Гомеостаз

В організмі вищих тварин виробились пристосування, протидіючі багатьом впливам зовнішнього середовища, що забезпечують відносно постійні умови існування клітин. Це має найважливіше значення для життєдіяльності цілісного організму. Ілюструємо це прикладами. Клітини організму теплокровних тварин, тобто тварин, що володіють постійною температурою тіла, нормально функціонують лише у вузьких температурних межах (у людини в межах 36-38°). Зсув температури за межі цих границь приводить до порушення життєдіяльності клітин. Разом з тим організм теплокровних тварин може нормально існувати при значно більш широких коливаннях температури зовнішнього середовища. Наприклад, полярний ведмідь може жити при температурі 70° і +20-30°. Це пов'язано з тим, що в цілісному організмі регулюється його теплообмін з навколишнім середовищем, тобто теплоутворення (інтенсивність, хімічних процесів, що відбуваються із звільненням тепла) і тепловіддача. Так, при низькій температурі зовнішнього середовища теплоутворення збільшується, а тепловіддача зменшується. Тому при коливаннях зовнішньої температури (в деяких межах) зберігається сталість температури тіла.
Функції клітин організму нормальні лише при відносному сталості осмотичного тиску, обумовленого постійністю вмісту в клітинах електролітів і води. Зміни осмотичного тиску - його зменшення або його збільшення - призводять до різких порушень функцій і структури клітин. Організм як ціле може деякий час існувати і при надлишковому надходженні і при позбавленні його води, і при великих і малих кількостях солей в їжі. Це пояснюється наявністю в організмі пристосувань, що сприяють підтриманню
постійності кількості води та електролітів в організмі. У разі надмірного надходження води значні її кількості швидко виділяються з організму видільними органами (нирками, потовими залозами, шкірою), а при нестачі води вона утримується в тілі. Рівним чином видільні органи регулюють вміст електролітів в організмі: вони швидко виводять надмірні кількості або утримують їх в рідинах організму при недостатньому надходженні солей.
Концентрація окремих електролітів в крові та в тканинній рідині, з одного боку, і в протоплазмі клітин, з іншого, різна. В крові та в тканинній рідині міститься більше іонів натрію, а в протоплазмі клітин більше іонів калію. Різниця концентрації іонів всередині клітини і поза її досягається спеціальним механізмом, який утримує іони калію всередині клітини і не дозволяє накопичуватися в клітині іонів натрію. Цей механізм, природа якої ще не ясна, названий натрій-калієвим насосом і пов'язаний з процесом обміну речовин клітини.
Клітини організму вельми чутливі до зрушень концентрації водневих іонів. Зміна концентрації цих іонів в ту або іншу сторону різко порушує життєдіяльність клітин. Для внутрішнього середовища організму характерно сталість концентрації водневих іонів, залежне від наявності в крові і тканинної рідини так званих буферних систем (стор 48) і від діяльності органів виділення. При збільшенні вмісту кислот або лугів у крові вони швидко виводяться з організму, і таким шляхом підтримується сталість концентрації водневих іонів внутрішнього середовища.
Клітини, особливо нервові, дуже чутливі до зміни рівня цукру в крові, службовця важливою живильною речовиною. Тому велике значення для процесу життєдіяльності має сталість вмісту цукру в крові. Воно досягається тим, що при підвищенні в крові рівня цукру в печінці і м'язах синтезується з нього що відкладається в клітинах полісахарид - глікоген, а при зниженні рівня цукру в крові глікоген розщеплюється в печінці і м'язах та звільняється виноградний цукор, що надходить у кров.
Сталість хімічного складу і фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища є важливою особливістю організмів вищих тварин. Для позначення цього сталості У. Кеннон запропонував термін, що одержав широке поширення, - гомеостаз. Виразом гомеостазу є наявність ряду біологічних констант, тобто стійких кількісних показників, що характеризують нормальний стан організму. Такими постійними за величиною показниками є: температура тіла, осмотичний тиск крові і тканинної рідини, вміст у них іонів натрію, калію, кальцію, хлору і фосфору, а також білків і цукру, концентрація водневих іонів і ряд інших.
Відзначаючи сталість складу, фізико-хімічних і біологічних властивостей внутрішнього середовища, слід підкреслити, що воно є не абсолютним, а відносним і динамічним. Це сталість досягається безперервно здійснюється роботою ряду органів і тканин, в результаті якої вирівнюються відбуваються під впливом змін зовнішнього середовища і в результаті життєдіяльності організму зрушення в складі і фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища.
Роль різних органів і їх систем в збереженні гомеостазу різна. Так, система органів травлення забезпечує надходження в кров поживних речовин в тому вигляді, в якому вони можуть бути використані клітинами організму. Система органів кровообігу здійснює безперервний рух крові і транспорт різних речовин в організмі, в результаті чого поживні речовини, кисень і різні хімічні сполуки, що утворюються в самому організмі, надходять до клітин, а продукти розпаду, в тому числі вуглекислота, що виділяються клітинами, переносяться до органів, які їх виводять з організму. Органи дихання забезпечують надходження кисню в кров і видалення вуглекислого газу з організму. Печінка і ряд інших органів здійснюють значну кількість хімічних перетворень - синтез і розщеплення багатьох хімічних сполук, що мають значення у життєдіяльності клітин. Органи виділення - нирки, легені, потові залози, шкіра - видаляють з організму кінцеві продукти розпаду органічних речовин і підтримують сталість вмісту води та електролітів крові, а отже, в тканинної рідини і в клітинах організму.
У підтримці гомеостазу найважливіша роль належить нервовій системі. Чутливо реагуючи на різні зміни зовнішнього чи внутрішнього середовища, вона так регулює діяльність органів і систем, що попереджаються і вирівнюються зрушення і порушення, які відбуваються або можуть відбутися в організмі.
Завдяки розвитку засобів, що забезпечують відносну сталість внутрішнього середовища організму, його клітини менш схильні до мінливих впливів зовнішнього середовища. Згідно Кл. Бернару, «сталість внутрішнього середовища є умовою вільного та незалежного життя».
Гомеостаз має певні межі. При перебуванні, особливо тривалому, організму в умовах, які значно відрізняються від тих, до яких він пристосований, гомеостаз порушується і можуть відбутися зрушення, несумісні з нормальним життям. Так, при значній зміні зовнішньої температури в бік її підвищення, так і зниження, температура тіла може підвищитися або знизитися і може настати перегрівання або охолодження організму, що приводить до загибелі. Рівним чином, при значному обмеженні надходження в організм води і солей або повне позбавлення його цих речовин відносне сталість складу та фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища через деякий час порушується і життя припиняється.

Високий рівень гомеостазу виникає лише на певних етапах видового та індивідуального розвитку. Нижчі тварини не володіють достатньо розвиненими пристосуваннями для пом'якшення або усунення впливів змін зовнішнього середовища. Так, наприклад, відносну постійність температури тіла (гомойотермия) підтримується лише у теплокровних тварин. У так званих холоднокровних тварин температура тіла близька до температури зовнішнього середовища і представляє змінну величину (пойкилотермия). У новонародженої тварини немає такої сталості температури тіла, складу і властивостей внутрішнього середовища, як у дорослого організму.

Навіть невеликі порушення гомеостазу призводять до патології, і тому визначення щодо постійних фізіологічних показників, таких, як температура тіла, артеріальний тиск крові, склад, фізико-хімічні та біологічні властивості крові і т. п., має велике діагностичне значення.