Rzeszów, 15.06.2009

Organizm ludzki, jako homeostat.

Homeostaza -

- to zdolność do utrzymania stanu równowagi dynamicznej środowiska, w którym zachodzą procesy biologiczne. Zasadniczo sprowadza się to do równowagi płynów wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych.

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

1. Temperatura ciała.

2. pH krwi i płynów ustrojowych.

3. Ciśnienie osmotyczne.

4. Objętość płynów ustrojowych (stan nawodnienia organizmu).

5. Stężenie związków organicznych w płynach ustrojowych.

6. Ciśnienie tętnicze krwi.

7. 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, 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.

TERMOREGULACJA

 

1. 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 reagujących na zmiany temperatury otoczenia.

- Termoreceptorów aktywującego układu siatkowatego (RAS).

- Termoreceptorów obecnych w mięśniach, górnych drogach oddechowych,

Ścianach naczyń żylnych i niektórych odcinkach przewodu pokarmowego.

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

 

 

Reakcje 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).

RÓWNOWAGA KWASOWO-ZASADOWA.

Równowaga kwasowo-zasadowa - to stan, w którym zachowany jest swoisty stosunek kationów i anionów w płynach ustrojowych, warunkujący odpowiednie pH i prawidłowy przebieg procesów życiowych.
Optymalny zakres pH krwi dla większości procesów przemiany materii wynosi 7,35-7,45.

Utrzymanie stałego pH krwi wymaga sprawnego funkcjonowania mechanizmów regulacyjnych, do których zalicza się system buforów krwi i tkanek, wydalanie nadmiaru dwutlenku węgla przez płuca oraz wydalanie kwasów lub zasad przez nerki i wytwarzanie amoniaku.
Aby nadmiar jonów mógł być przetransportowany do miejsc wydalania bez wpływu na pH płynu pozakomórkowego, musi być zbuforowany już w miejscu powstania. Zasadniczymi buforami krwi są: układ wodorowęglanowy, białczanowy i hemoglobinianowy. W tkankach istotną rolę odgrywa również układ fosforanowy. Regulacja wydalania CO2 przez płuca odbywa się w wyniku pobudzenia ośrodka oddechowego przy obniżeniu pH krwi. Następstwem tego jest zwiększenie wentylacji płuc i usunięcie CO2. Ogniwem decydującym ostatecznie o zmianach pH krwi są nerki. Ich rola polega na resorpcji zwrotnej wodorowęglanów, przesączonych w kłębuszkach nerkowych, dzięki czemu następuje uzupełnienie zapasów (regeneracja) tych anionów buforowych we krwi. Jeżeli buforowanie i kompensacja oddechowa nie są wystarczające do utrzymania równowagi kwasowo-zasadowej, to przy zakwaszeniu organizmu dochodzi do zwiększonego wydalania jonów H ' przez nerki (pH moczu może się wahać od 4,8 do 8), a gdy i to nie wystarcza, ma miejsce produkcja amoniaku z glutaminy i innych aminokwasów, do czego zużywane są jony wodoru. Powstające w nerkach sole amonowe wydalane są z moczem. Przy zmianach pH w kierunku zasadowym z moczem wydala się więcej jonów HCO3~.
Stan nagromadzenia we krwi nadmiernych ilości substancji o charakterze kwaśnym lub niedobór substancji o charakterze zasadowym, powodujący zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej krwi i przesunięcie jej w kierunku kwaśnym, nazywa się acidozą (kwasicą). W rzeczywistości pH krwi jest jednak zawsze wyższe od 7. Zaburzenia w kierunku wzrostu pH to alkaloza (zasadowica). Wspomniane zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej powodują przemieszczanie się elektrolitów, a zwłaszcza potasu, który łatwo przechodzi przez błony komórkowe między przestrzeniami wodnymi. Po obniżeniu pH krwi dochodzi do zubożenia komórek w potas i wzrostu jego stężenia w płynie pozakomórkowym (hiperkaliemia), a przy zasadowicy mamy do czynienia ze zjawiskiem odwrotnym (hipokaliemia). Zmiany odczynu, zwłaszcza przestrzeni śródkomórkowej, wywierają wpływ na aktywność enzymów, zmieniając szybkość i kierunek różnych torów metabolicznych. W kwasicy dochodzi m.in. do wzmożonej glukoneogenezy i katabolizmu białek, zmniejszenia zużycia glukozy przez tkankę mózgową i zmniejszenia kurczliwości mięśnia sercowego, a także do zwiększonego wydalania z moczem m.in. sodu, wapnia i magnezu, zużywanych do zobojętniania wydalanych kwasów. Natomiast w zasadowicy następuje m.in. zwolnienie obrotów cyklu kwasu cytrynowego, zahamowanie glukoneogenezy i aktywacja glikolizy beztlenowej. Zaburzenia w równowadze kwasowo-zasadowej zmieniają także powinowactwo leków do białek, co wpływa na efekt farmakodynamiczny podawanych substancji.

WYMIANA GAZOWA

Wymiana gazowa w płucach:

Powietrze jest mieszaniną gazów. Najważniejszymi składnikami są: azot ok. 78%, tlen ok. 21%, dwutlenek węgla ok. 0,03% i inne gazy. Z powietrza wciągniętego do wnętrza pęcherzyków płucnych tlen przechodzi do naczyń włosowatych, a dwutlenek węgla, przetransportowany przez krew, w odwrotnym kierunku, do wnętrza pęcherzyka płucnego, a następnie do oskrzeli, tchawicy, krtani - na zewnątrz.

Jest to zjawisko fizyczne oparte na zasadach dyfuzji. Każdy gaz przechodzi z miejsca, gdzie znajduje się w wyższym stężeniu, do miejsca o niższym stężeniu. Tlen pobrany w pęcherzykach płucnych łączy się z hemoglobiną. Proces ten nazywamy zewnętrzną wymianą gazową.

Mechanizm wentylacji płuc:

Wdech:

• mięśnie międzyżebrowe kurczą się,

• żebra unoszą się do góry,

• zwiększa się objętość klatki piersiowej,

• przepona spłaszcza się.

Wydech:

• mięśnie międzyżebrowe rozluźniają się,

• żebra wracają do pierwotnego położenia,

• zmniejsza się objętość klatki piersiowej.

Ilość wydychanego powietrza zależy od:

• tempa oddychania,

• głębokości oddychania.

Mechanizm oddychania zachodzi niezależnie od naszej woli. Kieruje nim układ nerwowy, którego ośrodki znajdują się w rdzeniu przedłużonym.

Wymiana gazowa w tkankach:

Tlen pobrany w pęcherzykach płucnych transportowany przez krew, dociera do tkanek. Tam odbywa się wymiana gazowa wewnętrzna, tzn. tlen przenika do komórek, a z komórek pobierany jest dwutlenek węgla, który z krwią wędrować będzie do płuc. Wędrówka gazów w tkankach odbywa się również na zasadzie dyfuzji.

OSMOREGULACJA

Osmoregulacja - regulacja stężeń roztworów elektrolitów i związków organicznych w płynach ustrojowych oraz ich objętości, a także utrzymywanie równowagi wodnej organizmu.

Zjawisko osmozy polega na przechodzeniu wody z roztworu o niższym stężeniu (czyli hipotonicznego) do roztworu o stężeniu wyższym (hipertonicznego) przez błonę półprzepuszczalną; w wypadku organizmów jest to błona komórkowa.

Ciśnienie osmotyczne zależy od stężenia związku chemicznego w rozpuszczalniku, którym jest najczęściej woda; przyczyną jego powstawania jest dążenie układu do wyrównania stężeń. Między wnętrzem krwinek czerwonych i białych, a osoczem zachodzi stała wymiana przez błonę komórkową, wyrównująca ciśnienie osmotyczne wnętrza krwinek i osocza. Jeśli stężenie związków rozpuszczonych w osoczu zmniejszy się, krwinka pod wpływem zwiększonego ciśnienia w jej wnętrzu ulega pęknięciu (hemolizie).

Bilans wody w organizmie to ilość wody w organizmie z uwzględnieniem jej strat i zysków. Woda pozyskiwana jest przez organizmy w czasie picia, wchłaniania przez skórę, oddychanie, resorpcji zwrotnej z moczu w nerkach, a także powstaje w wielu przemianach metabolicznych. Utrata wody następuje w czasie wydalania, pocenia się, oddychania, zużywana jest również w przemianach metabolicznych.

REGULACJA CIŚNIENIA TĘTNICZEGO KRWI.

Utrzymanie ciśnienia tętniczego krwi, zapewniającego prawidłową perfuzję narządów, jest jednym z najważniejszych mechanizmów homeostazy ustroju. Regulacja ciśnienia tętniczego krwi jest niezwykle złożona. Liczne mechanizmy fizjologiczne, współdziałają ze sobą i dostosowują ciśnienie tętnicze krwi do zmieniających się potrzeb poszczególnych narządów. W regulacji ciśnienia tętniczego udział bierze m.in. układ nerwowy, układ hormonalny (wazopresyna - powoduje wzrost ciśnienia krwi, adrenalina - podwyższa ciśnienie krwi, noradrenalina - utrzymuje wysokie ciśnienie krwi), nerki, jak również czynniki lokalne wpływające na stan napięcia miocytów ściany naczyń krwionośnych. Wspomniane powyżej czynniki różnią się zakresem ciśnienia tętniczego podlegającego danej regulacji, oraz szybkością i czasem działania. Zaburzenia mechanizmów regulujących ciśnienie tętnicze krwi prowadzą do rozwoju nadciśnienia tętniczego.

Mechanizmy utrzymania homeostazy.

Fizjologiczne mechanizmy opierają się na sprzężeniu zwrotnym:

• ujemnym

W wyniku tego sprzężenia zwrotnego następuje zmiana wartości parametru na zbliżoną do punktu stałego. Zasadniczo osiągnięcie wartości punktu nastawczego jest niemożliwie, toteż wartości zawsze wymagają regulacji. Możliwe jest modyfikowanie wartości punktu stałego w wyniku adaptacji.

• wyprzedzającym (wczesnym)

W wyniku tego sprzężenia zwrotnego występuje reakcja na zmiany parametru kontrolowanego, pomimo że w chwili odpowiedzi wartość parametru pozostaje jeszcze w zakresie wartości akceptowalnych (np. picie wody w czasie jedzenia przez szczury).

• dodatnim

W wyniku tego sprzężenia zwrotnego występuje reakcja na bodziec, poprzez pogłębienie wartości nieprawidłowej dla innego celu (np. odczuwanie bólu na poziomie neurotransmiterów). W tym sprzężeniu pewne parametry są regulowane, podczas gdy inne mogą przyjmować wartości różne od akceptowalnych i nie podlegają regulacji (ale pozostają pod kontrolą).

Opracowała:

Paulina Kozioł

---