16.1: הומאוסטזיס וויסות אוסמו
- Page ID
- 208817
הומאוסטזיס מתייחס למצב יציב יחסית בתוך גופו של בעל חיים. איברי בעלי חיים ומערכות איברים מסתגלים כל הזמן לשינויים פנימיים וחיצוניים על מנת לשמור על מצב יציב זה. דוגמאות לתנאים פנימיים המתוחזקים באופן הומאוסטטי הם רמת הגלוקוז בדם, טמפרטורת הגוף, רמת הסידן בדם. תנאים אלה נשארים יציבים בגלל תהליכים פיזיולוגיים המביאים ליחסי משוב שליליים. אם גלוקוז בדם או סידן עולה, זה שולח אות לאיברים האחראים להורדת גלוקוז בדם או סידן. האותות המשחזרים את הרמות הרגילות הם דוגמאות למשוב שלילי. כאשר מנגנונים הומאוסטטיים נכשלים, התוצאות יכולות להיות שליליות עבור החיה. מנגנונים הומאוסטטיים שומרים על הגוף בשיווי משקל דינמי על ידי התאמה מתמדת לשינויים בהם נתקלות מערכות הגוף. אפילו בעל חיים שככל הנראה אינו פעיל שומר על שיווי המשקל ההומאוסטטי הזה. שתי דוגמאות לגורמים המווסתים באופן הומאוסטטי הם טמפרטורה ותכולת מים. התהליכים השומרים על הומאוסטזיס של שני גורמים אלה נקראים ויסות תרמי ואוסמו -ויסות.
הומאוסטזיס
מטרת ההומאוסטזיס היא שמירה על שיווי משקל סביב ערך ספציפי של היבט כלשהו של הגוף או תאיו הנקרא נקודת קבע. אמנם יש תנודות נורמליות מנקודת ההגדרה, מערכות הגוף בדרך כלל ינסו לחזור לנקודה זו. שינוי בסביבה הפנימית או החיצונית נקרא גירוי והוא מזוהה על ידי קולטן; התגובה של המערכת היא להתאים את הפעילות של המערכת כך הערך נע בחזרה לעבר נקודת ההגדרה. לדוגמה, אם הגוף מתחמם מדי, מתבצעות התאמות לקירור החיה. אם רמות הגלוקוז בדם עולות לאחר הארוחה, נעשות התאמות כדי להוריד אותן ולהכניס את החומר התזונתי לרקמות הזקוקות לו או לאחסן אותו לשימוש מאוחר יותר.
כאשר מתרחש שינוי בסביבת בעל חיים, יש לבצע התאמה כך שהסביבה הפנימית של הגוף והתאים תישאר יציבה. הקולטן שחש את השינוי בסביבה הוא חלק ממנגנון משוב. הגירוי - טמפרטורה, גלוקוז או רמות סידן - מזוהה על ידי הקולטן. הקולטן שולח מידע למרכז בקרה, לרוב למוח, המעביר אותות מתאימים לאיבר משפיע המסוגל לגרום לשינוי מתאים, למעלה או למטה, בהתאם למידע שהחיישן שלח.
ויסות תרמי
ניתן לחלק את בעלי החיים לשתי קבוצות: אלה השומרים על טמפרטורת גוף קבועה מול טמפרטורות סביבתיות שונות, וכאלה שיש להם טמפרטורת גוף זהה לסביבתם ובכך משתנה עם הטמפרטורה הסביבתית. בעלי חיים שאין להם שליטה פנימית על טמפרטורת גופם נקראים אקטותרמות. טמפרטורת הגוף של אורגניזמים אלה דומה בדרך כלל לטמפרטורת הסביבה, אם כי האורגניזמים הבודדים עשויים לעשות דברים ששומרים על גופם מעט מתחת או מעל לטמפרטורת הסביבה. זה יכול לכלול נבירה מתחת לאדמה ביום חם או מנוחה באור השמש ביום קר. האקטותרמות נקראו בדם קר, מונח שאולי לא חל על בעל חיים במדבר עם טמפרטורת גוף חמה מאוד.
בעל חיים השומר על טמפרטורת גוף קבועה מול שינויים סביבתיים נקרא אנדותרם. בעלי חיים אלה מסוגלים לשמור על רמת פעילות שחיה אקטותרמית אינה יכולה מכיוון שהם מייצרים חום פנימי השומר על תהליכי הסלולר שלהם לפעול בצורה מיטבית גם כאשר הסביבה קרה.
מושג בפעולה
צפה בסרטון זה של ערוץ דיסקברי בנושא ויסות תרמי כדי לראות איורים של התהליך במגוון בעלי חיים.
בעלי חיים משמרים או מפזרים חום במגוון דרכים. לבעלי חיים אנדותרמיים יש בידוד כלשהו. יש להם פרווה, שומן או נוצות. בעלי חיים עם פרווה עבה או נוצות יוצרים שכבת אוויר מבודדת בין עורם לאיברים הפנימיים. דובי קוטב וכלבי ים חיים ושוחים בסביבה תת-מקפיאה ובכל זאת שומרים על טמפרטורת גוף קבועה וחמה. השועל הארקטי, למשל, משתמש בזנבו הרך כבידוד נוסף כאשר הוא מתכרבל לישון במזג אוויר קר. יונקים יכולים להגביר את ייצור חום הגוף על ידי רעד, המהווה עלייה לא רצונית בפעילות השרירים. בנוסף, שרירי arrectorpili יכולים להתכווץ ולגרום לשערות בודדות לקום כאשר האדם קר. זה מגביר את אפקט הבידוד של השיער. בני אדם שומרים על תגובה זו, שאין לה את ההשפעה המיועדת על גופנו חסר השיער יחסית; זה גורם ל"בליטות אווז "במקום זאת. יונקים משתמשים בשכבות שומן גם כבידוד. אובדן כמויות משמעותיות של שומן בגוף יפגע ביכולתו של האדם לחסוך בחום.
אקטותרמות ואנדותרמות משתמשות במערכות הדם שלהן כדי לסייע בשמירה על טמפרטורת הגוף. הרחבת כלי הדם, פתיחת העורקים לעור על ידי הרפיה של השרירים החלקים שלהם, מביאה יותר דם וחום אל פני הגוף, מקלה על קרינה ואובדן חום אידוי, מקררת את הגוף. כיווץ כלי הדם, היצרות כלי הדם לעור על ידי התכווצות שריריהם החלקים, מפחית את זרימת הדם בכלי הדם ההיקפיים, מכריח דם לכיוון הליבה ואיברים חיוניים, ושומר על חום. לבעלי חיים מסוימים יש התאמות למערכת הדם שלהם המאפשרות להם להעביר חום מעורקים לוורידים הזורמים זה ליד זה, ומחממים דם חוזר ללב. זה נקרא חילופי חום נגד זרם; זה מונע מהדם הוורידי הקר לקרר את הלב ואיברים פנימיים אחרים. ההסתגלות לזרם הנגדי נמצאת בדולפינים, כרישים, דגים גרמיים, דבורים ויונקי דבש.
כמה בעלי חיים אקטותרמיים משתמשים בשינויים בהתנהגותם כדי לסייע בוויסות טמפרטורת הגוף. הם פשוט מחפשים אזורים קרירים יותר בחלק החם ביותר של היום במדבר כדי לא להתחמם מדי. אותם בעלי חיים עשויים לטפס על סלעים בערב כדי ללכוד חום בלילה מדברי קר לפני הכניסה למחילותיהם.
ויסות תרמי מתואם על ידי מערכת העצבים (איור\(\PageIndex{1}\)). תהליכי בקרת הטמפרטורה מרוכזים בהיפותלמוס של מוח החי המתקדם. ההיפותלמוס שומר על נקודת ההגדרה לטמפרטורת הגוף באמצעות רפלקסים הגורמים להתרחבות כלי דם או התכווצות כלי דם ורעד או הזעה. מערכת העצבים הסימפתטית הנמצאת בשליטה על ההיפותלמוס מכוונת את התגובות המשפיעות על השינויים באובדן הטמפרטורה או ברווח המחזירים את הגוף לנקודת ההגדרה. נקודת ההגדרה עשויה להיות מותאמת במקרים מסוימים. במהלך זיהום, תרכובות הנקראות פירוגנים מיוצרות ומסתובבות להיפותלמוס ומאפסות את התרמוסטט לערך גבוה יותר. זה מאפשר לטמפרטורת הגוף לעלות לנקודת שיווי משקל הומאוסטטית חדשה במה שמכונה בדרך כלל חום. העלייה בחום הגוף הופכת את הגוף לאופטימלי פחות לצמיחת חיידקים ומגביר את פעילות התאים כך שהם מסוגלים להילחם טוב יותר בזיהום.
חיבור אמנות
כאשר חיידקים נהרסים על ידי לויקוציטים, פירוגנים משתחררים לדם. פירוגנים מאפסים את התרמוסטט של הגוף לטמפרטורה גבוהה יותר, וכתוצאה מכך חום. כיצד פירוגנים עלולים לגרום לטמפרטורת הגוף לעלות?
ויסות אוסמו
ויסות אוסמו הוא תהליך של שמירה על איזון המלח והמים (איזון אוסמוטי) על פני ממברנות בגוף. הנוזלים בתוך התאים והסביבה מורכבים ממים, אלקטרוליטים ולא אלקטרוליטים. אלקטרוליט הוא תרכובת שמתנתקת ליונים כאשר היא מומסת במים. לעומת זאת, לא אלקטרוליט אינו מתנתק ליונים במים. נוזלי הגוף כוללים פלזמת דם, נוזל הקיים בתוך התאים ונוזל הביניים הקיים ברווחים שבין תאים ורקמות הגוף. ממברנות הגוף (הן הממברנות סביב התאים והן ה"ממברנות "העשויות מתאים המצפים את חללי הגוף) הן ממברנות חדירות למחצה. ממברנות חדירות למחצה חדירות לסוגים מסוימים של מומסים ולמים, אך בדרך כלל ממברנות התא אינן חדירות למומסים.
הגוף אינו קיים בבידוד. יש קלט קבוע של מים ואלקטרוליטים לתוך המערכת. עודפי מים, אלקטרוליטים ופסולת מועברים לכליות ומופרשים, ועוזרים לשמור על איזון אוסמוטי. צריכת נוזלים לא מספקת גורמת לשימור נוזלים בכליות. מערכות ביולוגיות מקיימות אינטראקציה מתמדת ומחליפות מים וחומרים מזינים עם הסביבה בדרך של צריכת מזון ומים ובאמצעות הפרשה בצורה של זיעה, שתן וצואה. ללא מנגנון לוויסות לחץ אוסמוטי, או כאשר מחלה פוגעת במנגנון זה, קיימת נטייה לצבור פסולת ומים רעילים, שעלולים להיות להם השלכות קשות.
מערכות יונקים התפתחו כדי לווסת לא רק את הלחץ האוסמוטי הכולל על פני ממברנות, אלא גם ריכוזים ספציפיים של אלקטרוליטים חשובים בשלושת תאי הנוזלים העיקריים: פלזמת דם, נוזל ביניים ונוזל תוך תאי. מכיוון שהלחץ האוסמוטי מוסדר על ידי תנועת מים על פני ממברנות, נפח תאי הנוזלים יכול להשתנות גם באופן זמני. מכיוון שפלסמת הדם היא אחד ממרכיבי הנוזלים, ללחצים האוסמוטיים יש השפעה ישירה על לחץ הדם.
מערכת הפרשה
מערכת ההפרשה האנושית מתפקדת להסרת פסולת מהגוף דרך העור כזיעה, הריאות בצורה של פחמן דו חמצני נשוף, ודרך מערכת השתן בצורה של שתן. כל שלוש המערכות הללו משתתפות בוויסות אוסמו ופינוי פסולת. כאן אנו מתמקדים במערכת השתן, המורכבת מהכליות המזווגות, השופכן, שלפוחית השתן והשופכה (איור\(\PageIndex{2}\)). הכליות הן זוג מבנים בצורת שעועית הממוקמים ממש מתחת לכבד בחלל הגוף. כל אחת מהכליות מכילה יותר ממיליון יחידות זעירות הנקראות נפרונים המסננות דם המכיל את הפסולת המטבולית מהתאים. כל הדם בגוף האדם מסונן כ -60 פעמים ביום על ידי הכליות. הנפרונים מסירים פסולת, מרכזים אותם ויוצרים שתן שנאסף בשלפוחית השתן.
באופן פנימי, לכליה שלושה אזורים - קליפת המוח החיצונית, מדולה באמצע ואגן הכליה, שהוא הקצה המורחב של השופכן. קליפת הכליה מכילה את הנפרונים - היחידה התפקודית של הכליה. אגן הכליה אוסף את השתן ומוביל לשופךבחלק החיצוני של הכליה. השופכנים הם צינורות נושאי שתן היוצאים מהכליה ומתרוקנים לשלפוחית השתן.
דם נכנס לכל כליה מאבי העורקים, העורק הראשי המספק את הגוף מתחת ללב, דרך עורק הכליה. הוא מופץ בכלי קטן יותר עד שהוא מגיע לכל נפרון בנימים. בתוך הנפרון הדם בא במגע אינטימי עם צינורות איסוף הפסולת במבנה הנקרא גלומרולוס. מים ומומסים רבים הנמצאים בדם, כולל יונים של נתרן, סידן, מגנזיום ואחרים; כמו גם פסולת וחומרים יקרי ערך כמו חומצות אמינו, גלוקוז וויטמינים, עוזבים את הדם ונכנסים למערכת הצינורית של הנפרון. כאשר חומרים עוברים דרך הצינורית חלק ניכר מהמים, היונים הנדרשים ותרכובות שימושיות נספגים מחדש לתוך הנימים המקיפים את הצינורות ומשאירים את הפסולת מאחור. חלק מהספיגה מחדש הזו דורשת הובלה פעילה וצורכת ATP. חלק מהפסולת, כולל יונים וכמה תרופות שנותרו בדם, מתפזרת החוצה מהנימים לתוך הנוזל הביניים ונספגת על ידי תאי הצינורית. פסולת זו מופרשת לאחר מכן באופן פעיל לתוך הצינורות. לאחר מכן הדם נאסף בכלי גדול יותר ויותר ומשאיר את הכליה בווריד הכליה. הווריד הכלייתי מצטרף לווריד הנבוב הנחות, הווריד הראשי המחזיר דם ללב מהפלג התחתון. כמויות המים והיונים הנספגים מחדש במערכת הדם מוסדרים בקפידה וזו דרך חשובה שהגוף מווסת את תכולת המים ורמות היונים שלו. הפסולת נאספת בצינורות גדולים יותר ואז משאירה את הכליה בשופכן, מה שמוביל לשלפוחית השתן בה מאוחסן שתן, השילוב של חומרי פסולת ומים.
שלפוחית השתן מכילה עצבים תחושתיים, קולטני מתיחה המסמנים מתי צריך לרוקן אותה. אותות אלה יוצרים את הדחף להשתין, אשר ניתן לדכא מרצון עד גבול. ההחלטה המודעת להשתין מכניסה אותות משחק הפותחים את הסוגרים, טבעות של שריר חלק הסוגרים את הפתח, לשופכה המאפשרת זרימת שתן משלפוחית השתן והגוף.
קריירה בפעולה: טכנאי דיאליזה
דיאליזה היא תהליך רפואי של הוצאת פסולת ועודפי מים מהדם על ידי דיפוזיה ואולטרה-סינון. כאשר תפקוד הכליות נכשל, יש לבצע דיאליזה בכדי להיפטר באופן מלאכותי מגוף הפסולת והנוזלים. זהו תהליך חיוני לשמירה על חולים בחיים. בחלק מהמקרים החולים עוברים דיאליזה מלאכותית עד שהם זכאים להשתלת כליה. אצל אחרים שאינם מועמדים להשתלות כליה, דיאליזה היא הכרח לכל החיים.
טכנאי דיאליזה עובדים בדרך כלל בבתי חולים ובמרפאות. בעוד שחלק מהתפקידים בתחום זה כוללים פיתוח ותחזוקה של ציוד, רוב טכנאי הדיאליזה עובדים בטיפול ישיר בחולים. תפקידיהם בעבודה, המתרחשים בדרך כלל בפיקוח ישיר של אחות מוסמכת, מתמקדים במתן טיפולי דיאליזה. זה יכול לכלול סקירת היסטוריית המטופל ומצבו הנוכחי, הערכה ומענה לצרכי המטופל לפני הטיפול ובמהלכו ומעקב אחר תהליך הדיאליזה. הטיפול עשוי לכלול לקיחת ודיווח על הסימנים החיוניים של המטופל, הכנת פתרונות וציוד להבטחת הליכים מדויקים וסטריליים.
סיכום המדור
הומאוסטזיס הוא שיווי משקל דינמי הנשמר ברקמות הגוף ובאיברים. זה דינמי מכיוון שהוא מסתגל כל הזמן לשינויים שהמערכות נתקלות בהם. זהו שיווי משקל מכיוון שתפקודי הגוף נשמרים בטווח נורמלי, עם תנודות מסוימות סביב נקודה מוגדרת. הכליות הן האיברים האוסמו-רגולטוריים העיקריים במערכות יונקים; הם מתפקדים לסנן דם ולשמור על ריכוזי היונים המומסים של נוזלי הגוף. הם מורכבים באופן פנימי משלושה אזורים נפרדים - קליפת המוח, המדולה והאגן. כלי הדם המעבירים דם אל תוך הכליות ומחוצה לה נובעים ומתמזגים עם אבי העורקים והוונא קאווה נחותה, בהתאמה. הנפרון הוא היחידה התפקודית של הכליה, המסננת באופן פעיל דם ומייצרת שתן. השתן עוזב את הכליה דרך השופכן ומאוחסן בשלפוחית השתן. השתן מתבטל מהגוף דרך השופכה.
חיבורי אמנות
איור\(\PageIndex{1}\): כאשר חיידקים נהרסים על ידי לויקוציטים, פירוגנים משתחררים לדם. פירוגנים מאפסים את התרמוסטט של הגוף לטמפרטורה גבוהה יותר, וכתוצאה מכך חום. כיצד פירוגנים עלולים לגרום לטמפרטורת הגוף לעלות?
- תשובה
-
פירוגנים מעלים את טמפרטורת הגוף בכך שהם גורמים לכלי הדם להתכווץ, גורמים לרעידות ומונעים מבלוטות הזיעה להפריש נוזלים.
רשימת מילים
- אקטותרם
- אורגניזם הנשען בעיקר על מקורות חום סביבתיים לשמירה על טמפרטורת גופו
- אנדותרם
- אורגניזם הנשען בעיקר על מקורות חום פנימיים לשמירה על טמפרטורת גופו
- נוזל ביניים
- הנוזל שנמצא בין תאים בגוף, דומה בהרכבו למרכיב הנוזלי בדם, אך ללא ריכוזים גבוהים של חלבונים
- כליה
- האיבר המבצע פונקציות הפרשה ואוסמו -רגולטוריות
- נפרון
- היחידה התפקודית של הכליה
- ויסות אוסמו
- המנגנון שבאמצעותו נשמרים ריכוזי מים ומומסים ברמות הרצויות
- איזון אוסמוטי
- הערכים המתאימים של ריכוזי מים ומומסים לאורגניזם בריא
- עורק כלייתי
- העורק המספק דם לכליה
- וריד כלייתי
- הווריד שמנקז דם מהכליה
- נקודת קבע
- ערך היעד של מצב פיזיולוגי בהומאוסטזיס
- השופכן
- הצינורות נושאי השתן היוצאים מהכליה
- שופכה
- הצינור המוליך שתן משלפוחית השתן לסביבה החיצונית
- שלפוחית השתן
- המבנה שהשופכנים מרוקנים את השתן לתוכו