Հիմնական նյութ
Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 14
Դաս 3: ԱնդրադարձՀոմեոստազ
Սովորի՛ր, թե ինչպես են օրգանիզմները պահպանում իրենց հոմեոստազը կամ կայուն ներքին միջավայրը։
Հիմնական դրույթներ
- Հոմեոստազը փոփոխություններին դիմակայելու կարողությունն է, որպեսզի պահպանվի ներքին միջավայրի կայուն և հարաբերականորեն հաստատուն վիճակը։
- Հոմեոստազում սովորաբար ներառված է բացասական հետադարձ կապի մեխանիզմ, որը հակազդում է իր սկզբնական արժեքից տարբերվող հատկանիշների փոփոխությանը։
- Ի տարբերություն բացասական հետադարձ կապի մեխանիզմի՝ դրական հետադարձ կապի մեխանիզմն ուժեղացնում է սկզբնական ազդակը։ Այլ կերպ ասած՝ համակարգն ավելի է հեռացնում իր սկզբնական վիճակից։
Ներածություն
Այս պահին որքա՞ն է սենյակում ջերմաստիճանը։ Կարծում եմ՝ հաստատ ուղիղ
Ներքին միջավայրի կայուն, հարաբերականորեն հաստատուն վիճակը պահպանելու կարողությունը կոչվում է հոմեոստազ։ Բացի ջերմաստիճանից՝ օրգանիզմը կայուն է պահպանում մի շարք այլ գործոններ։ Օրինակ՝ արյան մեջ տարբեր իոնների, ինչպես նաև գլյուկոզի կոնցենտրացիան և pH-ը պետք է հաստատուն պահվեն։ Եթե այս արժեքները շատ աճեն կամ նվազեն, ապա արդյունքում տվյալ մարդու վիճակը խիստ կվատանա։
Հոմեոստազը պահպանվում է օրգանիզմի տարբեր մակարդակներում (ոչ միայն ողջ օրգանիզմի մակարդակով, ինչպես, օրինակ՝ ջերմաստիճանի կարգավորումն է)։ Օրինակ՝ ստամոքսը կարգավորում է իր pH-ը, որը խիստ տարբերվում է դրան շրջապատող օրգաններից, և յուրաքանչյուր բջիջ կարգավորում է իր ներսում իոնների կոնցենտրացիան, որը տարբերվում է արտաբջջային հեղուկից։ Յուրաքանչյուր մակարդակում հոմեոստազի կարգավորումը առանցքային է ողջ օրգանիզմի ընդհանուր գործառույթի կարգավորման համար։
Այսպիսով՝ ինչպե՞ս է պահպանվում հոմեոստազը։ Արի՛ պատասխանենք այս հարցին՝ մի քանի օրինակներ ուսումնասիրելով։
Հոմեոստազի պահպանում
Կենսաբանական համակարգերը, ինչպես, օրինակ՝ քո օրգանիզմը, մշտապես շեղվում են իրենց հավասարակշռային արժեքից։ Օրինակ՝ երբ կատարում ես վարժություններ քո մկանները արտադրում են ավելի շատ ջերմություն՝ ստիպելով քո մարմնի ջերմաստիճանին բարձրանալ։ Նույն կերպ, երբ խմում ես մի բաժակ նարնջի հյութ, քո արյան գլյուկոզի խտությունը բարձրանում է։ Հոմեոստազը պայմանավորված է քո օրգանիզմի այս փոփոխությունները գրանցելու և հակադրելու կարողությունով։
Հոմեոստազի պահպանումը սովորաբար ներառում է նաև բացասական հետադարձ կապի մեխանիզմ։ Այս մեխանիզմը հակազդում է այն ազդակին կամ ազդանշանին, որը խթանում է դրանց։ Օրինակ՝ եթե մարմնիդ ջերմաստիճանը շատ բարձր է, ապա օրգանիզմը բացասական հետադարձ կապի օղակի միջոցով այն կվերադարձնի իր սկզբնական արժեքին՝
Իսկ ինչպե՞ս է սա աշխատում։ Սկզբում ընկալիչները (մաշկում և գլխուղեղում առաջնային նյարդային բջիջների վերջավորություններ) գրանցում են բարձր ջերմաստիճանը և փոխանցում են գլխուղեղի ջերմային կարգավորիչ կենտրոնին։ Կարգավորիչ կենտրոնը մշակում է տեղեկույթը և ակտիվացնում է գործող օրգանը (օրինակ՝ քրտնագեղձերի), որի աշխատանքը կհակազդի ազդակին՝ վերադարձնելով օրգանիզմի ջերմաստիճանը սկզբնական արժեքին։
Իհարկե, մարմնի ջերմաստիճանը ոչ միայն տատանվում է սկզբնական արժեքից բարձր արժեքներում, այլև կարող է նվազել։ Հիմնականում հոմեոստազի պահպանման համար ներառվում են բացասական հետադարձ կապի նվազագույնը 2 մեխանիզմ։
- Դրանցից մեկն ակտիվանում է, երբ որևէ պարամետրի, օրինակ՝ ջերմաստիճանի արժեքը բարձրանում է իր սկզբնական արժեքից և այս մեխանիզմի արդյունքում վերադարձվում է իր սկզբնական արժեքին։
- Իսկ մյուսն ակտիվանում է, երբ պարամետրի արժեքը նվազում է սկզբնական արժեքից և այս մեխանիզմի արդյունքում վերադարձվում է իր սկզբնական արժեքին։
Այս միտքն ավելի հստակեցնելու համար արի՛ ուսումնասիրենք օրգանիզմի ջերմաստիճանը կարգավորող հակադարձ հետադարձ կապի մեխանիզմը։
Հոմեոստատիկ պատասխանները ջերմաստիճանի կարգավորման ընթացքում
Եթե մարմնիդ ջերմաստիճանը շատ է բաձրանում կամ նվազում, քո վերջույթներում և գլխուղեղում տեղակայված ընկալիչները այդ տեղեկույթը հայտնում են քո գլխուղեղի ջերմակարգավորիչ կենտրոնին (ենթատեսաթումբ կոչվող օրգանին), որ ջերմաստիճանը շեղվել է իր սկզբնական արժեքից։
Օրինակ՝ եթե երբևէ եռանդուն մարզվել ես, ապա հավանաբար մարմնիդ ջերմաստիճանը բարձրացել է իր սկզբնական արժեքից, և քո օրգանիզմը ստիպված է եղել ակտիվացնել որոշ մեխանիզմներ՝ մարմնիդ ջերմաստիճանը նվազեցնելու համար։ Մաշկիդ արյունատար անոթներով արյունն ավելի արագ է սկսել հոսել, որպեսզի ավելի շատ լինի դեպի միջավայր ջերմության կորուստը։ Բացի դրանից՝ հնարավոր է, որ սկսվի քրտնարտադրություն, և մաշկից գոլորշացող քրտինքը կզովացնի քեզ։ Հաճախակի շնչելը ևս կարող է խթանել ջերմության կորստին։
Մյուս կողմից, եթե դու լինես ցուրտ սենյակում և տաք հագնված չլինես, քո ջերմակարգավորիչ կենտրոնը ստիպված կլինի ակտիվացնել պատասխաններ, որոնք կօգնեն քեզ տաքանալու։ Դեպի մաշկի անոթներ արյան մատակարարումը կնվազեցվի, և դու կսկսես դողալ, որպեսզի մկաններդ ավելի շատ ջերմություն արտադրեն։ Միգուցե դու նաև փշաքաղվես, որպեսզի մաշկիդ մազերը բարձրանան և թակարդեն մաշկիդ հարակից օդի շերտը։ Կակտիվացվի ջերմության արտադրությանը խթանող հորմոնների ներզատումը։
Ինչպես հասկանում ես, օրգանիզմը շատ արագ և կտրուկ չի վերադառնում տվյալ գործընթացի սկզբնական արժեքին, որը ևս երբեմն կարող է փոփոխվել։ Օրինակ՝ մարմնի ջերմաստիճանը 24 ժամվա ընթացքում անընդհատ փոփոխվում է։ Ամենաբարձր արժեքը գրանցվում է ցերեկային ժամերին, ամենացածրը՝ վաղ առավոտյան
Հետադարձ կապի խափանումները խափանում են հոմեոստազը
Հոմեոստազը կախված է բացասական հետադարձ կապի մեխանիզմներից։ Այսինքն՝ այն ամենը, ինչը խանգարում է հետադարձ կապի մեխանիզմին, կարող է և սովարաբար կխանգարի նաև հոմեոստազի պահպանմանը։ Մարդու մարմնի պարագայում սա կարող է հանգեցնել հիվանդությունների առաջացման։
Շաքարային դիաբետը, օրինակ, հիվանդություն է, որն առաջանում է ինսուլին հորմոնը ներառող հետադարձ կապի մեխանիզմի խանգարման արդյունքում։ Արդյունքում օրգանիզմի համար դժվար կամ անհնար է դառնում արյան մեջ շաքարի բարձր ցուցանիշի նվազեցումը մինչև առողջ վիճակի մակարդակ։
Որպեսզի հասկանանք, թե ինչպես է առաջանում շաքարային դիաբետը, եկ արագ ուսումնասիրենք արյան շաքարի կոնցենտրացիայի կարգավորման հիմունքները։ Առողջ մարդու օրգանիզմում արյան շաքարի կոնցենտրացիան կարգավորում են 2 հորմոններ՝ ինսուլինն ու գլյուկագոնը։
Ինսուլինը նվազեցնում է արյան մեջ գլյուկոզի կոնցենտրացիան։ Սնունդ ընդունելուց հետո քո արյան մեջ գլյուկոզի կոնցենտրացիան աճում է՝ խթանելով ենթաստամոքսային գեղձի β բջիջների կողմից ինսուլինի արտադրությանը։ Ինսուլինը գործում է որպես ազդանշան, որը խթանում է օրգանիզմի բջիջներին (օրինակ՝ ճարպային կամ մկանային բջիջներին) որպես «վառելիք» կլանել գլյուկոզ։ Ինսուլինի ազդեցությամբ գլյուկոզը փոխարկվում է գլիկոգենի (պահեստային մոլեկուլ) և պահեստավորվում է լյարդում։ Երկու գործընթացների արդյունքում էլ արյան մեջ գլյուկոզի կոնցենտրացիան նվազում է՝ կրճատելով ինսուլինի արտազատումը և վերադարձնելով ողջ օրգանիզմը իր հոմեոստատիկ վիճակին։
Գլյուկագոնը կատարում է հակառակ գործառույթը․ այն մեծացնում է արյան մեջ գլյուկոզի կոնցենտրացիան։ Եթե դու որոշ ժամանակ ոչինչ չես կերել, քո արյան մեջ գլյուկոզի կոնցենտրացիան կնվազի՝ խթանելով ենթաստամոքսային գեղձի α բջիջների կողմից գլյուկագոն հորմոնի արտադրմանն ու ներզատմանը արյան մեջ։ Գլյուկագոնը ազդում է լյարդի վրա՝ ստիպելով գլիկոգենին քայքայվել, որի արդյունքում առաջացնում է գլյուկոզ։ Վերջինս փոխադրվում է արյան հուն, և արյան մեջ գլյուկոզի կոնցենտրացիան բարձրանում է։ Արդյունքում նվազում է գլյուկագոնի արտադրումը, և օրգանիզմը վերադառնում է իր հոմեոստատիկ վիճակին։
Դիաբետ առաջանում է այն ժամանակ, երբ մարդու ենթաստամոքսային գեղձը չի կարողանում արտադրել անհրաժեշտ քանակով ինսուլին, կամ երբ օրգանիզմի բջիջները չեն պատասխանում ինսուլինին կամ՝ երկու դեպքում էլ։ Այս պայմաններում մարմնի բջիջները արյունից արագ չեն կլանում գլյուկոզը, և սնունդն ընդունելուց հետո երկար ժամանակ արյան մեջ գլյուկոզի կոնցենտրացիան բարձր է մնում։ Սա տեղի է ունենում հետևյալ 2 պատճառով․
- Մկանային և ճարպային բջիջները չեն ստանում անհրաժեշտ քանակով գլյուկոզ՝ «վառելիք»։ Սրա արդյունքում մարդը կարող է զգալ հոգնածություն և նույնիսկ կարող է հանգեցնել մկանային և ճարպային հյուսվածքների անիմաստ աշխատանքի և վատնման։
- Արյան մեջ գլյուկոզի բարձր կոնցենտրացիայի ախտանիշներն են՝ ուժգնացված միզարտադրություն, ծարավի զգացում և նույնիսկ ջրազրկում։ Ժամանակի ընթացքում դա կարող է հանգեցնել ավելի լուրջ բարդությունների առաջացման։
Դրական հետադարձ կապի մեխանիզմ
Հոմեոստատիկ պատասխանը սովորաբար ներառում է բացասական հետադարձ կապի մեխանիզմ։ Բացասական հետադարձ կապի էությունը նրանում է, որ այն հակազդում է տվյալ փոփոխությանը՝ պարամետրի (ջերմաստիճան և արյան շաքարի կոնցենտրացիա) արժեքը վերադարձնելով սկզբնական արժեքին։
Այնուամենայնիվ, որոշ կենսաբանական համակարգերում կիրառվում է դրական հետադարձ կապի մեխանիզմը։ Ի տարբերություն բացասական հետադարձ կապի մեխանիզմի՝ դրական հետադարձ կապի մեխանիզմն ուժգնացնում է սկզբնական ազդանշանը։ Դրական հետադարձ կապի մեխանիզմը սովորաբար իրականանում է այն գործընթացներում, որոնց պետք է խթանել ավարտին հասցնելու համար։ Դրական հետադարձ կապի իրականացման նպատակը սկզբնական վիճակի վերականգնումը չէ։
Ծննդաբերության ժամանակ գործում է դրական հետադարձ կապի մեխանիզմը։ Ծննդաբերության ընթացքում երեխայի գլուխը ճնշում է գործադրում արգանդի վզիկի (արգանդի ստորին մասը, որով երեխան պետք է դուրս գա կնոջ օրգանիզմից) վրա, և արդյունքում կնոջ գլխուղեղում ակտիվանում են որոշ նեյրոններ։ Վերջիններիս ուղարկած ազդանշանը խթանում է կնոջ մակուղեղի բջիջներին, որպեսզի դրանք կնոջ արյան մեջ ներզատեն արդեն արտադրված օքսիտոցին հորմոնը։
Օքսիտոցինը հաճախացնում է կնոջ արգանդի կծկումները և հետևաբար նաև վզիկի վրա գործադրվող ճնշումը։ Սրա արդյունքում կնոջ արյան մեջ ներզատվում է նույնիսկ ավելի շատ օքսիտոցին, և ավելի հաճախակի է կծկվում արգանդը։ Դրական հետադարձ կապի այս մեխանիզմը գործում է մինչև երեխայի ծնունդը։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։