Хомеостаза

Клетките са основните структурни и функционални единици на организма. За осъществяване на своите функции те се нуждаят от подходяща среда, характеризираща се с относително постоянство на енергийни източници, вода, температура и киселинност. Под хомеостаза се разбира запазването на относителна стабилност на основните физиологични показатели на организма. Терминът е въведен от Cannon през 1929 година. Един организъм функционира най-добре, когато всички негови показатели са в оптималните си граници. Основните физиологични показатели са състав и обем на кръвта, артериално налягане, телесна температура и други. По своята същност хомеостазата представлява динамично постоянство, което се запазва, въпреки непрекъснатата обмяна на вещества и енергия между екстра- и интрацелуларната течна среда, както и между организма и околната среда. Основните физиологични процеси не са винаги постоянни, а варират в определени граници. Хомеостазата в организма не е статично, а динамично постоянство, което се постига благодарение на прецизна регулация. Основните компоненти на хомеостазата са изохидрия, изотермия, изойония, изоосмия, изоволемия и изоксемия.

Живите организми притежават регулаторни механизми, които поддържат телесната хомеостаза. Благодарение на тези механизми, те съществуват като една саморегулираща се система. Всички органи и тъкани участват в поддържането на постоянството. При нарушение в механизмите на регулация настъпва болест, а ако настъпилите нарушения са големи – може да настъпи смърт.

Благодарение на специалните системи за управление се осъществява живота на клетките в организма. Регулацията се осъществява от две системи:

• хуморална – регулацията се осъществява чрез специфични химични вещества (хормони);
• нервна – регулацията се разпространява посредством сигнали (импулси), разпространяващи се в нервната система.

Регулаторни системи

Всяка една регулаторна система има вход и изход. В зависимост от отношението по между им се различават отворени и затворени системи. При отворената система между изхода и входа няма връзка. Пример за такава система е невронът, който чрез дендритите си възприема много входни сигнали, преработва ги и ги препраща като изходни на друго звено, което може да бъде неврон, жлеза, мускул. При затворените системи информацията от изхода на една система е пряко или непряко свързана с входа на същата система. При тях съществува обратна връзка. В затворените системи се оформя регулаторен кръг, в рамките на който се установява динамична регулация на променения показател или функция. Затворената регулаторна система, изградена по типа обратна връзка, е съставена от следните елементи:

• регулируема величина – обект на регулация. Тя има една действителна стойност, която може да се определи във всеки момент, и една оптимална стойност, която е генетично определена.;
• сензор – възприема и отчита действителната стойност на регулируемата величина. Ролята на сензори играят специализирани клетки, наречени рецептори.;
• сравняващ механизъм – стойността възприета от сензора се пренася до интегративен център в централната нервна система. Там действителната стойност се сравнява с оптималната. Така се преценя каква e степента на разликата. Поражда се сигнал за грешка, който се доставя до следващия елемент на регулаторната система чрез ефекторни нерви или хормони.;
• ефектор – представлява изпълнителен орган, от чиято дейност зависи възстановяването на оптималната стойност на променената величина. Понякога регулаторният механизъм може да включва няколко ефектора.

По принципа на отрицателна обратна връзка се регулират параметри като регулация на артериалното налягане, на нивото на кръвната захар, на концентрацията на кислорода в екстрацелуларната течност. Благодарение на тези механизми за регулация се поддържа относителната хомеостаза в организма.

Характеристики на регулацията с отрицателна обратна връзка

Регулацията с отрицателна обратна връзка се характеризира с:

• закъснение (латентен период) – времето, което минава от появата на отклонение на регулируемата величина до началото на действието на рецептора. Различните регулаторни механизми имат различен латентен период.;
• инертност – скоростта, с която дадена величина се връща към зададената и стойност, след като ефекторът започне на действа. Някой величини са с малка инертност (кръвно налягане), а други с по-голяма (телесна температура).;
• фактор на обратната връзка – в някои случай на регулация се наблюдава остатъчно отклонение, тоест механизмите се са могли да доведат величината до оптималната и стойност. Стойността между остатъчното и първоначалното отклонение се нарича фактор на обратната връзка.;
• усилване – показва каква е силата на въздействие на ефектора върху регулирания показател. Колкото по-голямо е усилването, толкова по-ефективна е регулацията.;
• регулаторни колебания – колебанията на регулируемата величина около зададената стойност в процеса на връщането към оптималната.;
• стабилност – показва в какъв период от време се наблюдават отклонения в регулируемата величина около зададената стойност.

Различни фактори определят ефективността и прецизността, с която се контролира регулируемата величина. Регулацията е най-добра, ако има кратък латентен период, достатъчна сила и стабилност. Ефективността на механизмите се променя с течение на живота на индивида – те стават по-слабо ефективни с напредване на възрастта.

Изпреварваща регулация

В повечето случай регулаторните механизми се включват след като регулируемата величина се отклони от зададената стойност. Съществуват обаче и такива, който се включват преди това да се случи. Това е така наречената изпреварваща регулация. Тя се осъществява чрез включването на допълнителни рецептори, които са чувствителни към фактора, който причинява промяна в регулируемата величина. Като резултат от тази регулация се получават незначителни отклонения, тоест смущаващото въздействие и обратната връзка се включват по едно и също време. Изпреварващата регулация е особено ефективна към механизми, които имат дълъг латентен период, например регулация на телесната температура.

Предвиждаща регулация

Предвиждащата регулация се включва преди да настъпят промени в регулируемата величина и преди появата на смущаващ фактор. Тези механизми започват предварително и подготвят организма за очакваните промени. Този тип регулация се включва в случаите когато имаме закономерна повторяемост на едно и същи процеси в организма, като предизвиква повишаване на реактивността на регулаторния механизъм. Например, през първата половина на деня човек е най-активен и изразходва най-много енергия, което е предпоставка за хипогликемия. Предвиждащата регулация допринася за предварителното стабилизиране на нивата на глюкоза. Тя предвижда ефекта на смущаващите действия.

Положителна обратна връзка

Освен регулация с отрицателна обратна връзка, която връща регулируемата величина към зададената стойност, съществува и регулация с положителна обратна връзка, която засилва отклонението. При регулация с положителна обратна връзка се получава дестабилизиране на системата. Механизмите от този тип са характерни за болестни състояния, но могат да се наблюдават и във физиологични условия.

Нива на физиологичната регулация

Множеството регулаторни системи, които оперират в клетките, в органите и организма като цяло, действат на различни нива вътреклетъчно, органно и системно. При вътреклетъчната регулация сензорът и ефекторът се намират в една и съща клетка. Когато един лиганд се свърже с даден протеин, който има две свързващи места, модулаторната молекула може да промени конфигурацията на второто свързващо място. Този ефект е известен като алостерична модулация.

Локалната (органна) регулация се среща само в някои органи. Нарича се още локален хомеостатичен отговор. Тя зависи от концентрацията на някои метаболитни продукти, от секрецията на локално действащи хормони или хормон подобни вещества, които се наричат паракринни хормони.

Регулацията на цялостния организъм се базира на рефлексите. Реакцията се осъществява по механизма на отрицателна обратна връзка. Регулаторните реакции са изградени на рефлексия принцип и се разделят на три групи:

• соматомоторни рефлекси – контролира се активността на скелетната мускулатура. Благодарение на този механизъм се осъществява поддържането на позата на тялото и някои защитни рефлекси.;
• вегетативни рефлекси – те контролират постоянството на показатели, които са характерни за вътрешната среда на организма. Регулацията се осъществява с помощта на рецептори, които възприемат промяната в регулируемата величина. Такива рецептори са барорецепторите, химиорецепторите, осморецепторите и терморецепторите.;
• нервно-хуморални рефлекси – в регулаторната система са включени и хормони, които повлияват дейността на прицелните органи чрез взаимодействие със специфични рецептори.

Хомеостазата в организма е необходимо условие за живота на клетките. За поддържането и действат специализирани регулаторни механизми, които действат когато настъпят отклонения в регулируемата киселина.