Общие понятия о гомеостазе клетки

Реализация всех свойств клетки, лежащих в основе жизни, возможна только в условиях, когда клетка поддерживает относительное постоянство своей внутренней среды. Она представлена цитоплазмой и кариоплазмой, которые по своей организации дискретны, т. е. состоят из различных специализированных компартментов (отделов). В цитоплазме выделяют жидкую фазу — гиалоплазму, в которой располагаются различные структурированные образования. Все немембранные органеллы функционируют в гиалоплазме, т. е. в относительно одинаковых условиях. Иные условия необходимы для органелл мембранного строения. Находясь в гиалоплазме, они отделены от нее своей внешней мембраной. Содержимое каждой органеллы должно создавать адекватные условия для их функциональных систем, например, ферменты лизосом осуществляют внутриклеточное пищеварение в кислой среде. Из этого можно сделать вывод: компартментализация представляет собой биологический принцип разделения целого на гетерогенные части, совместная деятельность которых составляет единый целостный процесс — гомеостаз. Гомеостаз — постоянство своего внутреннего состава открытой системы, посредством скоординированных (физиологических) реакций.

В процессе эволюции и в ходе естественного отбора организмами были выработаны общие регуляторные механизмы приспособления к условиям внешней среды (нейрогуморальные, эндокринные, иммунологические и др.), направленные на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза.

Основным механизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция.

Саморегуляция — это вариант управления, при котором отклонение физиологической функции, или константы, от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, является причиной возвращения этой функции (константы) к исходному уровню, посредством физиологических или биохимимческих процессов.

Различают:

жесткие константы (осмотическое давление крови, рН), незначительное отклонение которых вызывает существенные изменения обменных процессов.

пластичные константы могут варьировать в довольно больших пределах и в течение длительного времени без существенного нарушения функций (количество и соотношение форменных элементов крови, СОЭ и др.).

Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и обратных связей.

Прямая связь обеспечивает выработку регулирующих воздействий на основании информации об отклонении константы. Например, раздражение холодным воздухом терморецепторов кожи приводит к увеличению процессов теплопродукции.

Обратные связи заключаются в том, что выходной сигнал о состоянии объекта регуляции (константы или функции) передается на вход системы, что позволяет оценить эффективность включенных механизмов регуляции. Различают положительные и отрицательные обратные связи. Положительная обратная связь усиливает управляющее воздействие, отрицательная — ослабляет управляющее воздействие и способствует возвращению показателя к стационарному уровню.

Общий принцип саморегуляции и поддержания гомеостаза представлен на схеме ниже:

Объяснения к схеме:

Любые внешние или внутренние воздействия приводят к изменению внутренних констант, т. е. возмущению в правильной работы функциональных систем (красный блок), например, снизилось артериальное давление. Эти изменения тут же улавливаются системой детекции, как правило, это различные формы и виды рецепторов. Для артериального давления это, например, барорецепторы, которые расположены в дуге аорты и сонных артериях. Следующим этапом является включение физиологических и биохимических механизмов, направленных на восстановление измененной константы. В отношении нашего примера: участится частота сердечных сокращений, выделятся катехоламины (адреналин) и спазмируются периферические сосуды, почками будет задерживаться натрий и увеличится объем циркулирующий крови. Эти и другие механизмы направлены на стабилизацию сниженного давления. Затем системы проводят контроль эффективности (фиолетовый блок), если давление восстановилось — система возвращается к прежнему уровню функционирования, если нет и гомеостаз (константа) не восстановился — системы усиливает уже включенные механизмы и подключает новые. Этот цикл повторяется, пока не будет восстановлен гомеостаз. Красная и зеленая стрелка — это система обратной связи, которая как раз и позволяет осуществлять контроль эффективности мер, предпринятых на восстановление гомеостаза.