معلومة

1.4.14.4: مقدمة في التوازن - علم الأحياء

1.4.14.4: مقدمة في التوازن - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما ستتعلم القيام به: ناقش أهمية التوازن في الحيوانات

تتكيف أعضاء وأنظمة الأعضاء الحيوانية باستمرار مع التغيرات الداخلية والخارجية من خلال عملية تسمى الاستتباب ("الحالة المستقرة"). حتى الحيوان الذي يبدو أنه غير نشط يحافظ على هذا التوازن الاستتبابي.


1.4.14.4: مقدمة في التوازن - علم الأحياء

يتم الحفاظ على التوازن من خلال استجابات الجسم للمحفزات الضارة ، مما يضمن الحفاظ على البيئة الفسيولوجية المثلى.

أهداف التعلم

نموذج لعملية التغذية الراجعة للتوازن

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • تحتوي آليات التحكم المتماثل على ثلاثة مكونات مترابطة على الأقل: مستقبل ، مركز تكامل ، ومستجيب.
  • يستشعر المستقبل المحفزات البيئية ، ويرسل المعلومات إلى مركز التكامل.
  • مركز التكامل ، بشكل عام منطقة من الدماغ تسمى منطقة ما تحت المهاد ، تشير إلى المستجيب (مثل العضلات أو العضو) للاستجابة للمنبهات.
  • تعمل الملاحظات الإيجابية على تحسين أو تسريع الإخراج الناتج عن الحافز المنشط. يعد تراكم الصفائح الدموية وتراكمها استجابة للإصابة مثالاً على ردود الفعل الإيجابية.
  • تعيد الملاحظات السلبية النظام إلى مستوى أدائه الطبيعي. تعتبر تعديلات ضغط الدم والتمثيل الغذائي ودرجة حرارة الجسم ردود فعل سلبية.

الشروط الاساسية

  • الاستتباب: قدرة نظام أو كائن حي على ضبط بيئته الداخلية للحفاظ على توازن مستقر ، مثل قدرة الحيوانات ذوات الدم الحار على الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للجسم.
  • ردود فعل سلبية: حلقة تغذية مرتدة تقلل فيها مخرجات النظام من النشاط الذي يسبب هذا الناتج.
  • ردود الفعل الإيجابية: حلقة التغذية الراجعة التي يتم فيها زيادة مخرجات النظام من خلال التأثير الخاص بالآلية & # 8217s على النظام الذي ينشئ هذا الإخراج.

أمثلة

عندما لا يكون لدى الفرد ما يكفي من الطعام ، يتكيف الجسم عن طريق إبطاء عملية التمثيل الغذائي بحيث ينفق سعرات حرارية أقل. هذا التكيف يحافظ على الطاقة المحدودة المتاحة من النظام الغذائي غير الكافي.

مفهوم الاستتباب

ينظم الاستتباب البيئة الداخلية للكائن الحي ويحافظ على حالة مستقرة وثابتة لخصائص مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة. يمكن أن يتأثر التوازن إما بالظروف الداخلية أو الخارجية ويتم الحفاظ عليه من خلال العديد من الآليات المختلفة. تحتوي جميع آليات التحكم المتماثل على ثلاثة مكونات مترابطة على الأقل للمتغير الذي يتم تنظيمه:

  • يكتشف المستشعر أو المستقبل التغيرات في البيئة الداخلية أو الخارجية. ومن الأمثلة على ذلك المستقبلات الكيميائية الطرفية ، التي تكتشف التغيرات في درجة الحموضة في الدم.
  • يتلقى مركز التكامل أو مركز التحكم معلومات من أجهزة الاستشعار ويبدأ الاستجابة للحفاظ على التوازن. والمثال الأكثر أهمية هو منطقة ما تحت المهاد ، وهي منطقة من الدماغ تتحكم في كل شيء من درجة حرارة الجسم إلى معدل ضربات القلب وضغط الدم والشبع (الامتلاء) وإيقاعات الساعة البيولوجية (دورات النوم والاستيقاظ).
  • المستجيب هو أي عضو أو نسيج يتلقى معلومات من مركز التكامل ويعمل على إحداث التغييرات اللازمة للحفاظ على التوازن. أحد الأمثلة على ذلك هو الكلى ، التي تحتفظ بالماء إذا كان ضغط الدم منخفضًا جدًا.

تعتبر المستشعرات والمركز الدمج والمؤثرات هي المكونات الأساسية لكل استجابة استتبابية. ردود الفعل الإيجابية والسلبية هي آليات أكثر تعقيدًا تمكن هذه المكونات الأساسية الثلاثة من الحفاظ على التوازن لعمليات فسيولوجية أكثر تعقيدًا.

ردود الفعل الإيجابية

ردود الفعل الإيجابية هي آلية يتم فيها تحسين المخرجات من أجل الحفاظ على التوازن. تم تصميم آليات ردود الفعل الإيجابية لتسريع أو تحسين الناتج الناتج عن الحافز الذي تم تنشيطه بالفعل. تم تصميم آليات التغذية الراجعة الإيجابية لدفع المستويات خارج النطاقات العادية. لتحقيق ذلك ، تبدأ سلسلة من الأحداث في عملية متتالية تُبنى لزيادة تأثير التحفيز. يمكن أن تكون هذه العملية مفيدة ولكنها نادرًا ما تستخدم لأنها قد تصبح غير قابلة للسيطرة عليها. من الأمثلة الإيجابية على التغذية المرتدة تراكم الصفائح الدموية وتجمعها ، والذي يؤدي بدوره إلى تخثر الدم استجابةً لإصابة الأوعية الدموية.

ردود فعل سلبية

تقلل آليات التغذية الراجعة السلبية المخرجات أو النشاط لإعادة العضو أو النظام إلى نطاق عمله الطبيعي. تنظيم ضغط الدم هو مثال على ردود الفعل السلبية. تحتوي الأوعية الدموية على مستشعرات تسمى مستقبلات الضغط تكتشف ما إذا كان ضغط الدم مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا وترسل إشارة إلى منطقة ما تحت المهاد. ثم يرسل الوطاء رسالة إلى القلب والأوعية الدموية والكلى ، والتي تعمل كمؤثرات في تنظيم ضغط الدم. إذا كان ضغط الدم مرتفعًا جدًا ، ينخفض ​​معدل ضربات القلب مع زيادة قطر الأوعية الدموية (توسع الأوعية) ، بينما تحتفظ الكلى بكمية أقل من الماء. قد تؤدي هذه التغييرات إلى عودة ضغط الدم إلى مستواه الطبيعي. تنعكس العملية عندما ينخفض ​​ضغط الدم ، مما يؤدي إلى انقباض الأوعية الدموية وزيادة احتباس الماء في الكلى.

حلقة التغذية الراجعة السلبية: يفرز الوطاء هرمون إفراز الكورتيكوتروبين (CRH) ، والذي يوجه الغدة النخامية الأمامية لإفراز هرمون قشر الكظر (ACTH). بدوره ، يوجه ACTH قشرة الغدة الكظرية لإفراز الجلوكوكورتيكويد ، مثل الكورتيزول. لا تؤدي القشرانيات السكرية وظائفها في جميع أنحاء الجسم فحسب ، بل تمنع أيضًا تحفيز إفرازات كل من الوطاء والغدة النخامية

التحكم في درجة الحرارة هو آلية ردود فعل سلبية أخرى. تنقل الخلايا العصبية المعلومات حول درجة حرارة الجسم إلى منطقة ما تحت المهاد. ثم يشير ما تحت المهاد إلى عدة مؤثرات لإعادة درجة حرارة الجسم إلى 37 درجة مئوية (نقطة التحديد). قد تشير المؤثرات إلى الغدد العرقية لتبريد الجلد وتحفيز توسع الأوعية حتى يتمكن الجسم من إطلاق المزيد من الحرارة.

إذا كانت درجة حرارة الجسم أقل من نقطة الضبط ، ترتجف العضلات لتوليد الحرارة ويساعد انقباض الأوعية الدموية الجسم على الاحتفاظ بالحرارة. هذا المثال معقد للغاية لأن منطقة ما تحت المهاد يمكن أن تغير نقطة ضبط درجة حرارة الجسم ، مثل رفعها أثناء الحمى للمساعدة في مكافحة العدوى. كل من الأحداث الداخلية والخارجية يمكن أن تحفز آليات ردود الفعل السلبية.

التحكم في التماثل الساكن: توضح هذه الصورة آليات التغذية الراجعة لعناصر التحكم التماثل الساكن.


عملية الاستتباب

الهدف من التوازن هو الحفاظ على التوازن حول نقطة أو قيمة تسمى أ نقطة محددة. في حين أن هناك تقلبات طبيعية من نقطة التحديد ، فإن أجهزة الجسم ستحاول عادةً العودة إلى هذه النقطة. يسمى التغيير في البيئة الداخلية أو الخارجية بالمنبه ويتم اكتشافه بواسطة مستقبلات استجابة النظام لضبط معامل الانحراف نحو نقطة التحديد. على سبيل المثال ، إذا أصبح الجسم دافئًا جدًا ، يتم إجراء تعديلات لتبريد الحيوان. إذا ارتفع مستوى الجلوكوز في الدم بعد تناول الوجبة ، يتم إجراء تعديلات لخفض مستوى الجلوكوز في الدم عن طريق إدخال المغذيات في الأنسجة التي تحتاجها أو تخزينها لاستخدامها لاحقًا.


وحدة الأحياء 1 2020

لكي تعمل الخلايا بشكل صحيح ، تتطلب الظروف المناسبة مثل درجة الحرارة المناسبة ودرجة الحموضة وتركيزات العديد من المواد الكيميائية. ومع ذلك ، قد تتغير هذه الظروف من لحظة إلى أخرى. الكائنات الحية قادرة على الحفاظ على الظروف الداخلية ضمن نطاق ضيق بشكل مستمر تقريبًا ، على الرغم من التغيرات البيئية ، من خلال عملية تسمى الاستتباب أو "الحالة المستقرة" - قدرة الكائن الحي على الحفاظ على ظروف داخلية ثابتة. على سبيل المثال ، تنظم العديد من الكائنات الحية درجة حرارة أجسامها في عملية تعرف باسم التنظيم الحراري. الكائنات الحية التي تعيش في المناخات الباردة ، مثل الدب القطبي ، لها هياكل جسدية تساعدها على تحمل درجات الحرارة المنخفضة والحفاظ على حرارة الجسم. في المناخات الحارة ، تمتلك الكائنات الحية طرقًا (مثل العرق عند البشر أو تلهث الكلاب) تساعدها على التخلص من حرارة الجسم الزائدة.

تحافظ الدببة القطبية والثدييات الأخرى التي تعيش في المناطق المغطاة بالجليد على درجة حرارة أجسامها عن طريق توليد الحرارة وتقليل فقد الحرارة من خلال الفراء الكثيف وطبقة كثيفة من الدهون تحت الجلد. (الائتمان: "longhorndave" / Flickr)


تأثير الاستتباب

يتضمن الاستتباب كلا من الاستجابات الفسيولوجية والسلوكية. فيما يتعلق بالسلوك ، قد تبحث عن ملابس دافئة أو بقعة من ضوء الشمس إذا بدأت تشعر بالبرودة. يمكنك أيضًا ثني جسمك للداخل وإبقاء ذراعيك مطويتين بالقرب من جسمك للحفاظ على الحرارة.

يمتلك الأشخاص أيضًا عددًا من الأنظمة الداخلية التي تساعد في تنظيم درجة حرارة الجسم ، باعتبارها ماصات للحرارة. عندما تنخفض درجة حرارة جسمك عن المعدل الطبيعي ، يستجيب عدد من ردود الفعل الفسيولوجية للمساعدة في استعادة التوازن. تنقبض الأوعية الدموية في أطراف الجسم لمنع فقدان الحرارة. يساعد الارتعاش أيضًا الجسم على إنتاج المزيد من الحرارة.

يستجيب الجسم أيضًا عندما تزيد درجات الحرارة عن المعدل الطبيعي. هل سبق لك أن لاحظت كيف تصبح بشرتك دافئة عندما تكون دافئًا جدًا؟ هذا هو جسمك الذي يحاول استعادة توازن درجة الحرارة. عندما تكون دافئًا جدًا ، تتمدد أوعيتك الدموية لإطلاق المزيد من حرارة الجسم. يعتبر التعرق طريقة شائعة أخرى لتقليل حرارة الجسم ، ولهذا السبب غالبًا ما ينتهي بك الأمر إلى الإحمرار والتعرق في يوم شديد الحرارة.


مقدمة

تلعب النباتات دورًا أساسيًا في جميع جوانب الحياة على هذا الكوكب ، وتشكيل التضاريس المادية ، والتأثير على المناخ ، والحفاظ على الحياة كما نعرفها. منذ آلاف السنين ، اعتمدت المجتمعات البشرية على النباتات للتغذية والمركبات الطبية ، وبالنسبة للعديد من المنتجات الثانوية الصناعية ، مثل الأخشاب والورق والأصباغ والمنسوجات. يوفر النخيل المواد بما في ذلك الروطان والزيوت والتمور. يزرع القمح لإطعام كل من البشر والحيوانات. يتم حصاد زهرة لوز القطن وتحويل أليافها إلى ملابس أو لب الورق. تقدر قيمة خشخاش الأفيون المبهرج كزهرة زينة وكمصدر للمركبات الأفيونية القوية.

يعتقد الفكر التطوري الحالي أن جميع النباتات أحادية النمط: أي من نسل سلف واحد مشترك. فرض الانتقال التطوري من الماء إلى الأرض قيودًا شديدة على أسلاف النباتات المعاصرة. كان على النباتات تطوير استراتيجيات لتجنب الجفاف ، وتفريق الخلايا التناسلية في الهواء ، والدعم الهيكلي ، وتصفية ضوء الشمس. في حين طورت نباتات البذور تكيفات سمحت لها بالتوطين حتى في أكثر الموائل الجافة على وجه الأرض ، لم يحدث الاستقلال التام عن الماء في جميع النباتات ، ولا تزال معظم النباتات الخالية من البذور تتطلب بيئة رطبة.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: سامانثا فاولر ، ريبيكا روش ، جيمس وايز
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: مفاهيم علم الأحياء
    • تاريخ النشر: 25 أبريل 2013
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/14-introduction

    © 12 كانون الثاني (يناير) 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    آليات التغذية الراجعة

    يمكن أن تكون آليات الملاحظات إيجابية أو سلبية. تعمل آلية التغذية الراجعة الإيجابية على تضخيم التغييرات أو زيادتها على النظام. في حلقة التغذية الراجعة الإيجابية ، يؤدي الإدخال إلى زيادة في المخرجات ، مما يؤدي إلى زيادة أخرى في المدخلات. يعد تنشيط إنزيم البيبسين في الجهاز الهضمي مثالاً على آلية التغذية الراجعة الإيجابية. يؤدي تناول الطعام إلى تحفيز المعدة على إفراز بروتين يسمى البيبسينوجين. يقوم حمض الهيدروكلوريك في المعدة بتحويل الببسينوجين إلى إنزيم البيبسين النشط. يشير وجود البيبسين إلى المعدة لإطلاق المزيد من جزيئات الببسين وتحويلها إلى بيبسين. تستمر العملية حتى يتوفر البيبسين الكافي لتحطيم الطعام المبتلع.

    في المقابل ، تميل آليات التغذية الراجعة السلبية إلى تثبيط أو "إيقاف" التغييرات في النظام. في حلقة التغذية الراجعة السلبية ، يؤدي الإدخال إلى زيادة في المخرجات ، مما يؤدي إلى انخفاض في المدخلات. يعتبر عمل منظم درجة حرارة الغرفة ، أو منظم الحرارة ، مثالًا جيدًا على آلية التغذية الراجعة السلبية. يوجد في قلب الترموستات شريط معدني يستجيب لتغيرات درجة الحرارة في الغرفة عن طريق إكمال أو تعطيل دائرة كهربائية. عندما تبرد الغرفة ، تكتمل الدائرة ، ويعمل الفرن ، وترتفع درجة الحرارة. عندما تصل درجة الحرارة إلى مستوى محدد مسبقًا ، تنكسر الدائرة ويتوقف الفرن وتنخفض درجة الحرارة.


    مقدمة

    أصبحت الأحرف الثلاثة "DNA" الآن مرادفة لحل الجريمة والاختبار الجيني. يمكن استرجاع الحمض النووي من الشعر أو الدم أو اللعاب. يعتبر الحمض النووي لكل شخص فريدًا ، ومن الممكن اكتشاف الاختلافات بين الأفراد داخل النوع على أساس هذه الميزات الفريدة.

    تحليل الحمض النووي له العديد من التطبيقات العملية التي تتجاوز الطب الشرعي. في البشر ، يتم تطبيق اختبار الحمض النووي على العديد من الاستخدامات: تحديد الأبوة ، وتتبع علم الأنساب ، وتحديد مسببات الأمراض ، والبحث الأثري ، وتتبع تفشي الأمراض ، ودراسة أنماط الهجرة البشرية. في المجال الطبي ، يُستخدم الحمض النووي في التشخيص وتطوير لقاحات جديدة وعلاج السرطان. من الممكن الآن تحديد الاستعداد للأمراض من خلال النظر في الجينات.

    تحتوي كل خلية بشرية على 23 زوجًا من الكروموسومات: مجموعة واحدة من الكروموسومات موروثة من الأم والمجموعة الأخرى موروثة من الأب. هناك أيضًا جينوم الميتوكوندريا ، الموروث حصريًا من الأم ، والذي يمكن أن يكون متورطًا في الاضطرابات الوراثية الموروثة. يوجد في كل كروموسوم آلاف الجينات المسؤولة عن تحديد النمط الجيني والنمط الظاهري للفرد. يُعرَّف الجين على أنه تسلسل من الحمض النووي يرمز لمنتج وظيفي. يحتوي الجينوم أحادي الصبغة البشرية على 3 مليارات زوج أساسي ويحتوي على ما بين 20000 و 25000 جين وظيفي.

    بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

    هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

      إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

    • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
      • المؤلفون: ماري آن كلارك ، ماثيو دوغلاس ، جونغ تشوي
      • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
      • عنوان الكتاب: Biology 2e
      • تاريخ النشر: 28 مارس 2018
      • المكان: هيوستن ، تكساس
      • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
      • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/14-introduction

      © 7 يناير 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


      إزالة النفايات والتحكم في المياه

      من المهم إزالة النفايات باستمرار من الجسم. إذا تركوا & # 8217re ، فإنهم ببساطة يستمرون في التراكم وهذا له تأثير سلبي على الجسم. نوعان من منتجات النفايات الرئيسية التي شكلها الجسم هما:

      • نشبع: هذا ناتج من نفايات التنفس ويتم إزالته بواسطة الرئتين عندما نتنفس.
      • اليوريا: ينتج هذا عندما يتم تكسير الأحماض الأمينية في الكلى. يتم إزالته عن طريق الكلى في البول ويتم تخزينه في المثانة حتى التبول.

      محتويات

      الكلمة الاستتباب يستخدم (/ ˌ h oʊ m i oʊ ˈ s t eɪ s ɪ s / [8] [9]) دمج أشكال هومو- و - ركيزة، لاتينية جديدة من اليونانية: ὅμοιος مثلي الجنس، "مماثلة" و στάσις ركود، "الوقوف" ، مما أسفر عن فكرة "البقاء على حاله".

      تم وصف مفهوم تنظيم البيئة الداخلية من قبل عالم وظائف الأعضاء الفرنسي كلود برنارد في عام 1849 ، والكلمة الاستتباب صاغها والتر برادفورد كانون في عام 1926. [10] [11] في عام 1932 ، كان جوزيف باركروفت عالم فيزيولوجي بريطاني ، أول من قال إن وظيفة الدماغ العليا تتطلب البيئة الداخلية الأكثر استقرارًا. وهكذا ، فإن الاستتباب بالنسبة إلى باركروفت لم يتم تنظيمه فقط بواسطة الدماغ - فالتوازن يخدم الدماغ. [12] الاستتباب هو مصطلح بيولوجي حصري تقريبًا ، يشير إلى المفاهيم التي وصفها برنارد وكانون ، فيما يتعلق بثبات البيئة الداخلية التي تعيش فيها خلايا الجسم وتعيش. [10] [11] [13] يتم تطبيق مصطلح علم التحكم الآلي على أنظمة التحكم التكنولوجية مثل منظمات الحرارة ، التي تعمل كآليات استتباب ، ولكن غالبًا ما يتم تعريفها على نطاق أوسع بكثير من المصطلح البيولوجي للتوازن. [5] [14] [15] [16]

      لا يمكن أن تحدث عمليات التمثيل الغذائي لجميع الكائنات الحية إلا في بيئات فيزيائية وكيميائية محددة للغاية. تختلف الظروف مع كل كائن حي ، وما إذا كانت العمليات الكيميائية تحدث داخل الخلية أو في السائل الخلالي الذي يغمر الخلايا. أفضل آليات الاستتباب المعروفة في البشر والثدييات الأخرى هي المنظمات التي تحافظ على تركيبة السائل خارج الخلية (أو "البيئة الداخلية") ثابتة ، خاصة فيما يتعلق بدرجة الحرارة ودرجة الحموضة والأسمولية وتركيزات الصوديوم والبوتاسيوم والجلوكوز وثاني أكسيد الكربون والأكسجين. ومع ذلك ، فإن عددًا كبيرًا من آليات الاستتباب الأخرى ، التي تشمل العديد من جوانب فسيولوجيا الإنسان ، تتحكم في كيانات أخرى في الجسم. عندما تكون مستويات المتغيرات أعلى أو أقل من تلك المطلوبة ، غالبًا ما تكون مسبوقة بـ مفرط و hypo-، على التوالي مثل ارتفاع الحرارة وانخفاض درجة حرارة الجسم أو ارتفاع ضغط الدم وانخفاض ضغط الدم.

      إذا كان الكيان خاضعًا للتحكم بشكل متماثل ، فهذا لا يعني أن قيمته ثابتة تمامًا بالضرورة في الصحة. يتم تنظيم درجة حرارة الجسم الأساسية ، على سبيل المثال ، من خلال آلية استتباب مع مستشعرات درجة الحرارة في ، من بين أمور أخرى ، منطقة ما تحت المهاد في الدماغ. [17] ومع ذلك ، يتم إعادة تعيين نقطة ضبط المنظم بانتظام. [١٨] على سبيل المثال ، تختلف درجة حرارة الجسم الأساسية عند البشر خلال النهار (أي لها إيقاع يومي) ، حيث تحدث أدنى درجات الحرارة في الليل ، وأعلى درجات الحرارة في فترة بعد الظهر. تشمل الاختلافات الطبيعية الأخرى في درجة الحرارة تلك المتعلقة بالدورة الشهرية. [19] [20] يتم إعادة ضبط نقطة ضبط منظم درجة الحرارة أثناء العدوى لإنتاج الحمى. [17] [21] [22] الكائنات الحية قادرة إلى حد ما على التكيف مع الظروف المتنوعة مثل التغيرات في درجات الحرارة أو مستويات الأكسجين في الارتفاع ، من خلال عملية التأقلم.

      التوازن لا يحكم كل نشاط في الجسم. [23] [24] على سبيل المثال ، تكون الإشارة (سواء كانت عن طريق الخلايا العصبية أو الهرمونات) من المستشعر إلى المستجيب ، بالضرورة ، شديدة التغير من أجل نقل المعلومات حول اتجاه وحجم الخطأ الذي اكتشفه المستشعر. [25] [26] [27] وبالمثل ، يجب أن تكون استجابة المستجيب قابلة للتعديل بشكل كبير لعكس الخطأ - في الواقع يجب أن تكون متناسبة للغاية (ولكن في الاتجاه المعاكس) للخطأ الذي يهدد البيئة الداخلية. [15] [16] على سبيل المثال ، يتم التحكم في ضغط الدم الشرياني في الثدييات بشكل متماثل ، ويتم قياسه عن طريق مستقبلات التمدد في جدران قوس الأبهر والجيوب السباتية في بدايات الشرايين السباتية الداخلية. [17] ترسل المستشعرات رسائل عبر الأعصاب الحسية إلى النخاع المستطيل للدماغ تشير إلى ما إذا كان ضغط الدم قد انخفض أو ارتفع ، ومقدار ذلك. ثم يوزع النخاع المستطيل الرسائل على طول الأعصاب الحركية أو الصادرة التي تنتمي إلى الجهاز العصبي اللاإرادي إلى مجموعة متنوعة من أعضاء المستجيب ، والتي يتم تغيير نشاطها بالتالي لعكس الخطأ في ضغط الدم. أحد أعضاء المستجيب هو القلب الذي يتم تحفيز معدله على الارتفاع (عدم انتظام دقات القلب) عندما ينخفض ​​ضغط الدم الشرياني ، أو يتباطأ (بطء القلب) عندما يرتفع الضغط فوق النقطة المحددة. [17] وبالتالي فإن معدل ضربات القلب (الذي لا يوجد له جهاز استشعار في الجسم) لا يتم التحكم فيه بشكل متماثل ، ولكنه أحد ردود الفعل المستجيبة لأخطاء ضغط الدم الشرياني. مثال آخر هو معدل التعرق. هذا هو أحد المؤثرات في التحكم المتساوي في درجة حرارة الجسم ، وبالتالي فهو متغير بدرجة كبيرة في نسبة تقريبية للحمل الحراري الذي يهدد بزعزعة درجة حرارة الجسم الأساسية ، حيث يوجد جهاز استشعار في منطقة ما تحت الدماغ.

      تحرير درجة الحرارة الأساسية

      تنظم الثدييات درجة حرارتها الأساسية باستخدام مدخلات من المستقبلات الحرارية في منطقة ما تحت المهاد ، والدماغ ، [17] [28] النخاع الشوكي ، والأعضاء الداخلية ، والأوردة الكبيرة. [29] [30] بصرف النظر عن التنظيم الداخلي لدرجة الحرارة ، يمكن أن تلعب عملية تسمى الترابط دورًا في تعديل السلوك للتكيف مع تحدي الظواهر الشديدة الحرارة أو شديدة البرودة (وغيرها من التحديات). [31] قد تشمل هذه التعديلات البحث عن الظل وتقليل النشاط أو البحث عن ظروف أكثر دفئًا وزيادة النشاط أو التجمهر. [32] التنظيم الحراري السلوكي له الأسبقية على التنظيم الحراري الفسيولوجي حيث يمكن أن تتأثر التغييرات الضرورية بسرعة أكبر كما أن التنظيم الحراري الفسيولوجي محدود في قدرته على الاستجابة لدرجات الحرارة القصوى. [33]

      عندما تنخفض درجة الحرارة الأساسية ، ينخفض ​​تدفق الدم إلى الجلد بسبب تضيق الأوعية الشديد. [17] ينخفض ​​تدفق الدم إلى الأطراف (التي لها مساحة كبيرة) بالمثل ، ويعود إلى الجذع عبر الأوردة العميقة التي تقع على طول الشرايين (مكونة الوريد المذنبة). [28] [32] [34] يعمل هذا كنظام تبادل للتيار المعاكس الذي يقصر الحرارة من الدم الشرياني مباشرة إلى الدم الوريدي العائد إلى الجذع ، مما يتسبب في الحد الأدنى من فقدان الحرارة من الأطراف في الطقس البارد. [28] [32] [35] الأوردة تحت الجلد ضيقة بشدة ، [17] ليس فقط تقليل فقدان الحرارة من هذا المصدر ، ولكن أيضًا دفع الدم الوريدي إلى نظام التيار المعاكس في أعماق الأطراف.

      يتم زيادة معدل الأيض ، مبدئيًا عن طريق التوليد الحراري غير المرتعش ، [36] يليه التوليد الحراري المرتعش إذا كانت التفاعلات السابقة غير كافية لتصحيح انخفاض حرارة الجسم.

      عندما تكتشف المستقبلات الحرارية ارتفاعًا في درجة الحرارة الأساسية ، يتم تحفيز الغدد العرقية الموجودة في الجلد عن طريق الأعصاب الودية الكولينية لإفراز العرق على الجلد ، والذي ، عندما يتبخر ، يبرد الجلد ويتدفق الدم من خلاله. اللهاث هو مؤثر بديل في العديد من الفقاريات ، حيث يبرد الجسم أيضًا عن طريق تبخر الماء ، ولكن هذه المرة من الأغشية المخاطية للحلق والفم.

      تحرير جلوكوز الدم

      يتم تنظيم مستويات السكر في الدم ضمن حدود ضيقة إلى حد ما. [37] أجهزة الاستشعار الأولية في الثدييات هي خلايا بيتا لجزر البنكرياس. [38] [39] تستجيب خلايا بيتا لارتفاع مستوى السكر في الدم عن طريق إفراز الأنسولين في الدم ، وفي نفس الوقت تثبيط خلايا ألفا المجاورة لها من إفراز الجلوكاجون في الدم. [38] يعمل هذا المزيج (ارتفاع مستويات الأنسولين في الدم وانخفاض مستويات الجلوكاجون) على الأنسجة المؤثرة ، وعلى رأسها الكبد والخلايا الدهنية وخلايا العضلات. يمنع الكبد من إنتاج الجلوكوز ، وتناوله بدلاً من ذلك ، وتحويله إلى الجليكوجين والدهون الثلاثية. يتم تخزين الجليكوجين في الكبد ، ولكن يتم إفراز الدهون الثلاثية في الدم على هيئة جزيئات بروتين شحمي منخفضة الكثافة جدًا (VLDL) يتم امتصاصها بواسطة الأنسجة الدهنية ، ليتم تخزينها على شكل دهون. تمتص الخلايا الدهنية الجلوكوز من خلال ناقلات الجلوكوز الخاصة (GLUT4) ، والتي تزداد أعدادها في جدار الخلية كتأثير مباشر للأنسولين الذي يعمل على هذه الخلايا. يتم تحويل الجلوكوز الذي يدخل الخلايا الدهنية بهذه الطريقة إلى دهون ثلاثية (عبر نفس مسارات التمثيل الغذائي التي يستخدمها الكبد) ثم يتم تخزينها في تلك الخلايا الدهنية مع الدهون الثلاثية المشتقة من VLDL والتي تم تصنيعها في الكبد. تقوم خلايا العضلات أيضًا بأخذ الجلوكوز من خلال قنوات الجلوكوز GLUT4 الحساسة للأنسولين وتحويله إلى جليكوجين عضلي.

      يؤدي انخفاض مستوى الجلوكوز في الدم إلى توقف إفراز الأنسولين وإفراز الجلوكاجون من خلايا ألفا إلى الدم. هذا يمنع امتصاص الجلوكوز من الدم عن طريق الكبد والخلايا الدهنية والعضلات. بدلاً من ذلك ، يتم تحفيز الكبد بقوة لتصنيع الجلوكوز من الجليكوجين (من خلال تحلل الجليكوجين) ومن مصادر غير كربوهيدراتية (مثل اللاكتات والأحماض الأمينية غير الأمينية) باستخدام عملية تعرف باسم استحداث السكر. [40] يتم تفريغ الجلوكوز الناتج في الدم لتصحيح الخطأ المكتشف (نقص السكر في الدم). يبقى الجليكوجين المخزن في العضلات في العضلات ، ويتفكك فقط ، أثناء التمرين ، إلى جلوكوز 6 فوسفات ومن ثم إلى البيروفات ليتم تغذيته في دورة حامض الستريك أو تحويله إلى لاكتات. فقط اللاكتات وفضلات دورة حامض الستريك هي التي يتم إرجاعها إلى الدم. يمكن للكبد أن يمتص اللاكتات فقط ، وبواسطة عملية استحداث الطاقة المستهلكة للطاقة يحولها مرة أخرى إلى الجلوكوز.

      تحرير مستويات الحديد

      تعديل تنظيم النحاس

      مستويات غازات الدم

      يتم إرسال التغييرات في مستويات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ودرجة الحموضة في البلازما إلى مركز الجهاز التنفسي ، في جذع الدماغ حيث يتم تنظيمها. يتم مراقبة الضغط الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني بواسطة المستقبلات الكيميائية الطرفية (PNS) في الشريان السباتي والقوس الأبهري. تم الكشف عن تغير في الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون مع تغير درجة الحموضة في السائل الدماغي الشوكي بواسطة المستقبلات الكيميائية المركزية (CNS) في النخاع المستطيل من جذع الدماغ. يتم إرسال المعلومات من هذه المجموعات من أجهزة الاستشعار إلى مركز الجهاز التنفسي الذي ينشط أعضاء المستجيب - الحجاب الحاجز وعضلات التنفس الأخرى. سيؤدي زيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الدم ، أو انخفاض مستوى الأكسجين ، إلى نمط تنفس أعمق وزيادة معدل التنفس لإعادة غازات الدم إلى التوازن.

      يمكن للقليل جدًا من ثاني أكسيد الكربون ، وبدرجة أقل ، وجود الكثير من الأكسجين في الدم أن يوقف التنفس مؤقتًا ، وهي حالة تُعرف باسم انقطاع النفس ، والتي يستخدمها المجففون لإطالة الوقت الذي يمكنهم فيه البقاء تحت الماء.

      يعد الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون عاملاً حاسماً في مراقبة الأس الهيدروجيني. [41] ومع ذلك ، على ارتفاعات عالية (أعلى من 2500 متر) ، تكون الأولوية لمراقبة الضغط الجزئي للأكسجين ، كما أن فرط التنفس يحافظ على ثبات مستوى الأكسجين. مع انخفاض مستوى ثاني أكسيد الكربون ، للحفاظ على درجة الحموضة عند 7.4 تفرز الكلى أيونات الهيدروجين في الدم وتفرز البيكربونات في البول. [42] [43] هذا مهم في التأقلم على ارتفاعات عالية. [44]

      تحرير محتوى الأكسجين في الدم

      تقيس الكلى محتوى الأكسجين بدلاً من الضغط الجزئي للأكسجين في الدم الشرياني. عندما يكون محتوى الأكسجين في الدم منخفضًا بشكل مزمن ، تفرز الخلايا الحساسة للأكسجين إرثروبويتين (EPO) في الدم. [45] النسيج المستجيب هو نخاع العظم الأحمر الذي ينتج خلايا الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء). تؤدي الزيادة في كرات الدم الحمراء إلى زيادة الهيماتوكريت في الدم ، وزيادة الهيموغلوبين لاحقًا مما يزيد من قدرة تحمل الأكسجين. هذه هي الآلية التي يتمتع بها سكان المرتفعات العالية من نسبة الهيماتوكريت أعلى من تلك الموجودة على مستوى سطح البحر ، وأيضًا لماذا الأشخاص الذين يعانون من قصور رئوي أو تحويلات من اليمين إلى اليسار في القلب (يمر من خلالها الدم الوريدي عبر الرئتين ويذهب مباشرة إلى الجهاز الجهازي) الدورة الدموية) لديها نسبة عالية من الهيماتوكريت بالمثل. [46] [47]

      بغض النظر عن الضغط الجزئي للأكسجين في الدم ، فإن كمية الأكسجين التي يمكن حملها تعتمد على محتوى الهيموجلوبين. قد يكون الضغط الجزئي للأكسجين كافياً على سبيل المثال في فقر الدم ، لكن محتوى الهيموجلوبين لن يكون كافياً وبالتالي سيكون محتوى الأكسجين كذلك. بالنظر إلى كمية كافية من الحديد وفيتامين B12 وحمض الفوليك ، يمكن لـ EPO تحفيز إنتاج كرات الدم الحمراء وإعادة محتوى الهيموجلوبين والأكسجين إلى طبيعته. [46] [48]

      تحرير ضغط الدم الشرياني

      يمكن للدماغ أن ينظم تدفق الدم عبر مجموعة من قيم ضغط الدم عن طريق تضيق الأوعية وتوسع الأوعية في الشرايين. [49]

      تراقب مستقبلات الضغط المرتفع التي تسمى مستقبلات الضغط في جدران القوس الأبهر والجيوب السباتية (في بداية الشريان السباتي الداخلي) ضغط الدم الشرياني. [50] يتم الكشف عن ارتفاع الضغط عندما تتمدد جدران الشرايين بسبب زيادة حجم الدم. يؤدي هذا إلى إفراز خلايا عضلة القلب هرمون الببتيد الأذيني المدر للصوديوم (ANP) في الدم. يعمل هذا على الكلى لتثبيط إفراز الرينين والألدوستيرون مما يتسبب في إفراز الصوديوم والماء المصاحب في البول وبالتالي تقليل حجم الدم. [51] ثم يتم نقل هذه المعلومات ، عبر ألياف عصبية واردة ، إلى النواة المنفردة في النخاع المستطيل. [52] من هنا يتم تحفيز الأعصاب الحركية التي تنتمي إلى الجهاز العصبي اللاإرادي للتأثير بشكل رئيسي على نشاط القلب والشرايين ذات القطر الأصغر والتي تسمى الشرايين. الشرايين هي أوعية المقاومة الرئيسية في شجرة الشرايين ، والتغيرات الصغيرة في القطر تسبب تغيرات كبيرة في مقاومة التدفق من خلالها. عندما يرتفع ضغط الدم الشرياني ، يتم تحفيز الشرايين على التمدد مما يسهل على الدم مغادرة الشرايين ، وبالتالي تفريغها وإعادة ضغط الدم إلى طبيعته. في الوقت نفسه ، يتم تحفيز القلب عن طريق الأعصاب السمبتاوي الكولينية للنبض بشكل أبطأ (يسمى بطء القلب) ، مما يضمن تقليل تدفق الدم إلى الشرايين ، مما يزيد من انخفاض الضغط ، وتصحيح الخطأ الأصلي.

      يؤدي انخفاض الضغط في الشرايين إلى الانعكاس المعاكس لانقباض الشرايين وتسريع معدل ضربات القلب (يُسمى عدم انتظام دقات القلب). إذا كان الانخفاض في ضغط الدم سريعًا جدًا أو مفرطًا ، فإن النخاع المستطيل يحفز النخاع الكظري ، عبر الأعصاب الودية "قبل العقدة" ، لإفراز الأدرينالين (الأدرينالين) في الدم. يعزز هذا الهرمون من عدم انتظام دقات القلب ويسبب تضيقًا شديدًا في الشرايين لجميع الأعضاء باستثناء العضو الأساسي في الجسم (خاصة القلب والرئتين والدماغ). عادة ما تصحح هذه التفاعلات انخفاض ضغط الدم الشرياني (انخفاض ضغط الدم) بشكل فعال للغاية.

      تحرير مستويات الكالسيوم

      يتم التحكم بشدة في تركيز الكالسيوم المتأين بالبلازما (Ca 2+) بواسطة زوج من آليات التماثل الساكن. [53] يقع المستشعر الأول في الغدد جارات الدرقية ، حيث تستشعر الخلايا الرئيسية مستوى الكالسيوم +2 عن طريق مستقبلات الكالسيوم المتخصصة في أغشيتها. مجسات الثانية هي الخلايا المجاورة للجريب في الغدة الدرقية. تفرز الخلايا الجار درقية الرئيسية هرمون الغدة الجار درقية (PTH) استجابة لانخفاض مستوى الكالسيوم المتأين بالبلازما ، تفرز الخلايا المجاورة للجراب في الغدة الدرقية الكالسيتونين استجابة لارتفاع مستوى الكالسيوم المتأين بالبلازما.

      أعضاء المستجيب لآلية الاستتباب الأولى هي العظام والكلى ، وعن طريق الهرمون الذي تطلقه الكلى في الدم استجابةً لمستويات الهرمون الجارعي المرتفعة في الدم ، الاثني عشر والصائم. يتسبب هرمون الغدة الجار درقية (بتركيزات عالية في الدم) في ارتشاف العظام ، مما يؤدي إلى إطلاق الكالسيوم في البلازما. هذا إجراء سريع للغاية يمكنه تصحيح خطر نقص كالسيوم الدم في غضون دقائق. تؤدي التركيزات العالية من هرمون PTH إلى إفراز أيونات الفوسفات عن طريق البول. نظرًا لأن الفوسفات يتحد مع أيونات الكالسيوم لتكوين أملاح غير قابلة للذوبان (انظر أيضًا معادن العظام) ، يؤدي انخفاض مستوى الفوسفات في الدم إلى إطلاق أيونات الكالسيوم الحرة في حوض الكالسيوم المتأين بالبلازما. PTH له تأثير ثانٍ على الكلى. إنه يحفز تصنيع وإفراز الكالسيتريول في الدم عن طريق الكلى. يعمل هرمون الستيرويد هذا على الخلايا الظهارية للأمعاء الدقيقة العليا ، مما يزيد من قدرتها على امتصاص الكالسيوم من محتويات الأمعاء إلى الدم. [54]

      تقوم آلية الاستتباب الثانية ، مع مستشعراتها في الغدة الدرقية ، بإطلاق الكالسيتونين في الدم عندما يرتفع الكالسيوم المتأين في الدم. يعمل هذا الهرمون في المقام الأول على العظام ، مما يؤدي إلى الإزالة السريعة للكالسيوم من الدم وإيداعه ، في شكل غير قابل للذوبان ، في العظام. [55]

      يمكن لآليتي التماثل الساكن التي تعمل من خلال PTH من ناحية ، والكالسيتونين من ناحية أخرى تصحيح أي خطأ وشيك في مستوى الكالسيوم المتأين بالبلازما إما عن طريق إزالة الكالسيوم من الدم وإيداعه في الهيكل العظمي ، أو عن طريق إزالة الكالسيوم منه . يعمل الهيكل العظمي كمخزن كبير جدًا للكالسيوم (حوالي 1 كجم) مقارنة بمخزن الكالسيوم في البلازما (حوالي 180 مجم). Longer term regulation occurs through calcium absorption or loss from the gut.

      Another example are the most well-characterised endocannabinoids like anandamide (ن-arachidonoylethanolamide AEA) and 2-arachidonoylglycerol (2-AG), whose synthesis occurs through the action of a series of intracellular enzymes activated in response to a rise in intracellular calcium levels to introduce homeostasis and prevention of tumor development through putative protective mechanisms that prevent cell growth and migration by activation of CB1 and/or CB2 and adjoining receptors. [56]

      Sodium concentration Edit

      The homeostatic mechanism which controls the plasma sodium concentration is rather more complex than most of the other homeostatic mechanisms described on this page.

      The sensor is situated in the juxtaglomerular apparatus of kidneys, which senses the plasma sodium concentration in a surprisingly indirect manner. Instead of measuring it directly in the blood flowing past the juxtaglomerular cells, these cells respond to the sodium concentration in the renal tubular fluid after it has already undergone a certain amount of modification in the proximal convoluted tubule and loop of Henle. [57] These cells also respond to rate of blood flow through the juxtaglomerular apparatus, which, under normal circumstances, is directly proportional to the arterial blood pressure, making this tissue an ancillary arterial blood pressure sensor.

      In response to a lowering of the plasma sodium concentration, or to a fall in the arterial blood pressure, the juxtaglomerular cells release renin into the blood. [57] [58] [59] Renin is an enzyme which cleaves a decapeptide (a short protein chain, 10 amino acids long) from a plasma α-2-globulin called angiotensinogen. This decapeptide is known as angiotensin I. [57] It has no known biological activity. However, when the blood circulates through the lungs a pulmonary capillary endothelial enzyme called angiotensin-converting enzyme (ACE) cleaves a further two amino acids from angiotensin I to form an octapeptide known as angiotensin II. Angiotensin II is a hormone which acts on the adrenal cortex, causing the release into the blood of the steroid hormone, aldosterone. Angiotensin II also acts on the smooth muscle in the walls of the arterioles causing these small diameter vessels to constrict, thereby restricting the outflow of blood from the arterial tree, causing the arterial blood pressure to rise. This, therefore, reinforces the measures described above (under the heading of "Arterial blood pressure"), which defend the arterial blood pressure against changes, especially hypotension.

      The angiotensin II-stimulated aldosterone released from the zona glomerulosa of the adrenal glands has an effect on particularly the epithelial cells of the distal convoluted tubules and collecting ducts of the kidneys. Here it causes the reabsorption of sodium ions from the renal tubular fluid, in exchange for potassium ions which are secreted from the blood plasma into the tubular fluid to exit the body via the urine. [57] [60] The reabsorption of sodium ions from the renal tubular fluid halts further sodium ion losses from the body, and therefore preventing the worsening of hyponatremia. The hyponatremia can only be تصحيح by the consumption of salt in the diet. However, it is not certain whether a "salt hunger" can be initiated by hyponatremia, or by what mechanism this might come about.

      When the plasma sodium ion concentration is higher than normal (hypernatremia), the release of renin from the juxtaglomerular apparatus is halted, ceasing the production of angiotensin II, and its consequent aldosterone-release into the blood. The kidneys respond by excreting sodium ions into the urine, thereby normalizing the plasma sodium ion concentration. The low angiotensin II levels in the blood lower the arterial blood pressure as an inevitable concomitant response.

      The reabsorption of sodium ions from the tubular fluid as a result of high aldosterone levels in the blood does not, of itself, cause renal tubular water to be returned to the blood from the distal convoluted tubules or collecting ducts. This is because sodium is reabsorbed in exchange for potassium and therefore causes only a modest change in the osmotic gradient between the blood and the tubular fluid. Furthermore, the epithelium of the distal convoluted tubules and collecting ducts is impermeable to water in the absence of antidiuretic hormone (ADH) in the blood. ADH is part of the control of fluid balance. Its levels in the blood vary with the osmolality of the plasma, which is measured in the hypothalamus of the brain. Aldosterone's action on the kidney tubules prevents sodium loss to the extracellular fluid (ECF). So there is no change in the osmolality of the ECF, and therefore no change in the ADH concentration of the plasma. However, low aldosterone levels cause a loss of sodium ions from the ECF, which could potentially cause a change in extracellular osmolality and therefore of ADH levels in the blood.

      Potassium concentration Edit

      High potassium concentrations in the plasma cause depolarization of the zona glomerulosa cells' membranes in the outer layer of the adrenal cortex. [61] This causes the release of aldosterone into the blood.

      Aldosterone acts primarily on the distal convoluted tubules and collecting ducts of the kidneys, stimulating the excretion of potassium ions into the urine. [57] It does so, however, by activating the basolateral Na + /K + pumps of the tubular epithelial cells. These sodium/potassium exchangers pump three sodium ions out of the cell, into the interstitial fluid and two potassium ions into the cell from the interstitial fluid. This creates an ionic concentration gradient which results in the reabsorption of sodium (Na + ) ions from the tubular fluid into the blood, and secreting potassium (K + ) ions from the blood into the urine (lumen of collecting duct). [62] [63]

      Fluid balance Edit

      The total amount of water in the body needs to be kept in balance. Fluid balance involves keeping the fluid volume stabilized, and also keeping the levels of electrolytes in the extracellular fluid stable. Fluid balance is maintained by the process of osmoregulation and by behavior. Osmotic pressure is detected by osmoreceptors in the median preoptic nucleus in the hypothalamus. Measurement of the plasma osmolality to give an indication of the water content of the body, relies on the fact that water losses from the body, (through unavoidable water loss through the skin which is not entirely waterproof and therefore always slightly moist, water vapor in the exhaled air, sweating, vomiting, normal feces and especially diarrhea) are all hypotonic, meaning that they are less salty than the body fluids (compare, for instance, the taste of saliva with that of tears. The latter has almost the same salt content as the extracellular fluid, whereas the former is hypotonic with respect to the plasma. Saliva does not taste salty, whereas tears are decidedly salty). Nearly all normal and abnormal losses of body water therefore cause the extracellular fluid to become hypertonic. Conversely, excessive fluid intake dilutes the extracellular fluid causing the hypothalamus to register hypotonic hyponatremia conditions.

      When the hypothalamus detects a hypertonic extracellular environment, it causes the secretion of an antidiuretic hormone (ADH) called vasopressin which acts on the effector organ, which in this case is the kidney. The effect of vasopressin on the kidney tubules is to reabsorb water from the distal convoluted tubules and collecting ducts, thus preventing aggravation of the water loss via the urine. The hypothalamus simultaneously stimulates the nearby thirst center causing an almost irresistible (if the hypertonicity is severe enough) urge to drink water. The cessation of urine flow prevents the hypovolemia and hypertonicity from getting worse the drinking of water corrects the defect.

      Hypo-osmolality results in very low plasma ADH levels. This results in the inhibition of water reabsorption from the kidney tubules, causing high volumes of very dilute urine to be excreted, thus getting rid of the excess water in the body.

      Urinary water loss, when the body water homeostat is intact, is a compensatory water loss, correcting any water excess in the body. However, since the kidneys cannot generate water, the thirst reflex is the all-important second effector mechanism of the body water homeostat, correcting any water deficit in the body.

      Blood pH Edit

      The plasma pH can be altered by respiratory changes in the partial pressure of carbon dioxide or altered by metabolic changes in the carbonic acid to bicarbonate ion ratio. The bicarbonate buffer system regulates the ratio of carbonic acid to bicarbonate to be equal to 1:20, at which ratio the blood pH is 7.4 (as explained in the Henderson–Hasselbalch equation). A change in the plasma pH gives an acid–base imbalance. In acid–base homeostasis there are two mechanisms that can help regulate the pH. Respiratory compensation a mechanism of the respiratory center, adjusts the partial pressure of carbon dioxide by changing the rate and depth of breathing, to bring the pH back to normal. The partial pressure of carbon dioxide also determines the concentration of carbonic acid, and the bicarbonate buffer system can also come into play. Renal compensation can help the bicarbonate buffer system. The sensor for the plasma bicarbonate concentration is not known for certain. It is very probable that the renal tubular cells of the distal convoluted tubules are themselves sensitive to the pH of the plasma. [ بحاجة لمصدر ] The metabolism of these cells produces carbon dioxide, which is rapidly converted to hydrogen and bicarbonate through the action of carbonic anhydrase. [64] When the ECF pH falls (becoming more acidic) the renal tubular cells excrete hydrogen ions into the tubular fluid to leave the body via urine. Bicarbonate ions are simultaneously secreted into the blood that decreases the carbonic acid, and consequently raises the plasma pH. [64] The converse happens when the plasma pH rises above normal: bicarbonate ions are excreted into the urine, and hydrogen ions released into the plasma.

      When hydrogen ions are excreted into the urine, and bicarbonate into the blood, the latter combines with the excess hydrogen ions in the plasma that stimulated the kidneys to perform this operation. The resulting reaction in the plasma is the formation of carbonic acid which is in equilibrium with the plasma partial pressure of carbon dioxide. This is tightly regulated to ensure that there is no excessive build-up of carbonic acid or bicarbonate. The overall effect is therefore that hydrogen ions are lost in the urine when the pH of the plasma falls. The concomitant rise in the plasma bicarbonate mops up the increased hydrogen ions (caused by the fall in plasma pH) and the resulting excess carbonic acid is disposed of in the lungs as carbon dioxide. This restores the normal ratio between bicarbonate and the partial pressure of carbon dioxide and therefore the plasma pH. The converse happens when a high plasma pH stimulates the kidneys to secrete hydrogen ions into the blood and to excrete bicarbonate into the urine. The hydrogen ions combine with the excess bicarbonate ions in the plasma, once again forming an excess of carbonic acid which can be exhaled, as carbon dioxide, in the lungs, keeping the plasma bicarbonate ion concentration, the partial pressure of carbon dioxide and, therefore, the plasma pH, constant.

      Cerebrospinal fluid Edit

      Cerebrospinal fluid (CSF) allows for regulation of the distribution of substances between cells of the brain, [65] and neuroendocrine factors, to which slight changes can cause problems or damage to the nervous system. For example, high glycine concentration disrupts temperature and blood pressure control, and high CSF pH causes dizziness and syncope. [66]

      Neurotransmission Edit

      Inhibitory neurons in the central nervous system play a homeostatic role in the balance of neuronal activity between excitation and inhibition. Inhibitory neurons using GABA, make compensating changes in the neuronal networks preventing runaway levels of excitation. [67] An imbalance between excitation and inhibition is seen to be implicated in a number of neuropsychiatric disorders. [68]

      Neuroendocrine system Edit

      The neuroendocrine system is the mechanism by which the hypothalamus maintains homeostasis, regulating metabolism, reproduction, eating and drinking behaviour, energy utilization, osmolarity and blood pressure.

      The regulation of metabolism, is carried out by hypothalamic interconnections to other glands. [69] Three endocrine glands of the hypothalamic–pituitary–gonadal axis (HPG axis) often work together and have important regulatory functions. Two other regulatory endocrine axes are the hypothalamic–pituitary–adrenal axis (HPA axis) and the hypothalamic–pituitary–thyroid axis (HPT axis).

      The liver also has many regulatory functions of the metabolism. An important function is the production and control of bile acids. Too much bile acid can be toxic to cells and its synthesis can be inhibited by activation of FXR a nuclear receptor. [4]

      Gene regulation Edit

      At the cellular level, homeostasis is carried out by several mechanisms including transcriptional regulation that can alter the activity of genes in response to changes.

      Energy balance Edit

      The amount of energy taken in through nutrition needs to match the amount of energy used. To achieve energy homeostasis appetite is regulated by two hormones, grehlin and leptin. Grehlin stimulates hunger and the intake of food and leptin acts to signal satiety (fullness).

      A 2019 review of weight-change interventions, including dieting, exercise and overeating, found that body weight homeostasis could not precisely correct for "energetic errors", the loss or gain of calories, in the short-term. [70]

      Many diseases are the result of a homeostatic failure. Almost any homeostatic component can malfunction either as a result of an inherited defect, an inborn error of metabolism, or an acquired disease. Some homeostatic mechanisms have inbuilt redundancies, which ensures that life is not immediately threatened if a component malfunctions but sometimes a homeostatic malfunction can result in serious disease, which can be fatal if not treated. A well-known example of a homeostatic failure is shown in type 1 diabetes mellitus. Here blood sugar regulation is unable to function because the beta cells of the pancreatic islets are destroyed and cannot produce the necessary insulin. The blood sugar rises in a condition known as hyperglycemia.

      The plasma ionized calcium homeostat can be disrupted by the constant, unchanging, over-production of parathyroid hormone by a parathyroid adenoma resulting in the typically features of hyperparathyroidism, namely high plasma ionized Ca 2+ levels and the resorption of bone, which can lead to spontaneous fractures. The abnormally high plasma ionized calcium concentrations cause conformational changes in many cell-surface proteins (especially ion channels and hormone or neurotransmitter receptors) [71] giving rise to lethargy, muscle weakness, anorexia, constipation and labile emotions. [72]

      The body water homeostat can be compromised by the inability to secrete ADH in response to even the normal daily water losses via the exhaled air, the feces, and insensible sweating. On receiving a zero blood ADH signal, the kidneys produce huge unchanging volumes of very dilute urine, causing dehydration and death if not treated.

      As organisms age, the efficiency of their control systems becomes reduced. The inefficiencies gradually result in an unstable internal environment that increases the risk of illness, and leads to the physical changes associated with aging. [5]

      Various chronic diseases are kept under control by homeostatic compensation, which masks a problem by compensating for it (making up for it) in another way. However, the compensating mechanisms eventually wear out or are disrupted by a new complicating factor (such as the advent of a concurrent acute viral infection), which sends the body reeling through a new cascade of events. Such decompensation unmasks the underlying disease, worsening its symptoms. Common examples include decompensated heart failure, kidney failure, and liver failure.

      In the Gaia hypothesis, James Lovelock [73] stated that the entire mass of living matter on Earth (or any planet with life) functions as a vast homeostatic superorganism that actively modifies its planetary environment to produce the environmental conditions necessary for its own survival. In this view, the entire planet maintains several homeostasis (the primary one being temperature homeostasis). Whether this sort of system is present on Earth is open to debate. However, some relatively simple homeostatic mechanisms are generally accepted. For example, it is sometimes claimed that when atmospheric carbon dioxide levels rise, certain plants may be able to grow better and thus act to remove more carbon dioxide from the atmosphere. However, warming has exacerbated droughts, making water the actual limiting factor on land. When sunlight is plentiful and the atmospheric temperature climbs, it has been claimed that the phytoplankton of the ocean surface waters, acting as global sunshine, and therefore heat sensors, may thrive and produce more dimethyl sulfide (DMS). The DMS molecules act as cloud condensation nuclei, which produce more clouds, and thus increase the atmospheric albedo, and this feeds back to lower the temperature of the atmosphere. However, rising sea temperature has stratified the oceans, separating warm, sunlit waters from cool, nutrient-rich waters. Thus, nutrients have become the limiting factor, and plankton levels have actually fallen over the past 50 years, not risen. As scientists discover more about Earth, vast numbers of positive and negative feedback loops are being discovered, that, together, maintain a metastable condition, sometimes within a very broad range of environmental conditions.

      Predictive homeostasis is an anticipatory response to an expected challenge in the future, such as the stimulation of insulin secretion by gut hormones which enter the blood in response to a meal. [38] This insulin secretion occurs before the blood sugar level rises, lowering the blood sugar level in anticipation of a large influx into the blood of glucose resulting from the digestion of carbohydrates in the gut. [74] Such anticipatory reactions are open loop systems which are based, essentially, on "guess work", and are not self-correcting. [75] Anticipatory responses always require a closed loop negative feedback system to correct the 'over-shoots' and 'under-shoots' to which the anticipatory systems are prone.

      The term has come to be used in other fields, for example:

      Risk Edit

      An actuary may refer to risk homeostasis, where (for example) people who have anti-lock brakes have no better safety record than those without anti-lock brakes, because the former unconsciously compensate for the safer vehicle via less-safe driving habits. Previous to the innovation of anti-lock brakes, certain maneuvers involved minor skids, evoking fear and avoidance: Now the anti-lock system moves the boundary for such feedback, and behavior patterns expand into the no-longer punitive area. It has also been suggested that ecological crises are an instance of risk homeostasis in which a particular behavior continues until proven dangerous or dramatic consequences actually occur. [76] [ self-published source? ]

      تحرير الإجهاد

      Sociologists and psychologists may refer to stress homeostasis, the tendency of a population or an individual to stay at a certain level of stress, often generating artificial stresses if the "natural" level of stress is not enough. [77] [ self-published source? ]

      Jean-François Lyotard, a postmodern theorist, has applied this term to societal 'power centers' that he describes in The Postmodern Condition, as being 'governed by a principle of homeostasis,' for example, the scientific hierarchy, which will sometimes ignore a radical new discovery for years because it destabilizes previously accepted norms.


      إستجابة مجانية

      Why are negative feedback loops used to control body homeostasis?

      An adjustment to a change in the internal or external environment requires a change in the direction of the stimulus. A negative feedback loop accomplishes this, while a positive feedback loop would continue the stimulus and result in harm to the animal.

      Why is a fever a “good thing” during a bacterial infection?

      Mammalian enzymes increase activity to the point of denaturation, increasing the chemical activity of the cells involved. Bacterial enzymes have a specific temperature for their most efficient activity and are inhibited at either higher or lower temperatures. Fever results in an increase in the destruction of the invading bacteria by increasing the effectiveness of body defenses and an inhibiting bacterial metabolism.

      How is a condition such as diabetes a good example of the failure of a set point in humans?

      Diabetes is often associated with a lack in production of insulin. Without insulin, blood glucose levels go up after a meal, but never go back down to normal levels.


      شاهد الفيديو: حلقة عن التوازن البيئي وعالم الأحياء #المراكزالاستكشافية #النشاطالصيفي (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Jonathen

    أنت لست مثل الخبير :)

  2. Talbert

    أود أن أعرف ، شكراً جزيلاً لكم على المعلومات.

  3. El-Saraya

    لا محادثات!

  4. Enrique

    يمكنني أن أقترح أن أذهب إلى موقع يحتوي على كمية كبيرة من المعلومات حول موضوع يثير اهتمامك.



اكتب رسالة