Współdziałanie narządów i układów dla zachowania homeostazy organizmu

Współdziałanie narządów i układów dla zachowania homeostazy organizmu

Homeostaza jest jednym z podstawowych pojęć Fizjologii, to mechanizm rządzący pracą narządów, komórek, tkanek organizmu. Pojęcie homeostazy pochodzi od gr. homoos - podobny, równy i stsis - trwanie. Można, więc powiedzieć, iż jest stanem równowagi dynamicznej środowiska, w którym zachodzą procesy biologiczne. Zasadniczo sprowadza się to do równowagi płynów wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych.
Pojęcie to zostało wprowadzone przez Waltera Canon’a w 1929 roku, w oparciu o podstawowe założenia naukowca francuskiego specjalizującego się w zakresie badań medycznych - Claude Bernarda (1857).

Do parametrów środowiska wewnętrznego organizmu, odpowiadających za utrzymanie równowagi wewnętrznej organizmu, należą:

A) Temperatura ciała

Temperatura ciała zdrowego człowieka nawet w wyjątkowo skrajnych warunkach utrzymuje się na stałym poziomie i wynosi od 36C do 37,2C. O gorączce mówimy, gdy temperatura wewnątrz ciała przekracza 38C. Temperaturę między 37,2C a 38C uważa się za podwyższoną (stan podgorączkowy), co nie musi koniecznie oznaczać choroby. Gorączka nie jest chorobą, lecz reakcją obronną organizmu, ale jest także oznaką zaburzeń jego działania, a co za tym idzie zaburzeniem mechanizmu homeostazy.
System regulacji temperatury ciała składa się z wielu elementów. Ośrodek kontrolny tego systemu znajduje się w podwzgórzu,(niewielkim obszarze w podstawie przedniej części mózgu), które kontroluje bezwiedne reakcje organizmu i równocześnie wydziela hormony, które kontrolują aktywność wydzielniczą przysadki.
Gdy do podwzgórza docierają informacje z receptorów temperatury znajdujących się w mózgowiu i rdzeniu kręgowym (detektory) oraz skórze i błonach śluzowych (obwodowe) o innej niż prawidłowa temperaturze ciała, zostają one przetworzone na język impulsów o określonej częstotliwości stają się one sygnałem np. do regulacji wymiany ciepła przez skórę lub do ogólnej produkcji ciepła. Regulacja ta zachodzi w oparciu o 3 podstawowe mechanizmy:

• zwężenie lub rozszerzenie drobnych tętniczek, znajdujących się blisko powierzchni ciała- jeśli temperatura przekracza 37.20 C tętniczki rozszerzają się i krew przepływa blisko powierzchni skóry, w ten sposób może „oddać” nadmiar ciepła
• zwilżenie powierzchni ciała przez pot, wytwarzany przez gruczoły potowe, który parując odbiera z ciała nadwyżkę ciepła
• trzeci mechanizm występuje u człowiek w szczątkowym wymiarze, lepiej widoczny jest u ssaków pokrytych futrem. Polega on na zatrzymaniu, jak największej ilości ciepła i widoczny jest, gdy mamy „gęsią skórkę”. Unoszące się prostopadle do powierzchni skóry włosy zatrzymują miedzy skórą a otoczeniem warstwę nieruchomego powietrza stanowiącego izolację.

Regulacja ogólnej produkcji ciepła odbywa się przez zmianę szybkości metabolizmu komórek, jeśli potrzebujemy ciepła szybkość metabolizmu wzrasta. W mechanizmie tym pośredniczą hormony wytwarzane przez tarczycę (tyroksyna; regulująca szybkość przemiany materii i wpływająca na ośrodkowy układ nerwowy) oraz rdzeń nadnerczy (adrenalina; przyspieszająca i wzmacniająca prace serca oraz zwężająca naczynia krwionośne).
Można mówić także o sposobie „awaryjnym”, czyli skurczach mięsni szkieletowych-dreszczach, lecz jest on mało wydajny.

Omówione wyżej sposoby należą do mechanizmów fizjologicznych. Innym sposobem, behawioralnym, odpowiedzi na bodźce dostarczane ze środowiska jest np. wyjście z cienia, włożenie/zdjęcie cieplejszego ubrania, w tym samym celu.

B) Utrzymanie podstawowych parametrów krwi

• Regulacja krążenia krwi w naczyniach polega na zmianie ich średnicy. Przyspieszenie pracy serca zachodzi zwykle ze zwężeniem naczyń krwionośnych, a spowolnienie z ich rozszerzeniem. Średnica drobnych naczynek krwionośnych jest regulowana na drodze nerwowej przez ośrodek naczyniowo-ruchowy za pośrednictwem nerwów oraz przy udziale hormonów rdzenia nadnerczy (adrenaliny i noradrenaliny) i podwzgórza (wazopresyna).
Ośrodek naczyniowo-ruchowy zostaje pobudzony przez;
o ośrodki kory mózgowej za pośrednictwem podwzgórza i śródmózgowia
o ośrodek oddechowy
o obniżenie prężności O2 we krwi tętniczej
o impulsy nerwowe z chemoreceptorów aortalnych i szyjnych
o obniżoną prężność CO2 we krwi tętniczej
o impulsy nerwowe z chemoreceptorów aortalnych i tętnicy szyjnej wewnętrznej, które oceniają ciśnienie krwi

Homeostaza zostaje „włączona” w tych przypadkach do działania pod wpływem; silnych emocji, dużego wysiłku fizycznego oraz utraty krwi.
Przepływ krwi przez naczynia podlega autoregulacji. Wzrost ciśnienia tętniczego rozciąga ściany drobnych tętnic i w odpowiedzi następuje skurcz. Na skutek tego odpływ krwi z naczyń tętniczych nie ulega zmianie.

C) Wiele mechanizmów homeostazy reguluje także stężenie podstawowych substancji w osoczu krwi np.:

• Regulacja poziomu glukozy we krwi związana jest z pracą trzustki, która wytwarza insulinę (pobudzającą przetwarzanie glukozy w glikogen i ułatwiającą transport glukozy z krwi do komórek) i glukagon (wytwarzany przez wysepki Langerhansa i pobudzający rozkład glikogenu do glukozy), a także wątroba i mięśnie magazynujące nadmiar glukozy w postaci glikogenu: w przypadku niedoboru glukozy zmagazynowany w wątrobie i mięśniach glikogen zostaje szybko rozłożony do glukozy. [Nadmiar węglowodanów jest przekształcany w organizmie człowieka w tłuszcze i magazynowany w tkance podskórnej].
Tkanką, która nie dysponuje dodatkowym zasobem glukozy w postaci glikogenu jest mózg, dlatego zachowanie homeostazy tego cukru jest tak ważne dla prawidłowej pracy naszego organizmu.
We krwi występuje ona w stężeniu ok. 90mg na 100cm3. W czasie intensywnego wysiłku fizycznego jej stan może spaść nawet do 70mg/100cm3, jednak dopiero spadek poziomu tego cukru poniżej 60mg jest określany, jako hipoglikemia i staje się niebezpieczny. Gdy stan obniżonego poziomu glukozy utrzymuje się dłużej następuje hiperglikemia, której objawami są drgawki, utrata przytomności, a często również odwodnienie organizmu i groźne w skutkach zaburzenie ciśnienia krwi.

W regulacji stężenia soli, jonów wodorowych oraz zawartości wody we krwi zasadniczą rolę odgrywają nerki. W utrzymaniu stężenia wapnia we krwi biorą udział nie tylko nerki, ale także kości.
Wątroba pełni wiele ważnych funkcji w mechanizmie homeostazy, nie tylko magazynuje glikogen, ale również przetwarza wiele substancji przeznaczonych do usunięcia przez nerki. Produkuje mocznik oraz niszczy krwinki czerwone i znajdującą się w nich hemoglobinę. Przetwarza również substancje „obce”, takie, jak leki i trucizny, gdyż są one z reguły słabo rozpuszczalne w wodzie a przekształcenia, których ona dokonuje zwiększają ich rozpuszczalność i co za tym idzie ułatwia ich wydalenie z organizmu przez nerki.

Homeostaza jest niezbędnym warunkiem zdrowia organizmu, a co za tym idzie wszystkie prawie choroby mają u swego podłoża zaburzenie mechanizmów utrzymania homeostazy np.
• cukrzyca; jest wynikiem defektu regulacji stężenia glukozy w ekrwi
• osteoporoza; wynika z błędów w gospodarce jonami wapnia
• upośledzenie pracy nerek prowadzi do ciężkich powikłań spowodowanych przerwą w usuwaniu mocznika, soli i nadmiaru wody
• zakłócenia pracy wątroby narusza wiele podstawowych funkcji organizmu.


…:::>>>**** C I E K A W O S T K I ****<<<:::…

Kontrola wymienionych parametrów odbywa się poprzez receptory (głównie chemoreceptory), które informacje o wartości określonego parametru przekazują do interpretatora (np. w przypadku temperatury ciała ssaków do podwzgórza), gdzie dokonuje się porównanie wartości wykrytej ze stałą wartością prawidłową (tzw. punktem nastawczym) lub, co zdarza się częściej, z jej przedziałami akceptowalnymi. Jeśli aktualny stan parametru jest zbyt wysoki lub zbyt niski, centrum integrujące wymusza na efektorach odpowiedź odpowiednią do sytuacji .

Przykład chemoreceptorów działających u nurków, podczas bezdechowego zanurzenia. Chemoreceptory w kłębkach aortalnych reagują na spadek zawartości tlenu rozpuszczonego we krwi, i to nie tylko tlenu rozpuszczonego w osoczu, ale całej puli tlenu związanego z hemoglobiną. Jednak ten sygnał jest stosunkowo słaby i działa raczej przy długotrwałym niedotlenieniu występującym np. podczas anemii albo w warunkach wysokogórskich, a nie przy bezdechach trwających po kilka minut. Chemoreceptory kłębków tętnicy szyjnej też są w pewnym stopniu wrażliwe na spadek O2, jednak dużo silniej reagują na spadek pH i wzrost CO2. Chemoreceptory mózgowe zaś - nie są zbyt dobrze poznane, jednak jak się wydaje - reagują tylko na zmiany CO2 i słabiej na pH krwi. Tak, więc, pomimo tego zastrzeżenia, z dobrym przybliżeniem możemy przyjąć, że podczas bezdechu nasz organizm reaguje nie na faktyczny brak tlenu, ale na wzrost zawartości dwutlenku węgla oraz na związane z tym zakwaszenie krwi.


Bibliografia:

• „Fizjologia organizmów z elementami anatomii człowieka” Paweł Hoser
• Biologia – podręcznik dla liceum pod red. Andrzeja Jerzmanowskiego
• Biologia Villy’ego