Гомеостаз- саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия

Лекция: Генетичекий аппарат клетки. Генетичекий гомеостаз. Гомеостаз, биологическая сущность, виды гомеостаза. Гомеостаз- саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды. Виды: Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально возможным биоразнообразием при благоприятных условиях среды. Биологически — Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах. Клеточный —Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Авторегуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия некоторых макро- и микроэлементов. В организме человека: Разные факторы влияют на способность жидкостей организма поддерживать жизнь. В их числе такие параметры, как температура, солёность, кислотность и концентрация питательных веществ — глюкозы, различных ионов,кислорода, и отходов — углекислого газа и мочи. Так как эти параметры влияют на химические реакции, которые сохраняют организм живым, существуют встроенные физиологические механизмы для поддержания их на необходимом уровне. Гомеостаз нельзя считать причиной процессов этих бессознательных адаптаций. Его следует воспринимать как общую характеристику многих нормальных процессов, действующих совместно, а не как их первопричину. Более того, существует множество биологических явлений, которые не подходят под эту модель — например, анаболи Генетический гомеостаз на молекулярно-генетическом, клеточном и организменном уровнях направлен на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю биологическую информацию организма. Механизма организменного гомеостаза закреплены в исторически сложившемся генотипе. На популяционно-видовом уровне генетический гомеостаз – это способность популяции поддерживать относительную стабильность и целостность наследственного материала, которые обеспечиваются процессами редукционного деления и свободным скрещиванием особей, что способствует сохранению генетического равновесия частот аллелей. Способы поддержания генетического гомеостаза Механизмы нарушений генетического гомеостаза Репликация ДНК Замена,выпадение,дупликация,перестановка нуклеотидов, сдвиг рамки считывания Репарация ДНК 1. Наследственное и ненаследственное повреждение репаративной системы 2. Функциональная недостаточность репаративной системы Точное распределение наследственного материала при митозе 1. Нарушение формирования веретена деления 2.  Нарушение расхождения хромосом Иммунитет 1. Иммунодефицит наследственный и приобретенный. 2.  Функциональная недостаточность иммунитета   Поддержание генетического гомеостаза на организменном уровне. Неспецифические клеточные и гуморальные факторы защиты. На организменном уровне гомеостаз регулируется центральной нервной системой и эндокринной системой. Поддержание гомеостаза обеспечивает: 1) неспецифические защитные механизмы (барьерные свойства кожи, фагоцитоз) 2) специфические защитные механизмы (клеточный и гуморальный иммунитет, аллергические реакции) Иммунитет – механизм специфической защиты от генетически чужеродных факторов. Клеточный и гуморальный иммунитет, его основные механизмы. Формы защиты Биологическая сущность Неспецифические факторы Естественная индивидуальная неспецифическая устойчивость к чужеродным агентам Защитные барьеры организма: Кожа,эпителий,гематолимфатический, печеночный, гематоэнцефалический, гематофтальмичесий, гематотестикулярный, гематофолликулярный, гематосаливарный Препятствуют проникновению в организм и органы чужеродных агентов Неспецифическая клеточная защита (клетки крови и соединительной ткани) Фагоцитоз, инкапсулирование, образование клеточных агрегатов, коагуляция плазмы Неспецифическая гуморальная защита Действие на патогенные агенты неспецифических веществ в выделениях кожных желез, слюне, слезной жидкости, желудочном и кишечном соке, крови(интерферон) и т.д. Иммунитет Специализированные реакции иммунной системы на генетически чужеродные агенты, живые организмы, злокачественные клетки Конституциональный иммунитет Генетически предопределенная устойчивость отдельных видов, популяций и особей к возбудителям определенных заболеваний или агентам молекулярной природы, обусловленная несоответствием чужеродных агентов и рецепторов клеточных мембран, отсутствием в организме определенных веществ, без которых чужеродный агент не может существовать; наличие в организме ферментов, уничтожающих чужеродный агент Клеточный Появление повышенного количества избирательно реагирующих с данным антигеном Т-лимфоцитов Гуморальный Образование циркулирующих с кровью специфических антител к определенным антигенам Проблемы трансплантации органов и тканей, связанные со способностью организмов поддерживать генетический гомеостаз. Ауто-, алло- и ксенотрансплантация. Перспективы пересадки органов и тканей. Ауто- (изо-) трансплантация — пересадка тканей и органов собственного или генетически идентичного организма. Препятствия к пересадке отсутствуют. Алло- (или гомо-) трансплантация — пересадка тканей или органов донора (или трупа) этого же вида Ксено ( гетеро-) трансплантация — пересадка тканей и органов организма другого вида (возникает тканевая несовместимость). Пути преодоления тканевой несовместимости: подбор совместимых доноров и реципиентов, иммунодепрессивная терапия, создание искусственной толерантности путем перехвата антигенов антителами Гомеостаз внутренней среды организма должен обеспечиваться, помимо только что изложенных фундаментальных механизмов, надѐжностью генетического контроля генной активности. Механизмы такого контроля на молекулярном и надмолекулярном уровнях пока не раскрыты. Однако кажется несомненным, что такой контроль удивительно помехоустойчив. Хотя еще не полностью выяснено, какими механизмами генетическая детерминация гомеостаза обеспечивает постоянство внутренней среды организма (фенотипический уровень), всѐ же можно предположить, что речь при этом идѐт о молекулярно-генетических и биохимических цепочках событий от гена до признака. В ряде примеров можно расчленить физиологические механизмы гомеостатической реакции на составляющие. Два вида генетической детерминации гомеостаза. В общей форме можно говорить о двух видах генетической детерминации гомеостаза. Один из них – контроль элементарных проявлений гомеостаза организма (выделение гормона, синтез фермента и т.д.). Другая группа проявлений гомеостаза – системные проявления. Разумеется, границы между элементарными и системными проявлениями гомеостаза условны. Чем больше расшифровывается цепочек генетической детерминации элементарных проявлений гомеостаза, чем глубже познаются звенья каждой из них, тем полнее и предметнее становятся наши представления о генетике и физиологии гомеостаза в целом. В качестве примеров генетической обусловленности элементарной гомеостатической реакции можно привести генетический контроль свертываемости крови. Генетический анализ системных проявлений гомеостаза представляет трудную задачу. Эти проявления интегральны, их невозможно свести к простой сумме элементарных реакций, за которыми стоят конкретные цепочки: ген первичный его продукт и метаболические превращения продукта. На более высоком, системно-органном, уровне вступают в действие физиологические механизмы регуляции функций. Однако и в этом случае глубинную основу таких регуляций составляют унаследованные нормы реакций. Лекция: Генетический аппарат клетки. Современные представления о природе генетического аппарата позволяют выделить три уровня его организации: генный, хромосомный, геномный. Элементарной функциональной единицей наследственности, определяющей возможность развития отдельного признака клетки или организма, является ген. Под признаком понимают единицу морфологической, биохимической, иммунологической, физиологической и любой другой дискретности клетки .или организма в целом, иными словами, отдельное качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга. Признак или группа признаков обусловлен действием конкретного гена (с участием или без участия факторов среды). Развитие признака требует синтеза многих веществ, но, прежде всего, — белков, имеющих специфические свойства: ферментативные, структурные, транспортные и т.д. Свойства белковой молекулы определяют ее аминокислотный состав. Он кодируется последовательностью нуклеотидов в ДНК соответствующего 30 гена. Ген – это участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного определенного белка. Гены характеризуются определенными свойствами: Стабильность -способность гена сохранять структуру (ген мутирует редко) Специфичность — каждый ген обладает, присущим только ему, порядком расположения нуклеотидов. Лабильность — способность мутировать или изменяться. Экспрессивность -степень выраженности признака или степень фенотипического проявления данного гена. Пенетрантность — частота проявления гена или его признака. Целостность — ген, кодирующий полипептид (белок) выступает как неделимая частица. Дискретность- это наличие двух субъединиц гена: структурная- это пара комплементарных нуклеотидов, функциональная – это кодон. Плейотропия — множественный эффект действия гена, когда один ген отвечает за проявление нескольких признаков.Аллельность- в генотипе у организмов есть только две формы генов, кодирующих один признак. Амплификация — увеличение количества копий гена. Дозированность — ген обуславливает развитие признаков до определенных пределов дозы. Параллельно дозе усиливается развитие признака Существует несколько вариантов классификации генов. В наиболее распространенном варианте — функциональном — гены делятся на структурные и функциональные. Структурные гены несут информацию о белках, гистонах, а также о последовательностях нуклеотидов в различных видах РНК. Функциональные гены (или последовательности) регулируют работу структурных генов. 1.Структурные гены- гены кодирующие белки, тРНК, рРНК. 2. Регуляторные гены- регулирует функции различных генов. 3. Мигрирующие генетические элементы — транспозоны – перемещаются по геному с помощью ферментов, влияют на активность соседних генов. 4. Псевдогены – копии известных генов лишенные интронов.Они не транскрибируются из-за мутаций в регуляторной области или кодирующей части. Период функционирования гена называется временем действия гена. Основные свойства гена определяются его химической организацией. Место расположения гена на хромосоме называется локусом. В 1902 г. два исследователя Саттон США) и Бовери (Германия) высказали предположение, что гены находятся в хромосомах. В настоящее время установлено, что в основе строения хромосомы лежит хроматин – сложный комплекс ДНК, белка, РНК и других веществ. Если проложить все ДНК в В-конформации в линию, то их общая длина превысит 2 метра. Уместить такой длины ДНК в ядре возможно только путем ее определенной упаковки. При образовании третичной структуры ДНК у эукариот происходит в среднем уменьшение ее размеров в 100 тысяч раз. Третичная структура ДНК у эукариотических клеток отличается тем, что многократная компактизация ДНК, сопровождается образованием комплексов с белками — гистонами и негистоновыми белками. Комплекс ДНК с белками называется хроматином. Гистоны — это белки небольшого размера (мол. масса около 20 000) с очень высоким содержанием положительно заряженных аминокислот (лизина и аргинина). Хроматин содержит 5 типов гистонов: Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (нуклеосомные гистоны) и h2. Суммарный положительный заряд позволяет им прочно связываться с ДНК. Негистоновые белки — это разные типы регуляторных белков, связывающихся со специфическими последовательностями ДНК, а также ферменты, участвующие в матричных биосинтезах. Первый этап упаковки хроматина — нуклеосома. Гистоны Н2А, Н2В, НЗ, Н4 образуют нуклеосомный кор или нуклеосомную частицу. Это октамер, содержащий по 2 молекулы гистона Н2а, гистона Н2b, гистона Н3 и гистона Н4. На нуклеосомный кор наматывается спираль ДНК. Свободные участки ДНК называются линкерными. Это первый уровень упаковки хроматина, d -10нм Он называется нуклеосомным (модель «жемчужное ожерелье»). На этом этапе ДНК укорачивается в 2. 4 раза. Рис. 18. Нуклеосомный кор с намотанной спиралью ДНК линкерный участок (модель модель «жемчужное ожерелье») (Иллюстрация Матиас Бадер (Mathias Bader) Второй этап – образование хроматиновой фибриллы — d -30нм. С линкерными участками взаимодействует гистон Н1, который подтягивает нуклеосомные коры друг к другу. Образуется хроматиновая фибрилла (нуклеофиламент). На этом этапе ДНК укорачивается в 17 раз. Третий этап называется хромомерно – петлевым. Хроматиновая фибрилла диаметром 300 нм, образует петельную структуру с помощью 32 негистоновых белков «скрепок». На этом этапе ДНК укорачивается в 25 раз. Четвертый этап – интерфазная хромонема, образование розеток. Розетки образуются из петель при объединении негистоновых белков – «скрепок». Хромонемы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром 600-700 нм. Это последний уровень упаковки ДНК в интерфазном ядре. Дальнейшая конденсация хроматина с образованием хромосом начинается перед делением клетки. Хроматиды входят в состав метафазной хромосомы, диаметр которой составляет 1400 нм или 1,4 мкм. Понятие о геноме. Знание основ медицинской генетики позволяет врачу понимать механизмы индивидуального течения болезни и выбирать соответствующие методы лечения. На основе медико-генетических знаний приобретаются навыки диагностики наследственных болезней, а также появляется умение 34 направлять пациентов и членов их семей на медико-генетическое консультирование для первичной и вторичной профилактики наследственной патологии. Приобретение медико-генетических знаний способствует формированию чѐтких ориентиров в восприятии новых медико- биологических открытий, что для врачебной профессии необходимо в полной мере, поскольку прогресс науки быстро и глубоко изменяет клиническую практику. Наследственные болезни длительное время не поддавались лечению, а единственным методом профилактики была рекомендация воздержаться от деторождения. Эти времена прошли. Современная медицинская генетика вооружила клиницистов методами ранней, досимптомной (доклинической) и даже пренатальной диагностики наследственных болезней. Интенсивно развиваются и в некоторых центрах уже применяются методы преимплантационной (до имплантации зародыша) диагностики. Понимание молекулярных механизмов патогенеза наследственных болезней и высокие медицинские технологии обеспечили успешное лечение многих форм патологии. Сложилась стройная система профилактики наследственных болезней: медико-генетическое консультирование, преконцепционная профилактика, пренатальная диагностика, массовая диагностика у новорождѐнных наследственных болезней обмена, поддающихся диетической и лекарственной коррекции, диспансеризация больных и членов их семей. Внедрение этой системы обеспечивает снижение частоты рождения детей с врождѐнными пороками развития и наследственными болезнями на 60-70%. Врачи и организаторы здравоохранения могут активно участвовать в реализации достижений медицинской генетики. ХХ век вошел в историю как молекулярной генетики. Молекулярно- биологические и компьтерные методы анализа данных обеспечили прорыв представлений о том, как устроен и как функционирует геном. Группа ученых, таких как Марк Адам (ведущий сотрудник института геномных исследований в штате Мэриленд (США), частной исследовательской компании, занимающейся исключительной работой в области картирования генов), Крэйк Вентер (директор этого института) и соавторами, разрабатывается проект «Геном человека». Цель этого проекта заключается в выяснении последовательности оснований во всех молекулах ДНК в клетках человека. Одновременно должна быть установлена локализация всех генов, что помогло бы выяснить причину многих наследственных заболеваний и этим открыть пути к их лечению. Было сформулировано пять основных целей проекта: 1. Завершить составление детальной генетической карт 2. составить физические карты каждой хромосомы 3. получить карту всего генома в виде охарактеризованных клонов 35 4. завершить к 2004 году полное секвенирование ДНК 5. нанести на завершенную карту все гены человека (к 2005 году). В настоящее время термин «геном» означает полный состав ДНК клетки, т.е. совокупность всех генов и межгенных участков. Можно считать, что геном – полный набор инструкций для формирования и функционирования индивида. Комплексное изучение структуры и функции генома изучает геномика, которая проводит секвенирование, картирование и идентификацию функций генов и внегенных элементов. Предмет этой науки – изучение строения генов человека и других существ. Для медицины первостепенное значение имеют исследования в области геномики патогенных микроорганизмов, т.к. они проливают свет на природу инфекционного процесса и создание лекарств, направленных на специфические мишени бактерий. Задачи – применить полученные знания для улучшения качества жизни человека. Методы геномики направлены на расшифровку новых закономерностей биологических систем и процессов. Геномика человека – это основа молекулярной медицины и имеет важнейшее значение для разработки методов диагностики, лечения и профилактики наследственных и ненаследственных болезней. Геномика подразделяется на структурную, функциональную, сравнительную, эволюционную, медицинскую направлений, а также раздел изучающий генетическое разнообразие людей. Структурная геномика изучает последовательность нуклеотидов в геномах, определяет границы и строение генов, межгенных участков и других структурных генетических элементов (промоторов, энхансеров и т.д.), т.е. составляет генетические , физические и транскриптные карты организма. Функциональная геномика проводит исследования, направленные на идентификацию функций каждого гена и участка генома, их взаимодействие в клеточной системе. Функциональная геномика дает характеристику различным генам, составляющим геномы, изучает механизмы их регуляции, взаимодействия друг с другом и с факторами среды в норме и при патологии. Функционирование и регуляция примерно 25000 генов генома человека требует длительного междисциплинарного исследонания. После расшифровки генома начинается изучение белковых продуктов генов. Эту область исследований называют протеомикой. Ее задача: определить все белки, синтезируемые в клетке, выяснить их строение, количество, локализацию, модификацию и механизмы взаимодействия. Второе направление функциональной геномики- транскриптомика — изучает координированную работу генов, образование первичных транскриптатов, процессы сплайсинга и формирования зрелых м РНК. Третье направление функциональной геномики – цитомика. Цитомика исследует генетические механизмы и генетический контроль клеточной дифференцировки и гистогенеза, а также образования субклеточных структур. Достижения функциональной геномики находят применение в медицинской практике. За последние 70 лет идентифицировано около 1700 36 генов, мутации в которых приводят к моногенным болезням, выявлено около 100 генов, обусловливающих различные формы рака. Установлено, что моногенные болезни характеризуются значительным клиническим полиморфизмом даже внутри семей с одинаковой мутацией. Тяжесть клинической картины определяется присутствием в генотипе различных модифицирующих генов, действие которых часто отсрочено. Средовые факторы также могут изменять фенотип. Эти данные используются для определения носительства мутаций. Молекулярно-биологический подход оказался полезным и при изучении канцерогенеза. Данные о механизмах трансформации протоонкогенов и генов супрессоров опухолевого роста позволили классифицировать определенные опухоли по характеру экспрессии различных наборов генов, а благодаря технологии микрочипов удалось показать, что разные варианты генной экспрессии определяют различный прогноз. Этот факт дает возможность сделать терапию рака более функционально направленной. Например, при формах рака, сопровождающихся низкой активностью тирозинкиназы, вместо радио- и химиотерапии, уничтожающих и раковые и здоровые клетки, можно назначить больным тирозинкиназу, действующую только на клетки опухоли. ДНК диагностика помогает выявить носителей мутаций и проводить своевременное профилактическое лечение пораженных индивидов. Например, диспансеризация и своевременное хирургическое лечение носителей гена семейного аденоматозного полипоза могут предотвратить развитие у них рака толстой кишки. Исследования в данном направлении только начались, но, возможно, что со временем они послужат основой для разработки программ популяционного скрининга рака. Для исследования генов мультигенных систем, позволило идентифицировать ген предрасположенности к диабету второго типа. Этот результат свидетельствует о том, что до сих пор существуют не описанные пути регуляции метаболизма и недостаточности наших знаний о биохимических процессах, происходящих в наших организмах, и непонимании механизмов развития мультифакториальных заболеваний. Сравнительная геномика изучает сходства и различия в организации геномов разных организмов с целью выяснения общих закономерностей их строения и функционирования или их продуктов в разных органах и тканях. Сравнения белковых продуктов внутри и между видами организмов помогают получить информацию об их потенциальных функциях. Изучение координации внутри клетки и организма действия пакетов генов путем сравнения геномов разных видов основано на том, что жизненно важные регуляторные функции сохранились у многих видов организмов на протяжении эволюции. Например, информация о регуляции клеточного цикла, была получена путем сравнения с аналогичными процессами у дрожжей. Избирательная инактивация у мышей позволила определить функции многих эффекторов иммунной системы и регуляторов ранних стадий кроветворения. 37 Эволюционная геномика объясняет пути эволюции геномов, происхождение генетического полиморфизма и биоразнообразия, роль горизонтального переноса генов. Эволюционный подход к изучению генома человека позволяет проследить за деятельностью формирования комплекса генов, отдельных хромосом, стабильностью его частей, недавно обнаруженными элементами «непостоянства» генома, процессом разнообразия, эволюцией наследственной патологии. Применительно к геному человека можно сказать, что эволюция человека – это эволюция генома. Такое представление подтверждается многочисленными молекулярно-генетическими исследованиями, постольку стало возможным сопоставление геномов разных видов млекопитающих, в том числе человекообразных обезьян, а также в пределах вида Homo sapiens геномов разных рас, этносов, популяций человека и отдельных индивидов. Организация генома каждого эукариотического вида представляет собой последовательную иерархию элементов: нуклеотидов, кодонов, доменов, генов с межгенными участками, сложных генов, плеч хромосом, хромосом, гаплоидного набора вместе с внехромосомной и внеядерной ДНК. В эволюционном преобразовании генома каждый из этих иерархических уровней мог вести себя совершенно дискретно (изменяясь, комбинируясь с другими и т.д.). Медицинская геномика решает прикладные вопросы клинической и профилактической медицины на основе знания геномов человека и патоген- ных организмов (например, диагностика наследственных болезней, геноте- рапия, причины вирулентности болезнетворных микроорганизмов и т.д.). Несмотря на колоссальные возможности геномных технологий для профилактики, диагностики и лечения заболеваний, не следует пренебрегать традиционными подходами и методами клинической медицины. Стремительное развитие геномики привело к постановке ряда вопросов о целеобразности, экономической эффективности, безопасности и доступности использования ряда ее результатов, а использование геномных технологий породило ряд биоэтических, социальных и правовых проблем. Наши представления о геноме человека – обширная область генетики человека, включающая понятия «инвентаризация» генов, групп сцепления, картирования генов, секвенирования всей ДНК (генов, их мутаций и хромосом в целом), мейотических преобразований, функционирования отдельных генов и их взаимодействий, интегрировании структуры и функции генома в целом. На решении всех этих вопросов была сосредоточена обширная многолетняя международная программа «Геном человека». Геномика патогенных бактерий и вирусов. Геномика микроорганиз- мов имеет прямое отношение к клинической медицине. Закономерности геномной организации патогенных бактерий и вирусов позволяют более точно понять природу инфекционного процесса, определить направление создания вакцин, уточнить патогенные мишени микроорганизмов для создания лекарств. 38 Секвенирование генома бактерий началось в конце 80-х годов XX века, когда уже были созданы методические предпосылки. Первым секвенированным бактериальным геномом был геном Mycoplasma genitalium (1995). За последние годы список полностью секвенированных геномов бактерий увеличился до 20 видов, среди которых представители таких родов патогенных бактерий, как Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Yersinia и др. Как показали геномные исследования, патогенные бактерии весьма разнообразны по комбинаторике генов, определяющих патогенность. У них имеются специфические гены, контролирующие синтез факторов вирулентности (адгезины, инвазины, порины, токсины, гемолизины). Большинство таких генов собрано в кластеры («островки патогенности»). Они могут быть локализованы в хромосоме бактерии или в плазмидах. «Островки патогенности» участвуют в геномных перестройках, что и определяет приспособляемость и широкую внутривидовую вариабельность бактерий. Поскольку геномы бактерий небольшие (от 100 000 до 4 млн пар нуклеотидов), многое удалось уже сделать в области функциональной геномики. И структурные, и функциональные исследования геномов патогенных бактерий показывают их высокую пластичность. Эти представления имеют непосредственное практическое значение, во-первых, для разработки экспресс-методов типирования бактерий и оценки риска бактериальной контаминации; во-вторых, для создания лекарств, нацеленных на специфические мишени, блокирующие работу генов патогенности; в-третьих, для более целенаправленного создания вакцин. Что касается геномики вирусов, то для большинства патогенных для человека вирусов (возбудителей вирусных гепатитов, ВИЧ-инфекции и СПИДа, герпес вирусных инфекций, натуральной оспы, гриппа и др.) уже известна первичная нуклеотидная последовательность полноразмерного генома (структурная геномика). Более того, накоплено много данных по функциональной геномике (роль отдельных фрагментов в формировании вторичной структуры генома, в образовании белков вирионов, в репликации и сборке вирионов). Именно геномные исследования вирусов позволили объяснить их высокую пластичность (способность к рекомбинации, наличие гипервариабельных областей). Многие вирусы формируют длительную персистентную инфекцию, в результате которой происходит селекция новых вариантов вируса с изменѐнной первичной последовательностью, а следовательно, с изменѐнными патогенными и антигенными свойствами. Несмотря на интенсивные поиски участков в геномах вирусов (сайтов), ответственных за патогенные свойства вирусов, они до сих пор не обнаружены, т.е. функциональная геномика вирусов ещѐ не достигла такого уровня, как структурная. Результаты исследований позволяют с большой вероятностью думать о том, что патогенные свойства вирусов являются полифункциональным признаком, детерминируемым многими сайтами генома. 39 Практическое приложение сведений о нуклеотидной последовательности геномов многих патогенных вирусов уже широко реализуется. Генно- инженерным путѐм создаются непатогенные фрагменты геномов вирусов в составе плазмидных векторов. Такие векторы с вирусом способны к экспрессии в высоких концентрациях белков вирусов, которые необходимы для приготовления диагностических и вакцинных препаратов. Развивается технология получения ДНК-вакцин против СПИДа, гепатита С и других вирусных инфекций. Создана эффективная рекомбинантная вакцина против гепатита В. Как и в геномике патогенных бактерий, сведения о функциональных свойствах отдельных участков геномов вирусов служат основой для молекулярного дизайна лекарственных средств, эффективно подавляющих размножение вируса в клетке. Последние 10 лет интенсивного развития геномики и особенно геномики человека обеспечили новый этап в развитии медицины и еѐ переход на молекулярный уровень. Геномика человека является основой молекулярной медицины. Резкое увеличение геномной информации стало стартовой точкой для переосмысления процессов развития человека и его болезней. Развитие патологических процессов прослеживается на молекулярном уровне от первичного продукта гена до исхода заболевания. Полные данные по нуклеотидной последовательности генома ускоряют генетический анализ человека. В связи с этим изменяется фокус направлений в биомедицинских исследованиях. В предыдущие годы основное внимание в изучении наследственности человека было сосредоточено на структурной геномике (секвенировании генома). Теперь фокус исследований направлен на функциональную геномику (межгенные сети, протеомика). С середины 80-х годов XX века обнаружение генов (их идентификация вплоть до нуклеотидной последовательности) осуществлялось главным образом через картирование генов (метод позиционного клонирования). Сведения по геному человека позволяют обнаруживать гены на уровне нуклеотидных последовательностей быстрее и точнее. До последнего времени акцент в изучении наследственной патологии был на моногенных болезнях и на анализе одного гена. Теперь он сдвигается в сторону мультифакториальных болезней, анализа множественных генов и мониторинга предрасположенности. Изучение действия гена (первичных продуктов) всегда считалось «высшим пилотажем» в генетике, но теперь исследования должны больше концентрироваться на механизмах регуляции действия гена. С точки зрения общей патологии достижения геномики изменяют направление от изучения этиологии наследственных болезней (специфические мутации) к их патогенезу (механизмы формирования патологического фенотипа). При обсуждении значимости секвенирования генома человека нередко 40 раздаются необоснованные обещания. В науке не раз бывало так (например, в онкологии), что вполне объективно прогнозируемые результаты разработок не сбывались, потому что проблема (явление, болезнь) оказывалась сложнее, и прямая экстраполяция прогресса не оправдывалась. Знание генома человека, несомненно, приведет к прогрессу во многих (если не во всех) разделах медицины, но маловероятно, что это единственное направление, в котором будет развиваться медицина. Исходя из уже реализуемых в практическом здравоохранении достижений генетики, можно прогнозировать следующие перспективы использования результатов геномных исследований: ● широкое применение генодиагностики наследственных болезней, в том числе пренатальной; ● техническая доступность преимплантационной диагностики в основных медико-генетических центрах; ● генетическое тестирование на болезни с наследственным предрасположением и принятие профилактических мер; ● новые подходы и методы лечения, в том числе генная терапия отдельныхзаболеваний; ● создание новых типов лекарств на основе геномной информации (фармакогеномика). Накопление генетической информации в широком плане будет проверяться медициной, и использоваться здравоохранением для разных контингентов населения. Новорождѐнных детей будут обследовать на наличие болезни, беременных – на наличие патологии плода. Уже есть предпосылки для выявления детей с высоким риском раннего атеросклероза с целью раннего начала лечения, чтобы предупредить изменения в сосудах во взрослом состоянии, Супруги могут получить сведения об их генетическом статусе в отношении наследственной болезни у ребѐнка до планирования деторождения. Население среднего и более старшего возраста может быть обследовано на предмет риска многих болезней, которые могут быть предупреждены (или облегчены) путем диетического или лекарственного подхода. Проверка индивидуальной чувствительности к лекарствам молекулярно-генетическими методами должна стать стандартной процедурой перед лечением. В молекулярной генетике под термином «геном» понимают содержание ДНК в гаплоидном наборе хромосом (1С) или диплоидном наборе (2С). В настоящее время термин «геном» означает полный состав ДНК клетки, т.е. совокупность всех генов и межгенных участков. Можно считать, что геном – полный набор инструкций для формирования и функционирования индивида. Общее количество ДНК в геноме (размер генома) принято измерять в тысячах пар нуклеотидов (т.п.н.), пикограммах (1пк =10-9 мг) и в дальтонах. Общее количество ДНК гаплоидного набора человека составляет 3,2 х 1109 т.п.н. Основное количество ДНК локализовано в хромосомах (95%). Внехромосомная часть генома человека – ДНК митохондрий (95%). 41 Незначительное количество составляют отдельные кольцевые молекулы ДНК в ядре и цитоплазме. У человека они изучены недостаточно. В строгом смысле они являются не составными элементами генома, а его продуктом. Их размер колеблется от 150 до 20 000 пар нуклеотидов. Являются эти молекулы продуктом фрагментации хромосомной ДНК в клетке или образуются за счет других генетических процессов, пока не ясно. Исследованные у млекопитающих большие кольцевые молекулы размером от 150 до 900 000 пар нуклеотидов, локализованные только в ядрах, представляют собой амплифицированные участки онкогенов или генов устойчивости к ядам и ентиметаболитам. Предположительно с ними связывают устойчивость клеток к лекарствам и способномть клеток к неограниченному росту. Их происхождение связывают с делециями соответствующих областей хромосом. Достарыңызбен бөлісу:

Концепция саморегуляции живых систем. Гомеостаз : Farmf

КОНЦЕПЦИЯ САМОРЕГУЛЯЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Концепции современного естествознания. Биология. – Анисимов А.П.

САМОРЕГУЛЯЦИЯ И ГОМЕОСТАЗ

Саморегуляция в системе – это внутреннее регулирование процессов с подчинением их единому стабильному порядку. При этом даже в меняющихся условиях среды живая система сохраняет относительное внутреннее постоянство своего состава и свойств – гомеостаз (от греческих homoios – подобный, одинаковый и stasis – состояние).

Действительно, окружающая среда очень переменчива. Изменяются температура, освещенность, влажность. Для животных, да и для растений не регулярна доступность пищи. Донимают паразиты, хищники и просто конкуренты за среду обитания. Тем не менее, животные и растения выносят эти колебания среды, живут, растут, размножаются. Экологические сообщества долгое время сохраняют некий средний состав.

Человек как высший представитель животного царства также поддерживает свой внутренний гомеостаз – благодаря работе многочисленных управляющих механизмов. Так, несмотря на смену дня и ночи, зимы и лета, температура нашего тела поддерживается на одном и том же уровне – около 37 градусов (под мышкой 36,6 градуса). Кровяное давление варьирует в ограниченных пределах, так как регулируется благодаря иннервации стенок сосудов. Солевой состав крови и межклеточных жидкостей, содержание сахаров и других осмотически активных веществ (способных вызвать нежелательное перераспределение воды между структурами организма) также поддерживаются на оптимальных уровнях. Даже простое и, казалось бы, самопроизвольное стояние на двух ногах требует ежесекундной согласованной работы вестибулярного аппарата и многих мышц тела.

Основоположник идеи о физиологическом гомеостазе Клод Бернар (вторая половина XIX века) рассматривал стабильность физико-химических условий во внутренней среде как основу свободы и независимости живых организмов в непрерывно меняющейся внешней среде.

Саморегуляция происходит на всех уровнях организации биологических систем – от молекулярно-генетического до биосферного. Поэтому проблема гомеостаза в биологии носит междисциплинарный характер. Внутриклеточный гомеостаз изучают цитология и молекулярная биология, организменный – физиология животных и физиология растений, экосистемный – экология. Конкретные проявления этих механизмов мы рассмотрим ниже. Здесь же отметим, что для поддержания гомеостаза во всех системах используются кибернетические принципы саморегулирующихся систем. Кибернетика – наука об управлении – объясняет принцип саморегуляции системы на основе прямых и обратных связей между ее элементами. Вспомним, что система – это совокупность взаимодействующих элементов. Прямая связь между двумя элементами означает передачу информации от первого ко второму в одну сторону, обратная связь – передача ответной информации от второго элемента к первому. Суть в том, что информационный сигнал – прямой или обратный – изменяет состояние системы, принимающей сигнал. И тут принципиально важно, какой по знаку будет ответный сигнал – положительный или отрицательный. Соответственно и обратная связь будет положительной или отрицательной.

В случае обратной положительной связи первый элемент сигнализирует второму о некоторых изменениях своего состояния, а в ответ получает команду на закрепление этого нового состояния и даже его дальнейшее изменение. Цикл за циклом первый элемент с помощью второго (контрольного) элемента накапливает одни и те же изменения, его состояние стабильно изменяется в одну сторону (рис. 18 а). Эта ситуация характеризуется как самоорганизация, развитие, эволюция, и ни о какой стабильности системы говорить не приходится. Это может быть любой рост (клетки, организма, популяции), изменение видового состава в сообществе организмов, изменение концентрации мутаций в генофонде популяции, ведущее через отбор к эволюции видов. Естественно, что обратные положительные связи не только не поддерживают, но, напротив, разрушают гомеостаз.

Рис. 18

Обратная отрицательная связь стимулирует изменения в регулируемой системе с противоположным знаком относительно тех первичных изменений, которые породили прямую связь. Первоначальные сдвиги параметров системы устраняются, и она приходит в исходное состояние. Цикличное сочетание прямых положительных и обратных отрицательных связей может быть, теоретически, бесконечно долгим, так как система колеблется около некоторого равновесного состояния (рис. 18б). Таким образом, для поддержания гомеостаза системы используется принцип отрицательной обратной связи. Этот принцип широко применяется в автоматике. Так регулируется температура в утюге или холодильнике – с помощью термореле, уровень давления пара в автоклаве – с помощью выпускного клапана, положение судна, самолета, космического корабля в пространстве – с помощью гироскопов. В живых системах универсальный принцип обратной отрицательной связи работает во всех случаях, когда сохраняется гомеостаз.

Далее на конкретных примерах покажем саморегуляцию биологических систем разного уровня сложности.

ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ

В клетке для поддержания гомеостаза используются в основном химические (молекулярные) механизмы регуляции. Наиболее важна регуляция генов, от которых зависит производство белков, в том числе многочисленных и разнообразных ферментов.

Самая простая модель для демонстрации генного гомеостаза – регуляция выработки фермента для расщепления пищевого сахара у кишечной палочки. Эта бактерия является типичным гетеротрофом и поглощает из внешней среды несложные органические вещества, в том числе молочный сахар лактозу. Для расщепления и усвоения лактозы с определенного структурного гена, входящего в состав лактозного оперона (ген вместе с регуляторной областью) синтезируется информационная РНК и, далее, фермент. Если сахар в среде отсутствует, фермент не вырабатывается, а при добавлении сахара активируется ген и идет синтез фермента. Но как только весь сахар будет клеткой использован, ген перестает работать. Как клетка узнает о присутствии сахара и его расходовании? Как оберегает свои гены от бесполезной работы и траты энергии? Регуляция генов у бактерий, как у всех прокариот, в целом организована гораздо проще, чем в эукариотных клетках. Оказывается, лактозный оперон у кишечной палочки работает по принципу отрицательной обратной связи, где в роли регуляторного «клапана» выступает особый участок оперона – оператор, а в роли регулятора сам пищевой субстрат – лактоза (рис. 19). Лактоза, поступившая в клетку, сама раскрывает структурный ген, используя для этого в качестве ключика операторный участок. Исчезновение лактозы автоматически приводит к закрытию гена.

Рис. 19

Лактозный оперон – участок молекулы ДНК – состоит из трех частей: промотора, оператора и структурного гена. Промотор – стартовый участок гена, сюда садится фермент РНК-полимераза, ведущий транскрипцию. Оператор – пусковой барьер, в отсутствие лактозы закрытый специальным белком-репрессором. Структурный ген (точнее – здесь находится цепочка, семейство генов) – основной участок ДНК, кодирующий и производящий через иРНК нужный белок-фермент. Пока оператор связан с белком-репрессором, полимераза не может стартовать и структурный ген не работает, синтез фермента отсутствует (см. рис. 19 а). Когда в клетку попадает лактоза, одна ее молекула связывается с репрессором и отнимает его от оператора. Теперь путь полимеразе открыт, идет синтез иРНК (транскрипция) и, далее, синтез соответствующего белка-фермента (трансляция) (рис. 19 б). Ферменты расщепляют поступивший в клетку сахар и в последнюю очередь ту его молекулу, которая связана с репрессором. Но когда будет переварена и эта последняя молекула, белок-репрессор освобождается и вновь блокирует оператор. Производство иРНК и фермента прекращается до поступления новой порции сахара. По своей простоте система регуляции гена концентрацией субстрата похожа на простые технические регуляторы. Напомним, однако, что у эукариот регуляция генной активности более сложная. Она включает возбуждение клеточных рецепторов гормонами или другими биологически активными веществами, запуск каскада реакций вторичных мессенджеров, которые поступают в ядро и избирательно активируют гены.

Другой пример простых саморегулирующихся систем, использующих обратную отрицательную связь, представляют ферментативные цепи, ингибируемые конечным продуктом (рис. 20). Такие цепи обычно локализуются на поверхности внутриклеточных или наружных мембран и проводят комплексную переработку сложного субстрата в простой продукт. Суть регуляции состоит в том, что конечный продукт имеет стереохимическое сродство с первым ферментом. Связываясь с ферментом, продукт ингибирует (подавляет) его активность, так как полностью искажает его третичную структуру. Работает следующий регуляторный цикл. При повышении концентрации конечного продукта выше необходимого уровня его избыток ингибирует ферментную цепь (для этого достаточно остановить самый первый фермент). Ферментация прекращается, а свободный продукт расходуется на нужды клетки. Через некоторое время возникает дефицит продукта, блок с ферментов снимается, цепь активируется, и производство продукта снова растет.

Рис. 20

Третий пример- поддержание внутриклеточного осмотического гомеостаза. В сегменте 19 мы говорили о механизме возникновения нервных импульсов и отмечали важную роль ионов натрия, концентрация которых снаружи клетки должна поддерживаться на более высоком уровне, чем внутри. Благодаря натриевым насосам, встроенным в мембрану клетки, удерживается нужный градиент ионов. Как только клетка получает избыток натрия, активируется натриевый насос (его фермент, расщепляющий АТФ и дающий энергию). Натрий выкачивается, его концентрация в клетке падает, что служит сигналом для отключения насоса.

Аналогично в клетках растений с помощью плазмалеммы (наружной мембраны) и вакуолей регулируется состав солей и питательных веществ. Плазмалемма обеспечивает приток в клетку необходимых ионов и воды из внешней среды и выделение балластных и избыточных ионов водорода, натрия, кальция. Мембрана вакуоли регулирует поступление в протоплазму запасных субстратов из вакуоли при их недостатке и удаление в вакуоль – при избытке.

Во всех рассмотренных случаях действует один и тот же принцип – саморегуляция системы на основе обратной отрицательной связи. Заметим, однако, что регулируемые параметры – концентрация солей, питательных веществ, конечного продукта ферментации или продукта генной активности – не бывают абсолютно постоянными, они поддерживаются в допустимых границах. В каждом случае это свои физиологические границы, позволяющие нормально осуществлять клеточные функции. Аналогичный принцип мы увидим и на организменном уровне.

САМОРЕГУЛЯЦИЯ МНОГОКЛЕТОЧНОГО ОРГАНИЗМА

Как мы только что видели, уже на клеточном уровне возникает необходимость поддержания специфических физико-химических условий, отличающихся от условий окружающей среды. У многоклеточных организмов появляется внутренняя среда, в которой находятся клетки различных органов и тканей, происходит усложнение и совершенствование механизмов гомеостаза. В ходе эволюции формируются специализированные органы кровообращения, дыхания, пищеварения, выделения и др., участвующие в поддержании гомеостаза.

У морских беспозвоночных имеются механизмы стабилизации объема, ионного состава и рН жидкостей внутренней среды. Для животных, перешедших к жизни в пресных водах и на суше, а также у позвоночных, мигрировавших из пресных вод в море, сформированы механизмы осморегуляции, обеспечивающие постоянство концентрации солей внутри организма.

Наиболее совершенен гомеостаз у млекопитающих, что способствует расширению возможностей их приспособления к окружающей среде. В частности, обеспечивается постоянство объема крови и других внеклеточных жидкостей, концентрации в них ионов, осмотически активных веществ, постоянство рН крови, состава в ней белков, липидов и углеводов. У млекопитающих, а также у птиц, в узких пределах регулируется температура тела – их называют теплокровными животными.

Основную роль в поддержании гомеостаза организма играют нервная и гормональная системы регуляции (см. рис. 17 г).

Наиболее важную интегрирующую функцию выполняет центральная нервная система, особенно кора головного мозга. Большое значение имеет и вегетативная нервная система, в частности ее симпатический отдел – система ганглиев (скоплений нервных клеток), расположенных по бокам позвоночника, в брыжейке и других частях тела (например, солнечное сплетение). Чувствительные нервные волокна охватывают сетью все внутренние органы, кровеносные сосуды, обеспечивая рефлекторную взаимосвязь между ними.

Гормональная регуляция обеспечивается системой эндокринных желез (от греческих endon – внутрь и krino – выделяю) – желез внутренней секреции. Центральная эндокринная железа – гипофиз – находится в голове и имеет прямую связь с головным мозгом (через посредство гипоталамуса), а ее гормоны через кровь воздействуют на все местные эндокринные железы- такие как щитовидная, паращитовидная, надпочечники, а также скопления эндокринных клеток в поджелудочной и слюнной железах, семенниках, яичниках, тимусе, плаценте и даже в сердце, желудке, кишечнике, почках. Выделяемые эндокринными железами гормоны с током крови (гуморально) распространяются ко всем органам-мишеням и участвуют в регуляции их роста и функционирования. Таким образом, фактически благодаря связи нервной и эндокринной систем осуществляется единая нейрогормональная саморегуляция организма.

В рамках данного пособия придется ограничиться лишь некоторыми примерами, демонстрирующими нейрогормональную регуляцию, без какой-либо претензии на комплексное освещение вопроса.

Примером сложной гомеостатической системы является система обеспечения оптимального артериального давления. Изменение давления крови воспринимается барорецепторами сосудов – чувствительными нервными окончаниями, реагирующими на растяжение стенок сосудов при изменении внутреннего давления. Сигнал передается в сосудистые нервные центры, которые обратным сигналом изменяют тонус сосудов и сердечную деятельность. Одновременно включается система нейрогормональной регуляции и кровяное давление возвращается к норме.

Интересна и показательна регуляция пищевого поведения у позвоночных животных и человека (рис. 21). В гипоталамусе – отделе головного мозга, ответственном за регуляцию вегетативных функций и связующем нервную и эндокринную системы (см. выше) – находятся центры голода и насыщения. В крови голодного животного (или человека) возникает недостаток глюкозы – простейшего сахара (углевода), который всасывается всеми клетками и расходуется для получения энергии. Низкая концентрация глюкозы в крови приводит к раздражению центра голода. По нервным связям отдаются команды в мозг, на мышцы, и организуется поиск пищи. Когда пища найдена, включаются механизмы питания, пищеварения и всасывания продуктов в кровь. При этом белки перевариваются (расщепляются) до аминокислот, липиды до жирных кислот, а сложные углеводы до простых сахаров, в том числе глюкозы. Концентрация глюкозы в крови растет, что приводит к раздражению центра насыщения, далее к подавлению аппетита и прекращению питания. Когда глюкоза расходуется, ее концентрация в крови вновь понижается, отчего раздражается центр голода. Цикл повторяется. Поскольку гипоталамус связан и с нервными центрами, и со всей эндокринной системой, цикл пищевого поведения синхронизирован также с нервно-рефлекторной и гуморальной регуляцией желез пищеварительного тракта: выделяется слюна, желудочный сок, ферменты поджелудочной железы и кишечника, мобилизуется перистальтика.

Рис. 21

На основе процессов саморегуляции происходит морфологическая и функциональная гипертрофия органов в ответ на усиление нагрузки, на инфекцию, стрессовое воздействие. В результате постоянных тренировок увеличиваются мышцы спортсмена, легкие ныряльщика. Увеличение нагрузки по прокачиванию крови ведет к гипертрофии сердца у тучного человека. Увеличивается и печень у больного человека. Характерная функциональная реакция развивается в ответ на гипоксию (недостаток кислорода): учащение пульса и увеличение числа эритроцитов, приводящие вместе к более быстрому обороту газов через организм. Или – реакция испуга, страха: выброс в кровь стрессового гормона адреналина ведет к повышению потребления кислорода, повышению концентрации глюкозы в крови, учащению пульса и мобилизации мышечной системы – все для мобилизации организма на оборону или избежание опасности. Другие системы при этом угнетаются – пропадают пищевые реакции, половые рефлексы и др. После исчезновения опасности все системы возвращаются в норму.

Механизм обратной отрицательной связи вовлечен в поддержание постоянства числа клеток в обновляющихся тканях, таких как кровь, кишечный или кожный эпителий (рис. 22). В этих тканях имеется резерв недифференцированных клеток (например, красный костный мозг для крови), которые многократно делятся, дифференцируются, работают, стареют и отмирают. Считают, что зрелые клетки выделяют вещества, ингибирующие молодые делящиеся клетки. Выстраивается цепь взаимозависимых реакций: при избытке зрелых клеток продукция ингибитора высока и размножение клеток подавляется; уменьшение числа зрелых клеток в результате их естественной гибели сопровождается снижением концентрации ингибитора в среде; блок клеточных делений снимается; размножение молодых клеток усиливается; число зрелых клеток восстанавливается. Далее вновь возрастает продукция ингибитора и цикл повторяется. Общее число зрелых клеток в ткани колеблется около некоторого среднего уровня, резко не снижается и не повышается. По механизму передачи сигнала здесь мы имеем гуморальную систему, ингибитор работает как внутритканевой «гормон».

Рис. 22

К числу регуляторных систем, обеспечивающих внутреннее постоянство организма, кроме нервной и эндокринной, следует отнести иммунную систему, которая отслеживает и поддерживает генетическую чистоту внутренней среды и тканей организма, устраняя проникшие вирусы, микробы или собственные мутантные клетки. Состав и принципы функционирования иммунной защиты были рассмотрены в сегменте 18. Теперь можно добавить, что сложный цикл выработки неспецифических и специфических защитных факторов (различных белков, в том числе антител), их взаимодействие с разнообразными чужеродными агентами (антигенами) и восстановление нормальной внутренней среды организма представляют звенья саморегулирующегося механизма. Это очень сложный, многокомпонентный механизм, в котором не сразу видны отдельные узлы саморегуляции, так как над ними или параллельно с ними работают другие управляющие механизмы.

Как и в случае с внутриклеточной регуляцией, мы должны заметить, что гомеостаз организма не бывает абсолютным. Любые параметры: температура тела, артериальное давление, пищевое поведение, частота сердечных сокращений, число клеток в ткани и многие другие – находятся в колебательном режиме. Это вытекает из самой природы механизма регуляции – прямая и обратная связи замкнуты в цикл, на оборот которого требуется определенное время. За это время регулируемая система успевает измениться в ту или иную сторону, что и выражается в колебании ее параметров. Но средний уровень параметра должен соответствовать норме, а коридор его колебаний не должен выходить за физиологические пределы. Если это все же происходит, говорят о патологических (болезненных) отклонениях в состоянии организма.

Нормальные колебания функциональных характеристик организма происходят постоянно и называются биоритмами. Скорость синтеза белков в клетке колеблется в околочасовом (1,5 – 2 часа) ритме, большинство организменных ритмов имеют околосуточную периодичность, есть месячные, годичные и даже многолетние ритмы. Внутренний механизм, управляющий ритмами, принято называть биологическими часами, что подчеркивает связь биоритмов с астрономическим временем. Но заметим, что подавляющее большинство биоритмов являются наведенными, они сформированы под действием абиотических (небиологических) ритмов внешней среды. Это очевидно связанные с вращением Земли околосуточные ритмы, связанные с лунным циклом месячные ритмы и т. д. Поэтому биоритмы могут перестраиваться, и это происходит, например, когда мы перелетаем с востока на запад и наоборот. Но для этого требуется время, так как в один и тот же цикл (особенно суточный) бывают включены и жестко связаны друг с другом многие частные ритмы. И вообще колебательное состояние системы является наиболее устойчивым. Именно поэтому колебательное состояние внутренней среды организма выступает как важный фактор поддержания гомеостаза.

 

Гомеостаз: понятие, предназначение, примеры

Для нормального функционирования организма важно поддержание нормальной температуры тела, необходимого объема кислорода в легких, устойчивых показателей крови и артериального давления. За обеспечение постоянства внутренней среды человека отвечает процесс гомеостаза. В статье рассмотрим виды, механизм работы, примеры и способы восстановления.

Содержание:

Что такое гомеостаз, виды, предназначение

Гомеостаз – это саморегуляция, которая происходит благодаря слаженности внутренних процессов и реакций, направленных на поддержание равновесия и постоянства внутреннего состояния. 

Различают несколько разновидностей:

1. Генетический, отвечает за наследственную стабильность и адаптацию к изменяющейся окружающей среде.

2. Иммунологический, обеспечивает биологическую индивидуальность, защиту от вторгающихся чужеродных агентов.

3. Структурный. Это гомеостаз клетки, ткани, органа, системы органов. 

4. Системный, который затрагивает лимфу, кровь, тканевую жидкость.

Гомеостаз выполняет в организме несколько важных функций:

• поддержание баланса жидкой субстанции;

• регулирование содержания различных соединений в крови, органах дыхания, зрения, пищеварения, мочевыведения и других;

• поддержание обмена веществ;

• терморегуляция.

Протекание гомеостатических процессов зависит от наследственного фактора и возрастных особенностей. 

У младенцев и лиц пожилого возраста функции не работают в полном объеме по причине несформированности или замедления реакций.

Какой механизм лежит в основе гомеостаза

Процесс саморегуляции основан на принципе обратной связи, которая бывает положительная и отрицательная. 

Действие отрицательной направлено на реакции рецепторов на происходящие изменения и подаче команды восстановить равновесие. Пример – терморегуляция, когда организм самостоятельно защищается от перегрева или переохлаждения.

Действие положительной направлено на усиление действия изменения и вывод организма из состояния равновесия. Случается редко, в данном случае организм может перейти в не всегда желательное состояние. Но в некоторых случаях является необходимым, например, в ускорении свертываемой функции крови при нарушении целостности кожных покровов. 

Регулирование всех систем и работы органов, компенсирование изменений во внешней среде происходит за счет рецепторов, которые отправляют информацию в мозг в случае отклонения параметров от нормы. Затем организм принимает меры по приведению состояния в норму.

Примеры гомеостаза у человека

Чтобы лучше понять, что такое гомеостаз, рассмотрим примеры гомеостаза:

• высокая температура вызывает активное выделение пота во избежание перегрева организма;

• регулирование баланса жидкости в организме посредством гормонов, отвечающих за выделение и задерживание жидкой субстанции;

• во время интенсивных физических нагрузок дыхание и пульс становятся чаще;

• поддержание уровня глюкозы в крови с помощью некоторых гормонов: инсулин понижает, а кортизол увеличивает;

• поддержание уровня кальция в крови в норме, так как избыток и недостаток несут для организма негативные последствия.

Сбой в цепочке реакций приводит к дискомфорту и различным патологиям. Например, если организм не в состоянии обеспечивать уровень сахара в крови на необходимом уровне, то развивается сахарный диабет.

Свойства гомеостаза

Главное свойство гомеостаза – сложная взаимосвязь в разнообразии процессов и химических реакций. 

Также характерны:

• нестабильность, потому что всегда идет поиск оптимального способа адаптации к меняющимся условиям;

• устремление к достижению равновесия, то есть сохранению баланса внутренней и внешней среды;

• отсутствие предсказуемости, так как организм может по-разному отреагировать на резкие изменения в окружающей действительности.

Системы органов, участвующих в гомеостазе

Понятие объединяет несколько важных систем – дыхательную, сердечно-сосудистую, почечную, кислотно-щелочной баланс, электролитный обмен. 

Сердечно-сосудистая система отвечает за подачу и распределение крови с кислородом по органам. Также система способна перенастраиваться в зависимости от ежеминутного изменения потребностей.

Система дыхания предназначена для газообмена в соответствии с нуждами организма в условиях постоянно изменяющихся обменных процессов. Органы отвечают за стабильность содержания кислорода и углекислого газа, и за изменение показателя при необходимости. Обе системы работают в тесной взаимосвязи друг с другом. 

Почечная система отвечает за сохранность постоянства химико-физических условий, а именно регулирует водно-электролитный и щелочно-кислотный балансы, удаляет из организма продукты переработки жиров и белков. 

Благодаря водно-электролитному обмену водой заполняются клетки, сосуды, растворяются соли. Электролиты поддерживают прохождение реакций.

Кислотно-щелочное равновесие призвано сохранять постоянство кислотности жидкостей в организме, обеспечивать биохимические реакции.

Как восстановить гомеостаз

Указывать на потерю устойчивости организма может появление усталости, не проходящей даже после утреннего пробуждения. Пока не проявились более серьезные нарушения, важно вернуть организм в сбалансированное состояние. Для этого необходимо:

• организовать здоровое питание, с преобладанием полезных блюд в рационе – зелени, овощей и фруктов, витаминов, ограничить фастфуд, плохо перевариваемые продукты;

• применять фитотерапию для очищения и восстановления организма;

• пройти диагностику в поликлинике, сдать базовые анализы, по которым можно сделать выводы о состоянии здоровья и назначить дополнительные исследования.

Гомеостаз — это… Что такое Гомеостаз?

Гомеоста́з (др.-греч. ὁμοιοστάσις от ὁμοιος — одинаковый, подобный и στάσις — стояние, неподвижность) — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Гомеостаз популяции — способность популяции поддерживать определённую численность своих особей длительное время.

Американский физиолог Уолтер Кеннон (Walter B. Cannon) в 1932 году в своей книге «The Wisdom of the Body» («Мудрость тела») предложил этот термин как название для «координированных физиологических процессов, которые поддерживают большинство устойчивых состояний организма». В дальнейшем этот термин распространился на способность динамически сохранять постоянство своего внутреннего состояния любой открытой системы. Однако представление о постоянстве внутренней среды было сформулировано ещё в 1878 году французским учёным Клодом Бернаром.

Общие сведения

Термин «гомеостаз» чаще всего применяется в биологии. Многоклеточным организмам для существования необходимо сохранять постоянство внутренней среды. Многие экологи убеждены, что этот принцип применим также и к внешней среде. Если система неспособна восстановить свой баланс, она может в итоге перестать функционировать.

Комплексные системы — например, организм человека — должны обладать гомеостазом, чтобы сохранять стабильность и существовать. Эти системы не только должны стремиться выжить, им также приходится адаптироваться к изменениям среды и развиваться.

Свойства гомеостаза

Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:

• Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.
• Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.
• Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

Примеры гомеостаза у млекопитающих:

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного, ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.

Механизмы гомеостаза: обратная связь

Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, на которые реагирует система:

1. Отрицательная обратная связь, выражающаяся в реакции, при которой система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.
   • Например, когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.
   • Терморегуляция — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ — понижение температуры (или повышение).
2. Положительная обратная связь, которая выражается в усилении изменения переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.
   • Например, в нервах пороговый электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртывание крови и события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной обратной связи.

Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная обратная связь позволяет вернуться к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, — такая ситуация называется «метастабильность». Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокой эвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.

Экологический гомеостаз

Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально возможным биоразнообразием при благоприятных условиях среды.

В нарушенных экосистемах, или субклимаксовых биологических сообществах — как, например, остров Кракатау, после сильного извержения вулкана в 1883 — состояние гомеостаза предыдущей лесной климаксовой экосистемы было уничтожено, как и вся жизнь на этом острове. Кракатау за годы после извержения прошёл цепь экологических изменений, в которых новые виды растений и животных сменяли друг друга, что привело к биологической вариативности и в результате климаксовому сообществу. Экологическая сукцессия на Кракатау осуществилась за несколько этапов. Полная цепь сукцессий, приведшая к климаксу, называется присерией. В примере с Кракатау на этом острове образовалось климаксовое сообщество с восемью тысячами различных видов, зарегистрированных в 1983, спустя сто лет с того времени, как извержение уничтожило на нём жизнь. Данные подтверждают, что положение сохраняется в гомеостазе в течение некоторого времени, при этом появление новых видов очень быстро приводит к быстрому исчезновению старых.

Случай с Кракатау и другими нарушенными или нетронутыми экосистемами показывает, что первоначальная колонизация пионерными видами осуществляется через стратегии воспроизведения, основанные на положительной обратной связи, при которых виды расселяются, производя на свет как можно больше потомства, но при этом практически не вкладываясь в успех каждого отдельного. В таких видах наблюдается стремительное развитие и столь же стремительный крах (например, через эпидемию). Когда экосистема приближается к климаксу, такие виды заменяются более сложными климаксовыми видами, которые через отрицательную обратную связь адаптируются к специфическим условиям окружающей их среды. Эти виды тщательно контролируются потенциальной ёмкостью экосистемы и следуют иной стратегии — произведению на свет меньшего потомства, в репродуктивный успех которого в условиях микросреды его специфической экологической ниши вкладывается больше энергии.

Развитие начинается с пионер-сообщества и заканчивается на климаксовом сообществе. Это климаксовое сообщество образуется, когда флора и фауна пришла в баланс с местной средой.

Подобные экосистемы формируют гетерархии, в которых гомеостаз на одном уровне способствует гомеостатическим процессам на другом комплексном уровне. К примеру, потеря листьев у зрелого тропического дерева даёт место для новой поросли и обогащает почву. В равной степени тропическое дерево уменьшает доступ света на низшие уровни и помогает предотвратить инвазию других видов. Но и деревья падают на землю и развитие леса зависит от постоянной смены деревьев, круговорота питательных веществ, осуществляемого бактериями, насекомыми, грибами. Схожим образом такие леса способствуют экологическим процессам — таким, как регуляция микроклиматов или гидрологических циклов экосистемы, а несколько разных экосистем могут взаимодействовать для поддержания гомеостаза речного дренажа в рамках биологического региона. Вариативность биорегионов так же играет роль в гомеостатической стабильности биологического региона, или биома.

Биологический гомеостаз

Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.

Внутренняя среда организма включает в себя организменные жидкости — плазму крови, лимфу, межклеточное вещество и цереброспинальную жидкость. Сохранение стабильности этих жидкостей жизненно важно для организмов, тогда как её отсутствие приводит к повреждению генетического материала.

В отношении любого параметра организмы делятся на конформационные и регуляторные. Регуляторные организмы сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела, тогда как холоднокровные демонстрируют широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии, к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что она позволяет организму функционировать более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие.

Клеточный гомеостаз

Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Авторегуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия некоторых макро- и микроэлементов.

Гомеостаз в организме человека

Разные факторы влияют на способность жидкостей организма поддерживать жизнь. В их числе такие параметры, как температура, солёность, кислотность и концентрация питательных веществ — глюкозы, различных ионов, кислорода, и отходов — углекислого газа и мочи. Так как эти параметры влияют на химические реакции, которые сохраняют организм живым, существуют встроенные физиологические механизмы для поддержания их на необходимом уровне.

Гомеостаз нельзя считать причиной процессов этих бессознательных адаптаций. Его следует воспринимать как общую характеристику многих нормальных процессов, действующих совместно, а не как их первопричину. Более того, существует множество биологических явлений, которые не подходят под эту модель — например, анаболизм.

Другие сферы

Понятие «гомеостаз» используется также и в других сферах.

Актуарий может говорить о рисковом гомеостазе, при котором, к примеру, люди, у которых на машине установлены незаклинивающие тормоза, не находятся в более безопасном положении по сравнению с теми, у кого они не установлены, потому что эти люди бессознательно компенсируют более безопасный автомобиль рискованной ездой. Это происходит потому, что некоторые удерживающие механизмы — например, страх — перестают действовать.

Социологи и психологи могут говорить о стрессовом гомеостазе — стремлении популяции или индивида оставаться на определённом стрессовом уровне, зачастую искусственно вызывая стресс, если «естественного» уровня стресса недостаточно.

Примеры

Многие из этих органов контролируются гормонами гипоталамо-гипофизарной системы.

См. также

Саморегуляция в условиях стресса

ГлавнаяО проектеНовостиСаморегуляция в условиях стресса

24.08.2020

Наша жизнь проходит в условиях неопределенности, риска, давления времени и обстоятельств. Поэтому управление своим стрессом, эмоциональным состоянием и жизненным тонусом — это ключевой навык, определяющий профессиональную эффективность личности. На вебинаре с преподавателем тибетской йоги и цигун Алексеем Щавелёвым мы изучили технологии саморегуляции и практики для поддержания биологической молодости. Основные итоги вебинара собрали для вас в этом материале.

ПОЧЕМУ СТРЕСС — НАШ ДРУГ И КАК ОН МОЖЕТ НАС УБИТЬ

Полюбите стресс. Это адаптивная реакция организма, которая дает нам доступ к энергетическим ресурсам. Благодаря стрессу мы спасаемся от опасности, в критической ситуации он сохраняет жизнь. А во время среднего стресса мы достигаем максимальной эффективности.

При это на стресс мы тратим огромное количество биологических ресурсов и нервной энергии. Если мы не можем им управлять, он превращается в нашего убийцу. Да, от психосоматических заболеваний, которые порождает хронический стресс, можно умереть! Но мы научимся оборачивать стресс в свою пользу, восстанавливать энергетические ресурсы и всю энергию мобилизации направлять на достижение цели.

Если вы руководитель, держать стресс под контролем особенно важно. Есть такой анекдот. Полковники никогда не бегают: в мирное время это смешно, а в военное — приводит к панике подчиненных. Так и с любым лидером: он должен продуктивно и целесообразно действовать, использовать стресс для решения проблемы, а не для пустых эмоций.

Никогда не верьте первой стрессовой реакции! Выбор мозга — что опасно, а что неопасно — ненадежен. Нужно проверить информацию, понять свои цели в ситуации и определить ресурсы. Конечно, в сложной ситуации хочется опустить руки и просто паниковать. Но стресс поможет, только если волевым усилием направить его куда-то. Если вы этого не сделаете, реакции организма будут примитивными: бей, беги или замри. Но большинство современных стрессовых ситуаций требуют совсем другого! Для них важно присутствие духа — умение не отключать те зоны мозга, которые отвечают за рациональный контроль ситуации и волевые действия.

БИОЛОГИЯ СТРЕССА

Стресс опасен для здоровья, так как в нем участвует весь организм. Независимо от того, боретесь ли вы за жизнь на корабле в шторм или переживаете из-за квартального отчета в теплом офисе.

Стресс — это автоматика мозга. В нейронной сети гиппокампа — одной из частей лимбической системы головного мозга — хранится информация обо всех опасностях в нашей жизни. Причем и та, которую мы лично не пережили, а о которой просто услышали, прочитали и которую увидели. Когда возникает стимул внешней среды, мозг прогоняет его по этой базе данных. Если мозг распознал ситуацию как опасную, он передает информацию в миндалевидное тело. Оно запускает стрессовую реакцию, дает организму сигнал о мобилизации. Через 250 миллисекунд об этом узнаем и мы.

Представьте: вы сидите на работе, приходит важное письмо. Вы открыли его и вдруг насторожились. Ваш взгляд что-то заметил, и вам стало тревожно, хотя еще даже не прочитали письмо. Это ваш мозг заметил какую-то знакомую деталь и распознал ее как опасность. Когда вы прочитаете письмо, в нем может не оказаться ничего плохого, это была просто негативная ассоциация мозга.

Наш мозг управляет внутренними органами через цепи автономной нервной системы. Все органы окружены двумя типами нервов: симпатическими и парасимпатическими.

Симпатическая нервная система — это педаль газа вашего организма. Она активизируется во время стресса, помогает быстро что-то сделать, увеличивает скорость обменных процессов.

Парасимпатическая нервная система — педаль тормоза в организме. Она поддерживает гомеостаз.

Чем сильнее вы газуете, тем лучше у вас должен быть тормоз! Если дисбаланс между газом и тормозом длительный, возникнет состояние нервного истощения.

Вот мозг определил, что стимул стрессовый, и запустил работу миндалевидного тела. Тут же выделяется мозговой норадреналин — передается нейрохимический импульс и запускается обвальная реакция по организму. Начинает работу симпатическая нервная система.

• моментально расширяется зрачок,
• уменьшается выделение слюны,
• расширяются бронхи,
• дыхание становится интенсивным,
• увеличивается частота сокращений сердца,
• стимулируется выделение глюкозы печенью,
• стимулируется выделение адреналина,
• замедляется пищеварение — желудок временно перестает переваривать пищу,
• расслабляется мочевой пузырь,
• сокращается прямая кишка.

Организм уже не тратит энергию на процессы гомеостаза. Он готов отразить опасность или убежать от нее.

Если стресс разовый, эти процессы проходят нормально. А если хронический?

Страдает желудок. В нашем желудке находится соляная кислота. Чтобы он не переварил себя, специальные клетки в слизистой выделяют защитный гель. При хроническом стрессе спазмируются микрокапилляры, пронизывающие слизистую, клетки работают плохо, гель получается разбавленным. Развивается неинфекционный гастрит и затем — язва. При хроническом стрессе пища уже не обрабатывается соляной кислотой, не всасывается через стенки кишечника и превращается в каловые камни. Может начаться дивертикулез кишечника.

ГОРМОНЫ

Импульс по нервным волокнам доходит до органов эндокринной системы — надпочечников. Они вырабатывают большое количество гормонов, которые участвуют в стрессовой мобилизации.

В отличие от нейротрансмиттеров, которые передают электрохимический сигнал через нервное волокно от нейрона к нейрону, гормоны выделяются прямо в кровь, как жидкость.

Три из них стоит запомнить:

Адреналин отвечает за реакцию «беги».

Сердце начинает выпрыгивать из груди. Резко и неравномерно спазмируются сосуды — в них увеличивается давление. Микрокапилляры, пронизывающие внутренние органы, — в спазме, им не хватает крови, ведь она направлена туда, где другой тип рецепторов, — в большие мышцы. Ощущаете жар внутри во время стресса? Это кровь эвакуировалась в большие мышцы, чтобы дать вам быстро отреагировать и убежать.

Начинается гипоксия (кислородное голодание) органов. Когда вы набираете в легкие воздуха — это еще не дыхание, это газообмен. Дыхание — это когда кровь доставляет эритроциты с молекулами кислорода в митохондрии клеток и там происходит цикл Кребса и производство аденозинтрифосфата.

Внутренние органы начинают сигналить в мозг, чтобы он увеличил давление. После этого сосуды еще больше сжимаются, становятся твердыми, наращивают плотность оболочки. Результат — гипертония. Это частое заболевание современных управленцев.

Слышали про адреналиновую зависимость? Это миф. Если человеку вколоть адреналин, он почувствует холод в руках и ногах, сильно застучит его сердце. Повторения точно не захочется. Почему же возникает зависимость в экстремальных видах спорта? Во время предельного стресса мозг начинает готовить нас к тому, что у нас будет травма. Чтобы мы не умерли от болевого шока, выделяются анальгетики — эндогенные опиоиды. Например, эндорфин. Когда вы прыгнули с парашютом и чувствуете эйфорию — это работают анальгетики. Зависимость наступает вовсе не от адреналина, а от анальгетиков.

Норадреналин отвечает за реакцию «нападай», мобилизует мускулатуру.

Кортизол отвечает за реакцию «замри».

Этот гормон резко увеличивает глюкозу в крови — он переводит в сахар гликоген. Когда гликоген заканчивается, он берется за жировые и мышечные ткани.

Кортизол держит наш сахар высоким, что рано или поздно приводит к сахарному диабету. Также постоянно выделяется инсулин. Клетки рано или поздно убирают рецепторы, которые реагируют на инсулин; теперь глюкоза не попадает в клетки, ее много в крови, и возникает гликированный гемоглобин, который разрушает сосуды.

При длительном стрессе кортизол уничтожает органы, отвечающие за иммунитет: например, вилочковую железу, которая производит тимусзависимые лимфоциты, маркирующие клетки, зараженные вирусом. Во время долгого стресса человек теряет иммунитет. При разовом стрессе иммунитет, наоборот, повышается.

После стресса организм включает парасимпатику. Вы в безопасности, мозг оттормаживается, выделяет специальный нейротрансмиттер — ацетилхолин.

• зрачки сужаются,
• стимулируется слюноотделение и пищеварение,
• дыхание приходит в норму,
• мышцы расслабляются,
• давление падает,
• стабилизируется уровень стрессовых гормонов.

Организм постепенно уходит в грезоподобное состояние и затем — в глубокий сон. Нам кажется, что во время сна мы просто выключены. Нет, у нас нажата педаль тормоза. Специальные нейрогормоны обеспечивают восстановление сил. Один из них наверняка вам известен — это мелатонин.

НАРУШЕНИЕ БАЛАНСА

Все наши состояния зависят от выброса определенных веществ мозгом и железами эндокринной системы. Например, наша вовлеченность и мотивация связаны с выбросом дофамина. Когда его мало, наступает апатия.

Помните: если вы не переключаетесь, не нажимаете «тормоз», то доводите себя до нервного истощения: нейроны мозга перестают выделять нужные вещества в нужном количестве, а вы не получаете удовольствия от жизни и теряете мотивацию в работе.

Эмоциональное выгорание внесено в список заболеваний ВОЗ. Но это скорее не заболевание, а синдром! За ним могут стоять и психоэмоциональные травмы, и истощение от хронического стресса. Человек медленно думает, плохо принимает решения и кричит на людей? Нет, это не эмоциональное выгорание, это неврастения. Те, кому не нравится этот термин, говорят про эмоциональное выгорание. Для более крупных руководителей придумали еще один термин: стратегическая усталость. И ее тоже не существует. Принимаете неправильные решения, срываетесь на людей? Это не усталость, это неврастения.

ЧТО ДЕЛАТЬ И КАК НАЙТИ БАЛАНС

Лучший способ восстановления — дыхательная гимнастика на основе гиперкапнии. Например, растянутое дыхание, когда уровень кислорода не падает, но уровень СО2 в крови растет. Мозг воспринимает это как угрозу и дает команду гладкой мускулатуре расширяться и спасать организм. Уже через пять минут растянутого дыхания у вас согреваются руки и ноги, розовеет лицо.

Для расслабления гладкой мускулатуры подходит добавка — аминокислота L-аргинин. В концентрированном виде в печени она быстро метаболизируется в оксид азота, который расширяет гладкую мускулатуру. Чтобы снять хронический спазм, достаточно принять на ночь три грамма L-аргинина на пустой желудок. Можно начать с одного грамма и довести до трех. Особенно важно принимать L-аргинин в период стрессовых нагрузок.

Если вы испытали стресс, сделайте дыхательную гимнастику и уберите спазмы L-аргинином. После нервного напряжения обязательна физическая нагрузка.

Можно ли расслабиться с помощью алкоголя?

Если вы не израсходовали гормоны стресса по назначению, они вас убивают. Худший вариант: понервничать на работе и выпить дома алкоголя. Физиологическая норма, которую может переработать организм, — 30-40 граммов в пересчете на чистый спирт. Это два бокала вина. Основная проблема — вовремя остановиться. От нескольких бокалов может наступить временное расслабление, и нам захочется еще.

После алкоголя капилляры и правда расширяются, но фермента в печени может не хватить на то, чтобы переработать алкоголь. Он попадает в кровь. Высокая концентрация спирта в крови обезжиривает эритроциты. Они лишаются оболочек и начинают склеиваться. В крови двигаются уже сгустки эритроцитов, которые кровь не переносит. Наутро нам плохо, ведь всю ночь организм пребывал в состоянии кислородного голодания.

Да, сосуды ненадолго расширились, но организм все равно пострадал. Так что не больше двух бокалов вина за ужином! За любую внешнюю поддержку организма приходится расплачиваться. Лучше полагаться на методы саморегуляции.

СИМПТОМЫ ХРОНИЧЕСКОГО ВЕГЕТАТИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Как понять проблему? Разовый стресс заметить легко. А вот к хроническому мы привыкаем, психика больше его не замечает, человек забывает, что такое жить без стресса.

Оцените, насколько каждый из этих симптомов характерен для вас за последние две недели. Поставьте 3 балла, если симптом ярко проявлялся; 2 балла — был, но в средней степени; 1 балл — проявлялся слабо; 0 — не было симптома.

• Спазм сосудов и капилляров: холод в руках и ногах, бледные кожные покровы, гипертония. Особенно обращайте внимание на нижнее давление: если оно высокое, сосуды находятся в спазме.
• «Мышечная броня». Напряжена поперечно-полосатая мускулатура: бицепсы, трицепсы. При нажатии на мышцы вы чувствуете боль, не можете расслабиться перед сном.
• Хроническая усталость, низкий уровень энергии. Нормальная усталость накапливается к вечеру, но когда вы поели, поспали, отдохнули — она проходит. Если вы устали уже с утра — это звоночек.
• Головокружение, плохая концентрация и память.
• Плохое пищеварение, гастрит, язва. Когда вы съели правильную пищу, не фаст-фуд, а в желудке все равно тяжесть — это признак стресса.
• Снижение иммунитета. Измерьте его за три месяца. Болезни длятся долго, развиваются хронические заболевания, может появиться герпес.
• Снижение качества сна. Более 20 минут не можете заснуть, сон неглубокий, есть ощущение работающей головы, утром тяжело просыпаться.
• Ангедония — неспособность получить удовольствие от простых вещей: развлечений, еды, сна.
• Дисфория — длительное беспричинное расстройство настроения, тревожность, раздражение на других людей, агрессия.
• Аддиктивное, или зависимое, поведение — уход от реальности с помощью искусственного изменения психического состояния. Например, табакокурение, алкоголизм, переедание, интернет-зависимость и т. д.

(Как оценить, что у вас есть зависимость. Что будет, если лишить вас этого объекта: алкоголя, компьютерной игры, табака, кофе? Изменится ли ваше настроение, поведение, сможете ли вы провести без этого долгое время?)

Если вы набрали до 10 баллов, баланс между газом и тормозом у вас есть.

Если у вас от 10 до 20 баллов, вы тратите больше энергии, чем способны восстановить.

Если вы набрали более 20 баллов, то у вас хронический стресс, парасимпатика не работает.

• Сдайте тест на стрессовые гормоны. Например, повышенный кортизол говорит либо о стрессе, либо о синдроме Кушинга.

• Обращайте внимание на изменение вариабельности сердечного ритма. У здорового человека временные интервалы между ударами сердца всегда разные на миллисекунды. Если ваше сердце застучало, как метроном, — организм истощился или заболел.

ДЫХАТЕЛЬНАЯ ГИМНАСТИКА

Дышите через нос. Закройте глаза. Положите одну руку на живот, вторую — на грудь. Начните дышать животом, плавно наполните воздухом низ легких, затем раскройте грудную клетку и заполните воздухом все легкие под ключицы. Так вы опустите диафрагму и наполните кровь углекислотой. Сделайте плавный долгий выдох. Сразу же вдыхайте снова.

Сконцентрируйте внимание на дыхании. Не дышите на автомате. Пусть ум мгновение за мгновением распознает, как происходит дыхание. Отпустите внешний стимул или внутренние мысли, возвращайте внимание на дыхание.

Как только начала двигаться диафрагма, стимулировался блуждающий нерв, который переключает вас на парасимпатическое управление. Растянутый вдох и выдох наполняют кровь кислородом и одновременно — углекислотой.

Наберите в легкие воздуха и задержите дыхание. Голову уроните безвольно на грудь, перекатите назад, сделайте круг головой. Откиньте голову назад, сделайте акцент на прогибе в грудных позвонках, поднимайте голову и медленно выдыхайте.

Так перекрывается ток крови в мозг, и он начинает выделять эндогенные опиоиды. Достаточно сделать так 3-4 раза, и опиоиды восстановятся.

МЕДИТАТИВНАЯ ПРАКТИКА ДЛЯ ЕЖЕДНЕВНОЙ САМОРЕГУЛЯЦИИ

Сядьте, выпрямите спину, почувствуйте устойчивость тела. Положите руки на колени ладонями кверху. Тяните макушку кверху: должно быть ощущение, что между позвонками будто увеличивается расстояние. Тело расслаблено, спина прямая.

Закройте глаза. Перенесите свое внимание на ступни. Какой температуры ваши ноги? Как они чувствуют поверхность? Не думайте про стопы, а просто наблюдайте за тем, что чувствуете.

Плавно перенесите свое внимание на кисти рук. Что чувствуют ваши кончики пальцев, середина ладоней?

Захватите вниманием все свое тело. Чувствуйте ноги, руки, туловище и голову. Почувствуйте скелет и внутренние органы. Как меняются ощущения под вашим наблюдением? Тело начинает тяжелеть, мышцы расслабляются. Непрерывно наблюдайте свое тело. Если вы заметили мысль, сразу возвращайтесь от нее к наблюдению.

Направьте внимание в свой ум. Замечайте появление мысли, образа, картинки и отпустите. Если одна мысль ушла, а второй нет, оставайтесь в паузе. Не давите свои мысли, вам не удастся от них избавиться. Просто возвращайтесь к наблюдению, и ум сам успокоится. Чтобы успокоить воду в стакане, не нужно раскачивать его в руке. Просто не трогайте стакан, и жидкость сама успокоится.

Как понять, что вы медитируете:

• Луч внимания направлен на один объект.
• Вы осознаете объект мгновение за мгновением непрерывно.
• Вы всегда понимаете, в каком тонусе ваше внимание. Вы можете его возвращать и усиливать.
• Постепенно исчезает ментальная активность — между мыслями появляются паузы.
• Наступает физическая и психическая расслабленность.

Возврат к списку

Гомеостаз организма человека | Саморегуляция внутренней среды организма

Гомеостаз — это свойство системы, в которой процессы и переменные регулируются так, что внутренние условия остаются стабильными и относительно постоянными.

В 1775 году д-р Чарльз Благден (Dr. Charles Blagden) из Лондонского королевского общества протестировал способность человеческого организма выдерживать высокую температуру. У него была специальная комната, нагретая до 126 ° C, что значительно выше точки кипения воды.

Он вошел в комнату с собакой и куском сырого мяса. Через 45 минут он вышел из комнаты без каких-либо побочных эффектов, за исключением частоты пульса, которая увеличилась до 144 ударов в минуту (примерно в два раза больше обычной скорости). Собака тоже была в порядке, однако мясо приготовилось.

Регуляция температуры тела (терморегуляция)

Здоровые люди имеют определенные физиологические константы, которые поддерживаются организмом на относительно постоянном уровне:

1. Концентрация глюкозы в крови составляет около 100 мг/мл,
2. РН крови — примерно 7,4,
3. Кровяное давление — 160/106 кПа (120/80 мм рт. ст.),
4. Температура тела — приблизительно 37° С.

Гомеостаз

1. Сохранение динамического равновесия (динамическое равновесие — это состояние равновесия, достигаемое в среде в результате внутренних механизмов контроля, которые постоянно противостоят внешним силам, стремящимся изменить эту среду).
2. Большинство гомеостатических механизмов работают как циклы отрицательной обратной связи (отрицательная обратная связь — это процесс, который обнаруживает и корректирует отклонения от нормальных констант тела).

Системы обратной связи

Для поддержания гомеостаза петли отрицательной обратной связи существуют на всех уровнях организма.

Эти системы предотвращают повышение уровня сахара в крови, артериального давления, температуры и других констант.

sweat — пот, vasodilation — расширение сосудов, vasoconstriction — сужение сосудов, goosebumps — мурашки, shivering — дрожь

Циклы с положительной обратной связью также существуют, но они обычно связаны с болезнью.

Примером положительной обратной связи является высокое кровяное давление.

Повреждение артерий из-за высокого кровяного давления приводит к образованию рубцовой ткани. Ткань рубца является ловушкой для холестерина, что препятствует потоку крови через артерии и тем самым повышает кровяное давление еще больше.

«Дать попробовать быть учеными» | Colta.ru

Представление о том, что проходят по биологии в девятом классе, дают разнообразные решебники, которые Google обнаруживает десятками. На уроках отвечают на вопросы тестов (что такое саморегуляция, что такое гомеостаз) и подписывают мышцы человека на диаграммах.

А еще девятиклассники могут ставить эксперименты над раковыми клетками, править ДНК у бактерий, работать с плазмидами и проводить бесклеточный синтез белка. Просто это делают не в школе и не в России. Школу молекулярной и теоретической биологии (ШМТБ) для старшеклассников в этом году проводят в Барселоне со 2 по 16 августа. Старшеклассники будут практиковаться в лабораториях нескольких испанских университетов и исследовательских институтов. А объяснять им, как правильно обращаться с плазмидами и раковыми клетками, будут несколько профессоров биологии из Европы и России.

Для участников школа бесплатная. С 2012 года, когда ее впервые провели в Подмосковье, ШМТБ поддерживал фонд Дмитрия Зимина «Династия», который в 2015 году был объявлен иностранным агентом и закрыт. Сейчас школу поддерживает Zimin Foundation.

До 1 февраля включительно школа принимает заявки от старшеклассников.

COLTA.RU поговорила с научным руководителем ШМТБ — профессором Федором Кондрашовым, молекулярным биологом, который руководит лабораторией Центра геномной регуляции в Барселоне.

— Как соотносится то, что делают у вас девятиклассники, со «взрослой» наукой?

— Наука, которую дети своими руками делают, — она по уровню сложности для продвинутых студентов или даже начинающих аспирантов. Когда мы приглашаем ученых руководить лабораторией в летней школе, наш основной критерий — чтобы самим ученым этот проект был интересен с научной точки зрения. Чтобы то, что дети делают, имело для них какой-то научный смысл. Это отличает нас практически от всех других школ по всему миру. Мы стараемся не гнаться за красочностью эксперимента. Даже за тем, чтобы он обязательно получился.

Володя Катанаев из Института белка испытывал с детьми разные экстракты растений — измерял силу ингибирования этими экстрактами роста раковых клеток. Это была такая подготовительная работа, чтобы понять, с какими экстрактами стоит работать дальше, а потом начать выделять из них вещества, имеющие антираковую активность.

Лена Алкалаева, работающая в Институте молекулярной биологии в Москве, ставила у нас эксперимент по бесклеточному синтезу белка. Этот бесклеточный синтез — передовая техника, которая есть буквально в нескольких лабораториях мира.

Школьник, который сидит в девятом классе и думает: «Я хочу стать биологом», — сможет делать то, что делает настоящий исследователь, в лучшем случае через восемь лет. Мы хотим дать им возможность попробовать себя в роли ученого сейчас.

— А с какими-нибудь совсем свежими открытиями и методами — вроде метода точечной правки генома CRISPR, объявленного Science в прошлом году «прорывом года», — школьники работают?

— CRISPR пока еще никто не использовал, но это довольно простая техника. Поэтому как только он кому-нибудь понадобится — он, я думаю, у нас будет.

— Зачем вы сами решили организовать летнюю школу?

— Потому что она в каком-то смысле моделирует то, как я сам пришел в науку. Мне не особенно интересна была биология в школе. Она мне сравнительно легко давалась, но особого интереса я не чувствовал. А ученым я стал, потому что довольно рано — благодаря родителям и Евгению Кунину (самый цитируемый биолог из России, с 1991 года работающий в США. — Ред.) — я попал в настоящую исследовательскую атмосферу, которая сама мне, собственно, и понравилась. В Корнелльском университете, в лаборатории моего отца (профессора Алексея Кондрашова. — Ред.), мне дали позаниматься простой генетикой дрозофилы. Это был девятый-десятый класс.

Лучший способ помочь детям понять, нравится им заниматься наукой или нет, — это просто дать попробовать. Школьник, который сидит в девятом классе и думает: «Я хочу стать биологом», — будет делать то, что делает настоящий исследователь, в лучшем случае в магистратуре. Это еще только через восемь лет.

Мы делаем этот проект для школьников, а не для студентов, чтобы детям, которые действительно заинтересованы в карьере ученого, дать возможность попробовать себя в этой роли за пять, за шесть, за семь лет до того, как у них такая возможность появляется в рамках существующей системы образования.

Дети теряют свои предубеждения: что все ученые — мужчины, или что все ученые — бедные, или что все ученые — какие-то занюханные или замученные люди.

— В качестве вступительного экзамена вы устраиваете что-то вроде Всероссийской олимпиады по биологии?

— Школьник отвечает на пару вопросов. Первый вопрос — это что ему интересно в науке. Второй — зачем он хочет попасть в школу. Наша приемная комиссия честно читает все ответы и рекомендательные письма. Мы заинтересованы в том, чтобы к нам в школу шли дети с периферии, и не хотим устраивать формальный экзамен по биологии. Потому что понятно, что тогда детям, которые учатся в специализированных школах в Москве, будет гораздо проще к нам попасть.

— Правда ли, что для ученых ШМТБ — это такой способ присмотреться к будущим аспирантам и постдокам?

— Скорее, это для детей способ присмотреться к ученым. Дети теряют предубеждения, которые могли у них сформироваться по поводу ученых раньше. Что все ученые — мужчины. Или что все ученые — бедные. Или что все ученые — какие-то занюханные или замученные люди. При контакте с живыми людьми, которые руководят лабораториями, складывается гораздо более разумный и более правдоподобный взгляд на вещи. И еще дети получают модель для подражания.

— Помогает ли летняя школа сдать ЕГЭ по биологии и поступить на биофак МГУ?

— Мы формально — и неформально — не взаимодействуем ни с какими университетами и не собираемся это делать. Наш проект совершенно от всего этого независим. От поступлений, от экзаменов, от ЕГЭ, от олимпиад. Многие наши выпускники поступают в хорошие вузы, но мы не знаем, оттого ли это, что они сами по себе такие замечательные и поступили бы без нас, или же участие в нашей школе каким-то образом им помогает.

Понравился материал? Помоги сайту!

Подписывайтесь на наши обновления

Еженедельная рассылка COLTA.RU о самом интересном за 7 дней

Лента наших текущих обновлений в Яндекс.Дзен

RSS-поток новостей COLTA.RU

Синтетические гомеостатические материалы с химио-механохимическим саморегулированием

1

Bao, G. et al. Молекулярная биомеханика: молекулярная основа того, как силы регулируют клеточную функцию. Ячейка. Мол. Bioeng. 3 , 91–105 (2010)

Статья Google ученый

2

Фратцл, П. и Барт, Ф. Г. Системы биоматериалов для механочувствительности и приведения в действие. Природа 462 , 442–448 (2009)

ADS CAS Статья Google ученый

3

Гайтон, А.К. и Холл, Дж. Э. Физиология человека и механизмы заболевания 6-е изд. 3–8 (Saunders, 1997)

Google ученый

4

Проссер, Б. Л., Уорд, К. В. и Ледерер, В. Дж. Передача сигналов X-ROS: быстрая механо-химиотерапия в сердце. Наука 333 , 1440–1445 (2011)

ADS CAS Статья Google ученый

5

Самбонги, Ю.и другие. Механическое вращение олигомера с-субъединицы в АТФ-синтазе (F0F1): прямое наблюдение. Наука 286 , 1722–1724 (1999)

CAS Статья Google ученый

6

Спает, Т. Х. Аналитический обзор: гемостатический гомеостаз. Кровь 28 , 112–123 (1966)

CAS PubMed Google ученый

7

Гесс, Х.Технические приложения биомолекулярных двигателей. Annu. Преподобный Биомед. Англ. 13 , 429–450 (2011)

CAS Статья Google ученый

8

Fritz, J. et al. Перевод биомолекулярного распознавания в наномеханику. Наука 288 , 316–318 (2000)

ADS CAS Статья Google ученый

9

Лаханн, Дж.И Лангер, Р. Умные материалы с динамически управляемыми поверхностями. MRS Bull. 30 , 185–188 (2005)

CAS Статья Google ученый

10

Li, D. B. et al. Молекулярные, супрамолекулярные и макромолекулярные двигатели и искусственные мышцы. MRS Bull. 34 , 671–681 (2009)

Статья Google ученый

11

Пакстон, В.Ф., Сундарараджан, С., Маллук, Т. Э. и Сен, А. Химическая локомоция. Angew. Chem. Int. Эд. 45 , 5420–5429 (2006)

CAS Статья Google ученый

12

Сидоренко А., Крупенкин Т., Тейлор А., Фратцл П. и Айзенберг Дж. Обратимое переключение наноструктур, активируемых гидрогелем, в сложные микроструктуры. Наука 315 , 487–490 (2007)

ADS CAS Статья Google ученый

13

Арига, К., Мори, Т. и Хилл, Дж. П. Контроль нано / молекулярных систем с помощью макроскопических механических стимулов. Chem. Sci. 2 , 195–203 (2011)

CAS Статья Google ученый

14

Тодрес, З. В. Органическая механохимия и ее практическое применение (CRC / Taylor & Francis, 2006)

Книга Google ученый

15

Харрис, Т.Дж., Сеппала, К. Т. и Десборо, Л. Д. Обзор методов мониторинга и оценки производительности для одномерных и многомерных систем управления. J. Process Contr. 9 , 1–17 (1999)

CAS Статья Google ученый

16

Стюарт, М.А.С. и др. Новые области применения полимерных материалов, реагирующих на раздражители. Nature Mater. 9 , 101–113 (2010)

ADS Статья Google ученый

17

Ерушалми, Р., Шерц, А., ван дер Бум, М. Э. и Краатц, Х. Б. Материалы, реагирующие на стимулы: новые пути к интеллектуальным органическим устройствам. J. Mater. Chem. 15 , 4480–4487 (2005)

CAS Статья Google ученый

18

Дас, М., Мардяни, С., Чан, В. К. В. и Кумачева, Е. Биофункциональные pH-чувствительные микрогели для нацеливания на раковые клетки: рациональный дизайн. Adv. Матер. 18 , 80–83 (2006)

CAS Статья Google ученый

19

Мурти, Н.и другие. Макромолекулярный носитель для белковых вакцин: микрогели, нагруженные белком, расщепляемые кислотой. Proc. Natl Acad. Sci. США 100 , 4995–5000 (2003)

ADS CAS Статья Google ученый

20

Nayak, S., Lee, H., Chmielewski, J. & Lyon, L.A. Фолат-опосредованное нацеливание на клетки и цитотоксичность с использованием термореактивных микрогелей. J. Am. Chem. Soc. 126 , 10258–10259 (2004)

CAS Статья Google ученый

21

Сигель Р.А. в «Хемомеханическая нестабильность в реагирующих материалах» (ред. Боркманс, П., Кеппер, П. Д. и Хохлов, А. Р.) 139–173 (Springer, 2009)

Google ученый

22

Хорват, Дж., Салаи, И., Буассонаде, Дж. И Де Кеппер, П. Колебательная динамика, индуцированная в чувствительном геле неосциллирующей химической реакцией: экспериментальные данные. Soft Matter 7 , 8462–8472 (2011)

ADS Статья Google ученый

23

Ковач, К., Леда, М., Ванаг, В. К. и Эпштейн, И. Р. Малые амплитуды и смешанные колебания pH в системе бромат-сульфит-ферроцианид-алюминий (III). J. Phys. Chem. А 113 , 146–156 (2009)

CAS Статья Google ученый

24

Маэда, С., Хара, Ю., Сакаи, Т., Йошида, Р., Хашимото, С. Гель для самостоятельной ходьбы. Adv. Матер. 19 , 3480–3484 (2007)

CAS Статья Google ученый

25

Ванаг, В.К. и Эпштейн, И. Р. Резонансные осциллоны в системе реакция-диффузия. Phys. Ред. E 73 , 016201 (2006)

ADS Статья Google ученый

26

Кога С., Уильямс Д. С., Перриман А. и Манн С. Пептидно-нуклеотидные микрокапли как шаг к модели протоклетки без мембран. Nature Chem. 3 , 720–724 (2011)

ADS CAS Статья Google ученый

27

Рихтер, А.и другие. Обзор датчиков pH и микросенсоров на основе гидрогеля. Датчики 8 , 561–581 (2008)

CAS Статья Google ученый

28

Зарзар, Л. Д., Ким, П. и Айзенберг, Дж. Био-вдохновленный дизайн погруженных гидрогелевых полимерных микроструктур, работающих в зависимости от pH. Adv. Матер. 23 , 1442–1446 (2011)

CAS Статья Google ученый

29

Шильд, Х.G. Поли ( n -изопропилакриламид) — эксперимент, теория и применение. Прог. Polym. Sci. 17 , 163–249 (1992)

CAS Статья Google ученый

30

Окано, Т., Бэ, Й. Х., Якобс, Х. и Ким, С. В. Полимеры, переключающие термическое включение-выключение для проникновения и высвобождения лекарственного средства. J. Control. Выпуск 11 , 255–265 (1990)

CAS Статья Google ученый

31

Куксенок, О., Яшин, В. В., Балаз, А. С. Трехмерная модель хемореактивных полимерных гелей, подвергающихся реакции Белоусова-Жаботинского. Phys. Ред. E 78 , 041406 (2008)

ADS Статья Google ученый

32

Яшин В. В., Балаш А. С. Формирование узора и изменение формы в автоколебательных полимерных гелях. Наука 314 , 798–801 (2006)

ADS MathSciNet CAS Статья Google ученый

33

Яшин, В.В., Куксенок, О., Балаш, А. С. Моделирование автономно колеблющихся химиочувствительных гелей. Прог. Polym. Sci. 35 , 155–173 (2010)

CAS Статья Google ученый

Саморегулирующиеся системы

Саморегулирующиеся системы

Глава 7: Саморегулирующиеся системы — Атмосферные газы — Парниковый эффект

Поведение неживых существ и систем можно описать, применяя законы физика и химия.Например, используя законы термодинамики, мы можем рассчитать, что произойдет в расплаве или растворе при заданной температуре и давлении (осаждение против растворения минералов), и, используя законы физики, мы можем смоделировать испарение вод океана у экватора, подъем воздушных масс, их течение к полюсу, и их организация в несколько поясов конвективных ячеек благодаря Кориолису сила. Во всех этих случаях системы движутся к самому низкому энергетическому состоянию, тепловому перемещается из более теплых регионов в более холодные, энергия рассеивается, и достигается равновесие (или хоть подошли).Чтобы проиллюстрировать это простым способом, давайте посмотрим на металлический мяч в миске.

	Если мы поместим металлический шар в чашу, он будет следовать за силой тяжести и попадет в самая низкая точка в чаше, где он находит состояние устойчивого равновесия.
	Если мы перевернем чашу вверх дном, мы сможем уравновесить мяч сверху (неустойчивый равновесие), но малейшее нарушение заставит его скатиться и перейти в более устойчивое состояние. положение на более низком энергетическом уровне.

Мы считаем само собой разумеющимся, что мы можем стоять прямо, что мы можем оставаться вертикальными (более или менее меньше) на катящемся корабле или в движущемся поезде, и что мы не падаем лицом на постоянная основа. Законы физики не учитывают эту способность. Если бы до них мы бы лежали на земле (самый низкий уровень энергии, центр тяжести как как можно ближе к поверхности земли). Вместо этого наш центр тяжести примерно 2-3 футов над землей, и мы в основном находимся в состоянии неустойчивого равновесия.В мы лежим ровно только тогда, когда мы хотим, или когда мы настолько больны, что наши мышцы не могут поддерживать наш вес, или когда мы мертвы.

Причина, по которой классическая физика не может объяснить нашу прямую походку, заключается в том, что это самый успешно описывает и предсказывает неорганизованную сложность. Примером может быть поведение газа в результате неорганизованных и индивидуально не отслеживаемых движений молекул газа. Такая неорганизованная сложность в конечном итоге коренится в законы случая и вероятности и второй закон термодинамики.Наоборот, в части нашего тела вовсе не неорганизованы. Хотя они действительно следуют законам физика, они тоже обмениваться информацией , отправляя сенсорные данные в головной мозг. Там сенсорные данные сравниваются с нашим предполагаемым положением в пространстве, и на части тела посылаются корректирующие импульсы (при необходимости). Как только мы умрем, информационный поток останавливается, корректирующие действия больше не принимаются, и законы физики принимают над.

Классическая физика против изучения систем: Классическая физика в основном пытались разбить природные явления на взаимодействие элементарных единиц которые управлялись «слепыми» законами природы.Другие науки, например биология, последовал этому механистическому подходу и попытался разложить жизненные явления на атомарные сущности и частичные процессы. Живой организм разложился на клетки, его деятельность в физиологические и, в конечном итоге, физико-химические процессы, поведение в безусловные и условные рефлексы, основа наследственности на отдельные гены, и так далее. Хотя этот уровень понимания многое говорит нам о деталях, он говорит нам немного о поведении в целом.Если мы действительно хотим понять, скажем дерево, атомы и молекулы, составляющие его, должны быть поняты на уровне организма. уровень. Мы должны понимать организацию и динамическое взаимодействие частей, чтобы понять целое (целое больше, чем сумма его частей). В Короче говоря, мы должны понимать дерево как система взаимосвязанных частей (например, если не учитывать обмен стимулами между сенсорами, мозгом и мышцами, сильно уменьшают наше понимание тела в целом).То же самое относится к понимание Земли, Вселенной и любой другой сложной сущности.

В самом общем смысле система — это любая часть материальной вселенной, которая мы предпочитаем мысленно отделиться от остальной вселенной с целью рассмотрение и обсуждение различных изменений, которые могут произойти в нем при различных условия (J. W. Gibbs).

В основном существуют системы двух типов: открытые и закрытые.

Открытые системы обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающим миром. Энергия, материя и информация могут входить или выходить из «овальной» системы . Находясь внутри системы, они могут изменять форму , взаимодействовать друг с другом или переходить в и выходить из хранилища. Землю можно рассматривать как такую ​​систему. Например: энергия поступает в систему, взаимодействует с материей на Земле, может храниться в виде растительной ткани и может уйти, поскольку Земля излучает тепло обратно в космос.

Закрытые системы самодостаточны и не взаимодействуют со своим окружением. Энергия, Материя, и Информация обмениваются и изменяются только внутри системы (овал), ничего не входит, ничего не выходит . Энергия, материя и информация могут быть помещены в хранилище и изъяты из хранилища , но ничто не может покинуть «овальную» систему. Примером может быть сама Земля с точки зрения материи. В системе Земля происходит взаимодействий, но очень мало материи выходит или входит.

Выходы систем могут быть связаны с системой и влиять на реакцию системы. к информации, энергии или материи. Пути информации, энергии или материи называются петлями обратной связи . Если изменение в системе возвращается в система и приводит к дальнейшим изменениям в том же направлении, положительный отзыв произошло. Если изменение в системе приводит к изменению в противоположном направлении, то отрицательный обратная связь произошла. Пример 1: в холодное время года может выпадать снег земля, которая своей яркой отражающей поверхностью будет отражать больше солнечного энергия возвращается в космос, меньше тепла остается на поверхности Земли. Таким образом, холодные условия привести к еще более холодным, у нас есть положительная обратная связь. Пример 2: когда воздух охлаждается, он теряет способность удерживать влагу, т. е. повышается относительная влажность. Если он остынет достаточно, чтобы достигнет 100% влажности, произойдет конденсация, и вода перейдет из пара в жидкое состояние.Скрытая теплота конденсации начинает нагревать окружающий воздух и работает против (нейтрализует) первоначальную тенденцию к снижению температуры системы. Таким образом, начальное охлаждение приводит к последующему повышению температуры и мы имеем отрицательную обратную связь петля.

Все системы динамичны и постоянно меняются, но пока есть некоторые внутренние регулирующие механизмы они будут находиться в каком-то равновесном состоянии. Для описание системы Земля, которая нас интересует два типа состояний равновесия, установившееся равновесие и динамическое равновесие.

Иллюстрация установившееся равновесие . Для примера , что касается энергии, Земля может считаться находящейся в установившемся равновесии. Он получает примерно столько же энергии, сколько теряет в любой конкретный год , и сохраняет примерно такое же количество энергии из года в год. Его энергия колеблется в районе среднего значения.	Иллюстрация Династия .Значение колеблется около среднего, но среднее значение изменяется со временем. Климат Земли может демонстрировать такого поведения. Если взять за долгий период времени, кажется, что средняя температура Земли колеблется и находится в состоянии динамического равновесия.

Еще одно свойство многих природных систем, но не обязательно самоочевидно, что они являются самоорганизующийся по самой своей природе.Например, возьмем цепочку из бумаги. клипы. Само наличие цепи предполагает, что кто-то ( создатель) взял на себя труд связать скрепки вместе, чтобы сделать цепь. Вы не могли бы подумать, что скрепки для организовать себя в цепи.

Но предположим на мгновение, что скрепки все слегка приоткрыты (по природе), и если потом их встряхнуть в шейкере для коктейлей, через некоторое время вы обнаружите, что зажимы организовывались в цепочки переменной длины.Эти Цепи не такие аккуратные, как цепочки, собранные вручную, но тем не менее это цепочки. Продолжение встряхивания не вернет исходное состояние (отдельные клипы). Таким образом, если что-то произошло, этого не избежать так легко. Это это асимметрия это основа самоорганизации.

Наконец, динамические системы, о которых мы поговорим в этой лекции. являются саморегулирующийся . Это означает, что система способна поддерживать свои основные переменные в пределах пределы, приемлемые для его собственной структуры перед лицом неожиданных возмущений (W.Б. Пушка, 1929-32). По сути, мы смотрим на процесс взаимодействия или механизм который уравновешивает различные влияния и эффекты, так что стабильное состояние или стабильное поведение поддерживается. Пример : размер зрачка человеческого глаза отрицательно коррелирует (петля отрицательной обратной связи) с интенсивностью света, попадающего на сетчатку. Это сохраняет количество света в пределах оптимальной обработки визуального Информация. Слишком много света разрушило бы светочувствительные конусы сетчатки.В содержание сахара в крови и многие другие химические количества аналогичным образом сбалансированы в тело человека. Это саморегулирующееся динамическое равновесие также называется гомеостаз .

Гомеостаз можно проиллюстрировать разделенным резервуаром с соединенными перегородками. Вода движется между перегородками , и она движется быстрее, когда разность уровней воды увеличивается (увеличение разницы давлений). Такое положение вещей можно поддерживать, только если мы постоянно перерабатываем воду в одну перегородку с помощью насоса . При любой заданной производительности насоса будет разница высот , которая создает поток между секциями, равный производительности насоса. Хотя уровень воды будет стабильным при заданной скорости, это не состояние равновесия. Неравномерный уровень жидкости может поддерживаться только , пока насос работает. Это неравновесное устойчивое состояние называется гомеостазом.

После выключения насоса избыток воды из левой половины бака будет стекать в правую половину до тех пор, пока два уровня жидкости не станут равными (в состоянии равновесия). Таким образом, наша стационарная система (слева) вернется к равновесию , как только мы выключим насос.

Еще одним примером динамического саморегулирования является контроль температуры человеческое тело . В общей сложности пять процессов участвуют в температуре тела регулирование: биохимическое производство тепла (медленное горение / окисление сахара в наших клетках) является основным источником тепла; и тепловыделение может быть увеличено на по дрожанию (сердцевина и обшивка модулируется, мышцы сжигают больше топлива), тогда как потеет (испарение воды на коже) и усиленное кровообращение через кровеносные сосуды под кожей помогает избавить организм от нагревать. На рисунке ниже показаны диапазон действия и относительная мощность этих обрабатывает при температуре окружающей среды 40 градусов Цельсия.

Мы можем связать эти различные процессы в модель (каждый процесс представлен математическая функция, которая связана с другими), и исследуйте, как она будет реагировать на меняем температуру окружающей среды. Результат показан на диаграмме ниже.

Мы видим, что можем описать эти функции организма и их влияние на температуру тела. в точном соответствии с наблюдаемыми температурами. Видеть тело как систему из пяти взаимосвязанные петли обратной связи адекватно отражают реальную температуру человека регулирование. В ходе этой лекции мы рассмотрим, как температура Земля стабилизируется в узких пределах и как биосфера может быть вовлечена в этот процесс регулирования. Для этого процесса регулирования состав Земли Атмосфера имеет решающее значение, и это тема, которую мы обсудим дальше.

Состав атмосферы

Как указывалось ранее, атмосфера Земли состоит в основном из азота (78%), кислорода (21%), аргон (1%), диоксид углерода (0.036%) и следы других газов, таких как водород, гелий, неон, криптон, ксенон и соединения этих газов (озон, метан, закись азота, аммиак). Что интересно в нашей атмосфере, так это то, что ее газы в настоящее время не в равновесии с каменной поверхностью планеты. Если бы они были в равновесии они полностью вступили бы в реакцию с каменной сферой и, таким образом, кислород, например, не будет присутствовать вообще (при выветривании основных минералы).Это, однако, вопрос, который мы исследуем дальше, когда перейдем к обсуждению эволюция атмосферы. На данный момент мы сначала увидим, что это за газы. в настоящее время проводятся исследования теплового поведения системы Земля.

Кислород: С химической точки зрения кислород можно считать наиболее важный газ в атмосфере. Наличие большого количества кислорода позволяет биохимическим процессы для продолжения с высоким приростом энергии, и, вероятно, без этого очень мобильная жизнь формы (как и мы) были бы невозможны.Жизнь могла продолжаться без кислорода в атмосфере (так было давно), но с существенно пониженной эффективностью. Некоторое количество кислорода образуется в верхних слоях атмосферы в результате (индуцированного светом, фотолиза) расщепления. от атомов водорода из водяного пара. Водород уходит из Земли гравитационное поле и оставляет кислород позади. Однако этот процесс представляет собой незначительный источник кислорода в современной системе атмосфера-биосфера. Большой количество кислорода производится в процессе фотосинтеза растений, и большая его часть сразу же потребляется через дыхание живых организмов.Потому что фотосинтетический кислород отделяется от углекислого газа, а углерод превращается в целлюлозу, углеводы и др., захоронение растений и животных в отложениях (удаляя их из будучи повторно окисленным), дает чистый приток кислорода для атмосферы. Этот кислород реагирует с восстановителями на поверхности Земли (например, железо в основных минералах и т. д.) и со временем связывается в твердых оксидах, в конечном итоге все это будет израсходовано, и в равновесной атмосфере больше не будет кислорода. Продолжение фотосинтеза и захоронение углерода поддерживает такой высокий уровень кислорода, как он есть, и, таким образом, кислород находится в состоянии гомеостаз, при котором фотосинтез растений в основном является насосом (см. иллюстрация гомеостаза выше), а скорость захоронение эквивалентно отверстию между двумя половинами резервуара (см. иллюстрация гомеостаза выше).Мы рассмотрим это более подробно, когда будем говорить о глобальном углеродном цикле.

Азот: Азот — это достаточно инертный газ в текущей атмосфере, но хотя он реагирует медленно, его стабильная форма представляет собой нитрат-ион (NO ₃ ^—), растворяется в морской воде. Растворенный азот (в виде аммиака и нитрата) незаменим для живых организмов (белки). Когда организмы разлагаются, азот возвращается в атмосфера в газообразной форме.

Аммиак: Аммиак (NH ₄ ^—) является другой формой азот и вырабатывается микробами в почве и в море.Количество аммиака производимая (1000 мегатонн в год и более) существенно уравновешивает другие кислотные компоненты (азотная кислота, серная кислота, углекислота) в системе океан-атмосфера. Присутствуют только следовые количества, потому что он быстро реагирует.

Закись азота: Закись азота (N ₂ O) произведено на скорость 30 мегатонн в год микроорганизмами в почве и в морях. Очень мало из этого обнаруживается в атмосфере (только следовые количества). Он разрушен Ультрафиолетовое излучение в верхних слоях атмосферы приводит к образованию оксида азота (NO), а также свободных кислород и азот.Как оксид азота он уравновешивает производство озона, и он также обеспечивает дополнительный механизм возврата кислорода и азота в атмосферу.

Метан: Большая часть метана производится как побочный продукт бактериального разложение (разложение) органического вещества в поверхностных отложениях, болотах и ​​болотах (около 500 млн тонн в год). Когда метан пузырится из своего источника и попадает в атмосфере он делает две вещи: (1) в нижних слоях атмосферы он соединяется с кислородом с образованием углекислый газ и вода (2) в верхних слоях атмосферы он также соединяется с кислородом с образованием CO ₂ и H ₂ O, но фотодиссоциация воды дает чистый выигрыш в размере кислород (улетучивается водород).Из-за этого, присутствуют только следы свободного метана в атмосфере.

Двуокись углерода: CO ₂ присутствует в концентрации около 0,036% и растет. Это лучшее известны так называемые парниковые газы. Производится через дыхание организмов, сжигая леса и ископаемые виды топлива, добавляемые в атмосферу через вулканы и используются растениями в качестве источника углерода при фотосинтезе. Велоспорт углерод и CO ₂ тесно связаны с кислородным циклом.Взаимодействие между эти два цикла могут быть полезны для поддержания текущего уровня кислорода там, где он является.

Парниковый эффект

Парниковый эффект — это природное явление, вызываемое так называемыми «парниковые» газы в атмосфере Земли. Эти газы больше «прозрачный»
для коротковолнового излучения (в основном видимого «света») от солнца, чем для длинноволновое излучение, которое излучается обратно в космос с поверхности Земли.

Две диаграммы, суммирующие парниковый эффект на (а) называющий аналог (слева), и (б) применительно к атмосфере Земли (справа).

Сказать, что парниковые газы улавливают тепло, немного упрощенно. Вместо, в парниковые газы поглощают часть инфракрасного излучения, которое возвращается в космос, и повторно излучают его во всех направлениях, что означает, что примерно половина его возвращается на Землю поверхность.Результатом этого является то, что глобальная температура около 33 градусов По Цельсию, или на 59 градусов по Фаренгейту теплее, чем было бы в противном случае. Некоторые из самых важные парниковые газы включают двуокись углерода, метан, закись азота, хлорфторуглероды и водяной пар. Без этих газов климатические условия на Земле вероятно, будет слишком суровым для большинства органических организмов, и балансировка этих теплиц газы, а вместе с ними и регулирование глобальной температуры — увлекательный научный вопрос.

Парниковые газы в той или иной степени способствуют этому эффекту потепления.

Из парниковых газов, диоксид углерода, несомненно, является самым известным из-за его большое количество присутствует в атмосфере. Углекислый газ встречается в природе, но это концентрация в атмосфере росла с начала промышленного Революция. Это увеличение связано с сжиганием ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть), и могут быть задокументированы данными из различных источников (см. ниже).

Последние тенденции концентраций углекислого газа в атмосфере, собранные из комбинация источников данных, включая прямые измерения и измерения углерода диоксид в пузырьках газа, застрявших в ледяном льду. Обратите внимание на степень согласия между данными типы и экспоненциальный рост концентраций за последнее столетие.

Еще одним фактором, который способствовал появлению большого количества углекислого газа в воздухе, является вырубка леса. Углекислый газ выделяется при сгорании или разложении органического материала.Большой количество тропических лесов было расчищено для ведения сельского хозяйства и скотоводства. Эти тропические районы также были центром неэффективных лесозаготовок. Объединенный По оценкам Наций, в 1980-х годах тропические леса были уничтожены в количестве 38 человек. миллионов акров в год.

Вырубка лесов и сжигание ископаемого топлива привели к увеличению количества углекислого газа в атмосфере до беспрецедентного уровня. Фактически, с середины девятнадцатого века до В 1994 г. произошло увеличение содержания углекислого газа в воздухе более чем на 25%.Этот увеличение близко соответствует росту выбросов углекислого газа. Это увеличение углерода диоксид в атмосфере, как полагают многие климатологи, является причиной повышенной парниковый эффект. Другие газы, способствующие парниковому эффекту: присутствуют в меньших количествах, но тоже важны.

Метан является чрезвычайно эффективным парниковым газом, потому что он более эффективный поглотитель длинноволнового излучения, чем углекислый газ. Метан встречается естественно в атмосфере как продукт анаэробного разложения (из таких мест, как болота, трясины, рисовые поля, кишечные тракты крупного рогатого скота и других животных).В концентрация метана в атмосфере с 1800 г. увеличилась вдвое, вероятно, из-за рост населения (по мере роста населения увеличилось и количество рисовых полей) и крупный рогатый скот).

Закись азота еще один парниковый газ, рост которого тесно связан с сельское хозяйство. Когда удобрения используются для увеличения урожайности, часть азота уходит в воздух в виде закиси азота. Также производится в двигателях внутреннего сгорания.

Хлорфторуглероды , (ХФУ) производятся химикатами со многими использует.Их использовали для изготовления пены, чистящих средств, аэрозольных спреев и охлаждающих жидкостей для охлаждение и оборудование для кондиционирования воздуха. ХФУ стали известны своей озон разрушающие возможности, но также очень эффективные парниковые газы. ХФУ не было изобретены до 1920-х годов, но уже способствуют парниковому эффекту не меньше, чем метан. Концентрации ХФУ в атмосфере уже снижаются в результате Монреальские протоколы (соглашение многих стран о прекращении использования ХФУ)..

Водяной пар также является парниковым газом, потому что он поглощает длинные волны излучение, которое иначе могло бы уйти в космос. Он существует естественным образом в нашей атмосфере, и количество из-за антропогенного воздействия на окружающую среду.

Хотя углекислый газ является наиболее важным газом, вызывающим парниковый эффект, следы газы (метан, закись азота и ХФУ) в совокупности могут удвоить воздействие углерода диоксид в будущем. Твердо установлено, что эти газы улавливают земные длинноволновое излучение и вызывает эффект потепления, а также то, что выбросы этих газов со временем увеличивается.Как эти газы взаимодействуют и как круговорот атмосферы влияет на мировой климат, однако это сложная проблема, которая оставляет место для неуверенности и домыслов.

Тем не менее, с конца 19 века, средняя температура поверхности повысилась на 0,3 — 0,6 градуса Цельсия (см. Ниже) и тринадцать самых жарких лет за более чем века были между 1980 и 1992 годами.

Тенденция потепления мирового климата.

В недавней статье Дэвида Гутцлера в GSA Today представлены данные о том, что показывают, что текущие глобальные температуры теплее, чем когда-либо в течение прошлое тысячелетие, предполагая, что наблюдаемая тенденция потепления, по крайней мере, частично из-за антропогенного поступления парниковых газов в атмосферу.

Спутники также показывают уменьшение снежного покрова в северном полушарии.

Обратное рассеяние спутникового радара от Ледниковый покров Гренландии изменился за последние два года десятилетий и отражает уменьшение снежного покрова и увеличение количества отражающих ледяных поверхности. Области с повышенным обратным рассеянием радаров тают. Эти Выводы сравните с высотой поверхности льда (рисунок ниже).В области наибольшего перепада высот (потеря объема льда) совпадают с областями слева изображение, показывающее увеличение обратного рассеяния (коричневатое) за последние 2 десятилетия (третье изображение, показывающее изменение обратного рассеяния).

Доля антропогенных выбросов парниковых газов.

Если выбросы парниковых газов будут продолжать расти прогнозируемыми темпами, компьютерные модели предсказать повышение температуры 1.5 — 5,5 градусов Цельсия между 1990 и 2100. Столь значительное повышение температуры могло бы приблизиться к равняется сумме потепления, произошедшего со времени последнего ледникового периода 18 000 лет назад. По мнению большинства исследований, проведенных Межправительственной группой экспертов по изменению климата «, тенденция потепления (см. выше) вряд ли будет полностью естественной по происхождению «. МГЭИК указывает на то, что их способность понимать степень влияния человека на климат изменение ограничено из-за «шума естественной изменчивости», но также указывает что «баланс свидетельств предполагает заметное влияние человека на глобальный климат »..

Проблема глобального потепления чрезвычайно сложна и включает множество взаимосвязей. между круговоротом углерода парниковых газов и другими связанными (связанными) геохимическими циклами (кальций, кислород, фосфор, азот) на Земле. Хотя исследования показывают, что недавние тенденция к потеплению, вероятно, связана с вмешательством человека, предстоит еще много исследований сделано. Человеческие решения относительно выбросов парниковых газов вполне могут определить будущее мировой климат.

Глава 8

Что такое гомеостаз?

Что такое гомеостаз?

Гомеостаз относится к потребности организма в достижении и поддержании определенного состояния равновесия.Этот термин впервые был введен физиологом Уолтером Кэнноном в 1926 году. Более конкретно, гомеостаз — это тенденция организма контролировать и поддерживать внутренние состояния, такие как температура и уровень сахара в крови, на довольно постоянных и стабильных уровнях.

Гомеостаз означает способность организма регулировать различные физиологические процессы, чтобы поддерживать внутреннее состояние стабильным и сбалансированным. Эти процессы происходят в основном без нашего осознания.

Как это обслуживается?

У вашего тела есть определенные точки для различных состояний, включая температуру, вес, сон, жажду и голод.Когда уровень отключен (в любом направлении, слишком много или слишком мало), гомеостаз исправит его. Например, чтобы регулировать температуру, вы будете потеть, когда вам станет слишком жарко, или дрожите, когда вам станет слишком холодно.

Одна известная теория мотивации человека, известная как теория снижения влечения, предполагает, что гомеостатический дисбаланс создает потребности. Эти потребности в восстановлении баланса побуждают людей выполнять действия, которые вернут тело в его идеальное состояние.

Другой способ думать об этом — это как о термостате в вашем доме.После установки в определенный момент он работает, чтобы поддерживать внутреннее состояние на этом уровне. Когда температура в вашем доме упадет, ваша печь включится и нагреет вещи до заданной температуры.

Точно так же, если что-то выходит из равновесия в вашем теле, физиологическая реакция сработает до тех пор, пока уставка не будет снова достигнута. Вот как работают основные компоненты гомеостаза:

1. Стимул : Стимул от изменения окружающей среды выбивает что-то из равновесия в теле.
2. Приемник : Приемник реагирует на изменение, информируя блок управления.
3. Блок управления : Затем блок управления сообщает об изменении, необходимом для восстановления баланса тела.
4. Эффектор : Эффектор получает эту информацию и выполняет необходимые изменения.

Петля отрицательной обратной связи будет работать, чтобы уменьшить эффект стимула, а петля положительной обратной связи усилит его. В гомеостазе наиболее распространены петли отрицательной обратной связи, поскольку организм обычно пытается уменьшить эффект стимула, чтобы вернуть тело в равновесие.

Типы гомеостатической регуляции

В организме происходит три основных типа гомеостатической регуляции. Хотя их имена могут быть вам незнакомы, вы, вероятно, сталкиваетесь с ними каждый день.

Терморегуляция

Когда вы думаете о гомеостазе, в первую очередь на ум приходит температура. Это одна из самых важных и очевидных гомеостатических систем. Регулирование температуры тела называется терморегуляцией.

Все организмы, от крупных млекопитающих до крошечных бактерий, должны поддерживать идеальную температуру, чтобы выжить.Некоторые факторы, влияющие на эту способность поддерживать стабильную температуру тела, включают то, как эти системы регулируются, а также общий размер организма.

• Эндотермы : Некоторые существа, известные как эндотермы или «теплокровные» животные, достигают этого посредством внутренних физиологических процессов. Птицы и млекопитающие (включая человека) — эндотермы.
• Ectotherms : Другие существа — эктотермы (также известные как «хладнокровные») и полагаются на внешние источники для регулирования температуры своего тела.И рептилии, и земноводные — эктотермы.

Разговорные термины «теплокровный» и «хладнокровный» на самом деле не означают, что у этих организмов разная температура крови. Эти термины просто относятся к тому, как эти существа поддерживают внутреннюю температуру тела.

На терморегуляцию также влияет размер организма или, более конкретно, отношение поверхности к объему.

• Крупные организмы : Более крупные существа имеют гораздо больший объем тела, что заставляет их выделять больше тепла.
• Мелкие организмы : Более мелкие животные, с другой стороны, производят меньше тепла, но также имеют более высокое отношение поверхности к объему. Они теряют больше тепла, чем производят, поэтому их внутренние системы должны работать намного усерднее, чтобы поддерживать постоянную температуру тела. Это касается даже младенцев, особенно недоношенных.

Осморегуляция

Осморегуляция стремится поддерживать необходимое количество воды и электролитов внутри и вне клеток организма.Баланс соли и воды на мембранах играет важную роль, как и в случае осмоса, отсюда и название «осморегуляция». В этом процессе почки отвечают за избавление от лишней жидкости, шлаков или электролитов. Осморегуляция также влияет на артериальное давление.

Химический регламент

Ваше тело регулирует и другие химические механизмы, чтобы поддерживать баланс систем. Они используют гормоны в качестве химических сигналов, например, в случае уровня сахара в крови.В этой ситуации поджелудочная железа будет выделять либо инсулин, когда уровень сахара в крови высокий, либо глюкагон, когда уровень сахара в крови низкий, для поддержания гомеостаза.

Влияние гомеостаза

Гомеостаз включает в себя как физиологические, так и поведенческие реакции. Что касается поведения, вы можете поискать теплую одежду или участок солнечного света, если вам станет холодно. Вы также можете согнуть свое тело внутрь и держать руки близко к телу, чтобы сохранить тепло.

Как эндотермы, у людей также есть ряд внутренних систем, которые помогают регулировать температуру тела.Когда температура вашего тела опускается ниже нормы, возникает ряд физиологических реакций, которые помогают восстановить равновесие. Кровеносные сосуды конечностей тела сужаются, чтобы предотвратить потерю тепла. Дрожь также помогает телу вырабатывать больше тепла.

Организм также реагирует, когда температура поднимается выше нормы. Вы когда-нибудь замечали, как ваша кожа краснеет, когда вам очень тепло? Это ваше тело пытается восстановить температурный баланс. Когда вам слишком тепло, ваши кровеносные сосуды расширяются, чтобы отдавать больше тепла телу.Потоотделение — еще один распространенный способ уменьшить тепло тела, поэтому в очень жаркий день вы часто покраснетесь и потеете.

«Продовольственная» и «непродовольственная» саморегуляция в детстве: обзор и взаимный анализ | Международный журнал поведенческого питания и физической активности

1.

Denham SA, Bassett HH, Wyatt T. Социализация эмоциональной компетентности. В: Grusec JE, Hastings PD, редакторы. Справочник социализации: теория и исследования. 2-е изд. Нью-Йорк: Гилфорд Пресс; 2015 г.п. 590–613.

Google ученый

2.

Моффит Т.Э., Арсено Л., Бельски Д., Диксон Н., Хэнкокс Р.Дж., Харрингтон Х. и др. Градиент детского самоконтроля предсказывает здоровье, благосостояние и общественную безопасность. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2011; 108 (7): 2693–8.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

3.

Nigg JT. Ежегодный обзор исследований: о взаимосвязи между саморегуляцией, самоконтролем, исполнительным функционированием, контролем с усилием, когнитивным контролем, импульсивностью, принятием риска и торможением при психопатологии развития.J Детская психическая психиатрия. 2017; 58 (4): 361–83.

PubMed Google ученый

4.

Перри Н.Б., Калкинс С.Д., Доллар Дж. М., Кин С.П., Шанахан Л. Саморегуляция как предиктор изменений во внешнем поведении от младенчества до подросткового возраста. Dev Psychopathol. 2018; 30 (2): 497–510.

PubMed Google ученый

5.

Перри Н.Б., Доллар Дж. М., Калкинс С. Д., Кин С. П., Шанахан Л.Саморегуляция в детстве как механизм, посредством которого чрезмерный контроль родителей в раннем возрасте связан с приспособлением в предподростковом возрасте. Dev Psychol. 2018; 54 (8): 1542–54.

PubMed PubMed Central Google ученый

6.

Tangney JP, Baumeister RF, Boone AL. Высокий самоконтроль предсказывает хорошее приспособление, меньшее количество патологий, более высокие оценки и успех в межличностных отношениях. J Pers. 2004. 72 (2): 271–324.

PubMed Google ученый

7.

Whitaker RC, Gooze RA. Саморегуляция и профилактика ожирения: ценное пересечение психологии развития и педиатрии. Arch Pediatr Adolesc Med. 2009; 163 (4): 386.

PubMed Google ученый

8.

Бэкер-Грондал А., Наерде А., Идсо Т. Горячее и холодное саморегулирование, академическая компетентность и дезадаптация: опосредствующие и дифференциальные отношения. Child Dev. 2018; 90: 2171–88.

PubMed Google ученый

9.

Блэр К., Рэйвер СС. Готовность к школе и саморегуляция: развивающий психобиологический подход. Annu Rev Psychol. 2015; 66: 711–31.

PubMed Google ученый

10.

Лью Дж. Усиленный контроль, исполнительные функции и образование: привнесение саморегулирующих и социально-эмоциональных компетенций на стол. Перспектива ребенка-разработчика. 2012. 6 (2): 105–11.

Google ученый

11.

Миллер А.Л., Гирхардт А.Н., Фредерикс Э.М., Кац Б., Шапиро Л.Ф., Холден К. и др. Ориентация на саморегуляцию для пропаганды здорового образа жизни у детей. Behav Res Ther. 2018; 101: 71–81.

PubMed Google ученый

12.

Anzman-Frasca S, Stifter CA, Birch LL. Темперамент и риск детского ожирения: обзор литературы. J Dev Behav Pediatr. 2012. 33 (9): 732–45.

PubMed Google ученый

13.

Бауэр К.В., Чуйсано С. Преднамеренная саморегуляция питания среди детей и подростков. В: Lumeng JCF, Fisher J, редакторы. Пищевые предпочтения и пищевое поведение детей. Лондон: Academic Press; 2018. с. 255–70.

Google ученый

14.

Миллер А.Л., Розенблюм К.Л., Рецлофф Л.Б., Люменг Дж. Наблюдаемая саморегуляция связана с весом у малышей с низким доходом. Аппетит. 2016; 105: 705–12.

PubMed PubMed Central Google ученый

15.

Moding KJ, Августин Мэн, Стифтер, Калифорния. Интерактивное влияние родительского поведения и регулирующих навыков в раннем детстве на показатели веса ребенка. Int J Obes. 2019; 43 (1): 53–61.

Google ученый

16.

Рассел К.Г., Рассел А. Биопсихосоциальный подход к процессам и путям развития избыточного веса и ожирения в детстве: выводы из теории развития и исследований. Obes Rev.2019; 20 (5): 725–49.

PubMed Google ученый

17.

De Coen V, De Bourdeaudhuij I, Verbestel V, Maes L, Vereecken C. Факторы риска избыточного веса у детей: 30-месячное продольное исследование детей от 3 до 6 лет. Public Health Nutr. 2014; 17 (9): 1993–2000.

PubMed Google ученый

18.

Кочанская Г., Кой К.С., Мюррей К.Т. Развитие саморегуляции в первые четыре года жизни. Child Dev. 2001. 72 (4): 1091–111.

CAS PubMed Google ученый

19.

Mulder H, van Ravenswaaij H, Verhagen J, Moerbeek M, Leseman PPM. Процесс раннего самоконтроля: обсервационное исследование у двух- и трехлетних детей. Metacogn Learn. 2019.

20.

Saltzman JA, Fiese BH, Bost KK, McBride BA. Развитие саморегуляции аппетита: интеграция перспектив теории привязанности и семейных систем. Перспектива ребенка-разработчика. 2018; 12 (1): 51–7.

Google ученый

21.

Андерсон С.Е., Кейм С.А.Взаимодействие родителей и детей, саморегуляция и профилактика ожирения в раннем детстве. Curr Obes Rep. 2016; 5 (2): 192–200.

PubMed PubMed Central Google ученый

22.

Калкинс С.Д. Возникновение саморегуляции: биологические и поведенческие механизмы контроля, поддерживающие компетентность малышей. В: Brownell CA, Kopp C, редакторы. Социально-эмоциональное развитие в раннем детстве: переходы и трансформации. Нью-Йорк: Guilford Press; 2007 г.п. 261–84.

Google ученый

23.

Калкинс С.Д., Фокс Н.А. Саморегулирующие процессы в раннем развитии личности: многоуровневый подход к изучению социальной изоляции и агрессии в детстве. Dev Psychopathol. 2002. 14 (3): 477–98.

PubMed Google ученый

24.

Gagne JR. Самоконтроль в детстве: синтез точек зрения и ориентация на раннее развитие.Перспектива ребенка-разработчика. 2017; 11 (2): 127–32.

Google ученый

25.

Кочанская Г., Аксан Н. Детская совесть и саморегуляция. J Pers. 2006. 74 (6): 1587–617.

PubMed Google ученый

26.

Франкель Л.А., Хьюз С.О., О’Коннор TM, Пауэр ТГ, Фишер Дж.О., Хейзен Н.Л. Влияние родителей на саморегуляцию потребления энергии детьми: выводы из литературы по развитию о регулировании эмоций.J Obes. 2012; 2012: 327259.

PubMed PubMed Central Google ученый

27.

Hughes SO, Frankel LA, Beltran A, Hodges E, Hoerr S, Lumeng J, et al. Проблемы измерения питания родителей: консенсусный отчет рабочей группы. Ребенок ожирения. 2013; 9 (Приложение (s1)): S95–102.

PubMed Google ученый

28.

Johnson SL. Улучшение саморегуляции калорийности дошкольников.Педиатрия. 2000. 106 (6): 1429–35.

CAS PubMed Google ученый

29.

Рассел К.Г., Рассел А. Биологические и психосоциальные процессы в развитии аппетитных черт у детей: выводы из теории развития и исследований. Питательные вещества. 2018; 10 (6): 692.

PubMed Central Google ученый

30.

Francis LA, Riggs NR. Исполнительная функция и влияние саморегуляции на питание детей.В: Lumeng JCF, Fisher J, редакторы. Пищевые предпочтения и пищевое поведение детей. Лондон: Academic Press; 2018. с. 183–206.

Google ученый

31.

Schwartz MB, Just DR, Chriqui JF, Ammerman AS. Саморегуляция аппетита: влияние окружающей среды и политики на пищевое поведение. Ожирение (Серебряная весна). 2017; 25 (Приложение 1): S26–38.

Google ученый

32.

Stoeckel LE, Birch LL, Heatherton T., Mann T, Hunter C., Czajkowski S, et al.Психологический и нервный вклад в саморегуляцию аппетита. Ожирение (Серебряная весна). 2017; 25 (Приложение 1): S17–25.

Google ученый

33.

Янг-Хайман Д. Введение в спецвыпуск: саморегуляция аппетита — это сложно. Ожирение (Серебряная весна). 2017; 25 (Приложение 1): S5–7.

Google ученый

34.

MacLean PS, Blundell JE, Mennella JA, Batterham RL.Биологический контроль аппетита: устрашающая сложность. Ожирение (Серебряная весна). 2017; 25 (Приложение 1): S8 – S16.

Google ученый

35.

Ha OR, Брюс А.С., Прюитт С.В., Черри Дж. Б., Смит Т. Р., Буркарт Д. и др. Решения о здоровом питании требуют эффективного диетического самоконтроля у детей: исследование принятия решения о еде с отслеживанием мыши. Аппетит. 2016; 105: 575–81.

PubMed Google ученый

36.

Ха О-Р, Лим С.-Л., Брюс Дж. М., Брюс А.С. Нездоровая пища вкуснее у детей с низким самоконтролем. Аппетит. 2019: 139, 84–9.

37.

Лим С.Л., Черри Дж. Б., Дэвис А. М., Балакришнан С. Н., Ха О. Р., Брюс Дж. М. и др. Мозг ребенка вычисляет и использует усвоенный материнский выбор. Nat Commun. 2016; 7: 11700.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

38.

Clairman H, Dettmer E, Buchholz A, Cordeiro K, Ibrahim Q, Maximova K, et al.Способы приема пищи у детей и подростков с ожирением. Int J Obes. 2019; 43 (6): 1193–201.

Google ученый

39.

Кремерс С.П., де Брёйн Г.Дж., Висшер Т.Л., ван Мехелен В., де Фрис Н.К., Бруг Дж. Влияние окружающей среды на поведение, связанное с энергетическим балансом: взгляд на два процесса. Закон Int J Behav Nutr Phys. 2006; 3 (1): 9.

PubMed PubMed Central Google ученый

40.

Qasim A, Turcotte M, de Souza RJ, Samaan MC, Champredon D, Dushoff J и др. О происхождении ожирения: определение биологических, экологических и культурных факторов генетического риска среди человеческих популяций. Obes Rev.2018; 19 (2): 121–49.

CAS PubMed Google ученый

41.

Роберто К.А., Суинберн Б., Хоукс С., Хуанг Т.Т., Коста С.А., Эш М. и др. Неустойчивый прогресс в профилактике ожирения: новые примеры, укоренившиеся препятствия и новое мышление.Ланцет. 2015; 385 (9985): 2400–9.

PubMed Google ученый

42.

Smith JD, Egan KN, Montano Z, Dawson-McClure S, Jake-Schoffman DE, Larson M, et al. Каскад развития детского ожирения: концептуальная модель и обзорный обзор. Health Psychol Rev.2018; 12 (3): 271–93.

PubMed PubMed Central Google ученый

43.

Caleza C, Yanez-Vico RM, Mendoza A, Iglesias-Linares A.Детское ожирение и поведение с отложенным удовлетворением: систематический обзор экспериментальных исследований. J Pediatr. 2016; 169: 201–7.e1.

PubMed Google ученый

44.

Hayes JF, Eichen DM, Barch DM, Wilfley DE. Управляющая функция при детском ожирении: многообещающие стратегии вмешательства для оптимизации результатов лечения. Аппетит. 2018; 124: 10–23.

PubMed Google ученый

45.

Хьюз С.О., Пауэр ТГ, Бек А., Бец Д., Калодич С., Гуделл Л.С. и др. Стратегии развития эффективного питания — SEEDS: Разработка программы профилактики ожирения для поощрения предпочтений в отношении здорового питания и саморегуляции питания у детей из малообеспеченных семей. J Nutr Educ Behav. 2016; 48 (6): 405–18. e1.

PubMed Google ученый

46.

Миллер А.Л., Городинский М.А., Херб Х.Э., Петерсон К.Е., Контрерас Д., Касироти Н. и др. Повышение саморегуляции как стратегия профилактики ожирения у дошкольников, находящихся на старте: исследование растущего здоровья.BMC Public Health. 2012; 12: 1040.

PubMed PubMed Central Google ученый

47.

van der Veek SMC, de Graaf C., de Vries JHM, Jager G, Vereijken CMJL, Weenen H, et al. Первые укусы ребенка: рандомизированное контролируемое испытание для оценки влияния контакта с овощами и чувствительного кормления на прием овощей, пищевое поведение и прибавку в весе у младенцев и детей ясельного возраста. BMC Pediatr. 2019; 19 (1): 266.

PubMed PubMed Central Google ученый

48.

Берч Л.Л., Фишер Я. Роль опыта в развитии пищевого поведения детей. Почему мы едим то, что едим: психология еды. Вашингтон, округ Колумбия: США: Американская психологическая ассоциация; 1996. стр. 113–41.

Google ученый

49.

Блэр К., Кузава К.В., Уиллоуби М.Т. Развитие управляющих функций в раннем детстве обратно пропорционально изменению индекса массы тела: доказательства энергетического компромисса? Dev Sci.2019; 23: e12860.

PubMed Google ученый

50.

Dohle S, Diel K, Hofmann W. Исполнительные функции и саморегуляция пищевого поведения: обзор. Аппетит. 2018; 124: 4–9.

PubMed Google ученый

51.

Холл П.А. Исполнительно-контроль процессов при потреблении калорийной пищи. Curr Dir Psychol Sci. 2016; 25 (2): 91–8.

Google ученый

52.

Hughes SO, Power TG, O’Connor TM, Orlet FJ. Управляющее функционирование, регулирование эмоций, саморегуляция питания и весовой статус у детей дошкольного возраста с низким доходом: как они связаны? Аппетит. 2015; 89: 1–9.

PubMed PubMed Central Google ученый

53.

Ленсинг Н., Эльснер Б. Холодное исполнительное функционирование предсказывает не только средние уровни, но и индивидуальные трехлетние траектории роста zBMI у детей младшего школьного возраста.Int J Behav Dev. 2019; 43 (4): 351–62.

Google ученый

54.

Миллер А.Л., Ли Х.Дж., Люмен Дж.С. Биомаркеры, связанные с ожирением, и исполнительная функция у детей. Pediatr Res. 2015; 77 (1–2): 143–7.

PubMed Google ученый

55.

Нельсон Т.Д., Джеймс Т.Д., Хэнки М., Нельсон Дж. М., Лундаль А., Эспи К.А. Ранний исполнительный контроль и риск избыточного веса и ожирения в начальной школе.Детский нейропсихол. 2017; 23 (8): 994–1002.

PubMed Google ученый

56.

Pieper JR, Laugero KD. Дети дошкольного возраста с более низкой исполнительной функцией могут быть более уязвимы для эмоционального питания при отсутствии голода. Аппетит. 2013; 62: 103–9.

PubMed Google ученый

57.

Ян Ю., Шилдс Г.С., Го С., Лю Ю. Выполнение исполнительной функции у лиц с ожирением и избыточным весом: метаанализ и обзор.Neurosci Biobehav Rev.2018; 84: 225–44.

Google ученый

58.

Леунг С.Ю., Люмен Дж.С., Качироти Н.А., Чен Ю.П., Розенблюм К., Миллер А.Л. Срочность и негативная аффективность, но не тщательный контроль, однозначно связаны с пищевым поведением, вызывающим ожирение, среди дошкольников с низким доходом. Аппетит. 2014; 78: 139–46.

PubMed PubMed Central Google ученый

59.

Stifter CA, Moding KJ. Темперамент в исследованиях, связанных с ожирением: концепции, проблемы и соображения для будущих исследований. Аппетит. 2019; 141: 104308.

PubMed Google ученый

60.

van den Heuvel M, Chen Y, Abdullah K, Maguire JL, Parkin PC, Birken CS, et al. Сопутствующие и продольные ассоциации темперамента и факторов риска питания в раннем детстве. Педиатр ожирения. 2016; 12: 431–8.

PubMed Google ученый

61.

Лундквист Э., Остин М., Бермудес М., Рубин С., Брюс А.С., Мастерсон Т.Д. и др. Время, потраченное на то, чтобы смотреть на еду во время задания отсрочки удовлетворения, положительно связано с потреблением детьми лабораторных обедов ad libitum. Аппетит. 2019; 141: 104341.

PubMed Google ученый

62.

Mischel W, Ebbesen EB, Zeiss AR. Когнитивные механизмы и механизмы внимания в отсрочке получения удовольствия. J Pers Soc Psychol. 1972; 21 (2): 204–18.

CAS PubMed Google ученый

63.

Сииаве Д.М., Коулман С., Аппульезе Д., Корвин Р.Ф., Брэдли Р.Х., Дэвидсон Н.С. и др. Способность откладывать получение удовольствия в возрасте 4 лет и риск избыточного веса в возрасте 11 лет. Arch Pediatr Adolesc Med. 2009. 163 (4): 303–8.

PubMed PubMed Central Google ученый

64.

Шрайвер Л. Х., Доллар Дж. М., Лоулесс М., Калкинс С. Д., Кин С. П., Шанахан Л. и др.Продольные ассоциации между регулированием эмоций и ожирением в позднем подростковом возрасте: косвенные эффекты через пищевое поведение. Питательные вещества. 2019; 11 (3). https://doi.org/10.3390/nu11030517.

65.

Суинберн Б.А., Сакс Дж., Холл К.Д., Макферсон К., Файнгуд Д.Т., Муди М.Л. и др. Глобальная пандемия ожирения: определяется глобальными факторами и местной средой. Ланцет. 2011. 378 (9793): 804–14.

PubMed Google ученый

66.

Суинберн Б., Эггер Г., Раза Ф. Анализ среды, вызывающей ожирение: разработка и применение основы для выявления и определения приоритетов экологических вмешательств при ожирении. Предыдущая Мед. 1999; 29 (6 Pt 1): 563–70.

CAS PubMed Google ученый

67.

Милявская М, Беркман Е.Т., Де Риддер ДТД. Многоликость самоконтроля: неявные предположения и рекомендации по их устранению. Наука о мотивации. 2019; 5 (1): 79–85.

Google ученый

68.

Коул П.М., Рам Н, англ. MS. К объединяющей модели саморегуляции: развивающий подход. Перспектива ребенка-разработчика. 2018; 13 (2): 91–6.

PubMed PubMed Central Google ученый

69.

Хофманн В., Майндл П., Моойман М., Грэм Дж. Нравственность и самоконтроль: как они взаимосвязаны и чем отличаются. Curr Dir Psychol Sci.2018; 27 (4): 286–91.

Google ученый

70.

Блэр К. Развитие науки и исполнительная функция. Curr Dir Psychol Sci. 2016; 25 (1): 3–7.

PubMed PubMed Central Google ученый

71.

Бриджитт Д. Д., Берт Н. М., Эдвардс Э. С., Дитер-Декард К. Передача саморегулирования от поколения к поколению: многодисциплинарный обзор и интегративная концептуальная основа.Psychol Bull. 2015; 141 (3): 602–54.

PubMed PubMed Central Google ученый

72.

Lelakowska G, Kanya MJ, Balassone BR, Savoree SL, Boddy LE, Power TG и др. Импульсивность малышей, тормозящий контроль и наблюдение матери за едой в отношении индекса массы тела малышей: прямые и интерактивные эффекты. Аппетит. 2019; 142: 104343.

PubMed Google ученый

73.

Вербрюгген Ф, МакЭндрю А., Вайдеманн Г, Стивенс Т, Макларен И.П. Пределы исполнительного контроля: последовательные эффекты в предсказуемой среде. Psychol Sci. 2016; 27 (5): 748–57.

PubMed PubMed Central Google ученый

74.

Лин Б., Лью Дж., Перес М. Измерение саморегуляции в раннем детстве: взаимосвязь между лабораторными и основанными на результатах измерениями контроля усилий и исполнительного функционирования. Ранний детский Res Q.2019; 47: 1–8.

PubMed Google ученый

75.

Ленгуа Л.Дж., Залевски М., Фишер П., Моран Л. Объясняет ли дисрегуляция HPA-Axis влияние дохода на усиленный контроль и приспособление у детей дошкольного возраста? Infant Child Dev. 2013. 22 (5): 439–58.

PubMed PubMed Central Google ученый

76.

Деннис Т.А., Хонг М., Соломон Б. Зависит ли связь между изобилием и регулированием эмоций от контроля с усилием? Int J Behav Dev.2010. 34 (5): 462–72.

Google ученый

77.

Эйзенберг Н., Чжоу К. Концепции исполнительной функции и регулирования: когда и в какой степени они пересекаются? В: Гриффин Дж. А., Маккардл П., Фройнд Л. С., редакторы. Исполнительная функция у детей дошкольного возраста: интеграция измерений, нейроразвития и трансляционных исследований. Вашингтон, округ Колумбия: Американская психологическая ассоциация; 2016. с. 115–36.

Google ученый

78.

Eisenberg N, Spinrad TL, Eggum ND. Саморегуляция, связанная с эмоциями, и ее связь с дезадаптацией детей. Анну Рев Клин Психол. 2010; 6: 495–525.

PubMed PubMed Central Google ученый

79.

Моралес С., Перес-Эдгар К., Басс К. Продольные отношения между изобилием, экстернализирующим поведением и предвзятостью внимания к вознаграждению: опосредующая роль контроля с усилием. Dev Sci. 2016; 19 (5): 853–62.

PubMed Google ученый

80.

Ким-Спун Дж., Дитер-Декард К., Калкинс С.Д., Кинг-Касас Б., Белл Массачусетс. Общность между исполнительным функционированием и усиленным контролем, связанным с настройкой. J Appl Dev Psychol. 2019; 60: 47–55.

PubMed Google ученый

81.

Хендри А., Джонс Э. Дж., Чарман Т. Исполнительная функция в первые три года жизни: предвестники, предикторы и закономерности. Dev Rev. 2016; 42: 1–33.

Google ученый

82.

Matte-Gagne C, Bernier A, Sirois MS, Lalonde G, Hertz S. Безопасность привязанности и паттерны развития исполнительных функций в начальной школе. Child Dev. 2018; 89 (3): e167 – e82.

PubMed Google ученый

83.

Zorza JP, Marino J, Acosta MA. Прогнозирующее влияние управляющих функций, активного контроля, сочувствия и социального поведения на успеваемость в раннем подростковом возрасте. J Early Adolesc.2017; 39 (2): 253–79.

Google ученый

84.

Даймонд А. Исполнительные функции. Annu Rev Psychol. 2013. 64: 135–68.

PubMed Google ученый

85.

Уиллоуби, М.Т., Вирт, Р.Дж., Блэр, CB. Проект семейной жизни I. Управляющая функция в раннем детстве: неизменность продольных измерений и изменения в развитии. Psychol Assess. 2012; 24 (2): 418–31.

PubMed Google ученый

86.

Уиллоуби М., Куперсмидт Дж., Фоглер-Ли М., Брайант Д. Вклад горячей и холодной саморегуляции в деструктивное поведение и успеваемость в дошкольных учреждениях. Dev Neuropsychol. 2011; 36 (2): 162–80.

PubMed PubMed Central Google ученый

87.

Кочанская Г., Мюррей К., Жак Т.Ю., Кениг А.Л., Вандегест К.А. Тормозной контроль у маленьких детей и его роль в возникающей интернализации. Child Dev. 1996. 67 (2): 490–507.

CAS PubMed Google ученый

88.

Ротбарт М.К., Ахади С.А., Херши К.Л., Фишер П. Исследования темперамента в возрасте от трех до семи лет: опросник поведения детей. Child Dev. 2001. 72 (5): 1394–408.

CAS PubMed Google ученый

89.

Ленгуа Л.Дж., Моран Л., Залевски М., Рубери Э., Кифф С., Томпсон С. Взаимосвязь роста в усиленном контроле с доходом семьи, совокупным риском и приспособлением у детей дошкольного возраста.J Abnorm Child Psychol. 2015; 43 (4): 705–20.

PubMed PubMed Central Google ученый

90.

Тиего Дж., Беллгроув М.А., Уиттл С., Пантелис С., Теста Р. Общие механизмы исполнительного внимания лежат в основе исполнительной функции и усиленного контроля у детей. Dev Sci. 2019: e12918. https://doi.org/10.1111/desc.12918. [Epub перед печатью].

91.

Smith-Donald R, Raver CC, Hayes T, Richardson B. Предварительная конструкция и одновременная валидность оценки саморегуляции дошкольников (PSRA) для полевых исследований.Early Child Res Q. 2007; 22 (2): 173–87.

Google ученый

92.

Зелазо П.Д., Карлсон С.М. Горячая и прохладная управляющая функция в детстве и юности: развитие и пластичность. Перспектива ребенка-разработчика. 2012; 6 (4): 354–60.

Google ученый

93.

Меткалф Дж., Мишель У. Анализ системы горячего / холодного откладывания удовлетворения: динамика силы воли. Psychol Rev.1999; 106 (1): 3–19.

CAS PubMed Google ученый

94.

Мишель В., Айдук О. Саморегуляция в когнитивно-аффективной системе личности: контроль внимания в служении себе. Самоидентификация. 2002. 1 (2): 113–20.

Google ученый

95.

Мишель В. Эббесен, Э. Б. Внимание в отсрочке удовлетворения. J Pers Soc Psychol. 1970. 16 (2): 329–37.

Google ученый

96.

Грациано П.А., Калкинс С.Д., Кин С.П. Навыки саморегуляции у малышей позволяют прогнозировать риск детского ожирения. Int J Obes. 2010. 34 (4): 633–41.

CAS Google ученый

97.

Карнелл С., Прайор К., Майс Л.А., Варкентин С., Бенсон Л., Ченг Р. Выбор продуктов питания во время обеда у дошкольников: соотношение между абсолютным и относительным потреблением различных категорий продуктов, а также характеристиками аппетита и весом. Physiol Behav. 2016; 162: 151–60.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

98.

Cross MB, Hallett AM, Ledoux TA, O’Connor DP, Hughes SO. Влияние детской саморегуляции питания на родительские методы кормления и вес ребенка. Аппетит. 2014; 81: 76–83.

PubMed Google ученый

99.

Adise S, Geier CF, Roberts NJ, White CN, Keller KL. Еда или деньги? Детский мозг по-разному реагирует на награды независимо от статуса веса.Педиатр ожирения. 2019; 14 (2): e12469.

CAS PubMed Google ученый

100.

Йокум С., Стайс Э. Прибавка в весе связана с изменениями нервной реакции на приятные вкусовые качества пищи, различающиеся по сахару и жирам, а также с изображениями аппетитной пищи: исследование с помощью фМРТ с повторными измерениями. Am J Clin Nutr. 2019; 110: 1275.

PubMed Google ученый

101.

Шапиро ALB, Johnson SL, Sutton B, Legget KT, Dabelea D, Tregellas JR.Прием пищи в отсутствие голода у маленьких детей связан с гиперактивностью сети вознаграждения мозга и снижением функциональной связи в сетях исполнительного контроля. Педиатр ожирения. 2019; 14 (6): e12502.

PubMed PubMed Central Google ученый

102.

Alonso-Alonso M, Woods SC, Pelchat M, Grigson PS, Stice E, Farooqi S и др. Система продовольственного вознаграждения: текущие перспективы и будущие потребности в исследованиях. Nutr Rev.2015; 73 (5): 296–307.

PubMed PubMed Central Google ученый

103.

Лоу М.Р., Бутрин М.Л. Гедонический голод: новое измерение аппетита? Physiol Behav. 2007. 91 (4): 432–9.

CAS PubMed Google ученый

104.

de Araujo IE, Schatzker M, Small DM. Переосмысление награды за еду. Annu Rev Psychol. 2020; 71: 139–64.

PubMed Google ученый

105.

Reichelt AC, Westbrook RF, Morris MJ. Интеграция систем пептидных сигналов, регулирующих аппетит, и сигналов вознаграждения в контроле реакций на пищевые сигналы. Br J Pharmacol. 2015. 172 (22): 5225–38.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

106.

Lumeng JC, Miller A, Peterson KE, Kaciroti N, Sturza J, Rosenblum K и др. Суточный уровень кортизола, пищевое поведение и избыточный вес у детей дошкольного возраста с низким доходом.Аппетит. 2014; 73: 65–72.

PubMed Google ученый

107.

Jahnke DL, Warschburger PA. Семейная передача пищевого поведения детям дошкольного возраста. Ожирение. 2008. 16 (8): 1821–5.

PubMed Google ученый

108.

Анзман-Фраска С., Вентура А.К., Эренберг С., Майерс К.П. Продвижение предпочтений в отношении здоровой пищи с самого начала: повествовательный обзор обучения предпочтениям в еде с пренатального периода до раннего детства.Obes Rev.2018; 19 (4): 576–604.

CAS PubMed Google ученый

109.

Рассел К.Г., Уорсли Т. Связи между аппетитными чертами и предпочтениями в еде у детей дошкольного возраста. Еда Qual Prefer. 2016; 52: 172–8.

Google ученый

110.

Беннетт С., Блиссетт Дж. Интерактивные эффекты импульсивности и диеты при приеме перекусов у детей. Аппетит.2019; 146: 104496.

PubMed Google ученый

111.

Карнелл С., Уордл Дж. Измерение поведенческой предрасположенности к ожирению: проверка анкеты пищевого поведения ребенка. Аппетит. 2007. 48 (1): 104–13.

PubMed Google ученый

112.

Коул NC, An R, Lee SY, Donovan SM. Корреляторы придирчивого питания и пищевой неофобии у детей раннего возраста: систематический обзор и метаанализ.Nutr Rev.2017; 75 (7): 516–32.

PubMed Google ученый

113.

Рассел К.Г., Уорсли А. Популяционное исследование пищевой неофобии дошкольников и ее связи с пищевыми предпочтениями. J Nutr Educ Behav. 2008. 40 (1): 11–9.

PubMed Google ученый

114.

Люмен Дж. С., Миллер А. Л., Аппульезе Д., Розенблюм К., Кацироти Н. Придирчивое питание, принудительное кормление и рост детей ясельного возраста.Аппетит. 2018; 123: 299–305.

PubMed PubMed Central Google ученый

115.

Грегори Дж. Э., Пакстон С. Дж., Брозович А. М.. Принуждение к еде и ограничения связаны с пищевым поведением ребенка и озабоченностью матери по поводу веса ребенка, но не с индексом массы тела у детей в возрасте от 2 до 4 лет. Аппетит. 2010. 54 (3): 550–6.

PubMed Google ученый

116.

Пауэлл ФК, Фэрроу В.В., Мейер С. Избегание пищевых продуктов у детей. Влияние практики кормления и поведения матери. Аппетит. 2011. 57 (3): 683–92.

PubMed Google ученый

117.

Bjorklund O, Wichstrom L, Llewellyn CH, Steinsbekk S. Эмоциональное переедание и недоедание у детей: лонгитюдный анализ детей и контекстных предикторов. Child Dev. 2019; 90 (6): e803 – e18.

PubMed Google ученый

118.

Herle M, Fildes A, Llewellyn CH. У детей эмоциональное переедание не передается по наследству, независимо от риска ожирения. Педиатр ожирения. 2018; 13 (10): 628–31.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

119.

Kidd C, Palmeri H, Aslin RN. Рациональные перекусы: принятие решений маленькими детьми о зефире регулируется убеждениями об экологической надежности. Познание. 2013. 126 (1): 109–14.

PubMed Google ученый

120.

Bennett C, Blissett J. Множественные меры импульсивности, пищевого поведения и ожирения у детей 7-11 лет. Аппетит. 2019; 133: 217–22.

PubMed Google ученый

121.

Rollins BY, Loken E, Savage JS, Birch LL. Влияние ограничения на потребление детьми различается в зависимости от темперамента ребенка, пищевого подкрепления и хронического использования ограничения родителями. Аппетит. 2014; 73: 31–9.

PubMed PubMed Central Google ученый

122.

Тан CC, Голуб SC. Саморегуляция детей в еде: ассоциации с тормозным контролем и пищевым поведением родителей. J Pediatr Psychol. 2011; 36 (3): 340–5.

PubMed Google ученый

123.

Fogel A, McCrickerd K, Goh AT, Fries LR, Chong YS, Tan KH, et al. Связь между тормозным контролем, пищевым поведением и ожирением у 6-летних детей. Int J Obes. 2019; 43 (7): 1344–53.

Google ученый

124.

Shapiro ALB, Wilkening G, Aalborg J, Ringham BM, Glueck DH, Tregellas JR, et al. Детские метаболические биомаркеры связаны с выполнением когнитивных задач у детей раннего возраста. J Pediatr. 2019; 211: 92–7.

PubMed PubMed Central Google ученый

125.

Хиггс С., Спеттер М.С., Томас Дж. М., Ротштейн П., Ли М., Холлшмид М. и др. Взаимодействие между метаболическими, поощрительными и когнитивными процессами в контроле аппетита: значение для новых методов лечения веса.J Psychopharmacol. 2017; 31 (11): 1460–74.

PubMed PubMed Central Google ученый

126.

Berthoud H-R, Münzberg H, Morrison CD. Обвинение мозга в ожирении: интеграция гедонистических и гомеостатических механизмов. Гастроэнтерология. 2017; 152 (7): 1728–38.

PubMed PubMed Central Google ученый

127.

Keller KL, Bruce AS. Нейрокогнитивные влияния на пищевое поведение у детей.В: Lumeng JCF, Fisher JO, редакторы. Пищевые предпочтения и пищевое поведение детей. Лондон: Academic Press; 2018. с. 207–31.

Google ученый

128.

Berridge KC, Ho CY, Richard JM, DiFeliceantonio AG. Соблазненный мозг ест: цепи удовольствия и желания при ожирении и расстройствах пищевого поведения. Brain Res. 2010; 1350: 43–64.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

129.

Brugailleres P, Issanchou S, Nicklaus S, Chabanet C, Schwartz C. Калорийная компенсация у младенцев: изменения в развитии в возрасте около 1 года и ассоциации с антропометрическими измерениями до 2 лет. Am J Clin Nutr. 2019; 109 (5): 1344–52.

PubMed Google ученый

130.

Leahy KE, Birch LL, Rolls BJ. Снижение энергетической ценности многократного приема пищи снижает потребление энергии детьми дошкольного возраста. Am J Clin Nutr.2008. 88 (6): 1459–68.

CAS PubMed Google ученый

131.

Small DM, DiFeliceantonio AG. Обработанные продукты и пищевые награды. Наука. 2019; 363 (6425): 346–7.

CAS PubMed Google ученый

132.

Берридж К.С., Робинсон Т.Э. Приязнь, желание и теория зависимости от стимулов. Am Psychol. 2016; 71 (8): 670–9.

PubMed PubMed Central Google ученый

133.

Бланделл Дж., Де Грааф С., Хулсхоф Т., Джебб С., Ливингстон Б., Люч А. и др. Контроль аппетита: методологические аспекты оценки пищевых продуктов. Obes Rev.2010; 11 (3): 251–70.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

134.

Bellisle F, Drewnowski A, Anderson GH, Westerterp-Plantenga M, Martin CK. Сладость, насыщение и сытость. J Nutr. 2012; 142 (6): 1149С – 54С.

CAS PubMed Google ученый

135.

Саймон Дж.Дж., Скунде М., Хамзе Синно М., Брокмайер Т., Херпертц С.К., Бендсзус М. и др. Нарушение Перекрестная связь между мезолимбической обработкой пищевого вознаграждения и метаболической сигнализацией позволяет прогнозировать индекс массы тела. Front Behav Neurosci. 2014; 8: 359.

PubMed PubMed Central Google ученый

136.

Меннелла Дж. А., Нолден А. А., Бобовски Н. Измерение сладкого и горького вкуса у детей: индивидуальные различия в зависимости от возраста и вкусовой генетики. В: Lumeng JCF, Fisher JO, редакторы.Пищевые предпочтения и пищевое поведение детей. Лондон: Academic Press; 2018. с. 1–34.

Google ученый

137.

Михельс Н. Биологические основы от психосоциального стресса к аппетиту и ожирению в молодости: значение исследований для метагеномики, эпигеномики и метаболомики. Nutr Res Rev.2019: 1–12.

138.

Карнелл С., Бенсон Л., Прайор К., Дриггин Э. Характеристики аппетита от младенчества до подросткового возраста: использование поведенческих и нейронных показателей для исследования риска ожирения.Physiol Behav. 2013; 121: 79–88.

CAS PubMed Google ученый

139.

Уордл Дж., Гатри К.А., Сандерсон С., Рапопорт Л. Разработка опросника по пищевому поведению детей. J Детская психическая психиатрия. 2001. 42 (7): 963–70.

CAS PubMed Google ученый

140.

Берджесс Б., Фейт М.С. Сытость и скорость приема пищи в детстве: развитие, пластичность и семейный след.В: Lumeng JCF, Fisher JO, редакторы. Пищевые предпочтения и пищевое поведение детей. Лондон: Academic Press; 2018. с. 93–110.

Google ученый

141.

Llewellyn CH, van Jaarsveld CH, Johnson L, Carnell S, Wardle J. Разработка и факторная структура опросника пищевого поведения ребенка в когорте рожденных Близнецов. Аппетит. 2011. 57 (2): 388–96.

PubMed Google ученый

142.

Faith MS, Heo M, Keller KL, Pietrobelli A. Неофобия детского питания является наследственной, связана с менее послушным питанием и снижает семейное сходство по ИМТ. Ожирение. 2013. 21 (8): 1650–5.

PubMed Google ученый

143.

Faith MS, Carnell S, Kral TV. Генетика саморегуляции приема пищи в детстве: обзор литературы и возможности исследований. Hum Hered. 2013; 75 (2–4): 80–9.

PubMed Google ученый

144.

Карнелл С., Бенсон Л., Гибсон Е.Л., Мэйс Л.А., Варкентин С. Калорийная компенсация у детей дошкольного возраста: взаимосвязь с массой тела и различия по категориям продуктов питания. Аппетит. 2017; 116: 82–9.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

145.

Фокс М.К., Девани Б., Рейди К., Разафиндракото С., Зиглер П. Взаимосвязь между размером порции и потребляемой энергией у младенцев и детей ясельного возраста: свидетельство саморегуляции. J Am Diet Assoc.2006; 106 (1 приложение 1): S77–83.

PubMed Google ученый

146.

Реми Э., Иссанчу С., Шабанет С., Боггио В., Никлаус С. Влияние ожирения, возраста, пола и практики кормления матери на питание в отсутствие голода и компенсацию калорийности у детей дошкольного возраста. Int J Obes. 2015; 39 (6): 925–30.

CAS Google ученый

147.

Трипиккио Г.Л., Келлер К.Л., Джонсон С., Пьетробелли А., Хео М., Вера М.С.Дифференциальная практика кормления матери, саморегуляция питания и ожирение у молодых близнецов. Педиатрия. 2014. 134 (5): 1399–404.

Google ученый

148.

Preuss H, Leister L, Pinnow M, Legenbauer T. Путь ингибиторного контроля к расторможенному питанию: вопрос перспективы? Аппетит. 2019; 141: 104297.

PubMed Google ученый

149.

Шомакер Л.Б., Танофски-Крафф М, Яновский Я.Ограничение питания и массы тела в молодости. В: Preedy VR, Watson RR, Martin CR, редакторы. Справочник поведения, питания и питания. Нью-Йорк: Springer New York; 2011. с. 2183–200.

Google ученый

150.

Lowe CJ, Reichelt AC, Hall PA. Префронтальная кора и ожирение: перспектива нейробиологии здоровья. Trends Cogn Sci. 2019; 23 (4): 349–61.

PubMed Google ученый

151.

Mennella JA, Bobowski NK, Reed DR. Развитие сладкого вкуса: от биологии до гедоники. Rev Endocr Metab Disord. 2016; 17 (2): 171–8.

PubMed PubMed Central Google ученый

152.

Gearhardt AN. Роль путей вознаграждения в влечении и регуляции аппетита. В: Lumeng JCF, Fisher JO, редакторы. Пищевые предпочтения и пищевое поведение детей. Лондон: Academic Press; 2018. с. 111–26.

Google ученый

153.

Smethers AD, Roe LS, Sanchez CE, Zuraikat FM, Keller KL, Kling SMR и др. Размер порции у детей дошкольного возраста устойчивый эффект в течение 5 дней: рандомизированное исследование. Am J Clin Nutr. 2019.

154.

Smethers AD, Roe LS, Sanchez CE, Zuraikat FM, Keller KL, Rolls BJ. Как увеличение, так и уменьшение плотности энергии приводят к устойчивым изменениям в потреблении энергии детьми дошкольного возраста в течение 5 дней. Physiol Behav. 2019; 204: 210–8.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

155.

Hetherington MM. Сенсорно-специфическая сытость и ее важность в прекращении приема пищи. Neurosci Biobehav Rev.1996; 20 (1): 113–7.

CAS PubMed Google ученый

156.

Rolls BJ. Сенсорное сытость. Nutr Rev. 1986; 44 (3): 93–101.

CAS PubMed Google ученый

157.

Francis LA, Susman EJ. Саморегуляция и быстрое увеличение веса у детей от 3 до 12 лет.Arch Pediatr Adolesc Med. 2009. 163 (4): 297–302.

PubMed Google ученый

158.

Derks IP, Tiemeier H, Sijbrands EJ, Nicholson JM, Voortman T., Verhulst FC, et al. Проверка направления эффектов между составом тела ребенка и ограничительными методами кормления: результаты популяционной когорты. Am J Clin Nutr. 2017; 106 (3): 783–90.

CAS PubMed Google ученый

159.

Metcalfe JJ, Fiese BH, Team SKR. Участие семьи в питании связано с более здоровым питанием детей дошкольного возраста. Аппетит. 2018; 126: 195–200.

PubMed Google ученый

160.

Петерс А. Ожирение и будущее политики в области пищевых продуктов, способствующих здоровому питанию. Nat Rev Endocrinol. 2018; 14 (7): 430–7.

PubMed Google ученый

161.

Yee AZ, Lwin MO, Ho SS.Влияние родительских практик на поведение детей в области поощрения и профилактики пищевых продуктов: систематический обзор и метаанализ. Закон Int J Behav Nutr Phys. 2017; 14 (1): 47.

PubMed PubMed Central Google ученый

162.

Russell CG, Worsley A, Campbell KJ. Стратегии, используемые родителями для влияния на пищевые предпочтения своих детей. Аппетит. 2015; 90: 123–30.

PubMed Google ученый

163.

Godefroy V, Champel C, Trinchera L, Rigal N. Разоблачение влияния родительских ограничений на питание на риск избыточного веса ребенка. Аппетит. 2018; 123: 82–90.

PubMed Google ученый

164.

Loth KA. Связь между ограничением в еде и родительской практикой, требующей принуждения к еде, и диетическим питанием у детей: выборочный обзор недавней литературы. Текущие отчеты о питании. 2016; 5 (1): 61–7.

CAS Google ученый

165.

Steinsbekk S, Barker ED, Llewellyn C, Fildes A, Wichstrom L. Эмоциональное питание и эмоциональное питание: взаимные процессы и влияние негативной аффективности. Child Dev. 2018; 89 (4): 1234–46.

PubMed Google ученый

166.

Tan CC, Holub SC. Влияние счастья и печали на потребление детских закусок. Аппетит. 2018; 123: 169–74.

PubMed Google ученый

167.

Седильо Ю.Е., Мурильо А.Л., Фернандес-младший. Связь между аллостатической нагрузкой и антропометрическими измерениями в многонациональной когорте детей. Педиатр ожирения. 2019; 14 (6): e12501.

PubMed PubMed Central Google ученый

168.

Миллер А.Л., Райли Х., Домофф С.Е., Гирхардт А.Н., Стурза Дж., Касироти Н. и др. Статус веса уменьшает стрессовое питание при отсутствии ассоциаций с голодом у детей. Аппетит. 2019; 136: 184–92.

PubMed PubMed Central Google ученый

169.

Miller AL, Lumeng JC. Пути ассоциации от стресса к ожирению в раннем детстве. Ожирение (Серебряная весна). 2018; 26 (7): 1117–24.

Google ученый

170.

Jang M, Owen B, Lauver DR. Различные типы родительского стресса и детского ожирения: систематический обзор обсервационных исследований. Obes Rev.2019; 20: 1740.

PubMed Google ученый

171.

Мамрот П., Ханк Т. Ассоциация исполнительных функций с показателями избыточного веса и ожирения у детей и подростков: обзор литературы. Neurosci Biobehav Rev.2019; 107: 59.

PubMed Google ученый

172.

Liang J, Matheson BE, Kaye WH, Boutelle KN. Нейрокогнитивные корреляты ожирения и связанного с ожирением поведения у детей и подростков.Int J Obes. 2014. 38 (4): 494–506.

CAS Google ученый

173.

Kamijo K, Khan NA, Pontifex MB, Scudder MR, Drollette ES, Raine LB, et al. Связь ожирения с когнитивным контролем и успеваемостью у детей младшего возраста. Ожирение (Серебряная весна). 2012. 20 (12): 2406–11.

Google ученый

174.

Грациано П.А., Келлехер Р., Калкинс С.Д., Кин С.П., Брайен МО.Прогнозирование веса в подростковом возрасте: роль навыков саморегуляции малышей и темпераментный аспект удовольствия. Int J Obes. 2013; 37 (7): 937–42.

CAS Google ученый

175.

Джонсон В.Г., Парри В., Драбман Р.С. Выступление детей с ожирением и нормального роста при выполнении задания на отсрочку удовлетворения. Наркоман поведение. 1978. 3 (3–4): 205–8.

CAS PubMed Google ученый

176.

Собхани М.С., Роджерс К.С. Внешняя реакция на пищевые и непродовольственные сигналы среди детей с ожирением и без ожирения. Int J Obes. 1985. 9 (2): 99–106.

CAS PubMed Google ученый

177.

Недеркоорн С., Коэльо Дж. С., Гуэрриери Р., Хубен К., Янсен А. Специфика неспособности подавлять реакции у детей с избыточным весом. Аппетит. 2012. 59 (2): 409–13.

PubMed Google ученый

178.

Schlam TR, Wilson NL, Shoda Y, Mischel W., Ayduk O. Задержка удовлетворения дошкольников предсказывает их массу тела 30 лет спустя. J Pediatr. 2013. 162 (1): 90–3.

PubMed Google ученый

179.

Гросс Дж.Дж., редактор. Справочник по регулированию эмоций. 2-е изд. Нью-Йорк: Публикации Гилфорда; 2014.

Google ученый

180.

Прайс К.Дж., Хувен С. Навыки интероцептивного осознания для регулирования эмоций: теория и подход к осознанному осознанию в телесно-ориентированной терапии (MABT).Front Psychol. 2018; 9: 798.

PubMed PubMed Central Google ученый

181.

Коул П.М., Ашана Рамсук К., Рэм Н. Нарушение регуляции эмоций как динамический процесс. Dev Psychopathol. 2019; 31 (3): 1191–201. https://doi.org/10.1017/S09545794195. Epub 2019 27 мая.

182.

Zimmermann P, Thompson RA. Новые направления в исследованиях регуляции развивающих эмоций на протяжении жизни введение в специальный раздел.Int J Behav Dev. 2014. 38 (2): 139–41.

Google ученый

183.

Гюрак А., Эткин А. Нейробиологическая модель неявной и явной регуляции эмоций. В: Гросс Дж. Дж., Редактор. Справочник по регулированию эмоций. 2-е изд. Нью-Йорк: Guilford Press; 2014. с. 76–90.

Google ученый

184.

Duran CAK, Cottone E, Ruzek EA, Mashburn AJ, Grissmer DW. Семейные стресс-процессы и саморегуляция детей.Child Dev. 2018. https://doi.org/10.1111/cdev.13202. [Epub перед печатью].

185.

Lagasse LL, Conradt E, Karalunas SL, Dansereau LM, Butner JE, Shankaran S, et al. Транзакционные отношения между стрессом, связанным с уходом, исполнительными функциями и проблемным поведением с раннего детства до раннего подросткового возраста. Dev Psychopathol. 2016; 28 (3): 743–56.

PubMed PubMed Central Google ученый

186.

Додж К.А., Петтит Г.С.Биопсихосоциальная модель развития хронических проблем поведения в подростковом возрасте. Dev Psychol. 2003. 39 (2): 349–71.

PubMed PubMed Central Google ученый

187.

Перри Н.Б., Доллар Дж. М., Калкинс С. Д., Белл Массачусетс. Каскад развития и трансакционные ассоциации между биологическими и поведенческими индикаторами темперамента и материнского поведения. Child Dev. 2018; 89 (5): 1735–51.

PubMed Google ученый

188.

Келлер К.Л., Клинг SMR, Фукс Б., Пирс А.Л., Рей Н.А., Мастерсон Т. и др. Биопсихосоциальная модель половых различий в пищевом поведении детей. Питательные вещества. 2019; 11 (3). https://doi.org/10.3390/nu11030682.

189.

Портер Л., Бейли-Джонс С., Приудокаит Г., Аллен С., Вуд К., Стайлз К. и др. От печенья до моркови; влияние тренировки тормозящего контроля на выбор детских закусок. Аппетит. 2018; 124: 111–23.

CAS PubMed Google ученый

190.

Дивайн Р.Т., Рибнер А., Хьюз С. Измерение и прогнозирование индивидуальных различий в управляющих функциях в 14 месяцев: продольное исследование. Child Dev. 2019; 90: e618.

PubMed PubMed Central Google ученый

191.

Бланкеншип Т.Л., Слау М.А., Калкинс С.Д., Дитер-Декард К., Ким-Спун Дж., Белл М.А. Внимание и исполнительные функции в младенчестве: связь с исполнительными функциями в детстве и успеваемостью в чтении. Dev Sci. 2019; 22 (6): e12824.https://doi.org/10.1111/desc.12824. Epub 2019 2 апреля

192.

Sheese BE, Rothbart MK, Posner MI, White LK, Fraundorf SH. Исполнительное внимание и саморегуляция в младенчестве. Infant Behav Dev. 2008. 31 (3): 501–10.

PubMed Google ученый

193.

Гарон Н. Обзор горячих исполнительных функций у дошкольников. J Self Regul Regul. 2016; 2: 57.

Google ученый

Саморазрушающиеся биосферы — Сеть блогов Scientific American

Загадка того, что это за феномен жизни, преследовала нас на протяжении всей истории.От давно не существующих представлений о «жизненных искрах» и спонтанном зарождении до современной картины дарвиновской эволюции и молекулярной биологии. У нас еще нет ответов на все вопросы. Это действительно необычно, что то, чем мы являемся — сложная смесь живых систем, — продолжает ускользать от наших попыток сформулировать точное, единичное описание и объяснение.

Одно из основных наблюдений состоит в том, что отдельные живые существа и коллективы живых существ имеют тенденцию к самостабилизации.В клетках или в организме мы говорим о гомеостазе, регуляции систем посредством сенсоров, контроля и эффекторной обратной связи. Может быть, какой-то элемент биологической системы отслеживает температуру и управляет другим элементом, который выкачивает химические вещества, вызывая физиологические изменения, которые помогают согревать или охлаждать организм. Или другой элемент ощущает кислотность и управляет способностью организма понижать или повышать свой внутренний pH, чтобы оптимизировать свои химические функции. Гомеостаз — это поддержание динамического равновесия.

В этом есть смысл. Это простая логика. Если система не может этого сделать, она выйдет из строя и больше не будет существовать в мире и не будет распространять себя или своих потомков. Но это также означает, что, как мы знаем из истории жизни на Земле, будет множество вариантов и систем, которые не достигнут гомеостаза в долгосрочной перспективе. Это просто еще один, скорее механический, взгляд на процесс отбора в эволюции.

Гомеостаз также предлагает интересную перспективу, когда речь идет о всей планетарной биосфере.Действительно, это ключевая часть знаменитой гипотезы Гайи, первоначально сформулированной Джеймсом Лавлоком в 1960-х годах. Идея о том, что вся земная биосфера представляет собой саморегулирующуюся систему, благодаря которой жизнь делает Землю более пригодной для жизни. За исключением тех случаев, когда это не так.

Фактически, Лавлок и другие на протяжении многих лет отмечали, что на самом деле в идее Гайи нет ничего волшебного. Если она будет достаточно нарушена, например, людьми, равновесие наверняка может быть нарушено, и вся система может перейти в нестабильное состояние.Другими словами, идея о том, что мы смотрим на постоянство жизни на Земле (от того, что кажется общим предком), как признак того, что, когда жизнь происходит на планете, от нее трудно избавиться, может вводить в заблуждение.

Другими словами: у нас мало способа узнать, является ли непрерывность земной биосферы на протяжении четырех миллиардов лет типичной или исключительной — правилом или исключением. Если бы этого не случилось здесь, нас бы не было рядом, чтобы наблюдать.

На самом деле, я думаю, что интересно поразмышлять над довольно противоположной точкой зрения.Что, если жизнь на всей планете чаще заканчивается самоуничтожением, чем самовоспроизведением? Может случиться так, что на клеточном или мелкомасштабном уровне жизнь действительно столь же постоянна, как мы могли бы подозревать. Как только он становится автокаталитическим, селективным и эволюционирующим явлением, он очень хорошо работает в локальной среде. Но как только он занимает всю планету — поистине конечную область — магия гомеостаза становится гораздо более удачной или неудачной. Может случиться так, что когда крупномасштабные, общепланетные обратные связи, связанные с жизнедеятельностью, начинают становиться значительными, возникают более нестабильные конфигурации, чем стабильные.Небольшая диаграмма вверху этого поста и внизу представляет два варианта со стрелками, указывающими «силы» обратной связи. Один укладывает биосферу в глобальный гомеостаз, другой устойчив только в одном направлении и падает с обрыва в другом.

Сказать немного иначе. Кажется, нет никакой гарантии, что жизнь всегда будет делать планету более пригодной для жизни. На самом деле он мог бы сделать наоборот (и это утверждение не обязательно должно включать такие вещи, как технологический вид, разрушающий свой собственный мир, это может быть справедливо и для простых микробов).Фактически, если жизнь возникает часто, но также часто самоуничтожается, мы можем обнаружить, что большая часть Вселенной заполнена очень молодыми биосферами (не обязательно только на молодых планетах), балансирующими на грани нестабильности.

Два сценария: стабильность (слева) и нестабильность (справа) . Предоставлено: C. Scharf 2020

Гомеостаз — Определение и примеры

Гомеостаз
сущ., Множественное число: гомеостаз
[ˌhoʊ.mi.oʊˈsteɪ.sɪs]
Определение: способность или тенденция приспосабливаться для достижения стабильной внутренней среды

Гомеостаз — это тенденция не отклоняться от диапазона благоприятных или идеальных внутренних условий. Такие условия необходимо поддерживать постоянно. Поддержание стабильного внутреннего состояния имеет решающее значение для любого живого существа. Различные физиологические стратегии используются для поддержания надлежащего функционирования системы, несмотря на динамику внешней среды.Фактически, эта способность — один из отличительных признаков жизни. Вместо того, чтобы ничего не делать, он воздействует на внешние факторы и сопротивляется им, чтобы не отклоняться от состояния равновесия, стабильности или баланса, которому он способствует. У людей гомеостаз поддерживается посредством регуляторных механизмов, каждый из которых состоит из трех основных компонентов: рецептора , центра управления и эффектора . Гомеостатический механизм может иметь форму петли, которая может быть положительной или отрицательной .Положительная обратная связь ведет к большему стимулированию или ускорению процесса, тогда как отрицательная обратная связь ведет к подавлению (источника) стимула или к замедлению процесса. Примерами положительной обратной связи являются схватки при родах, свертывание крови и создание потенциала действия. Примерами отрицательной обратной связи являются терморегуляция, регуляция уровня глюкозы в крови, барорефлекс артериального давления, гомеостаз кальция, гомеостаз калия и осморегуляция.

Определение гомеостаза

Определение гомеостаза в биологии — это способность или стремление организма или клетки искать и поддерживать состояние равновесия — стабильной внутренней среды — поскольку оно имеет дело с внешними изменениями.Он использует элементы управления с обратной связью и другие механизмы регулирования, чтобы поддерживать постоянную внутреннюю среду. Его можно рассматривать как умение живого организма, стремящегося оставаться в оптимальном диапазоне, несмотря на меняющиеся условия окружающей среды. Таким образом, в биологическом контексте слово «гомеостаз» включает в себя множество физиологических механизмов для поддержания и стабилизации функционального нормального состояния организма.

Этимология: Термин гомеостаз происходит от древнегреческого ὅμοιος ( hómoios , что означает «подобный»), от στημι ( hístēmi 90 »asis) и « stēmi 90» , из στάσις ( stásis , что означает «стоя»).Концепция гомеостаза была впервые описана в 1865 году французским физиологом Клодом Бернаром. Однако этот термин был придуман позже, в 1962 году, американским физиологом Уолтером Брэдфордом Кэнноном. Вариант: гомеостаз.

Гомеостатические процессы

Организму нужна система, которая эффективно связывает различные биологические процессы и функции. Человеческое тело, например, имеет органы, состоящие из клеток, функционирующих в унисон. Эти органы, хотя и отличаются друг от друга, должны работать вместе, чтобы поддерживать набор внутренних условий в идеальном диапазоне.Существуют различные гомеостатические процессы, и каждый из них работает, регулируя определенные переменные внутренней среды.

Гомеостаз в человеческом теле

Человеческое тело не сможет эффективно функционировать при длительном дисбалансе внутренних физических условий и химического состава. Как и любое другое живое существо, человеческое тело использует различные гомеостатические механизмы для поддержания своего оптимального функционирования.

Переменные, такие как температура тела, pH, уровень натрия, уровень калия, уровень кальция и уровень сахара в крови, должны поддерживаться в пределах гомеостатического диапазона .Гомеостатический диапазон определяется как допустимые верхний и нижний пределы для конкретной переменной. Если выйти за пределы этого диапазона, организм вскоре перестанет выполнять свои задачи и станет дисфункциональным. Чтобы организм удерживал эти переменные в эффективных пределах, используются различные регулирующие механизмы, и каждый из них состоит из трех общих компонентов.

Компоненты гомеостаза

Три основных компонента гомеостаза — это рецептор, центр управления и эффектор.Рецептор получает информацию из окружающей среды и передает ее в центр управления. Центр управления, в свою очередь, обрабатывает информацию и отправляет сигналы исполнительному элементу. Затем эффектор производит ответ на основе сигнала из центра управления.

Компонентами гомеостаза являются: (1) рецептор, (2) центр управления и (3) эффектор. Рецептор , как следует из названия, является частью гомеостатической системы, которая получает информацию о состоянии тела.Он отслеживает и воспринимает изменения в окружающей среде, как внутренние, так и внешние. Он представляет собой сенсорный нервный терминал, который получает информацию (т. Е. Стимул), а затем отвечает, производя нервный импульс в соответствии с типом, наличием / отсутствием или степенью стимуляции. Примеры рецепторов в организме человека:

• Фоторецепторы , то есть рецепторы, которые реагируют на световые стимулы
• Обонятельные рецепторные клетки , т.е.е. рецепторы в обонятельном эпителии на крыше носа, которые реагируют на запахи или запах
• рецепторы вкуса , т.е. рецепторы вкуса
• слуховые рецепторные клетки , т.е. рецепторы в эпителии кортиевого органа, которые реагируют на звук стимулы
• Терморецепторы , т.е. рецепторы в сенсорной клетке, чувствительной к изменениям температуры
• Механорецепторы , т.е. рецепторы в коже, которые реагируют на различные механические стимулы
• Интерорецепторы , т.е.е. рецепторы, которые реагируют на стимулы внутри тела
• Ноцицепторы , то есть рецепторы, ответственные за обнаружение боли или реакцию на нее
• Периферические хеморецепторы , то есть рецепторы, которые реагируют на химические изменения в крови, например концентрация кислорода

Центры управления относятся к гомеостатическому компоненту, который обрабатывает импульсы, передаваемые рецепторами. Примерами являются дыхательный центр и ренин-ангиотензиновая система.Эффекторы являются мишенью гомеостатического ответа, который приведет к возврату условий к оптимальному или нормальному диапазону или . На уровне ткани или органа они представлены мышцей или железой. На клеточном уровне они являются рецепторами нерва, включая ядерные рецепторы.
Эти три компонента работают, сначала обнаруживая, а затем реагируя на информацию (т. Е. На стимул) рецепторами сенсорных клеток. Они реагируют на обнаруженное изменение в окружающей среде, передавая информацию в центр управления , обрабатывающий , или непосредственно на конкретный целевой эффектор. Обработка в центре управления влечет за собой обсуждение и определение соответствующей реакции на переданные стимулы. Затем он отправляет это сообщение эффекторам. Эффекторы после получения сообщения вызовут предполагаемый ответ, который вернется в нормальный гомеостатический диапазон. На клеточном уровне активированные ядерные рецепторы будут действовать, регулируя (или подавляя) экспрессию определенного гена (ов). Затем белок, продуцируемый в результате экспрессии гена, будет оказывать свое действие на орган-мишень.

Гомеостатические механизмы

Гомеостатические механизмы, которые реагируют на возмущение, могут иметь форму петлевого механизма (называемого механизмом обратной связи ), который может быть положительным или отрицательным . Положительная обратная связь поддерживает направление стимула. Он имеет тенденцию ускорять или усиливать действие раздражителя. Примерами являются схватки, свертывание крови и генерация потенциала действия. Отрицательная обратная связь — это система саморегуляции, которая используется в различных биологических системах.Он меняет направление стимула на и имеет тенденцию подавлять источник стимула или замедлять метаболический процесс. Примеры включают терморегуляцию, регулирование уровня глюкозы в крови, барорефлекс кровяного давления, гомеостаз кальция, гомеостаз калия и осморегуляцию.

Сокращения родов

Сокращения родов во время родов — положительная обратная связь, поскольку первоначальное сокращение мышцы матки приводит к дальнейшим сокращениям. Вместо того, чтобы препятствовать сокращению, тело имеет тенденцию производить больше сокращений.Во время родов задний гипофиз выделяет окситоцин, который стимулирует сокращение мышц. Во время родов высвобождение окситоцина еще больше усиливается, усиливая мышечные сокращения, пока новорожденный не будет вытеснен за пределы родовых путей.

Свертывание крови

Образование сгустка крови является примером положительной обратной связи. Превращение крови из жидкой в ​​твердую влечет за собой серию активации факторов свертывания. Как только активируется один фактор свертывания, активируется следующий фактор свертывания, что приводит к образованию фибринового сгустка.В этом процессе сохраняется направление раздражителя.

Генерация потенциала действия

В передаче сигналов нейронов положительная обратная связь проявляется во время деполяризации мембраны. Когда нервный импульс передается по аксону нейрона, управляемые напряжением натриевые каналы последовательно открываются по аксону. Первый набор потенциалзависимых натриевых каналов открывается, что приводит к притоку ионов натрия. Это, в свою очередь, вызывает деполяризацию окружающей области, что означает открытие следующего набора потенциалозависимых натриевых каналов.

Терморегуляция

Гомеостатическое регулирование температуры тела зимой (слева) и летом (справа). Зимой терморецепторы обнаруживают падение температуры тела и передают эту информацию в передний гипоталамус и преоптическую область мозга. Затем мозговые центры запускают механизмы контроля, чтобы вернуть внутреннюю температуру тела к заданному значению . Летом тело корректирует повышение внутренней температуры, рассеивая тепло и испарительное охлаждение за счет потоотделения.

Терморегуляция — пример отрицательной обратной связи. Это относится к гомеостатическому регулированию температуры тела. Человеческое тело имеет тенденцию поддерживать внутреннюю температуру около 98,6 градусов по Фаренгейту (98,6 ˚F, что эквивалентно 37 ˚C), также называемую уставкой . Центральная температура регулируется в основном нервной системой, особенно передним гипоталамусом , и преоптической областью мозга.

Когда температура окружающей среды ниже температуры кожи, происходит потеря тепла.Это означает, что в более холодной окружающей среде (например, в холодное зимнее время) тело теряет тепло в основном за счет рук и ног. В результате температура ядра падает. Это улавливается терморегуляторным центром мозга и запускает механизмы контроля, чтобы вернуть внутреннюю температуру к заданному значению. Один из гомеостатических механизмов — это дрожь для выделения тепла. Центр терморегуляции в головном мозге посылает сигналы мышцам дрожать . Поскольку при дрожании тело остается неподвижным, в окружающую среду будет рассеиваться меньше тепла.
И наоборот, когда температура окружающей среды на выше, чем температура кожи, тело получает тепло и, следовательно, внутренняя температура повышается. Это происходит в жаркие летние дни. Центр терморегуляции в головном мозге реагирует, например, стимулируя эккринные потовые железы выделять пот для охлаждения тела (с помощью испарительного охлаждения).
Терморегуляция — важный гомеостатический механизм не только у людей, но и у млекопитающих.Млекопитающие поддерживают постоянную температуру тела, что делает их типично теплокровными . Тело поддерживает оптимальную внутреннюю температуру за счет внутренней регуляции системой организма, состоящей из терморецепторов в гипоталамусе, головном мозге, спинном мозге, внутренних органах и магистральных венах. ¹ Другой способ — это аллостаз , который представляет собой поведенческую форму гомеостатической регуляции. Например, в жаркую погоду они стремятся искать тенистые, более прохладные места и / или мало передвигаются.В холодное время года они ищут теплые места и, как правило, повышают активность. Некоторые виды, например птицы, сбиваются в кучу или прижимаются друг к другу, чтобы согреться. ² Люди, в свою очередь, изобрели определенные инструменты, системы и оборудование для достижения приемлемой или идеальной температуры окружающей среды внутри своих убежищ. Например, лучистое отопление в виде паровых радиаторов, лучистого обогрева полов, внутристенного отопления, каменных обогревателей и пассивного солнечного отопления может эффективно нагревать поверхности и предметы и производить равномерное и комфортное тепло.Узнайте больше о лучистом отоплении.

Гомеостаз крови

Гомеостатическая регуляция уровня глюкозы в крови. Когда уровень глюкозы в крови низкий, альфа-клетки поджелудочной железы секретируют глюкагон, который стимулирует печень превращать накопленный гликоген в глюкозу путем гликогенолиза или путем выработки глюкозы путем глюконеогенеза. Также прекращается секреция инсулина. В результате глюкоза вырабатывается или попадает в кровоток, тем самым повышая уровень сахара в крови. Когда уровень глюкозы в крови высок, бета-клетки поджелудочной железы выделяют инсулин, который стимулирует скелетные мышцы и жировые ткани поглощать глюкозу из крови.Он также заставляет клетки печени преобразовывать глюкозу в запасенный гликоген. Также подавляется секреция глюкагона. В результате уровень глюкозы в крови возвращается к нормальному уровню.

Кровь человека состоит из клеточных элементов и плазмы. В то время как клеточные элементы включают клетки крови и тромбоциты, плазма состоит в основном из воды, около 95% по объему, а оставшийся процент включает растворенные белки (например, альбумины сыворотки, глобулины, фибриноген), глюкозу, факторы свертывания крови, электролиты, гормоны. , углекислый газ и кислород.Уровни этих компонентов в плазме крови регулируются гомеостатически. Например, уровень сахара в крови регулируется, чтобы установить концентрацию глюкозы в крови в пределах допустимого предела. Организм поддерживает гомеостаз в этом отношении в основном через поджелудочную железу . Поджелудочная железа — это железистая структура, состоящая из двух основных типов клеток: альфа- и бета-клеток. Альфа-клетки производят и секретируют глюкагон, а бета-клетки — инсулин. Глюкагон и инсулин — это гормоны поджелудочной железы, регулирующие концентрацию глюкозы в крови.В частности, инсулин снижает уровень сахара в крови, побуждая скелетные мышцы и жировые ткани поглощать глюкозу из кровотока. Он также побуждает клетки печени принимать глюкозу и сохранять ее в гликоген. И наоборот, глюкагон повышает уровень сахара в крови, стимулируя печень преобразовывать накопленный гликоген в глюкозу путем гликогенолиза или продуцировать глюкозу путем глюконеогенеза и высвобождать ее в кровоток. Таким образом, при уровне глюкозы высокий уровень в кровообращении (т.е.грамм. при употреблении богатой углеводами пищи) бета-клетки поджелудочной железы секретируют инсулин и препятствуют альфа-клеткам секретировать глюкагон. Но когда уровень глюкозы падает (например, во время энергоемкой тренировки), альфа-клетки секретируют глюкагон, и секреция инсулина прекращается.

Гомеостаз артериального давления

Другой пример отрицательной обратной связи — гомеостатическая регуляция артериального давления. Артериальное давление — это сила, которую циркулирующая кровь оказывает на стенки артерий.Давление исходит от сердца, когда оно создает пульсирующий акт. Это кровяное давление регулируется в пределах гомеостатического диапазона сердечно-сосудистым центром. Этот центр управления выполняет три различных действия, связанных с регулированием артериального давления. ³ :
(1) Сердечный центр посылает нервные импульсы симпатическим сердечным нервам для увеличения сердечного выброса (за счет увеличения частоты сердечных сокращений).
(2) Сердечный центр посылает нервные импульсы парасимпатическим блуждающим нервам для уменьшения сердечного выброса (за счет уменьшения частоты сердечных сокращений).
(3) Сосудодвигательный центр, регулирующий диаметр кровеносных сосудов.
Сердечно-сосудистый центр получает информацию об изменении артериального давления от рецепторов, например барорецепторы. Барорецепторы — это рецепторы, которые в основном находятся в каротидном синусе. Они чувствительны к перепадам артериального давления. Например, когда артериальная стенка растягивается из-за увеличенного объема крови, барорецепторы обнаруживают последующее повышение артериального давления. Они посылают сигналы клеткам предсердной мышцы сердца, чтобы секретировать предсердный натрийуретический пептид (ANP) в кровоток.ANP — сильнодействующее сосудорасширяющее средство, действие которого включает снижение артериального давления. В этом отношении его органом-мишенью являются почки, которые помимо основной функции выведения отходов из организма в виде мочи, также играют важную роль в управлении объемом крови через ренин-ангиотензин-альдостероновую систему . В частности, ANP стимулирует почки к прекращению секреции ренина.
Ренин — это фермент, который превращает ангиотензиноген из печени в ангиотензин I . Затем ангиотензин I превращается ангиотензин-превращающим ферментом в легких в мощный сосудосуживающий пептид, ангиотензин II .Последнее заставляет целевой кровеносный сосуд сужаться, тем самым повышая периферическое сопротивление. Повышение периферического сопротивления приводит к повышению артериального давления. Ангиотензин II также действует на надпочечники, стимулируя их секрецию альдостерона . Альдостерон снижает диурез. Он делает это, проникая в основные клетки дистального канальца и собирательный канал нефрона почек, чтобы связываться с ядерным рецептором минералокортикоидов. Это активирует клетку для высвобождения ионов натрия (Na ⁺ ) через базолатеральные насосы Na ⁺ / K ⁺ .Три иона Na ⁺ выделяются из клетки в межклеточную жидкость . Одновременно 2 иона K ⁺ забираются в клетку из межклеточной жидкости. В результате градиент концентрации заставляет ионы Na ⁺ и воду попадать в кровоток (что касается ионов K ⁺ , они секретируются из просвета собирательного канала в мочу). Реабсорбция как ионов Na ⁺ , так и воды в кровь увеличивает объем крови.
Если почки не секретируют ренин, то его эффекты и последующие события также будут подавлены.В результате уменьшается объем крови и падает артериальное давление.

Гомеостаз кальция

Главными клетками паращитовидных желез и парафолликулярными клетками щитовидной железы являются сенсорные клетки, чувствительные к уровням ионов кальция (Ca ²⁺ ). Падение ионов кальция в плазме побуждает основные клетки секретировать паратироидный гормон, тогда как повышение количества ионов кальция побуждает парафолликулярные клетки секретировать кальцитонин. ⁴
Снижение уровня Ca ²⁺ вызывает выброс паратироидного гормона.Повышение уровня этого гормона, циркулирующего в крови, вызывает резорбцию костей. Также гормон вызывает выведение ионов фосфата с мочой. Выведение фосфат-ионов препятствует связыванию последнего с Ca ²⁺ . Таким образом, несвязанный Ca ²⁺ может высвобождаться в плазму, корректируя уровень Ca ²⁺ . Кроме того, гормон действует и на почки. Он стимулирует почки высвобождать кальцитриол в кровь. Кальцитриол воздействует на эпителиальные клетки двенадцатиперстной кишки и тощей кишки тонкой кишки, чтобы увеличить их способность абсорбировать кальций из просвета кишечника, а затем высвобождать его в кровь. ⁵
Повышение уровня Ca ²⁺ приводит к тому, что парафолликулярные клетки секретируют кальцитонин в кровь. Этот гормон, в свою очередь, воздействует на костные клетки, стимулируя последние поглощать кальций и преобразовывать его в нерастворимую форму внутри кости, тем самым удаляя избыток Ca ²⁺ из крови.

Гомеостаз калия

Организм корректирует уровень калия за счет действия надпочечникового комплекса. Высокая концентрация калия в плазме приводит к деполяризации мембраны клубочковой зоны коры надпочечников. ⁶ Это вызывает выброс альдостерона в кровь. Этот гормон действует на почки. Стимулирует выведение лишних ионов калия с мочой. Это происходит через базолатеральные натриевые / калиевые насосы канальцевых эпителиальных клеток. Каждый из этих насосов работает, высвобождая три иона натрия из клетки, а затем забирая в клетку два иона калия. Из-за результирующего градиента концентрации ионов ионы натрия реабсорбируются в кровь, а затем ионы калия секретируются в просвет собирательного канала для их окончательного выведения с мочой.

Осморегуляция

Жидкости организма человеческого тела бывают двух основных типов: внутриклеточная жидкость (жидкость внутри клетки) и внеклеточная жидкость (жидкость вне клетки). Оба эти типа состоят в основном из воды. Количество молекул воды между этими двумя жидкостями необходимо регулировать и стабилизировать. Организм делает это за счет осморегуляции. Гомеостатический механизм запускается осморецепторами в гипоталамусе. Эти рецепторы чувствительны к изменениям осмотического давления.Когда эти рецепторы обнаруживают гипертонус (больше растворенного вещества) или гиперосмоляльность во внеклеточной среде, вазопрессин выделяется в кровоток. В случае осморегуляции вазопрессин воздействует на почки, вызывая антидиуретический ответ, в частности, способствуя реабсорбции воды, тем самым подавляя дальнейшую потерю воды. Помимо высвобождения вазопрессина, гипоталамус также стимулирует центр жажды мозга, чтобы усилить желание пить воду. В случае гипоосмоляльности внешней среды наблюдается низкий уровень вазопрессина в плазме.Как следствие, вода не реабсорбируется из почечных канальцев и, следовательно, выводится с мочой.

Биологическое значение гомеостаза

Гомеостаз важен для поддержания и поддержания жизни. Без этих гомеостатических механизмов, обеспечивающих поддержание врожденных переменных в оптимальных или подходящих значениях, в организме была бы нестабильность. Система не сможет работать должным образом и эффективно. В конечном итоге человек заболеет или, что еще хуже, столкнется со смертью из-за неспособности организма исправить ложные переменные, которые мешают системе функционировать должным образом.

ПРОЧИТАЙТЕ: Физиологический гомеостаз, гомеостатические механизмы и клеточная коммуникация

Попробуйте ответить на викторину ниже, чтобы проверить, что вы узнали о гомеостазе.

Следующий

Как петли отрицательной обратной связи работают в организме

Петли отрицательной обратной связи играют важную роль в регулировании здоровья человеческого тела. Петля отрицательной обратной связи, также известная как тормозная петля, представляет собой тип саморегулирующейся системы.В контуре отрицательной обратной связи, увеличенный выпуск с система запрещает будущую добычу на систему. Организм снижает собственное производство определенных белков или гормонов, когда их уровень становится слишком высоким.

Системы отрицательной обратной связи работают для поддержания относительно постоянного уровня выпуска. Например, тело поддерживает температуру, потребление калорий, артериальное давление, пульс и частоту дыхания на основе контуров отрицательной обратной связи.

Дэвид П. Холл / Getty Images

Циклы отрицательной обратной связи Управление производством

Представьте, что тело — это фабрика, производящая Продукт X.Кроме того, представьте, что производство слишком большого количества Продукта X дорого, расточительно и вредно. Это означает, что организму нужен способ замедлить работу фабрики, когда произведено достаточное количество Продукта X. Это происходит через цикл отрицательной обратной связи. Это означает, что скорость производства зависит от количества Продукта X. Когда он начинает накапливаться, производство замедляется.

Можно подумать о фабрике как о большой сборочной линии, которая снабжает полки в конце. Когда полки заполнятся, очередь должна замедлиться.Продукт некуда класть, и он может быть использован для изготовления других продуктов, которые могут повредить организм. Однако, если полки пусты, места предостаточно. Сборочная линия может увеличиваться до тех пор, пока полки снова не заполнятся, чтобы полки всегда оставались заполненными на нужном уровне.

Противоположностью этому будет положительная обратная связь. В этом случае, чем больше было Продукта X, тем быстрее завод производил больше.

Примеры

Несколько хорошо изученных петель отрицательной обратной связи управляют множеством различных функций в организме.

Женский менструальный цикл протекает через петлю отрицательной обратной связи, которая затрагивает структуры головного мозга, а также репродуктивные органы.

• Гипоталамус — это железа в головном мозге, вырабатывающая гонадотропин-высвобождающий гормон (ГнРГ).
• Гонадолиберин сигнализирует гипофизу в головном мозге о выработке фолликулостимулирующего гормона (ФСГ).
• ФСГ заставляет яичники производить эстроген.
• Высокий уровень эстрогена (а также прогестерона и тестостерона, которые регулируются с помощью аналогичных петель) подавляют выработку GnRH.Это заставляет гипофиз вырабатывать меньше ФСГ, что заставляет яичники вырабатывать меньше эстрогена.

Мужская репродуктивная ось устроена аналогично женской оси, с лютеинизирующим гормоном (ЛГ), ФСГ и тестостероном в петле отрицательной обратной связи, связанной с фертильностью.

Еще одна петля отрицательной обратной связи регулирует кислотность влагалища. PH влагалища варьируется в зависимости от конкретных присутствующих бактерий.

• Нормальный pH влагалища составляет приблизительно 4 — умеренно кислый.Это помогает предотвратить рост проблемных бактерий, в том числе вызывающих заболевания, передающиеся половым путем (ЗППП).
• Молочная кислота, поддерживающая этот pH, вырабатывается лактобациллами — частью нормальной микрофлоры влагалища. Эти бактерии растут быстрее и производят больше кислоты при более высоком pH.
• Одним из отличительных признаков бактериального вагиноза является pH выше 5, что заставляет нормальную флору производить кислоту, которая препятствует развитию инфекционных бактерий.
• Когда pH приближается к 4, лактобациллы могут замедлить производство молочной кислоты.

В поисках гомеостаза

Одним из ключевых слов, которое важно для понимания петель отрицательной обратной связи, является гомеостаз . Гомеостаз определяется как стремление системы к стабильности. Гомеостаз очень важен в организме человека. Многие системы должны саморегулироваться, чтобы тело оставалось в оптимальных для здоровья диапазонах.

Некоторые системы, которые регулируют с помощью отрицательной обратной связи для достижения гомеостаза, включают:

• Артериальное давление
• Температура тела
• Уровень сахара в крови

Когда у людей возникают проблемы с поддержанием этих систем, это может включать нарушение регуляции петли отрицательной обратной связи.

Например, при диабете поджелудочная железа не реагирует должным образом на высокий уровень сахара в крови, производя больше инсулина. При диабете 1 типа это связано с тем, что для производства инсулина доступно меньше клеток. Иммунная система человека повредила клетки, производящие инсулин.

Точно так же дыхание регулирует уровни кислорода и углекислого газа в организме, которые жестко контролируются механизмами мозга, которые опосредуют дыхание.