Homeostaza Wstęp Homeostaza Jest To Zdolność Utrzymywania Dynamicznej Równowagi

homeostaza wstęp homeostaza jest to zdolność utrzymywania dynamicznej równowagi środowiska, w którym zachodzą procesy biologiczne. najc

Homeostaza
Wstęp
Homeostaza jest to zdolność utrzymywania dynamicznej równowagi
środowiska, w którym zachodzą procesy biologiczne. Najczęściej pojęcie
to jest odnoszone do równowagi płynów ustrojowych oraz temperatury.
Jednak utrzymywanie homeostazy środowiska wewnętrznego to także
kontrola ciśnienia osmotycznego, stężeń związków chemicznych w płynach
ustrojowych, prężności gazów oddechowych, ciśnienia tętniczego krwi.
Praktycznie każdy parametr w żywym organizmie jest kontrolowany a
przekroczenie granic zarówno w górę jak i w dół uruchamia mechanizmy
korygujące.
Człowiek egzystuje w środowisku, którego warunki fizyko-chemiczne nie
sprzyjają przeżyciu. Organizm jest od niego odgrodzony tzw.
powierzchniami kontaktu między środowiskiem zewnętrznym a wewnętrznym.
Są to skóra, płuca, przewód pokarmowy, nerki.
Zlokalizowane są w nich wyspecjalizowane struktury, które:
*
umożliwiają kontrolę wymiany materii i energii
*
otrzymują informacje o zmiennych warunkach otoczenia, które
wykorzystywane są do utrzymania homeostazy,
*
odbierają informacje z otoczenia kształtujące różne formy
działania
Jednocześnie struktury te zapewniają nienaruszalność biologiczną i
integralność organizmu: nie pozwalają na wniknięcie obcych elementów
biologicznych ( komórki i białka ) – strawienie, gdy jednak takie
ciała wnikną, uruchamiają się mechanizmy ich niszczenia zarówno
swoiste jak i nieswoiste.
W 1878 Claude Bernard fizjolog francuski, uważany za ojca nowoczesnej
fizjologii stwierdził : ” stałość środowiska wewnętrznego jest
warunkiem swobodnego i niezależnego życia ” oraz, że ” najważniejsze
funkcje organizmu to funkcje regulacyjne ponieważ mimo ciągłych zmian
środowiska umożliwiają przetrwanie organizmu ”
W latach dwudziestych XX wieku amerykański fizjolog Walter Cannon
wprowadził pojęcie ” homeostaza ” (z greki homoios = równy, jednakowy
+ statos = stałość ) jako określenie stałego stanu równowagi
środowiska wewnętrznego organizmu, np. składu krwi, temperatury itp.
przez odpowiednią koordynację i regulację procesów życiowych.
Regulacja ta zachodzi na bazie sprzężeń zwrotnych typu ujemnego są one
podstawą prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych czyli zdrowia
W toku ewolucji powstały najpierw jednokomórkowe formy życia.
Organizmy te przebywając w praoceanie, w którym powstały, wytworzyły
cały szereg mechanizmów zapewniających stałość środowiska
wewnętrznego. Należą do nich układy kanałów jonowych, różnego typu
przenośników i układów transportujących przez błonę komórkową.
Zapewniały one możliwość pozyskiwania potrzebnych do życia związków
jak i usuwania zbędnych produktów do otoczenia.
Podstawą utrzymania homeostazy jest zbilansowane zapotrzebowanie
energetyczne organizmu!!!!!!
W WARUNKACH UTRZYMYWANIA HOMEOSTAZY WSZELKIE PROCESY ZACHODZACE W
ORGANIZMIE ZACHODZĄ PRZY NAJMNIEJSZYM ZAPOTRZEBOWANIU NA ENERGIĘ
Najważniejsze parametry wewnętrznego środowiska organizmu:
-temperatura ciała
-pH krwi i płynów ustrojowych
-ciśnienie osmotyczne
-objętość płynów ustrojowych
-stężenie związków chemicznych w płynach ustrojowych
-ciśnienie tętnicze krwi
-ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla we krwi
Kontrola wymienionych parametrów odbywa się poprzez receptory (głównie
chemoreceptory), które informacje o wartości określonego parametru
przekazują do punktów odbiorczych, 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.
Każda z informacji docierających do ośrodków analitycznych musi być
odpowiednio zarejestrowana.
Koordynacja funkcjonowania milionów komórek budujących ciało ludzkie
musi zachodzić sprawnie i szybko.
Jest to możliwe dzięki współdziałaniu układu nerwowego, hormonalnego i
immunologicznego.
Całość współzależności zachodzących pomiędzy tymi trzema układami
określa się mianem sieci neuro-immuno-endokrynowej.
Przekazywanie informacji ze strony układu nerwowego odbywa się za
pomocą przekaźników chemicznych stymulowanych impulsami elektrycznymi.
Pozostałe układy również wydzielają właściwe sobie związki
modulatorowe.
Ogólnie rzecz biorąc zjawisko polegające na przekazywaniu informacji z
jednej komórki do innej za pomocą związków chemicznych nazywamy
sekrecją. Drogi, za pomocą których owe związki się przemieszczają
nazywane są kanałami informacji.
Z fizjologicznego punktu widzenia rolę kanału informacji może spełniać
połączenie między komórkami, włókno nerwowe, czy naczynie krwionośne,
w którym płynie krew niosąca określone hormony i dostarczająca je do
tkanek docelowych.
Mechanizmy utrzymania homeostazy
*
fizjologiczne (np. zwiększenie częstotliwości skurczów mięśni w
celu podwyższenia temperatury)
*
behawioralne (np. wyjście z cienia, w tym samym celu)
Fizjologiczne mechanizmy opierają się na sprzężeniu zwrotnym (ang.
feedback):
*
UJEMNYM
w którym odpowiedź wpływa hamująco na bodziec wyzwalający np
zwiększone stężenie substancji, której syntezą kieruje hormon, wpływa
na zmniejszenie wydzielania tego hormonu (hormony tarczycy są
produkowane pod wplywem TSH- hormon tyreotropowy; wzrost stężenia
hormonów tarczycy T3 i T4 powoduje zmniejszone wydzielanie TSH przez
przysadkę).
*
DODATNIM
w którym odpowiedź wpływa pobudzająco na bodziec wyzwalający. Zachodzi
wtedy, gdy zwiększone stężenie substancji, której syntezą steruje
hormon, wpływa na zawiększenie wydzielania tego hormonu. Powoduje to
nadmierne zużycie organizmu, w związku z tym sprzężenia dodatnie nie
występują często.
Prawidłowe funkcjonowanie organizmu jako całości jest efektem pracy i
współpracy wszystkich elementów składowych organizmu.
Zaburzenie stanu równowagi dynamicznej (homeostazy) może być
spowodowane różnymi czynnikami:
*
Wadliwą budową narządów,
*
Czynnikami genetycznymi,
*
Chorobami spowodowanymi np. skażeniem środowiska,
*
Czynnikami biologicznymi, np. pasożytami, drobnoustrojami
chorobotwórczymi,
*
Nieprawidłowym trybem życia,
*
Niewłaściwym odżywaniem się.
Mechanizmy biorące udział w utrzymaniu homeostazy komórkowej
Kanały jonowe
Ze względu na rodzaj czynnika aktywującego ( otwierającego lub
zmykającego ) dzielimy na trzy grupy:
1. Kanały sterowane napięciem ( potencjałem elektrycznym )
2. Kanały sterowane czynnikiem chemicznym ( ligandem )
3. Kanały sterowane czynnikiem mechanicznym
Rodzaje transportów przez błonę komórki
1. Dyfuzja i dyfuzja ułatwiona
2. Transport aktywny
3. Osmoza
4. Filtracja
5. Transport masywny
6. Fagocytoza, pinocytoza, transcytoza
Kiedy powstawać zaczęły organizmy wielokomórkowe pojawił się problem
dostępu głębiej położonych komórek do otaczającego środowiska. W
związku z tym organizmy wielokomórkowe zaanektowały część płynu z
otaczającego je środowiska i wykorzystują go do wymian
międzykomórkowych. W ten sposób z płynu znajdującego się w organizmie
- Całkowita Woda Ustrojowa ( TBW – Total Body Water ) powstały dwa
zasadnicze przedziały wodne występujące w każdym żywym organizmie.
Płyn zewnątrzkomórkowy (ECF – extra cellular fluid) i
wewnątrzkomórkowy ( ICF – intra cellular fluid ).
W miarę rozwoju organizmów wielokomórkowych możliwości wymiany
międzykomórkowe za pośrednictwem płynu otaczającego komórki stały się
niewystarczające i dlatego część płynu zewnątrzkomórkowego została
zamknięta w systemie naczyniowym. Powstał w ten sposób układ krążenia
– niezwykle sprawny, szybki i wydajny system transportowy. Umożliwia
on utrzymywanie stałości środowiska wewnętrznego w bardzo szerokich
granicach zmian otaczającego środowiska zewnętrznego.
Homeostaza płynów ustrojowych
Skład organizmu ( w % masy ciała )
18 - białka
7 - składniki mineralne
+ 15 - tłuszcze
----------------------------
= 40 - substancje stałe
+ 60 - woda
------------------------------
= 100% masy ciała
Zawartość wody ustrojowej zależnie od płci i wieku ( w % masy ciała ).
Wiek Mężczyźni Kobiety
10 – 18 lat 59 57
19 – 40 61 51
40 – 60 55 47
powyżej 60 52 46
Przedziały wodne organizmu
całkowita woda organizmu = 60% (masy ciała)
Total Body Water (TBW)

Extra Cellular Fluid = 20% Intra Cellular Fluid = 40%

płyn tkankowy = 15% osocze krwi = 5%
(międzykomórkowy)
Składowe płynu międzykomórkowego (w ml)
płyn mózgowo-rdzeniowy - 550
ślina - 1500
sok żołądkowy - 2500
sok trzustkowy - 1500
żółć - 500
chłonka - 2000 – 4000
płyny surowicze w osierdziu, jamie opłucnowej, otrzewnowej, w stawach,
pot, ciecz wodnista w komorze przedniej oka, sok jelitowy, endolimfa w
uchu wewnętrznym…
Mechanizmy regulujące gospodarkę wodno - elektrolitową organizmu
1.
ADH ( hormon antydiuretyczny - wazopresyna )
2.
układ RAA ( Renina – Angiotensyna – Aldosteron )
3.
ANF ( czynnik natriuretyczny, ANP )
4.
ośrodek pragnienia
5.
urodilatyny ( działanie podobne do ANF )
6.
dopomina , adenozyna
7.
prostaglandyny PGI, PGE2
Regulacja wydzielania ADH
+ Czynniki pobudzające wydzielanie ADH
wzrost ciśnienia osmotycznego osocza i płynu mózgowo - rdzeniowego o
1–2% ( pobudzenie osmodedektorów podwzgórzowych )
obniżenie ciśnienia tętniczego i objętości krwi o 5-10% ( pobudze-nie
receptorów objętościowych w przedsionkach i baroreceptorów tętniczych
)
angiotensyna
prostaglandyny
nikotyna
pobudzenie OUN podczas reakcji stresowej
– Czynniki hamujące wydzielanie ADH
obniżenie ciśnienia osmotycznego, wzrost objętości krwi
alkohol
Ośrodek pragnienia
Skupisko neuronów w podwzgórzu, które pobudzone przez wzrost ciśnienia
osmotycznego płynu mózgowo-rdzeniowego
1.
wywołują aktywność psychosomatyczną organizmu polegającą
na potrzebie poszukiwaniu i przyjmowaniu wody
2. pobudzony ośrodek pragnienia powoduje uwalnianie ADH
czynnikiem pobudzającym jest
- wzrost ciśnienia osmotycznego ECF oraz
- obecność angiotensyny II
Ośrodek pragnienia sprzężony jest z ośrodkami termoregulacji,
sytości i głodu. Pobudzony ośrodek termoregulacji, pobudza
ośrodek pragnienia i sytości, hamuje ośrodek głodu
Układ RAA ( Renina – Angiotensyna – Aldosteron )
Układ RAA jest kluczowym mechanizmem stojącym na straży stałości
gospodarki wodno-elektrolitowej. Czynnikiem bezpośrednio
uruchamiającym mechanizm RAA jest renina. Jest to proteza wydzielana
przez aparat przykłębkowy nerki zlokalizowany w miejscu styku
tętniczki doprowadzającej i kanalika dystalnego. Zbudowany jest z
dwóch zasadniczych elementów.
Jednym z nich jest mechanizm baroreceptorowy, który powoduje
zwiększenie wydzielania reniny w przypadku zmniejszenia ciśnienia w
tętniczce doprowadzającej.
Kolejnym detektorem regulującym wydzielanie reniny jest ”plamka gęsta”
- zmodyfikowane komórki nabłonka kanalika dystalnego. Wydzielanie
reniny jest odwrotnie proporcjonalne do ilości sodu docierającego do
kanalika dystalnego.
Zwiększenie ilości wydzielanej reniny obserwujemy także w stanie
wzmożonej aktywności układu współczulnego.
Uwalniana renina odłącza od krążącego we krwi angiotensynogenu (
produkowanego przez wątrobę ) dekapeptyd Angiotensynę I, która
następnie pod wpływem enzymu konwertującego przechodzi w aktywną
biologicznie postać Angiotensynę II i dalej w Angiotensynę III. Pod
wpływem angiotensyny II następuje silne zwężenie naczyń krwionośnych,
wydzielanie ADH i katecholamin. Angiotensyna III głównie pobudza
produkcję i sekrecję aldosteronu z kory nadnerczy. Dochodzi do
retencji sodu i wody, zwężenia naczyń krwionośnych i zwiększenia pracy
serca. W efekcie obserwujemy wzrost wypełnienia łożyska naczyniowego i
ciśnienia tętniczego krwi.
Izotonia
Ciśnienie osmotyczne, osmolarność, osmolalność, ciśnienie onkotyczne.
Osmolarność - stężenie czynnych osmotycznie cząstek nieprzenikających
przez błony komórkowe bez względu na to o jakie substancje czy
mieszaniny chodzi ( sód, chlorek sodu, glukoza ). Jednostką jest Osm /
l
Omolalność - wyrażana jest na kg wody Osm / kg
Ciśnienie osmotyczne w płynach ustrojowych jest jednakowe i wynosi 280
– 300 mosm/l i w ECF zależy głównie od ilości jonów Na
Izotonia - osmolalność roztworu taka jak osocza
Hypertonia - osmolalność wyższa niż osocza
Hipotonia - osmolalność niższa niż osocza
Ciśnienie onkotyczne - ( koloidoosmotyczne ) ciśnienie osmotyczne
wywierane przez drobnocząsteczkowe białka osocza krwi ( albuminy )
Utrzymanie toniczności ECF zależy głównie od ilości wody w organizmie.
Głównym czynnikiem regulującym ilość wody w organizmie jest
ADH ( wazopresyna ) oraz ośrodek pragnienia
Izowolemia
Izowolemia – ( stała objętości ECF ) – zależy od ilości substancji
osmotycznie czynnych w płynie zewnątrzkomórkowym.
Główną rolę w utrzymaniu tego najważniejszego parametru homeo-
statycznego pełnią jony Na również jony Cl, który podąża za sodem
Wiodącą rolę w utrzymaniu izowolemii pełni układ RAA
Składy jonowe płynów ustrojowych w mEq/l
1. Płyn zewnątrzkomórkowy ECF ( płyn mózgowo-rdzeniowy )
kationy + aniony -
Na 143 HCO3 27
K 4 Cl 117
Ca 5 HPO4 2
Mg 3 SO4 1
kw. org. 6
białka 2
---------------------------------------------------------
155 = 155
2. Osocze krwi
kationy + aniony –
Na 152 HCO3 27
K 5 Cl 113
Ca 5 HPO4 2
Mg 3 SO4 1
kw. org. 6
białka 16
-----------------------------------------------------
165 = 165
3. Płyn wewnątrzkomórkowy ICF
kationy + aniony –
Na 14 HCO3 10
K 157 PO4 113
Mg 26 białka 74
------------------------------------------------------
197 = 197
Izohydria
Norma pH krwi 7,4 +/- 0,05
pH roztworu wyraża logarytm dziesiętny odwrotności stężenia jonów H+
Człowiek może funkcjonować przy wartościach pH 7,0 – 7,7
Źródła jonów H+ :
1. CO2 z procesów metabolicznych 12500 mEq
2. Białka ok. 150 mEq
3. Pracujące mięśnie szkieletowe
4. Ketokwasy
5. Sole zakwaszające
6. Choroby nerek i płuc
Bufory krwi
1.
Bufor wodorowęglanowy ( węglan/wodorowęglan )
2.
Hemoglobinowy ( hemoglobina/oksyhemoglobina )
3.
Fosforanowy ( fosforan jednosodowy/dwusodowy )
4.
Białczanowy ( białka dysocjujące z oddaniem jonów wodoru lub
grup hydroksylowych )
Termoregulacja
Powstanie organizmów stałocieplnych należy do największych
osiągnięć ewolucji. Organizmy te uzyskały, niezwykle cenną
w walce o przetrwanie, niezależność od warunków termicznych
otaczającego je środowiska.
Zaleta ta pociągnęła jednak za sobą konieczność wykształcenia
układów utrzymujących temperaturę ciała na stałym poziomie,
co odbywa się przez ciągłe i precyzyjne bilansowanie produkcji,
akumulacji oraz utraty ciepła.
Zmiany przekraczające o 4°C wartość prawidłową prowadzą
do uszkodzenia struktur, zaburzeń aktywności enzymów
i reakcji chemicznych zachodzących w organizmie.
Szczególnie wrażliwy na zmiany temperatury jest M Ó Z G
Utrzymywanie stałej temperatury ciała decyduje o sprawności
metabolicznej organizmu. Wynika to z faktu, że aktywność enzymów w
przedziale od 5°C do 40°C jest wprost proporcjonalna do temperatury.
z jednej strony obniżanie temperatury ciała - hamuje aktywność enzymów
a więc intensywność metabolizmu, z drugiej, podwyższenie temperatury -
zwłaszcza długotrwałe, może nieść dla organizmu fatalne skutki z
powodu wyczerpania zasobów metabolicznych a nawet
inaktywacji enzymów.
Podstawowe elementy układu termoregulacji
1.
Termodetektory ( podwzgórzowe ) i termoreceptory ( obwodowe )
ciepła i zimna
2. Ośrodek termoregulacji
3.
Efektory termoregulacji fizycznej: układ krążenia i gruczoły
potowe
4.
Efektory termoregulacji chemicznej: mięśnie szkieletowe, tkanka
tłuszczowa, wątroba
Mechanizmy oddawania ciepła:
promieniowanie podczerwone
konwekcja
przewodzenie
parowanie ( 1 litr potu – utrata 2428 J, 580 kcal )
2. Udział narządów w masie ciała i wytwarzaniu ciepła
( w % )
masa ciała spoczynek wysiłek
Skóra i mięśnie 56 18 90
Trzewia 34 56 8
Mózg 2 16 1
Pozostałe 8 10 1
Termoregulacja organizmu a diagnostyka termiczna
Człowiek, tak jak wszystkie ssaki i ptaki, jest organizmem
stałocieplnym. Temperatura wnętrza ciała ludzkiego, utożsamiana z
temperaturą przedniego podwzgórza mózgu, jest mniej więcej stała i
zwykle mieści się w przedziale 36,8 - 370C. Jest to warunkowane
wieloma czynnikami. Procesy te są szczegółowo opisane w podręcznikach
fizjologii i tłumaczone istnieniem systemu homeostazy cieplnej
kontrolowanej przez centralny układ nerwowy. W czasie normalnego
działania zdrowego organizmu obserwuje się dobowy cykl zmian
temperatury na poziomie około +/-0,60C wokół temperatury średniej.
Temperatura nieznacznie spada w stanach obniżonego metabolizmu, np.
snu czy długotrwałego unieruchomienia i wzrasta w związku ze wzmożonym
metabolizmem, np. wywołanym wysiłkiem fizycznym. Tak więc dzięki
procesowi metabolizmu ciało ludzkie jest źródłem ciepła, równocześnie
jednak podlega wpływom zewnętrznym. Równowaga między temperaturą
organizmu i otoczenia uwarunkowana jest pracą skomplikowanego systemu
regulacji temperatury, opisanego jako układ ze sprzężeniem zwrotnym.
Zasada działania tego układu jest zilustrowana na schemacie
funkcjonalnym, rys. 1.1. Na powierzchni skóry znajdują się liczne
receptory ciepła i zimna, które powodują takie reakcje obronne przy
działaniu niskich temperatur jak napięcie i drżenie mięśni, zmiany
ukrwienia, szczególnie naczyń przypowierzchniowych, widoczne w postaci
zsinienia i tzw. "gęsiej skórki", jak i nie widoczny zewnętrznie
wzrost metabolizmu. Przy nadmiernym wzroście temperatury wewnętrznej
następuje z kolei rozszerzenie naczyń krwionośnych, widoczne w postaci
przekrwienia, pocenie się, czy niewidoczne obniżenie metabolizmu.
Temperatura jest stabilizowana dzięki pracy przedniego podwzgórza,
gdzie zakodowana jest specyficzna jej wartość (set point). Sensory
skóry reagują na obniżenie temperatury (poniżej 34 0C) natomiast
sensory przedniego podwzgórza reagują na podwyższenie temperatury
powyżej 370C. Przekroczenie "nastawionego" progu powoduje generację
impulsów odbieranych przez podwzgórze.

Rys. 1.1. System termoregulacji człowieka
Liczba generowanych impulsów zależy od stanu termalnego "detektora" i
rośnie ze wzrostem różnicy pomiędzy "nastawą - set point" a wartością
"mierzoną". Zależy też od szybkości obserwowanych zmian temperatury.
Reakcja układu następuje w momencie braku zrównoważenia sygnałów
"ciepła" i "zimna". Czas reakcji na bodziec termiczny zależy od
charakteru bodźca, lokalnego czy globalnego i wynosi od minut do
godzin. Długookresowe zmiany klimatyczne są kompensowane zmianami
metabolizmu, które mogą trwać nawet parę tygodni. Dodatkowo wpływ na
proces termoregulacji ma reakcja człowieka, np. poprzez dostosowanie
ubrania do warunków pogodowych.
W niektórych wypadkach praca systemu zachowania równowagi cieplnej
może zostać zaburzona. Ma to miejsce w czasie zaatakowania organizmu
przez chorobę i może prowadzić do globalnego lub lokalnego obniżenia
lub wzrostu temperatury. Informacja o wartości temperatury i jej
rozkładzie posiada zatem istotną wartość diagnostyczną. Przykładowo
pojawienie się w organizmie substancji tzw. pirogennych (pirogen
egzogenny), np. toksyn lipopolisacharydowych, będących m.in. produktem
wirusa grypy, powoduje podwyższenie wartości "set point". Zakładając,
że działanie takich substancji ma charakter skokowy i przyjmując, że
system termoregulacji organizmu jest systemem pierwszego rzędu (jest
opisany równaniem różniczkowym pierwszego stopnia) można ocenić stałą
czasową szybkości reakcji typowego organizmu na około 3 godziny . W
przypadku lokalnego procesu, np. rozwijającego się procesu zapalnego
lub martwiczego, wywołanego np. zatorem krwi, reakcja układu
termoregulacji może być znacznie szybsza, jednak zazwyczaj nie krótsza
niż minuty. Abstrahując od przypadków ogólnego zaatakowania organizmu
przez chorobę i podwyższenia temperatury, można powiedzieć, że w
miejscach o metabolizmie zwiększonym temperatura jest wyższa, a w
miejscach o metabolizmie obniżonym niższa. Dlatego skóra pokrywająca
miejsca z dużą koncentracją tkanki naczyniowej jest cieplejsza, a w
okolicach takich jak kłykcie, czy kostki nóg zmniejszona. Tkanka z
infekcją, żylaki, krwiaki, stłuczenia, zapalenia, złamania i wysięki
wykazują podwyższoną temperaturę. Stwierdzono, że miejsca zaatakowane
przez nowotwory złośliwe mają podwyższoną temperaturę o około 20C, a
przy nowotworach łagodnych o około 0,50C. Także skóra w okolicach
łożyska kobiety ciężarnej jest cieplejsza. Inne schorzenia, jak np.:
ciężkie zapalenie żył, choroba Bürgera lub zgorzel powodują obniżenie
temperatury.
Reasumując, zarówno wartość temperatury jak i szybkość jej zmian, a
także lokalne zmiany temperatury niosą informację diagnostyczną.
Istotne są zmiany obserwowane zarówno przy wzroście temperatury,
charakteryzującym zwiększony metabolizm (nowotwory, urazy, stany
zapalne) jak i przy obniżaniu temperatury, spowodowanym upośledzeniem
przepływu krwi, martwicą, itp. Dodatkowe informacje są zawarte w
odpowiedzi na zewnętrzne pobudzenie cieplne i mogą świetnie
charakteryzować właściwości cieplne tkanek, które są skorelowane z
wieloma procesami fizjologicznymi. Nie należy jednak sugerować się
subiektywnym odczuciem, gdyż np. chory ma malarię, pomimo podwyższonej
temperatury, może trząść się z zimna.
We wszystkich przypadkach miejscowego obniżenia lub podwyższenia
temperatury można w celach diagnostycznych stosować termograf.
Wykonanie badania termograficznego musi być jednak zrealizowane z
uwzględnieniem wpływu wielu czynników zewnętrznych jak i wewnętrznych.
Najważniejszymi zewnętrznymi przyczynami zmiany temperatury ciała są
wpływy temperatury otoczenia, termiczne oddziaływanie ze źródłem
ciepła (np. grzejnik, słońce), zmiany wskutek ruchów powietrza, wpływ
izolacji (ubrania), straty na drodze promieniowania, konwekcji i
przewodzenia. Wpływy wewnętrzne to metabolizm powodujący wydzielanie
ciepła, oddziaływania organów wewnętrznych o podwyższonej temperaturze
(np. po jedzeniu żołądek jest cieplejszy od sąsiednich organów), praca
systemu regulacji temperatury, który niweluje powstałe różnice
temperatur i wreszcie zmiany na skutek zaatakowania organizmu przez
chorobę.
Pomiar temperatury ciała ludzkiego może być nieużyteczny z
diagnostycznego punktu widzenia jeżeli większość czynników
zakłócających nie będzie wyeliminowana lub kontrolowana. Praktycznie w
termografii podczerwieni informację niesie temperatura skóry, która
powinna obrazować zmiany zachodzące wewnątrz organizmu. Może to być
jednak poważnie utrudnione w przypadku fizjologicznej izolacji
cieplnej. Dlatego nie można obserwować zmian temperatury zewnętrznej,
np. w przypadku raka płuc. Także tłuszcz poważnie utrudnia pomiar,
choć udało się uzyskać dobre termogramy zjawisk zachodzących pod 10 cm
warstwą tkanki tłuszczu . Włosy natomiast posiadają temperaturę
otoczenia. Tkanki biologiczne mają prawie idealne właściwości
emisyjne, stąd termografia podczerwieni jest metodą chętnie stosowaną
do określania rozkładów temperatury, ważnych w diagnostyce medycznej.
Rola układu krążenia w homeostazie
*
Zapewnienie ciągłego przepływu przez naczynia włosowate wszystkich
tkanek i narządów
*
Warunkowanie dyfuzji przez ścianę kapilar składników osocza i
płynu tkankowego
*
Zapewnienie ustawicznej wymiany składników między osoczem a płynem
tkankowym
Rola układu oddechowego w homeostazie
*
Utrzymanie stałości składu gazowego płynów ustrojowych
*
Dostosowanie częstości i głębokości oddechów do stopnia
metabolizmu komórkowego
*
Rola układu pokarmowego w homeostazie
*
Pobieranie z zewnątrz i przyswajanie wody, soli mineralnych,
składników budulcowych i odżywczych
*
Trawienie, wchłanianie, wydalanie
*
Magazynowanie (glikogen, tkanka tłuszczowa) i uwalnianie
materiałów budulcowych i energetycznych
Rola układu hormonalnego w homeostazie
*
Przekaźniki informacji
*
Kontrola i integracja wielu funkcji organizmu (rozmnażanie,
wzrost, metabolizm..)
*
Udział w homeostazie wodno-elektrolitowej
Rola układu moczowego w homeostazie
*
Proces ultrafiltracji kłębuszkowej
*
Zagęszczanie ultra przesączu i zmiana jego składu
*
Tworzenie moczu ostatecznego
Rola układu mięśniowo- szkieletowego w homeostazie
*
Poruszanie się, unikanie szkodliwych czynników, poszukiwanie i
pobieranie pożywienia
*
termoregulacja
Rola układu nerwowego w homeostazie
Informacja przekazywana droga dośrodkową-analiza w ośrodku-infromacja
drogą odśrodkowa do efektora
kontrola na każdym poziomie organizacji
Homois – równy, podobny; stasis – trwanie (z jęz. greckiego), czyli
homeostaza – oznacza stałość środowiska wewnętrznego organizmu, m.in.
stężenia osmotycznego, temperatury czy objętości płynów ustrojowych.
Jeżeli równowaga jest zachowana, organizm jest zdrowy i bardziej
odporny na wszelkie choroby.
Homeostazę zapewnia zaopatrzenie komórek organizmu we wszystkie
niezbędne substancje (np. aminokwasy, witaminy, kwasy tłuszczowe,
pierwiastki śladowe), z których organizm sam buduje struktury
niezbędne do niezakłóconego funkcjonowania.
Dobry stan zdrowia wymaga zachowania idealnego stanu równowagi
organizmu (homeostazy) oraz sprawnych mechanizmów adaptacyjnych do
zmieniających się warunków życia. Zasadniczą rolę w nich odgrywa układ
nerwowy i gruczoły wydzielania wewnętrznego.
Sprzężenie zwrotne
Homeostaza jest możliwa dzięki mechanizmom dostosowawczym działającym
na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Jego zadaniem jest utrzymanie danej
wartości jakiegoś parametru na odpowiednim poziomie (stałym lub w
granicy przyjęcia za normalny).
Mechanizmy dostosowawcze to dostosowanie się organizmu do sytuacji
spowodowanej czynnikami zewnętrznymi, np. upał pobudza receptory
zawarte w skórze, które wysyłają sygnał do mózgu, a efektor w formie
potu ochładza nadmiernie nagrzaną powierzchnię skóry, chroniąc ją. To
termoregulacja, jeden ze sposobów kontroli stanu płynów zewnątrz- i
wewnątrzkomórkowych.
Ważne parametry
Istotą homeostazy jest równowaga między płynami zewnątrzkomórkowymi i
wewnątrzkomórkowymi. By to osiągnąć, konieczne jest kontrolowanie
ważnych dla organizmu parametrów, np. temperatury ciała, ciśnienia
tętniczego krwi czy objętości płynów ustrojowych. Kontrola ta odbywa
się za pośrednictwem receptorów.
Receptor i interpretator
Kontrolą najważniejszych parametrów krwi zajmują się receptory. Od
receptora informacja o wartości danego parametru wędruje do
interpretatora, który jest zlokalizowany w obrębie ośrodkowego układu
nerwowego. Zadaniem interpretatora jest określenie, czy dana wartość
parametru jest zgodna z wartością prawidłową. Jeśli tak nie jest,
interpretator wysyła impuls do efektora, aby ten wygenerował
odpowiednią do danej sytuacji odpowiedź. W ten sposób działa np.
mechanizm kontrolujący zawartość tlenu we krwi. W aorcie znajdują się
receptory, które reagują na spadek zawartości tlenu we krwi:
„informują” ośrodek oddechowy, który generuje impuls skierowany do
mięśni uczestniczących w oddychaniu.
Zaburzenia
Zachwiania homeostazy powodują zarówno czynniki zewnętrzne, np.
skażenie środowiska naturalnego, jak i czynniki wewnętrzne, np.
składniki pożywienia (lektyny, alergeny pokarmowe), leki (szczególnie
hormony i antybiotyki), stres.
W wypadkach naruszenia homeostazy wskazane są suplementy diety
uzupełniające np. niedobory pierwiastków czy regulujące ciśnienie
krwi.
Profilaktyczne biochemiczne badanie krwi, kontrola ciśnienia
tętniczego – to tylko niektóre możliwości sprawdzenia, czy homeostaza
naszego organizmu nie jest zachwiana.
Pojęcie homeostazy wprowadzone zostało przez żyjącego na przełomie XIX
i XX stulecia Waltera Cannona – amerykańskiego psychologa oraz
neurologa.
Wszelkie poważne zaburzenia homeostazy organizmu skutkują stanami
chorobowymi. Cukrzyca związana jest z zaburzeniami w mechanizmie
regulującym stężenie cukru we krwi, a np. osteoporoza z zaburzeniami w
gospodarce wapniowej.
1.
Mechanizmy dostosowawcze
Mechanizmy dostosowawcze to dostosowanie się organizmu do danej
sytuacji spowodowanymi czynnikami zewnętrznymi, np. upał- pobudza jako
bodziec receptory zawarte w skórze (mechareceptory) wysyła sygnał do
mózgu, po czym efektor w tym momencie w formie potu ochładza
nadmiernie nagrzaną powierzchnię skóry, chroniąc ją. W ten sposób
zaistniała termoregulacja. Stanowi ona jeden ze sposobów kontroli
stanu płynów zewnątrz- jak też wewnątrzkomórkowych, które odbywają się
dzięki receptorom, głównie chemoreceptorom, informacje o stanie
określonego parametru są przekazywane drogą impulsów nerwowych do
interpretatora, gdzie dokonywane jest zestawienie danej informacji z
wartością prawidłową- stałą (tzw. punkt nastawczy) lub, co zdarza się
częściej, z jej przedziałami akceptowalnymi. Gdy aktualny stan jest
zbyt niski, bądź zbyt wysoki wywołana jest odpowiedź poprzez efektor
przystosowująca do zaistniałej okoliczności. Poza temperaturą ciała ma
wpływ również na pH krwi, ciśnienie osmotyczne, objętość płynów
ustrojowych, stężenie związków chemicznych w płynach ustrojowych,
ciśnienie tętnicze krwi, ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla
we krwi.
pH krwi
pH krwi wynosi około 7,35- 7, 45 dla większości procesów przemiany
materii, a wyrażamy to jako równowaga kwasowo- zasadowa- warunkuje
prawidłowy przebieg procesów życiowych przez odpowiednie pH i swoisty
stosunek kationów i anionów w płynach ustrojowych. Produkty, które
powstają podczas przemiany materii to głównie kwasy, więc ustrój jest
zakwaszony. Wydalanie kwasów i zasad odbywa się dzięki nerkom, kwasu
węglowego (utlenianie węglowodanów, tłuszczów i białek) przez płuca
przy procesie oddychania. Związki fosforu są metabolizowane do kwasu
fosforowego, a jeśli przemiana węglowodanów nie przebiega do końca
powstaje kwas mlekowy (głodzenia, nadmierny wysiłek fizyczny,
niecałkowite spalanie lipidów, zbyt duża ilość tłuszczy przy
jednoczesnym braku wodorowęglanów). Zasady tworzą związki jedno- lub
dwuwartościowych metali. Jeśli nadmiar jonów nie zostanie zbuforowany
na miejscu powstania, pH zostanie naruszone, co wywoła kolejną
sytuację potrzebną przejęcia sytuacji przez centrum integrujące, a ono
z kolei wymusza na efektorze odpowiedź.
Ciśnienie osmotyczne
„Osmoza to specyficzny typ dyfuzji cząsteczek wody (rozpuszczalnika)
przez półprzepuszczalną błonę komórkową rozdzielającą roztwory o
różnych stężeniach; kierunek przepływu (transportu) jest więc od
roztworu o mniejszym stężeniu (albo od czystego rozpuszczalnika) do
roztworu o stężeniu większym”- zdefiniowanie ułatwi wyjaśnienie
pojęcia ciśnienia osmotycznego, zatem ciśnienie osmotyczne to różne
wywieranie ciśnień na półprzepuszczalną membranę (błonę komórki), co
też się wiąże z zawartością wody w organizmie.
Płyny ustrojowe
Płyny ustrojowe występują w komórkach i pozakomórkowych
przestrzeniach, w szczególności w układzie limfatycznym, który w
przeciwieństwie do układu krwionośnego jest układem otwartym i chroni
nasz organizm przed drobnoustrojami, poza tym uczestniczy w wymianie
składników między komórkami, a krwią. Do układu limfatycznego należą:
grasica, szpik kostny, węzły chłonne, śledziona, migdałki, kępki
Peyera. Dzięki układowi limfatycznemu nasz organizm ma pewną
odporność, a broniąc się przed wirusami i innymi czynnikami
infekcyjnymi wytwarza:
- bariery anatomiczno- fizjologiczne (ciągłość skóry, błony śluzowe)
- bariery immunologiczne (mechanizm obrony hormonalnej i komórkowej)
Celem reakcji odpornościowych jest antygen (substancja
wielkocząsteczkowa, po jej wniknięciu do organizmu jest wywołana
reakcja immunologiczna, po czym następuje wytworzenie przeciwciał).
Do płynów ustrojowych należy również krew (rodzaj tkanki łącznej) z
elementami morfologicznymi wraz z osoczem i płynie w zamkniętym
układzie krwionośnym. Rola osocza:
- procesy odpornościowe
- udział w procesie krzepnięcia krwi
- utrzymywanie stałego pH
- utrzymywanie stałej temperatury ustroju
- utrzymywanie stałego ciśnienia osmotycznego
- rozprowadzanie po organizmie niezbędnych elementów
- odprowadzanie szkodliwych produktów
- uczestniczenie w transporcie CO2
Podczas wysiłku fizycznego (np. sportowcy) przez proces wydalania potu
narażają się na ubytek wody z organizmu oraz płynów ustrojowych, co
prowadzi do zaburzenia gospodarki wodno- elektrolitowej. Wskutek tego
mogą nastąpić skutki: 1% względem masy ciała- wzrost temperatury; 2%
zakłócenia regulacji temperatury ciała oraz procesów metabolicznych;
3% obniżenie wytrzymałości i wydatności fizycznej; 4-6% kurcze mięśni;
powyżej 6% nawet śmierć, dlatego też trzeba uzupełniać płyny w
organizmie, bo sam nie zawsze sobie poradzi. Możemy to uczynić za
pomocą płynów izotonicznych, hipertonicznych, hipotonicznych.
Ciśnienie tętnicze
Ciśnienie tętnicze to ciśnienie wywierane przez krew na ścianki
tętnicze, czyli ciśnienie krwi w największych tętnicach, np. ramieniu.
To ciśnienie ulega zmianom: krótkookresowym (obręb cyklu pracy serca)
, średniookresowym (zależne od różnych czynników, m. in. Zażywanie
używek, pora dnia, emocje, aktywność), długookresowym (stan zdrowia i
wiek). Zdrowy, dorosły człowiek powinien mieć ciśnienie od ok. 90 do
135 mmHg w chwili skurczu serca, czyli najwyższe, a w chwili rozkurczu
(najniższe) od ok. 50 do 90 mmHg.
Ciśnienie parcjalne
Ciśnienie parcjalne- różnica gazu po obu stronach błony pęcherzykowo-
włośniczkowej. Jedynie w pęcherzykach płucnych zachodzi wymiana gazów
i właśnie tam przeprowadzana jest dyfuzja, organizm jest zaopatrywany
w O2 i usuwany jest z niego CO2, proces ten przebiega według zgodności
z różnicą ciśnień parcjalnych gazu (z gradientem ciśnień). Tlen z
pęcherzyków (100 mm Hg) przechodzi do krwi o mniejszym ciśnieniu (40
mm Hg) w tętnicy płucnej. Ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla (46 mm
Hg) jest większe od powietrza pęcherzykowego (40 mm Hg), więc
dwutlenek węgla dyfundują, to oznacza, że poruszają się w przeciwnym
kierunku niż tlen- z osocza krwi i krwinek czerwonych do pęcherzyków.
1.
Ujemne sprzężenie zwrotne
Działanie na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego zostało
przedstawione powyżej przez zamknięte i otwarte układy. Sprzężenie
zwrotne ujemne jest fundamentalnym mechanizmem samoregulacyjnym. Jego
zadaniem jest utrzymanie danej wartości jakiegoś parametru na
odpowiednim poziomie (stałym lub w granicy przyjęcia za normalnym- tu:
hormony, pH krwi, stężenie płynów ustrojowych itd.).

Wyrażone fizycznie:
„Mówiąc obrazowo: wartość parametru sprzężonego ujemnie zachowuje się
jak niewielka kulka na dnie półkulistego zagłębienia: każde wytrącenie
jej z równowagi powoduje powtórne staczanie się w kierunku najniższego
punktu, pośrodku zagłębienia. W przypadku sprzężenia zwrotnego
ujemnego wartość parametru oscyluje więc wokół wartości zadanej. Jest
to więc model równowagi trwałej.”