Гомеостаз

Несмотря на то, что кровь  представляет общую внутреннюю среду  организма, клетки органов и тканей непосредственно не соприкасаются  с ней. В многоклеточных организмах каждый орган имеет свою собственную  внутреннюю среду (микросреду), отвечающую его структурным и функциональным особенностям, и нормальное состояние  органов зависит от химического  состава, физико-химических, биологических  и других свойств этой микросреды. Ее гомеостаз обусловлен функциональным состоянием гистогематических барьеров и их проницаемостью в направлениях кровь - тканевая жидкость; тканевая жидкость - кровь.

Особо важное значение имеет  постоянство внутренней среды для  деятельности центральной нервной  системы: даже незначительные химические и физико-химические сдвиги, возникающие  в цереброспинальной жидкости, глии и околоклеточных пространствах, могут вызвать резкое нарушение течения жизненных процессов в отдельных нейронах или в их ансамблях. Сложной гомеостатической системой, включающей различные нейрогуморальные, биохимические, гемодинамические и другие механизмы регуляции, является система обеспечения оптимального уровня артериального давления. При этом верхний предел уровня артериального давления определяется функциональными возможностями барорецепторов сосудистой системы тела, а нижний предел – потребностями организма в кровоснабжении.

К наиболее совершенным гомеостатическим механизмам в организме высших животных и человека относятся процессы терморегуляции; у гомойотермных животных колебания  температуры во внутренних отделах  тела при самых резких изменениях температуры в окружающей среде  не превышают десятых долей градуса.

Организующая роль нервного аппарата (принцип нервизма) лежит  в основе широко известных представлений  о сущности принципов гомеостаза. Однако ни принцип доминанты, ни теория барьерных функций, ни общий адаптационный синдром, ни теория функциональных систем, ни гипоталамическое регулирование гомеостаза и многие другие теории не позволяют полностью решить проблему гомеостаза.

В некоторых случаях представление  о гомеостазе не совсем правомерно используется для объяснения изолированных  физиологических  состояний, процессов и даже социальных явлений. Так возникли встречающиеся в литературе термины «иммунологический», «электролитный», «системный», «молекулярный», «физико-химический», «генетический гомеостаз» и т.п. Предпринимались попытки свести проблему гомеостаза к принципу саморегулирования. Примером решения проблемы гомеостаза с позиций кибернетики является попытка Эшби (W.R. Ashby, 1948) сконструировать саморегулирующее устройство, моделирующее способность живых организмов поддерживать уровень некоторых величин в физиологически допустимых границах.

Перед исследователями и  клиницистами на практике встают вопросы  оценки приспособительных (адаптационных) или компенсаторных возможностей организма, их регулирования, усиления и мобилизации, прогнозирования ответных реакций  организма на возмущающие воздействия. Некоторые состояния вегетативной неустойчивости, обусловленные недостаточностью, избытком или неадекватностью регуляторных механизмов, рассматриваются как  «болезни гомеостаза». С известной  условностью к ним могут быть отнесены функциональные нарушения  нормальной деятельности организма, связанные  с его старением, вынужденная  перестройка биологических ритмов, некоторые явления вегетативной дистонии гипер - и гипокомпенсаторная реактивность при стрессовых и экстремальных воздействиях и т.д.

Для оценки состояния гомеостатических механизмов в физиологическом эксперименте и в клинической практике применяются  разнообразные  дозированные функциональные пробы (холодовая, тепловая, адреналиновая, инсулиновая, мезатоновая и др.) с определением в крови и моче соотношения биологически активных веществ (гормонов, медиаторов, метаболитов) и т.д.

Биофизические механизмы  гомеостаза.

С точки зрения химической биофизики гомеостаз – это  состояние, при котором все процессы, ответственные за энергетические превращения  в организме, находятся в динамическом равновесии. Это состояние обладает наибольшей устойчивостью и соответствует  физиологическому оптимуму. В соответствии с представлениями термодинамики  организм и клетка могут существовать и приспосабливаться к таким  условиям среды, при которых в  биологической системе возможно установление стационарного течения  физико-химических процессов, т.е. гомеостаза. Основная роль в установлении гомеостаза принадлежит в первую очередь  клеточным мембранным системам, которые  ответственны за биоэнергетические  процессы и регулируют скорость поступления  и выделения веществ клетками.

С этих позиций основными  причинами нарушения являются необычные  для нормальной жизнедеятельности  неферментативные реакции, протекающие в мембранах; в большинстве случаев это цепные реакции окисления с участием свободных радикалов, возникающие в фосфолипидах клеток. Эти реакции ведут к повреждению структурных элементов клеток и нарушению функции регулирования. К факторам, являющимся причиной нарушения гомеостаза, относятся также агенты, вызывающие радикалообразование, - ионизирующие излучения, инфекционные токсины, некоторые продукты питания, никотин, а также недостаток витаминов и т.д.

Одним из основных факторов, стабилизирующих гомеостатическое состояние и функции мембран, являются биоантиокислители, которые сдерживают развитие окислительных радикальных реакций.

Возрастные особенности  гомеостаза у детей.

Постоянство внутренней среды  организма и относительная устойчивость физико-химических показателей в  детском возрасте обеспечиваются при  выраженном преобладании анаболических  процессов обмена над катаболическими. Это является непременным условием роста и отличает детский организм от организма взрослых, у которых  интенсивность метаболических процессов  находится в состоянии динамического  равновесия. В связи с этим нейроэндокринная регуляция гомеостаза детского организма  оказывается более напряженной, чем у взрослых. Каждый возрастной период характеризуется специфическими особенностями механизмов гомеостаза и их  регуляции. Поэтому у детей значительно чаще, чем у взрослых, встречаются тяжелые нарушения гомеостаза, нередко угрожающие жизни. Эти нарушения чаще всего связаны с незрелостью гомеостатических функций почек, с расстройствами функций желудочно-кишечного тракта или дыхательной функции легких.

Рост ребенка, выражающийся в увеличении массы его клеток, сопровождается отчетливыми изменениями  распределения жидкости в организме. Абсолютное увеличение объема внеклеточной жидкости отстает от темпов общего нарастания веса, поэтому относительный  объем внутренней среды, выраженный в процентах от веса тела, с возрастом  уменьшается. Эта зависимость особенно ярко выражена на первом году после  рождения. У детей более старших возрастов темпы изменений относительного объема внеклеточной жидкости уменьшаются. Система регуляции постоянства объема жидкости (волюморегуляция) обеспечивает компенсацию отклонений в водном балансе в достаточно узких пределах. Высокая степень гидратации тканей у новорожденных и детей раннего возраста определяет значительно более высокую, чем у взрослых, потребность ребенка в воде (в расчете на единицу массы тела). Потери воды или ее ограничение быстро ведут к развитию дегидратации за счет внеклеточного сектора, т. е. внутренней среды. При этом почки - главные исполнительные органы в системе волюморегуляции - не обеспечивают экономии воды. Лимитирующим фактором регуляции является незрелость канальцевой системы почек. Важнейшая особенность нейроэндокринного контроля гомеостаза у новорожденных и детей раннего возраста заключается в относительно высокой секреции и почечной экскреции альдостерона, что оказывает прямое влияние на состояние гидратации тканей и функцию почечных канальцев.

Регуляция осмотического  давления плазмы крови и внеклеточной жидкости у детей также ограничена. Осмолярность внутренней среды колеблется в более широком диапазоне (± 50 мосм/л), чем у взрослых

(± 6 мосм/л). Это связано с большей величиной поверхности тела на 1 кг веса и, следовательно, с более существенными потерями воды при дыхании, а также с незрелостью почечных механизмов концентрации мочи у детей. Нарушения гомеостаза, проявляющиеся гиперосмосом, особенно часто встречаются у детей периода новорожденности и первых месяцев жизни; в более старших возрастах начинает преобладать гипоосмос, связанный главным образом с желудочно-кишечными заболеванием или болезнями почек. Менее изучена ионная регуляция гомеостаза, тесно связанная с деятельностью почек и характером питания.

Ранее считалось, что основным фактором, определяющим величину осмотического  давления внеклеточной жидкости, является концентрация натрия, однако более  поздние исследования показали, что  тесной корреляции между содержанием  натрия в плазме крови и величиной  общего осмотического давления при  патологии не существует. Исключение составляет плазматическая гипертония. Следовательно, проведение гомеостатической терапии путем введения глюкозосолевых растворов требует контроля не только за содержанием натрия в сыворотке или плазме крови, но и за изменениями общей осмолярности внеклеточной жидкости. Большое значение в поддержании общего осмотического давления во внутренней среде имеет концентрация сахара и мочевины. Содержание этих осмотически активных веществ и их влияние на водно-солевой обмен при многих патологических состояниях могут резко возрастать. Поэтому при любых нарушениях гомеостаза необходимо определять концентрацию сахара и мочевины. В силу вышесказанного у детей раннего возраста при нарушении водно-солевого и белкового режимов может развиваться состояние скрытого гипер - или гипоосмоса, гиперазотемии.

Важным показателем, характеризующим  гомеостаз у детей, является концентрация водородных ионов в крови и  внеклеточной жидкости. В антенатальном  и раннем постнатальном периодах регуляция кислотно-щелочного равновесия тесно связана со степенью насыщения  крови кислородом, что объясняется  относительным преобладанием анаэробного  гликолиза в биоэнергетических  процессах. При этом даже умеренная  гипоксия у плода сопровождается накоплением в его тканях молочной кислоты. Кроме того, незрелость ацидогенетической функции почек создает предпосылки для развития «физиологического» ацидоза (сдвиг кислотно-щелочного равновесия в организме в сторону относительного увеличения количества анионов кислот.). В связи с особенностями гомеостаза у новорожденных нередко возникают расстройства, стоящие на грани между физиологическими и патологическими.

Перестройка нейроэндокринной системы в пубертатном периоде (периоде полового созревания) также  сопряжена с изменениями гомеостаза. Однако функции исполнительных органов (почки, легкие) достигают в этом возрасте максимальной степени зрелости, поэтому тяжелые синдромы или  болезни гомеостаза встречаются  редко, чаще же речь идет о компенсированных сдвигах в обмене веществ, которые  можно выявить лишь при биохимическом  исследовании крови. В клинике для  характеристики гомеостаза у детей  необходимо исследовать следующие  показатели: гематокрит, общее осмотическое давление, содержание натрия, калия, сахара, бикарбонатов и мочевины в крови, а также рН крови, р0₂ и рСО₂.

Особенности гомеостаза в пожилом и старческом возрасте.

Один и тот же уровень  гомеостатических величин в различные  возрастные периоды поддерживается за счет различных сдвигов в системах их регулирования. Например, постоянство  уровня артериального давления в  молодом возрасте поддерживается за счет более высокого минутного сердечного выброса и низкого общего периферического  сопротивления сосудов, а в пожилом  и старческом — за счет более  высокого общего периферического сопротивления  и уменьшения величины минутного  сердечного выброса. При старении организма  постоянство важнейших физиологических  функций поддерживается в условиях уменьшения надежности и сокращения возможного диапазона физиологических  изменений гомеостаза. Сохранение относительного гомеостаза при существенных структурных, обменных и функциональных изменениях достигается тем, что одновременно происходит не только угасание, нарушение  и деградация, но и развитие специфических  приспособительных механизмов. За счет этого поддерживается неизменный уровень  содержания сахара в крови, рН крови, осмотического давления, мембранного  потенциала клеток и т.д.

Существенное значение в  сохранении гомеостаза в процессе старения организма имеют изменения механизмов нейрогуморальной регуляции, увеличение чувствительности тканей к действию гормонов и медиаторов на фоне ослабления нервных влияний.

При старении организма существенно  изменяется работа сердца, легочная вентиляция, газообмен, почечные функции, секреция пищеварительных желез, функция  желез внутренней секреции, обмен  веществ и др. Изменения эти  могут быть охарактеризованы как  гомеорезис — закономерная траектория (динамика) изменения интенсивности обмена и физиологических функций с возрастом во времени. Значение хода возрастных изменений очень важно для характеристики процесса старения человека, определения его биологического возраста.