• Contribuție de Suzanne Wakim și Mandeep Grewal
  • Profesori (Cell Molecular Biology & Plant Science) la Butte College

Steady as She Goes

nivelul glicemiei

Acest dispozitiv arată simplu, dar controlează un sistem complex care menține o casă la o temperatură constantă. Dispozitivul este un termostat de modă veche. Cadranul arată temperatura curentă în cameră și permite, de asemenea, ocupantului să seteze termostatul la temperatura dorită. Un termostat este un model frecvent citat al modului în care sistemele vii, inclusiv corpul uman, mențin o stare stabilă numită homeostazie.

Figura \ (\ PageIndex \): termostat pentru o clădire. (CC BY-SA4.0; Vincent de Groot prin Wikimedia.org).

Ce este homeostazia?

Homeostazia este starea în care un sistem precum corpul uman este menținut într-o stare mai mult sau mai puțin stabilă. Este sarcina celulelor, a țesuturilor, a organelor și a sistemelor de organe de pe tot corpul să mențină multe variabile diferite în limite înguste care sunt compatibile cu viața. Păstrarea unui mediu intern stabil necesită o monitorizare continuă a mediului intern și efectuarea constantă de ajustări pentru a menține lucrurile în echilibru.

Set Point și Range Normal

Pentru orice variabilă dată, cum ar fi temperatura corpului sau nivelul glicemiei, există o anumită set point aceasta este valoarea optimă fiziologică. De exemplu, punctul de referință pentru temperatura corpului uman este de aproximativ 37 ° C (98,6 ° F). Pe măsură ce corpul lucrează pentru a menține homeostazia pentru temperatură sau orice altă variabilă internă, valoarea fluctuează de obicei în jurul valorii stabilite. Astfel de fluctuații sunt normale atâta timp cât nu devin prea extreme. Răspândirea valorilor în cadrul cărora astfel de fluctuații sunt considerate nesemnificative se numește interval normal. În cazul temperaturii corpului, de exemplu, intervalul normal pentru un adult este de aproximativ 36,5 până la 37,5 ºC (97,7 până la 99,5 ºF).

Menținerea homeostaziei

Homeostazia este menținută în mod normal în corpul uman printr-un act de echilibrare extrem de complex. Indiferent dacă variabila este menținută în intervalul normal, menținerea homeostazei necesită cel puțin patru componente interacționale: stimul, senzor, centru de control și efector.

  1. stimul este furnizat de variabila care este reglementată. În general, stimulul indică faptul că valoarea variabilei s-a îndepărtat de punctul stabilit sau a părăsit intervalul normal.
  2. senzor monitorizează valorile variabilei și trimite date despre aceasta către centrul de control.
  3. centrul de Control potriveste datele cu valori normale. Dacă valoarea nu se află la punctul stabilit sau este în afara intervalului normal, centrul de control trimite un semnal către efector.
  4. efector este un organ, glandă, mușchi sau altă structură care acționează asupra semnalului din centrul de control pentru a deplasa variabila înapoi spre punctul stabilit.

Fiecare dintre aceste componente este ilustrată în Figura \ (\ PageIndex \). Diagrama din stânga este un model general care arată modul în care componentele interacționează pentru a menține homeostazia. Diagrama din dreapta arată exemplul temperaturii corpului. Din diagrame, puteți vedea că menținerea homeostaziei implică feedback, care sunt date care se retroalimentează pentru a controla un răspuns. Feedback-ul poate fi negativ, ca în exemplul de mai jos, sau pozitiv. Toate mecanismele de feedback care mențin homeostazia utilizează feedback negativ. Exemplele biologice de feedback pozitiv sunt mult mai puțin frecvente.

Figura \ (\ PageIndex \): Menținerea homeostaziei prin feedback necesită un stimul, un senzor, un centru de control și un efector. (CC BY-NC 3.0 prin fundația CK-12).

Feedback negativ

Într-o bucla de feedback negativ, feedback-ul servește la reducerea unui răspuns excesiv și menținerea unei variabile în intervalul normal. Exemple de procese controlate prin feedback negativ includ reglarea temperaturii corpului și controlul glicemiei.

Temperatura corpului

Reglarea temperaturii corpului implică feedback negativ, indiferent dacă scade temperatura sau o crește (Figura \ (\ PageIndex \)).

Răcire

Centrul de reglare a temperaturii corpului uman este hipotalamusul din creier. Când hipotalamusul primește date de la senzorii din piele și creier că temperatura corpului este mai mare decât punctul stabilit, acesta pune în mișcare următoarele răspunsuri:

  • Vasele de sânge din piele se dilată (vasodilatație) pentru a permite mai mult sânge din miezul corpului cald să curgă aproape de suprafața corpului, astfel că căldura poate fi radiată în mediu.
  • Pe măsură ce fluxul de sânge către piele crește, glandele sudoripare din piele sunt activate pentru a crește cantitatea de transpirație (diaforeză). Când transpirația se evaporă de la suprafața pielii în aerul înconjurător, ia căldura cu ea.
  • Respirația devine mai profundă, iar persoana poate respira prin gură în loc de pasajele nazale. Acest lucru crește pierderea de căldură din plămâni.
Figura \ (\ PageIndex \): Hipotalamusul joacă un rol major în reglarea temperaturii. (CC0; ChancroVet prin Wikimedia.org).

Încălzire

Când centrul de reglare a temperaturii creierului primește date conform cărora temperatura corpului este mai mică decât punctul stabilit, acesta pune în mișcare următoarele răspunsuri:

  • Vasele de sânge din piele se contractă (vasoconstricție) pentru a preveni scurgerea sângelui aproape de suprafața corpului. Acest lucru reduce pierderile de căldură de la suprafață.
  • Pe măsură ce temperatura scade mai scăzută, se declanșează semnale aleatorii către mușchii scheletici, determinându-i să se contracte. Acest lucru provoacă fiori, care generează o cantitate mică de căldură.
  • Glanda tiroidă poate fi stimulată de creier (prin glanda pituitară) pentru a secreta mai mult hormon tiroidian. Acest hormon crește activitatea metabolică și producția de căldură în celulele din tot corpul.
  • Glandele suprarenale pot fi, de asemenea, stimulate să secrete hormonul adrenalină. Acest hormon determină descompunerea glicogenului (glucidul utilizat pentru stocarea energiei la animale) la glucoză, care poate fi utilizată ca sursă de energie. Acest proces chimic catabolic este exoterm sau produce căldură.

Glucoza din sange

În controlul nivelului de glucoză din sânge, anumite celule endocrine din pancreas numite celule alfa și beta, detectează nivelul de glucoză din sânge. Apoi răspund în mod adecvat pentru a menține nivelul glicemiei în intervalul normal.

  • Dacă nivelul glicemiei crește peste intervalul normal, celulele beta pancreatice eliberează hormonul insulină în fluxul sanguin. Insulina semnalează celulelor să preia excesul de glucoză din sânge până când nivelul glicemiei scade la nivelul normal.
  • Dacă nivelul glicemiei scade sub nivelul normal, celulele alfa pancreatice eliberează hormonul glucagon în sânge. Glucagonul indică celulelor să descompună glicogenul stocat în glucoză și să elibereze glucoza în sânge până când nivelul glicemiei crește la nivelul normal.

Feedback pozitiv

Într-o bucla de feedback pozitiv, feedback-ul servește la intensificarea unui răspuns până la atingerea unui punct final. Exemple de procese controlate prin feedback pozitiv în corpul uman includ coagularea sângelui și nașterea.

Coagularea sângelui

Când o rană provoacă sângerări, corpul răspunde cu o buclă de feedback pozitiv pentru a coagula sângele și a opri pierderea de sânge. Substanțele eliberate de peretele vasului de sânge rănit încep procesul de coagulare a sângelui. Trombocitele din sânge încep să se agațe de locul rănit și eliberează substanțe chimice care atrag trombocite suplimentare. Pe măsură ce trombocitele continuă să se adune, mai multe substanțe chimice sunt eliberate și mai multe trombocite sunt atrase de locul cheagului. Feedbackul pozitiv accelerează procesul de coagulare până când cheagul este suficient de mare pentru a opri sângerarea.

Figura \ (\ PageIndex \): nașterea normală este determinată de o buclă de feedback pozitiv. Feedback-ul pozitiv determină o abatere din ce în ce mai mare de la starea normală la un punct final fix, mai degrabă decât o revenire la un punct set normal ca la homeostazie. (CC BY 4.0; OpenStax prin Wikimedia.org).

Naştere

Figura \ (\ PageIndex \) arată bucla de feedback pozitiv care controlează nașterea. Procesul începe în mod normal atunci când capul sugarului împinge împotriva colului uterin. Acest lucru stimulează impulsurile nervoase, care se deplasează de la colul uterin la hipotalamusul din creier. Ca răspuns, hipotalamusul trimite hormonul oxitocina către glanda pituitară, care o secretă în sânge, astfel încât să poată fi transportată la uter. Oxitocina stimulează contracțiile uterine, care împing copilul mai tare împotriva colului uterin. Ca răspuns, colul uterin începe să se dilate în pregătirea pentru trecerea bebelușului. Acest ciclu de feedback pozitiv continuă, cu niveluri crescute de oxitocină, contracții uterine mai puternice și dilatare mai largă a colului uterin până când copilul este împins prin canalul de naștere și în afara corpului. În acel moment, colul uterin nu mai este stimulat să trimită impulsuri nervoase către creier și întregul proces se oprește.

Când homeostazia eșuează

Mecanismele homeostatice funcționează continuu pentru a menține condiții stabile în corpul uman. Uneori, însă, mecanismele eșuează. Când o fac, dezechilibru homeostatic poate rezulta, în care celulele pot să nu obțină tot ce au nevoie sau deșeurile toxice se pot acumula în organism. Dacă homeostazia nu este restabilită, dezechilibrul poate duce la boli sau chiar la moarte. Diabetul este un exemplu de boală cauzată de dezechilibru homeostatic. În cazul diabetului, nivelul glicemiei nu mai este reglat și poate fi periculos de ridicat. Intervenția medicală poate ajuta la restabilirea homeostaziei și, eventual, la prevenirea deteriorării permanente a organismului.

Îmbătrânirea normală poate duce la o reducere a eficienței sistemelor de control ale corpului. Acest lucru face ca organismul să fie mai susceptibil la boli. De exemplu, persoanele în vârstă pot regla mai greu temperatura corpului. Acesta este unul dintre motivele pentru care sunt mai predispuși decât persoanele mai tinere să dezvolte boli grave cauzate de căldură, cum ar fi lovitura de căldură.

Caracteristică: Corpul meu uman

Diabetul este diagnosticat la persoanele care au niveluri anormal de ridicate de glucoză în sânge după post de cel puțin 12 ore. Un nivel de glucoză din sânge de post sub 100 este normal. Un nivel cuprins între 100 și 125 te plasează în categoria pre-diabet, iar un nivel mai mare de 125 are ca rezultat un diagnostic de diabet.

Dintre cele două tipuri de diabet, diabetul de tip 2 este cel mai frecvent, reprezentând aproximativ 90% din toate cazurile de diabet în Statele Unite. Diabetul de tip 2 începe de obicei după vârsta de 40 de ani. Cu toate acestea, din cauza creșterii dramatice în ultimele decenii a obezității la persoanele mai tinere, vârsta la care este diagnosticat diabetul de tip 2 a scăzut. Chiar și copiii sunt acum diagnosticați cu diabet de tip 2. Astăzi, aproximativ 30 de milioane de americani au diabet de tip 2, iar alți 90 de milioane au pre-diabet.

Este posibil să vi se testeze nivelul glicemiei în timpul unui examen medical de rutină. Dacă nivelul glucozei din sânge indică faptul că aveți diabet zaharat, poate fi un șoc pentru dvs., deoarece este posibil să nu aveți niciun simptom al bolii. Nu sunteți singuri, pentru că până la unul din patru diabetici nu știu că au boala. Odată ce diagnosticul de diabet intră, veți putea fi devastat de știri. Diabetul poate duce la atacuri de cord, accidente vasculare cerebrale, orbire, insuficiență renală și pierderea degetelor de la picioare sau a picioarelor. Riscul de deces la adulții cu diabet este cu 50% mai mare decât la adulții fără diabet, iar diabetul este a șaptea cauză principală de deces la adulți. În plus, controlul diabetului necesită de obicei teste frecvente ale glicemiei, urmărirea a ceea ce și când mănânci și administrarea de medicamente sau chiar injecții cu insulină. Toate acestea pot părea copleșitoare.

Vestea bună este că schimbarea stilului tău de viață poate opri progresia diabetului de tip 2 sau chiar inversa. Prin adoptarea unor obiceiuri mai sănătoase, este posibil să vă puteți menține nivelul glicemiei în intervalul normal, fără medicamente sau insulină. Iată cum:

rezumat

  • Homeostazia este starea în care un sistem precum corpul uman este menținut într-o stare mai mult sau mai puțin stabilă. Este sarcina celulelor, țesuturilor, organelor și a sistemelor de organe din tot corpul să mențină homeostazia.
  • Pentru orice variabilă dată, cum ar fi temperatura corpului, există un anumit punct de referință care este valoarea optimă fiziologică. Răspândirea valorilor în jurul valorii de referință care este considerată nesemnificativă se numește interval normal.
  • Homeostazia este în general menținută de o buclă de feedback negativ care include un stimul, un senzor, un centru de control și un efector. Feedback-ul negativ servește la reducerea unui răspuns excesiv și la menținerea unei variabile în intervalul normal. Buclele de feedback negativ controlează temperatura corpului și nivelul glicemiei.
  • Buclele de feedback pozitiv nu sunt frecvente în sistemele biologice. Feedbackul pozitiv servește la intensificarea unui răspuns până la atingerea unui punct final. Buclele de feedback pozitiv controlează coagularea sângelui și nașterea.
  • Uneori mecanismele homeostatice eșuează, rezultând un dezechilibru homeostatic. Diabetul este un exemplu de boală cauzată de dezechilibru homeostatic. Îmbătrânirea poate duce la o reducere a eficienței sistemului de control al corpului, făcând persoanele în vârstă mai susceptibile la boli.

Revizuire

  1. Ce este homeostazia?
  2. Definiți punctul de referință și intervalul normal pentru măsurile fiziologice.
  3. Identificați și definiți cele patru componente interacționale care mențin homeostazia în buclele de feedback.
  4. Comparați și contrastați buclele de feedback negative și pozitive.
  5. Explicați cum feedback-ul negativ controlează temperatura corpului.
  6. Dați două exemple de procese fiziologice care sunt controlate de bucle de feedback pozitiv.
  7. O buclă de feedback negativ:

A. readuce nivelul unei variabile la un interval normal

B. poate reduce, dar nu crește, temperatura corpului

C. este tipul de feedback implicat în coagularea sângelui

A. În timpul alăptării, stimulul bebelușului care suge mamelonul crește cantitatea de lapte produsă de mamă. Cu cât suge mai mult, cu atât se produce mai mult lapte. Este acesta un exemplu de feedback negativ sau pozitiv? Explică-ți răspunsul.

b. Care credeți că ar putea fi beneficiul evolutiv al mecanismului de reglementare a producției de lapte descris în partea a?

Explicați de ce homeostazia este reglementată de bucle de feedback negative, mai degrabă decât de bucle de feedback pozitive.

Un set point este de obicei:

A. vârful unui interval normal

B. partea de jos a unui interval normal

C. în mijlocul unui interval normal

D. punctul în care modificările nu mai pot apărea

Nivelul unui hormon sexual, testosteronul (T), este controlat de feedback negativ. Un alt hormon, hormonul care eliberează gonadotropina (GnRH), este eliberat de hipotalamusul creierului, care declanșează glanda pituitară să elibereze hormonul luteinizant (LH). LH stimulează gonadele să producă T. Când există prea mult T în fluxul sanguin, se alimentează din nou cu hipotalamusul, determinându-l să producă mai puțin GnRH. Deși acest lucru nu descrie toate buclele de feedback implicate în reglarea T, răspundeți la următoarele întrebări despre această buclă de feedback specială.

A. Care este stimulul acestui sistem? Explică-ți răspunsul.

b. Care este centrul de control al acestui sistem? Explică-ți răspunsul.

c. Ce este considerată hipofiza în acest sistem: stimul, senzor, centru de control sau efector? Explică-ți răspunsul.

Explorează mai multe

Puteți afla cum corpul menține homeostazia în conținutul său de apă vizionând acest videoclip:

Vedeți acest videoclip despre comparațiile dintre feedback-ul pozitiv și negativ: