o corpo humano não encolhe como passas se você beber muito pouco. Provavelmente, alguém já pensou nisso pelo menos uma vez. De uma forma ou de outra, o corpo sabe quanto líquido precisa ser armazenado para manter o nível desejado.

A concentração de sal e glicose (açúcar) no corpo é mantida em um nível constante (na ausência de fatores negativos), a quantidade de sangue no corpo é de cerca de 5 litros.

Regulação do açúcar no sangue

A glicose é um tipo de açúcar encontrado no sangue. O corpo humano deve manter níveis adequados de glicose para que uma pessoa permaneça saudável. Quando os níveis de glicose ficam muito altos, o pâncreas libera o hormônio insulina.

Se o nível de glicose no sangue cair muito, o fígado converte o glicogênio no sangue, aumentando assim o nível de açúcar. Quando bactéria patogênica ou vírus entram no corpo, ele começa a combater a infecção antes que os elementos patogênicos possam levar a qualquer problema de saúde.

Pressão sob controle

Manter a pressão arterial saudável também é um exemplo de homeostase. O coração pode sentir mudanças na pressão sanguínea e enviar sinais ao cérebro para processamento. Em seguida, o cérebro envia um sinal de volta ao coração com instruções sobre como responder corretamente. Se a pressão arterial estiver muito alta, ela deve ser reduzida.

Como a homeostase é alcançada?

Como o corpo humano regula todos os sistemas e órgãos e compensa as mudanças contínuas no ambiente? Isso se deve à presença de muitos sensores naturais que controlam a temperatura, a composição do sal no sangue, a pressão arterial e muitos outros parâmetros. Esses detectores enviam sinais para o cérebro, para o centro de controle principal, caso alguns valores se desviem da norma. Depois disso, são lançadas medidas compensatórias para restaurar o estado normal.

Manter a homeostase é extremamente importante para o corpo. O corpo humano contém uma certa quantidade substancias químicas, conhecidos como ácidos e álcalis, seu equilíbrio correto é essencial para o funcionamento ideal de todos os órgãos e sistemas do corpo. O nível de cálcio no sangue deve ser mantido no nível adequado. Como a respiração é involuntária, o sistema nervoso fornece ao corpo o oxigênio necessário. Quando as toxinas entram na corrente sanguínea, elas interrompem a homeostase do corpo. O corpo humano responde a esta perturbação com a ajuda do sistema urinário.

É importante ressaltar que a homeostase do organismo funciona automaticamente se o sistema funcionar normalmente. Por exemplo, uma reação ao calor - a pele fica vermelha, porque seus pequenos vasos sanguíneos se dilatam automaticamente. O tremor é uma resposta ao frio. Assim, a homeostase não é um conjunto de órgãos, mas a síntese e equilíbrio das funções corporais. Juntos, isso permite que você mantenha todo o corpo em um estado estável.

9.4. O conceito de homeostase. Padrões gerais de homeostase dos sistemas vivos

Apesar do fato de que um organismo vivo é um sistema aberto que troca matéria e energia com o meio ambiente e existe em unidade com ele, ele se mantém no tempo e no espaço como uma unidade biológica separada, retém sua estrutura (morfologia), reações comportamentais, condições físico-químicas nas células, fluido tecidual. A capacidade dos sistemas vivos de suportar mudanças e manter a constância dinâmica de composição e propriedades é chamada de homeostase. O termo "homeostase" foi proposto por W. Cannon em 1929. No entanto, a ideia da existência de mecanismos fisiológicos que asseguram a manutenção da constância do ambiente interno dos organismos foi expressa na segunda metade do século XIX por C. Bernard.

A homeostase melhorou ao longo da evolução. Os organismos multicelulares têm um ambiente interno no qual as células estão localizadas vários corpos e tecidos. Então sistemas de órgãos especializados (circulação, nutrição, respiração, excreção, etc.) foram formados, que estão envolvidos em assegurar a homeostase em todos os níveis de organização (molecular, subcelular, celular, tecido, órgão e organismo). Os mecanismos de homeostase mais perfeitos foram formados nos mamíferos, o que contribuiu para uma significativa ampliação das possibilidades de sua adaptação ao meio ambiente. Mecanismos e tipos de homeostase evoluíram no processo de evolução de longo prazo, sendo fixados geneticamente. O aparecimento no corpo de informações genéticas alienígenas, que muitas vezes são introduzidas por bactérias, vírus, células de outros organismos, bem como suas próprias células mutantes, podem perturbar significativamente a homeostase do corpo. Como proteção contra informações genéticas alienígenas, cuja penetração no corpo e sua subsequente implementação levariam ao envenenamento com toxinas (proteínas estrangeiras), surgiu esse tipo de homeostase como homeostase genética, que garante a constância genética do ambiente interno do corpo. É baseado em mecanismos imunológicos, incluindo proteção não específica e específica da própria integridade e individualidade do corpo. Mecanismos não específicos estão subjacentes à imunidade inata, constitucional, da espécie, bem como à resistência individual não específica. Estes incluem a função de barreira da pele e membranas mucosas, a ação bactericida da secreção de glândulas sudoríparas e sebáceas, as propriedades bactericidas do conteúdo do estômago e intestinos, secreção de lisozima das glândulas salivares e lacrimais. Se os organismos penetram no ambiente interno, eles são eliminados durante a reação inflamatória, que é acompanhada por fagocitose aumentada, bem como pelo efeito vírusostático do interferon (uma proteína com peso molecular de 25.000 - 110.000).

Mecanismos imunológicos específicos formam a base da imunidade adquirida, realizada pelo sistema imunológico, que reconhece, processa e elimina antígenos estranhos. A imunidade humoral é realizada através da formação de anticorpos que circulam no sangue. A base da imunidade celular é a formação de linfócitos T, o aparecimento de linfócitos T e B de longa duração de "memória imunológica", a ocorrência de alergias (hipersensibilidade a um antígeno específico). Nos seres humanos, as reações protetoras entram em vigor apenas na 2ª semana de vida, atingem sua atividade máxima aos 10 anos de idade, diminuem um pouco de 10 a 20 anos, permanecem aproximadamente no mesmo nível de 20 a 40 anos, depois desaparecem gradualmente .

Os mecanismos de defesa imunológica são um sério obstáculo no transplante de órgãos, causando reabsorção do enxerto. Os mais bem-sucedidos atualmente são os resultados do autotransplante (transplante de tecidos dentro do corpo) e do alotransplante entre gêmeos idênticos. Eles são muito menos bem sucedidos no transplante interespécies (heterotransplante ou xenotransplante).

Outro tipo de homeostase é homeostase bioquímica ajuda a manter a constância da composição química do ambiente líquido extracelular (interno) do corpo (sangue, linfa, fluido tecidual), bem como a constância da composição química do citoplasma e plasmolema das células. Homeostase fisiológica garante a constância dos processos de atividade vital do corpo. Graças a ele, a isoosmia (a constância do conteúdo de substâncias osmoticamente ativas), a isotérmia (manutenção da temperatura corporal de aves e mamíferos dentro de certos limites), etc., surgiram e estão sendo aprimoradas. Homeostase estrutural assegura a constância da estrutura (organização morfológica) em todos os níveis (molecular, subcelular, celular, etc.) da organização dos vivos.

Homeostase da população garante a constância do número de indivíduos na população. Homeostase biocenótica contribui para a constância da composição de espécies e número de indivíduos nas biocenoses.

Devido ao fato de que o corpo funciona e interage com o ambiente como um sistema único, os processos subjacentes a vários tipos de reações homeostáticas estão intimamente interconectados entre si. Mecanismos homeostáticos separados são combinados e implementados em uma reação adaptativa holística do corpo como um todo. Tal associação é realizada devido à atividade (função) dos sistemas reguladores integradores (nervoso, endócrino, imunológico). As mudanças mais rápidas no estado do objeto regulado são fornecidas pelo sistema nervoso, associado à velocidade dos processos de ocorrência e conduta impulso nervoso(de 0,2 a 180 m/s). A função reguladora do sistema endócrino é realizada de forma mais lenta, pois é limitada pela taxa de liberação de hormônios pelas glândulas e sua transferência na corrente sanguínea. No entanto, o efeito dos hormônios que se acumulam nele em um objeto regulado (órgão) é muito mais longo do que com a regulação nervosa.

O corpo é um sistema vivo auto-regulado. Devido à presença de mecanismos homeostáticos, o corpo é um sistema complexo de autorregulação. Os princípios de existência e desenvolvimento de tais sistemas são estudados pela cibernética, enquanto os dos sistemas vivos são estudados pela cibernética biológica.

A auto-regulação dos sistemas biológicos baseia-se no princípio do direto e do feedback.

A informação sobre o desvio do valor controlado do nível ajustado é transmitida ao controlador através dos canais de feedback e altera sua atividade de forma que o valor controlado retorne ao nível inicial (ótimo) (Fig. 122). O feedback pode ser negativo(quando a variável controlada se desvia em lado positivo(a síntese de uma substância, por exemplo, aumentou excessivamente)) e colocar-

Arroz. 122. Esquema de direto e feedback em um organismo vivo:

P - regulador (centro nervoso, glândula endócrina); RO - objeto regulado (célula, tecido, órgão); 1 – atividade funcional ótima da RO; 2 - atividade funcional reduzida de RO com feedback positivo; 3 - aumento da atividade funcional de RO com feedback negativo

corpo(quando o valor controlado se desviou na direção negativa (a substância é sintetizada em quantidade insuficiente)). Esse mecanismo, assim como combinações mais complexas de vários mecanismos, ocorrem em diferentes níveis de organização dos sistemas biológicos. Como exemplo de sua atuação em nivel molecular você pode especificar a inibição de uma enzima chave com formação excessiva do produto final ou a repressão da síntese enzimática. No nível celular, os mecanismos diretos e de feedback fornecem regulação hormonal e densidade ótima (número) da população celular. Uma manifestação de feedback direto e no nível do corpo é a regulação da glicose no sangue. Em um organismo vivo, os mecanismos de regulação e controle automáticos (estudados pela biocibernética) são especialmente complexos. O grau de sua complexidade contribui para o aumento do nível de "confiabilidade" e estabilidade dos sistemas vivos em relação às mudanças ambientais.

Os mecanismos de homeostase são duplicados em diferentes níveis. Isso na natureza realiza o princípio da regulação multi-loop dos sistemas. Os circuitos principais são representados por mecanismos homeostáticos celulares e teciduais. Eles têm um alto grau de automatismo. O principal papel no controle dos mecanismos homeostáticos celulares e teciduais pertence a fatores genéticos, influências reflexas locais, interações químicas e de contato entre as células.

Os mecanismos de homeostase sofrem mudanças significativas ao longo da ontogênese humana. Apenas 2 semanas após o nascimento

Arroz. 123. Opções para perda e recuperação no corpo

as reações de defesa biológica entram em ação (são formadas células que fornecem imunidade celular e humoral) e sua eficácia continua a aumentar aos 10 anos de idade. Durante esse período, os mecanismos de proteção contra informações genéticas alienígenas são aprimorados e a maturidade dos sistemas reguladores nervoso e endócrino também aumenta. Os mecanismos de homeostase atingem a maior confiabilidade na idade adulta, ao final do período de desenvolvimento e crescimento do organismo (19-24 anos). O envelhecimento do corpo é acompanhado por uma diminuição na eficácia dos mecanismos de homeostase genética, estrutural e fisiológica, um enfraquecimento das influências reguladoras dos sistemas nervoso e endócrino.

5. Homeostase.

Um organismo pode ser definido como um sistema físico-químico que existe no ambiente em um estado estacionário. É essa capacidade dos sistemas vivos de manter um estado estacionário em um ambiente em constante mudança que determina sua sobrevivência. Para garantir um estado estacionário, todos os organismos - dos morfologicamente mais simples aos mais complexos - desenvolveram uma variedade de adaptações anatômicas, fisiológicas e comportamentais que servem ao mesmo propósito - manter a constância do ambiente interno.

Pela primeira vez, a ideia de que a constância do ambiente interno fornece condições ótimas para a vida e reprodução dos organismos foi expressa em 1857 pelo fisiologista francês Claude Bernard. Ao longo de sua atividade científica Claude Bernard ficou impressionado com a capacidade dos organismos de regular e manter dentro de limites bastante estreitos parâmetros fisiológicos como temperatura corporal ou conteúdo de água. Ele resumiu essa ideia de autorregulação como base da estabilidade fisiológica na forma da afirmação clássica: “A constância do ambiente interno é um pré-requisito vida livre».

Claude Bernard enfatizou a diferença entre o ambiente externo em que os organismos vivem e o ambiente interno em que suas células individuais estão localizadas, e entendeu como era importante que o ambiente interno permanecesse inalterado. Por exemplo, os mamíferos são capazes de manter a temperatura corporal apesar das flutuações na temperatura ambiente. Se estiver muito frio, o animal pode se deslocar para um local mais quente ou mais abrigado, e se isso não for possível, entram em ação mecanismos autorreguladores que aumentam a temperatura corporal e evitam a perda de calor. O significado adaptativo disso reside no fato de que o organismo como um todo funciona de forma mais eficiente, uma vez que as células que o compõem estão localizadas em condições ideais. Os sistemas de autorregulação operam não apenas no nível do organismo, mas também no nível das células. Um organismo é a soma de suas células constituintes, e o funcionamento ideal do organismo como um todo depende do funcionamento ideal de suas partes constituintes. Qualquer sistema auto-organizado mantém a constância de sua composição - qualitativa e quantitativa. Esse fenômeno é chamado de homeostase e é comum à maioria dos sistemas biológicos e sociais. O termo homeostase foi introduzido em 1932 pelo fisiologista americano Walter Cannon.

homeostase(grego homoios - semelhante, o mesmo; estado de estase, imobilidade) - a relativa constância dinâmica do ambiente interno (sangue, linfa, fluido tecidual) e a estabilidade das funções fisiológicas básicas (circulação sanguínea, respiração, termorregulação, metabolismo, etc.) . ) de humanos e animais. Os mecanismos reguladores que mantêm o estado fisiológico ou as propriedades das células, órgãos e sistemas de todo o organismo em um nível ótimo são chamados de homeostáticos. Historicamente e geneticamente, o conceito de homeostase tem pré-requisitos biológicos e biomédicos. Lá é correlacionado como um processo final, um período de vida com um organismo isolado separado ou um indivíduo humano como um fenômeno puramente biológico. A finitude da existência e a necessidade de cumprir o próprio destino - reproduções de sua própria espécie - permitem determinar uma estratégia de sobrevivência organismo individual através do conceito de "preservação". A "preservação da estabilidade estrutural e funcional" é a essência de qualquer homeostase, controlada por um homeostato ou autorregulado.

Como você sabe, uma célula viva é um sistema móvel e autorregulado. A sua organização interna é mantida processos ativos destinadas a limitar, prevenir ou eliminar as mudanças causadas por várias influências do ambiente e do ambiente interno. A capacidade de retornar ao estado original após um desvio de um determinado nível médio, causado por um ou outro fator "perturbador", é a principal propriedade da célula. Um organismo multicelular é uma organização holística, cujos elementos celulares são especializados para realizar várias funções. A interação dentro do corpo é realizada por complexos mecanismos regulatórios, coordenados e correlacionados com a participação de fatores nervosos, humorais, metabólicos e outros. Muitos mecanismos individuais que regulam as relações intra e intercelulares, em alguns casos, têm efeitos mutuamente opostos que se equilibram. Isso leva ao estabelecimento de um fundo fisiológico móvel (equilíbrio fisiológico) no corpo e permite que o sistema vivo mantenha relativa constância dinâmica, apesar das mudanças no ambiente e mudanças que ocorrem durante a vida do organismo.

Como mostram os estudos, os métodos de regulação existentes em organismos vivos têm muitas características em comum com dispositivos reguladores em sistemas não vivos, como as máquinas. Em ambos os casos, a estabilidade é alcançada através de uma certa forma de gestão.

O próprio conceito de homeostase não corresponde ao conceito de equilíbrio estável (não flutuante) no corpo - o princípio do equilíbrio não é aplicável a processos fisiológicos e bioquímicos complexos que ocorrem em sistemas vivos. Também é errado opor a homeostase às flutuações rítmicas do ambiente interno. A homeostase em um sentido amplo abrange as questões do fluxo cíclico e de fases das reações, compensação, regulação e auto-regulação das funções fisiológicas, a dinâmica da interdependência dos componentes nervosos, humorais e outros do processo regulatório. Os limites da homeostase podem ser rígidos e plásticos, variam de acordo com a idade individual, sexo, condições sociais, profissionais e outras.

De particular importância para a vida do organismo é a constância da composição do sangue - a base líquida do corpo (fluidmatrix), de acordo com W. Cannon. A estabilidade de sua reação ativa (pH), pressão osmótica, proporção de eletrólitos (sódio, cálcio, cloro, magnésio, fósforo), teor de glicose, número de elementos figurados, etc. regra, não vai além de 7,35-7,47. Mesmo distúrbios graves do metabolismo ácido-base com acúmulo patológico de ácidos no fluido tecidual, por exemplo, na acidose diabética, têm muito pouco efeito sobre a reação ativa do sangue. Apesar do fato de que a pressão osmótica do sangue e do fluido tecidual está sujeita a flutuações contínuas devido ao fornecimento constante de produtos osmoticamente ativos do metabolismo intersticial, ela permanece em um certo nível e muda apenas em algumas condições patológicas graves. Manter uma pressão osmótica constante é de suma importância para o metabolismo da água e manutenção do equilíbrio iônico no corpo. A maior constância é a concentração de íons sódio no ambiente interno. O conteúdo de outros eletrólitos também flutua dentro de limites estreitos. A presença de um grande número de osmorreceptores em tecidos e órgãos, inclusive na região central formações nervosas(hipotálamo, hipocampo) e um sistema coordenado de reguladores do metabolismo da água e da composição iônica permite que o corpo elimine rapidamente as mudanças na pressão sanguínea osmótica que ocorrem, por exemplo, quando a água é introduzida no corpo.

Apesar do sangue representar o ambiente interno geral do corpo, as células dos órgãos e tecidos não entram em contato direto com ele. Nos organismos multicelulares, cada órgão possui seu próprio ambiente interno (microambiente) correspondente às suas características estruturais e funcionais, e o estado normal dos órgãos depende da composição química, físico-química, biológica e outras propriedades desse microambiente. Sua homeostase é determinada pelo estado funcional das barreiras histohemáticas e sua permeabilidade nas direções sangue - fluido tecidual; fluido tecidual - sangue.

De particular importância é a constância do ambiente interno para a atividade do sistema nervoso central: mesmo pequenas mudanças químicas e físico-químicas que ocorrem no líquido cefalorraquidiano, na glia e nos espaços pericelulares podem causar uma interrupção acentuada no curso dos processos de vida em indivíduos. neurônios ou em seus conjuntos. Um sistema homeostático complexo, incluindo vários mecanismos neuro-humorais, bioquímicos, hemodinâmicos e outros mecanismos reguladores, é o sistema para garantir o nível ideal de pressão arterial. Ao mesmo tempo, o limite superior do nível de pressão arterial é determinado pela funcionalidade dos barorreceptores do sistema vascular do corpo, e o limite inferior é determinado pelas necessidades de suprimento sanguíneo do corpo.

Os mecanismos homeostáticos mais perfeitos no corpo de animais superiores e humanos incluem os processos de termorregulação; em animais homoiotérmicos, as flutuações de temperatura nas partes internas do corpo durante as mudanças mais dramáticas de temperatura no ambiente não excedem décimos de grau.

O papel organizador do aparelho nervoso (o princípio do nervismo) está subjacente às ideias bem conhecidas sobre a essência dos princípios da homeostase. No entanto, nem o princípio dominante, nem a teoria das funções de barreira, nem a síndrome geral de adaptação, nem a teoria dos sistemas funcionais, nem a regulação hipotalâmica da homeostase e muitas outras teorias podem resolver completamente o problema da homeostase.

Em alguns casos, o conceito de homeostase não é usado corretamente para explicar estados fisiológicos isolados, processos e até fenômenos sociais. É assim que aparecem na literatura os termos “imunológico”, “eletrólito”, “sistêmico”, “molecular”, “físico-químico”, “homeostase genética”, etc. Tentativas foram feitas para reduzir o problema da homeostase ao princípio da auto-regulação. Um exemplo de solução do problema da homeostase do ponto de vista da cibernética é a tentativa de Ashby (W.R. Ashby, 1948) de projetar um dispositivo autorregulador que simule a capacidade dos organismos vivos de manter o nível de certas quantidades dentro de limites fisiologicamente aceitáveis.

Na prática, pesquisadores e clínicos enfrentam as questões de avaliar as capacidades adaptativas (adaptativas) ou compensatórias do corpo, sua regulação, fortalecimento e mobilização, prevendo a resposta do corpo a influências perturbadoras. Alguns estados de instabilidade vegetativa, causados ​​por insuficiência, excesso ou inadequação dos mecanismos reguladores, são considerados como “doenças da homeostase”. Com certa convencionalidade, podem incluir distúrbios funcionais da atividade normal do corpo associados ao seu envelhecimento, reestruturação forçada ritmos biológicos, alguns fenômenos de distonia vegetativa, reatividade hiper e hipocompensatória durante estresse e exposição extrema etc.

Para avaliar o estado dos mecanismos homeostáticos em um experimento fisiológico e na prática clínica, são utilizados vários testes funcionais dosados ​​(frio, térmico, adrenalina, insulina, mezaton, etc.) com a determinação da proporção de substâncias biologicamente ativas (hormônios, mediadores , metabolitos) no sangue e na urina, etc. .d.

Mecanismos biofísicos da homeostase.

Do ponto de vista da biofísica química, a homeostase é um estado em que todos os processos responsáveis ​​pelas transformações de energia no corpo estão em equilíbrio dinâmico. Este estado é o mais estável e corresponde ao ótimo fisiológico. De acordo com os conceitos da termodinâmica, um organismo e uma célula podem existir e se adaptar a tais condições ambientais sob as quais um fluxo estacionário pode ser estabelecido em um sistema biológico. processos fisicos e quimicos, ou seja homeostase. O principal papel no estabelecimento da homeostase pertence principalmente aos sistemas de membrana celular, que são responsáveis ​​pelos processos bioenergéticos e regulam a taxa de entrada e liberação de substâncias pelas células.

A partir dessas posições, as principais causas do distúrbio são reações não enzimáticas incomuns para a atividade normal da vida, ocorrendo nas membranas; na maioria dos casos, são reações em cadeia de oxidação envolvendo radicais livres que ocorrem nos fosfolipídios celulares. Essas reações levam a danos aos elementos estruturais das células e à interrupção da função reguladora. Os fatores que causam distúrbios da homeostase também incluem agentes que causam a formação de radicais, - radiação ionizante, toxinas infecciosas, certos alimentos, nicotina e deficiências de vitaminas, etc.

Um dos principais fatores que estabilizam o estado homeostático e as funções das membranas são os bioantioxidantes, que inibem o desenvolvimento de reações radicais oxidativas.

Características da idade da homeostase em crianças.

A constância do ambiente interno do corpo e a relativa estabilidade dos parâmetros físico-químicos na infância são fornecidas com uma predominância pronunciada de processos metabólicos anabólicos sobre os catabólicos. Esta é uma condição indispensável para o crescimento e distingue o corpo da criança do corpo do adulto, em que a intensidade dos processos metabólicos está em estado de equilíbrio dinâmico. Nesse sentido, a regulação neuroendócrina da homeostase do corpo da criança é mais intensa do que nos adultos. Cada período etário é caracterizado por características específicas dos mecanismos de homeostase e sua regulação. Portanto, em crianças com muito mais frequência do que em adultos, há graves violações da homeostase, muitas vezes com risco de vida. Esses distúrbios estão mais frequentemente associados à imaturidade das funções homeostáticas dos rins, com distúrbios das funções do trato gastrointestinal ou da função respiratória dos pulmões.

O crescimento da criança, expresso em um aumento da massa de suas células, é acompanhado por mudanças distintas na distribuição de fluidos no corpo. O aumento absoluto no volume do líquido extracelular fica atrás da taxa de ganho de peso geral, de modo que o volume relativo do ambiente interno, expresso como porcentagem do peso corporal, diminui com a idade. Essa dependência é especialmente pronunciada no primeiro ano após o nascimento. Em crianças mais velhas, a taxa de mudança no volume relativo do líquido extracelular diminui. O sistema para regular a constância do volume de líquido (volumoreregulation) fornece compensação para desvios no balanço hídrico dentro de limites bastante estreitos. Um alto grau de hidratação tecidual em recém-nascidos e crianças pequenas determina uma necessidade significativamente maior de água do que em adultos (por unidade de peso corporal). Perdas de água ou sua limitação levam rapidamente ao desenvolvimento de desidratação devido ao setor extracelular, ou seja, o ambiente interno. Ao mesmo tempo, os rins - os principais órgãos executivos no sistema de regulação do volume - não proporcionam economia de água. O fator limitante da regulação é a imaturidade do sistema tubular dos rins. A característica mais importante do controle neuroendócrino da homeostase em recém-nascidos e crianças pequenas é a secreção e excreção renal relativamente altas de aldosterona, que tem efeito direto sobre o estado de hidratação dos tecidos e a função dos túbulos renais.

A regulação da pressão osmótica do plasma sanguíneo e do líquido extracelular em crianças também é limitada. A osmolaridade do ambiente interno flutua em uma faixa mais ampla ( 50 mosm/l) , do que adultos

( 6 mosm/l) . Está conectado com maior superfície corporal por 1 kg peso e, consequentemente, com perdas mais significativas de água durante a respiração, bem como com a imaturidade dos mecanismos renais de concentração de urina em crianças. Os distúrbios da homeostase, manifestados por hiperosmose, são especialmente comuns em crianças durante o período neonatal e nos primeiros meses de vida; em idades mais avançadas, a hipoosmose começa a predominar, associada principalmente a doença gastrointestinal ou doença renal. Menos estudada é a regulação iônica da homeostase, que está intimamente relacionada à atividade dos rins e à natureza da nutrição.

Acreditava-se anteriormente que o principal fator determinante do valor da pressão osmótica do líquido extracelular é a concentração de sódio, mas estudos mais recentes mostraram que não existe uma correlação estreita entre o teor de sódio no plasma sanguíneo e o valor da pressão osmótica total em patologia. A exceção é a hipertensão plasmática. Portanto, a terapia homeostática através da administração de soluções de glicose e sal requer o monitoramento não apenas do teor de sódio no soro ou plasma, mas também nas alterações na osmolaridade total do líquido extracelular. De grande importância na manutenção da pressão osmótica total no ambiente interno é a concentração de açúcar e uréia. O conteúdo dessas substâncias osmoticamente ativas e seu efeito no metabolismo água-sal podem aumentar acentuadamente em muitas condições patológicas. Portanto, para quaisquer violações da homeostase, é necessário determinar a concentração de açúcar e uréia. Em vista do exposto, em crianças de idade precoce, em violação dos regimes de água e sal e proteínas, um estado latente de hiper ou hipoosmose, pode desenvolver hiperazotemia.

Um indicador importante que caracteriza a homeostase em crianças é a concentração de íons hidrogênio no sangue e no líquido extracelular. Nos períodos pré-natal e pós-natal precoce, a regulação do equilíbrio ácido-base está intimamente relacionada ao grau de saturação de oxigênio no sangue, o que é explicado pela relativa predominância da glicólise anaeróbica nos processos bioenergéticos. Além disso, mesmo a hipóxia moderada no feto é acompanhada pelo acúmulo de ácido lático em seus tecidos. Além disso, a imaturidade da função acidogenética dos rins cria os pré-requisitos para o desenvolvimento de acidose "fisiológica" (uma mudança no equilíbrio ácido-base no corpo em direção a um aumento relativo no número de ânions ácidos). Em conexão com as peculiaridades da homeostase em recém-nascidos, ocorrem frequentemente distúrbios que ficam na fronteira entre o fisiológico e o patológico.

A reestruturação do sistema neuroendócrino durante a puberdade (puberdade) também está associada a alterações na homeostase. No entanto, as funções órgãos executivos(rins, pulmões) atingem o grau máximo de maturidade nessa idade, portanto, síndromes graves ou doenças da homeostase são raras, mas mais frequentemente estamos falando de alterações compensadas no metabolismo, que só podem ser detectadas por um exame de sangue bioquímico. Na clínica, para caracterizar a homeostase em crianças, é necessário examinar os seguintes indicadores: hematócrito, pressão osmótica total, sódio, potássio, açúcar, bicarbonatos e uréia no sangue, além de pH sanguíneo, p0 2 e pCO 2.

Características da homeostase no idoso e na idade senil.

O mesmo nível de valores homeostáticos em diferentes períodos de idade apoiado por várias mudanças nos sistemas de sua regulação. Por exemplo, a constância da pressão arterial em uma idade jovem é mantida devido a um maior débito cardíaco e baixa resistência vascular periférica total, e em idosos e senis - devido a uma maior resistência periférica total e diminuição do débito cardíaco. Com o envelhecimento do corpo, a constância das funções fisiológicas mais importantes é mantida em condições de confiabilidade decrescente e reduzindo a gama possível de alterações fisiológicas na homeostase. A preservação da homeostase relativa com alterações estruturais, metabólicas e funcionais significativas é alcançada pelo fato de que, ao mesmo tempo, ocorre não apenas extinção, perturbação e degradação, mas também o desenvolvimento de mecanismos adaptativos específicos. Devido a isso, um nível constante de açúcar no sangue, pH sanguíneo, pressão osmótica, potencial de membrana células, etc

Mudanças nos mecanismos de regulação neurohumoral, aumento da sensibilidade dos tecidos à ação de hormônios e mediadores no contexto de um enfraquecimento das influências nervosas são essenciais para manter a homeostase durante o processo de envelhecimento.

Com o envelhecimento do corpo, o trabalho do coração, a ventilação pulmonar, as trocas gasosas, as funções renais, a secreção das glândulas digestivas, a função das glândulas endócrinas, o metabolismo etc., mudam significativamente, podendo ser caracterizadas como homeorese - uma trajetória regular (dinâmica) de mudanças na intensidade do metabolismo e das funções fisiológicas com a idade no tempo. O valor do curso das mudanças relacionadas à idade é muito importante para caracterizar o processo de envelhecimento de uma pessoa, determinando sua idade biológica.

Na idade avançada e senil, o potencial geral dos mecanismos adaptativos diminui. Portanto, na velhice, com cargas aumentadas, estresse e outras situações, aumenta a probabilidade de ruptura dos mecanismos adaptativos e distúrbios da homeostase. Essa diminuição na confiabilidade dos mecanismos de homeostase é um dos pré-requisitos essenciais desenvolvimento de distúrbios patológicos na velhice.

Assim, a homeostase é um conceito integral, unindo funcional e morfologicamente sistema cardiovascular, sistema respiratório, sistema renal, metabolismo hidroeletrolítico, equilíbrio ácido-base.

Propósito principal do sistema cardiovascular – fornecimento e distribuição de sangue em todos os reservatórios da microcirculação. A quantidade de sangue ejetada pelo coração em 1 minuto é o volume minuto. No entanto, a função do sistema cardiovascular não é apenas manter um determinado volume minuto e sua distribuição entre os pools, mas alterar o volume minuto de acordo com a dinâmica das necessidades teciduais em diferentes situações.

A principal tarefa do sangue é o transporte de oxigênio. Muitos pacientes cirúrgicos experimentam uma queda aguda no volume minuto, o que prejudica o fornecimento de oxigênio aos tecidos e pode levar à morte de células, órgãos e até mesmo de todo o corpo. Portanto, a avaliação da função do sistema cardiovascular deve levar em consideração não apenas o volume minuto, mas também a oferta de oxigênio aos tecidos e sua necessidade.

Propósito principal sistemas respiratórios - assegurar trocas gasosas adequadas entre o corpo e o meio ambiente a uma taxa de processos metabólicos em constante mudança. A função normal do sistema respiratório é manter um nível constante de oxigênio e dióxido de carbono no sangue arterial com resistência vascular normal na circulação pulmonar e com custo normal energia para respirar.

Este sistema está intimamente ligado a outros sistemas e principalmente ao sistema cardiovascular. A função do sistema respiratório inclui ventilação, circulação pulmonar, difusão de gases através da membrana alvéolo-capilar, transporte de gases pelo sangue e respiração tecidual.

Funções sistema renal : Os rins são o principal órgão destinado a manter a constância das condições físico-químicas do corpo. A principal de suas funções é excretora. Inclui: regulação do equilíbrio hídrico e eletrolítico, manutenção do equilíbrio ácido-base e remoção de produtos metabólicos de proteínas e gorduras do corpo.

Funções Metabolismo de água e eletrólitos : a água no corpo desempenha um papel de transporte, preenchendo células, espaços intersticiais (intermediários) e vasculares, é um solvente de sais, colóides e cristalóides e participa de reações bioquímicas. Todos os fluidos bioquímicos são eletrólitos, pois os sais e colóides dissolvidos na água estão em estado dissociado. É impossível listar todas as funções dos eletrólitos, mas as principais são: manter a pressão osmótica, manter a reação do meio interno, participar de reações bioquímicas.

Propósito principal equilíbrio ácido-base Consiste em manter a constância do pH dos meios líquidos do corpo como base para as reações bioquímicas normais e, consequentemente, a vida. O metabolismo ocorre com a indispensável participação de sistemas enzimáticos, cuja atividade depende intimamente da reação química do eletrólito. Juntamente com o metabolismo hidroeletrolítico, o equilíbrio ácido-base desempenha um papel decisivo na ordenação das reações bioquímicas. Sistemas tampão e muitos sistemas fisiológicos do corpo participam da regulação do equilíbrio ácido-base.

homeostase

Homeostase, homeorese, homeomorfose - características do estado do corpo. A essência sistêmica do organismo se manifesta principalmente em sua capacidade de se autorregular em condições ambientais em constante mudança. Uma vez que todos os órgãos e tecidos do corpo consistem em células, cada uma das quais é um organismo relativamente independente, o estado do ambiente interno corpo humanoé de grande importância para o seu funcionamento normal. Para o corpo humano - uma criatura terrestre - o ambiente é a atmosfera e a biosfera, ao mesmo tempo em que interage em certa medida com a litosfera, hidrosfera e noosfera. Ao mesmo tempo, a maioria das células do corpo humano está imersa em um meio líquido, que é representado por sangue, linfa e fluido intercelular. Apenas os tecidos tegumentares interagem diretamente com o ambiente humano, todas as outras células são isoladas do mundo exterior, o que permite ao corpo padronizar amplamente as condições para sua existência. Em particular, a capacidade de manter uma temperatura corporal constante de cerca de 37 ° C garante a estabilidade dos processos metabólicos, pois todas as reações bioquímicas que compõem a essência do metabolismo são muito dependentes da temperatura. É igualmente importante manter uma tensão constante de oxigênio, dióxido de carbono, concentração de vários íons, etc. no meio líquido do corpo. Em condições normais de existência, inclusive durante a adaptação e a atividade, ocorrem pequenos desvios de tais parâmetros, mas são rapidamente eliminados, o ambiente interno do corpo retorna a uma norma estável. Grande fisiologista francês do século XIX. Claude Bernard disse: "A constância do ambiente interno é um pré-requisito para uma vida livre." Os mecanismos fisiológicos que garantem a manutenção da constância do meio interno são denominados homeostáticos, e o fenômeno em si, que reflete a capacidade do organismo de autorregular o meio interno, é denominado homeostase. Este termo foi introduzido em 1932 por W. Cannon, um desses fisiologistas do século 20, que, juntamente com N.A. Bernstein, P.K. Anokhin e N. Wiener, estiveram nas origens da ciência do controle - a cibernética. O termo "homeostase" é usado não apenas em pesquisas fisiológicas, mas também cibernéticas, pois é justamente a manutenção da constância de quaisquer características de um sistema complexo que é objetivo principal qualquer gestão.

Outro notável pesquisador, K. Waddington, chamou a atenção para o fato de que o corpo é capaz de manter não apenas a estabilidade de seu estado interno, mas também a relativa constância das características dinâmicas, ou seja, o fluxo dos processos ao longo do tempo. Esse fenômeno, por analogia com a homeostase, foi chamado de homeorese. É de particular importância para um organismo em crescimento e desenvolvimento e consiste no fato de que o organismo é capaz de manter (dentro de certos limites, é claro) o "canal de desenvolvimento" no curso de suas transformações dinâmicas. Em particular, se uma criança, devido a doença ou deterioração acentuada das condições de vida causada por razões sociais(guerra, terremoto, etc.), fica significativamente atrás de seus pares em desenvolvimento normal, isso não significa que tal atraso seja fatal e irreversível. Se o período de eventos adversos terminar e a criança receber condições adequadas para o desenvolvimento, tanto em termos de crescimento quanto de nível desenvolvimento funcional ele logo alcança seus pares e no futuro não difere significativamente deles. Isso explica o fato de que os transferidos para jovem doença grave, as crianças muitas vezes crescem em adultos saudáveis ​​e proporcionalmente construídos. A homeorese desempenha um papel crucial tanto na gestão desenvolvimento ontogenético e nos processos de adaptação. Entretanto, os mecanismos fisiológicos da homeorese ainda são pouco estudados.

A terceira forma de autorregulação da constância do corpo é homeomorfose - a capacidade de manter a invariância da forma. Essa característica é mais característica de um organismo adulto, pois o crescimento e o desenvolvimento são incompatíveis com a invariância da forma. No entanto, se considerarmos curtos períodos de tempo, especialmente durante os períodos de inibição do crescimento, então nas crianças é possível detectar a capacidade de homeomorfose. Estamos falando do fato de que no corpo há uma mudança contínua de gerações de suas células constituintes. As células não vivem muito (a única exceção são as células nervosas): a vida útil normal das células do corpo é de semanas ou meses. No entanto, cada nova geração de células repete quase exatamente a forma, o tamanho, o arranjo e, consequentemente, as propriedades funcionais da geração anterior. Mecanismos fisiológicos especiais impedem mudanças significativas no peso corporal em condições de fome ou excessos. Em particular, durante a fome, a digestibilidade dos nutrientes aumenta acentuadamente e, durante a ingestão excessiva, pelo contrário, a maioria das proteínas, gorduras e carboidratos que acompanham os alimentos são "queimadas" sem nenhum benefício para o corpo. Provou-se (N.A. Smirnova) que em um adulto, mudanças bruscas e significativas no peso corporal (principalmente devido à quantidade de gordura) em qualquer direção são sinais certos de uma falha na adaptação, sobrecarga e indicam uma disfunção funcional do corpo . O corpo da criança torna-se especialmente sensível às influências externas durante os períodos de crescimento mais rápido. A violação da homeomorfose é o mesmo sinal desfavorável que as violações da homeostase e da homeorese.

O conceito de constantes biológicas. O corpo é um complexo de um grande número de uma grande variedade de substâncias. No processo de atividade vital das células do corpo, a concentração dessas substâncias pode mudar significativamente, o que significa uma mudança no ambiente interno. Seria impensável se os sistemas de controle do corpo fossem forçados a monitorar a concentração de todas essas substâncias, ou seja, ter muitos sensores (receptores), analisar continuamente o estado atual, tomar decisões de gerenciamento e monitorar sua eficácia. Nem a informação nem os recursos energéticos do corpo seriam suficientes para tal regime de controle de todos os parâmetros. Portanto, o corpo está limitado a monitorar um número relativamente pequeno dos indicadores mais significativos que precisam ser mantidos em um nível relativamente constante em prol do bem-estar. maioria absoluta células do corpo. Esses parâmetros mais rigidamente homeostáticos se transformam em "constantes biológicas", e sua invariância é garantida por flutuações às vezes bastante significativas de outros parâmetros que não pertencem à categoria de homeostáticos. Assim, os níveis de hormônios envolvidos na regulação da homeostase podem mudar dez vezes no sangue, dependendo do estado do ambiente interno e do impacto de fatores externos. Ao mesmo tempo, os parâmetros homeostáticos mudam apenas em 10-20%.

As constantes biológicas mais importantes. Entre as constantes biológicas mais importantes, cuja manutenção em um nível relativamente inalterado, vários sistemas fisiológicos do corpo são responsáveis, devemos mencionar temperatura corporal, nível de glicose no sangue, conteúdo de íons H+ nos fluidos corporais, tensão parcial oxigênio e dióxido de carbono nos tecidos.

Doença como sintoma ou consequência de distúrbios da homeostase. Quase todas as doenças humanas estão associadas a uma violação da homeostase. Assim, por exemplo, em muitas doenças infecciosas, bem como no caso de processos inflamatórios, a homeostase da temperatura é fortemente perturbada no corpo: ocorre febre (febre), às vezes com risco de vida. A razão para tal violação da homeostase pode estar tanto nas características da reação neuroendócrina quanto nas violações da atividade dos tecidos periféricos. Neste caso, a manifestação da doença - febre- é uma consequência de uma violação da homeostase.

Normalmente, as condições febris são acompanhadas de acidose - uma violação do equilíbrio ácido-base e uma mudança na reação dos fluidos corporais para o lado ácido. A acidose também é característica de todas as doenças associadas à deterioração do sistema cardiovascular e sistemas respiratórios(doenças do coração e dos vasos sanguíneos, lesões inflamatórias e alérgicas do sistema broncopulmonar, etc.). Muitas vezes, a acidose acompanha as primeiras horas de vida de um recém-nascido, especialmente se a respiração normal não começar imediatamente após o nascimento. Para eliminar essa condição, o recém-nascido é colocado em uma câmara especial com alto teor de oxigênio. A acidose metabólica com grande esforço muscular pode ocorrer em pessoas de qualquer idade e se manifesta com falta de ar e aumento da sudorese, além de sensações dolorosas nos músculos. Após a conclusão do trabalho, o estado de acidose pode persistir de vários minutos a 2-3 dias, dependendo do grau de fadiga, condicionamento físico e eficácia dos mecanismos homeostáticos.

Muito perigosas são as doenças que levam a uma violação da homeostase do sal da água, por exemplo, a cólera, na qual Grande quantidade a água e os tecidos perdem suas propriedades funcionais. Muitas doenças renais também levam a uma violação da homeostase do sal da água. Como resultado de algumas dessas doenças, a alcalose pode se desenvolver - um aumento excessivo na concentração de substâncias alcalinas no sangue e um aumento no pH (mudança para o lado alcalino).

Em alguns casos, distúrbios menores, mas de longo prazo, na homeostase podem causar o desenvolvimento de certas doenças. Portanto, há evidências de que o consumo excessivo de açúcar e outras fontes de carboidratos que interrompem a homeostase da glicose leva a danos ao pâncreas, como resultado, uma pessoa desenvolve diabetes. Também perigoso é o consumo excessivo de sais de mesa e outros sais minerais, especiarias quentes, etc., que aumentam a carga no sistema excretor. Rins Podem não lidar com a abundância de substâncias que precisam ser removidas do corpo, resultando em uma violação da homeostase água-sal. Uma de suas manifestações é o edema - o acúmulo de líquido nos tecidos moles do corpo. A causa do edema geralmente está na insuficiência do sistema cardiovascular ou em violações dos rins e, como resultado, no metabolismo mineral.

A homeostase é:

homeostase

Homeostase(grego antigo ὁμοιοστάσις de ὁμοιος - o mesmo, semelhante e στάσις - em pé, imobilidade) - auto-regulação, a capacidade de um sistema aberto de manter a constância de seu estado interno por meio de reações coordenadas destinadas a manter o equilíbrio dinâmico. O desejo do sistema de se reproduzir, de restabelecer o equilíbrio perdido, de vencer a resistência do meio externo.

A homeostase populacional é a capacidade de uma população manter um certo número de seus indivíduos por um longo tempo.

O fisiologista americano Walter B. Cannon propôs o termo em 1932 em seu livro The Wisdom of the Body como um nome para "os processos fisiológicos coordenados que mantêm os estados mais estáveis ​​do corpo". Mais tarde, este termo foi estendido para a capacidade de manter dinamicamente a constância de seu estado interno de qualquer sistema aberto. No entanto, o conceito de constância do ambiente interno foi formulado já em 1878 pelo cientista francês Claude Bernard.

Informação geral

O termo "homeostase" é mais frequentemente usado em biologia. Para que os organismos multicelulares existam, é necessário manter a constância do ambiente interno. Muitos ecologistas estão convencidos de que este princípio também se aplica ao ambiente externo. Se o sistema não conseguir restaurar seu equilíbrio, ele poderá eventualmente deixar de funcionar.

Sistemas complexos - por exemplo, o corpo humano - devem ter homeostase para manter a estabilidade e existir. Esses sistemas não apenas precisam se esforçar para sobreviver, mas também precisam se adaptar às mudanças ambientais e evoluir.

Propriedades da homeostase

Os sistemas homeostáticos têm as seguintes propriedades:

• instabilidade sistema: testa como ele pode se adaptar melhor.
• Esforçando-se pelo equilíbrio: toda a organização interna, estrutural e funcional dos sistemas contribui para manter o equilíbrio.
• imprevisibilidade: O efeito resultante de uma determinada ação muitas vezes pode ser diferente do esperado.

Exemplos de homeostase em mamíferos:

• Regulação da quantidade de micronutrientes e água no corpo - osmorregulação. Realizado nos rins.
• Remoção de produtos residuais do processo metabólico - isolamento. Realizado por órgãos exócrinos - rins, pulmões, glândulas sudoriparas e o trato gastrointestinal.
• Regulação da temperatura corporal. Abaixando a temperatura através da transpiração, uma variedade de reações termorreguladoras.
• Regulação dos níveis de glicose no sangue. É realizado principalmente pelo fígado, insulina e glucagon secretados pelo pâncreas.

É importante notar que embora o corpo esteja em equilíbrio, seu estado fisiológico pode ser dinâmico. Muitos organismos exibem mudanças endógenas na forma de ritmos circadianos, ultradianos e infradianos. Assim, mesmo em homeostase, a temperatura corporal, a pressão arterial, a frequência cardíaca e a maioria dos indicadores metabólicos nem sempre estão em um nível constante, mas mudam com o tempo.

Mecanismos de homeostase: feedback

Artigo principal: Comentários

Quando há uma mudança nas variáveis, existem dois tipos principais de feedback aos quais o sistema responde:

1. Feedback negativo, expresso como uma reação na qual o sistema responde de forma a inverter a direção da mudança. Como o feedback serve para manter a constância do sistema, permite manter a homeostase.
   • Por exemplo, quando a concentração de dióxido de carbono no corpo humano aumenta, os pulmões são sinalizados para aumentar sua atividade e exalar mais dióxido de carbono.
   • A termorregulação é outro exemplo de feedback negativo. Quando a temperatura corporal aumenta (ou diminui), os termorreceptores na pele e no hipotálamo registram a mudança, desencadeando um sinal do cérebro. Este sinal, por sua vez, causa uma resposta - uma diminuição (ou aumento) da temperatura.
2. Feedback positivo, que é expresso como um aumento na mudança em uma variável. Tem um efeito desestabilizador, por isso não leva à homeostase. O feedback positivo é menos comum em sistemas naturais, mas também tem seus usos.
   • Por exemplo, nos nervos, um potencial elétrico limiar causa a geração de um potencial de ação muito maior. A coagulação do sangue e os eventos de nascimento são outros exemplos de feedback positivo.

Sistemas estáveis ​​precisam de combinações de ambos os tipos de feedback. Enquanto o feedback negativo permite que você retorne a um estado homeostático, o feedback positivo é usado para passar para um estado de homeostase completamente novo (e possivelmente menos desejável), uma situação chamada "metaestabilidade". Tais mudanças catastróficas podem ocorrer, por exemplo, com o aumento de nutrientes em rios com águas claras, o que leva a um estado homeostático de alta eutrofização (crescimento excessivo de algas do canal) e turbidez.

Homeostase ecológica

A homeostase ecológica é observada em comunidades clímax com a maior biodiversidade possível em condições ambientais favoráveis.

Em ecossistemas perturbados, ou comunidades biológicas subclimáticas - como a ilha de Krakatoa, após uma forte erupção vulcânica em 1883 - o estado de homeostase do ecossistema florestal anterior foi destruído, como toda a vida nesta ilha. O Krakatoa passou por uma cadeia de mudanças ecológicas nos anos seguintes à erupção, em que novas espécies de plantas e animais se sucederam, o que levou à biodiversidade e, como resultado, a uma comunidade clímax. A sucessão ecológica em Krakatoa ocorreu em várias etapas. Uma cadeia completa de sucessões que levam a um clímax é chamada de preserie. No exemplo de Krakatoa, esta ilha desenvolveu uma comunidade clímax com 8.000 espécies diferentes registradas em 1983, cem anos depois que a erupção acabou com a vida nela. Os dados confirmam que a posição se mantém em homeostase por algum tempo, enquanto o surgimento de novas espécies muito rapidamente leva ao rápido desaparecimento das antigas.

O caso de Krakatoa e outros ecossistemas perturbados ou intactos mostra que a colonização inicial por espécies pioneiras ocorre por meio de estratégias de reprodução por retroalimentação positiva nas quais as espécies se dispersam, produzindo o maior número possível de descendentes, mas com pouco ou nenhum investimento no sucesso de cada indivíduo. . Em tais espécies, há um rápido desenvolvimento e um colapso igualmente rápido (por exemplo, por meio de uma epidemia). À medida que um ecossistema se aproxima do clímax, tais espécies são substituídas por espécies clímax mais complexas que se adaptam por meio de feedback negativo às condições específicas de seu ambiente. Essas espécies são cuidadosamente controladas pela capacidade potencial do ecossistema e seguem uma estratégia diferente - a produção de descendentes menores, em cujo sucesso reprodutivo se investe no microambiente de seu nicho ecológico específico mais energia.

O desenvolvimento começa com a comunidade pioneira e termina com a comunidade clímax. Essa comunidade clímax é formada quando a flora e a fauna entram em equilíbrio com o ambiente local.

Tais ecossistemas formam heterarquias nas quais a homeostase em um nível contribui para processos homeostáticos em outro nível complexo. Por exemplo, a perda de folhas em uma árvore tropical madura abre espaço para um novo crescimento e enriquece o solo. Igualmente, a árvore tropical reduz o acesso de luz a níveis mais baixos e ajuda a evitar que outras espécies invadam. Mas as árvores também caem no chão e o desenvolvimento da floresta depende da constante mudança das árvores, do ciclo de nutrientes realizado por bactérias, insetos, fungos. Da mesma forma, essas florestas contribuem para processos ecológicos, como a regulação de microclimas ou ciclos hidrológicos de ecossistemas, e vários ecossistemas diferentes podem interagir para manter a homeostase da drenagem do rio dentro de uma região biológica. A variabilidade das biorregiões também desempenha um papel na estabilidade homeostática de uma região biológica, ou bioma.

Homeostase biológica

Mais informações: Equilíbrio ácido-base

A homeostase atua como uma característica fundamental dos organismos vivos e é entendida como a manutenção do ambiente interno dentro de limites aceitáveis.

O ambiente interno do corpo inclui fluidos corporais - plasma sanguíneo, linfa, substância intercelular e líquido cefalorraquidiano. A manutenção da estabilidade desses fluidos é vital para os organismos, enquanto sua ausência leva a danos ao material genético.

Com relação a qualquer parâmetro, os organismos são divididos em conformacionais e regulatórios. Os organismos reguladores mantêm o parâmetro em um nível constante, independentemente do que acontece no ambiente. Organismos conformacionais permitem que o ambiente determine o parâmetro. Por exemplo, animais de sangue quente mantêm uma temperatura corporal constante, enquanto animais de sangue frio exibem uma ampla faixa de temperatura.

Não estamos falando do fato de que os organismos conformacionais não possuem adaptações comportamentais que lhes permitam regular até certo ponto determinado parâmetro. Os répteis, por exemplo, costumam sentar-se em rochas aquecidas pela manhã para aumentar a temperatura do corpo.

A vantagem da regulação homeostática é que ela permite que o corpo funcione de forma mais eficiente. Por exemplo, animais de sangue frio tendem a se tornar letárgicos em temperaturas frias, enquanto animais de sangue quente são quase tão ativos como sempre. Por outro lado, a regulação requer energia. A razão pela qual algumas cobras só podem comer uma vez por semana é que elas usam muito menos energia para manter a homeostase do que os mamíferos.

Homeostase celular

A regulação da atividade química da célula é alcançada por meio de vários processos, entre os quais a mudança na estrutura do próprio citoplasma, bem como a estrutura e a atividade das enzimas, é de particular importância. A autorregulação depende da temperatura, do grau de acidez, da concentração do substrato, da presença de certos macro e microelementos.

Homeostase no corpo humano

Mais informações: Equilíbrio ácido-base Ver também: Sistemas de tampão sanguíneo

Vários fatores afetam a capacidade dos fluidos corporais de sustentar a vida. Estes incluem parâmetros como temperatura, salinidade, acidez e concentração de nutrientes - glicose, vários íons, oxigênio e produtos residuais - dióxido de carbono e urina. Como esses parâmetros afetam as reações químicas que mantêm o organismo vivo, existem mecanismos fisiológicos embutidos para mantê-los no nível necessário.

A homeostase não pode ser considerada a causa dos processos dessas adaptações inconscientes. Deve ser tomado como uma característica geral de muitos processos normais agindo em conjunto, e não como sua causa raiz. Além disso, existem muitos fenômenos biológicos que não se encaixam nesse modelo - por exemplo, o anabolismo.

Outras áreas

O conceito de "homeostase" também é usado em outras áreas.

O atuário pode falar sobre homeostase de risco, em que, por exemplo, pessoas que têm freios antiaderentes em seus carros não estão em uma posição mais segura do que aquelas que não têm, porque essas pessoas inconscientemente compensam o carro mais seguro com uma direção arriscada. Isso acontece porque alguns dos mecanismos de retenção - como o medo - param de funcionar.

Sociólogos e psicólogos podem falar sobre homeostase do estresse- o desejo de uma população ou indivíduo de permanecer em um determinado nível de estresse, muitas vezes causando estresse artificialmente se o nível "natural" de estresse não for suficiente.

Exemplos

• termorregulação
  • O tremor do músculo esquelético pode começar se a temperatura do corpo estiver muito baixa.
  • Outro tipo de termogênese envolve a quebra de gorduras para liberar calor.
  • A transpiração esfria o corpo através da evaporação.
• Regulação química
  • O pâncreas secreta insulina e glucagon para controlar os níveis de glicose no sangue.
  • Os pulmões absorvem oxigênio e liberam dióxido de carbono.
  • Os rins excretam urina e regulam o nível de água e vários íons no corpo.

Muitos desses órgãos são controlados por hormônios do sistema hipotálamo-hipofisário.

Veja também

Categorias:

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• sistemas abertos
• Processos fisiológicos

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A homeostase (grego homoios - o mesmo, semelhante, estase - estabilidade, equilíbrio) é um conjunto de reações coordenadas que mantêm ou restauram a constância do ambiente interno do corpo. Em meados do século XIX, o fisiologista francês Claude Bernard introduziu o conceito de ambiente interno, que ele considerava como uma coleção de fluidos corporais. Esse conceito foi ampliado pelo fisiologista americano Walter Cannon, que entendia por ambiente interno a totalidade dos fluidos (sangue, linfa, fluido tecidual) que estão envolvidos no metabolismo e na manutenção da homeostase. O corpo humano se adapta a condições ambientais em constante mudança, mas o ambiente interno permanece constante e seus indicadores flutuam dentro de limites muito estreitos. Portanto, uma pessoa pode viver em várias condições ambientais. Alguns parâmetros fisiológicos são regulados com especial cuidado e precisão, por exemplo, temperatura corporal, pressão arterial, glicose, gases, sais, íons de cálcio no sangue, equilíbrio ácido-base, volume sanguíneo, pressão osmótica, apetite e muitos outros. A regulação é realizada de acordo com o princípio da retroalimentação negativa entre os receptores f , que detectam alterações nos indicadores e sistemas de controle indicados. Assim, uma diminuição em um dos parâmetros é capturada pelo receptor correspondente, a partir do qual os impulsos são enviados para uma ou outra estrutura do cérebro, sob o comando do qual o sistema nervoso autônomo é ativado mecanismos complexos equilibrando as mudanças. O cérebro usa dois sistemas principais para manter a homeostase: autônomo e endócrino. Lembre-se que função principal sistema nervoso autônomo é a preservação da constância do ambiente interno do corpo, que é realizada devido a uma mudança na atividade das partes simpática e parassimpática do sistema nervoso autônomo. Este último, por sua vez, é controlado pelo hipotálamo e o hipotálamo pelo córtex cerebral. O sistema endócrino regula a função de todos os órgãos e sistemas através de hormônios. Além disso, o próprio sistema endócrino está sob o controle do hipotálamo e da glândula pituitária. Homeostase (grego homoios - o mesmo e estase - estado, imobilidade)

À medida que nossa compreensão da fisiologia normal e ainda mais patológica se tornou mais complexa, esse conceito foi refinado como homeocinese, ou seja, equilíbrio móvel, o equilíbrio de processos em constante mudança. O corpo é tecido a partir de milhões de "homeocinese". Esta enorme galáxia viva determina o estado funcional de todos os órgãos e células que estão ligados por peptídeos reguladores. Como o sistema econômico e financeiro mundial - muitas empresas, indústrias, fábricas, bancos, bolsas de valores, mercados, lojas ... E entre eles - "moeda conversível" - neuropeptídeos. Todas as células do corpo sintetizam e mantêm constantemente um certo nível funcionalmente necessário de peptídeos reguladores. Mas quando ocorrem desvios da "estacionariedade", sua biossíntese (no corpo como um todo ou em seus "loci" individuais) aumenta ou enfraquece. Tais flutuações ocorrem constantemente quando se trata de reações adaptativas (acostumar-se a novas condições), desempenho do trabalho (ações físicas ou emocionais), estado de pré-doença - quando o corpo "liga" maior proteção contra desequilíbrio funcional. O caso clássico de manutenção do equilíbrio é a regulação da pressão arterial. Existem grupos de peptídeos entre os quais há competição constante - para aumentar/diminuir a pressão. Para correr, escalar uma montanha, tomar banho em uma sauna, atuar no palco e, finalmente, pensar, é necessário um aumento funcionalmente suficiente da pressão arterial. Mas assim que o trabalho termina, os reguladores entram em ação, garantindo o “acalmamento” do coração e a pressão normal nos vasos. Peptídeos vasoativos interagem constantemente para "permitir" aumentar a pressão para tal e tal nível (não mais, caso contrário o sistema vascular vai "vendular"; um exemplo bem conhecido e amargo é um acidente vascular cerebral) e para que após a conclusão do trabalho fisiologicamente necessário

A história do desenvolvimento da doutrina da homeostase

K. Bernard e seu papel no desenvolvimento da doutrina do ambiente interno

Pela primeira vez, os processos homeostáticos no corpo como processos que garantem a constância de seu ambiente interno foram considerados pelo naturalista e fisiologista francês C. Bernard em meados do século dezenove dentro. O próprio termo homeostase foi proposto pelo fisiologista americano W. Kennon apenas em 1929.

No desenvolvimento da doutrina da homeostase, o papel principal foi desempenhado pela ideia de C. Bernard de que para um organismo vivo existem “na verdade, dois ambientes: um ambiente externo no qual o organismo é colocado, o outro ambiente interno em que vivem os elementos teciduais”. Em 1878, o cientista formula o conceito de constância da composição e propriedades do ambiente interno. A ideia-chave desse conceito foi a ideia de que o ambiente interno não é apenas sangue, mas também todos os fluidos de plasma e blastoma que vêm dele. “O ambiente interno”, escreveu K. Bernard, “... é formado por todas as partes constituintes do sangue - nitrogênio e livre de nitrogênio, proteína, fibrina, açúcar, gordura, etc., com exceção de glóbulos sanguíneos, que já são elementos orgânicos independentes.”

O ambiente interno inclui apenas os componentes líquidos do corpo, que lavam todos os elementos dos tecidos, ou seja, plasma sanguíneo, linfa e fluido tecidual. K. Bernard considerava o atributo do ambiente interno “em contato direto com os elementos anatômicos de um ser vivo”. Ele observou que, ao estudar as propriedades fisiológicas desses elementos, é necessário considerar as condições para sua manifestação e sua dependência do meio ambiente.

Claude Bernard (1813-1878) O maior fisiologista, patologista e naturalista francês. Em 1839 graduou-se na Universidade de Paris. Em 1854-1868 chefiou o departamento fisiologia geral Universidade de Paris, desde 1868 - funcionário do Museu de História Natural. Membro da Academia de Paris (desde 1854), seu vice-presidente (1868) e presidente (1869), membro correspondente estrangeiro da Academia de Ciências de São Petersburgo (desde 1860). Os estudos científicos de C. Bernard são dedicados à fisiologia do sistema nervoso, digestão e circulação sanguínea. Os méritos do cientista no desenvolvimento da fisiologia experimental são grandes. Ele conduziu estudos clássicos sobre a anatomia e fisiologia do trato gastrointestinal, o papel do pâncreas, metabolismo de carboidratos, as funções dos sucos digestivos, descobriu a formação de glicogênio no fígado, estudou a inervação dos vasos sanguíneos, o efeito vasoconstritor do simpático nervos, etc. Um dos criadores da doutrina da homeostase, introduziu o conceito do ambiente interno do corpo. Lançou as bases da farmacologia e da toxicologia. Ele mostrou a semelhança e unidade de uma série de fenômenos vitais em animais e plantas.

O cientista acreditava com razão que as manifestações da vida se devem ao conflito entre as forças existentes do corpo (constituição) e a influência do ambiente externo. O conflito vital no corpo se manifesta na forma de dois fenômenos opostos e dialeticamente relacionados: síntese e decadência. Como resultado desses processos, o corpo se adapta, ou se adapta, às condições ambientais.

A análise das obras de K. Bernard permite-nos concluir que todos os mecanismos fisiológicos, por mais diversos que sejam, servem para manter a constância das condições de vida no meio interno. “A constância do ambiente interno é a condição de uma vida livre e independente. Isto é conseguido através de um processo que mantém no ambiente interno todas as condições necessárias para a vida dos elementos. A constância do ambiente pressupõe tal perfeição do organismo, em que as variáveis ​​externas seriam compensadas e equilibradas a cada momento. Para um meio líquido, foram determinadas as principais condições para sua manutenção constante: a presença de água, oxigênio, nutrientes e uma certa temperatura.

A independência da vida em relação ao meio externo, de que falava K. Bernard, é muito relativa. O ambiente interno está intimamente relacionado ao externo. Além disso, reteve muitas propriedades do ambiente primário em que a vida se originou. Os seres vivos, por assim dizer, fecharam a água do mar em um sistema de vasos sanguíneos e transformaram o ambiente externo constantemente flutuante em um ambiente interno, cuja constância é protegida por mecanismos fisiológicos especiais.

A principal função do ambiente interno é colocar "elementos orgânicos em relação uns com os outros e com o ambiente externo". K. Bernard explicou que há uma constante troca de substâncias entre o meio interno e as células do corpo devido às suas diferenças qualitativas e quantitativas dentro e fora das células. O ambiente interno é criado pelo próprio organismo, e a constância de sua composição é mantida pelos órgãos de digestão, respiração, excreção, etc., cuja principal função é "preparar um fluido nutriente comum" para as células do corpo. A atividade desses órgãos é regulada pelo sistema nervoso e com a ajuda de "substâncias especialmente produzidas". Isso "consiste em um círculo ininterrupto de influências mútuas que formam a harmonia da vida".

Assim, C. Bernard ainda está no segundo semestre século 19 deu uma correta definição científica do ambiente interno do corpo, destacou seus elementos, descreveu a composição, propriedades, origem evolutiva e enfatizou sua importância para garantir a atividade vital do organismo.

A doutrina da homeostase por W. Kennon

Ao contrário de K. Bernard, cujas conclusões foram baseadas em amplas generalizações biológicas, W. Kennon chegou à conclusão sobre a importância da constância do ambiente interno do corpo por outro método: com base em estudos fisiológicos experimentais. O cientista chamou a atenção para o fato de que a vida de um animal e de uma pessoa, apesar dos efeitos adversos bastante frequentes, prossegue normalmente por muitos anos.

fisiologista americano. Nascido em Prairie-du-Chine (Wisconsin), em 1896 graduou-se na Universidade de Harvard. Em 1906-1942 - professor de fisiologia em Harvard ensino médio, Membro Honorário Estrangeiro da Academia de Ciências da URSS (desde 1942). Principal trabalho científico dedicado à fisiologia do sistema nervoso. Ele descobriu o papel da adrenalina como transmissor simpático e formulou o conceito do sistema simpático-adrenal. Ele descobriu que quando as fibras nervosas simpáticas são estimuladas, a simpatina é liberada em suas terminações - uma substância que tem ação semelhante à adrenalina. Um dos criadores da doutrina da homeostase, que ele delineou em sua obra "A Sabedoria do Corpo" (1932). Ele considerou o corpo humano como um sistema auto-regulador com o papel principal do sistema nervoso autônomo.

W. Kennon observou que as condições constantes mantidas no corpo poderiam ser chamadas de Saldo. No entanto, esta palavra já foi completamente corrigida determinado valor: eles denotam o estado mais provável de um sistema isolado em que todas as forças conhecidas são mutuamente equilibradas, portanto, em Estado de equilibrio os parâmetros do sistema não dependem do tempo e não há fluxos de matéria ou energia no sistema. No corpo, processos fisiológicos coordenados complexos estão ocorrendo constantemente, garantindo a estabilidade de seus estados. Um exemplo é a atividade coordenada do cérebro, nervos, coração, pulmões, rins, baço e outros órgãos e sistemas internos. Portanto, W. Kennon propôs uma designação especial para tais estados - homeostase. Esta palavra não implica de forma alguma algo congelado e imóvel. Significa uma condição que pode mudar, mas ainda permanece relativamente constante.

Prazo homeostase formado a partir de duas palavras gregas: homoios semelhantes, semelhantes e estase- ficar parado. Ao interpretar este termo, W. Kennon enfatizou que a palavra estase implica não apenas um estado estável, mas também uma condição que leva a esse fenômeno, e a palavra homoios indica a semelhança e semelhança dos fenômenos.

O conceito de homeostase, segundo W. Kennon, também inclui mecanismos fisiológicos que garantem a estabilidade dos seres vivos. Essa estabilidade especial não é caracterizada pela estabilidade dos processos, pelo contrário, eles são dinâmicos e mudam constantemente, no entanto, sob as condições da "norma", as flutuações dos parâmetros fisiológicos são bastante limitadas.

Mais tarde, W. Kennon mostrou que todos os processos metabólicos e as principais condições sob as quais as funções vitais mais importantes do corpo são desempenhadas - temperatura corporal, concentração de glicose e sais minerais no plasma sanguíneo, pressão nos vasos - flutuam dentro de limites estreitos perto de certos valores médios - constantes fisiológicas. Manter essas constantes no corpo é condição necessária existência.

W. Kennon destacado e classificado Principais componentes da homeostase. Ele se referiu a eles materiais que fornecem as necessidades celulares(materiais necessários para o crescimento, reparo e reprodução - glicose, proteínas, gorduras; água; cloretos de sódio, potássio e outros sais; oxigênio; compostos reguladores) e fatores fisicos e quimicos que afetam a atividade celular (pressão osmótica, temperatura, concentração de íons de hidrogênio, etc.). No atual estágio de desenvolvimento do conhecimento sobre homeostase, essa classificação foi reabastecida mecanismos que garantem a constância estrutural do ambiente interno do corpo e a integridade estrutural e funcional todo o organismo. Esses incluem:

a) hereditariedade;
b) regeneração e reparação;
c) reactividade imunobiológica.

condições automático mantendo a homeostase, de acordo com W. Kennon, são:

– um sistema de alarme funcionando perfeitamente que notifica os dispositivos reguladores centrais e periféricos de quaisquer alterações que ameacem a homeostase;
- a presença de dispositivos corretivos que atuam em tempo hábil e retardam o início dessas alterações.

E. Pfluger, Sh. Richet, I. M. Sechenov, L. Frederick, D. Haldane e outros pesquisadores que trabalharam na virada dos séculos 19 para 20 também abordaram a ideia da existência de mecanismos fisiológicos que garantem a estabilidade do organismo e usaram sua própria terminologia. No entanto, o termo homeostase, proposto por W. Kennon para caracterizar os estados e processos que criam tal habilidade.

Para as ciências biológicas, na compreensão da homeostase segundo W. Kennon, é valioso que os organismos vivos sejam considerados como sistemas abertos que possuem muitas conexões com o meio ambiente. Essas conexões são realizadas através dos órgãos respiratórios e digestivos, receptores de superfície, nervos e sistemas musculares e outros.As mudanças no ambiente afetam direta ou indiretamente esses sistemas, causando neles as devidas alterações. No entanto, esses efeitos geralmente não são acompanhados de grandes desvios da norma e não causam violações graves nos processos fisiológicos.

Contribuição de L. S. Stern no desenvolvimento de ideias sobre homeostase

Fisiologista russo, acadêmico da Academia de Ciências da URSS (desde 1939). Nasceu em Libava (Lituânia). Em 1903 ela se formou na Universidade de Genebra e trabalhou lá até 1925. Em 1925-1948 - Professor da 2ª Moscou instituto médico e ao mesmo tempo diretor do Instituto de Fisiologia da Academia de Ciências da URSS. De 1954 a 1968 foi responsável pelo departamento de fisiologia do Instituto de Biofísica da Academia de Ciências da URSS. Obras de L. S. Stern são dedicados ao estudo dos fundamentos químicos dos processos fisiológicos que ocorrem em várias partes do sistema nervoso central. Ela estudou o papel dos catalisadores no processo de oxidação biológica, propôs um método para introduzir drogas no líquido cefalorraquidiano no tratamento de certas doenças.

Simultaneamente com W. Cannon em 1929 na Rússia, o fisiologista russo L.S. Popa. “Diferentemente dos mais simples, nos organismos multicelulares mais complexos, a troca com o meio ambiente ocorre através do chamado meio ambiente, do qual tecidos e órgãos individuais extraem o material de que necessitam e no qual secretam os produtos de seu metabolismo. ... À medida que as partes individuais do corpo (órgãos e tecidos) se diferenciam e se desenvolvem, cada órgão, cada tecido deve criar e desenvolver seu próprio meio nutriente imediato, cuja composição e propriedades devem corresponder às características estruturais e funcionais desse órgão. . Esse ambiente nutritivo imediato, ou íntimo, deve ter certa constância para garantir o funcionamento normal do órgão lavado. ... O meio nutriente imediato de órgãos e tecidos individuais é o fluido intercelular ou tecidual.

L.S. Stern estabeleceu a importância para a atividade normal de órgãos e tecidos da constância da composição e propriedades não apenas do sangue, mas também do fluido tecidual. Ela mostrou a existência de barreiras histohemáticas- barreiras fisiológicas que separam o sangue e os tecidos. Essas formações, em sua opinião, consistem em endotélio capilar, membrana basal, tecido conjuntivo, membranas de lipoproteínas celulares. A permeabilidade seletiva das barreiras contribui para a preservação da homeostase e da conhecida especificidade do ambiente interno necessária para o funcionamento normal de um determinado órgão ou tecido. Proposto e bem fundamentado por L.S. A teoria dos mecanismos de barreira de Stern é uma contribuição fundamentalmente nova para o estudo do ambiente interno.

Histohemático , ou tecido vascular , barreira - este é, em essência, um mecanismo fisiológico que determina a constância relativa da composição e propriedades do próprio ambiente do órgão e da célula. Desempenha duas funções importantes: reguladora e protetora, ou seja, assegura a regulação da composição e propriedades do próprio ambiente do órgão e da célula e protege-o da ingestão de substâncias do sangue que são estranhas a este órgão ou a todo o organismo.

As barreiras histohemáticas estão presentes em quase todos os órgãos e possuem nomes apropriados: hematoencefálica, hematooftálmica, hematolabiríntica, hematoliquor, hematolinfática, hematopulmonar e hematopleural, hematorrenal, assim como a barreira hemato-gonadal (por exemplo, hematotesticular), etc.

Conceitos modernos de homeostase

A ideia de homeostase acabou sendo muito frutífera e ao longo do século XX. foi desenvolvido por muitos cientistas nacionais e estrangeiros. No entanto, este conceito ainda Ciência Biológica não tem uma definição terminológica clara. Na área científica e literatura educacional pode-se encontrar ou a equivalência dos termos "ambiente interno" e "homeostase", ou uma interpretação diferente do conceito de "homeostase".

Fisiologista russo, acadêmico da Academia de Ciências da URSS (1966), membro pleno da Academia de Ciências Médicas da URSS (1945). Graduado pelo Instituto de Conhecimento Médico de Leningrado. Desde 1921, trabalhou no Instituto do Cérebro sob a direção de V.M. Bekhterev, em 1922-1930. na Academia Médica Militar no laboratório de I.P. Pavlova. Em 1930-1934 Professor do Departamento de Fisiologia do Gorky Medical Institute. Em 1934-1944 - Chefe do Departamento do Instituto All-Union de Medicina Experimental em Moscou. Em 1944-1955 trabalhou no Instituto de Fisiologia da Academia de Ciências Médicas da URSS (desde 1946 - diretor). Desde 1950 - Chefe do Laboratório de Neurofisiologia da Academia de Ciências Médicas da URSS, e então Chefe do Departamento de Neurofisiologia do Instituto de Normal e fisiologia patológica URSS AMS. Laureado do Prêmio Lenin (1972). As principais obras são dedicadas ao estudo da atividade do corpo e especialmente do cérebro com base na teoria dos sistemas funcionais desenvolvida por ele. A aplicação desta teoria à evolução das funções possibilitou a P.K. Anokhin para formular o conceito de sistemagênese como um padrão geral do processo evolutivo.

O ambiente interno do corpo chamado todo o conjunto de fluidos corporais circulantes: sangue, linfa, fluido intercelular (tecido), células de lavagem e tecidos estruturais, envolvidos no metabolismo, transformações químicas e físicas. Os componentes do meio interno também incluem o fluido intracelular (citosol), visto que é diretamente o meio em que ocorrem as principais reações do metabolismo celular. O volume do citoplasma no corpo de um adulto é de cerca de 30 litros, o volume do líquido intercelular é de cerca de 10 litros e o volume de sangue e linfa que ocupa o espaço intravascular é de 4 a 5 litros.

Em alguns casos, o termo "homeostase" é usado para se referir à constância do ambiente interno e à capacidade do corpo de fornecê-lo. A homeostase é uma dinâmica relativa, flutuando dentro de limites estritamente definidos, a constância do ambiente interno e a estabilidade (estabilidade) das funções fisiológicas básicas do corpo. Em outros casos, a homeostase é entendida como processos fisiológicos ou sistemas de controle que regulam, coordenam e corrigem a atividade vital do corpo para manter um estado estável.

Assim, a definição do conceito de homeostase é abordada por dois lados. Por um lado, a homeostase é vista como uma constância quantitativa e qualitativa de parâmetros físico-químicos e biológicos. Por outro lado, a homeostase é definida como um conjunto de mecanismos que mantêm a constância do ambiente interno do corpo.

Análise das definições disponíveis na área biológica e literatura de referência, permitiu destacar os aspectos mais importantes desse conceito e formular uma definição geral: a homeostase é um estado de equilíbrio dinâmico relativo do sistema, sustentado por mecanismos de autorregulação. Essa definição não só inclui o conhecimento da relatividade da constância do ambiente interno, mas também demonstra a importância dos mecanismos homeostáticos dos sistemas biológicos que garantem essa constância.

As funções vitais do corpo incluem mecanismos homeostáticos de natureza e ação muito diferentes: nervoso, humoral-hormonal, barreira, controle e manutenção da constância do ambiente interno e atuação em diferentes níveis.

O princípio de funcionamento dos mecanismos homeostáticos

O princípio de funcionamento dos mecanismos homeostáticos que garantem a regulação e a autorregulação em diferentes níveis da organização da matéria viva foi descrito por G.N. Kassil. Existem os seguintes níveis de regulação:

1) submolecular;
2) molecular;
3) subcelular;
4) celular;
5) líquido (ambiente interno, relações humoral-hormonais-iônicas, funções de barreira, imunidade);
6) tecido;
7) nervoso (central e periférico mecanismos neurais, complexo neurohumoral-hormonal-barreira);
8) organísmico;
9) população (populações de células, organismos multicelulares).

O nível homeostático elementar dos sistemas biológicos deve ser considerado orgânico. Dentro de seus limites, vários outros são distinguidos: homeostase citogenética, somática, ontogenética e funcional (fisiológica), genostase somática.

Homeostase citogenética como a adaptabilidade morfológica e funcional expressa a reestruturação contínua dos organismos de acordo com as condições de existência. Direta ou indiretamente, as funções de tal mecanismo são realizadas pelo aparelho hereditário da célula (genes).

Homeostase somática- a direção das mudanças totais na atividade funcional do corpo para estabelecer a relação mais ideal com o meio ambiente.

Homeostase ontogenética- este é o desenvolvimento individual do organismo desde a formação de uma célula germinativa até a morte ou a cessação da existência em sua qualidade anterior.

Debaixo homeostase funcional compreender a atividade fisiológica ideal de vários órgãos, sistemas e todo o organismo em condições ambientais específicas. Por sua vez, inclui: metabólica, respiratória, digestiva, excretora, regulatória (fornecendo um nível ótimo de regulação neuro-humoral sob determinadas condições) e homeostase psicológica.

Genostase somáticaé um controle sobre a constância genética das células somáticas que compõem o organismo individual.

É possível distinguir a homeostase circulatória, motora, sensorial, psicomotora, psicológica e até informacional, o que garante a resposta ideal do corpo às informações recebidas. Separadamente, distingue-se um nível patológico - doenças da homeostase, ou seja, ruptura de mecanismos homeostáticos e sistemas reguladores.

Hemostasia como mecanismo adaptativo

A hemostasia é um complexo vital de processos inter-relacionados complexos, uma parte integrante do mecanismo adaptativo do corpo. Devido ao papel especial do sangue na manutenção dos parâmetros básicos do corpo, é isolado em visão independente reações homeostáticas.

O principal componente da hemostasia é um sistema complexo mecanismos adaptativos que garantem a fluidez do sangue nos vasos e sua coagulação em violação de sua integridade. No entanto, a hemostasia não apenas mantém o estado líquido do sangue nos vasos, a resistência das paredes dos vasos e interrompe o sangramento, mas também afeta a hemodinâmica e a permeabilidade vascular, participa da cicatrização de feridas, do desenvolvimento de reações inflamatórias e imunológicas e está relacionada com a resistência inespecífica do organismo.

O sistema de hemostasia está em interação funcional com o sistema imunológico. Estes dois sistemas formam um único mecanismo de defesa humoral, cujas funções estão associadas, por um lado, à luta pela pureza do código genético e à prevenção de várias doenças e, por outro, à manutenção da estado do sangue no leito circulatório e interrupção do sangramento em caso de violação da integridade dos vasos sanguíneos. Sua atividade funcional é regulada pelos sistemas nervoso e endócrino.

A presença de mecanismos comuns de "ativação" dos sistemas de defesa do organismo - imunológico, coagulação, fibrinolítico, etc. - permite considerá-los como um único sistema estrutural e funcionalmente definido.

Suas características são: 1) o princípio da cascata de inclusão e ativação sequencial de fatores até a formação de substâncias fisiologicamente ativas finais: trombina, plasmina, cininas; 2) a possibilidade de ativação desses sistemas em qualquer parte do leito vascular; 3) o mecanismo geral para ligar sistemas; 4) feedback no mecanismo de interação desses sistemas; 5) a existência de inibidores comuns.

Garantir a confiabilidade do funcionamento do sistema de hemostasia, bem como de outros sistemas biológicos, é realizado de acordo com o princípio geral de confiabilidade. Isso significa que a confiabilidade do sistema é alcançada pela redundância de elementos de controle e sua interação dinâmica, duplicação de funções ou intercambialidade de elementos de controle com um retorno rápido perfeito ao estado anterior, a capacidade de auto-organização dinâmica e a busca de estabilidade estados.

Circulação de fluidos entre os espaços celulares e teciduais, bem como os vasos sanguíneos e linfáticos

Homeostase celular

O lugar mais importante na autorregulação e preservação da homeostase é ocupado pela homeostase celular. Também é chamado autorregulação celular.

Nem o sistema hormonal nem o sistema nervoso são fundamentalmente capazes de lidar com a tarefa de manter a constância da composição do citoplasma de uma célula individual. Cada célula de um organismo multicelular tem seu próprio mecanismo de autorregulação de processos no citoplasma.

O lugar principal nesta regulação pertence à membrana citoplasmática externa. Ele garante a transmissão de sinais químicos de e para a célula, alterando sua permeabilidade, participa da regulação da composição eletrolítica da célula e desempenha a função de "bombas" biológicas.

Homeostatos e modelos técnicos de processos homeostáticos

Nas últimas décadas, o problema da homeostase tem sido considerado do ponto de vista da cibernética - a ciência do controle proposital e ótimo de processos complexos. Sistemas biológicos como células, cérebros, organismos, populações, ecossistemas operam de acordo com as mesmas leis.

Ludwig von Bertalanffy (1901-1972) Biólogo teórico austríaco, criador da "teoria geral dos sistemas". A partir de 1949 trabalhou nos EUA e Canadá. Abordando os objetos biológicos como sistemas dinâmicos organizados, Bertalanffy fez uma análise detalhada das contradições entre mecanicismo e vitalismo, o surgimento e desenvolvimento de ideias sobre a integridade do organismo e, com base neste último, a formação de conceitos sistêmicos em biologia. Bertalanffy é responsável por uma série de tentativas de aplicar uma abordagem "organísmica" (ou seja, uma abordagem do ponto de vista da integridade) no estudo da respiração tecidual e da relação entre metabolismo e crescimento em animais. Proposta método cientista A análise de sistemas equifinais abertos (visando um objetivo) possibilitou o uso amplo das ideias da termodinâmica, cibernética e físico-química na biologia. Suas idéias encontraram aplicação na medicina, psiquiatria e outras disciplinas aplicadas. Sendo um dos pioneiros da abordagem sistêmica, o cientista apresentou o primeiro conceito generalizado de sistema na ciência moderna, cujas tarefas são desenvolver um aparato matemático para descrever diferentes tipos de sistemas, estabelecer o isomorfismo de leis em vários campos da ciência. conhecimento e buscar meios de integrar a ciência (“ Teoria geral sistemas", 1968). Essas tarefas, no entanto, foram realizadas apenas em relação a certos tipos de sistemas biológicos abertos.

O fundador da teoria do controle em objetos vivos é N. Wiener. No centro de suas idéias está o princípio da auto-regulação - manutenção automática da constância ou mudança de acordo com a lei exigida do parâmetro regulado. No entanto, muito antes de N. Wiener e W. Kennon, a ideia de controle automático foi expressa por I.M. Sechenov: “... no corpo do animal, os reguladores só podem ser automáticos, ou seja, ser posto em ação por condições alteradas no estado ou curso da máquina (organismo) e desenvolver atividades pelas quais essas irregularidades sejam eliminadas. Nesta frase, há uma indicação da necessidade de relações diretas e de feedback que fundamentam a autorregulação.

A ideia de autorregulação em sistemas biológicos foi aprofundada e desenvolvida por L. Bertalanffy, que entendia um sistema biológico como “um conjunto ordenado de elementos interligados”. Ele também considerou o mecanismo biofísico geral da homeostase no contexto de sistemas abertos. Com base nas idéias teóricas de L. Bertalanffy em biologia, uma nova direção se desenvolveu, chamada Abordagem de sistemas. As opiniões de L. Bertalanffy foram compartilhadas por V.N. Novoseltsev, que apresentou o problema da homeostase como um problema de controle dos fluxos de matéria e energia que um sistema aberto troca com o meio ambiente.

A primeira tentativa de modelar a homeostase e estabelecer possíveis mecanismos para controlá-la pertence a W.R. Ashby. Ele projetou um dispositivo auto-regulador artificial chamado "homeostato". Homeostato U.R. Ashby era um sistema de circuitos potenciométricos e reproduzia apenas os aspectos funcionais do fenômeno. Este modelo não poderia refletir adequadamente a essência dos processos subjacentes à homeostase.

O próximo passo no desenvolvimento da homeostática foi dado por S. Beer, que apontou dois novos pontos fundamentais: o princípio hierárquico da construção de sistemas homeostáticos para gerenciar objetos complexos e o princípio da sobrevivência. S. Beer tentou aplicar certos princípios homeostáticos em desenvolvimento prático sistemas de controle organizado, revelou algumas analogias cibernéticas entre um sistema vivo e uma produção complexa.

Qualitativamente novo palco O desenvolvimento dessa direção veio após a criação de um modelo formal do homeostato por Yu.M. Gorsky. Suas opiniões foram influenciadas ideias científicas G. Selye, que argumentou que “... se é possível incluir contradições em modelos que refletem o trabalho dos sistemas vivos, e mesmo ao mesmo tempo entender por que a natureza, ao criar os seres vivos, seguiu esse caminho, isso ser uma nova descoberta nos segredos dos seres vivos com grande saída prática.

Homeostase fisiológica

A homeostase fisiológica é mantida pelo sistema nervoso autônomo e somático, um complexo de mecanismos humoral-hormonais e iônicos que compõem o sistema físico-químico do corpo, bem como o comportamento, no qual o papel de ambos formas hereditárias e experiência individual adquirida.

A ideia do papel principal do sistema nervoso autônomo, especialmente seu departamento simpatoadrenal, foi desenvolvida nos trabalhos de E. Gelgorn, B.R. Hess, W. Kennon, L. A. Orbeli, A. G. Ginetsinsky e outros. O papel organizador do aparelho nervoso (o princípio do nervismo) fundamenta a escola fisiológica russa de I.P. Pavlova, I. M. Sechenov, A. D. Speransky.

As teorias humoral-hormonais (o princípio do humoralismo) foram desenvolvidas no exterior nos trabalhos de G. Dale, O. Levy, G. Selye, C. Sherrington e outros. Os cientistas russos I.P. Razenkov e L. S. Popa.

O colossal material factual acumulado que descreve várias manifestações da homeostase na vida, técnica, social, sistemas ecológicos, requer estudo e consideração de um ponto de vista metodológico unificado. A teoria unificadora que foi capaz de combinar todas as diversas abordagens para entender os mecanismos e manifestações da homeostase foi teoria dos sistemas funcionais criado por P. K. Anokhin. Em seus pontos de vista, o cientista baseou-se nas ideias de N. Wiener sobre sistemas auto-organizados.

O conhecimento científico moderno sobre a homeostase de todo o organismo baseia-se em entendê-la como uma atividade auto-reguladora amigável e coordenada de vários sistemas funcionais, caracterizada por mudanças quantitativas e qualitativas em seus parâmetros durante processos fisiológicos, físicos e químicos.

O mecanismo de manutenção da homeostase se assemelha a um pêndulo (escalas). Em primeiro lugar, o citoplasma da célula deve ter uma composição constante - homeostase do 1º estágio (veja o diagrama). Isso é fornecido pelos mecanismos de homeostase do 2º estágio - fluidos circulantes, o ambiente interno. Por sua vez, sua homeostase está associada a sistemas vegetativos para estabilizar a composição de substâncias que entram, líquidos e gases e a liberação de produtos finais do metabolismo - estágio 3. Assim, temperatura, teor de água e concentração de eletrólitos, oxigênio e dióxido de carbono, e a quantidade de nutrientes é mantida em um nível relativamente constante e os produtos metabólicos excretados.

O quarto passo na manutenção da homeostase é o comportamento. Além de reações convenientes, inclui emoções, motivações, memória e pensamento. O quarto estágio interage ativamente com o anterior, se baseia nele e o influencia. Nos animais, o comportamento se expressa na escolha de alimentos, áreas de alimentação, locais de nidificação, migrações diárias e sazonais, etc., cuja essência é o desejo de paz, a restauração do equilíbrio perturbado.

Então a homeostase é:

1) o estado do ambiente interno e sua propriedade;
2) um conjunto de reações e processos que mantêm a constância do meio interno;
3) a capacidade do organismo de resistir a mudanças no ambiente;
4) a condição para a existência, liberdade e independência da vida: “A constância do ambiente interno é a condição para uma vida livre” (K. Bernard).

Como o conceito de homeostase é fundamental na biologia, deve ser mencionado ao estudar todos os cursos escolares: “Botânica”, “Zoologia”, “ Biologia geral”, “Ecologia”. Mas, claro, a principal atenção deve ser dada à divulgação desse conceito no curso “O homem e sua saúde”. Aqui estão alguns exemplos de tópicos que podem ser estudados usando os materiais do artigo. "Órgãos. Sistemas de órgãos, o organismo como um todo. "Nervoso e regulação humoral funções no corpo. “O ambiente interno do corpo. Sangue, linfa, fluido tecidual. Composição e propriedades do sangue. "Circulação". "Respiração". Metabolismo como principal função do corpo. "Isolamento". "Termoregulação".

No organismo dos animais superiores, foram desenvolvidas adaptações que neutralizam muitas influências do ambiente externo, proporcionando condições relativamente constantes para a existência de células. Tem essencial para a vida de todo o organismo. Ilustramos isso com exemplos. As células do corpo de animais de sangue quente, ou seja, animais com temperatura corporal constante, funcionam normalmente apenas dentro de limites estreitos de temperatura (em humanos, entre 36 e 38 °). Uma mudança de temperatura além desses limites leva à interrupção da atividade celular. Ao mesmo tempo, o corpo de animais de sangue quente pode existir normalmente com flutuações muito mais amplas na temperatura do ambiente externo. Por exemplo, um urso polar pode viver em temperaturas de -70° e +20-30°. Isso se deve ao fato de que em todo o organismo sua troca de calor com o ambiente é regulada, ou seja, a geração de calor (a intensidade dos processos químicos que ocorrem com a liberação de calor) e a transferência de calor. Assim, a uma temperatura ambiente baixa, a geração de calor aumenta e a transferência de calor diminui. Portanto, com flutuações na temperatura externa (dentro de certos limites), a constância da temperatura corporal é mantida.

As funções das células do corpo são normais apenas com uma relativa constância da pressão osmótica, devido à constância do conteúdo de eletrólitos e água nas células. Mudanças na pressão osmótica - sua diminuição ou aumento - levam a violações acentuadas das funções e da estrutura das células. O organismo como um todo pode existir por algum tempo tanto com ingestão excessiva e com privação de água, quanto com grandes e pequenas quantidades de sais nos alimentos. Isso se deve à presença no corpo de adaptações que contribuem para manter
constância da quantidade de água e eletrólitos no corpo. No caso de ingestão excessiva de água, quantidades significativas são rapidamente excretadas do corpo pelos órgãos excretores (rins, glândulas sudoríparas, pele) e, com falta de água, é retida no corpo. Da mesma forma, os órgãos excretores regulam o conteúdo de eletrólitos no corpo: removem rapidamente quantidades excessivas deles ou os mantêm nos fluidos corporais com ingestão insuficiente de sais.

A concentração de eletrólitos individuais no sangue e no fluido tecidual, por um lado, e no protoplasma das células, por outro, é diferente. O sangue e o fluido tecidual contêm mais íons sódio, e o protoplasma das células contém mais íons potássio. A diferença na concentração de íons dentro e fora da célula é alcançada por um mecanismo especial que mantém os íons de potássio dentro da célula e não permite que os íons de sódio se acumulem na célula. Esse mecanismo, cuja natureza ainda não é clara, é chamado de bomba sódio-potássio e está associado ao processo de metabolismo celular.

As células do corpo são muito sensíveis a mudanças na concentração de íons de hidrogênio. Uma mudança na concentração desses íons em uma direção ou outra interrompe drasticamente a atividade vital das células. O ambiente interno do corpo é caracterizado por uma concentração constante de íons de hidrogênio, que depende da presença dos chamados sistemas tampão no sangue e no fluido tecidual (p. 48) e da atividade dos órgãos excretores. Com um aumento no teor de ácidos ou álcalis no sangue, eles são rapidamente excretados do corpo e, assim, a constância da concentração de íons de hidrogênio no ambiente interno é mantida.

As células, especialmente as células nervosas, são muito sensíveis às mudanças no açúcar no sangue, um nutriente importante. Portanto, a constância do teor de açúcar no sangue é de grande importância para o processo da vida. É alcançado pelo fato de que, com um aumento nos níveis de açúcar no sangue no fígado e nos músculos, um polissacarídeo, glicogênio, depositado nas células, é sintetizado a partir dele e, com uma diminuição nos níveis de açúcar no sangue, o glicogênio é quebrado no fígado e músculos e o açúcar da uva é liberado no sangue.

A constância da composição química e das propriedades físico-químicas do ambiente interno é característica importante organismos animais superiores. Para designar essa constância, W. Cannon propôs um termo que se tornou muito difundido - homeostase. A expressão da homeostase é a presença de uma série de constantes biológicas, ou seja, indicadores quantitativos estáveis ​​que caracterizam o estado normal do corpo. Esses valores constantes são: temperatura corporal, pressão osmótica do sangue e fluido tecidual, conteúdo de íons de sódio, potássio, cálcio, cloro e fósforo, bem como proteínas e açúcar, concentração de íons de hidrogênio e vários outros.

Observando a constância da composição, propriedades físico-químicas e biológicas do meio interno, deve-se ressaltar que ele não é absoluto, mas relativo e dinâmico. Essa constância é alcançada pelo trabalho contínuo de vários órgãos e tecidos, como resultado das mudanças na composição e nas propriedades físico-químicas do ambiente interno que ocorrem sob a influência de mudanças no ambiente externo e como resultado de a atividade vital do organismo são niveladas.

Função vários órgãos e seus sistemas na manutenção da homeostase são diferentes. Assim, o sistema digestivo garante o fluxo de nutrientes para o sangue na forma em que podem ser utilizados pelas células do corpo. O sistema circulatório realiza o movimento contínuo do sangue e o transporte de várias substâncias no corpo, como resultado do qual nutrientes, oxigênio e vários compostos químicos formados no próprio corpo entram nas células, e os produtos de decomposição, incluindo o dióxido de carbono, liberados pelas células são transferidos para os órgãos que os removem do corpo. Os órgãos respiratórios fornecem oxigênio ao sangue e removem o dióxido de carbono do corpo. O fígado e vários outros órgãos realizam um número significativo de transformações químicas - a síntese e a quebra de muitos compostos químicos importantes na vida das células. Órgãos excretores - rins, pulmões, glândulas sudoríparas, pele - removem os produtos finais da decomposição do corpo matéria orgânica e manter a constância do conteúdo de água e eletrólitos no sangue e, consequentemente, no fluido tecidual e nas células do corpo.

desempenha um papel importante na manutenção da homeostase sistema nervoso. Reagindo sensivelmente a várias mudanças no ambiente externo ou interno, regula a atividade dos órgãos e sistemas de tal forma que as mudanças e distúrbios que ocorrem ou poderiam ocorrer no corpo são prevenidos e nivelados.

Graças ao desenvolvimento de adaptações que garantem a relativa constância do ambiente interno do corpo, suas células são menos suscetíveis às influências mutáveis ​​do ambiente externo. De acordo com Cl. Bernard, “a constância do ambiente interno é condição para uma vida livre e independente”.

A homeostase tem certos limites. Quando o corpo permanece, especialmente por muito tempo, em condições que diferem significativamente daquelas às quais está adaptado, a homeostase é perturbada e podem ocorrer mudanças incompatíveis com a vida normal. Assim, com uma mudança significativa na temperatura externa na direção de seu aumento e diminuição, a temperatura corporal pode aumentar ou diminuir e pode ocorrer superaquecimento ou resfriamento do corpo, levando à morte. Da mesma forma, com uma restrição significativa da ingestão de água e sais no corpo ou uma privação completa dessas substâncias, a constância relativa da composição e das propriedades físico-químicas do ambiente interno é perturbada depois de um tempo e a vida pára.

Alto nível a homeostase ocorre apenas em certos estágios da espécie e do desenvolvimento individual. Os animais inferiores não possuem adaptações suficientemente desenvolvidas para mitigar ou eliminar as influências das mudanças no ambiente externo. Assim, por exemplo, a relativa constância da temperatura corporal (homeotermia) é mantida apenas em animais de sangue quente. Nos chamados animais de sangue frio, a temperatura corporal se aproxima da temperatura do ambiente externo e representa um valor variável (poiquilotermia). Um animal recém-nascido não possui tal constância de temperatura corporal, composição e propriedades do ambiente interno, como em um organismo adulto.

Mesmo pequenas violações da homeostase levam à patologia e, portanto, a determinação de parâmetros fisiológicos relativamente constantes, como temperatura corporal, pressão arterial, composição, propriedades físico-químicas e biológicas do sangue, etc., é de grande valor diagnóstico.