1.6: הומאוסטזיס

Last updated

Oct 31, 2023
Page ID
206923
Save as PDF
- 1.5: דרישות לחיי אדם
- 1.7: טרמינולוגיה אנטומית

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

מטרות למידה

בסוף פרק זה, תוכל:

דון בתפקיד ההומאוסטזיס בתפקוד בריא
בניגוד למשוב שלילי וחיובי, נותן דוגמה פיזיולוגית אחת לכל מנגנון

שמירה על הומאוסטזיס מחייבת שהגוף יפקח ברציפות על מצבו הפנימי. מטמפרטורת הגוף ללחץ הדם לרמות של חומרים מזינים מסוימים, לכל מצב פיזיולוגי יש נקודת הגדרה מסוימת. נקודת קבע היא הערך הפיזיולוגי שסביבו משתנה הטווח הנורמלי. טווח נורמלי הוא מערך הערכים המוגבל שהוא בריא ויציב בצורה אופטימלית. לדוגמה, נקודת ההגדרה לטמפרטורת גוף האדם הרגילה היא כ-37 מעלות צלזיוס (98.6 מעלות פרנהייט) פרמטרים פיזיולוגיים, כגון טמפרטורת הגוף ולחץ הדם, נוטים להשתנות בטווח נורמלי כמה מעלות מעל ומתחת לנקודה זו. מרכזי בקרה במוח ובחלקים אחרים של הגוף עוקבים ומגיבים לסטיות מהומאוסטזיס באמצעות משוב שלילי. משוב שלילי הוא מנגנון שהופך סטייה מנקודת ההגדרה. לכן, משוב שלילי שומר על פרמטרי הגוף בטווח הנורמלי שלהם. שמירה על הומאוסטזיס על ידי משוב שלילי נמשכת בכל הגוף בכל עת, והבנה של משוב שלילי היא אפוא בסיסית להבנת הפיזיולוגיה האנושית.

משוב שלילי

למערכת משוב שלילי יש שלושה מרכיבים בסיסיים (איור 1.10 א). חיישן, המכונה גם קולטן, הוא מרכיב של מערכת משוב המנטרת ערך פיזיולוגי. ערך זה מדווח למרכז הבקרה. מרכז הבקרה הוא הרכיב במערכת משוב המשווה את הערך לטווח הנורמלי. אם הערך חורג יותר מדי מנקודת ההגדרה, מרכז הבקרה מפעיל אפקטור. אפקטור הוא הרכיב במערכת משוב הגורם לשינוי להפוך את המצב ולהחזיר את הערך לטווח הנורמלי.

In order to set the system in motion, a stimulus must drive a physiological parameter beyond its normal range (that is, beyond homeostasis). This stimulus is “heard” by a specific sensor. For example, in the control of blood glucose, specific endocrine cells in the pancreas detect excess glucose (the stimulus) in the bloodstream. These pancreatic beta cells respond to the increased level of blood glucose by releasing the hormone insulin into the bloodstream. The insulin signals skeletal muscle fibers, fat cells (adipocytes), and liver cells to take up the excess glucose, removing it from the bloodstream. As glucose concentration in the bloodstream drops, the decrease in concentration—the actual negative feedback—is detected by pancreatic alpha cells, and insulin release stops. This prevents blood sugar levels from continuing to drop below the normal range.

Humans have a similar temperature regulation feedback system that works by promoting either heat loss or heat gain (Figure 1.10b). When the brain’s temperature regulation center receives data from the sensors indicating that the body’s temperature exceeds its normal range, it stimulates a cluster of brain cells referred to as the “heat-loss center.” This stimulation has three major effects:

Blood vessels in the skin begin to dilate allowing more blood from the body core to flow to the surface of the skin allowing the heat to radiate into the environment.
As blood flow to the skin increases, sweat glands are activated to increase their output. As the sweat evaporates from the skin surface into the surrounding air, it takes heat with it.
In contrast, activation of the brain’s heat-gain center by exposure to cold reduces blood flow to the skin, and blood returning from the limbs is diverted into a network of deep veins. This arrangement traps heat closer to the body core and restricts heat loss. If heat loss is severe, the brain triggers an increase in random signals to skeletal muscles, causing them to contract and producing shivering. The muscle contractions of shivering release heat while using up ATP. The brain triggers the thyroid gland in the endocrine system to release thyroid hormone, which increases metabolic activity and heat production in cells throughout the body. The brain also signals the adrenal glands to release epinephrine (adrenaline), a hormone that causes the breakdown of glycogen into glucose, which can be used as an energy source. The breakdown of glycogen into glucose also results in increased metabolism and heat production.

Interactive Link

Water concentration in the body is critical for proper functioning. A person’s body retains very tight control on water levels without conscious control by the person. Watch this video to learn more about water concentration in the body. Which organ has primary control over the amount of water in the body?

Positive Feedback

Positive feedback intensifies a change in the body’s physiological condition rather than reversing it. A deviation from the normal range results in more change, and the system moves farther away from the normal range. Positive feedback in the body is normal only when there is a definite end point. Childbirth and the body’s response to blood loss are two examples of positive feedback loops that are normal but are activated only when needed.

Childbirth at full term is an example of a situation in which the maintenance of the existing body state is not desired. Enormous changes in a person’s body are required to expel the baby at the end of pregnancy. And the events of childbirth, once begun, must progress rapidly to a conclusion or the life of a person giving birth and the baby are at risk. The extreme muscular work of labor and delivery are the result of a positive feedback system (Figure 1.11).

איור $\PageIndex{2}$ : לולאת משוב חיובי לידה רגילה מונעת על ידי לולאת משוב חיובית. לולאת משוב חיובית גורמת לשינוי במצב הגוף, ולא לחזרה להומאוסטזיס.

הצירים הראשונים של הלידה (הגירוי) דוחפים את התינוק לכיוון צוואר הרחם (החלק התחתון של הרחם). צוואר הרחם מכיל תאי עצב רגישים למתיחה המנטרים את מידת המתיחה (החיישנים). תאי עצב אלה שולחים מסרים למוח, מה שבתורו גורם לבלוטת יותרת המוח בבסיס המוח לשחרר את ההורמון אוקסיטוצין לזרם הדם. אוקסיטוצין גורם להתכווצויות חזקות יותר של השרירים החלקים ברחם (האפקטורים), ודוחף את התינוק בהמשך תעלת הלידה. זה גורם למתיחה גדולה עוד יותר של צוואר הרחם. מעגל המתיחות, שחרור האוקסיטוצין והתכווצויות כוחניות יותר ויותר נעצר רק כאשר התינוק נולד. בשלב זה, מתיחה של צוואר הרחם נעצר, לעצור את שחרורו של אוקסיטוצין.

דוגמה שנייה למשוב חיובי מתמקדת בהיפוך נזק קיצוני לגוף. בעקבות פצע חודר, האיום המיידי ביותר הוא אובדן דם מופרז. פחות זרימת דם פירושה ירידה בלחץ הדם והפחתת זלוף (חדירת דם) למוח ולאיברים חיוניים אחרים. אם זלוף מופחת באופן חמור, איברים חיוניים ייסגרו והאדם ימות. הגוף מגיב לקטסטרופה פוטנציאלית זו על ידי שחרור חומרים בדופן כלי הדם הפגועים המתחילים בתהליך קרישת הדם. ככל שמתרחש כל שלב בקרישה, הוא ממריץ את שחרורם של חומרים מקרישים נוספים. זה מאיץ את התהליכים של קרישה ואיטום את האזור הפגוע. הקרישה כלולה באזור מקומי המבוסס על הזמינות המבוקרת היטב של חלבוני קרישה. זהו מפל אירועים אדפטיבי ומציל חיים.

מטרות למידה

משוב שלילי

Positive Feedback