Informatie

1.4.14.4: Inleiding tot homeostase - biologie


Wat je gaat leren: Bespreek het belang van homeostase bij dieren

Dierlijke organen en orgaansystemen passen zich voortdurend aan interne en externe veranderingen aan via een proces dat homeostase ("steady state") wordt genoemd. Zelfs een dier dat schijnbaar inactief is, handhaaft dit homeostatische evenwicht.


1.4.14.4: Inleiding tot homeostase - biologie

Homeostase wordt in stand gehouden door de reacties van het lichaam op ongunstige stimuli, waardoor een optimale fysiologische omgeving wordt behouden.

Leerdoelen

Modelleer het feedbackproces van homeostase

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • Homeostatische controlemechanismen hebben ten minste drie onderling afhankelijke componenten: een receptor, integratiecentrum en effector.
  • De receptor neemt omgevingsstimuli waar en stuurt de informatie naar het integratiecentrum.
  • Het integrerende centrum, over het algemeen een gebied van de hersenen dat de hypothalamus wordt genoemd, signaleert een effector (bijvoorbeeld spieren of een orgaan) om op de stimuli te reageren.
  • Positieve feedback verbetert of versnelt de output die wordt gecreëerd door een geactiveerde stimulus. De aggregatie en accumulatie van bloedplaatjes als reactie op een blessure is een voorbeeld van positieve feedback.
  • Negatieve feedback brengt een systeem terug naar het niveau van normaal functioneren. Aanpassingen van bloeddruk, metabolisme en lichaamstemperatuur zijn allemaal negatieve feedback.

Sleutelbegrippen

  • homeostase: Het vermogen van een systeem of levend organisme om zijn interne omgeving aan te passen om een ​​stabiel evenwicht te behouden, zoals het vermogen van warmbloedige dieren om een ​​constante lichaamstemperatuur te handhaven.
  • negatieve feedback: Een feedbacklus waarin de output van een systeem de activiteit vermindert die die output veroorzaakt.
  • positieve feedback: Een feedbacklus waarin de output van een systeem wordt verhoogd door de eigen invloed van het mechanisme op het systeem dat die output creëert.

Voorbeelden

Wanneer een persoon niet genoeg te eten heeft, past het lichaam zich aan door het metabolisme te vertragen, zodat hij of zij minder calorieën verbruikt. Deze aanpassing bespaart de beperkte energie die beschikbaar is uit het ontoereikende dieet.

Concept van homeostase

Homeostase reguleert de interne omgeving van een organisme en handhaaft een stabiele, constante toestand van eigenschappen zoals temperatuur en pH. Homeostase kan worden beïnvloed door interne of externe omstandigheden en wordt in stand gehouden door veel verschillende mechanismen. Alle homeostatische controlemechanismen hebben ten minste drie onderling afhankelijke componenten voor de variabele die wordt gereguleerd:

  • Een sensor of receptor detecteert veranderingen in de interne of externe omgeving. Een voorbeeld zijn perifere chemoreceptoren, die veranderingen in de pH van het bloed detecteren.
  • Het integratiecentrum of controlecentrum ontvangt informatie van de sensoren en initieert de reactie om de homeostase te handhaven. Het belangrijkste voorbeeld is de hypothalamus, een hersengebied dat alles regelt, van lichaamstemperatuur tot hartslag, bloeddruk, verzadiging (volheid) en circadiane ritmes (slaap- en waakcycli).
  • Een effector is elk orgaan of weefsel dat informatie ontvangt van het integratiecentrum en handelt om de veranderingen teweeg te brengen die nodig zijn om de homeostase te handhaven. Een voorbeeld is de nier, die water vasthoudt als de bloeddruk te laag is.

De sensoren, het integratiecentrum en de effectoren zijn de basiscomponenten van elke homeostatische respons. Positieve en negatieve feedback zijn meer gecompliceerde mechanismen die deze drie basiscomponenten in staat stellen om de homeostase te handhaven voor complexere fysiologische processen.

Positieve feedback

Positieve feedback is een mechanisme waarbij een output wordt verbeterd om de homeostase te behouden. Positieve feedbackmechanismen zijn ontworpen om de output die wordt gecreëerd door een stimulus die al is geactiveerd, te versnellen of te verbeteren. Positieve feedbackmechanismen zijn ontworpen om niveaus buiten het normale bereik te duwen. Om dit te bereiken, initieert een reeks gebeurtenissen een trapsgewijze proces dat zich opbouwt om het effect van de stimulus te vergroten. Dit proces kan nuttig zijn, maar wordt zelden gebruikt omdat het oncontroleerbaar kan worden. Een voorbeeld van positieve feedback is de accumulatie en aggregatie van bloedplaatjes, wat op zijn beurt leidt tot bloedstolling als reactie op een beschadiging van de bloedvaten.

Negatieve feedback

Negatieve feedbackmechanismen verminderen de output of activiteit om een ​​orgaan of systeem terug te brengen naar zijn normale werkingsgebied. Regulering van de bloeddruk is een voorbeeld van negatieve feedback. Bloedvaten hebben sensoren, baroreceptoren genaamd, die detecteren of de bloeddruk te hoog of te laag is en een signaal naar de hypothalamus sturen. De hypothalamus stuurt vervolgens een bericht naar het hart, de bloedvaten en de nieren, die fungeren als effectoren bij de regulering van de bloeddruk. Als de bloeddruk te hoog is, neemt de hartslag af naarmate de bloedvaten groter worden (vasodilatatie), terwijl de nieren minder water vasthouden. Deze veranderingen zouden ervoor zorgen dat de bloeddruk terugkeert naar het normale bereik. Het proces keert om wanneer de bloeddruk daalt, waardoor de bloedvaten vernauwen en de nier de waterretentie verhoogt.

Negatieve feedbacklus: De hypothalamus scheidt corticotropine-releasing hormoon (CRH) af, dat de voorkwab van de hypofyse aanstuurt om adrenocorticotroop hormoon (ACTH) af te scheiden. Op zijn beurt stuurt ACTH de bijnierschors aan om glucocorticoïden, zoals cortisol, af te scheiden. Glucocorticoïden vervullen niet alleen hun respectievelijke functies door het hele lichaam, maar voorkomen ook verdere stimulerende afscheidingen van zowel de hypothalamus als de hypofyse

Temperatuurregeling is een ander negatief feedbackmechanisme. Zenuwcellen geven informatie over lichaamstemperatuur door aan de hypothalamus. De hypothalamus signaleert vervolgens verschillende effectoren om de lichaamstemperatuur terug te brengen naar 37 graden Celsius (het setpoint). De effectoren kunnen de zweetklieren signaleren om de huid af te koelen en vasodilatatie te stimuleren, zodat het lichaam meer warmte kan afgeven.

Als de lichaamstemperatuur onder het ingestelde punt ligt, rillen de spieren om warmte te genereren en de vernauwing van de bloedvaten helpt het lichaam om warmte vast te houden. Dit voorbeeld is zeer complex omdat de hypothalamus het temperatuurinstelpunt van het lichaam kan veranderen, zoals het verhogen tijdens koorts om een ​​infectie te helpen bestrijden. Zowel interne als externe gebeurtenissen kunnen negatieve feedbackmechanismen veroorzaken.

Homeostatische controle: Deze afbeelding illustreert de feedbackmechanismen van homeostatische controles.


Homeostatisch proces

Het doel van homeostase is het handhaven van een evenwicht rond een punt of waarde genaamd a setpunt. Hoewel er normale schommelingen zijn vanaf het instelpunt, zullen de systemen van het lichaam meestal proberen terug te gaan naar dit punt. Een verandering in de interne of externe omgeving wordt een stimulus genoemd en wordt gedetecteerd door een receptor. De reactie van het systeem is om de afwijkingsparameter in de richting van het instelpunt aan te passen. Als het lichaam bijvoorbeeld te warm wordt, worden er aanpassingen gedaan om het dier af te koelen. Als de bloedglucose stijgt na een maaltijd, worden er aanpassingen gedaan om de bloedglucosespiegel te verlagen door de voedingsstof in weefsels te krijgen die het nodig hebben of om het op te slaan voor later gebruik.


Biologie Eenheid 1 2020

Om goed te kunnen functioneren, hebben cellen de juiste omstandigheden nodig, zoals de juiste temperatuur, pH en concentraties van veel chemicaliën. Deze voorwaarden kunnen echter van het ene moment op het andere veranderen. Organismen zijn in staat om de interne omstandigheden vrijwel constant binnen een nauw bereik te houden, ondanks veranderingen in de omgeving, door middel van een proces dat homeostase of "steady state" wordt genoemd - het vermogen van een organisme om constante interne omstandigheden te handhaven. Veel organismen reguleren bijvoorbeeld hun lichaamstemperatuur in een proces dat bekend staat als thermoregulatie. Organismen die in koude klimaten leven, zoals de ijsbeer, hebben lichaamsstructuren die hen helpen lage temperaturen te weerstaan ​​en lichaamswarmte vast te houden. In warme klimaten hebben organismen methoden (zoals transpiratie bij mensen of hijgen bij honden) die hen helpen overtollige lichaamswarmte af te voeren.

IJsberen en andere zoogdieren die in met ijs bedekte gebieden leven, behouden hun lichaamstemperatuur door warmte te genereren en warmteverlies te verminderen door een dikke vacht en een dichte laag vet onder hun huid. (credit: "longhorndave"/Flickr)


Impact van homeostase

Homeostase omvat zowel fysiologische als gedragsreacties. Qua gedrag zou je warme kleding of een stukje zonlicht kunnen zoeken als je het koud begint te krijgen. Je kunt ook je lichaam naar binnen krullen en je armen dicht bij je lichaam houden om de hitte binnen te houden.

Als endothermen hebben mensen ook een aantal interne systemen die helpen bij het reguleren van de lichaamstemperatuur. Wanneer uw lichaamstemperatuur onder normaal zakt, reageren een aantal fysiologische reacties om het evenwicht te herstellen. Bloedvaten in de ledematen van het lichaam vernauwen zich om warmteverlies te voorkomen. Rillen helpt het lichaam ook om meer warmte te produceren.

Het lichaam reageert ook als de temperatuur hoger wordt dan normaal. Is het je ooit opgevallen hoe je huid rood wordt als je het erg warm hebt? Dit is je lichaam dat probeert de temperatuurbalans te herstellen. Als je het te warm hebt, verwijden je bloedvaten zich om meer lichaamswarmte af te geven. Transpiratie is een andere veelvoorkomende manier om lichaamswarmte te verminderen, daarom ben je vaak rood en bezweet op een erg warme dag.


Invoering

Planten spelen een integrale rol in alle aspecten van het leven op de planeet, geven vorm aan het fysieke terrein, beïnvloeden het klimaat en behouden het leven zoals wij dat kennen. Al millennia lang zijn menselijke samenlevingen afhankelijk geweest van planten voor voeding en medicinale verbindingen, en voor veel industriële bijproducten, zoals hout, papier, kleurstoffen en textiel. Palmen leveren materialen zoals rotan, olie en dadels. Tarwe wordt verbouwd om zowel mens als dier te voeden. De katoenbolbloem wordt geoogst en de vezels worden omgezet in kleding of pulp voor papier. De opzichtige papaver wordt gewaardeerd als sierbloem en als bron van krachtige opiaatverbindingen.

De huidige evolutionaire gedachte stelt dat alle planten monofyletisch zijn: dat wil zeggen, afstammelingen van een enkele gemeenschappelijke voorouder. De evolutionaire overgang van water naar land legde ernstige beperkingen op aan de voorouders van hedendaagse planten. Planten moesten strategieën ontwikkelen om uitdroging te voorkomen, om voortplantingscellen in de lucht te verspreiden, voor structurele ondersteuning en om zonlicht te filteren. Terwijl zaadplanten aanpassingen ontwikkelden waardoor ze zelfs de meest droge habitats op aarde konden bevolken, was niet in alle planten volledige onafhankelijkheid van water en de meeste zaadloze planten hebben nog steeds een vochtige omgeving nodig.

Als Amazon Associate verdienen we aan in aanmerking komende aankopen.

Wilt u dit boek citeren, delen of wijzigen? Dit boek is Creative Commons Attribution License 4.0 en je moet OpenStax toeschrijven.

    Als u dit boek geheel of gedeeltelijk in gedrukte vorm opnieuw distribueert, moet u op elke fysieke pagina de volgende bronvermelding opnemen:

  • Gebruik de onderstaande informatie om een ​​citaat te genereren. We raden aan om een ​​citatietool zoals deze te gebruiken.
    • Auteurs: Samantha Fowler, Rebecca Roush, James Wise
    • Uitgever/website: OpenStax
    • Titel van het boek: Concepts of Biology
    • Publicatiedatum: 25 april 2013
    • Locatie: Houston, Texas
    • Boek-URL: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/1-introduction
    • Sectie-URL: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/14-introduction

    © 12 januari 2021 OpenStax. Tekstboekinhoud geproduceerd door OpenStax is gelicentieerd onder een Creative Commons Attribution License 4.0-licentie. De OpenStax-naam, het OpenStax-logo, de OpenStax-boekomslagen, de OpenStax CNX-naam en het OpenStax CNX-logo zijn niet onderworpen aan de Creative Commons-licentie en mogen niet worden gereproduceerd zonder de voorafgaande en uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van Rice University.


    Feedbackmechanismen

    Feedbackmechanismen kunnen positief of negatief zijn. Een positief feedbackmechanisme versterkt of vergroot veranderingen in een systeem. In een positieve feedbacklus veroorzaakt de input een toename van de output, wat een verdere toename van de input veroorzaakt. De activering van het spijsverteringsenzym pepsine is een voorbeeld van een positief feedbackmechanisme. Het eten van voedsel zorgt ervoor dat de maag een eiwit vrijgeeft dat pepsinogeen wordt genoemd. Zoutzuur in de maag zet het pepsinogeen vervolgens om in het actieve enzym pepsine. De aanwezigheid van pepsine signaleert de maag om meer pepsinogeenmoleculen af ​​te geven en deze om te zetten in pepsine. Het proces gaat door totdat er genoeg pepsine is om het ingenomen voedsel af te breken.

    Negatieve feedbackmechanismen daarentegen hebben de neiging om veranderingen in een systeem te dempen of "uit te schakelen". In een negatieve feedbacklus veroorzaakt de input een toename van de output, wat een afname van de input veroorzaakt. De werking van een kamertemperatuurregelaar, of thermostaat, is een goed voorbeeld van een negatief feedbackmechanisme. Het hart van de thermostaat is een metalen strip die reageert op temperatuurveranderingen in de kamer door een elektrisch circuit te voltooien of te onderbreken. Wanneer de kamer afkoelt, is het circuit voltooid, werkt de oven en stijgt de temperatuur. Wanneer de temperatuur een vooraf ingesteld niveau bereikt, breekt het circuit, stopt de oven en daalt de temperatuur.


    Invoering

    De drie letters "DNA" zijn nu synoniem geworden voor het oplossen van misdaad en genetische tests. DNA kan worden opgehaald uit haar, bloed of speeksel. Het DNA van elke persoon is uniek en het is mogelijk om op basis van deze unieke kenmerken verschillen tussen individuen binnen een soort te detecteren.

    DNA-analyse heeft veel praktische toepassingen die verder gaan dan forensisch onderzoek. Bij mensen wordt DNA-testen toegepast voor tal van toepassingen: het bepalen van het vaderschap, het opsporen van genealogie, het identificeren van pathogenen, archeologisch onderzoek, het opsporen van ziekte-uitbraken en het bestuderen van menselijke migratiepatronen. Op medisch gebied wordt DNA gebruikt in diagnostiek, de ontwikkeling van nieuwe vaccins en kankertherapie. Het is nu mogelijk om aanleg voor ziekten te bepalen door naar genen te kijken.

    Elke menselijke cel heeft 23 paar chromosomen: één set chromosomen is geërfd van de moeder en de andere set is geërfd van de vader. Er is ook een mitochondriaal genoom, uitsluitend geërfd van de moeder, dat betrokken kan zijn bij erfelijke genetische aandoeningen. Op elk chromosoom zijn er duizenden genen die verantwoordelijk zijn voor het bepalen van het genotype en fenotype van het individu. Een gen wordt gedefinieerd als een DNA-sequentie die codeert voor een functioneel product. Het menselijke haploïde genoom bevat 3 miljard basenparen en heeft tussen de 20.000 en 25.000 functionele genen.

    Als Amazon Associate verdienen we aan in aanmerking komende aankopen.

    Wilt u dit boek citeren, delen of wijzigen? Dit boek is Creative Commons Attribution License 4.0 en je moet OpenStax toeschrijven.

      Als u dit boek geheel of gedeeltelijk in gedrukte vorm opnieuw distribueert, moet u op elke fysieke pagina de volgende bronvermelding opnemen:

    • Gebruik de onderstaande informatie om een ​​citaat te genereren. We raden aan om een ​​citatietool zoals deze te gebruiken.
      • Auteurs: Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
      • Uitgever/website: OpenStax
      • Titel van het boek: Biologie 2e
      • Publicatiedatum: 28 mrt. 2018
      • Locatie: Houston, Texas
      • Boek-URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
      • Sectie-URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/14-introduction

      © 7 januari 2021 OpenStax. Tekstboekinhoud geproduceerd door OpenStax is gelicentieerd onder een Creative Commons Attribution License 4.0-licentie. De OpenStax-naam, het OpenStax-logo, de OpenStax-boekomslagen, de OpenStax CNX-naam en het OpenStax CNX-logo zijn niet onderworpen aan de Creative Commons-licentie en mogen niet worden gereproduceerd zonder de voorafgaande en uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van Rice University.


      Verwijdering van afval en waterbeheersing

      Het is belangrijk dat afvalstoffen continu uit het lichaam worden verwijderd. Als ze achterblijven, gaan ze gewoon door met opbouwen en dit heeft een negatief effect op het lichaam. Twee belangrijke afvalproducten die door het lichaam worden gevormd, zijn:

      • Kooldioxide: dit is een afvalproduct van de ademhaling en wordt door de longen verwijderd wanneer we uitademen.
      • Ureum: dit wordt geproduceerd wanneer aminozuren in de nieren worden afgebroken. Het wordt door de nieren verwijderd in de urine, die in de blaas wordt opgeslagen totdat het wordt uitgeplast.

      Inhoud

      Het woord homeostase ( / ˌ h oʊ m i oʊ ˈ s t eɪ s ɪ s / [8] [9] ) gebruikt het combineren van vormen van thuis- en -stasis, Nieuw Latijn uit het Grieks: ὅμοιος homo's, "vergelijkbaar" en stilstand, "stilstaan", waardoor het idee van "hetzelfde blijven" ontstaat.

      Het concept van de regulatie van het interne milieu werd in 1849 beschreven door de Franse fysioloog Claude Bernard, en het woord homeostase werd in 1926 bedacht door Walter Bradford Cannon. [10] [11] In 1932 was Joseph Barcroft, een Britse fysioloog, de eerste die zei dat een hogere hersenfunctie de meest stabiele interne omgeving vereiste. Dus voor Barcroft werd homeostase niet alleen georganiseerd door de hersenen - homeostase diende de hersenen. [12] Homeostase is een bijna uitsluitend biologische term, verwijzend naar de concepten beschreven door Bernard en Cannon, met betrekking tot de constantheid van de interne omgeving waarin de cellen van het lichaam leven en overleven. [10] [11] [13] De term cybernetica wordt toegepast op technologische controlesystemen zoals thermostaten, die functioneren als homeostatische mechanismen, maar wordt vaak veel ruimer gedefinieerd dan de biologische term homeostase. [5] [14] [15] [16]

      De metabolische processen van alle organismen kunnen alleen plaatsvinden in zeer specifieke fysieke en chemische omgevingen. De omstandigheden variëren met elk organisme en met of de chemische processen plaatsvinden in de cel of in de interstitiële vloeistof die de cellen baadt. De bekendste homeostatische mechanismen bij mensen en andere zoogdieren zijn regulatoren die de samenstelling van de extracellulaire vloeistof (of de "interne omgeving") constant houden, vooral met betrekking tot de temperatuur, pH, osmolaliteit en de concentraties van natrium, kalium, glucose , koolstofdioxide en zuurstof. Een groot aantal andere homeostatische mechanismen, die vele aspecten van de menselijke fysiologie omvatten, beheersen echter andere entiteiten in het lichaam. Waar de niveaus van variabelen hoger of lager zijn dan nodig, worden ze vaak voorafgegaan door hyper- en hypo-zoals hyperthermie en hypothermie of hypertensie en hypotensie.

      Als een entiteit homeostatisch wordt gecontroleerd, betekent dit niet dat de waarde ervan noodzakelijkerwijs absoluut stabiel is in gezondheid. De lichaamstemperatuur wordt bijvoorbeeld geregeld door een homeostatisch mechanisme met temperatuursensoren in onder meer de hypothalamus van de hersenen. [17] Het setpoint van de regelaar wordt echter regelmatig gereset. [18] De kerntemperatuur van het menselijk lichaam varieert bijvoorbeeld in de loop van de dag (d.w.z. heeft een circadiaans ritme), met de laagste temperaturen 's nachts en de hoogste in de middag. Andere normale temperatuurvariaties omvatten die met betrekking tot de menstruatiecyclus. [19] [20] Het instelpunt van de temperatuurregelaar wordt gereset tijdens infecties om koorts te veroorzaken. [17] [21] [22] Organismen kunnen zich door een proces van acclimatisatie enigszins aanpassen aan wisselende omstandigheden zoals temperatuurveranderingen of zuurstofniveaus op hoogte.

      Homeostase regelt niet elke activiteit in het lichaam. [23] [24] Het signaal (of het nu via neuronen of hormonen is) van de sensor naar de effector is bijvoorbeeld zeer variabel om informatie over de richting en grootte van de door de sensor gedetecteerde fout over te brengen. [25] [26] [27] Evenzo moet de reactie van de effector zeer aanpasbaar zijn om de fout om te keren - in feite zou het bijna in verhouding moeten staan ​​​​(maar in de tegenovergestelde richting) tot de fout die de interne omgeving bedreigt. [15] [16] Bijvoorbeeld, de arteriële bloeddruk bij zoogdieren wordt homeostatisch gecontroleerd en gemeten door rekreceptoren in de wanden van de aortaboog en halsslagaders aan het begin van de interne halsslagaders. [17] De sensoren sturen via sensorische zenuwen berichten naar de medulla oblongata van de hersenen die aangeven of de bloeddruk is gedaald of gestegen, en met hoeveel. De medulla oblongata verdeelt vervolgens berichten langs motorische of efferente zenuwen die behoren tot het autonome zenuwstelsel naar een grote verscheidenheid aan effectororganen, waarvan de activiteit bijgevolg wordt veranderd om de fout in de bloeddruk om te keren. Een van de effectororganen is het hart waarvan de hartslag wordt gestimuleerd om te stijgen (tachycardie) wanneer de arteriële bloeddruk daalt, of om te vertragen (bradycardie) wanneer de druk boven het ingestelde punt stijgt. [17] De hartslag (waarvoor er geen sensor in het lichaam is) wordt dus niet homeostatisch geregeld, maar is een van de effectorreacties op fouten in de arteriële bloeddruk. Een ander voorbeeld is de mate van zweten. Dit is een van de effectoren in de homeostatische controle van de lichaamstemperatuur, en daarom zeer variabel in ruwe verhouding tot de warmtebelasting die de kerntemperatuur van het lichaam dreigt te destabiliseren, waarvoor een sensor in de hypothalamus van de hersenen aanwezig is.

      Kerntemperatuur Bewerken

      Zoogdieren reguleren hun kerntemperatuur met behulp van thermoreceptoren in de hypothalamus, hersenen, ruggenmerg, inwendige organen en grote aderen. [29] [30] Afgezien van de interne regulatie van temperatuur, kan een proces genaamd allostasis in het spel komen dat het gedrag aanpast om zich aan te passen aan de uitdaging van zeer hete of koude extremen (en aan andere uitdagingen). [31] Deze aanpassingen kunnen het zoeken naar schaduw en het verminderen van activiteit omvatten, of het zoeken naar warmere omstandigheden en het verhogen van activiteit, of ineengedoken. [32] Gedragsmatige thermoregulatie heeft voorrang op fysiologische thermoregulatie, omdat noodzakelijke veranderingen sneller kunnen worden beïnvloed en fysiologische thermoregulatie beperkt is in zijn vermogen om te reageren op extreme temperaturen. [33]

      Wanneer de kerntemperatuur daalt, wordt de bloedtoevoer naar de huid verminderd door intense vasoconstrictie. [17] De bloedstroom naar de ledematen (die een groot oppervlak hebben) wordt op dezelfde manier verminderd en keert terug naar de romp via de diepe aderen die langs de slagaders liggen (vormende venae comitantes). [28] [32] [34] Dit werkt als een tegenstroomuitwisselingssysteem dat de warmte van het arteriële bloed direct in het veneuze bloed dat terugkeert in de romp kortsluit, waardoor bij koud weer minimaal warmteverlies van de ledematen wordt veroorzaakt. [28] [32] [35] De aderen van de onderhuidse ledematen zijn strak vernauwd, [17] niet alleen het warmteverlies van deze bron verminderend, maar ook het veneuze bloed in het tegenstroomsysteem in de diepten van de ledematen dwingen.

      De stofwisseling wordt verhoogd, aanvankelijk door niet-rillende thermogenese [36] gevolgd door rillende thermogenese als de eerdere reacties onvoldoende zijn om de hypothermie te corrigeren.

      Wanneer de temperatuurstijgingen van de kern worden gedetecteerd door thermoreceptoren, worden de zweetklieren in de huid gestimuleerd via cholinerge sympathische zenuwen om zweet op de huid af te scheiden, dat, wanneer het verdampt, de huid en het bloed dat er doorheen stroomt afkoelt. Hijgen is een alternatieve effector bij veel gewervelde dieren, die het lichaam ook afkoelt door de verdamping van water, maar dit keer van de slijmvliezen van de keel en mond.

      Bloedglucose Bewerken

      De bloedsuikerspiegel wordt binnen vrij nauwe grenzen gereguleerd. [37] Bij zoogdieren zijn de primaire sensoren hiervoor de bètacellen van de pancreaseilandjes. [38] [39] De bètacellen reageren op een stijging van de bloedsuikerspiegel door insuline in het bloed af te scheiden en tegelijkertijd te voorkomen dat hun naburige alfacellen glucagon in het bloed afscheiden. [38] Deze combinatie (hoge insulinespiegels in het bloed en lage glucagonspiegels) werkt in op effectorweefsels, waarvan de lever, vetcellen en spiercellen de belangrijkste zijn. De lever wordt verhinderd om glucose te produceren, in plaats daarvan op te nemen en om te zetten in glycogeen en triglyceriden. Het glycogeen wordt opgeslagen in de lever, maar de triglyceriden worden in het bloed uitgescheiden als zeer lage dichtheid lipoproteïne (VLDL) deeltjes die worden opgenomen door vetweefsel, om daar als vetten te worden opgeslagen. De vetcellen nemen glucose op via speciale glucosetransporters (GLUT4), waarvan de aantallen in de celwand toenemen als een direct effect van insuline dat op deze cellen inwerkt. De glucose die op deze manier de vetcellen binnenkomt, wordt omgezet in triglyceriden (via dezelfde metabole routes die de lever gebruikt) en vervolgens in die vetcellen opgeslagen samen met de van VLDL afgeleide triglyceriden die in de lever zijn gemaakt. Spiercellen nemen ook glucose op via insulinegevoelige GLUT4-glucosekanalen en zetten het om in spierglycogeen.

      Een daling van de bloedglucose zorgt ervoor dat de insulinesecretie stopt en glucagon wordt uitgescheiden door de alfacellen in het bloed. Dit remt de opname van glucose uit het bloed door de lever, vetcellen en spieren. In plaats daarvan wordt de lever sterk gestimuleerd om glucose te produceren uit glycogeen (via glycogenolyse) en uit niet-koolhydraatbronnen (zoals lactaat en gedeamineerde aminozuren) met behulp van een proces dat bekend staat als gluconeogenese. [40] De aldus geproduceerde glucose wordt in het bloed geloosd en corrigeert de gedetecteerde fout (hypoglykemie). Het glycogeen dat in spieren is opgeslagen, blijft in de spieren en wordt alleen tijdens inspanning afgebroken tot glucose-6-fosfaat en vervolgens tot pyruvaat om in de citroenzuurcyclus te worden ingevoerd of in lactaat te worden omgezet. Alleen het lactaat en de afvalproducten van de citroenzuurcyclus worden teruggevoerd naar het bloed. De lever kan alleen het lactaat opnemen en door het proces van energieverslindende gluconeogenese weer omzetten in glucose.

      IJzerniveaus Bewerken

      Koper regelgeving Bewerken

      Niveaus van bloedgassen

      Veranderingen in de niveaus van zuurstof, koolstofdioxide en plasma-pH worden naar het ademhalingscentrum gestuurd, in de hersenstam, waar ze worden gereguleerd. De partiële druk van zuurstof en koolstofdioxide in het arteriële bloed wordt gevolgd door de perifere chemoreceptoren (PNS) in de halsslagader en de aortaboog. Een verandering in de partiële druk van kooldioxide wordt gedetecteerd als een veranderde pH in de cerebrospinale vloeistof door centrale chemoreceptoren (CNS) in de medulla oblongata van de hersenstam. Informatie van deze sets sensoren wordt naar het ademhalingscentrum gestuurd dat de effectororganen activeert - het middenrif en andere ademhalingsspieren. Een verhoogd kooldioxidegehalte in het bloed, of een verlaagd zuurstofgehalte, zal resulteren in een dieper ademhalingspatroon en een verhoogde ademhalingsfrequentie om de bloedgassen weer in evenwicht te brengen.

      Te weinig koolstofdioxide en, in mindere mate, te veel zuurstof in het bloed kan de ademhaling tijdelijk stopzetten, een aandoening die bekend staat als apneu en die freedivers gebruiken om de tijd dat ze onder water kunnen blijven te verlengen.

      De partiële druk van kooldioxide is meer een beslissende factor bij het bewaken van de pH. [41] Op grote hoogte (boven 2500 m) heeft het monitoren van de partiële zuurstofdruk echter prioriteit en houdt hyperventilatie het zuurstofniveau constant. Met het lagere kooldioxidegehalte, om de pH op 7,4 te houden, scheiden de nieren waterstofionen af ​​in het bloed en scheiden ze bicarbonaat uit in de urine. [42] [43] Dit is belangrijk bij de acclimatisatie naar grote hoogte. [44]

      Bloed zuurstofgehalte Bewerken

      De nieren meten het zuurstofgehalte in plaats van de partiële zuurstofdruk in het arteriële bloed. Wanneer het zuurstofgehalte van het bloed chronisch laag is, scheiden zuurstofgevoelige cellen erytropoëtine (EPO) af in het bloed. [45] Het effectorweefsel is het rode beenmerg dat rode bloedcellen (RBC's) (erytrocyten) produceert. De toename van RBC's leidt tot een verhoogde hematocriet in het bloed en daaropvolgende toename van hemoglobine die de zuurstoftransportcapaciteit verhoogt. Dit is het mechanisme waardoor mensen op grote hoogte hogere hematocrietwaarden hebben dan mensen op zeeniveau, en ook waarom personen met longinsufficiëntie of rechts-naar-links shunts in het hart (waardoor veneus bloed de longen passeert en direct in de systemische bloedsomloop) hebben vergelijkbare hoge hematocrietwaarden. [46] [47]

      Ongeacht de partiële zuurstofdruk in het bloed hangt de hoeveelheid zuurstof die vervoerd kan worden af ​​van het hemoglobinegehalte. De partiële zuurstofdruk kan bijvoorbeeld voldoende zijn bij bloedarmoede, maar het hemoglobinegehalte zal onvoldoende zijn en vervolgens ook het zuurstofgehalte. Bij voldoende aanvoer van ijzer, vitamine B12 en foliumzuur kan EPO de productie van rode bloedcellen stimuleren en het hemoglobine- en zuurstofgehalte weer normaal maken. [46] [48]

      Arteriële bloeddruk Bewerken

      De hersenen kunnen de bloedstroom regelen over een reeks bloeddrukwaarden door vasoconstrictie en vasodilatatie van de slagaders. [49]

      Hogedrukreceptoren, baroreceptoren genaamd, in de wanden van de aortaboog en halsslagader (aan het begin van de interne halsslagader) bewaken de arteriële bloeddruk. [50] Stijgende druk wordt gedetecteerd wanneer de wanden van de slagaders uitrekken als gevolg van een toename van het bloedvolume. Dit zorgt ervoor dat hartspiercellen het hormoon atriaal natriuretisch peptide (ANP) in het bloed afscheiden. Dit werkt op de nieren in om de afscheiding van renine en aldosteron te remmen, waardoor natrium vrijkomt en water in de urine komt, waardoor het bloedvolume wordt verminderd. [51] Deze informatie wordt vervolgens via afferente zenuwvezels naar de solitaire kern in de medulla oblongata getransporteerd. [52] Van hieruit worden motorische zenuwen die tot het autonome zenuwstelsel behoren, gestimuleerd om de activiteit van voornamelijk het hart en de slagaders met de kleinste diameter, arteriolen genaamd, te beïnvloeden. De arteriolen zijn de belangrijkste weerstandsvaten in de arteriële boom en kleine veranderingen in diameter veroorzaken grote veranderingen in de weerstand om er doorheen te stromen. Wanneer de arteriële bloeddruk stijgt, worden de arteriolen gestimuleerd om te verwijden, waardoor het bloed gemakkelijker de slagaders kan verlaten, waardoor ze leeglopen en de bloeddruk weer normaal wordt. Tegelijkertijd wordt het hart via cholinerge parasympathische zenuwen gestimuleerd om langzamer te kloppen (bradycardie genoemd), waardoor de instroom van bloed in de slagaders wordt verminderd, wat bijdraagt ​​aan de drukverlaging en correctie van de oorspronkelijke fout.

      Lage druk in de slagaders veroorzaakt de tegenovergestelde reflex van vernauwing van de arteriolen en een versnelling van de hartslag (tachycardie genaamd). Als de bloeddruk zeer snel of buitensporig daalt, stimuleert de medulla oblongata de bijniermerg, via "preganglionische" sympathische zenuwen, om epinefrine (adrenaline) in het bloed af te scheiden. Dit hormoon versterkt de tachycardie en veroorzaakt ernstige vasoconstrictie van de arteriolen naar alles behalve het essentiële orgaan in het lichaam (vooral het hart, de longen en de hersenen). Deze reacties corrigeren de lage arteriële bloeddruk (hypotensie) meestal zeer effectief.

      Calcium niveaus Bewerken

      De plasmaconcentratie van geïoniseerd calcium (Ca 2+ ) wordt zeer streng gecontroleerd door een paar homeostatische mechanismen. [53] De sensor voor de eerste bevindt zich in de bijschildklieren, waar de hoofdcellen het Ca 2+-niveau waarnemen door middel van gespecialiseerde calciumreceptoren in hun membranen. De sensoren voor de tweede zijn de parafolliculaire cellen in de schildklier. De bijschildklierhoofdcellen scheiden parathyroïdhormoon (PTH) af als reactie op een daling van het plasma-geïoniseerd calciumgehalte, de parafolliculaire cellen van de schildklier scheiden calcitonine af als reactie op een stijging van het plasma-geïoniseerd calciumgehalte.

      De effectororganen van het eerste homeostatische mechanisme zijn de botten, de nier en, via een hormoon dat door de nier in het bloed wordt afgegeven als reactie op hoge PTH-spiegels in het bloed, de twaalfvingerige darm en het jejunum. Parathyroïdhormoon (in hoge concentraties in het bloed) veroorzaakt botresorptie, waardoor calcium vrijkomt in het plasma. Dit is een zeer snelle actie die een dreigende hypocalciëmie binnen enkele minuten kan corrigeren. Hoge PTH-concentraties veroorzaken de uitscheiding van fosfaationen via de urine. Omdat fosfaten zich combineren met calciumionen om onoplosbare zouten te vormen (zie ook botmineraal), zorgt een verlaging van het fosfaatgehalte in het bloed ervoor dat vrije calciumionen vrijkomen in de plasma-geïoniseerde calciumplas. PTH heeft een tweede werking op de nieren. Het stimuleert de aanmaak en afgifte, door de nieren, van calcitriol in het bloed. Dit steroïde hormoon werkt in op de epitheelcellen van de bovenste dunne darm, waardoor hun vermogen om calcium uit de darminhoud in het bloed te absorberen, toeneemt. [54]

      Het tweede homeostatische mechanisme, met zijn sensoren in de schildklier, geeft calcitonine vrij in het bloed wanneer het bloed geïoniseerd calcium stijgt. Dit hormoon werkt voornamelijk op botten, waardoor calcium snel uit het bloed wordt verwijderd en in onoplosbare vorm in de botten wordt afgezet. [55]

      De twee homeostatische mechanismen die werken via PTH aan de ene kant en calcitonine aan de andere kant, kunnen zeer snel een dreigende fout in het plasma geïoniseerd calciumniveau corrigeren door calcium uit het bloed te verwijderen en in het skelet af te zetten, of door calcium eruit te verwijderen . Het skelet fungeert als een extreem grote calciumvoorraad (ongeveer 1 kg) vergeleken met de plasmacalciumvoorraad (ongeveer 180 mg). Longer term regulation occurs through calcium absorption or loss from the gut.

      Another example are the most well-characterised endocannabinoids like anandamide (N-arachidonoylethanolamide AEA) and 2-arachidonoylglycerol (2-AG), whose synthesis occurs through the action of a series of intracellular enzymes activated in response to a rise in intracellular calcium levels to introduce homeostasis and prevention of tumor development through putative protective mechanisms that prevent cell growth and migration by activation of CB1 and/or CB2 and adjoining receptors. [56]

      Sodium concentration Edit

      The homeostatic mechanism which controls the plasma sodium concentration is rather more complex than most of the other homeostatic mechanisms described on this page.

      The sensor is situated in the juxtaglomerular apparatus of kidneys, which senses the plasma sodium concentration in a surprisingly indirect manner. Instead of measuring it directly in the blood flowing past the juxtaglomerular cells, these cells respond to the sodium concentration in the renal tubular fluid after it has already undergone a certain amount of modification in the proximal convoluted tubule and loop of Henle. [57] These cells also respond to rate of blood flow through the juxtaglomerular apparatus, which, under normal circumstances, is directly proportional to the arterial blood pressure, making this tissue an ancillary arterial blood pressure sensor.

      In response to a lowering of the plasma sodium concentration, or to a fall in the arterial blood pressure, the juxtaglomerular cells release renin into the blood. [57] [58] [59] Renin is an enzyme which cleaves a decapeptide (a short protein chain, 10 amino acids long) from a plasma α-2-globulin called angiotensinogen. This decapeptide is known as angiotensin I. [57] It has no known biological activity. However, when the blood circulates through the lungs a pulmonary capillary endothelial enzyme called angiotensin-converting enzyme (ACE) cleaves a further two amino acids from angiotensin I to form an octapeptide known as angiotensin II. Angiotensin II is a hormone which acts on the adrenal cortex, causing the release into the blood of the steroid hormone, aldosterone. Angiotensin II also acts on the smooth muscle in the walls of the arterioles causing these small diameter vessels to constrict, thereby restricting the outflow of blood from the arterial tree, causing the arterial blood pressure to rise. This, therefore, reinforces the measures described above (under the heading of "Arterial blood pressure"), which defend the arterial blood pressure against changes, especially hypotension.

      The angiotensin II-stimulated aldosterone released from the zona glomerulosa of the adrenal glands has an effect on particularly the epithelial cells of the distal convoluted tubules and collecting ducts of the kidneys. Here it causes the reabsorption of sodium ions from the renal tubular fluid, in exchange for potassium ions which are secreted from the blood plasma into the tubular fluid to exit the body via the urine. [57] [60] The reabsorption of sodium ions from the renal tubular fluid halts further sodium ion losses from the body, and therefore preventing the worsening of hyponatremia. The hyponatremia can only be gecorrigeerd by the consumption of salt in the diet. However, it is not certain whether a "salt hunger" can be initiated by hyponatremia, or by what mechanism this might come about.

      When the plasma sodium ion concentration is higher than normal (hypernatremia), the release of renin from the juxtaglomerular apparatus is halted, ceasing the production of angiotensin II, and its consequent aldosterone-release into the blood. The kidneys respond by excreting sodium ions into the urine, thereby normalizing the plasma sodium ion concentration. The low angiotensin II levels in the blood lower the arterial blood pressure as an inevitable concomitant response.

      The reabsorption of sodium ions from the tubular fluid as a result of high aldosterone levels in the blood does not, of itself, cause renal tubular water to be returned to the blood from the distal convoluted tubules or collecting ducts. This is because sodium is reabsorbed in exchange for potassium and therefore causes only a modest change in the osmotic gradient between the blood and the tubular fluid. Furthermore, the epithelium of the distal convoluted tubules and collecting ducts is impermeable to water in the absence of antidiuretic hormone (ADH) in the blood. ADH is part of the control of fluid balance. Its levels in the blood vary with the osmolality of the plasma, which is measured in the hypothalamus of the brain. Aldosterone's action on the kidney tubules prevents sodium loss to the extracellular fluid (ECF). So there is no change in the osmolality of the ECF, and therefore no change in the ADH concentration of the plasma. However, low aldosterone levels cause a loss of sodium ions from the ECF, which could potentially cause a change in extracellular osmolality and therefore of ADH levels in the blood.

      Potassium concentration Edit

      High potassium concentrations in the plasma cause depolarization of the zona glomerulosa cells' membranes in the outer layer of the adrenal cortex. [61] This causes the release of aldosterone into the blood.

      Aldosterone acts primarily on the distal convoluted tubules and collecting ducts of the kidneys, stimulating the excretion of potassium ions into the urine. [57] It does so, however, by activating the basolateral Na + /K + pumps of the tubular epithelial cells. These sodium/potassium exchangers pump three sodium ions out of the cell, into the interstitial fluid and two potassium ions into the cell from the interstitial fluid. This creates an ionic concentration gradient which results in the reabsorption of sodium (Na + ) ions from the tubular fluid into the blood, and secreting potassium (K + ) ions from the blood into the urine (lumen of collecting duct). [62] [63]

      Fluid balance Edit

      The total amount of water in the body needs to be kept in balance. Fluid balance involves keeping the fluid volume stabilized, and also keeping the levels of electrolytes in the extracellular fluid stable. Fluid balance is maintained by the process of osmoregulation and by behavior. Osmotic pressure is detected by osmoreceptors in the median preoptic nucleus in the hypothalamus. Measurement of the plasma osmolality to give an indication of the water content of the body, relies on the fact that water losses from the body, (through unavoidable water loss through the skin which is not entirely waterproof and therefore always slightly moist, water vapor in the exhaled air, sweating, vomiting, normal feces and especially diarrhea) are all hypotonic, meaning that they are less salty than the body fluids (compare, for instance, the taste of saliva with that of tears. The latter has almost the same salt content as the extracellular fluid, whereas the former is hypotonic with respect to the plasma. Saliva does not taste salty, whereas tears are decidedly salty). Nearly all normal and abnormal losses of body water therefore cause the extracellular fluid to become hypertonic. Conversely, excessive fluid intake dilutes the extracellular fluid causing the hypothalamus to register hypotonic hyponatremia conditions.

      When the hypothalamus detects a hypertonic extracellular environment, it causes the secretion of an antidiuretic hormone (ADH) called vasopressin which acts on the effector organ, which in this case is the kidney. The effect of vasopressin on the kidney tubules is to reabsorb water from the distal convoluted tubules and collecting ducts, thus preventing aggravation of the water loss via the urine. The hypothalamus simultaneously stimulates the nearby thirst center causing an almost irresistible (if the hypertonicity is severe enough) urge to drink water. The cessation of urine flow prevents the hypovolemia and hypertonicity from getting worse the drinking of water corrects the defect.

      Hypo-osmolality results in very low plasma ADH levels. This results in the inhibition of water reabsorption from the kidney tubules, causing high volumes of very dilute urine to be excreted, thus getting rid of the excess water in the body.

      Urinary water loss, when the body water homeostat is intact, is a compensatory water loss, correcting any water excess in the body. However, since the kidneys cannot generate water, the thirst reflex is the all-important second effector mechanism of the body water homeostat, correcting any water deficit in the body.

      Blood pH Edit

      The plasma pH can be altered by respiratory changes in the partial pressure of carbon dioxide or altered by metabolic changes in the carbonic acid to bicarbonate ion ratio. The bicarbonate buffer system regulates the ratio of carbonic acid to bicarbonate to be equal to 1:20, at which ratio the blood pH is 7.4 (as explained in the Henderson–Hasselbalch equation). A change in the plasma pH gives an acid–base imbalance. In acid–base homeostasis there are two mechanisms that can help regulate the pH. Respiratory compensation a mechanism of the respiratory center, adjusts the partial pressure of carbon dioxide by changing the rate and depth of breathing, to bring the pH back to normal. The partial pressure of carbon dioxide also determines the concentration of carbonic acid, and the bicarbonate buffer system can also come into play. Renal compensation can help the bicarbonate buffer system. The sensor for the plasma bicarbonate concentration is not known for certain. It is very probable that the renal tubular cells of the distal convoluted tubules are themselves sensitive to the pH of the plasma. [ citaat nodig ] The metabolism of these cells produces carbon dioxide, which is rapidly converted to hydrogen and bicarbonate through the action of carbonic anhydrase. [64] When the ECF pH falls (becoming more acidic) the renal tubular cells excrete hydrogen ions into the tubular fluid to leave the body via urine. Bicarbonate ions are simultaneously secreted into the blood that decreases the carbonic acid, and consequently raises the plasma pH. [64] The converse happens when the plasma pH rises above normal: bicarbonate ions are excreted into the urine, and hydrogen ions released into the plasma.

      When hydrogen ions are excreted into the urine, and bicarbonate into the blood, the latter combines with the excess hydrogen ions in the plasma that stimulated the kidneys to perform this operation. The resulting reaction in the plasma is the formation of carbonic acid which is in equilibrium with the plasma partial pressure of carbon dioxide. This is tightly regulated to ensure that there is no excessive build-up of carbonic acid or bicarbonate. The overall effect is therefore that hydrogen ions are lost in the urine when the pH of the plasma falls. The concomitant rise in the plasma bicarbonate mops up the increased hydrogen ions (caused by the fall in plasma pH) and the resulting excess carbonic acid is disposed of in the lungs as carbon dioxide. This restores the normal ratio between bicarbonate and the partial pressure of carbon dioxide and therefore the plasma pH. The converse happens when a high plasma pH stimulates the kidneys to secrete hydrogen ions into the blood and to excrete bicarbonate into the urine. The hydrogen ions combine with the excess bicarbonate ions in the plasma, once again forming an excess of carbonic acid which can be exhaled, as carbon dioxide, in the lungs, keeping the plasma bicarbonate ion concentration, the partial pressure of carbon dioxide and, therefore, the plasma pH, constant.

      Cerebrospinal fluid Edit

      Cerebrospinal fluid (CSF) allows for regulation of the distribution of substances between cells of the brain, [65] and neuroendocrine factors, to which slight changes can cause problems or damage to the nervous system. For example, high glycine concentration disrupts temperature and blood pressure control, and high CSF pH causes dizziness and syncope. [66]

      Neurotransmission Edit

      Inhibitory neurons in the central nervous system play a homeostatic role in the balance of neuronal activity between excitation and inhibition. Inhibitory neurons using GABA, make compensating changes in the neuronal networks preventing runaway levels of excitation. [67] An imbalance between excitation and inhibition is seen to be implicated in a number of neuropsychiatric disorders. [68]

      Neuroendocrine system Edit

      The neuroendocrine system is the mechanism by which the hypothalamus maintains homeostasis, regulating metabolism, reproduction, eating and drinking behaviour, energy utilization, osmolarity and blood pressure.

      The regulation of metabolism, is carried out by hypothalamic interconnections to other glands. [69] Three endocrine glands of the hypothalamic–pituitary–gonadal axis (HPG axis) often work together and have important regulatory functions. Two other regulatory endocrine axes are the hypothalamic–pituitary–adrenal axis (HPA axis) and the hypothalamic–pituitary–thyroid axis (HPT axis).

      The liver also has many regulatory functions of the metabolism. An important function is the production and control of bile acids. Too much bile acid can be toxic to cells and its synthesis can be inhibited by activation of FXR a nuclear receptor. [4]

      Gene regulation Edit

      At the cellular level, homeostasis is carried out by several mechanisms including transcriptional regulation that can alter the activity of genes in response to changes.

      Energy balance Edit

      The amount of energy taken in through nutrition needs to match the amount of energy used. To achieve energy homeostasis appetite is regulated by two hormones, grehlin and leptin. Grehlin stimulates hunger and the intake of food and leptin acts to signal satiety (fullness).

      A 2019 review of weight-change interventions, including dieting, exercise and overeating, found that body weight homeostasis could not precisely correct for "energetic errors", the loss or gain of calories, in the short-term. [70]

      Many diseases are the result of a homeostatic failure. Almost any homeostatic component can malfunction either as a result of an inherited defect, an inborn error of metabolism, or an acquired disease. Some homeostatic mechanisms have inbuilt redundancies, which ensures that life is not immediately threatened if a component malfunctions but sometimes a homeostatic malfunction can result in serious disease, which can be fatal if not treated. A well-known example of a homeostatic failure is shown in type 1 diabetes mellitus. Here blood sugar regulation is unable to function because the beta cells of the pancreatic islets are destroyed and cannot produce the necessary insulin. The blood sugar rises in a condition known as hyperglycemia.

      The plasma ionized calcium homeostat can be disrupted by the constant, unchanging, over-production of parathyroid hormone by a parathyroid adenoma resulting in the typically features of hyperparathyroidism, namely high plasma ionized Ca 2+ levels and the resorption of bone, which can lead to spontaneous fractures. The abnormally high plasma ionized calcium concentrations cause conformational changes in many cell-surface proteins (especially ion channels and hormone or neurotransmitter receptors) [71] giving rise to lethargy, muscle weakness, anorexia, constipation and labile emotions. [72]

      The body water homeostat can be compromised by the inability to secrete ADH in response to even the normal daily water losses via the exhaled air, the feces, and insensible sweating. On receiving a zero blood ADH signal, the kidneys produce huge unchanging volumes of very dilute urine, causing dehydration and death if not treated.

      As organisms age, the efficiency of their control systems becomes reduced. The inefficiencies gradually result in an unstable internal environment that increases the risk of illness, and leads to the physical changes associated with aging. [5]

      Various chronic diseases are kept under control by homeostatic compensation, which masks a problem by compensating for it (making up for it) in another way. However, the compensating mechanisms eventually wear out or are disrupted by a new complicating factor (such as the advent of a concurrent acute viral infection), which sends the body reeling through a new cascade of events. Such decompensation unmasks the underlying disease, worsening its symptoms. Common examples include decompensated heart failure, kidney failure, and liver failure.

      In the Gaia hypothesis, James Lovelock [73] stated that the entire mass of living matter on Earth (or any planet with life) functions as a vast homeostatic superorganism that actively modifies its planetary environment to produce the environmental conditions necessary for its own survival. In this view, the entire planet maintains several homeostasis (the primary one being temperature homeostasis). Whether this sort of system is present on Earth is open to debate. However, some relatively simple homeostatic mechanisms are generally accepted. For example, it is sometimes claimed that when atmospheric carbon dioxide levels rise, certain plants may be able to grow better and thus act to remove more carbon dioxide from the atmosphere. However, warming has exacerbated droughts, making water the actual limiting factor on land. When sunlight is plentiful and the atmospheric temperature climbs, it has been claimed that the phytoplankton of the ocean surface waters, acting as global sunshine, and therefore heat sensors, may thrive and produce more dimethyl sulfide (DMS). The DMS molecules act as cloud condensation nuclei, which produce more clouds, and thus increase the atmospheric albedo, and this feeds back to lower the temperature of the atmosphere. However, rising sea temperature has stratified the oceans, separating warm, sunlit waters from cool, nutrient-rich waters. Thus, nutrients have become the limiting factor, and plankton levels have actually fallen over the past 50 years, not risen. As scientists discover more about Earth, vast numbers of positive and negative feedback loops are being discovered, that, together, maintain a metastable condition, sometimes within a very broad range of environmental conditions.

      Predictive homeostasis is an anticipatory response to an expected challenge in the future, such as the stimulation of insulin secretion by gut hormones which enter the blood in response to a meal. [38] This insulin secretion occurs before the blood sugar level rises, lowering the blood sugar level in anticipation of a large influx into the blood of glucose resulting from the digestion of carbohydrates in the gut. [74] Such anticipatory reactions are open loop systems which are based, essentially, on "guess work", and are not self-correcting. [75] Anticipatory responses always require a closed loop negative feedback system to correct the 'over-shoots' and 'under-shoots' to which the anticipatory systems are prone.

      The term has come to be used in other fields, for example:

      Risk Edit

      An actuary may refer to risk homeostasis, where (for example) people who have anti-lock brakes have no better safety record than those without anti-lock brakes, because the former unconsciously compensate for the safer vehicle via less-safe driving habits. Previous to the innovation of anti-lock brakes, certain maneuvers involved minor skids, evoking fear and avoidance: Now the anti-lock system moves the boundary for such feedback, and behavior patterns expand into the no-longer punitive area. It has also been suggested that ecological crises are an instance of risk homeostasis in which a particular behavior continues until proven dangerous or dramatic consequences actually occur. [76] [ self-published source? ]

      Stress Bewerken

      Sociologists and psychologists may refer to stress homeostasis, the tendency of a population or an individual to stay at a certain level of stress, often generating artificial stresses if the "natural" level of stress is not enough. [77] [ self-published source? ]

      Jean-François Lyotard, a postmodern theorist, has applied this term to societal 'power centers' that he describes in The Postmodern Condition, as being 'governed by a principle of homeostasis,' for example, the scientific hierarchy, which will sometimes ignore a radical new discovery for years because it destabilizes previously accepted norms.


      Gratis antwoord

      Why are negative feedback loops used to control body homeostasis?

      An adjustment to a change in the internal or external environment requires a change in the direction of the stimulus. A negative feedback loop accomplishes this, while a positive feedback loop would continue the stimulus and result in harm to the animal.

      Why is a fever a “good thing” during a bacterial infection?

      Mammalian enzymes increase activity to the point of denaturation, increasing the chemical activity of the cells involved. Bacterial enzymes have a specific temperature for their most efficient activity and are inhibited at either higher or lower temperatures. Fever results in an increase in the destruction of the invading bacteria by increasing the effectiveness of body defenses and an inhibiting bacterial metabolism.

      How is a condition such as diabetes a good example of the failure of a set point in humans?

      Diabetes is often associated with a lack in production of insulin. Without insulin, blood glucose levels go up after a meal, but never go back down to normal levels.


      Bekijk de video: Homeostase - HAVOVWO (December 2021).