33.3: Homeostasis

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza homeostasis
• Eleza mambo yanayoathiri homeostasis
• Jadili utaratibu wa maoni mazuri na hasi uliotumiwa katika homeostasis
• Eleza thermoregulation ya wanyama endothermic na ectothermic

Viungo vya wanyama na mifumo ya chombo daima hubadilisha mabadiliko ya ndani na nje kupitia mchakato unaoitwa homeostasis (“hali ya kutosha”). Mabadiliko haya yanaweza kuwa katika kiwango cha glucose au kalsiamu katika damu au katika joto la nje. Homeostasis ina maana ya kudumisha usawa wa nguvu katika mwili. Ni nguvu kwa sababu inaendelea kurekebisha mabadiliko ambayo mifumo ya mwili hukutana. Ni usawa kwa sababu kazi za mwili zinahifadhiwa ndani ya safu maalum. Hata mnyama ambaye inaonekana kuwa hai ni kudumisha usawa huu wa homeostatic.

Mchakato wa Homeostatic

Lengo la homeostasis ni matengenezo ya usawa karibu na hatua au thamani inayoitwa hatua ya kuweka. Ingawa kuna mabadiliko ya kawaida kutoka kwa hatua iliyowekwa, mifumo ya mwili itajaribu kurudi kwenye hatua hii. Mabadiliko katika mazingira ya ndani au nje huitwa kichocheo na hugunduliwa na mpokeaji; majibu ya mfumo ni kurekebisha parameter ya kupotoka kuelekea hatua iliyowekwa. Kwa mfano, ikiwa mwili unakuwa joto sana, marekebisho yanafanywa ili kupendeza mnyama. Ikiwa glucose ya damu inatoka baada ya chakula, marekebisho yanafanywa ili kupunguza kiwango cha glucose ya damu kwa kupata virutubisho ndani ya tishu zinazohitaji au kuzihifadhi kwa matumizi ya baadaye.

Udhibiti wa Homeostasis

Wakati mabadiliko hutokea katika mazingira ya mnyama, marekebisho yanapaswa kufanywa. Mpokeaji anahisi mabadiliko katika mazingira, kisha hutuma ishara kwenye kituo cha udhibiti (mara nyingi, ubongo) ambayo huzalisha majibu ambayo yanaashiria kwa athari. Athari ni misuli (ambayo mikataba au relaxes) au gland inayoficha. Homeostatsis inasimamiwa na loops hasi maoni. Loops maoni mazuri kweli kushinikiza viumbe zaidi nje ya homeostasis, lakini inaweza kuwa muhimu kwa maisha kutokea. Homeostasis inadhibitiwa na mfumo wa neva na endocrine wa wanyama.

Njia za Maoni hasi

Mchakato wowote wa homeostatic unaobadilisha mwelekeo wa kichocheo ni kitanzi cha maoni hasi. Inaweza ama kuongeza au kupunguza kichocheo, lakini kichocheo hakiruhusiwi kuendelea kama ilivyofanya kabla ya mpokeaji kuhisi. Kwa maneno mengine, ikiwa kiwango ni cha juu sana, mwili hufanya kitu cha kuleta chini, na kinyume chake, ikiwa kiwango ni cha chini sana, mwili hufanya kitu cha kuifanya. Hivyo neno maoni hasi. Mfano ni matengenezo ya wanyama wa viwango vya damu ya glucose. Wakati mnyama amekula, viwango vya damu ya glucose huongezeka. Hii inahisi na mfumo wa neva. Seli maalum katika kongosho huhisi hii, na insulini ya homoni hutolewa na mfumo wa endocrine. Insulini husababisha viwango vya damu glucose kupungua, kama ingekuwa inatarajiwa katika mfumo hasi maoni, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Hata hivyo, kama mnyama hajala na viwango vya glucose ya damu hupungua, hii inahisi katika kundi lingine la seli katika kongosho, na glucagon ya homoni inatolewa na kusababisha viwango vya glucose kuongezeka. Hii bado ni kitanzi cha maoni hasi, lakini sio katika mwelekeo unaotarajiwa na matumizi ya neno “hasi.” Mfano mwingine wa ongezeko kama matokeo ya kitanzi cha maoni ni udhibiti wa kalsiamu ya damu. Ikiwa viwango vya kalsiamu hupungua, seli maalumu katika tezi ya paradundumio huhisi hii na kutolewa homoni ya paradundumio (PTH), na kusababisha kuongezeka kwa ngozi ya kalsiamu kupitia matumbo na figo na, pengine, kuvunjika kwa mfupa ili kukomboa kalsiamu. Madhara ya PTH ni kuongeza viwango vya damu vya kipengele. Loops hasi maoni ni utaratibu mkubwa kutumika katika homeostasis.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Viwango vya sukari vya damu vinasimamiwa na kitanzi cha maoni hasi. (mikopo: muundo wa kazi na Jon Sullivan)

Chanya Maoni Loop

Kitanzi chanya cha maoni kinaendelea mwelekeo wa kichocheo, labda kuharakisha. Mifano machache ya matanzi mazuri ya maoni yanapo katika miili ya wanyama, lakini moja hupatikana katika msimu wa athari za kemikali ambazo husababisha kukata damu, au kuchanganya. Kama sababu moja ya kukata imeanzishwa, inaleta sababu inayofuata kwa mlolongo mpaka kitambaa cha fibrin kinapatikana. Mwelekeo unasimamiwa, haubadilishwa, hivyo hii ni maoni mazuri. Mfano mwingine wa maoni mazuri ni contractions uterine wakati wa kujifungua, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\). Oxytocin ya homoni, iliyofanywa na mfumo wa endocrine, huchochea contraction ya uterasi. Hii inazalisha maumivu yaliyotokana na mfumo wa neva. Badala ya kupunguza oxytocin na kusababisha maumivu kupungua, oxytocin zaidi huzalishwa mpaka contractions ni nguvu ya kutosha kuzalisha kujifungua.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kuzaliwa kwa mtoto wachanga ni matokeo ya maoni mazuri.

Zoezi

Hali kama kila moja ya taratibu zifuatazo ni umewekwa na chanya maoni kitanzi au hasi maoni kitanzi.

1. Mtu anahisi satiated baada ya kula chakula kikubwa.
2. Damu ina seli nyingi za damu nyekundu. Matokeo yake, erythropoietin, homoni ambayo huchochea uzalishaji wa seli mpya za damu nyekundu, haitolewa tena kutoka kwa figo.

Jibu

Michakato yote ni matokeo ya loops hasi maoni. Mizigo ya maoni mabaya, ambayo huwa na kuweka mfumo katika usawa, ni ya kawaida zaidi kuliko matanzi mazuri ya maoni.

Weka Point

Inawezekana kurekebisha hatua ya kuweka mfumo. Wakati hii itatokea, kitanzi cha maoni kinafanya kazi ili kudumisha mpangilio mpya. Mfano wa hili ni shinikizo la damu: baada ya muda, hatua ya kawaida au kuweka kwa shinikizo la damu inaweza kuongezeka kutokana na ongezeko la kuendelea kwa shinikizo la damu. Mwili hautambui tena mwinuko kama usio wa kawaida na hakuna jaribio linalofanywa kurudi kwenye hatua ya chini ya kuweka. Matokeo yake ni matengenezo ya shinikizo la damu lililoinua ambalo linaweza kuwa na madhara kwa mwili. Dawa zinaweza kupunguza shinikizo la damu na kupunguza kiwango cha kuweka katika mfumo kwa kiwango cha afya zaidi. Hii inaitwa mchakato wa mabadiliko ya hatua ya kuweka katika kitanzi cha maoni.

Mabadiliko yanaweza kufanywa katika kikundi cha mifumo ya chombo cha mwili ili kudumisha hatua iliyowekwa katika mfumo mwingine. Hii inaitwa acclimatization. Hii hutokea, kwa mfano, wakati mnyama anahamia kwenye urefu wa juu kuliko ilivyozoea. Ili kurekebisha viwango vya chini vya oksijeni kwenye urefu mpya, mwili huongeza idadi ya seli nyekundu za damu zinazozunguka katika damu ili kuhakikisha utoaji wa oksijeni wa kutosha kwa tishu. Mfano mwingine wa acclimatization ni wanyama ambao wana mabadiliko ya msimu katika kanzu zao: kanzu nzito katika majira ya baridi huhakikisha uhifadhi wa joto wa kutosha, na kanzu nyepesi katika majira ya joto husaidia katika kutunza joto la mwili kutoka kupanda kwa viwango vya hatari.

Unganisha na Kujifunza

Njia za maoni zinaweza kueleweka kwa kuendesha gari la mbio kwenye wimbo: angalia somo la video fupi juu ya loops nzuri na hasi za maoni.

Homeostasis: Thermoregulation

Joto la mwili huathiri shughuli za mwili. Kwa ujumla, kama joto la mwili linaongezeka, shughuli za enzyme huongezeka pia. Kwa kila ongezeko la centigrade kumi la joto, shughuli za enzyme zinaongezeka mara mbili, hadi kufikia hatua. Protini za mwili, ikiwa ni pamoja na enzymes, huanza kuharibika na kupoteza kazi zao kwa joto kubwa (karibu 50 ^o C kwa wanyama). Shughuli ya enzyme itapungua kwa nusu kwa kila kushuka kwa asilimia kumi ya joto, hadi kufikia kiwango cha kufungia, isipokuwa chache. Samaki wengine wanaweza kuhimili kufungia imara na kurudi kwa kawaida na kutengeneza.

Unganisha na Kujifunza

Tazama video hii ya Discovery Channel kwenye thermoregulation kuona vielelezo vya mchakato huu katika wanyama mbalimbali.

Endotherms na Ectotherms

Wanyama wanaweza kugawanywa katika makundi mawili: wengine huhifadhi joto la mwili mara kwa mara katika uso wa joto tofauti la mazingira, wakati wengine wana joto la mwili ambalo ni sawa na mazingira yao na hivyo hutofautiana na mazingira. Wanyama wasiodhibiti joto la mwili wao ni ectotherms. Kundi hili limeitwa baridi-blooded, lakini neno haliwezi kutumika kwa mnyama jangwani mwenye joto la joto sana la mwili. Tofauti na ectotherms, ambayo hutegemea joto la nje ili kuweka joto la mwili wao, poikilotherms ni wanyama wenye joto tofauti za ndani. Mnyama ambaye ana joto la mwili mara kwa mara katika uso wa mabadiliko ya mazingira huitwa homeotherm. Endotherms ni wanyama ambao wanategemea vyanzo vya ndani kwa joto la mwili lakini ambayo inaweza kuonyesha extremes katika joto. Wanyama hawa wana uwezo wa kudumisha kiwango cha shughuli kwenye joto la baridi, ambalo ectotherm haiwezi kutokana na viwango tofauti vya enzyme ya shughuli.

Joto linaweza kubadilishana kati ya mnyama na mazingira yake kupitia njia nne: mionzi, uvukizi, convection, na conduction (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Mionzi ni chafu ya mawimbi ya “joto” ya umeme. Joto linatokana na jua kwa namna hii na huangaza kutoka ngozi kavu kwa njia ile ile. Joto linaweza kuondolewa kwa kioevu kutoka kwenye uso wakati wa uvukizi. Hii hutokea wakati jasho la mamalia. Mikondo ya hewa ya hewa huondoa joto kutoka kwenye uso wa ngozi kavu kama hewa inapita juu yake. Joto litafanyika kutoka kwenye uso mmoja hadi mwingine wakati wa kuwasiliana moja kwa moja na nyuso, kama vile mnyama anayepumzika kwenye mwamba wa joto.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Joto linaweza kubadilishwa na taratibu nne: (a) mionzi, (b) uvukizi, (c) convection, au (d) conduction. (mikopo b: mabadiliko ya kazi na “Kullez” /Flickr; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Chad Rosenthal; mikopo d: mabadiliko ya kazi na “stacey.d” /Flickr)

Uhifadhi wa joto na ufisadi

Wanyama huhifadhi au kusambaza joto kwa njia mbalimbali. Katika hali fulani ya hewa, wanyama wa mwisho wana aina fulani ya insulation, kama vile manyoya, mafuta, manyoya, au mchanganyiko wake. Wanyama wenye manyoya manyoya au manyoya huunda safu ya kuhami ya hewa kati ya ngozi zao na viungo vya ndani. Polar huzaa na mihuri kuishi na kuogelea katika mazingira ya subfreezing na bado kudumisha mara kwa mara, joto, joto la mwili. Mbweha wa arctic, kwa mfano, hutumia mkia wake wa fluffy kama insulation ya ziada wakati unapokwisha kulala katika hali ya hewa ya baridi. Mamalia wana athari ya mabaki kutokana na kutetemeka na kuongezeka kwa shughuli za misuli: misuli ya arrector pili husababisha “matuta ya goose,” na kusababisha nywele ndogo kusimama wakati mtu ana baridi; hii ina athari inayotarajiwa ya kuongeza joto la mwili. Wamalia hutumia tabaka za mafuta kufikia mwisho uleule. Kupoteza kiasi kikubwa cha mafuta ya mwili kutaathiri uwezo wa mtu binafsi wa kuhifadhi joto.

Endotherms hutumia mifumo yao ya mzunguko ili kusaidia kudumisha joto la mwili. Vasodilation huleta damu zaidi na joto kwenye uso wa mwili, kuwezesha mionzi na kupoteza joto la kutosha, ambayo husaidia kuimarisha mwili. Vasoconstriction inapunguza mtiririko wa damu katika mishipa ya damu ya pembeni, kulazimisha damu kuelekea msingi na viungo muhimu vinavyopatikana pale, na kuhifadhi joto. Wanyama wengine wana marekebisho kwa mfumo wao wa mzunguko unaowawezesha kuhamisha joto kutoka mishipa hadi mishipa, joto la damu linarudi moyoni. Hii inaitwa kubadilishana joto la countercurrent; inazuia damu ya baridi ya vimelea kutoka baridi ya moyo na viungo vingine vya ndani. Ugawaji huu unaweza kufungwa kwa wanyama wengine ili kuzuia overheating viungo vya ndani. Kubadilisha countercurrent hupatikana katika wanyama wengi, ikiwa ni pamoja na dolphins, papa, samaki bony, nyuki, na hummingbirds. Kwa upande mwingine, marekebisho sawa yanaweza kusaidia endotherms baridi wakati inahitajika, kama vile flukes ya dolphin na masikio ya tembo.

Wanyama wengine wa ectothermic hutumia mabadiliko katika tabia zao kusaidia kudhibiti joto la mwili. Kwa mfano, mnyama wa ectothermic wa jangwa anaweza tu kutafuta maeneo ya baridi wakati wa sehemu ya moto zaidi ya siku jangwani ili kuepuka kupata joto sana. Wanyama hao wanaweza kupanda juu ya miamba ili kukamata joto wakati wa usiku wa jangwa baridi. Wanyama wengine hutafuta maji ili kusaidia uvukizi katika kuwapoza, kama inavyoonekana na viumbehai. Ectotherms nyingine hutumia shughuli za kikundi kama vile shughuli za nyuki ili kuhariri mzinga ili kuishi majira ya baridi.

Wanyama wengi, hasa mamalia, hutumia joto la taka la kimetaboliki kama chanzo cha joto. Wakati misuli imeambukizwa, nishati nyingi kutoka kwa ATP zinazotumiwa katika vitendo vya misuli ni nishati iliyopotea ambayo hutafsiriwa kuwa joto. Baridi kali husababisha reflex kutetemeka ambayo huzalisha joto kwa mwili. Spishi nyingi pia zina aina ya tishu za adipose inayoitwa mafuta ya kahawia ambayo ni mtaalamu wa kuzalisha joto.

Udhibiti wa Neural wa Kupima joto

Mfumo wa neva ni muhimu kwa thermoregulation, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Michakato ya homeostasis na udhibiti wa joto huzingatia hypothalamus ya ubongo wa juu wa wanyama.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mwili una uwezo wa kudhibiti joto kwa kukabiliana na ishara kutoka kwa mfumo wa neva.

Zoezi

Wakati bakteria zinaharibiwa na leuckocytes, pyrogens hutolewa ndani ya damu. Pyrogens upya thermostat ya mwili kwa joto la juu, na kusababisha homa. Je, pyrogens inaweza kusababisha joto la mwili kuongezeka?

Jibu

Pyrogens huongeza joto la mwili kwa kusababisha mishipa ya damu kuzuia, kuchochea kutetemeka, na kuacha tezi za jasho kutoka kwa maji ya siri.

Hypothalamus inao hatua iliyowekwa kwa joto la mwili kwa njia ya reflexes zinazosababisha vasodilation na jasho wakati mwili ni joto sana, au vasoconstriction na kutetemeka wakati mwili ni baridi sana. Inajibu kemikali kutoka kwa mwili. Wakati bakteria inaharibiwa na leukocytes ya phagocytic, kemikali zinazoitwa pyrogens endogenous hutolewa ndani ya damu. Pyrogens hizi huzunguka kwenye hypothalamus na kurekebisha thermostat. Hii inaruhusu joto la mwili kuongezeka kwa kile kinachojulikana kama homa. Kuongezeka kwa joto la mwili husababisha chuma kuhifadhiwa, ambayo inapunguza virutubisho vinavyohitajika na bakteria. Kuongezeka kwa joto la mwili pia huongeza shughuli za enzymes za wanyama na seli za kinga huku kuzuia enzymes na shughuli za vijiumbe vinavyovamia. Hatimaye, joto lenyewe linaweza pia kuua pathojeni. Homa ambayo mara moja ilifikiriwa kuwa ni matatizo ya maambukizi sasa inaeleweka kuwa utaratibu wa kawaida wa ulinzi.

Muhtasari

Homeostasis ni usawa wa nguvu unaohifadhiwa katika tishu za mwili na viungo. Ni nguvu kwa sababu inaendelea kurekebisha mabadiliko ambayo mifumo hukutana. Ni katika usawa kwa sababu kazi za mwili zinawekwa ndani ya aina ya kawaida, na mabadiliko mengine karibu na hatua ya kuweka kwa michakato.

faharasa

kuzoea mazingira

mabadiliko katika mfumo wa mwili katika kukabiliana na mabadiliko ya mazingira

mabadiliko

mabadiliko ya hatua iliyowekwa katika mfumo wa homeostatic

usawa

usawa wa nguvu kudumisha kazi zinazofaa za mwili

maoni hasi kitanzi

maoni kwa utaratibu wa kudhibiti unaoongezeka au hupungua kichocheo badala ya kudumisha

chanya maoni kitanzi

maoni kwa utaratibu wa kudhibiti kwamba inaendelea mwelekeo wa kichocheo

kuweka uhakika

midpoint au lengo uhakika katika homeostasis

kusawazisha joto

udhibiti wa joto la mwili