Уровни поддержания и регуляции гомеостаза

Молекулярно-генетический уровень. Молекулярный уровень регуляции гомеостаза позволяет регулировать внутриклеточ­ный состав и метаболизм клеток. Ключевыми звеньями этой регуляции являются процессы транскрипции и трансляции, в результате чего обра­зуются ферменты, качественный и количественный состав которых оп­ределяет направленность и интенсивность биохимических реакций, фи­зических и биологических свойств клеточных структур. Особенности ме­таболизма клеток данного вида обеспечивается стабильностью генотипа, гомеостаз которого обеспечивается диплоидным набором хромосом и их точной репликацией при размножении. Репликация, а затем митоз обеспечивают точное распределение генетической информации следующим поколениям. Таким образом, поддерживается стабильность (гомеос­таз) генотипа вида в течение длительного времени.

Общую схему регуляции молекулярного гомеостаза клетки можно представить в следующем вцде: ДНК → РНК → белки → поддержание струк­туры и функции. Репарация молекул ДНК устраняет ошибки репликации, рекомбинаций и мутаций, что обеспечивает стабильность генома.

Клеточный уровень регуляции и поддержания гомеостаза. Для стабиль­ной функции клетки необходимо поддержание на постоянном уровне мно­гих ее структурно-функциональных компонентов. В частности, в регуляции клеточного гомеостаза значительную роль играет мембран­ная система. Плазматическая мембрана строго регулирует поступление и выход определенных молекул. Система внутриклеточных мембран делит клетку на функционально разные компартменты, что обеспечивает одновременное протекание тысяч биохимических реакции анаболизма и катаболизма. Мембраны обеспечивают превращение энергии, генерацию потенциала, передачу сигналов.

Функции органелл клеток обеспечивают поддержание определенных гомеостатических параметров: внутриклеточный пул АТФ, ферментов, нуклеиновых кислот, определенных липидов и углеводов, ионов кальция и магния, субстратов, метаболитов и т. д. Внутриклеточными процессами управляют ферменты, качественный и количественный состав которых регулируется генотипом ядра.

Тканевой уровень регуляции гомеостаза организма. Очень много биохимических, физиологических и морфологических констант организ­мов поддерживается благодаря тканевым механизмам. Ткани оказывают определенное влияние на многие структурно-функциональные парамет­ры. Например, кровь – многокомпонентная ткань, которая является свя­зующим звеном всех составных частей организма и имеет строгие гомеостатические показатели состава и свойств, при этом обладает большим количеством гомеостатических функций, необходимых для нормальной активности организма. Из многих гомеостатических функций крови мож­но назвать несколько:

Ø перенос органических веществ от тонкого ки­шечника к различным органам и тканям; доставка питательных веществ из мест хранения к месту использования;

Ø транспорт веществ, подлежа­щих экскреции, от тканей к органам выделения;

Ø транспорт гормонов от желез до органов-мишеней;

Ø перенос тепла и его равномерное распре­деление;

Ø доставка кислорода и перенос углекислоты;

Ø поддержание постоянного осмотического давления и рН и т.д.

Органный уровень регуляции гомеостаза. Многие физиологические и биохимические показатели организма регулируются на уровне органов. Рассмотрим некоторые гомеостатические функции печени. Печень –слож­ный орган, который выполняет десятки различных функций, поддержи­вающих гомеостаз организма. Печень ответственна за регуляцию содер­жания многих субстратов и метаболитов в крови. Все вещества из пище­варительного тракта проходят через печень, где могут запасаться, либо превращаться в другие вещества. Значительную роль печень играет в детоксикации и разрушении ядов, гормонов и других токсичных веществ. Из многих гомеостатических функций печени можно отметить так же обес­печение углеводного обмена: глюкогенез, гликолиз, глюконеогенез и дру­гие. Обеспечение белкового обмена: дезаминирование, трансаминирование, образование мочевины и другие. Синтез белков крови: альбуминов, глобулинов. Участие в жировом обмене: гепатоциты превращают в жиры избыток углеводов, поглощают из крови и расщепляют холестерол и фосфолипиды, синтезируют их и др. Клетки печени запасают витамины В, С, А, Д, Е, К, а так же микроэлементы – цинк, медь, Со, Мо. Печень является депо крови. Печень выполняет функцию образования эритроцитов у плода. В клет­ках печени происходит разрушение гемоглобина и образование желчи. Ге­патоциты разрушают многие гормоны: тестостерон, альдостерон, инсулин, глюкагон. Гепатоциты участвуют в детоксикация, окислении, восстановле­нии, метилировании. Печень участвует так же в теплопродукции и др. Очевидно, что заболевания печени (или других органов) приводит к нарушению многих гомеостатических показателей, что приводит к ухудшению состояния всего организма.

4. Системные уровни поддержания гомеостаза у человека

Каждая система органов участвует в обеспечении какой-либо значи­тельной функции, важной для целого организма.

Эндокринная система поддержания гомеостаза. Эндокринная систе­ма (ЭС) состоит из различных тканей и органов, которые называют эн­докринными железами. Железы секретируют в кровяное русло специали­зированные химические «сигнальные» молекулы, оказывающие специфи­ческое влияние на клетки-мишени.

Гормоны – физиологически активные, разнообразные молекулы, ко­торые выделяются в мизерных количествах, но оказывают огромный физиологический эффект. Затем они быстро обезвреживаются в организ­ме: от нескольких часов до нескольких минут.

На гормон реагируют только клетки, имеющие рецепторы к этому гормону. Эндокринная система выполняет 4 основные гомеостатические функции:

Ø регулирует уровень метаболизма, воздействуя на концентра­цию метаболитов и состав жидкостей тела, на баланс ферментов и суб­стратов, на метаболизм белков, жиров, углеводов и других органических соединений;

Ø совместно с нервной системой регулирует гомеостаз орга­низма при стрессовых ситуациях;

Ø регулирует рост и развитие организ­ма;

Ø регулирует половое развитие и размножение.

Эндокринная и нервная (НС) системы действуют координированно, поддерживая внутреннее постоянство среды организма и стабильность функций. При очевидном различии в структуре и организации НС и ЭС, общее для них – высвобождение химических веществ (гормоны или ме­диаторы) в качестве средств коммуникации между клетками, тканями и органами. Главная роль обеих систем связана с регуляцией, интеграцией и координацией.

Регуляция гомеостатических функций эндокринных желез осуществля­ется:

Ø обратной связью – влияние на железу продуктов деятельности. На­пример, усиление секреции инсулина при повышении уровня глюкозы в крови;

Ø нейрогормонами гипотоламуса и гипофиза, например, тиреотропин – треотропный гормон – угироксин;

Ø прямое действие нервной си­стемы на железы.

Гомеостатические функции нервной системы. Характерная черта все­го живого – раздражимость или чувствительность. Для поддержания ста­ционарного состояния и выживания необходима координация и взаимо­связь между стимулом и реакцией, что обеспечивается, в первую очередь, нервной системой организма.

Нервная система обеспечивает:

Ø связь орга­низма с внешней средой;

Ø объединение всех органов и систем в единое целое и координация их деятельности;

Ø высшую нервную деятельность.

Эти задачи решаются с помощью высоко дифференцированных клеток – нейронов, функция которых, воспринимать информацию, кодиро­вать ее в форме электрических импульсов и предавать ее к другим клет­кам и органам, способным отвечать надлежащим образом.

У всех животных сенсорная информация воспринимается видоизмененны­ми нервными клетками – рецепторами и передается эффекторными клеткам. Основной реакцией нервной системы является рефлекс: стимул → рецеп­тор → эффектор → реакция.

Гипоталамус и гипофиз – центры координации и интеграции функ­ций нервной и гормональной систем. Гипоталамус играет ведущую роль в сборе информации от других участков головного мозга и кровенос­ных сосудов. Эта информация передается в гипофиз, где секретируются специфические гормоны, прямо или косвенно регулирующие актив­ность других эндокринных желез. Ядра гипоталамуса – скопление тел нейронов, локализованных на кровеносных сосудах или имеющих окончания в задней доле гипофиза. Этими нейронами регулируются многие физиологические функции: потребление пищи, воды, сон, вы­работка и отдача тепла, сексуальное поведение и др.

Иммунная система поддержания гомеостаза. М. Бернет – один из создателей теории иммунитета определяет его как «способность распоз­навать вторжение в организм чужеродного материала, мобилизовать клет­ки и образуемые ими вещества на более быстрое и эффективное удаление этого материала».

Вещество, чужеродное организму, называется антиге­ном, оно вызывает образование антител. Антитело – специфическая молекула белка, синтезируемая организмом животного в ответ на присут­ствие чужеродного вещества, обладающая к нему высоким сродством. У млекопитающих сформировались 2 системы иммунитета: клеточный и гу­моральный, что связано с существованием двух типов лимфоцитов: Т и В.

Гуморальный иммунитет: В-лимфоциты несут на своей поверхности рецепторы, способные распознавать антиген. В ответ на присутствие ан­тигена В-лимфоцитами может вырабатываться 5 видов иммуноглобули­нов (антител). При инфицировании, В- клетки узнают комплементарные им антигены и начинают дифференцироваться, делиться и образовывать клоны плазматических клеток и «клеток памяти». Плазматические клет­ки генетически идентичны и синтезируют большое количество антител. Живут несколько дней. Синтезируют до 2000 идентичных антител в 1 сек. Антитела связываются с антигенами и ускоряют их захват фагоцитами. Все лимфоциты развиваются из плюрипотентных стволовых клеток кро­ветворной ткани. Дифференцировка В-лимфоцитов происходит в пече­ни, селезенке, лимфатических узлах. Клетки памяти ответственны за вто­ричный иммунный ответ, подготовленную реакцию организма на туже информацию. Так формируется постоянный естественный иммунитет.

Клеточный иммунитет: обеспечивается другой разновидностью кле­ток - Т-лимфоцитами. Они образуются в тимусе. Тимус или вилочковая железа расположена за грудиной. Она начинает функционировать еще в период внутриутробного развития. Механизм созревания Т-лимфоцитов не совсем ясен. Тимус набит незрелыми тимоцитами, которые при взаи­модействии с антигеном начинают размножаться и синтезировать лимфокины, которые помогают распознавать и уничтожать антигены. Тимус и красный костный мозг – центральные органы лимфатической системы. Периферическими органами являются: лимфатические узлы, селезенка, пейровы бляшки в тонком кишечнике, аппендикс, миндалины и аденоиды. Именно в периферических органах Т и В лимфоциты реагируют с чу­жеродными молекулами.

Дата добавления: 2014-01-20