ძირითადი მასალა
კურსი: ბიოლოგია > თემა 26
გაკვეთილი 1: სხეულის სტრუქტურა & ჰომეოსტაზიჰომეოსტაზი
გაიგეთ, როგორ ინარჩუნებენ ორგანიზმები ჰომეოსტაზს, ანუ სტაბილურ შინაგან გარემოს.
საკვანძო საკითხები
- ჰომეოსტაზი არის ცვლილებისადმი შეწინააღმდეგების ტენდენცია, რათა მოხერხდეს სტაბილური, შედარებით მუდმივი შინაგანი გარემოს შენარჩუნება.
- ჰომეოსტაზი, როგორც წესი, მოიცავს უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟებს, რომლებიც ანეიტრალებს სხეულის სხვადასხვა მახასიათებლის გადახრებს ოპტიმალური მნიშვნელობიდან, ანუ დადგენილი ნორმიდან.
- უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟების საპირისპიროდ, დადებითი უკუკავშირის მარყუჟები აძლიერებს საწყის სტიმულს. სხვაგვარად თუ ვიტყვით, ისინი სისტემას მის საწყის მდგომარეობას აშორებენ.
შესავალი
რა არის იმ ოთახის ტემპერატურა, რომელშიც ახლა ზიხართ? ვივარაუდებ, რომ მისი ტემპერატურა ზუსტად
სტაბილური, შედარებით მუდმივი შინაგანი გარემოს შენარჩუნებას ჰომეოსტაზი ეწოდება. სხეული ტემპერატურის გარდა კიდევ მრავალი ფაქტორის მიმართ ინარჩუნებს ჰოემოსტაზს. მაგალითად, თქვენს სისხლში არსებული სხვადასხვა იონის კონცენტრაცია აუცილებლად მუდმივი უნდა იყოს, აგრეთვე pH და გლუკოზას კონცენტრაცია. თუკი ეს მაჩვენებლები ძალიან მაღალი ან დაბალი გახდება, შესაძლოა, ძლიერ დასნეულდეთ.
ჰომეოსტაზი მრავალ დონეზე ნარჩუნდება და არა — მხოლოდ მთლიანი სხეულის დონეზე, როგორც ეს ტემპერატურის შემთხვევაშია. მაგალითად, კუჭი ინარჩუნებს ისეთ pH-ს, რომელიც განსხვავდება მისი გარშემომყოფი ორგანოების pH-ისგან, და თითოეული უჯრედი ინარჩუნებს იონთა იმ კონცენტრაციებს, რომლებიც გარშემო არსებული სითხის კონცენტრაციებისგან განსხვავებულია. თითოეულ დონეზე ჰომეოსტაზის შენარჩუნება საკვანძოა სხეულის მთლიანი ფუნქციონირების შესანარჩუნებლად.
ჰოდა, როგორ ნარჩუნდება ჰომეოსტაზი? მოდით, ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად რამდენიმე მაგალითი განვიხილოთ.
ჰომეოსტაზის შენარჩუნება
ბიოლოგიური სისტემები, მაგალითად, თქვენი ორგანიზმისა, მუდმივად იხრება წონასწორობის მდგომარეობიდან. მაგალითად, როდესაც ვარჯიშობთ, თქვენი კუნთები ზრდიან სითბოს წარმოებას, რაც სხეულის ტემპერატურას მაღლა წევს. მსგავსად ამისა, როდესაც სვამთ ხილის წვენს, თქვენს სხეულში გლუკოზას დონე იწევს. ჰომეოსტაზი დამოკიდებულია თქვენი სხეულის უნარზე, აღმოაჩინოს და წინააღმდეგობა გაუწიოს ამ ცვლილებებს.
ჰომეოსტაზის შენარჩუნების პროცესი, როგორც წესი, მოიცავს უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟებს. ეს მარყუჟები უპირისპირდება სტიმულებს, რომლებიც მათ ააქტიურებს. მაგალითად, თუკი თქვენი სხეულის ტემპერატურა ძალიან მაღალია, უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟი ისე იმოქმედებს, რომ ის დაწიოს დადგენილ ნორმამდე, ანუ სამიზნე მაჩვენებლამდე, რომელიც
როგორ მუშაობს ეს? პირველ ყოვლისა, მაღალ ტემპერატურას აფიქსირებენ სენსორები — დიდწილად ნერვული უჯრედები, რომლებსაც დაბოლოებები აქვთ თქვენს კანსა და ტვინში — და ამ ინფორმაციას თქვენს ტვინში არსებულ ტემპერატურის მარეგულირებელ მართვის ცენტრს გადასცემენ. მართვის ცენტრი ამუშავებს ინფორმაციას და ააქტიურებს ეფექტორებს — მაგალითად, საოფლე ჯირკვლებს — რომელთა სამუშაოსაც სტიმულთან შეწინააღმდეგება და სხეულის ტემპერატურის დაკლება წარმოადგენს.
რა თქმა უნდა, სხეულის ტემპერატურა მხოლოდ მის სამიზნე მაჩვენებელს ზემოთ არ ხტება — შესაძლოა, იგი დაეცეს. ზოგადად, ჰომესტაზური წრებრუნვები მოიცავს უარყოფითი უკუკავშირის მინიმუმ ორ მარყუჟს:
- ერთ-ერთი აქტიურდება მაშინ, როდესაც პარამეტრი — მაგალითად, სხეულის ტემპერატურა — დადგენილი ნორმის ზემოთაა და ეს მარყუჟი ისეა მოწყობილი, რომ ის ტემპერატურის კლებას იწვევს.
- მეორე მაშინ აქტიურდება, როდესაც პარამეტრი დადგენილი ნორმის ქვემოთაა და ის ისეა მოწყობილი, რომ პარამეტრი ნორმას დაუბრუნოს.
ეს იდეა უფრო გასაგები რომ გახდეს, მოდით, დაწვრილებით განვიხილოთ უკუკავშირების მარყუჟები, რომლებიც აკონტროლებს სხეულის ტემპერატურას.
ჰომეოსტაზური პასუხები ტემპერატურის რეგულაციის დროს
თუკი თქვენი სხეული ძალიან გახურდება ან ძალიან გაცივდება, თქვენი პერიფერიისა და ტვინის სენსორები თქვენს თავის ტვინში — კერძოდ, იმ რეგიონში, რომელსაც ჰიპოთალამუსი ეწოდება — არსებულ ტემპერატურის მარეგულირებელ ცენტრს შეატყობინებენ, რომ სხეულის ტემპერატურა დადგენილი ნორმიდან გადაიხარა.
მაგალითად, მონდომებით თუ ივარჯიშებთ, თქვენი სხეულის ტემპერატურა გასცდება დადგენილ ნორმას და დაგჭირდებათ იმ მექანიზმების გააქტიურება, რომლებიც გაგაგრილებთ. კანისკენ სისხლის დინება ასწრაფებს სითბოს დაკარგვას და ასევე შესაძლოა, გაოფლიანდეთ, რათა ოფლის აორთქლებამ გაგრილებაში შეგიწყოთ ხელი. სითბოს კარგვას მძიმედ სუნთქვაც ზრდის.
მეორე მხრივ, თუკი ცივ ოთახში ზიხართ და თბილად არ გაცვიათ, ტვინში არსებულ ტემპერატურის ცენტრს დასჭირდება ისეთი საპასუხო რეაქციების გამოწვევა, რომლებიც გაგათბობთ. კანისკენ სისხლის დინება მცირდება და თქვენ შესაძლოა, კანკალი დაიწყოთ, რათა თქვენმა კუნთებმა უფრო მეტი სითბო წარმოქმნას. აგრეთვე შეიძლება, „ბუსუსებმა დაგაყაროთ“ — რათა თქვენს სხეულზე არსებული თმა ყალყზე დადგეს და თქვენს კანთან ახლოს მდებარე ჰაერის ფენა დაიჭიროს — და გაიზარდოს იმ ჰორმონების გამოყოფა, რომლებიც სითბოს წარმოების გასაზრდელად გამოიყენება.
აღსანიშნავია, რომ დადგენილი ნორმა ყოველთვის მკაცრად ფიქსირებული არ არის და შესაძლოა, ცვალებადი იყოს. მაგალითად, სხეულის ტემპერატურა იცვლება 24-საათიანი პერიოდის განმავლობაში. ყველაზე მაღალ მაჩვენებელს ის გვიან შუადღით აღწევს, ყველაზე დაბალს კი — დილით ადრე.
უკუკავშირის დარღვევები ჰომეოსტაზსაც არღვევს.
ჰომეოსტაზი უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟებზეა დამოკიდებული. ამიტომ ნებისმიერმა რამემ, რაც ხელს უშლის უკუკავშირის მექანიზმებს, შეიძლება, დაარღვიოს ჰომეოსტაზი — და, როგორც წესი, ასეც ხდება ხოლმე! ადამიანის სხეულის შემთხვევაში ამან შეიძლება დაავადებაც გამოიწვიოს.
მაგალითად, დიაბეტი არის დაავადება, რომელსაც ჰორმონი ინსულინის მომცველი უკუკავშირის მარყუჟის დარღვევა წარმოქმნის. უკუკავშირის დარღვეული მარყუჟი ართულებს ან შეუძლებელს ხდის იმას, რომ სხეულმა შაქრის მაღალი დონე სისხლში ჯანმრთელობისთვის შესაფერის დონემდე დაწიოს.
დიაბეტში უკეთ გასარკვევად, მოდით, სისხლის შაქრის (გლუკოზას) რეგულაციის საფუძვლები განვიხილოთ. ჯანმრთელ ადამიანში სისხლში გლუკოზას დონეს ორი ჰორმონი აკონტროლებს: ინსულინი და გლუკაგონი.
ინსულინი ამცირებს სისხლში გლუკოზას კონცენტრაციას. მას შემდეგ, რაც საჭმელს მიირთმევთ, თქვენს სისხლში გლუკოზას დონე მატულობს, რაც ასტიმულირებს კუჭქვეშა ჯირკვლის β უჯრედებში ინსულინის სეკრეციას. ინსულინი მოქმედებს სიგნალივით, რომელიც სხეულის უჯრედებს, მაგალითად, ცხიმოვან და კუნთოვან უჯრედებს, მოუწოდებს, აიღონ გლუკოზა და საწვავის სახით გამოიყენონ ის. აგრეთვე ინსულინი გლუკოზას გილკოგენად — სამარაგო მოლეკულად — გარდაქმნის ღვიძლში. ორივე პროცესი სისხლს შაქრისგან ცლის, რის გამოც სისხლში შაქრის დონეს მცირდება, მცირდება ინსულინის სეკრეციაც და მთლიანი სისტემა ჰომეოსტაზსს უბრუნდება.
გლუკაგონი ამის საპირისპიროს აკეთებს: ის ზრდის გლუკოზას კონცენტრაციას სისხლში. თუკი უკვე დიდი ხანია, არ გიჭამიათ, თქვენს სისხლში შაქრის დონე ეცემა, რაც იწვევს კუჭქვეშა ჯირკვლის უჯრედების სხვა ჯგუფის, α უჯრედების, მიერ გლუკაგონის გამოთავისუფლებას. გლუკაგონი ღვიძლზე ზემოქმედებს, იწვევს გლიკოგენის გლუკოზად დაშლას და მის გაშვებას სისხლის მიმოქცევაში, რისი მეშვეობითაც სისხლში შაქრის დონე პირვანდელ მდგომარეობას უბრუნდება. ეს ამცირებს გლუკაგონის სეკრეციას და სისტემას ჰომეოსტაზში აბრუნებს.
დიაბეტი ან მაშინ ჩნდება, როდესაც ადამიანის კუჭქვეშა ჯირკვალს არ შეუძლია საკმარისი ინსულინის წარმოება, ან მაშინ, როდესაც სხეულის უჯრედები წყვეტენ ინსულინზე რეაგირებს, ან ორივეს ერთდროულად მოხდომის შემთხვევაში. ამ პირობებში სხეულის უჯრედები გლუკოზას მარტივად ვერ იღებენ, ამიტომ სისხლში შაქრის დონე საკვების მიღებიდან დიდი ხნის განმავლობაში მაღალ მაჩვენებელზე რჩება. ეს ორი მიზეზის გამო ხდება:
- კუნთოვანი და ცხიმოვანი უჯრედები ვერ იღებენ საკმარის გლუკოზას, ანუ საწვავს. ამის გამო ადამიანი თავს დაღლილად გრძნობს, ზოგჯერ კი, სულაც, მისი კუნთოვანი და ცხიმოვანი ქსოვილებიც იფიტება.
- სისხლში შაქრის მაღალი დონე ისეთ სიმპტომებს აჩენს, როგორებიცაა გახშირებული შარდვა, წყურვილი და დეჰიდრატაციაც (ორგანიზმის გაუწყლოება) კი. დროთა განმავლობაში ამან შეიძლება უფრო სერიოზული გართულებები გამოიწვიოს.
დადებითი უკუკავშირის მარყუჟები
ჰომეოსტაზური წრებრუნვები, როგორც წესი, უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟებით ხორციელდება. უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟის განმასხვავებელი თვისებაა ცვლილებასთან შეპირისპირება და პარამეტრის — მაგალითად, ტემპერატურის ან სისხლში შაქრის დონის — დაბრუნება მისთვის ჩვეულ მდგომარეობაში.
მიუხედავად ამისა, ზოგი ბიოლოგიური სისტემა დადებითი უკუკავშირის მარყუჟებს იყენებს. უარყოფითი უკუკავშირის მარყუჟებისგან განსხვავებით, დადებითი უკუკავშირის მარყუჟები აძლიერებენ საწყის სიგნალს. დადებითი უკუკავშირის მარყუჟები ძირითადად ისეთ პროცესებში გვხვდება, რომლებსაც ბიძგი სჭირდება დასასრულებლად, და არა მაშინ, როდესაც „სტატუს-კვოს“ შენარჩუნებაა საჭირო.
დადებითი უკუკავშირის მარყუჟი საქმეში ერთვება მშობიარობის დროს. მშობიარობისას ბავშვის თავი აწვება საშვილოსნოს ყელს — საშვილოსნოს ქვედა ნაწილს, რომლიდანაც უნდა გამოვიდეს ბავშვი — და ტვინის ნეირონებს ააქტიურებს. ნეირონები გზავნიან სიგნალს, რომელიც იწვევს ჰორმონ ოქსიტოცინის გამოთავისუფლებას ჰიპოფიზიდან.
ოქსიტოცინი ზრდის საშვილოსნოს შეკუმშვის სიხშირეს და, შესაბამისად, აწვება საშვილოსნოს ყელს. ეს იწვევს უფრო მეტი ოქსიტოცინის გამოყოფასა და კიდევ უფრო ძლიერ შეკუმშვებს. დადებითი უკუკავშირის მარყუჟი გრძელდება მანამ, სანამ ბავშვი არ დაიბადება.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.