HOMEOSTASIS DEFINED

Jedną z cech definiujących ciepłokrwiste zwierzęta, takie jak ludzie, jest zdolność do utrzymania temperatury ciała, która różni się od temperatury otoczenia. Średnia temperatura ciała człowieka wynosi 98,6°F (37°C), a ciało zużywa dość dużo energii, aby zapewnić, że ta temperatura pozostaje względnie stała; nazywamy to punktem nastawy temperatury ciała. W całym organizmie występują różne punkty nastawcze dla różnych układów. Na przykład, wartość graniczna glukozy (cukru we krwi) wynosi 85 mg/dl, a wartość graniczna sodu 142 mmol/L. Organizm wykorzystuje różne narządy i układy narządów, aby zapewnić, że pewne zmienne pozostają jak najbliżej ich wartości zadanej, lub przynajmniej w normalnym zakresie. Na przykład, bez pomocy odzieży ciało ludzkie ma niezwykłą zdolność do utrzymywania zmiennej temperatury ciała pomiędzy 98°F a 100°F, nawet jeśli znajduje się w warunkach środowiskowych, które wahają się od 68°F do 130°F. Jak ciało pozostaje ciepłe przy 68°F i chłodne przy 130°F?

Aby pozostać ciepłym, ciało może zwiększyć metabolizm, może przekierować przepływ krwi z dala od powierzchni, lub może spowodować drżenie mięśni. Wszystkie te mechanizmy generują ciepło. Oczywiście moglibyśmy również użyć naszych wyższych zdolności poznawczych i założyć jakieś ubranie. Aby się nie wychłodzić, ciało uwalnia kropelki wody na powierzchni skóry, tworząc pot, który rozprasza ciepło, gdy woda wyparowuje. Być może najbardziej interesujące jest to, że pocenie się, drżenie i zmiana kierunku przepływu krwi zachodzą automatycznie; innymi słowy, nie kontrolujemy ich świadomie, one po prostu wydają się dziać. Ta automatyczna właściwość ludzkiego ciała do regulowania zmiennych została zaobserwowana i zdefiniowana przez Claude’a Bernarda w 1854 roku. Następnie w 1926 roku Walter Cannon nazwał ten proces homeostazą. Homeostaza, jak wiele naukowych słów, jest z greckiego pochodzenia były homeo oznacza „podobne lub takie same” i stasis oznacza „stojąc w miejscu lub pozostając takie same.” Homeostaza wtedy, z definicji, jest zdolność organizmu do utrzymania stosunkowo stabilne warunki wewnętrzne (środowisko wewnętrzne), mimo że świat zewnętrzny (środowisko zewnętrzne) jest zmiana. Środowisko wewnętrzne jest zdefiniowane jako płyn, który otacza komórki.

Jak zostanie wyjaśnione, ciało ludzkie przechodzi wiele bardzo złożonych interakcji, aby utrzymać homeostazę, zapewniając, że systemy funkcjonują, aby utrzymać różne zmienne w ich normalnych zakresach. Interakcje te są niezbędne do przetrwania organizmu. Niezdolność do utrzymania homeostazy może prowadzić do śmierci lub chorób takich jak: cukrzyca, odwodnienie, hipertermia, a nawet reakcje alergiczne.

HOMEOSTATYCZNE SYSTEMY KONTROLI

Aby wyjaśnić, jak działa homeostaza, przyjrzyjmy się zmianom, które zachodzą w celu utrzymania temperatury ciała. Skąd ciało wie, kiedy ma się trząść lub pocić? Pierwszym krokiem do rozpoznania zmiany temperatury jest zdolność do wykrycia zmiany temperatury. W organizmie ta funkcja jest przypisana receptorowi, który jest rodzajem czujnika, który monitoruje środowisko i wykrywa zmiany w zmiennych. Kiedy warunki powodują zmianę w zmiennej, nazywamy je bodźcami. Gdy receptor wykryje zmianę, przekazuje ją do centrum sterowania. Ośrodki sterowania znajdują się w całym organizmie, często w mózgu, i są odpowiedzialne za określenie punktu nastawy i odpowiedniego sposobu działania w celu skorygowania odchyleń od punktu nastawy. Centra sterowania dyktują kierunek działania, komunikując się z efektorami. Efektor zapewnia środki do skorygowania odchylenia. Jeśli chodzi o regulację temperatury, centrum sterowania znajduje się w podwzgórzu, małym regionie w mózgu, a efektory to mięśnie szkieletowe (drżenie), gruczoły potowe (pocenie się) i naczynia krwionośne. Interesujące jest również to, że organizm ludzki może zmienić wartość zadaną dla danej zmiennej. Zmiana ta jest na ogół tymczasowa i korzystna. Na przykład, w odpowiedzi na infekcje, punkt nastawczy dla temperatury ciała może zmienić się na wyższą wartość, co nazywamy gorączką. Ten wzrost temperatury pomaga układ odpornościowy w eliminacji patogenu.

Niezbędnym składnikiem homeostazy jest komunikacja. Komunikacja w organizmie występuje przede wszystkim przez dwa systemy: układ nerwowy i układ hormonalny. Niezależnie od zastosowanego systemu, jeśli komunikacja płynie w kierunku centrum sterowania z receptora, jest określana jako droga dośrodkowa. Jeśli informacja płynie z centrum kontroli do efektora, jest to określane jako ścieżka eferentna. Receptor, droga aferentna, centrum sterowania, droga eferentna i efektor tworzą wspólnie system kontroli homeostatycznej. Zasadniczo wszystkie narządy i tkanki ciała są częścią systemów kontroli homeostatycznej i pełnią funkcje, które pomagają w utrzymaniu środowiska wewnętrznego organizmu.

Obraz zmodyfikowany na podstawie obrazów mózgu i skóry z domeny publicznej. Pozostałe elementy wykonane odręcznie przez JS na BYU-I 2013.

1. Receptory w skórze i mózgu mogą wyczuwać temperaturę.

2. Informacja o temperaturze wędruje przez neurony aferentne do centrum sterowania. Centrum kontroli w tej historii jest podwzgórze (zielona kropka na obrazie mózgu).

3. Podwzgórze ocenia, gdzie temperatura jest w stosunku do punktu nastawy (98,6). Podwzgórze wysyła wtedy sygnał poprzez neurony eferentne do skóry i tkanek mięśniowych.

4. Skóra i tkanki mięśniowe są efektorami. Jeśli centrum kontroli określa, że temperatura ciała jest powyżej punktu nastawy, a następnie naczynia krwionośne w skórze rozszerzają się, pozwalając więcej krwi bliżej powierzchni ciała. Gruczoły potowe w skórze produkują więcej wodnistego potu, który będzie wydzielany na powierzchni skóry i umożliwi uwalnianie ciepła w miarę odparowywania wody. Jeżeli centrum kontroli stwierdzi, że temperatura ciała jest niższa od punktu nastawy, wówczas naczynia krwionośne skóry zwężają się, aby utrzymać ciepłą krew w kierunku rdzenia ciała. Również gruczoły potowe przestają produkować pot. Mięśnie są kolejnym efektorem, kiedy jest zimno. Mięśnie zaczynają drżeć, co powoduje wytwarzanie ciepła w organizmie.

**Możesz użyć poniższych przycisków, aby przejść do następnego lub poprzedniego czytania w tym module**