1
HOMEOSTAZA
Fiziologija je biološka disciplina koja se bavi izučavanjem različitih procesa koji se
odigravaju u živim sistemima. Uprkos raznovrsnosti i brojnosti, svi procesi koji se ispituju u
okviru fiziologije mogu se podvesti pod jednu od sledećih tema:
1.
povezanost strukture i funkcije na različitim nivoima organizacije (od molekula,
preko ćelija, tkiva, organa i sistema organa do organizma kao celine);
2.
upotreba energije u živim sistemima;
3.
protok informacija u živim sistemima;
4.
održavanje homeostaze.
Homeostaza nije ravnoteža
Homeostaza se definiše kao stalnost (konstantnost) unutrašnje sredine
organizma. Međutim, da bi se definicija homeostaze u potpunosti razumela, mora se
odgovoriti na dva pitanja - šta konkretno predstavlja unutrašnju sredinu jednog
višećelijskog organizma i zašto je bitno održavati njenu konstantnost.
U najopštijem smislu, svaki višećelijski organizam može se podeliti na dva
različita odeljka - unutarćelijsku i vanćelijsku tečnost koje su međusobno razdvojene
ćelijskom membranom. Vanćelijska tečnost predstavlja “tampon“ zonu između ćelija i
spoljašnje sredine. Sve što ulazi ili izlazi iz ćelije prvo mora da prođe kroz vanćelijsku
tečnost. Drugim rečima, vanćelijska tečnost predstavlja unutrašnju sredinu za ćelije
jednog organizma.
Zašto je bitno održavati konstantnost unutrašnje sredine, odnosno vanćelijske
tečnosti?
Ćelije višećelijskog organizma nisu tolerantne na promene u unutrašnjoj
sredini i u tom pogledu slične su prvobitnim jednoćelijskim organizmima koji su
nastajali u tropskim morima. Ovi jednoćelijski organizmi živeli su u okruženju u
kojem su temperatura, koncentracija kiseonika, salinitet i pH veoma malo varirali. Tu
vrstu “evolutivnog pamćenja“ zadržale su i ćelije višećelijskih organizama. S tim u
vezi razvile su brojne mehanizme kojima neprekidno nastoje da održavaju stalnost
unutrašnje sredine.
Unutarćelijska i vanćelijska tečnost predstavljaju vodene rastvore različitih molekula i
jona. Sa izuzetkom nekoliko tipova ćelija, molekuli vode su jedine čestice koje mogu
slobodno da prolaze kroz ćelijsku membranu. Kao posledica slobodnog kretanja vode kroz
membranu, unutarćelijska i vanćelijska tečnost nalaze se u stanju
osmotske ravnoteže
. To
znači da je ukupna koncentracija svih rastvorenih supstanci jednaka sa obe strane ćelijske
membrane.
Uprkos tome, koncentracija pojedinačnih rastvorenih supstanci različita je u ćeliji i
izvan nje. Tako su npr. joni Na
+
, Cl
-
i HCO
3
-
koncentrovaniji u vanćelijskoj, za razliku od K
+
i krupnih proteinskih anjona koji su koncentrovaniji u unutarćelijskoj tečnosti (citosolu).
2
Usled različite koncentracije pojedinačnih vrsta rastvorenih supstanci u unutarćelijskoj i
vanćelijskoj tečnosti, naše telo se nalazi u stanju
hemijske neravnoteže
. Hemijska
neravnoteža je jedinstvena odlika živih organizama i njeno održavanje zahteva kontinurini
utrošak energije.
Mnoge od supstanci koje su rastvorene u unutarćelijksoj i vanćelijskoj tečnosti su
joni. Iako je naše telo u celini elektroneutralno, negativno naelektrisanje nalazi se u višku u
unutarćelijskoj, a pozitivno u vanćelijskoj sredini. Za svaki anjon koji se “u višku“ nalazi u
ćeliji, u vanćelijskoj sredini se nalazi odgovarajući katjon kako bi naše telo kao celina bilo
elektroneutralno. Kao rezultat nejednake raspodele katjona i anjona sa različitih strana
ćelijske membrane, organizam se nalazi u stanju
električne neravnoteže
. Prolaskom jona
kroz ćelijsku membranu ostvaruje se električna komunikacija, o kojoj će detaljnije biti reči u
nastavku poglavlja.
Da rezimiramo - termin homeostaza ne može se izjednačiti sa terminom ravnoteža.
Unutarćelijski i vanćelijski odeljci organizma nalaze se u stanju osmotske ravnoteže, ali su
istovremeno i u stanju hemijske i električne neravnoteže. Cilj homeostataskih procesa u
organizmu je održavanje
stabilnog dinamičnog stanja
, koje počiva na održanju osmotske
ravnoteže, i hemijske i električne neravnoteže.
Raspodela ratsvorenih supstanci između unutarćelijske i vanćelijske tečnosti zavisi od
toga da li i na koji način supstanca može da prođe kroz ćelijsku membranu. Voda je jedini
molekul koji može slobodno da se kreće kroz membranu skoro svih ćelija u organizmu.
(Izuzetak su epitelne ćelije distalnog nefrona.) Molekuli vode jesu polarni, ali zbog malih
dimenzija mogu direktno da prođu kroz fofolipidni dvosloj. Ipak najveća količina vode ulazi i
izlazi iz ćelije kroz jonske kanale i specijalizovane kanale izgrađene od proteina akvaporina.
U proseku, voda čini oko 60% telesne mase odraslog čoveka. Unutarćelijska tečnost
predstavlja 2/3 ukupne zapremine tečnosti u organizmu, dok ostatak otpada na vanćelijsku
tečnost. Oko 75% vanćelijske tečnosti je međućelijska (intersticijska) tečnost, a 25% je u
vidu krvne plazme.
Fiziološki refleksi koji učestvuju u održavanju homeostaze
Održavanje homeostaze postiže se posredstvom fizioloških refleksa. Složeni fiziološki
refleksi podrazumevaju slanje informacija kroz čitavo telo. Komunikacija na daljinu odigrava
se posredstvom hemijskih, ili kombinovanjem hemijskih i električnih signala.
Homeostaza se održava komunikacijom “na daljinu“.
Komunikacija između
udaljenih delova organizma ostvaruje se dejstvom nervnog i endokrinog sistema. Nervni i
endokrini sistem neprestano integrišu informacija iz različitih delova organizma u jedninstven
koordinisan odgovor.
Svi fiziološki refleksi mogu se rasčlaniti u sedam osnovnih komponenti:
stimuslus
→
receptor
(senzor) →
ulazni signal
→
integrišući centar
→
izlazni signal
→
efektor
→
odgovor
. U zavisnosti kako se sprovodi kontrola nekog fiziološkog refleksa, oni se mogu
podeliti na nervne, endokrine i mešovite. U slučaju mešovitih refleksa, postoje najmanje dva
