Beispiele für Homöostase in der Biologie. Homöostase – was ist das? Das Konzept der Homöostase. Warum wird Homöostase benötigt und welche Arten gibt es?
Homöostase
Homöostase, Homöorez, Homöomorphose sind Merkmale des Körperzustands. Das systemische Wesen des Organismus manifestiert sich vor allem in seiner Fähigkeit zur Selbstregulierung unter sich ständig ändernden Umweltbedingungen. Da alle Organe und Gewebe des Körpers aus Zellen bestehen, von denen jede ein relativ unabhängiger Organismus ist, ist der Zustand der inneren Umgebung des menschlichen Körpers für seine normale Funktion von großer Bedeutung. Für den menschlichen Körper – ein Landlebewesen – besteht die Umwelt aus der Atmosphäre und der Biosphäre, während sie in gewissem Maße mit der Lithosphäre, Hydrosphäre und Noosphäre interagiert. Gleichzeitig sind die meisten Zellen des menschlichen Körpers in ein flüssiges Medium eingetaucht, das durch Blut, Lymphe und Interzellularflüssigkeit repräsentiert wird. Nur die Hautgewebe interagieren direkt mit der menschlichen Umgebung; alle anderen Zellen sind von der Außenwelt isoliert, was es dem Körper ermöglicht, ihre Existenzbedingungen weitgehend zu standardisieren. Insbesondere die Fähigkeit, eine konstante Körpertemperatur von etwa 37 °C aufrechtzuerhalten, gewährleistet die Stabilität von Stoffwechselprozessen, da alle biochemischen Reaktionen, die das Wesen des Stoffwechsels ausmachen, stark von der Temperatur abhängig sind. Ebenso wichtig ist es, in den flüssigen Medien des Körpers eine konstante Spannung von Sauerstoff, Kohlendioxid, Konzentration verschiedener Ionen usw. aufrechtzuerhalten. Unter normalen Lebensbedingungen, auch während der Anpassung und Aktivität, treten geringfügige Abweichungen dieser Parameter auf, die jedoch schnell beseitigt werden und die innere Umgebung des Körpers zu einer stabilen Norm zurückkehrt. Der große französische Physiologe des 19. Jahrhunderts. Claude Bernard argumentierte: „Die Konstanz der inneren Umwelt ist eine unabdingbare Voraussetzung für ein freies Leben.“ Physiologische Mechanismen, die die Aufrechterhaltung einer konstanten inneren Umgebung gewährleisten, werden als Homöostase bezeichnet, und das Phänomen selbst, das die Fähigkeit des Körpers zur Selbstregulierung der inneren Umgebung widerspiegelt, wird als Homöostase bezeichnet. Dieser Begriff wurde 1932 von W. Cannon eingeführt, einem jener Physiologen des 20. Jahrhunderts, die zusammen mit N.A. Bernstein, P.K. Anokhin und N. Wiener an den Ursprüngen der Wissenschaft der Kontrolle – der Kybernetik – standen. Der Begriff „Homöostase“ wird nicht nur in der physiologischen, sondern auch in der kybernetischen Forschung verwendet, da die Aufrechterhaltung der Konstanz aller Eigenschaften eines komplexen Systems das Hauptziel jedes Managements ist.
Ein anderer bemerkenswerter Forscher, K. Waddington, machte darauf aufmerksam, dass der Körper nicht nur die Stabilität seines inneren Zustands, sondern auch die relative Konstanz dynamischer Eigenschaften, also des zeitlichen Verlaufs von Prozessen, aufrechterhalten kann. Dieses Phänomen wurde in Analogie zur Homöostase genannt Homeorez. Sie ist für einen wachsenden und sich entwickelnden Organismus von besonderer Bedeutung und besteht darin, dass der Organismus in der Lage ist, während seiner dynamischen Transformationen (natürlich in gewissen Grenzen) einen „Entwicklungskanal“ aufrechtzuerhalten. Insbesondere wenn ein Kind aufgrund einer Krankheit oder einer starken Verschlechterung der Lebensbedingungen aus sozialen Gründen (Krieg, Erdbeben usw.) erheblich hinter seinen sich normal entwickelnden Altersgenossen zurückbleibt, bedeutet dies nicht, dass eine solche Verzögerung tödlich und irreversibel ist . Wenn die Zeit ungünstiger Ereignisse endet und das Kind angemessene Entwicklungsbedingungen erhält, holt es sowohl im Wachstum als auch im Grad der funktionellen Entwicklung bald seine Altersgenossen ein und unterscheidet sich in Zukunft nicht wesentlich von ihnen. Dies erklärt die Tatsache, dass aus Kindern, die schon früh eine schwere Krankheit erlitten haben, oft gesunde und wohlproportionierte Erwachsene heranwachsen. Homeorez spielt sowohl bei der Steuerung der ontogenetischen Entwicklung als auch bei Anpassungsprozessen eine entscheidende Rolle. Unterdessen sind die physiologischen Mechanismen der Homöorese noch nicht ausreichend untersucht.
Die dritte Form der Selbstregulierung der Körperkonstanz ist Homöomorphose - die Fähigkeit, eine konstante Form beizubehalten. Dieses Merkmal ist eher für einen erwachsenen Organismus charakteristisch, da Wachstum und Entwicklung mit der Unveränderlichkeit der Form unvereinbar sind. Berücksichtigt man jedoch kurze Zeiträume, insbesondere in Phasen der Wachstumshemmung, kann bei Kindern die Fähigkeit zur Homöomorphose festgestellt werden. Der Punkt ist, dass im Körper ein kontinuierlicher Generationswechsel der Zellen, aus denen er besteht, stattfindet. Zellen leben nicht lange (die einzige Ausnahme sind Nervenzellen): Die normale Lebensdauer von Körperzellen beträgt Wochen oder Monate. Dennoch wiederholt jede neue Zellgeneration fast genau die Form, Größe, Lage und dementsprechend funktionelle Eigenschaften der vorherigen Generation. Spezielle physiologische Mechanismen verhindern signifikante Veränderungen des Körpergewichts bei Fasten oder Überernährung. Insbesondere beim Fasten steigt die Verdaulichkeit von Nährstoffen stark an, bei übermäßigem Essen hingegen werden die meisten mit der Nahrung zugeführten Proteine, Fette und Kohlenhydrate „verbrannt“, ohne dass der Körper davon profitiert. Es ist erwiesen (N.A. Smirnova), dass bei einem Erwachsenen starke und signifikante Veränderungen des Körpergewichts (hauptsächlich aufgrund der Fettmenge) in jede Richtung sichere Anzeichen für mangelnde Anpassung, Überanstrengung sind und auf eine funktionelle Beeinträchtigung des Körpers hinweisen . In Zeiten des schnellsten Wachstums reagiert der Körper des Kindes besonders empfindlich auf äußere Einflüsse. Eine Verletzung der Homöomorphose ist das gleiche ungünstige Zeichen wie eine Verletzung der Homöostase und Homöorese.
Das Konzept der biologischen Konstanten. Der Körper ist ein Komplex aus einer Vielzahl unterschiedlicher Stoffe. Im Laufe des Lebens der Körperzellen kann sich die Konzentration dieser Stoffe deutlich verändern, was eine Veränderung des inneren Milieus bedeutet. Es wäre undenkbar, wenn die Kontrollsysteme des Körpers gezwungen wären, die Konzentration all dieser Substanzen zu überwachen, d. h. verfügen über viele Sensoren (Rezeptoren), analysieren kontinuierlich den aktuellen Zustand, treffen Steuerungsentscheidungen und überwachen deren Wirksamkeit. Für eine solche Art der Steuerung aller Parameter würden weder die Informations- noch die Energieressourcen des Körpers ausreichen. Daher ist der Körper auf die Überwachung einer relativ kleinen Anzahl der wichtigsten Indikatoren beschränkt, die für das Wohlbefinden der überwiegenden Mehrheit der Körperzellen auf einem relativ konstanten Niveau gehalten werden müssen. Diese strengsten Homöostaseparameter werden dadurch in „biologische Konstanten“ umgewandelt und ihre Unveränderlichkeit wird durch teilweise recht erhebliche Schwankungen anderer Parameter gewährleistet, die nicht der Homöostase zuzuordnen sind. Daher können sich die Hormonspiegel, die an der Regulierung der Homöostase beteiligt sind, im Blut je nach Zustand der inneren Umgebung und dem Einfluss äußerer Faktoren um ein Vielfaches ändern. Gleichzeitig ändern sich die Homöostaseparameter nur um 10-20 %.
Die wichtigsten biologischen Konstanten. Zu den wichtigsten biologischen Konstanten, für deren relativ konstante Aufrechterhaltung verschiedene physiologische Systeme des Körpers verantwortlich sind, zählen wir Körpertemperatur, Blutzuckerspiegel, H+-Ionengehalt in Körperflüssigkeiten, Teilspannung von Sauerstoff und Kohlendioxid im Gewebe.
Krankheit als Zeichen oder Folge von Homöostasestörungen. Fast alle Erkrankungen des Menschen gehen mit einer Störung der Homöostase einher. Beispielsweise ist bei vielen Infektionskrankheiten sowie bei entzündlichen Prozessen die Temperaturhomöostase im Körper stark gestört: Es kommt zu Fieber (Fieber), teilweise lebensbedrohlich. Der Grund für diese Störung der Homöostase kann sowohl in den Eigenschaften der neuroendokrinen Reaktion als auch in Störungen der Aktivität peripherer Gewebe liegen. In diesem Fall ist die Manifestation der Krankheit – erhöhte Temperatur – eine Folge einer Verletzung der Homöostase.
Typischerweise gehen fieberhafte Zustände mit einer Azidose einher – einer Störung des Säure-Basen-Gleichgewichts und einer Verschiebung der Reaktion von Körperflüssigkeiten auf die saure Seite. Eine Azidose ist auch charakteristisch für alle Erkrankungen, die mit einer Verschlechterung des Herz-Kreislauf- und Atmungssystems einhergehen (Herz- und Gefäßerkrankungen, entzündliche und allergische Läsionen des bronchopulmonalen Systems usw.). Eine Azidose begleitet häufig die ersten Lebensstunden eines Neugeborenen, insbesondere wenn es unmittelbar nach der Geburt nicht normal zu atmen begann. Um diesen Zustand zu beseitigen, wird das Neugeborene in eine spezielle Kammer mit hohem Sauerstoffgehalt gelegt. Eine metabolische Azidose bei starker Muskelaktivität kann bei Menschen jeden Alters auftreten und äußert sich in Atemnot und vermehrtem Schwitzen sowie Muskelkater. Nach Beendigung der Arbeit kann der Zustand der Azidose je nach Ermüdungsgrad, Fitness und Wirksamkeit homöostatischer Mechanismen mehrere Minuten bis zu 2-3 Tagen anhalten.
Sehr gefährlich sind Krankheiten, die zu einer Störung der Wasser-Salz-Homöostase führen, beispielsweise Cholera, bei der dem Körper große Mengen Wasser entzogen werden und Gewebe ihre funktionellen Eigenschaften verlieren. Viele Nierenerkrankungen führen auch zu einer Störung der Wasser-Salz-Homöostase. Als Folge einiger dieser Krankheiten kann sich eine Alkalose entwickeln – ein übermäßiger Anstieg der Konzentration alkalischer Substanzen im Blut und ein Anstieg des pH-Werts (eine Verschiebung zur alkalischen Seite).
In manchen Fällen können geringfügige, aber langfristige Störungen der Homöostase zur Entstehung bestimmter Krankheiten führen. Somit gibt es Hinweise darauf, dass ein übermäßiger Verzehr von Zucker und anderen Kohlenhydratquellen, die die Glukosehomöostase stören, zu einer Schädigung der Bauchspeicheldrüse führt, wodurch eine Person Diabetes entwickelt. Gefährlich ist auch der übermäßige Verzehr von Speise- und anderen Mineralsalzen, scharfen Gewürzen etc., die die Belastung des Ausscheidungssystems erhöhen. Die Nieren sind möglicherweise nicht in der Lage, die Fülle an Substanzen zu bewältigen, die aus dem Körper entfernt werden müssen, was zu einer Störung der Wasser-Salz-Homöostase führt. Eine seiner Erscheinungsformen sind Ödeme – die Ansammlung von Flüssigkeit in den Weichteilen des Körpers. Die Ursache von Ödemen liegt meist entweder in einer Insuffizienz des Herz-Kreislauf-Systems oder in einer eingeschränkten Nierenfunktion und damit einhergehend im Mineralstoffwechsel.
Der Begriff „Homöostase“ kommt vom Wort „Homöostase“, was „Stabilitätskraft“ bedeutet. Viele Menschen hören nicht oft oder gar nicht von diesem Konzept. Die Homöostase ist jedoch ein wichtiger Teil unseres Lebens und harmonisiert widersprüchliche Zustände miteinander. Und das ist nicht nur ein Teil unseres Lebens, Homöostase ist eine wichtige Funktion unseres Körpers.
Wenn wir das Wort Homöostase definieren, dessen Bedeutung die Regulierung der wichtigsten Systeme ist, dann ist dies die Fähigkeit, verschiedene Reaktionen zu koordinieren und es uns zu ermöglichen, das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Dieses Konzept gilt sowohl für einzelne Organismen als auch für ganze Systeme.
Generell wird die Homöostase in der Biologie häufig diskutiert. Damit der Körper richtig funktioniert und die notwendigen Aktionen ausführt, ist es notwendig, ein striktes Gleichgewicht in ihm aufrechtzuerhalten. Dies ist nicht nur zum Überleben notwendig, sondern auch, damit wir uns richtig an Umweltveränderungen anpassen und uns weiterentwickeln können.
Es ist möglich, die Arten der Homöostase zu unterscheiden, die für eine vollwertige Existenz notwendig sind – oder genauer gesagt die Arten von Situationen, in denen sich diese Aktion manifestiert.
- Instabilität. In diesem Moment diagnostizieren wir, nämlich unser Inneres, Veränderungen und treffen darauf basierend Entscheidungen zur Anpassung an neue Umstände.
- Gleichgewicht. Alle unsere inneren Kräfte sind auf die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts ausgerichtet.
- Unvorhersehbarkeit. Wir können uns oft selbst überraschen, indem wir Maßnahmen ergreifen, mit denen wir nicht gerechnet haben.
All diese Reaktionen werden dadurch bestimmt, dass jeder Organismus auf dem Planeten überleben möchte. Das Prinzip der Homöostase hilft uns, die Umstände zu verstehen und wichtige Entscheidungen zu treffen, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.
Unerwartete Entscheidungen
Homöostase hat nicht nur in der Biologie einen starken Platz eingenommen. Dieser Begriff wird auch in der Psychologie aktiv verwendet. In der Psychologie impliziert das Konzept der Homöostase unsere Reaktion auf äußere Bedingungen. Dennoch ist dieser Prozess eng mit der Anpassung des Körpers und der individuellen geistigen Anpassung verknüpft.
Wie wir sehen, basiert das Prinzip der Homöostase auf einer engen Verbindung zwischen Physiologie und Psychologie. Das mit der Selbstregulierung verbundene Prinzip der Homöostase kann jedoch nicht die Ursachen der Veränderung erklären.
Der homöostatische Prozess kann als Prozess der Selbstregulation bezeichnet werden. Und dieser ganze Prozess findet auf einer unbewussten Ebene statt. Unser Körper hat in vielen Bereichen Bedürfnisse, doch psychische Kontakte spielen eine wichtige Rolle. Ein Mensch verspürt das Bedürfnis, mit anderen Organismen in Kontakt zu treten, und zeigt seinen Wunsch nach Entwicklung. Dieser unbewusste Wunsch spiegelt wiederum einen homöostatischen Antrieb wider.
Stellen Sie sich die Situation vor: Eine Gruppe Hirsche weidet unweit eines schlafenden Löwen. Plötzlich wacht der Löwe auf und brüllt, die Damhirsche zerstreuen sich. Stellen Sie sich nun vor, Sie wären an der Stelle des Rehs. Der Selbsterhaltungstrieb wirkte in ihr – sie lief weg. Sie muss sehr schnell rennen, um ihr Leben zu retten. Das ist psychologische Homöostase.
Doch es vergeht einige Zeit, und das Reh beginnt, an Kraft zu verlieren. Auch wenn ein Löwe ihr nachjagte, würde sie aufhören, weil das Bedürfnis zu atmen im Moment wichtiger war als das Bedürfnis zu rennen. Dies ist ein Instinkt des Körpers selbst, die physiologische Homöostase. Somit können folgende Arten der Homöostase unterschieden werden:
- Zwang.
- Spontan.
Die Bedeutung der Homöostase ist für jeden Organismus sowohl psychisch als auch physisch von großer Bedeutung. Der Mensch kann lernen, im Einklang mit sich selbst und der Umwelt zu leben, ohne nur den Trieben seiner Instinkte zu folgen. Er muss nur die Welt um sich herum richtig sehen und verstehen, seine Gedanken ordnen und die Prioritäten in die richtige Reihenfolge bringen. Autorin: Lyudmila Mukhacheva
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Der Begriff „Homöostase“ wird in der Biologie am häufigsten verwendet. Mehrzellige Organismen müssen für ihre Existenz eine konstante innere Umgebung aufrechterhalten. Viele Ökologen sind davon überzeugt, dass dieses Prinzip auch für die äußere Umwelt gilt. Wenn das System nicht in der Lage ist, sein Gleichgewicht wiederherzustellen, kann es sein, dass es irgendwann nicht mehr funktioniert.
Komplexe Systeme – wie der menschliche Körper – müssen über eine Homöostase verfügen, um stabil zu bleiben und zu existieren. Diese Systeme müssen nicht nur überleben, sondern sich auch an Umweltveränderungen anpassen und weiterentwickeln.
Eigenschaften der Homöostase
Homöostatische Systeme haben folgende Eigenschaften:
- Instabilität System: Testen, wie man sich am besten anpasst.
- Streben nach Gleichgewicht: Die gesamte innere, strukturelle und funktionale Organisation von Systemen trägt zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts bei.
- Unvorhersehbarkeit: Die resultierende Wirkung einer bestimmten Aktion kann oft anders sein als erwartet.
- Regulierung der Menge an Mikronährstoffen und Wasser im Körper – Osmoregulation. Wird in den Nieren durchgeführt.
- Entfernung von Abfallprodukten aus dem Stoffwechselprozess – Ausscheidung. Die Durchführung erfolgt durch exokrine Organe – Nieren, Lunge, Schweißdrüsen und Magen-Darm-Trakt.
- Regulierung der Körpertemperatur. Senkung der Temperatur durch Schwitzen, verschiedene thermoregulatorische Reaktionen.
- Regulierung des Blutzuckerspiegels. Hauptsächlich von der Leber durchgeführt, Insulin und Glucagon werden von der Bauchspeicheldrüse abgesondert.
- Regulierung des Grundumsatzes je nach Ernährung.
Es ist wichtig zu beachten, dass der Körper zwar im Gleichgewicht ist, sein physiologischer Zustand jedoch dynamisch sein kann. Viele Organismen weisen endogene Veränderungen in Form von zirkadianen, ultradianen und infradianen Rhythmen auf. Selbst in der Homöostase sind Körpertemperatur, Blutdruck, Herzfrequenz und die meisten Stoffwechselindikatoren daher nicht immer auf einem konstanten Niveau, sondern verändern sich im Laufe der Zeit.
Homöostasemechanismen: Feedback
Wenn eine Änderung der Variablen auftritt, gibt es zwei Haupttypen von Rückmeldungen, auf die das System reagiert:
- Negatives Feedback, ausgedrückt in einer Reaktion, bei der das System so reagiert, dass die Richtung der Änderung umgekehrt wird. Da Feedback dazu dient, die Konstanz des Systems aufrechtzuerhalten, ermöglicht es die Aufrechterhaltung der Homöostase.
- Steigt beispielsweise die Konzentration von Kohlendioxid im menschlichen Körper, kommt ein Signal an die Lunge, ihre Aktivität zu steigern und mehr Kohlendioxid auszuatmen.
- Ein weiteres Beispiel für negatives Feedback ist die Thermoregulation. Wenn die Körpertemperatur steigt (oder sinkt), registrieren Thermorezeptoren in der Haut und im Hypothalamus die Veränderung und lösen ein Signal vom Gehirn aus. Dieses Signal löst wiederum eine Reaktion aus – einen Temperaturabfall (oder -anstieg).
- Positives Feedback, das sich in einer zunehmenden Änderung einer Variablen äußert. Es wirkt destabilisierend und führt daher nicht zu einer Homöostase. Positives Feedback ist in natürlichen Systemen weniger verbreitet, hat aber auch seinen Nutzen.
- Beispielsweise führt in Nerven ein elektrisches Schwellenpotential zur Erzeugung eines viel größeren Aktionspotentials. Als weitere Beispiele für positives Feedback können Blutgerinnsel und Ereignisse bei der Geburt genannt werden.
Stabile Systeme erfordern Kombinationen beider Arten von Rückmeldungen. Während negatives Feedback eine Rückkehr in einen homöostatischen Zustand ermöglicht, wird positives Feedback verwendet, um in einen völlig neuen (und vielleicht weniger wünschenswerten) Zustand der Homöostase zu gelangen, eine Situation, die „Metastabilität“ genannt wird. Solche katastrophalen Veränderungen können beispielsweise bei einem Anstieg der Nährstoffe in Flüssen mit klarem Wasser auftreten, was zu einem homöostatischen Zustand mit hoher Eutrophierung (Algenbewuchs des Flussbetts) und Trübung führt.
Ökologische Homöostase
In gestörten Ökosystemen oder biologischen Lebensgemeinschaften unterhalb des Höhepunkts – wie etwa auf der Insel Krakatoa nach einem großen Vulkanausbruch – wurde der Zustand der Homöostase des vorherigen Waldklimax-Ökosystems zerstört, ebenso wie alles Leben auf dieser Insel. Krakatoa durchlief in den Jahren nach dem Ausbruch eine Reihe ökologischer Veränderungen, in denen neue Pflanzen- und Tierarten aufeinander folgten, was zur Artenvielfalt und der daraus resultierenden Höhepunktgemeinschaft führte. Die ökologische Sukzession verlief auf Krakatau in mehreren Etappen. Die vollständige Abfolgekette, die zum Höhepunkt führt, wird Preseria genannt. Im Krakatoa-Beispiel entwickelte sich auf der Insel eine Höhepunktgemeinschaft mit achttausend verschiedenen Arten, hundert Jahre nachdem der Ausbruch das Leben auf der Insel zerstört hatte. Die Daten bestätigen, dass die Situation noch einige Zeit in der Homöostase bleibt, wobei das Auftauchen neuer Arten sehr schnell zum raschen Verschwinden alter Arten führt.
Der Fall von Krakatau und anderen gestörten oder intakten Ökosystemen zeigt, dass die anfängliche Besiedlung durch Pionierarten durch Fortpflanzungsstrategien mit positiver Rückkopplung erfolgt, bei denen sich die Arten zerstreuen und so viele Nachkommen wie möglich hervorbringen, jedoch nur wenig in den Erfolg jedes Einzelnen investieren. Bei solchen Arten kommt es zu einer schnellen Entwicklung und einem ebenso schnellen Zusammenbruch (z. B. durch eine Epidemie). Wenn sich ein Ökosystem seinem Höhepunkt nähert, werden solche Arten durch komplexere Höhepunktarten ersetzt, die sich durch negative Rückkopplung an die spezifischen Bedingungen ihrer Umgebung anpassen. Diese Arten werden sorgfältig durch die potenzielle Tragfähigkeit des Ökosystems kontrolliert und verfolgen eine andere Strategie: Sie produzieren weniger Nachkommen, für deren Fortpflanzungserfolg mehr Energie in die Mikroumgebung ihrer spezifischen ökologischen Nische investiert wird.
Die Entwicklung beginnt mit der Pioniergemeinschaft und endet mit der Höhepunktgemeinschaft. Diese Höhepunktgemeinschaft entsteht, wenn Flora und Fauna mit der lokalen Umwelt ins Gleichgewicht kommen.
Solche Ökosysteme bilden Heterarchien, in denen die Homöostase auf einer Ebene zu homöostatischen Prozessen auf einer anderen komplexen Ebene beiträgt. Beispielsweise schafft der Verlust von Blättern eines ausgewachsenen tropischen Baums Platz für neues Wachstum und bereichert den Boden. Ebenso verringert der tropische Baum den Lichtzugang zu tiefer gelegenen Ebenen und trägt dazu bei, das Eindringen anderer Arten zu verhindern. Aber auch Bäume fallen zu Boden und die Entwicklung des Waldes hängt vom ständigen Wandel der Bäume und dem Nährstoffkreislauf durch Bakterien, Insekten und Pilze ab. In ähnlicher Weise tragen solche Wälder zu ökologischen Prozessen wie der Regulierung des Mikroklimas oder der Wasserkreisläufe eines Ökosystems bei, und mehrere verschiedene Ökosysteme können interagieren, um die Homöostase der Flussentwässerung innerhalb einer biologischen Region aufrechtzuerhalten. Die bioregionale Variabilität spielt auch eine Rolle bei der homöostatischen Stabilität einer biologischen Region oder eines Bioms.
Biologische Homöostase
Homöostase ist ein grundlegendes Merkmal lebender Organismen und bedeutet, die innere Umgebung innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten.
Die innere Umgebung des Körpers umfasst Körperflüssigkeiten – Blutplasma, Lymphe, Interzellularsubstanz und Liquor. Die Aufrechterhaltung der Stabilität dieser Flüssigkeiten ist für Organismen lebenswichtig, während ihr Fehlen zu Schäden am genetischen Material führt.
In Bezug auf jeden Parameter werden Organismen in Konformations- und Regulierungsparameter unterteilt. Regulatorische Organismen halten den Parameter auf einem konstanten Niveau, unabhängig davon, was in der Umwelt passiert. Konformationsorganismen ermöglichen es der Umgebung, den Parameter zu bestimmen. Warmblüter halten beispielsweise eine konstante Körpertemperatur aufrecht, während Kaltblüter eine große Temperaturschwankung aufweisen.
Das soll nicht heißen, dass Konformationsorganismen keine Verhaltensanpassungen haben, die es ihnen ermöglichen, einen bestimmten Parameter bis zu einem gewissen Grad zu regulieren. Reptilien beispielsweise sitzen morgens oft auf erhitzten Steinen, um ihre Körpertemperatur zu erhöhen.
Der Vorteil der homöostatischen Regulierung besteht darin, dass sie dem Körper ermöglicht, effizienter zu funktionieren. Beispielsweise neigen Kaltblüter bei kalten Temperaturen dazu, lethargisch zu werden, während Warmblüter fast genauso aktiv sind wie eh und je. Andererseits erfordert die Regulierung Energie. Der Grund, warum manche Schlangen nur einmal pro Woche fressen können, liegt darin, dass sie viel weniger Energie zur Aufrechterhaltung der Homöostase aufwenden als Säugetiere.
Zelluläre Homöostase
Die Regulierung der chemischen Aktivität der Zelle erfolgt durch eine Reihe von Prozessen, unter denen Veränderungen in der Struktur des Zytoplasmas selbst sowie der Struktur und Aktivität von Enzymen von besonderer Bedeutung sind. Die Autoregulation hängt davon ab
Homöostase, Homöostase (Homöostase; griech. homoios ähnlich, gleich + Stasiszustand, Immobilität), – die relative dynamische Konstanz der inneren Umgebung (Blut, Lymphe, Gewebeflüssigkeit) und die Stabilität grundlegender physiologischer Funktionen (Kreislauf, Atmung, Thermoregulation, Stoffwechsel usw.) des menschlichen und tierischen Körpers. Regulierungsmechanismen, die den physiologischen Zustand oder die Eigenschaften von Zellen, Organen und Systemen des gesamten Organismus auf einem optimalen Niveau halten, werden als homöostatisch bezeichnet.
Eine lebende Zelle ist bekanntlich ein mobiles, sich selbst regulierendes System. Die interne Organisation wird durch aktive Prozesse unterstützt, die darauf abzielen, Verschiebungen, die durch verschiedene Einflüsse aus der externen und internen Umgebung verursacht werden, zu begrenzen, zu verhindern oder zu beseitigen. Die Fähigkeit, nach einer durch den einen oder anderen „Störfaktor“ verursachten Abweichung von einem bestimmten Durchschnittswert in den ursprünglichen Zustand zurückzukehren, ist die Haupteigenschaft der Zelle. Ein mehrzelliger Organismus ist eine integrale Organisation, deren zelluläre Elemente auf die Ausführung verschiedener Funktionen spezialisiert sind. Die Interaktion innerhalb des Körpers erfolgt durch komplexe Regulierungs-, Koordinations- und Korrelationsmechanismen mit
Beteiligung nervöser, humoraler, metabolischer und anderer Faktoren. Viele einzelne Mechanismen, die intra- und interzelluläre Beziehungen regulieren, haben teilweise gegensätzliche (antagonistische) Wirkungen, die sich gegenseitig ausgleichen. Dies führt zur Etablierung eines mobilen physiologischen Hintergrunds (physiologisches Gleichgewicht) im Körper und ermöglicht es dem lebenden System, trotz Veränderungen in der Umgebung und Verschiebungen, die während des Lebens des Organismus auftreten, eine relative dynamische Konstanz aufrechtzuerhalten.
Der Begriff „Homöostase“ wurde 1929 vom Physiologen W. Cannon vorgeschlagen, der glaubte, dass die physiologischen Prozesse, die die Stabilität im Körper aufrechterhalten, so komplex und vielfältig seien, dass es ratsam sei, sie unter dem allgemeinen Namen Homöostase zusammenzufassen. Allerdings schrieb C. Bernard bereits 1878, dass alle Lebensprozesse nur ein Ziel haben – die Konstanz der Lebensbedingungen in unserer inneren Umgebung aufrechtzuerhalten. Ähnliche Aussagen finden sich in den Werken vieler Forscher des 19. und der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. (E. Pfluger, S. Richet, Frederic (L.A. Fredericq), I.M. Sechenov, I.P. Pavlov, K.M. Bykov und andere). Die Arbeiten von L.S. waren für die Erforschung des Homöostaseproblems von großer Bedeutung. Stern (mit Kollegen) widmete sich der Rolle von Barrierefunktionen, die die Zusammensetzung und Eigenschaften der Mikroumgebung von Organen und Geweben regulieren.
Die eigentliche Idee der Homöostase entspricht nicht dem Konzept eines stabilen (nicht schwankenden) Gleichgewichts im Körper – das Gleichgewichtsprinzip gilt nicht für
komplexe physiologische und biochemische
Prozesse, die in lebenden Systemen ablaufen. Es ist auch falsch, Homöostase rhythmischen Schwankungen in der inneren Umgebung gegenüberzustellen. Homöostase im weitesten Sinne umfasst Fragen des zyklischen und Phasenverlaufs von Reaktionen, der Kompensation, Regulierung und Selbstregulierung physiologischer Funktionen, der Dynamik der gegenseitigen Abhängigkeit von Nerven-, Humoral- und anderen Komponenten des Regulierungsprozesses. Die Grenzen der Homöostase können starr und flexibel sein und sich je nach individuellem Alter, Geschlecht, sozialen, beruflichen und anderen Bedingungen ändern.
Von besonderer Bedeutung für das Leben des Körpers ist die Konstanz der Zusammensetzung des Blutes – der flüssigen Matrix des Körpers, wie W. Cannon es ausdrückt. Die Stabilität seiner aktiven Reaktion (pH), der osmotische Druck, das Verhältnis der Elektrolyte (Natrium, Kalzium, Chlor, Magnesium, Phosphor), der Glukosegehalt, die Anzahl der gebildeten Elemente usw. sind gut bekannt. Beispielsweise überschreitet der pH-Wert des Blutes in der Regel nicht mehr als 7,35–7,47. Selbst schwere Störungen des Säure-Basen-Stoffwechsels mit Pathologie der Säureanreicherung in der Gewebeflüssigkeit, beispielsweise bei der diabetischen Azidose, haben kaum Auswirkungen auf die aktive Blutreaktion. Obwohl der osmotische Druck von Blut und Gewebeflüssigkeit aufgrund der ständigen Zufuhr osmotisch aktiver Produkte des interstitiellen Stoffwechsels ständigen Schwankungen unterliegt, bleibt er auf einem bestimmten Niveau und verändert sich nur unter bestimmten schwerwiegenden pathologischen Bedingungen.
Obwohl Blut die allgemeine innere Umgebung des Körpers darstellt, kommen die Zellen von Organen und Geweben nicht direkt damit in Kontakt.
In mehrzelligen Organismen verfügt jedes Organ über seine eigene innere Umgebung (Mikroumgebung), die seinen strukturellen und funktionellen Eigenschaften entspricht, und der normale Zustand der Organe hängt von der chemischen Zusammensetzung, den physikalisch-chemischen, biologischen und anderen Eigenschaften dieser Mikroumgebung ab. Seine Homöostase wird durch den Funktionszustand der histohämatischen Barrieren und deren Durchlässigkeit in den Richtungen Blut→Gewebeflüssigkeit, Gewebeflüssigkeit→Blut bestimmt.
Die Konstanz der inneren Umgebung für die Aktivität des Zentralnervensystems ist von besonderer Bedeutung: Selbst geringfügige chemische und physikalisch-chemische Veränderungen, die in der Liquor cerebrospinalis, in den Gliazellen und in den perizellulären Räumen auftreten, können zu einer starken Störung des Flusses lebenswichtiger Prozesse führen einzelne Neuronen oder in ihren Ensembles. Ein komplexes homöostatisches System, das verschiedene neurohumorale, biochemische, hämodynamische und andere Regulierungsmechanismen umfasst, ist das System zur Gewährleistung optimaler Blutdruckwerte. In diesem Fall wird die Obergrenze des Blutdruckniveaus durch die Funktionalität der Barorezeptoren des körpereigenen Gefäßsystems und die Untergrenze durch den Blutversorgungsbedarf des Körpers bestimmt.
Zu den fortschrittlichsten homöostatischen Mechanismen im Körper höherer Tiere und Menschen gehören Thermoregulationsprozesse;
Innere Umgebung des Körpers- eine Ansammlung von Körperflüssigkeiten, die sich darin befinden, normalerweise in bestimmten Reservoirs und unter natürlichen Bedingungen und niemals in Kontakt mit der äußeren Umgebung. Der Begriff wurde vom französischen Physiologen Claude Bernard vorgeschlagen.
Zellen können nur in einer flüssigen Umgebung funktionieren. Blut, Gewebsflüssigkeit und Lymphe bilden das innere Milieu des Körpers. Die Grundlage der inneren Umgebung des Körpers ist Blut, das den Zellen Sauerstoff und Nährstoffe zuführt und Stoffwechselprodukte abtransportiert. Blut kommt jedoch nicht in direkten Kontakt mit den Körperzellen. Im Gewebe verlässt ein Teil des Blutplasmas die Blutkapillaren und wird in Gewebeflüssigkeit umgewandelt. Überschüssige Gewebsflüssigkeit wird von den Lymphkapillaren aufgenommen und fließt in Form von Lymphe über die Lymphgefäße zurück ins Blut. Dadurch zirkulieren Blut, Gewebsflüssigkeit und Lymphe direkt im Körper und sorgen so für den Stoffaustausch zwischen den Körperzellen und der Umwelt. Wissenschaftler aus vielen Ländern der Welt haben versucht, die Natur der Mechanismen herauszufinden, die die Konstanz der inneren Umgebung von Menschen und höheren Tieren aufrechterhalten.Die Gesamtheit der Faktoren und Mechanismen, die diese Konstanz gewährleisten, wird als Homöostase bezeichnet. Homöostase– die Fähigkeit biologischer Systeme, Veränderungen zu widerstehen und die dynamische Konstanz der Zusammensetzung und Eigenschaften des Organismus aufrechtzuerhalten.
Unter Homöostase versteht man die relativ dynamische Konstanz der inneren Umgebung des Körpers, die die Stabilität seiner grundlegenden physiologischen Funktionen gewährleistet.
Claude Bernard (1878) – Formulierung des Konzepts der Homöostase.
Walter Cannon prägte den Begriff Homöostase, seine Hypothese – Einzelne Körperteile sind stabil, da die sie umgebende innere Umgebung stabil ist.
Lebender Organismus– ein offenes selbstregulierendes System, das sich in enger Interaktion mit der Umwelt entwickelt. Veränderungen in der Umgebung wirken sich direkt oder indirekt auf die Komponenten aus und führen zu entsprechenden Veränderungen in diesen.
Dank Selbstregulierungsmechanismen erfolgen diese Veränderungen im normalen Reaktionsbereich und verursachen keine schwerwiegenden Störungen der physiologischen Funktionen.
Eine Verletzung regulatorischer Mechanismen führt zu einem Zusammenbruch der Kompensationsfähigkeiten des Körpers, einer Abnahme seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber sich ständig ändernden Umweltbedingungen, Störungen der Homöostasebedingungen und der Entwicklung von Pathologien.
Homöostasemechanismen sollten darauf abzielen, das Niveau eines stabilen Zustands aufrechtzuerhalten, Prozesse zu koordinieren, um den Einfluss schädlicher Faktoren zu beseitigen oder zu begrenzen, und eine optimale Interaktion zwischen Körper und Umwelt unter veränderten Existenzbedingungen zu gewährleisten.
Komponenten der Homöostase:
Komponenten, die den Mobilfunkbedarf decken: Proteine, Fette, Kohlenhydrate; anorganische Substanzen; Wasser, Sauerstoff, innere Sekretion.
Komponenten, die die Zellaktivität beeinflussen: osmotischer Druck, Temperatur, Wasserstoffionenkonzentration.
Arten der Homöostase:
Genetische Homöostase . Der Genotyp der Zygote bestimmt im Zusammenspiel mit Umweltfaktoren den gesamten Variabilitätskomplex des Organismus, seine Anpassungsfähigkeit, also die Homöostase. Auf Veränderungen der Umweltbedingungen reagiert der Körper gezielt im Rahmen einer erblich bedingten Reaktionsnorm. Die Konstanz der genetischen Homöostase wird auf Basis von Matrixsynthesen aufrechterhalten und die Stabilität des genetischen Materials wird durch eine Reihe von Mechanismen gewährleistet (siehe Mutagenese).
Strukturelle Homöostase. Aufrechterhaltung der Konstanz der Zusammensetzung und Integrität der morphologischen Organisation von Zellen und Geweben. Die Multifunktionalität der Zellen erhöht die Kompaktheit und Zuverlässigkeit des gesamten Systems und erhöht seine potenziellen Fähigkeiten. Der Aufbau von Zellfunktionen erfolgt durch Regeneration.
Regeneration:
1. Zellular (direkte und indirekte Teilung)
2. Intrazellulär (molekular, intraorganoid, organoid)
Physikalisch-chemische Homöostase.
Gashomöostase: Die Konzentration von Sauerstoff und Kohlendioxid im Körper wird durch das äußere Atmungssystem sichergestellt. Faktoren, die die äußere Atmung regulieren: Atemminutenvolumen der Alveolarluft, abhängig von der Aktivität des Atemzentrums; Gasgehalt im Blut und in den Lungenkapillaren; Diffusion von Gasen durch die Membran der Blutzellen, gleichmäßiger Lungenblutfluss und ausreichende Belüftung.
Säure-Basen-Gleichgewicht des Körpers: pH-Wert des Blutes = 7,32–7,45, das Verhältnis von Wasserstoff- und Hydroxylionen hängt vom Gehalt an Säuren ab, die als Protonendonatoren wirken, und amphoteren Basen, die als Akzeptoren fungieren. Seine Regulierung wird durch Puffersysteme, Gewebeproteine und die Kollagensubstanz des Bindegewebes gewährleistet, die in der Lage ist, Säuren zu absorbieren.
Osmotische Eigenschaften des Blutes: Der osmotische Druck des Blutes hängt von der Konzentration der Lösung und der Temperatur ab, nicht jedoch von der Art des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels. Die Konstanz der osmotischen Eigenschaften des Blutes wird durch den Wasserhaushalt gewährleistet. Der Wasserhaushalt des Körpers wird durch Mechanismen zur Wasser- und Salzversorgung aufrechterhalten. Umverteilung von Wasser und Salzen zwischen Zellen und intrazellulären Organellen, Abgabe von Wasser und Salzen an die Umwelt. Die Grundlage für die Integration aller physikalisch-chemischen Homöostase ist die neuroendokrine Regulation.
Physiologische Homöostase.
Thermische Homöostase: Aufrechterhaltung des Wärmegehalts. Eine wichtige Voraussetzung für den Wärmehaushalt ist die Bewegung des Mediums, das den Körper und seine Teile wäscht, wobei der Wärmeaustausch durch den Fluss von warmem Blut aus tiefen Bereichen des Körpers an seine Oberfläche erfolgt
Hämostasesystem: Aktivierung des Blutgerinnungssystems, erforderlicher Blutzellenspiegel, Wiederherstellung der Eigenschaften der Gefäßwand.
Biochemische Homöostase: Die Aufrechterhaltung des Niveaus der Stoffwechselprozesse, insbesondere des Anabolismus und Katabolismus, des Gleichgewichts von Synthese- und Zerfallsprozessen erfolgt durch Veränderung der Aktivität von Enzymen, der Geschwindigkeit enzymatischer Reaktionen, der Induktion der Biosynthese von Proteinen und Enzymen und der Regulierung der Geschwindigkeit des Zerfalls biologisch aktiver Substanzen.
Immunologische Homöostase.
Das Immunsystem schützt den Körper vor körperfremden Stoffen, Infektionserregern, die genetisch fremde Informationen tragen, sowie vor krankhaft veränderten Zellen. Anerkennung – Zerstörung – Beseitigung. Die zentralen Organe des Immunsystems sind das Knochenmark und die Thymusdrüse. Periphere Organe – Milz und Lymphgewebe. Das Knochenmark produziert einen Stimulator für Antikörperproduzenten, der das System der B-Lymphozyten aktiviert, die die humorale Komponente der Immunität bereitstellen, und die Thymusdrüse produziert Thymosin, das die Produktion von T-Lymphozyten aktiviert. Die Aufrechterhaltung der immunologischen Homöostase muss durch die erforderliche Konzentration an T- und B-Lymphozyten sichergestellt werden.
Endokrine Homöostase: Synthese und Sekretion von Hormonen, Transport von Hormonen, spezifischer Stoffwechsel von Hormonen in der Peripherie und deren Ausscheidung, Interaktion von Hormonen mit Zielzellen, Regulierung und Selbstregulation der Funktionen der endokrinen Drüsen.
Alle Homöostasen als Ganzes bilden biologische Homöostase , ein integrales System verschiedener Funktionen und Indikatoren, das die Erhaltung und Aufrechterhaltung der normalen Funktion des Körpers unter sich ändernden Umweltbedingungen gewährleistet.
Regulierung der biologischen Homöostase:
Lokal: Wird durch positives und negatives Feedback durchgeführt, wenn eine Änderung eines Indikators zu einer Änderung eines anderen Indikators führt, ist sie durch Autonomie gekennzeichnet. Diese Eigenschaft ist jeder Komponente eines lebenden Systems inhärent.
Humorale Regulierung , ist mit dem Eintritt humoraler Faktoren in die innere Umgebung des Körpers verbunden - Mediatoren, Hormone, biologisch aktive Substanzen usw. Das humorale System reagiert langsam auf äußere Einflüsse, weil hat keine Verbindung zur Umwelt, sondern sorgt für eine stabilere und länger anhaltende Wirkung, die von den endokrinen Drüsen bereitgestellt wird. Basierend auf der humoralen Regulation entwickeln sich adaptive Reaktionen auf Veränderungen in der inneren Umgebung des Körpers.
Nervenregulation: der Hauptkoordinator aller biologischen Prozesse, was auf die strukturellen und funktionellen Eigenschaften des Nervensystems zurückzuführen ist: Präsenz in allen Organen und Geweben, direkter Kontakt mit der äußeren Umgebung über Rezeptoren, hohe Erregbarkeit, Labilität und präzise Richtung von Nervenimpulsen und hoch Geschwindigkeit der Informationsübertragung. Die Regulierung adaptiver Reaktionen basiert auf Reflexprozessen. Die Nervenregulation sorgt für Veränderungen der funktionellen Aktivität von Organen oder Funktionen als Reaktion auf äußere Einflüsse und die Anpassung des Körpers an die äußere Umgebung.
Ebenen der neuroendokrinen Regulation:
1. Zellmembran
2. Endokrine Drüsen
3. Hypophyse
4. Hypothalamus
Die Einbeziehung verschiedener Ebenen der neurohumoralen Regulation wird durch die Intensität des Einflusses des Faktors, den Grad der Abweichung physiologischer Parameter und die Labilität adaptiver Systeme bestimmt.
Frage 54.
