Одно из основных свойств всего живого — способность сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды. Это свойство получило название гомеостаза (гр. homoios — равный, stasis — состояние). Гомеостаз выражается в относительном ггоянстве химического состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций в организмах растений, животных, человека. Гомеостаз каждого индивидуума специфичен и обусловлен его генотипом.
Регуляторные гомеостатические механизмы функционируют на клеточном, органном, организменном и надорганизменном уровнях.
Знание этих закономерностей необходимо для будущего врача, так сама болезнь является следствием нарушения механизмов гомеостаза у человека и путей его восстановления, Живые организмы представляют собой открытые системы, имеющие множество связей с окружающей средой. Эти связи осуществляются через посредство нервной, пищеварительной, дыхательной, выделительной систем. В процессе обмена веществ с пищей, водой, при газообмене в организм из окружающей среды поступают разнообразные химические соединения. В организме эти соединения подвергаются глубоким изменениям и превращениям, в конце концов уподобляются его химическому составу и входят в морфологические структуры организма, но не остаются постоянно. Через определенный период усвоенные вещества подвергаются разрушению, освобождая скрытую в них энергию, а продукты распада удаляются во внешнюю среду. При этом разрушенную молекулу заменяет новая, не нарушая целостности структурных компонентов организма.
Организм, следовательно, не статичная, а открытая динамичная система. Поток веществ и энергии, наблюдаемый в организме, обусловливает самообновление и самовоспроизведение на всех уровнях от молекулярного до организменного и популяционного.
Организмы находятся в условиях непрерывно меняющейся среды, испытывают довольно частые неблагоприятные воздействия, но, несмотря на это, основные физиологические показатели продолжают осуществляться в определенных параметрах и организм поддерживает устойчивое состояние здоровья в течение длительного времени. Изменения в окружающей среде вызывают прямо или опосредованно какие-то изменения в функциях организма, однако эти отклонения происходят в сравнительно узких пределах благодаря процессам саморегуляции, а затем восстанавливается исходное состояние. Таким образом, понятие гомеостаза не связано со стабильностью процессов. В ответ на действие внешних факторов происходит некоторое изменение физиологических показателей, а включение регуляторных систем обеспечивает поддержание относительного постоянства внутренней среды. Способность к поддержанию постоянства внутренней среды представляет собой свойство, выработавшееся в процессе эволюции и наследственно закрепленное.
Основные компоненты гомеостаза
Клеточный и молекулярно-геиетический уровни
Клетка является сложной биологической системой, которой присуща саморегуляция. Установление гомеостаза клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с которыми связаны биоэнергетические процессы и регулирование транспорта веществ в клетку и из нее. В клетке непрерывно идут процессы изменения и восстановления органоидов. Это происходит и в обычных условиях среды, но особенно интенсивно при действии различных повреждающих факторов (изменение температуры, гипоксия, недостаток питательных веществ).
Эти воздействия сопровождаются нарушением структуры ряда органоидов, в первую очередь митохондрий, происходит их вакуолизация, фрагментация, частичный распад. Однако уже вскоре после прекращения действия повреждающего фактора, если клетка не погибла, происходит увеличение количества митохондрий за счет деления неповрежденных, восстановление их нормальной структуры и функции окислительного фосфорилирования — клеточного дыхания, сопровождающегося образованием макроэнергических соединений. При большой физической нагрузке происходит усиление сердечных сокращений, гипертрофия миокарда. При этом наблюдаются увеличение числа и размеров митохондрий, мышечных фибрил, увеличение массы эндоплазматической сети. Эти внутриклеточные изменения позволяют обеспечить гомеостаз в условиях повышенной функции.
В основе реакций, осуществляемых в клетке на ультраструктурном уровне, лежат генетические механизмы гомеостаза.
Важнейшее свойство живого — самовоспроизведение — основано на процессе редупликации ДНК. Сам механизм этого процесса, при котором новая нить ДНК строится строго комплементарно около каждой из составляющих молекул двух старых нитей, является оптимальным для точной передачи информации. Точность этого процесса очень высока, но все же, хотя и очень редко, происходят ошибки при редупликации. Нарушение структуры молекулы ДНК может происходить и в ее первичных цепях вне связи с редупликацией под воздействием эндогенных и экзогенных химических соединений, под влиянием физических факторов. В большинстве случаев происходит восстановление генома клетки, исправление повреждения посредством системы репарирующих ферментов. Репарация играет важнейшую роль в восстановлении структуры генетического материала и сохранении нормальной жизнеспособности клетки. При повреждении механизмов репарации происходит нарушение гомеостаза как на клеточном, так и на организменном уровнях.
Важным механизмом сохранения гомеостаза является диплоидное состояние соматических клеток у эукариот. Циплоидные клетки отличаются боль-пей стабильностью функционирования, гак как наличие у них двух генетических программ повышает надежность генотипа. Большинство мутаций, оказывающих часто неблагоприятное действие, являются рецессивными. Наличие у гетерозиготной особи домина итого аллеля обеспечивает либо полное, либо частичное подавление в фенотипе рецессивной мутации. Стабилиация сложной системы генотипа обеспечивается и явлениями полимерии, также другими видами взаимодействия генов. Большую роль в процессах гомеостаза играют регуляторные гены, контролирующие активность оперонов.
У прокариот, имеющих более примитивную организацию генотипа, наблюдается меньшая автономность организмов от колебания внешней среды л более низкая стабильность самого диетического аппарата.
Рис. 1. Схема взаимосвязи нервных и эндокринных механизмов гомеостаза и тканевого уровня по принципу обратной связи.