Ομοιόσταση & Μικροοργανισμοί
Παράγοντες που επηρεάζουν την υγεία, ρύθμιση θερμοκρασίας, παράσιτα, ξενιστής, παθογόνοι μικροοργανισμοί
Βγαίνεις από ένα κλιματιζόμενο δωμάτιο σε καύσωνα 40 °C και η θερμοκρασία του σώματός σου μένει γύρω στους 36,6 °C. Πώς τα καταφέρνει; Και γιατί, όταν αρρωσταίνεις, αυτή η ισορροπία χαλάει και ανεβάζεις πυρετό; Όλη η Βιολογία της υγείας ξεκινά από μία λέξη: ομοιόσταση.
Ομοιόσταση
Ο άνθρωπος ζει σε ένα περιβάλλον που συνεχώς μεταβάλλεται, αλλά διαθέτει μηχανισμούς που διατηρούν σταθερό το εσωτερικό του περιβάλλον.
Ομοιόσταση ονομάζεται η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος (θερμοκρασία, συγκεντρώσεις διάφορων συστατικών κτλ.), παρά τις εξωτερικές μεταβολές.
Ομοιοστατικοί μηχανισμοί ρυθμίζουν:
- τη θερμοκρασία του σώματος (δέρμα),
- τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα,
- τη συγκέντρωση του νερού,
- το pH του αίματος, σταθερό στο 7,4,
- τα επίπεδα του στο αίμα.
Παράδειγμα: ρύθμιση της θερμοκρασίας
Σε χώρο με θερμοκρασία μεγαλύτερη από 36,6 °C η θερμότητα του περιβάλλοντος τείνει να αυξήσει τη θερμοκρασία του σώματος. Αυτό δεν συμβαίνει χάρη σε διαδοχικές αντιδράσεις με κύριο ρόλο τον εγκέφαλο:
- Οι θερμοϋποδοχείς του δέρματος (νευρικά σωμάτια που ανιχνεύουν μεταβολές θερμοκρασίας) «ειδοποιούν» το κέντρο των γενικών αισθήσεων του εγκεφάλου.
- Το κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας στέλνει μηνύματα στους ιδρωτοποιούς αδένες (έκκριση ιδρώτα) και στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος (διαστολή).
- Τα διεσταλμένα αγγεία φέρνουν πολύ αίμα στην επιφάνεια του δέρματος, που έχει ψυχθεί λόγω της εξάτμισης του ιδρώτα. Το αίμα ψύχεται και, επιστρέφοντας στο εσωτερικό, αποτρέπει την αύξηση της θερμοκρασίας.
Διαταραχή της ομοιόστασης = ασθένεια
Κάθε διαταραχή της ομοιόστασης μπορεί να προκαλέσει ασθένειες. Αιτίες μπορεί να είναι:
- παθογόνοι μικροοργανισμοί,
- ακραίες μεταβολές περιβαλλοντικών συνθηκών (θερμοκρασία, ακτινοβολίες, διαθεσιμότητα οξυγόνου),
- ο τρόπος ζωής (κάπνισμα, αλκοόλ κτλ.).
Όταν διαταράσσεται η ομοιόσταση, ο οργανισμός αντιδρά για να την αποκαταστήσει· αν δεν τα καταφέρει, μπορεί να προκληθεί ανεπανόρθωτη βλάβη ή και θάνατος. Ένας ιδιαίτερος ομοιοστατικός μηχανισμός είναι το ανοσοβιολογικό σύστημα, που αναγνωρίζει και εξουδετερώνει τους παθογόνους μικροοργανισμούς.
Ποια είναι η φυσιολογική τιμή του pH του αίματος σύμφωνα με το βιβλίο;
Μικροοργανισμοί
Μικροοργανισμοί ή μικρόβια χαρακτηρίζονται οι οργανισμοί που δεν διακρίνουμε με γυμνό μάτι, γιατί έχουν μέγεθος μικρότερο από 0,1 mm.
- Πολλοί περνούν όλη τη ζωή τους στο φυσικό περιβάλλον (π.χ. νιτροποιητικά βακτήρια).
- Άλλοι περνούν μέρος ή όλη τη ζωή τους στο εσωτερικό ενός πολυκύτταρου οργανισμού: είναι παράσιτα, και ο οργανισμός που τους φιλοξενεί είναι ο ξενιστής.
- Όσοι προκαλούν διαταραχές στην υγεία του ανθρώπου ονομάζονται παθογόνοι.
- Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί όμως είναι χρήσιμοι ή απαραίτητοι: αποικοδόμηση της νεκρής οργανικής ύλης, παραγωγή χρήσιμων ουσιών (υγεία, διατροφή).
- Κάποιοι, όπως η Escherichia coli του εντέρου, σε μικρό αριθμό και στη θέση τους αποτελούν φυσιολογική μικροχλωρίδα (παράγουν π.χ. βιταμίνη Κ ή συμβάλλουν στην άμυνα). Αν όμως αυξηθούν (μειωμένη αντίσταση του ξενιστή) ή βρεθούν σε άλλους ιστούς, προκαλούν ασθένειες: είναι δυνητικά παθογόνοι.
Σκέψου τον θερμοστάτη του σπιτιού: αισθητήρας (θερμοϋποδοχείς) → κεντρική μονάδα (εγκέφαλος) → «μηχανήματα» που διορθώνουν (ιδρωτοποιοί αδένες, αγγεία). Κάθε ομοιοστατικός μηχανισμός έχει αυτά τα τρία κομμάτια.
Η E. coli του εντέρου, όταν πολλαπλασιαστεί υπερβολικά ή βρεθεί σε άλλους ιστούς, προκαλεί ασθένεια. Πώς χαρακτηρίζεται;
Μέθοδος: εξηγώ έναν ομοιοστατικό μηχανισμό
- Ποιο μέγεθος πρέπει να μείνει σταθερό (θερμοκρασία, γλυκόζη, νερό, pH, );
- Ποια μεταβολή το απειλεί;
- Ποιος ανιχνεύει τη μεταβολή (υποδοχείς) και ποιος αποφασίζει (εγκέφαλος);
- Ποια όργανα αντιδρούν και πώς η αντίδραση επαναφέρει το μέγεθος στην κανονική τιμή.
Άσκηση: «Ο οργανισμός, για να διατηρεί σταθερό το εσωτερικό του περιβάλλον, τροποποιεί συνεχώς τη λειτουργία του.» Συμφωνείς; Αιτιολόγησε με ένα παράδειγμα.
Λύση:
Ναι. Η σταθερότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος δεν είναι «ακινησία»: για να μένει σταθερή η θερμοκρασία στους 36,6 °C σε ζεστό περιβάλλον, ο οργανισμός αλλάζει τη λειτουργία του — εκκρίνει ιδρώτα και διαστέλλει τα αγγεία του δέρματος. Σε κρύο κάνει τα αντίθετα. Η ομοιόσταση προϋποθέτει συνεχείς προσαρμογές.
Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: (α) Να ορίσεις την ομοιόσταση. (β) Να περιγράψεις πώς ο οργανισμός αποτρέπει την αύξηση της θερμοκρασίας του σε περιβάλλον 40 °C. (γ) Να αναφέρεις τρεις κατηγορίες αιτιών που μπορούν να διαταράξουν την ομοιόσταση.
Λύση:
(α) Ομοιόσταση είναι η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος παρά τις εξωτερικές μεταβολές.
(β) Οι θερμοϋποδοχείς του δέρματος ειδοποιούν τον εγκέφαλο· το κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας προκαλεί έκκριση ιδρώτα και διαστολή των αγγείων του δέρματος. Ο ιδρώτας εξατμίζεται και ψύχει το δέρμα· το άφθονο αίμα που φτάνει εκεί ψύχεται και επιστρέφοντας στο εσωτερικό κρατά σταθερή τη θερμοκρασία.
(γ) Παθογόνοι μικροοργανισμοί, ακραίες περιβαλλοντικές μεταβολές (θερμοκρασία, ακτινοβολίες, οξυγόνο) και τρόπος ζωής (κάπνισμα, αλκοόλ).
Τον όρο «ομοιόσταση» (homeostasis) τον καθιέρωσε ο Αμερικανός φυσιολόγος Walter Cannon τη δεκαετία του 1920 και τον έκανε γνωστό με το βιβλίο του «The Wisdom of the Body» (1932). Η λέξη είναι ελληνική: «όμοιος» + «στάσις».
«Για ποιο λόγο τρέμουμε όταν κρυώνουμε;» Χρησιμοποιώντας τη λογική του μηχανισμού ρύθμισης της θερμοκρασίας, πρότεινε μια εξήγηση. Τι περιμένεις να κάνουν τα αγγεία του δέρματος στο κρύο και γιατί;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
Στο κρύο η θερμοκρασία του σώματος τείνει να πέσει. Το τρέμουλο είναι γρήγορες ακούσιες συσπάσεις των σκελετικών μυών· οι μύες που δουλεύουν παράγουν θερμότητα, άρα το τρέμουλο αντισταθμίζει την απώλεια.
Τα αγγεία του δέρματος αναμένεται να κάνουν το αντίθετο από ό,τι στη ζέστη: να συσταλούν, ώστε να φτάνει λιγότερο αίμα στην κρύα επιφάνεια και να χάνεται λιγότερη θερμότητα. Είναι η ίδια λογική της ομοιόστασης, με αντίθετη κατεύθυνση.
Σε ζεστό περιβάλλον, ποια δύο αντίδραση προκαλεί το κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας;
- Ομοιόσταση = «δεν αλλάζει τίποτα». Ο οργανισμός αλλάζει συνεχώς λειτουργίες για να μένει σταθερό το εσωτερικό περιβάλλον.
- Όλοι οι μικροοργανισμοί είναι βλαβεροί. Οι περισσότεροι είναι χρήσιμοι ή απαραίτητοι.
- Παράσιτο = πάντα παθογόνο. Παράσιτο σημαίνει ότι ζει σε ξενιστή· παθογόνο, ότι προκαλεί διαταραχές στην υγεία.
- Ομοιόσταση: διατήρηση σταθερών συνθηκών στο εσωτερικό περιβάλλον (θερμοκρασία 36,6 °C, γλυκόζη, νερό, pH 7,4, ).
- Θερμορρύθμιση: θερμοϋποδοχείς → εγκέφαλος → ιδρωτοποιοί αδένες και διαστολή αγγείων.
- Διαταραχή ομοιόστασης από μικρόβια, ακραίες συνθήκες ή τρόπο ζωής → ασθένεια.
- Μικροοργανισμοί < 0,1 mm· παράσιτα, ξενιστής, παθογόνοι, δυνητικά παθογόνοι (E. coli), φυσιολογική μικροχλωρίδα.