Кіріспе

Биологиялық түсінік Алостаз (/ˌɑːloʊˈsteɪsɪs/) - адамның ағзасы қоршаған ортаның талаптарына сәйкес энергияны пайдалануды болжап, реттейтін физиологиялық реттеу механизмі. Алғаш рет Питер Стерлинг пен Джозеф Айер 1988 жылы ұсынған аллостаз түсінігі, гомеостаздағыдай, қатты ішкі белгілену нүктесін сақтайтын дененің назарын қоршаған ортаның стрессін түсіндіруге және нейротрансмиттерлерді, гормондарды және басқа да сигналды беру механизмдерін пайдалана отырып, ағзадағы өзгерістерді үйлестіруге арналған мидың қабілеті мен рөліне ауыстырады. Аллостаз тек қана организмнің стресске қарсы реакциясына және созылмалы стресске бейімделуіне қатысы жоқ деп есептеледі; сонымен қатар иммундық жүйені реттеуде, сондай-ақ гипертония және қант диабеті сияқты созылмалы аурулардың дамуында рөл атқарады.

Тарих

Организмдердiң қоршаған ортаның өзгеруiне қарамастан iшкi дене механизмдерiн тұрақтандыруға қабiлетi туралы ұғымды алғаш рет француз физиологы Клод Бернард 1849 жылы кеңiнен танымал еттi, ол milieu intérieur (iшкi ортаның) тұрақтылығын шығарды. Ол антикалық гректердің тәнді физикалық емес құралдар арқылы басқаруды ұсынған витализм түсінігін кері байланыс пен реттеу арқылы дененің механизмдерін физиологиялық түсінумен алмастыруға тырысты. Гарвард физиологы Уолтер Кэннон Бернардтың "мельё интайер" теориясын қабылдап, оны энергия тиімділігі мен энергияны сақтаудың эволюциялық негізін енгізу үшін кеңейтті. Канон 1926 жылы гомеостаз деген ұғымды енгізді, бұл организмнің денесі өзін-өзі басқару жүйесі екенін және оның оңтайлы жұмыс істеуі үшін тұрақты күйдің белгілі бір жағдайлары бар екенін көрсетті. ХХ ғасырдың аяғында нейробиолог Питер Стерлинг пен эпидемиолог Джозеф Эйер созылмалы стресстің ұрпақтардың үлгілерін және оның әртүрлі адам физиологиялық механизмдеріне әсерін байқайды, оларды гомеостазбен оңай түсіндіру мүмкін емес. Олар "аллостаз" [грекше λλος (állos, "басқа", "айырмалы") + στάσις (стазис, "тұрақта тұру") "өзгермелі болып тұрып тұрақты болу" дегенді білдіреді] ұғымын қоршаған ортаның стресс факторларын қабылдау мен түсіндіруге негізделген тұрақты күй жағдайын реттеуге дененің қабілетін қосу үшін жасады.

Стерлинг пен Айердің моделі

1970 жылдары Стерлинг пен Эйер АҚШ-тағы жас ерекшеліктері бойынша 20-ғасырлық аурулар мен өлім-жітім деңгейлерін зерттеді және жас ерекшеліктері бойынша еңбек нарығының толығуы мен еңбекке кіріп жатқан кездегі жас ерекшеліктері бойынша өлім-жітім деңгейлерінің арасындағы байланысты байқады. Олар Ұлы депрессия кезінде еңбек нарығына енген топтардың 1940-шы жылдардағы экономикалық өсімнің нәтижесінде 1930 жылдардан бұрынғы және 1950-ші жылдардан кейінгі топтарға қарағанда жұмыс орны мен қауіпсіздігі төмен болғандықтан өлім-жітім деңгейінің төмендеуін анықтады. Сондай-ақ, олар қайғы, ажырасу, жұмыссыздық және көші-қон сияқты үлкен стресс оқиғаларының өлім-жітім деңгейінің жоғары болуына байланысты екенін атап өтті. Жас топтағы өлім-жітімнің төмендеуі кейінірек созылмалы ауруларға ұшырайды деген алдын ала түсінікке қарамастан, Стерлинг пен Эйер өлім-жітім деңгейі жоғары жас топтар өмірдің кейінгі кезеңінде жүрек-қан тамырлары аурулары сияқты созылмалы денсаулық мәселелерін көп кездестіргеніне қарама-қайшы дәлелдерді тапты. Осы эпидемиологиялық құбылыстарды түсіндіру үшін Стерлинг пен Эйер капитализм мен индустрияландырудың алға басуы жағдайындағы әлеуметтік және жүйелік стрессті жас ерекшеліктері бойынша аурулар мен өлім-жітімнің артуының басты қозғаушы күші деп ұсынды. Бұл зерттеулер он жылдан кейін аллостазды тұжырымдаудың негізіне айналды. Стерлинг пен Эйер 1988 жылы эпидемиологиялық үлгілер арқылы қалыптасқан жеке деңгейдегі физиологиялық өзгерістер процесін жақсы түсіндіру үшін аллостаз ұғымын ұсынды. Жануарлар зерттеулері де қозу (немесе стресс) кезіндегі гомеостаздық емес үлгілерді көрсетті. Стресс кезінде қан қысымы көтеріліп, стресс себептері жойылғанда қалыпты күйге келеді.

Әрекет ету механизмі

Аллостаз - белгілі бір функцияларды орындау үшін ағза жасушаларын иннервациялау арқылы, сондай-ақ гормондар мен нейротрансмиттерлер сияқты сигнал беру механизмдерін синтездеу және босату арқылы мидың барлық ағзалардың функцияларын үйлестіру қабілетіне байланысты. Стресске жауап ретінде ми қуыршақ безі мен без без безін энергияны реттеу үшін тікелей иннервациялайды, жүрек-қан тамыр жүйесіне жүрек шығынын арттыру үшін сигнал жібереді, бүйрек үсті бездерін кортизол мен альдостеронды босатуға ынталандырады және гипофиз безінен ACTH сияқты гормондарды ренин-ангиотензин-алдостерон жүйесі арқылы зәр шығаруды реттеу үшін шығарады. Ми осы жүйелердегі жағымсыз кері әсерді жеңіп, дененің ішкі белгілерін үнемі бағалай алады. Осылайша дене өз ресурстарын тиімді реттей алады және энергияны жинап алады. Аллостаздың тағы бір негізгі компоненті - мидың ұғымы және содан кейінгі созылмалы стресске бейімделуі. Стерлинг пен Айер мидың классикалық кондиционирлеу арқылы қоршаған ортаның талаптарына жауап беруге денені дайындау үшін стресс факторларын алдын ала болжауы мүмкін деген теорияны ұсынды. Егер ми үнемі стрессті түсіндіруге немесе тіпті күтуге тырысса, онда ол эпигенетикалық өзгерістерді тұрақты түрде созылмалы қозу жағдайына бейімдеуге әкелуі мүмкін, бұл жүректің көбейген шығысын қолдау үшін қалың қан тамырлары сияқты физиологиялық өзгерістерге әкеледі және стресс гормоны рецепторларын төмендету.

Иммундық жүйені реттеу

Ми әдетте иммундық жасушалардың синтезін, дифференциациясын және көшіп-қонуын, цитокиндер мен интерлейкиндерді шығаруды, ішкі температураның орнатылған нүктесін көтеруді және метаболизмді қайта бағыттауды қамтитын шетелдік қауіпке қарсы иммундық жауапты үйлестіреді. Аллостатикалық (баяндамалық) реттеу миға қажеттіліктерді бірінші орынға қоюға мүмкіндік береді, мысалы, көбірек оттегі мен қоректік заттарды ең қажетті мүшелерге жібереді. Мысалы, мысықтардың белсенді жаттығу кезінде қанның оттегімен қамтамасыз етілуі 18 есеге дейін көбейеді, ал жүректің қуаты 3,5 есеге ғана көбейеді. Сондықтан миы ас қорыту жүйесінен қанды уақытша алады, ал бүйрек оны бұлшық етке қайта бағыттайды. Бұлшықеттердің қажеттілігі азайып, ол кейін қарызын өтейтін болады. Орган жүйелері арасындағы алмасуды бірінші орынға қою мүмкіндігі болмаса, жүрек пен өкпе әлдеқайда үлкен болуы керек, ал бұл қымбат қосымша қуаттың көп бөлігі пайдаланылмайды. Әрбір жүйе белгілі бір диапазон бойынша жұмыс істеуге бейімделеді. Мысалы, конус фоторецепторлары күндізгі жарықты 10,000 есеге дейін сезу үшін эволюцияланған, ал таяқша фоторецепторлары ай жарығы мен жұлдыз жарығын сезу үшін жеке фотондарды анықтау үшін басқаша дизайнға ие болды. Барлық жүйелер кең жұмыс диапазондарында оңтайлы жұмыс істеу үшін олардың сезімталдығын бейімдейді. Таяқ фоторецепторы айдың жарығына бейімделеді және оның жұлдыз жарығына сезімталдығын арттыру үшін бірнеше минут қажет. Метафоралық тұрғыдан алғанда, бұл машинаны үнемі жұмыс істеп тұрған машина ретінде түсіндіруге болады, өйткені машина жұмыс істегеннен кейін уақыт өте келе тиімділігі төмендейді, өйткені оған көбірек күш салынады. Дәл осылай, аллостаз процесі дененің ресурстарын басқаруда тиімділігі төмендейді, өйткені дененің денесі дененің және мидың тозуы мен жыртылуынан пайда болатын зиянды стресстің деңгейі артады. Алостатикалық жүктеменің артуы нейропластичності бұзады және азайтады, өйткені стресс мидың тез қартаюына әкеледі. Себебі, стресс кезінде денеде реттеуге жауапты префронтальды қабықшадағы синапты байланыстар жоғалады.

Түрлері

МакЭуэн және эндокринолог Джон К. Уингфилд әр түрлі жауаптар әкелетін аллостатикалық жүктеменің екі түрін ұсынды: 1-түрдегі аллостатикалық жүктеме энергия сұранысы ұсыныстан асып кеткен кезде пайда болады, нәтижесінде өмірлік оқиғаның төтенше кезеңі іске қосылады. Бұл жануарды қалыпты өмірлік кезеңдерден аллостатикалық жүктемені азайтатын және оң энергия тепе-теңдігін қалпына келтіретін өмір сүру режиміне бағыттауға қызмет етеді. Тоқырау басылғаннан кейін қалыпты өмір сүру циклін қайта бастауға болады. 2-түрдегі аллостатикалық жүктеме әлеуметтік қақтығыстар мен басқа да әлеуметтік бұзылулармен бірге жеткілікті немесе тіпті артық энергия тұтыну кезінде басталады. Соңғысы адам қоғамы мен тұтқындағы жануарларға әсер ететін кейбір жағдайларда орын алады. Барлық жағдайларда глюкокортикоидтар секрециясы және аллостаздың басқа медиаторларының, мысалы, автономды жүйке жүйесінің, орталық жүйке жүйесінің нейротрансмиттерлері мен қабыну цитокиндерінің белсенділігі аллостаздық жүктемемен бірге күшейеді және төмендейді. Аллостатикалық жүктеме созылмалы түрде жоғары болса, патологиялар пайда болады. 2-түрдегі аллостатикалық жүктеме қашу реакциясын тудырмайды және оны тек оқыту және әлеуметтік құрылымдағы өзгерістер арқылы ғана терістеуге болады. Аллостаздың екі түрі де кортизол мен катехоламиннің жоғарылатуымен байланысты болса, олар қалқанша безінің гомеостазына әртүрлі әсер етеді: қалқанша безінің трийодтиронин гормонының концентрациясы 1-ші типтегі аллостазда төмендейді, бірақ 2-ші типтегі аллостазда жоғарылайды. Бұл гипофиз қабықшасы кері байланыс бақылауының орнатылған нүктесін арттыратын 2- типті аллостатикалық жүктемеден туындауы мүмкін.

Алостатикалық оркестрлеу парадигмасы

Сун Ли аллостатикалық оркестрлеу парадигмасын (АПО) таныстырды, ол аллостаз қағидасын кеңейтіп, "АПО эволюциялық тұрғыдан пайда болды және қоршаған ортаның өзгеруіне байланысты биологиялық белгілер өзгеріп отыратынын мойындайды. " денсаулыққа интеграцияланған көзқарас қоршаған ортаны қамтиды. Аллостазис қоғам, жеке адам және жақын қауым деңгейінде жаңа шешімдерге көбірек көңіл бөлуге шақырады. Оның орнына ми қажет болды, өйткені оның үлкен мөлшері тиімді басқаруға қабілетті. Алайда сирек жағдайларда жануарлар түрлері миға немесе ұқсас аллостатикалық процеске сүйенбейді. Теңіз шыбығының бір мысалы, өйткені личинкалар толық өскеннен кейін олар миын сіңіреді. Теңіз шыбығының аллостатикалық процесі адам сияқты күрделі емес, өйткені екі түрдің де әр түрлі күрделіліктегі экологиялық нишалары бар (яғни барлық жануарлардың қоршаған ортаға және өмірлік циклдерге бейімделген милары бар).

Тұжырымдаманың сипаты

Аллостаз гомеостаздан кең гипотезаны ұсынады: физиологиялық реттеудің негізгі мақсаты қатаң тұрақтылық емес; керісінше, бұл организмнің қажеттіліктерін алдын ала болжап, оларды дереу қанағаттандыратын икемді өзгерісі. Аллостаз қоршаған ортаға жай ғана жауап берудің орнына, болжамдық реттеуді пайдаланады, оның үйлесімділік білдіретіндей, қоршаған ортаның өзгеруіне жауап ретінде бірдей немесе "теңдікте" болудың орнына, күткен нәрсеге негізделген бейімделудің эволюциясындағы күрделі мақсаты бар. Бұл гомеостазды аллостаздың ішінде функция ретінде орналастырады; дегенмен, кейбіреулер бұл жалпы алғанда үлкен парадигма деп санайды. Аллостаз денсаулық пен ауруды зертханалық зерттеулер немесе қан қысымы сияқты тұрақты өлшемдерден тыс қайта анықтайды. Ал денсаулықты осы мәндердің икемділігі деп анықтау үшін оны кеңейтеді. Стерлингтің қан қысымы - бұл денсаулықты өлшеудің ең жақсы мысалы, ол мидың күтілетін талаптарымен сәйкес келетін жағдайда ауытқуы мүмкін, сондықтан ол осы талапқа сай келеді. Ал, денсаулық аурулар континууміндегі басқа, немесе денсаулығы нашар жағдай, қан қысымының бірдей немесе "тұрақты" болып қалуы және жаңа талапқа сай келмеуі. Wingfield былай дейді:Алостаз ұғымы, өзгерістер арқылы тұрақтылықты сақтау, ағзалар алдын ала болжауға болатын және болжауға болмайтын оқиғаларға белсенді бейімделетін негізгі процесс. Алостаздық жүктеме - бұл телостаздың жиынтық шығындарын білдіреді, ал аллостаздық жүктеме - бұл ауыр патофизиологияның пайда болуы мүмкін жағдай. Алостаз ұғымын қолдану үшін негіз ретінде энергия кірісі мен шығыны арасындағы тепе-теңдікті пайдалану арқылы, аллостаздық жүктеменің екі түрі ұсынылды. Стерлинг (2004) аллостаз моделін құрайтын бірнеше өзара байланысты нүктелерді ұсынды: Организмдер тиімді болу үшін жасалған. Тиімділік үшін мидың қажеттілікті алдын ала болжап, қымбатқа түсетін қателіктерді болдырмауы қажет. Ми қажеттіліктерді бірінші орынға қойып, сауда-саттыққа ықпал ету арқылы тиімділікті арттырады. Барлық жүйелер, оның ішінде ми, мүшелер жүйесі және жеке жасушалар белгілі бір жұмыс ауқымына арналған. (Мысалы, конус фоторецепторлары күндізгі жарыққа, ал таяк фоторецепторлары ай мен жұлдыз жарығына бейімделеді). Жүйенің параметрлері болжамды сұранысқа сәйкес өзгереді және олардың сезімталдығын бейімдейді. Кең ауқым икемді және сау жүйені білдірсе, олардың дамыған жұмыс ауқымы созылмалы түрде асып кеткен кезде барлық деңгейдегі жүйелер бұзылады.

Клиникалық мәні

Аллостаз жасушалық және жүйелік деңгейде болады. Адамдар созылмалы стресске ұшырағанда, ми қан қысымын созылмалы түрде көтереді; содан кейін артериялық бұлшық еттер жоғары қысымды болжап, гипертрофиямен жауап береді (салмақ бұлшық еттеріндей, біз салмақ көтергенде). Бірте-бірте бүкіл жүрек-қан тамыр жүйесі жоғары қысым деңгейіндегі өмірге бейімделеді. Бұл созылмалы гипертония деп аталады, ол жүрек-қан тамырлары аурулары мен инсульттан болатын өлім-жітім деңгейін жоғарылатады. Сол сияқты, көмірсутектердің жоғары мөлшерін тұрақты түрде ұстап тұру үшін қандағы глюкозаның тұрақты түрде жоғары болуын талап ету керек, ал бұл инсулиннің тұрақты түрде жоғары деңгейіне әкеледі, ол көмірсутектердің жоғары мөлшерін басқару қажеттілігін күтіп, көбейеді. Инсулин рецепторларын экспрессиялайтын жасушалар инсулиннің жоғары деңгейін болжайды, олардың сезімталдығын азайта отырып, бейімделеді (жарқын жарықта фоторецепторлар сияқты). Бұл 2-ші типті қант диабетіне және көптеген себептерден болатын өлім-жітімге әкеледі. Дәрігерлер бұл реакцияны инсулинге қарсы тұру деп атаса да, оны алдын ала реттеудің салдары ретінде жақсырақ түсінуге болады. Аллостаз өзгеріп отыратын жағдайлардың ішінде ішкі өмір сүруді сақтау үшін өте маңызды.