Homeostaza – zdolność do utrzymywania stałości środowiska wewnętrznego ustroju, mimo zmian zachodzących w środowisku zewnętrznym.

U człowieka równowaga środowiska wewnętrznego gwarantuje niezawodność wszystkich funkcji i ich wzajemne powiązania. Duża liczba wewnętrznych sprzężeń zwrotnych tkanek i różnych organów sterowana jest przez system nerwowy i regulację hormonalną, odbywające się za pośrednictwem krwi.

Wszystkie części organizmu, od składników subkomórkowych poprzez komórki, tkanki, narządy i każdy układ zachowują swoją homeostazę, która jest częścią homeostazy całego organizmu, np. wątroba uczestniczy w wielu procesach, dzięki którym utrzymywana jest homeostaza organizmu. Między innymi: wytwarza żółć, magazynuje i przetwarza składniki odżywcze oraz neutralizuje trucizny i zbędne produkty przemiany materii. Odgrywa też główną rolę w procesie regulacji składu krwi.

Utrzymanie wewnętrznej równowagi wymaga regulowania lub kontrolowania wartości najważniejszych parametrów wewnętrznego środowiska organizmu, należą do nich głównie:

- Temperatura ciała ( u organizmów stałocieplnych )

- pH krwi i płynów ustrojowych.

- Ciśnienie osmotyczne, objętość płynów ustrojowych ( stan nawodnienia organizmu ).

- Stężenie związków chemicznych w płynach ustrojowych ( np. glukozy w osoczu ).

- 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 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, jej przedziałami akceptowalnymi. Jeśli aktualny stan parametru jest zbyt wysoki lub niski, centrum integrujące wymusza na efektorach odpowiedź odpowiednią do sytuacji.

Nadrzędnymi układami kontrolującymi zachowanie homeostazy są układ nerwowy i układ hormonalny. Układ nerwowy scala działanie wszystkich układów ciała włącznie z układem hormonalnym ( utrzymuje łączność między różnymi częściami ciała ). Sprawuje też kontrolę nad wszystkimi sposobami dostosowania się człowieka do środowiska.

Zachowanie homeostazy odbywa się dzięki zmianie szybkości procesów biochemicznych w komórkach i zmianie czynności narządów, a także dzięki odruchowemu i świadomemu reagowaniu na bodźce.

Mechanizmy utrzymania homeostazy.

* Fizjologiczne ( np. zwiększenie częstotliwości skurczów mięśni w celu podwyższenia temperatury )

* Behawioralne.

Wszelkie zmiany w środowisku zewnętrznym uruchamiają procesy kompensacyjne ( wyrównujące, równoważące ) mające na celu przywrócenie stanu równowagi fizjologicznej. Zachowanie homeostazy polega na współdziałaniu i równoważeniu się dwóch przeciwstawnych procesów ( np. gospodarka wody ).

Mechanizmy utrzymujące homeostazę działają na zasadzie sprzężenia zwrotnego.

Fizjologiczne mechanizmy utrzymywania homeostazy.

- Bezpośrednia sekrecja hormonów w zależności od zapotrzebowania na dany hormon, np. wysokie stężenie Ca hamuje wydzielanie PTH.

- Antagonistyczne działanie hormonów np. insulina – glukagon, kalcytonina – parathormon.

Rejestracja i nastawianie normalnego poziomu glukozy.

Najważniejszym mechanizmem regulującym zależności między wszystkimi piętrami układu neuro-hormonalnego jest jego zdolność do samoregulacji. Realizowane jest to poprzez układ sprzężeń zwrotnych; dodatnich – w których substancja hormonalna wydzielana przez piętro niższe ma zdolność dodatniej modulacji innego hormonu działającego pobudzająco na jej wydzielanie, oraz ujemnych gdzie w analogicznej interakcji substancja piętra niższego hamuje sekrecje piętra wyższego. Opisywane mechanizmy pozwalają na wahania stężeń hormonów w zakresie pewnych wartości – to warunkuje cykliczne zmiany w piętrze narządów docelowych, zależne od zmieniających się stężeń substancji czynnych.

Głównym koordynatorem jest niewielki obszar międzymózgowia znany jako podwzgórze. Podwzgórze sprawuje kontrolę za pośrednictwem dwóch systemów; wegetatywnego układu nerwowego i układu dokrewnego ( hormonalnego ), który wykorzystuje hormony jako chemiczne nośniki informacji. Neurony podwzgórza wywierają wpływ na narządy przez zmiany aktywności wegetatywnego układu nerwowego lub za pośrednictwem hormonów.

Autonomiczny układ nerwowy jest częścią ośrodkowego układu nerwowego, reagującą w sposób automatyczny. Do jego zadań należy stała kontrola pracy wielu organów wewnętrznych, takich jak serce, naczynia krwionośne czy jelita. Autonomiczny układ nerwowy składa się z 2 części: układu współczulnego, który przyśpiesza reakcje i układu przywspółczulnego, który powoduje zwolnienie reakcji. W celu utrzymania tej niezwykle precyzyjnej kontroli, obydwa układy działają na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Przykładowo, jeżeli organizm nagle znajdzie się pod wpływem stresu, do podwzgórza docierają impulsy nerwowe z innych części ciała i mózgu. Z kolei podwzgórze, za pośrednictwem dróg nerwowych współczulnego układu nerwowego, wysyła impulsy powodujące szybszą pracę serca i rozszerzenie naczyń krwionośnych, to zwiększa napływ krwi do mięśni kończyn dolnych i górnych i przygotowuje organizm do wysiłku fizycznego. Jednocześnie podwzgórze uaktywnia reakcję hormonalną, ale ta przebiega wolniej, za to efekty działalności układu dokrewnego zwykle trwają dłużej.

Termoregulacja – utrzymanie stałej temperatury ciała 36,6 st. C.

Kontrola nerwowa termoregulacji.

* Podwzgórze – przednia część zawiera ośrodek termostatyczny ( termostat biologiczny ) i związana jest z regulacją procesów utraty ciepła i zmniejszania jego produkcji ( pocenie, rozszerzanie naczyń skóry ), natomiast tylna część podwzgórza łączy się z reakcjami odruchowymi na zimno, a więc z zachowaniem ciepła i ze wzrostem jego produkcji ( drżenie mięśniowe i skurcz naczyń skórnych ).

Podwzgórzowe ośrodki termoregulacji otrzymują impulsację z:

* Termoreceptorów mózgu, zwłaszcza podwzgórza i ośrodków rdzeniowych ‘ rejestrujących ‘ temperaturę krwi tętniczej.

* Termoreceptorów skórnych regulujących na zmiany temperatury otoczenia.

* Termoreceptorów aktywującego układu siatkowego ( RAS )

* Termoreceptorów obecnych w mięśniach, górnych drogach oddechowych, ścianach naczyń żylnych i niektórych odcinkach przewodu pokarmowego.

* Rdzeń przedłużony – obecne tu ( podobnie jak w podwzgórzu ) neurony termowrażliwe – termodetektory, mogą reagować na zmiany temperatury lokalnej oraz na informację o zmianie temperatury innych okolic ciała, położonych poza ośrodkowym układem nerwowym.

Reakcja organizmu na :

Gorąco ( podwyższenie temperatury krwi )

Zimno ( obniżenie temperatury krwi )

* Rozszerzenie naczyń krwionośnych ( zwiększenie skórnego przepływu krwi ) * Wzmożone wydzielanie potu. * Przyśpieszenie akcji serca i oddychania * Pobudzenie ośrodka hamującego drżenie mięśniowe w śródmózgowiu.

* Uruchomienie termogenezy drżeniowej. * Pobudzenie układu współczulnego i uwalnianie noradrenaliny przyspieszającej metabolizm mięśni i tkanki tłuszczowej. * Pobudzenie rdzenia nadnerczy i uwalnianie amin katecholowych ( adrenalina ) wzmagających metabolizm tkanki tłuszczowej i węglowodanów. * Wzrost uwalniania hormonów tarczycy przyspieszających metabolizm podstawowy. * Pobudzenie ośrodka naczynio-skurczowego, skurcz naczyń skórnych i zmniejszenie utraty ciepła poprzez ograniczenie przepływu skórnego. * U noworodków – uruchomienie procesu termogenezy bezdrżeniowej ( uzyskiwanie energii z brunatnej tkanki tłuszczowej.

Stały skład i objętość płynów ustrojowych.

Układ wydalniczy – odgrywa ogromną rolę w utrzymaniu homeostazy organizmu. Odbywa się to nie tylko poprzez wydalenie zbędnych i szkodliwych produktów metabolizmu, ale też poprzez regulowanie stężenia i poszczególnych składników płynów ustrojowych.

Nerki – spełniają dwa rodzaje funkcji – wydalniczą i regulacyjną. Funkcja wydalnicza związana jest z produkcją moczu, wraz z którym wydaleniu podlegają końcowe produkty przemian metabolicznych, a także substancje obce dla organizmu. Dzięki regulacyjnej funkcji nerek zapewniony jest stały skład i objętość płynów ustrojowych, a ponadto nie dochodzi do wydalenia substancji niezbędnych dla organizmu, takich jak glukoza, czy aminokwasy.

Zadaniem nerek jest:

- Utrzymywanie stałego środowiska wewnętrznego.

- Utrzymywane stałej objętości płynów.

- Utrzymywanie stałego stężenia elektrolitów i jonów wodorowych.

Osmoregulacja.

Regulacja osmotyczna – regulacja stężeń roztworów elektrolitów i związków organicznych w płynach ustrojowych oraz ich objętości, a także utrzymywanie równowag wodnej organizmu. Za regulację osmotyczną odpowiada układ wydalniczy i krwionośny.

Odpowiednia ilość wody w organizmie ma zasadnicze znaczenie dla zachowania życia. W wyniku pocenia, wydalania moczu i oddychania organizm ciągle traci wodę. Podwzgórze kontroluje pobór przepływ i wydalanie wody. Specjalne receptory podwzgórza wyczuwają zagęszczanie się i rozrzedzanie krwi. Gdy zawartość wody we krwi spada, podwzgórze wysyła informacje do tylnego płata przysadki mózgowe, uwalnia hormon wazopresynę, ADH wraz z krwią dostaje się do nerek. Tu wpływa na mechanizm filtracji krwi w taki sposób, że zmniejsza ilość wody, która przedostaje się do moczu. Następuje zatrzymanie wody we krwi. Jednocześnie uruchamia się ośrodek pragnienia w podwzgórzu, powodują większe spożycie płynów i zrównoważenie poziomu wody w organizmie.

Wymiana jonowa.

Zawartość soli mineralnych jest regulowana przez nerki. Ponadto w regulacji stężenia wapna we krwi biorą udział kości, w które ten pierwiastek może być wbudowywany.

Działanie przeciwne do insuliny wywiera kilka hormonów, przede wszystkim glukagon, który podobnie jak insulina wydzielany jest w trzustce, adrenalina produkowana w rdzeniu nadnerczy, kortyzol wytwarzany w korze nadnerczy i hormon wzrostu wydzielany przez przysadkę mózgową. Wszystkie te hormony stymulują uwalnianie glukozy z wątroby i wytwarzanie jej z innych związków, zapobiegając w ten sposób obniżeniu się stężenia glukozy we krwi.

Ciśnienie tętnicze krwi.

* Ciśnienie krwi – oznacza siłę z jaką krew napiera na ściany naczyń krwionośnych.

* U osoby zdrowej ciśnienie krwi jest regulowane przez mózg i jest uzależnione od zapotrzebowania tkanek na tlen. W czasie snu ciśnienie ulega znacznemu obniżeniu, a np. podczas wysiłku fizycznego i tuż po nim, oraz w sytuacjach stresowych ciśnienie ulega znacznemu podwyższeniu.

* Prawidłowe ciśnienie tętnicze krwi mierzone w gabinecie lekarskim jest niższe niż 140/90 mmHg.

* Regulacja ciśnienia tętniczego krwi jest w związku z tym dość skomplikowana. Biorą w tym udział różne narządy i układu, z których najważniejszą rolę odgrywają nerki z układem RAA ( renina-angiotensyna-aldosteron) i szeroko rozumiany układ neurohormonalny z udziałem katecholamin, wazopresyny, kortyzolu, aldosteronu. Niebagatelną rolę w regulacji ciśnienia tętniczego odgrywa ośrodkowy układ nerwowy.

Mechanizm kontrolujący zawartość tlenu we krwi. W aorcie znajdują się receptory, które reagują na spadek zawartości tlenu we krwi – zarówno tego rozpuszczonego w osoczu, jak i tego transportowanego przez hemoglobinę. Jednak receptory te są wrażliwe tylko na sygnały związane z długotrwałym niedotlenieniem, jakie towarzyszy anemii, lub jakie pojawia się w warunkach wysokogórskich, nie reagują natomiast na sygnały wytwarzane podczas kilkuminutowego bezdechu. W tętnicy szyjnej znajdują się chemoreceptory, które są wrażliwe na wzrost kwasowości krwi, jaki towarzyszy wzrostowi stężenia dwutlenku węgla. Informacja z tych receptorów biegnie do ośrodka oddechowego, który generuje impuls skierowany do mięśni uczestniczących w oddychaniu.