Уровни регуляции гомеостаза

Внутриклеточный механизм регуляции, обеспечивающий гомеостаз в организме является первым уровнем регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самой клетке или поступающие в неё извне. Эти вещества могут действовать тремя способами:

- изменять активность ферментов путём ингибирования или активации;

- изменять количество ферментов и других белков путём индукции или репрессии их синтеза или путём изменения скорости их распада;

- изменять скорость трансмембранного переноса веществ, взаимодействуя с мембраной.

У сложно устроенных многоклеточных организмов с дифференцированными органами, выполняющими специальные функции, возникает необходимость межорганной координации обмена веществ. Например, интенсивная работа мышц требует включения процессов мобилизации гликогена в печени или мобилизации липидов в жировой ткани. Межорганная координация обеспечивается передачей сигналов двумя путями: через кровь с помощью гормонов (эндокринная система) и через нервную систему.

Эндокринная система – второй уровень регуляции. Она представлена железами (иногда отдельными клетками), синтезирующими гормоны - химические сигналы. Гормоны освобождаются в кровь в ответ на специфический стимул. Этим стимулом может быть нервный импульс или изменение концентрации определённого вещества в крови, протекающей через эндокринную железу (например, снижение концентрации глюкозы). Гормон транспортируется с кровью и, достигая клеток-мишеней, модифицирует в них обмен веществ через внутриклеточные механизмы, т.е. путём изменения активности или количества ферментов, либо скорости трансмембранного переноса веществ. В результате изменения обмена веществ устраняется стимул, вызвавший освобождение гормона (например, повышается концентрация глюкозы в крови). Выполнивший свою функцию гормон разрушается специальными ферментами.

Третий уровень регуляции – нервная система с рецепторами сигналов, как внешней среды, так и внутренней. Сигналы трансформируются в волну деполяризации нервного волокна (нервный импульс), который в синапсе с клеткой-эффектором вызывает освобождение медиатора – химического сигнала. Медиатор через внутриклеточные механизмы регуляции вызывает изменение обмена веществ. Клетками-эффекторами могут быть и некоторые эндокринные клетки, отвечающие на нервный импульс синтезом и выделением гормона.

Три уровня регуляции обмена веществ теснейшим образом взаимосвязаны и функционируют как единая система.

Изменения обмена веществ при голодании

Голодание может быть неполным (недоедание) и полным. Основная проблема неполного голодания - белковая недостаточность. Полное голодание может быть связано с болезнями пищеварительного тракта или психическими заболеваниями.

Выделяют три фазы. Азотистый баланс во все фазы голодания отрицательный. Первая фаза следует за постабсорбтивным периодом и продолжается примерно сутки. Расходуются запасы гликогена; концентрация инсулина в крови снижается, а концентрации глюкагона и кортизола увеличиваются. Увеличивается скорость мобилизации жиров и скорость глюконеогенеза из аминокислот и глицерина. Концентрация глюкозы в крови уменьшается до нижних пределов нормы. Вторая фаза длится около одной недели. Продолжается мобилизация жиров, увеличиваются концентрации жирных кислот и кетоновых тел в крови. Ацетон не используется и выводится главным образом с выдыхаемым воздухом и через кожу. Концентрация инсулина в крови низкая, и глюкоза в мышечные клетки не проникает. Источниками энергии для мышц и других органов являются жирные кислоты и кетоновые тела. Потребителями глюкозы являются только инсулинонезависимые клетки, прежде всего клетки мозга. Продолжается глюконеогенез за счет распада тканевых белков. Интенсивность обмена веществ снижена. Третья фаза продолжается несколько недель. Скорость распада белков стабилизируется (примерно 20 г в сутки), соответственно уменьшается скорость глюконеогенеза. В этой фазе и для мозга основным источником энергии становятся кетоновые тела. При продолжении голодания нарастает атрофия тканей. После израсходования от 1/3 до 1/2 всех белков наступает гибель.