Mechanizmy homeostazy

Transkrypt

1 80 Mechanizmy homeostazy W organizmie nieustannie zachodzi ogromna ilość procesów biologicznych, wymagających względnie stałych warunków. Oznacza to, że parametry określające stan środowiska wewnętrznego mogą wahać się tylko w pewnych wąskich granicach, w tzw. zakresie tolerancji. Jednocześnie wartość parametrów fizykochemicznych środowiska otaczającego organizm waha się dość znacznie. Wpływ zmieniających się warunków zewnętrznych dość szybko doprowadziłby do zaburzeń w funkcjonowaniu organizmu, a w konsekwencji do śmierci, gdyby nie jego zdolność do zachowania względnie stałego środowiska wewnętrznego. Taki stan dynamicznej równowagi wewnętrznej nazywa się homeostazą. Jej utrzymanie polega na kontroli i regulacji (na zasadzie sprzężenia zwrotnego, głównie ujemnego) wartości najważniejszych parametrów wewnętrznego środowiska organizmu: temperatury ciała, ph krwi i płynów ustrojowych, ciśnienia osmotycznego i objętości płynów ustrojowych (czyli stanu nawodnienia organizmu), stężenia związków chemicznych w płynach ustrojowych (np. glukozy w osoczu), ciśnienia tętniczego krwi oraz zawartości tlenu i dwutlenku węgla we krwi. W kontroli biorą udział receptory (przede wszystkim chemoreceptory), które przekazują informacje do interpretatora (np. w przypadku temperatury ciała jest nim podwzgórze). Tam następuje sprawdzenie, czy wartość parametru środowiska wewnętrznego mieści się w zakresie tolerancji. Jeżeli aktualna wartość parametru wykracza poza ten zakres (jest zbyt wysoka lub zbyt niska), następuje uruchomienie mechanizmów korygujących. Mechanizmy te dzieli się na dwie grupy: fizjologiczne oraz behawioralne (zachowania). W utrzymaniu homeostazy ważną rolę odgrywają mechanizmy termoregulacji oraz praca wątroby. Zakres mechanizmów homeostatycznych Termoregulacja. Termoreceptory w skórze właściwej wykrywają zmiany jej temperatury wykraczające poza zakres tolerancji i wysyłają impulsy nerwowe do podwzgórza, które wywołuje reakcje przywracające optymalną temperaturę ciała. Regulacja ilości gazów oddechowych we krwi. Tlen musi zostać dostarczony do wszystkich komórek organizmu, a dwutlenek węgla (produkt oddychania komórkowego) musi zostać z nich usunięty. Obrona przed patogenami. Każdy człowiek jest nieustannie atakowany przez patogeny. W obronie organizmu przed patogenami biorą udział skóra, układ trawienny i układ odpornościowy. Utrzymywanie równowagi wodno-elektrolitowej. Odpowiednie stężenia wody i jonów w organizmie są utrzymywane głównie przez nerki. Ważną rolę w tym procesie odgrywa również skóra, mniejszą układy oddechowy i pokarmowy. Osmoreceptory nadzorują stężenia płynów i jonów we krwi, stymulując wydzielanie hormonów regulacyjnych. W nerkach odbywa się resorpcja (odzysk) wody i jonów sodu z krwi w odpowiedzi na stężenia hormonu ADH (wazopresyny) i aldosteronu. Zapewnianie dopływu składników pokarmowych. Aby utrzymywać zapasy energii w organizmie, niezbędne jest przyjmowanie pożywienia i napojów. Dzięki hormonalnej regulacji stężenia glukozy we krwi komórki dysponują stałą ilością energii. Insulina umożliwia komórkom ciała wchłanianie glukozy po posiłku. W razie potrzeby glukagon powoduje uwalnianie glukozy z wątroby. Naprawa uszkodzeń. Uszkodzenie tkanek ciała wyzwala reakcję obronną w postaci stanu zapalnego. Pojawia się ból, obrzęk, zaczerwienienie i gorączka. Krwinki białe, wśród nich również fagocyty, kierują się do miejsca uszkodzenia. Stan zapalny zostaje wywołany i zakończony przez sygnały chemiczne (np. histaminę i prostaglandyny). Koordynowanie odpowiedzi na bodźce. Organizm stale odbiera bodźce pochodzące z otoczenia. Mózgowie dzieli je na wymagające reakcji oraz takie, które reakcji nie wymagają. Do koordynowania odpowiedzi służą sygnały nerwowe oraz hormonalne. Proste reakcje nerwowe (odruchy) następują szybko. Uzyskanie odpowiedzi hormonalnej wymaga dłuższego czasu i sama odpowiedź również trwa dłużej. 1 stres Zasada ujemnego sprzężenia zwrotnego stałe, optymalne środowisko komórkowe (poziom regulacji) uaktywnienie mechanizmu korekcyjnego 3 powrót do stanu optymalnego Efektory, np. mięsień lub gruczoł, reagują na zmianę warunków. Zmiana warunków środowiska wewnętrznego. Zmiana warunków zewnętrznych. Receptor wykrywa zmianę warunków. 1 Stres bądź zakłócenie równowagi powodują odchylenie warunków środowiska wewnętrznego od stanu optymalnego. Receptory wykrywają stres, w wyniku czego zostają uruchomione mechanizmy korekcyjne. 3 Działanie mechanizmów korekcyjnych zmierza do przywrócenia warunków z zakresu tolerancji. wysłany sygnał Ośrodek w mózgowiu lub rdzeniu kręgowym koordynuje odpowiedź. wysłany sygnał BIOLOGIA Z TANGRAMEM 1. Opisz rolę mechanizmów ujemnego sprzężenia zwrotnego w zachowaniu homeostazy organizmu.. Podaj dwa mechanizmy mające na celu przywrócenie homeostazy po infekcji czynnikiem chorobotwórczym.

2 Termoregulacja 81 Ośrodek regulacji temperatury organizmu znajduje się w podwzgórzu. Utrzymuje on względnie stałą ciepłotę ciała, tj. około 37 C. Podwzgórze reaguje bezpośrednio na zmiany swojej temperatury, a także na impulsy nerwowe pochodzące z receptorów umieszczonych w skórze: termoreceptorów ciepła wykrywających wzrost temperatury skóry powyżej 37,5 C i termoreceptorów zimna wykrywających jej spadek poniżej 35,8 C. W odpowiedzi na zmiany temperatury podwzgórze koordynuje Przeciwdziałanie spadkowi ciepłoty ciała Ośrodek zachowania ciepła w podwzgórzu monitoruje spadek temperatury skóry lub wnętrza ciała poniżej 35,8 C i stymuluje odpowiedź polegającą na podniesieniu ciepłoty ciała przez intensywniejsze wydzielanie energii cieplnej w organizmie. Informacja wyzwalająca tę odpowiedź jest przenoszona przede wszystkim za pośrednictwem nerwów współczulnych autonomicznego układu nerwowego. reakcje nerwowe i hormonalne, których celem jest utrzymanie stałej temperatury ciała. Jednym z mechanizmów obronnych organizmu jest gorączka. Toksyny wytwarzane przez czynniki chorobotwórcze oraz substancje wydzielane przez niektóre krwinki białe powodują, że podnosi się zakres utrzymywanej przez podwzgórze temperatury. Podwyższona temperatura ciała stymuluje odpowiedź układu odpornościowego, a zarazem utrudnia namnażanie się niektórych patogenów. Przeciwdziałanie przegrzaniu organizmu Ośrodek eliminacji ciepła w podwzgórzu monitoruje wzrost temperatury skóry bądź wnętrza ciała powyżej 37,5 C i stymuluje odpowiedź polegającą na obniżeniu ciepłoty ciała przez intensywniejsze oddawanie energii cieplnej do otoczenia. Informacja wyzwalająca tę odpowiedź jest przenoszona przede wszystkim za pośrednictwem nerwów przywspółczulnych autonomicznego układu nerwowego. Metabolizm Tyroksyna (wraz z adrenaliną) zwiększa szybkość przemiany materii, przez co zwiększa się wydzielanie energii cieplnej w organizmie. W bardzo niskich temperaturach adrenalina i tyroksyna znacznie przyspieszają spalanie węglowodanów w wątrobie i mięśniach szkieletowych oraz rozkład tłuszczów w tkance tłuszczowej. Zwiększa to wydzielanie energii cieplnej w organizmie. Aktywność mięśniowa Intensywniejsza praca mięśni (w tym dreszcze) powoduje wydzielanie większej ilości energii cieplnej. Reakcje naczynioruchowe Poprzez zwężenie naczyń krwionośnych zostaje zmniejszony dopływ krwi do skóry. Powoduje to zmniejszenie wydzielania energii cieplnej do otoczenia. Kurczą się mięśnie unoszące włosy na całym ciele. Czynniki powodujące wychłodzenie organizmu czynniki zewnętrzne, np. wiatr, znaczna różnica temperatur między ciałem a otoczeniem, niewłaściwy ubiór czynniki wewnętrzne, np. brak aktywności ruchowej, odwodnienie lub wstrząs Czynniki powodujące wzrost ciepłoty ciała pobieranie energii cieplnej bezpośrednio z otoczenia intensywna aktywność fizyczna infekcje nadmierne zapasy tłuszczu utrudniające pozbywanie się energii cieplnej Pocenie Intensywniejsze pocenie się powoduje chłodzenie skóry. Metabolizm Spowolnienie procesów metabolicznych powoduje ograniczenie wydzielania energii cieplnej w organizmie. Aktywność mięśniowa Zmniejszenie napięcia mięśniowego powoduje ograniczenie wydzielania energii cieplnej worganizmie. Reakcje naczynioruchowe Poprzez rozszerzenie naczyń krwionośnych zostaje zwiększony dopływ krwi do skóry. Powoduje to intensywniejsze wydzielanie energii cieplnej do otoczenia. Mięśnie unoszące włosy rozluźniają się. 1. Podaj dwa mechanizmy, które mogą zostać wykorzystane przez organizm do obniżenia temperatury ciała po intensywnym wysiłku fizycznym.. Opisz rolę następujących elementów w regulacji temperatury wewnętrznej ciała: a) podwzgórze:... b) skóra:... c) hormony: Wyjaśnij, dlaczego parowanie potu powoduje chłodzenie skóry. 4. Wyjaśnij, jaką rolę odgrywają tzw. pirogeny w powstawaniu gorączki.

3 8 Rola wątroby w utrzymywaniu homeostazy 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. Funkcje homeostatyczne wątroby 1. Wydzielanie żółci, która ułatwia trawienie i wchłanianie tłuszczów.. Rozkład substancji pokarmowych na proste związki chemiczne oraz regulacja ich przepływu do poszczególnych części ciała. 3. Synteza glukozy (po wyczerpaniu zapasów glikogenu) z surowców niewęglowodanowych w procesie glukoneogenezy. 4. Wytwarzanie heparyny i białek osocza (np. albumin, globulin, fibrynogenu). 5. Magazynowanie żelaza, miedzi i niektórych witamin (A, D, E, K, B 1 ). 6. Przekształcanie nadmiaru aminokwasów w łatwo usuwany przez nerki mocznik (w cyklu mocznikowym). 7. Neutralizowanie trucizn lub przekształcanie ich w związki mniej szkodliwe. 8. Fagocytowanie niektórych komórek krwi. 9. Syntetyzowanie cholesterolu z acetyloco-a. SUBSTANCJE OBECNE WPRZEWODZIE POKARMOWYM WĄTROBA Metabolizm węglowodanów i lipidów SUBSTANCJE OBECNE WE KRWI cukry glikogeneza (synteza glikogenu) w obecności insuliny glikogen glikogenoliza (rozpad glikogenu) w obecności glukagonu glukoza lipidy tłuszcze kwasy tłuszczowe oraz glicerol adrenalina, glukokortykoidy glicerol glukoneogeneza (synteza glukozy) glukoza Metabolizm białek nadmiar aminokwasów endogennych synteza aminokwasów deaminacja, czyli odłączanie od aminokwasu grupy amonowej, w którego wyniku wydzielają się α-ketokwas i amoniak α-ketokwas + NH 3 nowe aminokwasy wytwarzane wmiarępotrzeb aminokwasy oddychanie komórkowe (cykl Krebsa) lub CO cykl mocznikowy mocznik przekształcane wglikogen synteza białek osocza Magazynowanie i detoksykacja Wytwarzany w procesie deaminacji silnie toksyczny amoniak przekształcany jest w rozpuszczalny związek mocznik usuwany następnie z organizmu. białka osocza albuminy globuliny fibrynogen protrombina sole mineralne witaminy magazynowanie żelaza, miedzi oraz witamin rozpuszczalnych wtłuszczach detoksykacja i/lub rozkład w komórkach wątroby hormony toksyny krew w żyle wrotnej wątroby rozkład hemoglobiny wydzielanie bilirubiny (barwnika żółciowego) żelazo 1. Wyjaśnij, do czego organizm wykorzystuje cholesterol syntetyzowany m.in. przez komórki wątroby.

4 Organizm jest narażony na działanie czynników środowiska zewnętrznego, które zakłócają jego czynności, a w sytuacji, gdy ich działanie się przedłuża, są zagrożeniem dla homeostazy organizmu. Czynniki te nazywa się stresorami, a odpowiedź organizmu na ich działanie stresem. Pojęcia stresora i stresu są bardzo nieprecyzyjne. Oprócz zewnętrznych czynników fizycznych, takich jak wzrost temperatury otoczenia, brak tlenu czy głód, oraz wewnętrznych, np. wzrost temperatury ciała lub stany zapalne, do stresorów zalicza się również czynniki wywierające wpływ na psychikę, m.in. lęk bądź silne napięcie emocjonalne. W każdym stresie po zadziałaniu stresora w organizmie wyzwala się reakcja alarmowa, która z kolei wyzwala reakcję mobilizacji. Reakcję alarmową inicjuje układ nerwowy. Polega ona na tym, że receptory rejestrują zmiany i wysyłają odpowiednie sygnały do ośrodkowego układu nerwowego, a konkretnie do podwzgórza. Tam informacje są analizowane i jeśli zostaną zinterpretowane jako zagrożenie dla organizmu, to podwzgórze za pośrednictwem hormonu kortykoliberyny (CRH) stymuluje przysadkę mózgową do wydzielania adrenokortykotropiny (ACTH). Hormon ten pobudza rdzeń nadnerczy do wydzielania adrenaliny Stres i noradrenaliny, które oddziałując na różne narządy i tkanki, przygotowują organizm do przetrwania sytuacji stresowej. Wzrost poziomu adrenaliny zwrotnie oddziałuje na podwzgórze i tym samym wywołuje reakcję mobilizacji. Podwzgórze ponownie stymuluje przysadkę, która z kolei pobudza korę nadnerczy do wydzielania kortyzolu, hormonu wzmacniającego działanie adrenaliny i noradrenaliny. Przede wszystkim powoduje on mobilizację rezerw energetycznych i umożliwia zaspokojenie zwiększonego zapotrzebowania organizmu na energię. Podczas reakcji mobilizacji występujestannapięciaemocjonalnego,odczuwasięlekkiezdenerwowanie oraz ogólną chęć do działania. Organizm jest dobrze przygotowany na przetrwanie krótkotrwałego stresu. Natomiast długotrwały stres, a co za tym idzie permanentnie utrzymujący się podwyższony poziom we krwi hormonów stresowych, czyli adrenaliny, noradrenaliny oraz kortyzolu, prowadzi do reakcji wyczerpania. Pojawiają się wtedy niekorzystne dla organizmu objawy, tj. mniejsza odporność, zaburzenia funkcjonowania, co w konsekwencji może doprowadzić do śmierci organizmu. Stałe działanie kortyzolu zwiększa ryzyko wystąpienia nadciśnienia, wrzodów żołądka, cukrzycy czy astmy. 83 Fizjologiczny mechanizm stresu czynnik stresowy podwzgórze kortykoliberyna (CRH) przysadka mózgowa adrenokortykotropina (ACTH) rdzeń nadnerczy adrenalina i noradrenalina zwężenie naczyń krwionośnych skóry i narządów wewnętrznych kora nadnerczy kortyzol zwiększenie ciśnienia krwi rozszerzenie naczyń krwionośnych mięśni przyspieszenie akcji serca przyspieszenie metabolizmu białek i lipidów rozszerzenie oskrzeli i intensyfikacja wentylacji płuc nasilenie pocenia się zwiększenie stężenia glukozy we krwi oraz stymulacja syntezy glukozy intensyfikacja rozpadu białek, lipidów i glikogenu przyspieszenie syntezy glukozy intensyfikacja syntezy glikogenu zwiększenie aktywności umysłowej zwiększenie aktywności fizycznej obniżenie aktywności układu odpornościowego 1. Wymień trzy sposoby radzenia sobie ze stresem.

5 84 Powtórzenie 1. a) Na schemacie skóry zaznacz wymienione struktury: gruczoł potowy, naczynie krwionośne, mięsień prostownik włosa, gruczoł łojowy, utkanie podskórne. b) Napisz, która z tych struktur nie pełni funkcji termoregulacyjnej.. Zaznacz zdanie, które poprawnie uwzględnia udział układów nerwowego i dokrewnego w utrzymaniu homeostazy w organizmie. A. Tylko układ dokrewny bierze udział w utrzymaniu homeostazy w organizmie. B. Tylko układ nerwowy bierze udział w utrzymaniu homeostazy w organizmie. C. Zarówno układ nerwowy, jak i dokrewny biorą udział utrzymaniu homeostazy w organizmie. D. Ani układ nerwowy, ani dokrewny nie biorą udziału w utrzymaniu homeostazy w organizmie. 3. Naskórek to zewnętrzna warstwa skóry, zbudowana z kilkunastu rzędów komórek zwanych keratynocytami. Wytwarzają one białko keratynę. Wskaż zależność pomiędzy obecnością keratyny w skórze a funkcją skóry. 4. Gruczoły potowe występują licznie w skórze w okolicach czoła, grzbietu, pod pachami i w pachwinach. Wydzielany przez nie pot zawiera około 98% wody. a) Wymień dwa inne związki, które mogą wchodzić w skład potu. b) Podaj dwie funkcje, oprócz termoregulacyjnej, jakie może pełnić pot w organizmie. 5. Poniższe stwierdzenia opisują etapy mechanizmów podlegających zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego. Podaj właściwą kolejność tych etapów. A. włączenie mechanizmów korekcyjnych B. wykrycie przez receptory zmian w środowisku wewnętrznym organizmu C. stres lub zakłócenie równowagi organizmu D. przywrócenie warunków z zakresu tolerancji E. odchylenie parametrów środowiska wewnętrznego od stanu optymalnego 6. Wymień etapy stresu i wyjaśnij, co się podczas ich trwania dzieje w organizmie.