Термин гомеостаз относится к поддержанию внутренней стабильности в ответ на изменения внешней среды. Применительно к биологическим системам гомеостаз может означать на уровне отдельных клеток или на уровне целого организма.
Термин «гомеостаз» может также относиться к одной физиологической функции или их совокупному результату, например, «кислотно-щелочной гомеостаз» vs. «гомеостаз» применительно к общему функционированию всего организма.
Поскольку процесс требует реакции на внешние агенты, клетки и организмы должны расходовать энергию для поддержания гомеостаза. В некоторых случаях примеры на микроскопическом уровне имитируют и проецируются на примеры повседневного или «макро» уровня.
Гомеостаз в целом
В любой системе, биологической или иной, в которой необходимо поддерживать определенный баланс, большинство нарушений которые вызывают реакцию клетки-хозяина или агента, действуют, чтобы противодействовать воздействию внешних агент. Например, если натрий концентрация жидкостей вашего тела повышается, ваши клетки «приказывают» мозгу транслировать это химическое состояние как жажду. В результате вы пьете воду, и концентрация натрия падает.
Так работает большинство гомеостатических механизмов: на основе негативный отзыв. Этот вид обратной связи предназначен для поддержания физических или химических значений на определенном уровне или в определенном диапазоне. Обычно это включает либо «включение» функции, либо «выключение» той же функции. Как вы увидите, только в человеческом теле это может принимать самые разные формы.
Гомеостаз: пример
Если в вашем доме есть термостат, вы живете в среде, в которой температура поддерживается за счет гомеостаза.
Допустим, температура термостата установлена на 65 ° F / 18 ° C. Если за ночь температура упадет ниже этих уровней, нагрев будет включаться до тех пор, пока температура не поднимется до уровня, установленного на термостате, а затем отключится. Это повседневные события, но как они происходят и как они связаны с гомеостазом в живых системах?
Приведенный выше пример иллюстрирует пять основных элементов гомеостаза в любой системе:
- Стимул: Падение температуры в доме.
- Рецептор: Термометр в термостате.
- Центр управления: Термостат сигнализирует об источнике тепла.
- Эффектор: Печь или другой вид тепловой энергии.
- Механизмы обратной связи: Источник тепла получает указание выключиться, когда температура вернется к желаемому уровню.
Клеточный гомеостаз
Клетки - это мельчайшие единицы жизни. В случае некоторых организмов, таких как бактерии, одна клетка является организм, тем самым устанавливая, что клетка каким-либо образом является представителем самой жизни. Так получилось, что клетка обладает определенными качествами, которые ученые тесно связывают с состоянием, называемым «жизнь», включая поддержание физической структуры, метаболизма, воспроизводства и гомеостаза.
Клетка обладает рядом гомеостатических механизмов, но роль клеточной мембраны, пожалуй, наиболее показательна. Клетки должны сохранять внутри себя концентрацию ключевых веществ, особенно электролиты такие как кальций, натрий и калий, в заданном диапазоне, а ионные каналы и насосы в мембране помогают добиться этого.
Гомеостаз в человеческом теле
Ваше собственное тело демонстрирует свои собственные средства обеспечения гомеостаза в различных аспектах своей внутренней среды.
Тепловой: Когда ваше тело становится слишком теплым, датчики на коже и головном мозге предупреждают ту часть мозга, которая может вызвать изменения, в данном случае вызывая потоотделение или расширяя поры кожи.
Глюкоза крови: Когда глюкоза становится слишком высоко, инсулин вырабатывается поджелудочной железой, чтобы снизить его. Когда уровень глюкозы в крови становится слишком низким, глюкагон высвобождается также из поджелудочной железы, чтобы вернуть его обратно.
Выделительная система: Когда уровень воды в вашем теле становится слишком низким по отношению к определенному ионы, почки выводят из организма большее количество рассматриваемых ионов, сохраняя при этом воду. При необходимости они могут работать в обратном порядке.