Кафедра биологии
Реферат по дисциплине «Биология» на тему:
«Физиологический гомеостаз как способ поддержания внутренней среды и его механизмы»
Работу выполнил: студент, обучающийся по
специальности 31.05.01 «Лечебное дело»,
группы 113 Одинцова Светлана Леонидовна
Подпись автора ____________/_____________/
«___» ________________ 20__ г
Работу проверил: ассистент кафедры
Сологубова Мария Васильевна
Оценка __________
Подпись преподавателя ___________/_____________/
«___» ________________ 20__ г
Киров 2017
Содержание
Глава 1. Гомеостаз в разнообразном проявлении.……………………………….…………….3
1.1. Понятие «гомеостаз» и история его изучения.…………………………………….….…..3
1.2. Классификация гомеостаза.……………………………………….………….…………….4
Глава 2. Поддержание постоянства жидкостей внутренней среды.…………….…………….5
2.1. Гомеостаз в системе крови.……………………………………….………….……………..5
2.2. Кислотно- щелочной баланс.…………………………………….………….…………..….6
2.3. Физиологический гомеостаз тканевой жидкости.…………………………….….….……7
2.4. Механизм поддержания лимфатической системы.……………..……………………………8
2.5. Иммунологический гомеостаз……………………………………………………………..….9
Вывод……………………………………….………………………..……………….…………11
Приложение……………………………………….………………………..……….………..…12
Список информационной литературы………………………………………..…………….…15
Глава 1. Гомеостаз в разнообразном проявлении.
1.1. Понятие «гомеостаз» и история его изучения.
В окружающем нас мире существует множество систем как живых, так и неживых. Одной особенностью, благодаря которой мы можем отличить эти системы друг от друга - это способность к саморегуляции. В живых организмах на молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающих замкнутость процессов регуляции по схеме синтез - распад - ресинтез. Это способствует поддержанию оптимального количества веществ, необходимых для поддержания жизни системе.
Данное свойство характерно для любого живого организма, также известное как гомеостаз. Гомеостаз (homeostasis; греч, homoios подобный, тот же самый + stasis состояние, неподвижность) - это способность живых систем противостоять изменениям и сохранять постоянство состава и свойств биологических систем.
Впервые этот процесс наблюдал французский естествоиспытатель и физиолог К.Бернар в середине XIX в. (Приложение. Рис. 1.) Он утверждал, что для живого организма существуют «собственно, две среды: одна среда внешняя, в которой помещен организм, другая среда внутренняя, в которой живут элементы тканей». В 1878 г. ученый формулирует концепцию о постоянстве состава и свойств внутренней среды. Он отмечал, что, изучая физиологические свойства этих элементов, необходимо рассматривать условия их проявления и их зависимость от окружающей среды, что влияет на специфичность поддержания гомеостаза у любого организма.
Позже в 1929 г. американский физиолог У.Кенноном предложил сам термин «гомеостаз». (Приложение. Рис. 2.) В ходе экспериментальных физиологических исследований американский ученый пришел к заключению о значении постоянства внутренней среды организма. Благодаря внутренним оптимальным условиям среды человек и животные способны длительное время нормально существовать. Гомеостаз он характеризовал как условие, которое может меняться, но все же оставаться относительно постоянным.
У. Кеннон выделил и классифицировал основные компоненты гомеостаза. К ним он отнес материалы, обеспечивающие клеточные потребности, то есть материалы, необходимые для роста, восстановления и размножения, – глюкоза, белки, жиры; вода; хлориды натрия, калия и другие соли; кислород; регуляторные соединения, и физико-химические факторы, влияющие наактивность клеток: диффузия, температура, концентрация водородных ионов и многое другое.
Таким образом, до первой половины XX века сложилось основное представление о понятии гомеостаз.
1.2. Классификация гомеостаза.
С течением времени ученые дифференцировали гомеостаз по направленности процесса на генетический, физиологический, структурный.
Под генетическим гомеостазом подразумевается постоянство среды, направленное на поддержание сбалансированного состояния системы генов, соединяющей всю биологическую информацию организма. Он выражается через репликацию ДНК, точное распределение наследственного материала при митозе и мейозе и через процесс репарации ДНК. Если на молекуле ДНК произойдет мутация, то запустится процесс репарации, который восстановит измененную ДНК, что предотвратит появление генетических заболеваний, патологий, летальных исходов.
Еще один вид гомеостаза - сруктурный. Он направлен на поддержание целостности морфологической организации. Это постоянство проявляется на молекулярно- генетическом, клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях. При потере или повреждении какого- либо участка тела клетки, ткани, органа, организма (имеется не у всех) происходит восстановление структуры путем деления и гипертрофии по механизму регенерации. Например, регенерация клеток при поражении циррозом печени более чем половины органа обеспечивает его восстановление, примерно, на 70%. Данный процесс способствует сохранению жизнедеятельности организма.
Также выделяют и физиологический гомеостаз. Он характеризуется поддержанием в клетках специальных физико- химических условий. Например, поддержание температуры тела, давления в крови и многого другого. Выделяют два основных способа поддержания постоянства сред: постоянство жидкости внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций. Оба способа гомеостаза существенно влияют на жизнеспособность организма, нарушение действия которых может привести к различным заболеваниям и летальным исходам.
Глава 2. Поддержание постоянства жидкостей внутренней среды.
Жидкости внутренней среды организма, по определению К. Бернара, - это кровь, межклеточная жидкость и лимфа. (Приложение. Рис. 3.)
2.1. Гомеостаз в системе крови.
Кровь- это важнейший компонент внутренней среды организма, который выполняет ряд важнейших функций: транспортная, дыхательная, трофическая, экскреторная, терморегуляционная, функция транспорта воды и ионов, гуморальная регуляция, гомеостатическая, защитная функция, осуществление креаторных связей и другие. Кровь состоит из плазмы и форменных элементов. (Приложение. Рис. 4.) Посредством определенных свойств она может осуществлять свою деятельность. Рассмотрим основные показатели крови:
• Объем крови - 4,6 л, или 6-8% массы тела, если в среднем у человека она составляет 70 кг;
• Удельная плотность крови - 1050-1060 г/л, в том числе: плазмы - 1025-1034 г/л, эритроцитов - 1090 г/л;
• Вязкость крови - 5 усл. ед.;
• Гематокритное число - количество форменных элементов крови, в процентах от общего объема крови - 40-45%;
• Ионный состав плазмы или сыворотки:
- бикарбонаты - 24 ммоль/л при соотношении бикарбоната и угольной кислоты 20:1;
- фосфаты - 1 ммоль/л при соотношении двузамещенного и однозамещенного фосфата натрия 4:1;
- сульфаты - 0,5 ммоль/л;
- молочная кислота - 1,1-1,5 ммоль/л;
- пировиноградная кислота - 0,1 ммоль/л.
Свойства крови способны изменяться под действием внешних и внутренних факторов, поэтому их необходимо постоянно поддерживать. Это достигается благодаря деятельности каждого элемента системы крови.
В 1939 году Г.Ф. Ланг создал систему крови, где ученый выделил основные её компоненты. Сама циркулирующая по сосудам кровь называется периферической кровью, она выполняет ряд различных функций. Свое начало жидкость внутренней среды берет в органах кроветворения: красный костный мозг, лимфатические узлы, селезенка. Жизненный цикл клеток крови заканчивается в органах кроверазрушения- в селезенке, печени, красном костном мозге. Эти процессы регулируются нейрогуморальным аппаратом. Он представляет собой процесс взаимодействия нервной и эндокринной систем: посредством изменения состава крови передаются нервные импульсы в кору головного мозга, гипоталамус, в ответ на что идет обратное возбуждениечерез подкорковые элементы посредством крови и лимфы в различные участки организма человека и животных.
Так, система Ланга показывает механизмы поддержания количества крови: её «рождение» и разрушение, то есть физиологический гомеостаз. Из- за того, что кровь соединяет весь организм, то её постоянство важно для поддержания жизни.
2.2. Кислотно- щелочной баланс.
Как известно, pH определяет концентрацию кислот в растворе. Например, pH крови человека в среднем составляет 7,4. Для артериальной крови pH составляет 7,4, или 40 нмоль/л, а для венозной крови - pH соответствует 7,35, или 44 нмоль/л. Эти цифры показывают оптимальное значение кислотности крови, необходимой для работы организма. В случае, если кислотность значительно превысит pH=7,4, то мы будем наблюдать процесс алкалоза- защелачивания, а если менее 7,4, то - процесс ацидоза, то есть закисление. Крайние пределы колебаний pH крови, совместимые с жизнью, 7,0-7,8, или от 16 до 100 нмоль/л. Отсутствие поддержания гомеостаза привело бы к закислению или защелачиванию продуктами метаболизма крови и внутренней среды всей живой системы.
Выделяют 4 основных механизма по поддержанию физиологического равновесия кислотности среды: буферирование;удаление углекислого газа при внешнем дыхании;регуляция реабсорбции бикарбонатов в почках;удаление нелетучих кислот с мочой (регуляция секреции и связывания ионов водорода в почках).
Рассмотрим один из механизмов по поддержанию кислотно- щелочного равновесия.
В крови большое место занимают карбонатную буферная система.
Соотношение NaHCO3/H2CO3 в крови соответствует 20:1, то есть гидрокарбоната натрия в растворе содержится больше, чем угольной кислоты. При нарушении рН крови, к примеру, увеличится содержание щелочей, гидроксида натрия, вступает в действие угольная кислота. В результате реакции нейтрализации образуется соль- гидрокарбонат натрия и вода. Позже после фильтрации крови в почечных канальцах избыток соли и воды выводится во внешнюю среду.
В случае, если происходит снижение рН, то есть в крови преобладает кислота, то в реакцию вступает гидрокарбонат натрия. В результате необратимого обмена между реагирующими веществами образуется соль избыточной кислоты и угольная кислота, распадающаяся на воду и углекислый газ. Продукты реакции выводятся через легкие- углекислый газ и выделительную систему- излишки воды и соли.
Таким образом, в организме осуществляется кислотно- щелочное равновесие, то есть физиологический гомеостаз. Что позволяет живой системе нормально функционировать.
2.3. Физиологический гомеостаз тканевой жидкости.
Еще одной важной внутренней средой является тканевая жидкость. Она представляет собой промежуточное, интерстициальное пространство между клетками тела, капиллярами и лимфатическими сосудами, которое является связующим в важных физиологических процессах. (Приложение. Рис. 5.)
Кровь транспортирует в межклеточное пространство кислород, питательные вещества, минеральные соли и гормоны через обширные стенки капилляров. Так как эти стенки являются высокопроницаемыми для молекул воды и электролитов, то более крупные молекулы, например, некоторые белки, эритроциты, не способны проникать в тканевую жидкость путем диффузии, а плазма крови - способна. При этом число молекул, переходящих из капиллярав капилляр, одинаково, и поэтому объем плазмы и межклеточной жидкости практически не изменяется, а значит остается постоянным разность осмотического давления в крови (около 7 мм рт. ст.) и тканевой жидкости.
При отклонении осмотического давления крови от нормы происходит афферентация, то есть последовательная передача нервных импульсов, к осморецепторам, расположенных в гипоталамусе. Это приводит к изменению продукции гормона окситоцина, который изменяет реабсорбцию, то есть всасывание, воды в собирательных трубках почек, и за счет этого достигается нормализация осмотического давления крови.
Данные процессы запускают диффузию плазмы в межклеточное пространство, то есть сохраняется постоянное образование тканевой жидкости. И в результате средняя скорость фильтрации во всех капиллярах организма составляет около 14 мл в 1 мин, или 20 л в сутки.
Клетки тела посредством активного и пассивного транспорта веществ поглощают из межклеточногопространствапитательные вещества, молекулы, ионы и выделяют в него продукты распада.
К примеру, через интерстициальное пространство, внеклеточное пространство, происходит обмен веществ между нервными клетками и глиальными клетками. Оно занимает 12-14% общего объема мозга, где путем диффузии к нервным и глиальным клеткам доставляются кислород, питательные вещества из плазмы крови кровеносных капилляров и удаляются конечные продукты метаболизма.
Связь между тканевой жидкостью и лимфатическими сосудами обеспечивает удавление продуктов диссимиляции из интерстициального пространства в лимфатические сосуды, а от них обратно в кровь, мочуи слюну.
Таким образом, можно сказать, что тканевая жидкость представляет собой плазму крови и продукты диссимиляции, поступившие из клеток. Являясь связующим звеном между внутренними средами данное пространство играет важную роль в поддержании нормальной жизнедеятельности организма, так как влияет и на состав крови, и на лимфу, и на состояние клеток тела.
Механизм поддержания лимфатической системы.
Взаимосвязанный компонент с кровью и тканевой жидкостью - лимфатическая система. Она представляет собой несколько закрытых тончайших сетей из однослойного эндотелия- лимфатических капилляров, которые сгущаются с образованием лимфатических сосудов.
Её основная функция заключается в удалении из интерстициального пространства тех белков и продуктов распада, веществ, которые не реабсорбируются в кровеносных капиллярах. Значит, один из механизмов физиологического гомеостаза лимфатической системы заключается в выведении чужеродных антигенов из организма человека, поддержание постоянства антигенов.
Лимфоидные органы классифицируют по участию в иммунном ответе. Выделяют первичные лимфоидные органы и вторичные. К первичным относят красный костный мозг и тимус. Первичные лимфоидные органы отвечают за синтез иммунных белков: красный костный мозг - за синтез В- лимфоцитов, Т- лимфоцитов, эозинофилов, базофилов, нейрофилов, а тимус- за созревание Т- лимфоцитов.
Во вторичных лимфоидных органах происходит пролиферация лимфоцитов в ответ на конкретный антиген. К таким органам относятся лимфатические узлы, селезенка и скопления диффузной лимфоидной ткани в слизистых оболочках дыхательных, пищеварительных и мочеполовых путей.
Так, благодаря данным органам поддерживается оптимальное число лейкоцитов в лимфе.