Основно съдържание
Курс: Биология за гимназиален етап > Раздел 8
Урок 1: Структура на тялото и хомеостазаХомеостаза
Научи как организмите поддържат хомеостаза, т.е. стабилна вътрешна среда.
Основни идеи
- Хомеостазата е способността на организма да се противопоставя на промени, за да запази стабилна и относително постоянна вътрешна среда.
- Обикновено в хомеостазата участва отрицателна обратна връзка, чрез която се противодейства на излизането на различни свойства от техните оптимални граници.
- За разлика от отрицателната обратна връзка, положителната обратна връзка усилва реакцията към стимулите, които предизвикват промяна, с други думи, отвежда системата по-далеч от началното ѝ състояние.
Въведение
Каква е температурата в стаята, в която се намираш в момента? Предполагам, че не е точно
Склонността за поддържане на стабилна и относително постоянна вътрешна среда се нарича хомеостаза. Тялото поддържа хомеостаза по голям брой различни показатели, включително и температурата. Например концентрацията на различни йони в кръвта трябва да се поддържа постоянна, както и киселинността (pH) и концентрацията на глюкоза. Ако тези стойности са прекалено високи или прекалено ниски, това може да се прояви като сериозно заболяване.
Хомеостазата се поддържа на много нива, не само на нивото на цялото тяло като при температурата. Например в стомаха се поддържа pH, което е различно от това на околните органи, и всяка отделна клетка поддържа йонни концентрации, различни от тези на заобикалящата я течност. Поддържането на хомеостаза на всяко ниво е ключово за поддържането на цялостната оптимална функция на тялото.
Как се поддържа хомеостазата? Да отговорим на този въпрос, като разгледаме няколко примера.
Поддържане на хомеостаза
Биологичните системи, например като тези на твоето тяло, непрекъснато се отдалечават от своите равновесни точки. Например, когато тренираш, мускулите ти произвеждат топлина, повишавайки температурата на тялото ти. Аналогично, когато изпиеш чаша плодов сок, кръвната ти захар се покачва. Хомеостазата зависи от способността на тялото да открие и да се противопостави на тези промени.
Поддържането на хомеостазата обикновено включва отрицателна обратна връзка. Тя цели да се противопостави на стимулите, или дразненията, които я предизвикват. Например, ако телесната ти температура е прекалено висока, отрицателна обратна връзка ще я свали обратно до оптималната ѝ стойност от
Как се случва това? Първо високата температура се засича от сензори - предимно нервни клетки с окончания в кожата и мозъка. След това информацията за температурата се препраща към регулаторен контролен център за температура в мозъка. Контролният център обработва информацията и активира изпълнителите. Това са например потните жлези, чиято работа е да се противопоставят на стимула и да понижат телесната температура.
Разбира се, телесната температура не само може да се покачи над оптималната си стойност, но може и да падне под тази стойност. По принцип хомеостатичните механизми включват най-малко две вериги на отрицателна обратна връзка:
- Едната се активира, когато даден параметър, например телесната температура, е над оптималната си стойност. Целта на тази система за обратна връзка е да намали стойността на параметъра.
- Другата верига за обратна връзка се активира, когато стойността на даден параметър е под оптималното си ниво. Целта нa тази обратна връзка е да повиши стойността на параметъра.
За да може тази идея да стане по-ясна, да разгледаме противоположните вериги за обратна връзка, които контролират телесната температура.
Хомеостатични отговори за регулиране на температурата
Ако температурата ти стане прекалено висока или прекалено ниска, сензори в периферията на тялото и в мозъка казват на центъра за регулация на температурата в мозъка, който се намира в зона, наречена хипоталамус, че температурата ти се е отклонила от оптималната си стойност.
Например, когато спортуваш усилено, телесната ти температура може да се повиши над оптималната си стойност. Тогава трябва да се активират механизми, които да те охладят. Потокът на кръв към кожата ти се увеличава, за да ускори отдаването на топлина в околната среда. Може да започнеш да се потиш, а изпаряването на потта от кожата ти помага за охлаждането. Дълбокото дишане също може да подпомогне отдаването на топлина.
От друга страна, ако седиш в студена стая и не носиш топли дрехи, температурният център в мозъка ще трябва да задейства отговори, които да ти помогнат да се стоплиш. Кръвният поток към кожата ще намалее и може да започнеш да трепериш, благодарение на което мускулите ти произвеждат повече топлина. Може да настръхнеш, космите по тялото ти се изправят и така задържат слой въздух близо до кожата ти. Освен това може да се наблюдава повишено отделяне на хормони, които повишават производството на топлина.
Много важно е да отбележим, че оптималната стойност не винаги е строго фиксирана и може да се променя. Например телесната температура варира в течение на денонощието (24 часа). Най-висока е в късния следобед, а най-ниска - рано сутринта.
Нарушенията в обратната връзка нарушават хомеостазата
Хомеостазата зависи от вериги на отрицателна обратна връзка. Така че ако нещо се намеси в механизмите на обратна връзка, може, и най-често ще наруши хомеостазата. В човешкото тяло това може да доведе до болести.
Диабетът, например, е болест, предизвикана от нарушена верига на обратната връзка, в която участва хормонът инсулин. Заради нарушението в обратната връзка за тялото е трудно или невъзможно да намали нивото на кръвна захар до здравословна стойност.
За да разберем как се появява диабетът, да разгледаме основите на регулацията на кръвната захар. При здрав човек нивата на кръвната захар се регулират от два хормона - инсулин и глюкагон.
Инсулинът намалява концентрацията на глюкоза в кръвта. След като се нахраниш, кръвната ти захар се повишава, което води до отделяне на инсулин от β (бета) клетките на панкреаса. Инсулинът служи като сигнал, който кара някои клетки на тялото, например мастните или мускулните клетки, да приемат глюкоза, която използват като гориво. Освен това инсулинът спомага превръщането на глюкозата в гликоген в черния дроб. Гликогенът служи като резерв на енергия. И двата процеса намаляват захарта в кръвта, понижават нивото на кръвната захар, което от своя страна води до намалено отделяне на инсулин и връщане на цялата система в хомеостаза.
Глюкагонът има противоположна функция - увеличава концентрацията на глюкоза в кръвта. Ако не ядеш дълго време, нивото на кръвната ти захар спада, което води до отделяне на глюкагон от друга група клетки на панкреаса - α (алфа) клетки. Глюкагонът въздейства на черния дроб, където спомага за разграждането на гликоген до глюкоза, която се отделя в кръвния поток и така нивото на кръвната захар се повишава. Това от своя страна намалява отделянето на глюкагон и системата се връща в хомеостаза.
Диабетът се появява, когато панкреасът не може да произведе достатъчно инсулин, или когато клетките на тялото спрат да реагират на инсулина, или и двете заедно. При тези условия клетките не приемат глюкоза лесно, поради което нивото на кръвната захар остава високо дълго време след хранене. Някои от последствията са:
- Мускулните и мастните клетки не получават достатъчно глюкоза или гориво. Заради това хората могат да се чувстват изморени или да започнат да губят мускулна и мастна тъкан.
- Високата кръвна захар води до симптоми като често уриниране, жажда и дори дехидратация. С времето това може да доведе до по-сериозни усложнения.
Вериги за положителна обратна връзка
Веригите за обратна връзка обикновено се състоят от вериги за отрицателна обратна връзка. Отличителната черта на веригите за отрицателна обратна връзка е, че те се противопоставят на промяната, връщат стойността на даден параметър, например температура или кръвна захар, обратно към оптималните ѝ нива.
Въпреки това някои биологични системи използват вериги за положителна обратна връзка. За разлика от тези за отрицателна обратна връзка, веригите за положителна обратна връзка усилват първоначалния сигнал. Обикновено веригите за положителна обратна връзка се срещат при процеси, които трябва да бъдат доведени до край, а не когато статуквото трябва да се запази.
Веригите за положителна обратна връзка имат роля в родилния процес. При раждане главата на бебето притиска шийката на матката, през която ще излезе, това активира неврони, които водят към мозъка. Невроните изпращат сигнал, който предизвиква отделяне на хормона окситоцин от хипофизата.
Окситоцинът увеличава контракциите на матката и следователно натиска върху шийката на матката. Това води до отделяне на още повече окситоцин и още по-силни контракции. Тази верига за положителна обратна връзка продължава, докато бебето се роди.
Искаш ли да се присъединиш към разговора?
Все още няма публикации.