Кіріспе
Тірі организмдердегі тұрақты ішкі ортаның күйі. Биологияда гомеостаз (кейде гомеостаз деп те аталады; /hɒ/mɪ/əʊ/'s//t//eɪ//s//ɪ//s//, /hɒ/mɪ/əʊ/'s//ɪ//s//) – тірі жүйелерде сақталатын тұрақты ішкі физикалық және химиялық жағдайлардың күйі. Бұл организмнің ең тиімді жұмыс істеуі үшін қажетті жағдай және дене температурасы, сұйықтық балансы сияқты көптеген факторларды белгілі бір шекте (гомеостаздық диапазон) ұстауды қамтиды. Басқа факторларға жасуша сыртындағы сұйықтықтың pH деңгейі, натрий, калий және кальций иондарының концентрациясы, сондай-ақ қандағы қант деңгейі жатады. Олардың барлығын сыртқы ортаның, диетаның немесе дене белсенділігі деңгейінің өзгеруіне қарамастан реттеу қажет. Бұл факторлардың әрқайсысы бір немесе бірнеше реттегіш немесе гомеостаздық механизмдермен бақыланады, олар бірлесіп тіршілікті сақтайды. Гомеостаз – бұл оңтайлы жағдайда өзгеруге қарсы тұрудың табиғи қабілеті, ал тепе-теңдік көптеген реттегіш механизмдер арқылы сақталады; ол барлық тірі әрекеттердің негізгі қозғаушы күші деп есептеледі. Барлық гомеостаздық бақылау механизмдері реттелетін фактор үшін кемінде үш өзара байланысты компоненттен тұрады: рецептор, басқару орталығы және эффект. Рецептор – бұл сыртқы немесе ішкі ортадағы өзгерістерді сезінетін және оларға жауап беретін компонент. Рецепторларға терморецепторлар және механорецепторлар жатады. Басқару орталықтарына тыныс алу орталығы және ренин-ангиотензин жүйесі кіреді. Эффект – бұл өзгерісті қалыпқа келтіру үшін әрекет ететін нысана. Жасуша деңгейінде эффекттерге ген экспрессиясын жоғарылату немесе төмендету арқылы өзгертетін ядролық рецепторлар кіреді және теріс кері байланыс механизмдерінде қатысады. Мысалы, бауырдағы өт қышқылының реттелуі. Кейбір орталықтар, мысалы, ренин-ангиотензин жүйесі, бірнеше факторды бақылай алады. Рецептор стимулды сезгенде, ол басқару орталығына әрекет потенциалын жіберіп, реакция жасайды. Басқару орталығы белгілі бір фактор үшін қалыпты деңгейді анықтайды – жоғары және төменгі шектерін белгілейді, мысалы, температураны. Басқару орталығы сигналға тиісті жауапты анықтап, эффектке сигнал жібереді, ол бір немесе бірнеше бұлшықет, орган немесе без болуы мүмкін. Сигнал қабылданғанда және оған жауап берілгенде, рецепторға теріс кері байланыс жіберіледі, бұл одан әрі сигнал беруді тоқтатады. Полиқанықпаған май қышқылдары (PUFA) – омега-3 (докозагексаеной қышқылы, DHA және эйкозапентаеной қышқылы, EPA) немесе омега-6 (арахидон қышқылы, ARA) липидтері мембраналық фосфолипидтерден синтезделеді және эндоканнабиноидтардың (EC) прекурсоры ретінде қолданылады, олар дене гомеостазын дәлдеуде маңызды рөл атқарады.
In biology, homeostasis (British also homoeostasis; /h//ɒ//m//i//əʊ/'/s//t//eɪ//s//ɪ//s//, // //m//i//ə// /) is the state of steady internal physical and chemical conditions maintained by living systems. This is the condition of optimal functioning for the organism and includes many variables, such as body temperature and fluid balance, being kept within certain pre set limits (homeostatic range). Other variables include the pH of extracellular fluid, the concentrations of sodium, potassium, and calcium ions, as well as the blood sugar level, and these need to be regulated despite changes in the environment, diet, or level of activity. Each of these variables is controlled by one or more regulators or homeostatic mechanisms, which together maintain life. Homeostasis is brought about by a natural resistance to change when already in optimal conditions, and equilibrium is maintained by many regulatory mechanisms; it is thought to be the central motivation for all organic action. All homeostatic control mechanisms have at least three interdependent components for the variable being regulated: a receptor, a control center, and an effector. The receptor is the sensing component that monitors and responds to changes in the environment, either external or internal. Receptors include thermoreceptors and mechanoreceptors. Control centers include the respiratory center and the renin angiotensin system. An effector is the target acted on, to bring about the change back to the normal state. At the cellular level, effectors include nuclear receptors that bring about changes in gene expression through up regulation or down regulation and act in negative feedback mechanisms. An example of this is in the control of bile acids in the liver. Some centers, such as the renin–angiotensin system, control more than one variable. When the receptor senses a stimulus, it reacts by sending action potentials to a control center. The control center sets the maintenance range—the acceptable upper and lower limits—for the particular variable, such as temperature. The control center responds to the signal by determining an appropriate response and sending signals to an effector, which can be one or more muscles, an organ, or a gland. When the signal is received and acted on, negative feedback is provided to the receptor that stops the need for further signaling. The polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are lipid derivatives of omega 3 (docosahexaenoic acid, DHA, and eicosapentaenoic acid, EPA) or of omega 6 (arachidonic acid, ARA) are synthesized from membrane phospholipids and used as a precursor for endocannabinoids (ECs) mediate significant effects in the fine tuning adjustment of body homeostasis.
Этимология
Гомеостаз (,/h//oʊ//m//i//oʊ /'/s//t//eɪ//s//ᵻ//s/) сөзі "гомео" және "стазис" түбірлерін біріктіреді, нео-латын тілінен грек тілінен алынған: ὅμοιος (homoios) – "ұқсас" және στάσις (stasis) – "қозғалмау", осылайша "өзгеріссіз қалу" идеясын береді.
Тарих
Ішкі ортаны реттеу тұжырымын француз физиологы Клод Бернар 1849 жылы сипаттады, ал «гомеостаз» терминін 1926 жылы Уолтер Брэдфорд Каннон енгізді. 1932 жылы британдық физиолог Джозеф Баркрофт жоғары ми функциясы үшін ең тұрақты ішкі орта қажет екенін алғаш айтты. Осылайша, Баркрофт үшін гомеостазды тек ми ұйымдастырған жоқ – гомеостаз миге қызмет етті. Гомеостаз – бұл негізінен биологиялық термин, ол Бернар мен Каннон сипаттаған ұғымдарға қатысты, яғни организм жасушаларының тіршілік етуі мен өмір сүруі үшін ішкі ортаның тұрақтылығын қамтамасыз етуге байланысты. «Кибернетика» термині термостаттар сияқты технологиялық басқару жүйелеріне қолданылады, олар гомеостаздық механизмдер ретінде жұмыс істейді, бірақ гомеостаз биологиялық терминінен әлдеқайда кеңінен анықталады.
Шолу
Барлық организмдердің метаболизм процестері тек өте нақты физикалық және химиялық ортада ғана жүзеге асуы мүмкін. Осы жағдайлар әр организм үшін өзгеше, сондай-ақ химиялық процестер жасуша ішінде немесе жасушаларды қоршаған интерстициалдық сұйықтықта өтетініне байланысты да өзгеріп отырады. Адам және басқа сүтқоректілердегі ең жақсы зерттелген гомеостаздық механизмдер – бұл жасушадан тыс сұйықтықтың (немесе "ішкі ортаның") құрамын тұрақты ұстайтын реттегіштер, әсіресе температура, pH, осмолалық қысым, натрий, калий, глюкоза, көмірқышқыл газ және оттегі концентрацияларына қатысты. Дегенмен, адам физиологиясының көптеген аспектілерін қамтитын көптеген басқа гомеостаздық механизмдер де денедегі басқа да факторларды бақылайды. Егер айнымалы шамалардың деңгейі қажетті деңгейден жоғары немесе төмен болса, олар әдетте гипер және гипо префикстерімен белгіленеді, мысалы, гипертермия және гипотермия немесе гипертония және гипотония. Егер бір фактор гомеостаздық бақылауда болса, оның құны денсаулық сақтауда міндетті түрде толыққанды тұрақты болады деп қарауға болмайды. Мысалы, дене температурасы гомеостаздық механизм арқылы реттеледі, оның температуралық сенсорлары мидың гипоталамусында орналасқан. Алайда, реттегіштің белгіленген мәні үнемі қайта орнатылады. Мысалы, адамның дене температурасы күні бойы өзгеріп отырады (яғни циркадтық ритмге ие), ең төменгі температура түнде, ал ең жоғарысы – түстен кейін болады. Басқа қалыпты температура өзгерістеріне менструалдық циклге байланысты өзгерістер жатады. Температураны реттегіш инфекция кезінде қызба жасау үшін қайта орнатылады. Организмдер температураның өзгеруіне немесе биіктіктегі оттегі деңгейіне бейімделу процесі арқылы әртүрлі жағдайларға белгілі бір деңгейде бейімделе алады. Гомеостаз денедегі барлық қызметті басқармайды. Мысалы, сенсордан эффектке берілетін сигнал (нейрондар немесе гормондар арқылы) сенсор анықтаған қателік бағыты мен шамасы туралы ақпаратты жеткізу үшін өте өзгермелі болуы керек. Сол сияқты, эффекттің жауабы қателікті жою үшін жоғары дәрежеде реттелуі керек – шын мәнінде, ол ішкі ортаға қауіп төндіретін қателікке пропорционал (бірақ кері бағытта) болуы керек. Жұлын, ішкі органдар және ірі тамырлар. Ішкі температураны реттеуден басқа, аллостаз деп аталатын процесс те іске қосылуы мүмкін, ол өте ыстық немесе суық жағдайларға (және басқа да қиындықтарға) бейімделу үшін мінез-құлықты реттейді. Бұл бейімделулер көлеңке іздеу және белсенділікті азайту, жылырақ жағдайларды іздеу және белсенділікті арттыру немесе жиналуды қамтиды. Мінез-құлықты терморегуляция физиологиялық терморегуляциядан басымдыққа ие, өйткені қажетті өзгерістер тез орындалуы мүмкін, ал физиологиялық терморегуляция экстремалды температураға жауап беру қабілеті шектеулі. Дене температурасы төмендеген кезде, теріге қан ағыны қатты вазоконстрикция арқылы азаяды. Бұл артериялық қаннан жылуды тікелей веналық қанға қайтаратын, аяқ-қолдардың суық ауа райында жылу жоғалтуын азайтатын қарсы ток алмасу жүйесі ретінде әрекет етеді. Тері астындағы аяқ-қол тамырлары тығыз тартылады, егер гипотермияны түзету үшін бұрынғы реакциялар жеткіліксіз болса, дікілдеу термогенезі жалғасады. Терморецепторлар дене температурасының көтерілуін анықтағанда, холинергиялық симпатиялық жүйкелер арқылы терідегі тер бездері тер шығару үшін стимуляцияланады, ол булану кезінде теріні және одан өтетін қанды салқындатады. Көптеген омыртқалы жануарлардағы ылғалды дем алу – бұл басқа да эффект, ол судың булануы арқылы денеді салқындатады, бірақ бұл жолы тамақ пен ауыздың шырышты қабықтарынан.
Қандағы глюкоза
Қандағы қант деңгейі салыстырмалы түрде тар шекте реттеледі. Сүтқоректілерде бұл процестің негізгі сезімталдары бүйрекбездің аралдық жасушаларының бета-жасушалары болып табылады. Бета-жасушалар қандағы қант деңгейінің көтерілуіне жауап ретінде инсулинды қанға бөліп шығарады және бір мезгілде көршілес альфа-жасушалардың глюкагонды қанға бөліп шығаруын тежейді. Қандағы глюкоза деңгейінің төмендеуі инсулин секрециясын тоқтатуға және альфа-жасушалардан глюкагонның қанға бөлінуіне әкеледі. Бұл бауыр, май жасушалары және бұлшық еттердің қаннан глюкозаны қабылдауын тежейді. Оның орнына бауыр гликогеннен (гликогенолиз арқылы) және көмірсулар емес көздерден (мысалы, лактат және деаминоталған аминқышқылы) глюкоза жасау үшін глюконеогенез деп аталатын процесті пайдаланып, күшті түрде ынталандырылады. Осылайша жасалған глюкоза қанға шығарылып, анықталған қателікті (гипогликемия) түзетеді. Бұлшықеттерде сақталған гликоген бұлшықеттерде қалады және тек жаттығу кезінде глюкоза-6-фосфатқа, содан кейін пируватқа ыдырайды, одан әрі лимон қышқылы цикліне қосылады немесе лактатқа айналады. Тек лактат пен лимон қышқылы циклінің қалдықтары ғана қанға қайтарылады. Бауыр тек лактатты қабылдай алады және энергияны қажет ететін глюконеогенез процесі арқылы оны қайтадан глюкозаға айналдырады.
Темір мөлшері
Организмдегі темір деңгейін қадағалау адам денсаулығының және аурулардың көптеген жақтары үшін өте маңызды. Адам организміне темір қажетті, бірақ сонымен бірге ол зиянды да болуы мүмкін.
Мыс туралы ереже
Мыс ағзадағы күрделі гомеостазиялық процестерге сәйкес сіңіріледі, тасымалданады, таратылады, сақталады және шығарылады, бұл микроэлементтің тұрақты және жеткілікті мөлшерде қамтамасыз етілуін қамтамасыз етеді, сонымен бірге артық деңгейден сақтайды. Егер қысқа мерзім ішінде жеткіліксіз мөлшерде мыс түсірілсе, бауырдағы мыс қоры азаяды. Егер бұл азаю жалғаса берсе, мыс тапшылығы дамуы мүмкін. Егер тым көп мыс түсірілсе, артық мөлшерден туындайтын жағдай пайда болуы мүмкін. Бұл екі жағдайдың – тапшылықтың және артықтың – екеуі де тіндердің зақымдануына және ауруларға әкелуі мүмкін. Дегенмен, гомеостазиялық реттеудің арқасында адам организмі сау адамдардың қажеттіліктеріне сәйкес мыс мөлшерінің кең ауқымын теңестіре алады. Мыс гомеостазының көптеген аспектілері молекулалық деңгейде белгілі. Мыстың қажеттілігі оның Cu1+ (мыры) және Cu2+ (мыры) арасындағы тотығу күйінің өзгеруіне байланысты электронды донор немесе акцептор ретінде әрекет ету қабілетімен байланысты. Шамамен онға жуық купроферменттің құрамында болатын мыс, митохондриялық тыныс алу, меланин синтезі және коллагеннің байланысуы сияқты маңызды метаболикалық процестердегі негізгі тотығу-тотығуды қайтару (редокс) реакцияларына қатысады. Мыс антиоксидантты фермент – мыс-мырыш супероксид дисмутазасының құрамына кіреді және церулоплазминдегі кофактор ретінде темір гомеостазында маңызды рөл атқарады.
Қандағы газдар деңгейі
Қысқылтек, көмірқышқыл газы және плазманың pH деңгейіндегі өзгерістер ми сабасында орналасқан тыныс орталығына жіберіледі, онда олар реттеледі. Артериялық қандағы оттегінің және көмірқышқыл газының жартылай қысымын қарынша артериясы мен аорта доғасындағы шеттік химиорецепторлар (ШЖЖ) қадағалайды. Көмірқышқыл газының жартылай қысымының өзгеруі орталық химиорецепторлар (ОЖЖ) ми сабасының ұзыншақ миындағы омыртқа сұйықтығындағы pH өзгерісі ретінде анықталады. Бұл сенсорлар тобынан алынған ақпарат тыныс орталығына жіберіледі, ол тиімді органдарды – диафрагманы және тыныс алудың басқа бұлшықеттерін белсендіреді. Қандағы көмірқышқыл газының деңгейінің артуы немесе оттегі деңгейінің төмендеуі қан газдарын тепе-теңдікке келтіру үшін терең тыныс алу мен тыныс алу жиілігінің ұлғаюына әкеледі. Қанда көмірқышқыл газының жетіспеуі, ал оттегінің артық болуы тынысты уақытша тоқтатуы мүмкін, бұл апнея деп аталады, және су астында болатын уақытты ұзарту үшін еркін жүзушілер қолданады. Көмірқышқыл газының жартылай қысымы pH мониторингісінде маңыздырақ рөл атқарады. Алайда, жоғары биіктікте (2500 м-ден жоғары) оттегінің жартылай қысымын қадағалау басымдыққа ие, ал гипервентиляция оттегі деңгейін тұрақты ұстайды. Көмірқышқыл газының төмен деңгейінде pH-ты 7.4 деңгейінде ұстап тұру үшін бүйректер сутегі иондарын қанға бөліп шығарады және зәрмен бикарбонатты шығарады. Бұл биіктікке бейімделу үшін маңызды.
Қандағы оттегінің мөлшері
Бүйрек артериялық қандағы оттегінің ішінара қысымын емес, оттегінің мөлшерін анықтайды. Қандағы оттегінің мөлшері ұзаққа созылса төмендеген кезде, оттегіге сезімтал жасушалар қанға эритропоэтин (EPO) бөліп шығарады. Бұл эффектті ұлпа – қызыл сүйек кемігі, ол қызыл қан жасушаларын (қызыл қан клеткалары, сондай-ақ эритроциттер деп те аталады) өндіреді. Қызыл қан жасушаларының артуы қандағы гематокриттің жоғарылауына, ал одан кейін гемоглобиннің артуына алып келеді, бұл оттекті тасымалдау қабілетін арттырады. Осы механизм арқасында жоғары биіктікте тұратын адамдардың гематокриті теңіз деңгейінде тұратындарға қарағанда жоғары болады, сондай-ақ өкпе жеткіліксіздігі немесе жүректе оңнан солға қарай қан ағынының бұзылуы (соның салдарынан веноздық қан өкпені араламай тікелей жүйелік айналымға түседі) бар адамдардың гематокриті де осылай жоғары болады. Қандағы оттегінің ішінара қысымына қарамастан, тасымалданатын оттегінің мөлшері гемоглобиннің мөлшеріне байланысты. Мысалы, анемияда оттегінің ішінара қысымы жеткілікті болуы мүмкін, бірақ гемоглобиннің мөлшері жеткіліксіз болады, нәтижесінде оттегінің мөлшері де жеткіліксіз болады. Егер темір, В12 витамині және фолий қышқылы жеткілікті мөлшерде берілсе, EPO қызыл қан жасушаларын өндіруді күшейтеді, ал гемоглобин мен оттегінің мөлшері қалыпқа келеді.
Артериялық қан қысымы
Ми артериялардың тамыр тарылуы мен тамыр кеңеюі арқылы қан қысымының әртүрлі деңгейлеріндегі қан ағынын реттей алады. Аорта доғасының қабырғасындағы және каротид синусындағы (ішкі каротид артериясының басталуында) жоғары қысымды сезетін барорецепторлар артериялық қан қысымын қадағалайды. Қан қысымының көтерілуі артерия қабырғаларының созылуынан байқалады, бұл қан көлемінің артуына байланысты болады. Бұл жүрек бұлшық жасушаларын атриальды натрийретикалық пептид (АНП) гормонын қанға бөліп шығаруға итермелейді. Бұл бүйректерге әсер етіп, ренин мен альдостерон секрециясын тежейді, соның салдарынан натрий және су зәрмен бірге шығарылып, қан көлемін азайтады. Бұл ақпарат афференттік жүйке талшықтары арқылы ұзын мидың жалғыз ядросына жіберіледі. Одан автономды жүйке жүйесіне жататын моторлық жүйкелер, негізінен жүрек және ең кішкентай диаметрлі артериялар – артериолалардың қызметіне әсер ету үшін стимуляцияланады. Артериолалар артериялық ағаштағы негізгі кедергі тамырлары болып табылады, ал олардың диаметрінің шағын өзгеруі ағынға кедергінің айтарлықтай өзгеруіне алып келеді. Артериялық қан қысымы көтерілгенде артериолалар кеңейеді, бұл қанның артериялардан еркін шығуына мүмкіндік береді, осылайша оларды босатып, қан қысымын төмендетіп, қалыпқа келтіреді. Сонымен қатар, жүрек холинергиялық парасимпатиялық жүйкелер арқылы баяу соғуға (брадикардия деп аталады) стимуляцияланады, бұл артерияларға қан ағынының азаюын қамтамасыз етеді, осылайша қысымның төмендеуіне үлес қосады және бастапқы қателікті түзетуге көмектеседі. Артериялардағы төмен қысым артериолалардың тарылу рефлексін және жүрек соғуының жылдамдауын (тахикардия деп аталады) тудырады. Егер қан қысымының төмендеуі өте жылдам немесе тым көп болса, ұзын ми "преганглиондық" симпатикалық жүйкелер арқылы бүйрек үсті миын эпинефрин (адреналин) гормонын қанға бөліп шығаруға стимуляциялайды. Бұл гормон тахикардияны күшейтеді және барлық маңызды органдарға (әсіресе жүрекке, өкпеге және миға) артериолалардың күшті тарылуына себеп болады. Бұл реакциялар әдетте артериялық қан қысымының төмендеуін (гипотензияны) өте тиімді түзетуге көмектеседі.
Кальций деңгейі
Плазмадағы иондалған кальций (Ca2+) концентрациясы екі гомеостаздық механизм арқылы өте қатаң түрде бақыланады. Біріншісінің сенсоры паратиреоид бездерінде орналасқан, онда бас жасушалар мембраналарындағы арнайы кальций рецепторлары арқылы Ca2+ деңгейін сезеді. Екіншісінің сенсоры – қалқанша безіндегі парафолликулярлық жасушалар. Паратиреоидтық бас жасушалар плазмадағы иондалған кальций деңгейі төмендегенде паратиреоид гормоны (ПТГ) бөліп шығарады; қалқанша безінің парафолликулярлық жасушалары плазмадағы иондалған кальций деңгейі көтерілгенде кальцитонин бөліп шығарады. Бірінші гомеостаздық механизмнің әсер ететін мүшелері – сүйектер, бүйрек және, бүйрек қанға бөліп шығаратын гормон арқылы, қандағы жоғары ПТГ деңгейіне жауап ретінде он екі елі ішек және жіңішке ішек. Паратиреоид гормоны (қандағы жоғары концентрацияда) сүйек резорбциясын тудырады, кальций плазмаға шығарылады. Бұл өте жылдам әрекет, ол бірнеше минут ішінде қауіпті гипокальциемияны түзетуге қабілді. Жоғары ПТГ концентрациясы фосфат иондарының зәрмен шығарылуына себеп болады. Фосфаттар кальций иондарымен қосылып, ерімейтін тұздар құрайды (сүйек минералдарын да қараңыз), қандағы фосфат деңгейінің төмендеуі плазмадағы иондалған кальций қорына бос кальций иондарын босатады. ПТГ бүйрекке екінші әсер етеді. Ол бүйректердің кальцитриолды қанға шығаруын ынталандырады. Бұл стероид гормоны жоғарғы жіңішке ішектің эпителийлік жасушаларына әсер етеді, олардың ішек қылыздарынан кальцийді қанға сіңіру қабілетін арттырады. Екінші гомеостаздық механизм, қалқанша безіндегі сенсорлары арқылы, қандағы иондалған кальцийдің деңгейі көтерілгенде кальцитонинді қанға шығарады. Бұл гормон негізінен сүйекке әсер етеді, кальцийді қаннан жылдам шығарып, оны ерімейтін күйде сүйекке жинақтайды. ПТГ арқылы жұмыс істейтін екі гомеостаздық механизм және кальцитонин плазмадағы иондалған кальций деңгейіндегі кез келген бұрмалаушылықты кальцийді қаннан алып, сүйекке жинақтау арқылы немесе одан алып тастау арқылы өте жылдам түзетуге қабілді. Скелет плазмалық кальций қорымен (шамамен 180 мг) салыстырғанда өте үлкен кальций қоры болып табылады (шамамен 1 кг). Ұзақ мерзімді реттеу ішек арқылы кальцийдің сіңуі немесе жоғалтылуы арқылы жүзеге асырылады. Тағы бір мысал – анандамид (N-арахидоноилэтаноламид; AEA) және 2-арахидоноилглицерол (2-AG) сияқты ең жақсы сипатталған эндоканнабиноидтар, олардың синтезі жасуша ішіндегі кальций деңгейінің өсуіне жауап ретінде белсендірілген жасушаішілік ферменттердің әрекеті арқылы жүзеге асырылады, бұл CB1 және/немесе CB2 және олармен байланысты рецепторларды белсендіру арқылы жасушалардың өсуі мен қозғалуын болдырмайтын, гомеостазды орнату және ісік дамуын алдын алу үшін күтілетін қорғау механизмдерін қамтамасыз етеді.
Натрий концентрациясы
Плазмадағы натрий концентрациясын реттейтін гомеостаздық механизм, осы бетте сипатталған көптеген гомеостаздық механизмдерге қарағанда күрделірек. Сенсор бүйректің юкстагломеруляр аппаратында орналасқан және плазмадағы натрий концентрациясын өте күрделі жолмен анықтайды. Юкстагломеруляр жасушалары қан ағынындағы натрийді тікелей өлшемейді, олар жақын конволюциялық түтікше және Хенле ілмегінен өткеннен кейін бүйрек түтікшелік сұйықтығындағы натрий концентрациясына жауап береді. Бұл жасушалар сондай-ақ юкстагломеруляр аппарат арқылы қан ағынының жылдамдығына да жауап береді, бұл қалыпты жағдайларда артериялық қан қысымына тікелей пропорционал, осылайша бұл тінді артериялық қан қысымын анықтауға қосымша сенсор етеді. Плазмадағы натрий концентрациясы төмендесе немесе артериялық қан қысымы түсетін болса, юкстагломеруляр жасушалары ренинды қанға бөліп шығарады. Ренин – бұл α2 глобулинінен (плазмадағы) ангиотензиноген деп аталатын декапептидті (10 аминқышқылынан тұратын қысқа белок тізбегі) бөліп шығаратын фермент. Бұл декапептид I ангиотензин деп аталады. Натрий иондарының бүйрек түтікшелік сұйықтығынан қайта сіңірілуі организмнен натрий иондарының одан әрі жоғалуын тоқтатады, демек гипонатриемияның нашаруын болдырмайды. Гипонатриемияны тек диетада тұзды тұтыну арқылы түзетуге болады. Алайда, гипонатриемия "тұзға деген құштарлықты" тудыра ма, немесе бұл механизм қалай жүзеге асуы мүмкін екені әлі белгісіз. Плазмадағы натрий иондарының концентрациясы қалыпты деңгейден жоғары болған кезде (гипернатриемия), юкстагломеруляр аппараттан ренин бөлінуі тоқтатылады, II ангиотензиннің өндірісі тоқтатылады, содан кейін альдостерон қанға бөлінеді. Бүйректер натрий иондарын зәрмен шығарып, плазмадағы натрий иондарының концентрациясын қалыпқа келтіреді. Қандағы II ангиотензин деңгейінің төмендеуі артериялық қан қысымын төмендетеді, бұл сөзсіз серіктес реакция болып табылады. Қандағы альдостерон деңгейінің жоғары болуы нәтижесінде түтікшелік сұйықтықтан натрий иондарының қайта сіңірілуі, өзінен, бүйрек түтікшелік судың дистальды конволюциялық түтікшелерден немесе жинаушы түтікшелерден қанға қайтуына себеп болмайды. Себебі натрий калийге айырбасталып қайта сіңіріледі, сондықтан қан мен түтікшелік сұйықтық арасындағы осмостық градиентте шамалы өзгеріс болады. Сонымен қатар, дистальды конволюциялық түтікшелер мен жинаушы түтікшелердің эпителийі қанда антидиуретикалық гормон (АДГ) болмаған жағдайда суға өткізбейді. АДГ сұйықтық балансын реттеудің бір бөлігі болып табылады. Оның деңгейі плазманың осмолятивтілігіне байланысты өзгереді, бұл мидың гипоталамусында өлшенеді. Альдостеронның бүйрек түтікшелеріне әсері натрийдің жасушадан тыс сұйықтыққа (ЖСС) жоғалуына жол бермейді. Осылайша ЖСС-ның осмолятивтілігі өзгермейді, демек плазмадағы АДГ концентрациясы да өзгермейді. Алайда, альдостерон деңгейінің төмендеуі ЖСС-нан натрий иондарының жоғалуына әкеледі, бұл жасушадан тыс осмолятивтілікті және қандағы АДГ деңгейін өзгертуі мүмкін.
Калий концентрациясы
Плазмадағы жоғары калий концентрациясы бүйрек үсті безінің сыртқы қабатындағы зона гломерулоза жасушаларының мембраналарын деполяризациялайды. Бұл альдостеронның қанға бөлінуіне себеп болады. Альдостерон негізінен бүйректің дистальды жиынтықталған түтікшелері мен жинақтаушы өзекшелерге әсер етеді, калий иондарының зәрмен шығарылуын күшейтеді.
Сұйықтықтар балансы
Денедегі судың жалпы мөлшері тепе-теңдікте сақталуы керек. Сұйықтық теңгерімі – сұйықтық көлемін тұрақтандыруды, сондай-ақ жасушадан тыс сұйықтықтағы электролиттердің деңгейін тұрақты ұстауды қамтиды. Сұйықтық теңгерімі осморегуляция процесі және мінез-құлық арқылы сақталады. Осмостық қысым гипоталамустың медиандық преоптикалық ядросындағы осморецепторлармен анықталады. Плазма осмолялдығын өлшеу денедегі судың мөлшерін көрсетеді, себебі денеден судың жоғалуы (тері арқылы болатын толыққанды болмаған су шығыны, нәтижесінде тері әрқашан сәл ылғалды болады, шығарылатын ауадағы су буы, терлеу, құсу, қалыпты нәжіс және әсіресе диарея) гипотоникалық болып келеді, яғни олар дене сұйықтықтарынан кем тұзды (мысалы, сілекейдің дәмін жасқа қарағанда салыстырыңыз. Жастың тұз құрамы жасушадан тыс сұйықтыққа шамалас, ал сілекей плазмаға қатысты гипотоникалық. Сілекей тұзды емес, ал жас анық тұзды). Осылайша, денеден болатын барлық қалыпты және қалыптан тыс су жоғалтулары жасушадан тыс сұйықтықтың гипертонияға түсуіне алып келеді. Керісінше, шамадан тыс сұйықтық ішу гипоталамусты гипотоникалық гипонатриемия жағдайларын тіркеуге мәжбүр етеді, бұл жасушадан тыс сұйықтықтың сұйынуына себеп болады. Гипоталамус жасушадан тыс ортаның гипертониялық екенін анықтағанда, антидиуретикалық гормон (АДГ) – вазопрессин секрециясын тудырады, ол осы жағдайда бүйрек болатын тиімді органға әсер етеді. Вазопрессиннің бүйрек түтікшелеріне тигізетін әсері – дистальды жалғасқан түтікшелер мен жинағыш өзекшелерден суды қайта сіңіру арқылы зәр арқылы судың жоғалуын күшейтуге жол бермейді. Гипоталамус бір мезгілде жақын орналасқан шөлдеу орталығын стимуляциялайды, бұл су ішуге деген қарыштылық сезімді (гипертония жеткілікті болса) тудырады. Зәр ағысының тоқтауы гиповолемия мен гипертонияның нашарлауын болдырмайды; су ішу бұл кемшілікті түзетуге көмектеседі. Гипоосмолальдылық плазмадағы АДГ деңгейінің өте төмендеуіне әкеледі. Бұл бүйрек түтікшелерінен судың қайта сіңіруін тежейді, нәтижесінде өте сұйық зәрдің көп мөлшері бөлінеді, осылайша денедегі артық судан құтылуға мүмкіндік береді. Денедегі су гомеостаты сақталған жағдайда, зәрден судың жоғалуы – компенсаторлық су жоғалту болып табылады, ол денедегі судың артық мөлшерін түзетуге көмектеседі. Алайда, бүйректер су өндіре алмайтындықтан, шөлдеу рефлексі – денедегі су гомеостатының екінші, маңызды тиімді механизмі болып табылады, ол денедегі су тапшылығын түзетуге көмектеседі.
Қанның рН
Плазманың pH-ы тыныс алудағы көмірқышқылдың ішінара қысымының өзгеруімен немесе көмірқышқыл мен бикарбонат ионының арақатынасының метаболизмдік өзгерістерімен өзгеруі мүмкін. Бикарбонат буферлік жүйесі көмірқышқыл мен бикарбонат арақатынасын 1:20 тең етіп реттейді, осыған сәйкес қанның pH-ы 7,4-ке тең болады (Хендерсон-Хассельбальх теңдеуінде түсіндірілгендей). Плазма pH-ының өзгеруі қышқыл-негіз тепе-теңдігінің бұзылуына әкеледі. Қышқыл-негіз гомеостазында pH-ты реттеуге көмектесетін екі механизм бар. Тыныс алу арқылы өтелу – тыныс алу орталығының механизмі, ол тыныс алу жиілігі мен тереңдігін өзгерту арқылы көмірқышқылдың ішінара қысымын реттеп, pH-ты қалыпқа келтіреді. Көмірқышқылдың ішінара қысымы көмірқышқыл концентрациясын анықтайды, сонымен қатар бикарбонат буферлік жүйесі де қатысуы мүмкін. Бүйрек арқылы өтелу бикарбонат буферлік жүйесіне көмектеседі. Плазмадағы бикарбонат концентрациясын анықтайтын сенсор нақты белгісіз. Дистальды жалғастырылған бүйрекшелердің жасушалары плазма pH-ына сезімтал болуы мүмкін. Бұл жасушалардың метаболизмі көмірқышқылды өндіреді, ол көмірсутек ангидраза әсерінен сутек пен бикарбонатқа жылдам түрленеді. Плазма pH-ы қалыптыдан жоғарылағанда кері процесс жүреді: бикарбонат иондары зәрмен шығарылады, ал сутек иондары плазмаға бөлінеді. Сутек иондары зәрмен, ал бикарбонат қанмен бөлінетін кезде, соңғысы плазмадағы артық сутек иондарымен бірігіп, бүйректі осы операцияны орындауға ынталандырады. Плазмадағы реакция нәтижесінде көмірқышқыл түзіледі, ол көмірқышқылдың плазмалық ішінара қысымымен тепе-теңдікте болады. Бұл көмірқышқыл мен бикарбонаттың шамадан тыс жиналуын болдырмау үшін қатаң түрде реттеледі. Осының жалпы нәтижесі – плазма pH-ы төмендеген кезде зәрде сутек иондарының жоғалуы. Плазмадағы бикарбонат деңгейінің бір мезгілде көтерілуі плазма pH-ының төмендеуінен туындаған сутек иондарын бейтараптандырады, ал пайда болған артық көмірқышқыл өкпе арқылы көмірқышқыл түрінде шығарылады. Бұл бикарбонат пен көмірқышқылдың ішінара қысымы арасындағы қалыпты қатынасты және осылайша плазма pH-ын қалпына келтіреді. Керісінше, жоғары плазма pH-ы бүйректі сутек иондарын қанға бөліп шығаруға және бикарбонатты зәрмен шығаруға ынталандырады. Сутек иондары плазмадағы артық бикарбонат иондарымен бірігіп, тағы да көмірқышқылдың артық мөлшерін құрайды, ол өкпеде көмірқышқыл түрінде шығарылып, плазмадағы бикарбонат ионының концентрациясын, көмірқышқылдың ішінара қысымын және осылайша плазма pH-ын тұрақты ұстайды.
Ми-мұралық сұйықтық
Цереброспинальды сұйықтық (CSF) ми клеткалары мен нейроэндокриндік факторлар арасындағы заттардың таралуын реттейді, олардың шағын өзгерістері жүйке жүйесіне проблемалар немесе зақым келтіруі мүмкін. Мысалы, глициннің жоғары концентрациясы температураны және қан қысымын реттеуге бұзыс келтіреді, ал жоғары СЖҚ pH бас айну мен есінен тануға себеп болады.
Нейротрансмиссия
Орталық жүйке жүйесіндегі тежегіш нейрондар, оқу мен тежеу арасындағы нейрондық белсенділіктің тепе-теңдігін сақтауда маңызды рөл атқарады. ГАМҚ қолданатын тежегіш нейрондар, нейрондық желілерде өтемақылай өзгерістер жасап, оқудың шектен тыс деңгейге жетуін болдырмайды. Оқу мен тежеу арасындағы тепе-теңдіктің бұзылуы бірқатар нейропсихиатриялық ауруларда кездеседі.
Нейроэндокриндік жүйе
Нейроэндокриндік жүйе – гипоталамустың гомеостазды, метаболизмді, көбеюді, тамақтану және су ішу мінез-құлқы, энергияны пайдалануды, осмолярлықты және қан қысымын реттеу механизмі. Метаболизмді реттеу гипоталамустың басқа бездермен байланысу арқылы жүзеге асырылады. Гипоталамус-гипофиз-гонадалық осьтің (ГГП ось) үш эндокринді безі көбінесе бірлесіп жұмыс істейді және маңызды реттеу функцияларын атқарады. Басқа екі реттеуші эндокриндік ось – гипоталамус-гипофиз-бүйрек үсті безінің осьі (HPA ось) және гипоталамус-гипофиз-қалқанша безінің осьі (HPT ось). Бауыр метаболизмді реттеудің көптеген функцияларын да атқарады. Оның маңызды функцияларының бірі – өт қышқылының өндірісі мен бақылауы. Өте көп өт қышқылы жасушалар үшін уытты болуы мүмкін, ал оның синтезі ядролық рецептор FXR-дың белсенділігімен тежелуі мүмкін.
Клиникалық маңызы
Көптеген аурулар гомеостаздың бұзылуының салдары болып табылады. Гомеостаздың кез келген компоненті мұрагерлік ақау, метаболизмнің туа біткен қатесі немесе ұсынылған аурудың нәтижесінде бұрыс жұмыс істеуі мүмкін. Кейбір гомеостаздық механизмдерде қосымша резервтер қарастырылған, бұл компонент бұрыс жұмыс істесе де, өмірге қауіп төндірмейді; бірақ кейде гомеостаздық бұзылу ауыр ауруға алып келуі мүмкін, емделмесе, ол өлімге соқтыруы мүмкін. Гомеостаздық жетіспеушіліктің жақсы белгілі мысалы – 1-типті қант диабеті. Бұл жағдайда қандағы қант деңгейін реттеу мүмкін болмайды, себебі бүйрек безінің бета-жасушалары жойылғандықтан қажетті инсулин өндіре алмайды. Қандағы қант деңгейі гипергликемия деп аталатын жағдайда көтеріледі. Плазмадағы иондалған кальций гомеостаты, паратиреоидтық гормонның тұрақты, өзгермейтін, артық өндірілуімен, паратиреоидтық аденоманың гиперпаратиреоидизмнің ерекше белгілеріне, атап айтқанда, жоғары плазмадағы иондалған Ca2+ деңгейіне және сүйек тінінің ыдырауына, яғни спонтанды түрде сынуларға алып келуі мүмкін. Плазмадағы иондалған кальцийдің жоғары концентрациясы көптеген жасуша бетіндегі ақуыздардың (әсіресе иондық каналдар мен гормондық немесе нейротрансмиттерлік рецепторлардың) құрылымдық өзгерістерін тудырады, бұл шаршаңқылыққа, бұлшықет әлсіздігіне, анорексияға, іш қатуға және эмоционалдық тұрақсыздыққа әкеледі. Денедегі судың гомеостаты, тіпті ауа арқылы, нәжіс арқылы және сезімтал терлеу арқылы судың қалыпты күнделікті жоғалуына жауап ретінде АДГ-ны бөліп шығара алмаумен бұзылуы мүмкін. Қандағы АДГ-ның нөлдік сигналын алғаннан кейін бүйректер өте сұйық несептің үлкен көлемін шығарады, емделмесе, сусыздануға және өлімге алып келеді. Организмдер қартайған сайын олардың басқару жүйелерінің тиімділігі төмендейді. Тиімсіздіктер қауіптің артуына және қартаюмен байланысты физикалық өзгерістерге алып келетін тұрақсыз ішкі ортаға әкеледі. Жер бетіндегі барлық тірі материя (немесе тіршілік бар кез келген планета) өзінің тіршілігі үшін қажетті орта жағдайларын жасау үшін планеталық ортасын белсенді түрде өзгертетін үлкен гомеостаздық суперорганизм ретінде жұмыс істейді деп айтылды. Бұл көзқарас бойынша, бүкіл планета бірнеше гомеостазды сақтайды (негізгісі – температура гомеостазы). Осындай жүйе Жерде бар ма, жоқ па, бұл мәселе талқылауда. Алайда, кейбір қарапайым гомеостаздық механизмдер жалпыға бірдей қабылданады. Мысалы, атмосферадағы көмірқышқыл газының деңгейі көтерілгенде, кейбір өсімдіктер жақсырақ өсіп, атмосферадан көмірқышқыл газының мөлшерін азайтуға қабілетті болуы мүмкін деп жиі айтылады. Алайда, жағдайдың жылынуы құрғақшылықты күшейтіп, суды құрлықтағы ең шектеуші факторға айналдырды. Күн сәулесі мол болғанда және атмосфера температурасы көтерілгенде, мұхит бетіндегі фитопланктон, жаһандық күн сәулесі және демек, жылу сезімталдығы ретінде, өркендеп, көбірек диметил сульфидін (ДМС) өндіруі мүмкін деп айтылады. ДМС молекулалары бұлт конденсациясының ядролары ретінде әрекет етеді, олар көбірек бұлттарды жасайды, осылайша атмосфералық альбедоны арттырады, бұл атмосфера температурасын төмендетуге кері байланыс береді. Алайда, теңіз температурасының көтерілуі мұхиттарды қабаттастырып, күн сәулесінің әсерінен жарықтанған жылы суларды салқын, қоректік заттарға бай сулардан бөліп отыр. Осылайша, қоректік заттар шектеуші факторға айналды, ал планктон деңгейі соңғы 50 жылда көтерілген жоқ, керісінше, төмендеді. Ғалымдар Жер туралы көбірек білген сайын, көптеген оң және теріс кері байланыс циклдері ашылуда, олар бірге метастабильді жағдайды сақтайды, кейде қоршаған ортаның өте кең ауқымында.
Болжамдау
Прогноздық гомеостаз – болашақта күтілетін сынаққа күтіп алуға негіделген жауап, мысалы, тамақтанған кезде қанға түсетін ішек гормондарының инсулин секрециясын ынталандыруы. Мұндай күтіп алу реакциялары – негізінен «болжамға» негізделген ашық циклдік жүйелер және өздігінен түзетілмейді. Күтіп алу жауаптарына артық немесе жетіспеушіліктерді түзету үшін міндетті түрде жабық циклді теріс кері байланыс жүйесі қажет.
Қауіп
Актуарий тәуекелге қатысты гомеостазды атап өтуі мүмкін, мысалы, құлыпталмайтын тежегіштері бар адамдар, құлыпталмайтын тежегіштері жоқ адамдардан қауіпсіздік көрсеткіштері жақсырақ болмайды, себебі алғашқылары санасыз түрде қауіпсіз көлікті қауіпсіз емес жүргізу арқылы толықтырады. Құлыпталмайтын тежегіштердің пайда болуына дейін, кейбір маневрлер шағын сырғанауға алып келді, бұл қорқыныш пен одан аулақ болуға себеп болды: енді анти-сырғанау жүйесі мұндай кері байланыс шегін жылжытады, ал мінез-құлық үлгілері енді жазаланбайтын аймаққа қарай кеңейеді. Сондай-ақ, экологиялық дағдарыстар – белгілі бір әрекет қауіпті екені немесе ауыр салдарға алып келері дәлелденгенше жалғаса беретін тәуекел гомеостазының бір мысалы деп ұсынылған.
Стресс
Әлеуметтанушылар мен психологтар стресс гомеостазын, яғни халықтың немесе жеке адамның белгілі бір деңгейдегі стресс күйін сақтауға бейімділігін атап көрсетеді, көбінесе стрестің "табиғи" деңгейі жеткіліксіз болған жағдайда, жасанды стрестерді тудырады. Постмодернисттік теоретик Жан Франсуа Лиотар бұл терминді "Постмодернисттік жағдай" атты кітабында сипаттаған қоғамдық "билік орталықтарына" қолданды, олар "гомеостаз принципімен басқарылады", мысалы, ғылыми иерархия, ол бұрын қабылданған нормаларды бұзып жатқандықтан, кейде радикалды жаңа жаңалықтарды жылдар бойы назардан тыс қалдыруы мүмкін.
Қоғам және мәдениет
Жоғарғы биліктің қолданылуы, мінез-құлық кодекстері, діни және мәдени дәстүрлер, сондай-ақ қоғамдағы басқа да динамикалық процестерді өмірді реттеудің және ішкі және сыртқы тепе-теңсіздіктерден немесе қауіптерден бүкіл жүйенің қауіпсіздігін қорғайтын жалпы тепе-теңдікті сақтауға бағытталған дамыған гомеостазиялық жүйенің бір бөлігі деп сипаттауға болады. Салауатты азаматтық мәдениеттер жеке құқықтарды құрметтеу мен қоғамдық мүдделерге қамқорлық жасау арасындағы, немесе үкіметтің тиімділігі мен азаматтардың мүдделеріне сезімталдық арасындағы сияқты көптеген қарама-қайшы мәселелер арасындағы оптималды гомеостазиялық тепе-теңдікке қол жеткізген деп айтуға болады.