Biotičke potrebe

1. Biotičke potrebe

2. Regulacija aktivnosti živih bića - unutarnje potrebe i vanjski podražaji • Potrebe čovjeka koje predstavljaju unutarnje porive na aktivnost - izraz su određene "neravnoteže“ • unutar samog organizma • između organizma i sredine u kojoj djeluje • Razlikujemo urođene ili biotičke potrebe i stečene potrebe: • Urođene ili biotičke potrebe - posljedica fizikalno-kemijskih poremećaja unutarnjeg miljea ili homeostaze • S izuzetkom reproduktivnih struktura, funkcija svih dijelova tijela usmjeren je na održavanje organizma na životu • To je moguće samo ako su zadovoljeni nužni uvjeti za opstanak organizma

3. Nužni uvjeti za opstanak organizma • Voda - najzastupljenija tvar u tijelu: • nužna za metaboličke procese • transportira tvari unutar organizma • važna za regulaciju tjelesne temperature • Hrana - tvari koje, uz vodu, osiguravaju organizmu izvor energije, sirovinu za izgradnju tkiva te odvijanje vitalnih kemijskih reakcija • Kisik - nužan za oslobađanje energije iz tvari dobivenih hranom • Toplina • Brzina metaboličkih reakcija ovisna je o količini prisutne topline • Mjera prisutne toplinske energije je tjelesna temperatura • Pritisak • atmosferski pritisak je nužan da bi nam bilo moguće disanje • hidrostatski pritisak (kod čovjeka prisutan u obluku krvnog tlaka) - posljedica srčanog rada, što omogućuje cirkulaciju krvi.

4. Homeostaza • organizmi trebaju vodu, hranu, kisik, toplinu i pritisak, ali sama prisutnost tih faktora nije dovoljna za preživljavanje - važne su i količina i kvaliteta tih faktora, npr.: • količina vode koja ulazi u organizam i izlazi iz njega mora biti regulirana • koncentracija kisika u tjelesnim tekućinama mora biti unutar određenih granica, itd. • Tijelo efikasno funkcionira samo ako se svi navedeni ključni faktori kreću u zadanim uskim granicama. • Tendencija da se održi stabilno unutrašnje okruženje zove se homeostaza • Termin homeostaza prvi je uveo fiziolog Walter Cannon (1929) da bi opisao procese regulacije temperature i druge biološke procese koji održavaju neke tjelesne varijable unutar zadanog raspona.

5. Pojednostavljeni model homeostaze - održavanje temperature u zatvorenom prostoru pomoću termostata: • Termostat je namješten na određenu vrijednost temperature, tzv. fiksnu razinu • Ako je temperatura niža, sustav grijanja povećava temperaturu sve dok ne dosegne tu fiksnu razinu → • To isključuje grijanje, pa se temperatura u kući postupno smanjuje sve dok pad temperature ne postane dovoljan da bi se ponovno uključilo grijanje. • Svi sustavi temeljeni na fiksnim razinama imaju tri komponente: mehanizam fiksne razine, mehanizam detekcije i izvršni mehanizam: • Mehanizam fiksne razine definira fiksnu razinu • Mehanizam detekcije otkriva odstupanje od fiksne razine • Izvršni mehanizam djeluje tako da to odstupanje ukloni. • Npr. mehanizam fiksne razine u sustavu grijanja je termostat, mehanizam detekcije je termometar, a izvršni mehanizam je grijač.

6. Svi sustavi utemeljeni na fiksnoj razini su sustavi negativne povratne sprege, tj. sustavi u kojima povratna informacija o promjeni u jednom smjeru izaziva kompenzacijski učinak u suprotnom smjeru. • Sustavi negativne povratne sprege uobičajeni su kod sisavaca jer služe održavanju homeostaze, stabilne unutarnje okoline koja je neophodna za njihovo preživljavanje • Slično navedenom primjeru termostata, homeostatski procesi aktiviraju određene fiziološke i bihevioralne aktivnosti kad neka varijabla izađe iz zadanog raspona.

7. U mnogim slučajevima taj je raspon vrlo uzak - "fiksna razina" (set point) • Npr. održavanje fiksne razine kalcija: • ako u hrani uzimamo premalo kalcija, pa njegova koncentracija u krvi padne ispod fiksne razine iz skladišta u kostima otpušta se dodatni kalcij u krv • ako koncentracija kalcija naraste iznad fiksne razine, dio viška se taloži u kostima, a dio se izlučuje urinom i stolicom

8. Analogni mehanizmi održavaju konstantne razine drugih tvari u krvi, kao npr. kisika, glukoze, vode, bjelančevina, masti i kiselina • homeostatski mehanizam održavanja stabilne razine šećera u krvi:

9. Biotičke potrebe • posljedica poremećaja homeostaze • njihovo zadovoljavanje je nužno za održavanje života pojedinca, odnosno za održavanje vrste • U biotičke potrebe ubrajamo: potrebu za kisikom, za održavanjem stalne tjelesne temperature, glad, žeđ, seksualne potrebe → ove potrebe nameću osnovne oblike ponašanja bez kojih život pojedinca ili vrste ne bi bio moguć. • Da bi se održala homeostaza, živo biće posjeduje regulatorne mehanizme, čiji je zadatak da detektiraju odstupanje od optimuma u odvijanju biokemijskih procesa u unutarnjem miljeu, i ako do odstupanja dođe da induciraju promjene kako unutar organizma, tako i u ponašanju pojedinca koje će omogućiti da se ponovno uspostavi ravnoteža. • Bitno svojstvo tih mehanizama je redundantnost – obično postoji više načina kontrole stanja, čuvanja zaliha ili odbacivanja viškova • Suvremene teorije: različiti neuralni mehanizmi ne funkcioniraju tako da samo nadoknađuju manjkove, već je njihova osnovna funkcija da spriječe nastanak manjkova → Suvremena shvaćanja ne temelje se na pojmu fiksne razine (set point) već na pojmu razine uravnoteženja (settling point), tj. uzimaju u obzir različite faktore koji moraju biti u ravnoteži

10. TERMOREGULACIJA

11. U prosječnom danu prosječan čovjek sagori cca 2000 kcal energije - većinu te energije organizam troši na održavanje stalne tjelesne temperature • Životinje kod kojih nema održavanja stalne temperature (npr. gmazovi) mogu provesti nekoliko dana ili čak tjedana bez obroka, za razliku od sisavaca koji trebaju češće obroke zbog velikog utroška energije na održavanje stabilne temperature tijela. • Regulacija temperature kod sisavaca može se promatrati kao homeostatski proces, iako ne funkcionira poput termostata u kući: • Termostat uspoređuje postojeću temperaturu s nekim zadanim rasponom, i ako nađe diskrepancu, uključuje grijanje ili hlađenje. • Tijelo prati nekoliko varijabli u različitim dijelovima tijela da bi odredilo potrebu za toplinom ili hladnoćom, i aktivira nekoliko odgovora, koji su međusobno donekle nezavisni. • Organizmi se razlikuju po načinu na koji reguliraju tjelesnu temperaturu

12. U svakodnevnom govoru rabimo termine “toplokrvne “ i “hladnokrvne” životinje, što nije točno. • S obzirom na regulaciju tjelesne temperature, organizmi se dijele ne egzotermne i endotermne • Egzotermni (poikilotermni) organizmi: • ribe, vodozemci i gmazovi • njihova tjelesna temperatura ista je kao temperatura okoline u kojoj se nalaze • nemaju fiziološke mehanizme termoregulacije, no i oni aktivno reguliraju tjelesnu temperaturu – bihevioralni mehanizmi (npr. premještanje na toplije ili hladnije mjesto). • Ptice i sisavci su endotermni ili homeotermni - održavaju gotovo konstantnu razinu tjelesne temperature, usprkos velikim varijacijama u temperaturi okoline.

13. Prednosti stabilne tjelesne temperature • U normalnim uvjetima svaki sisavac ili ptica nastoje držati svoju tjelesnu temperaturu blizu fiksne razine. • Zašto se razvio taj mehanizam? Zbog čega je održavanje stabilne tjelesne temperature vrijedno tolikog utroška energije? • promjene u temperaturi imaju velik utjecaj na brzinu i razmjer kemijskih reakcija u organizmu – enzimski sustavi sisavaca najučinkovitiji su u uskom rasponu oko 37 ° C (za ptice cca 40° C) • čak i mali pomaci u tjelesnoj temperaturi mogu poremetiti odvijanje tih reakcija i izazvati metaboličke poremećaje: • na previsokoj temperaturi razgrađuju se proteini u tkivima i ponovno spajaju na slučajan način (kuhanje) • moždane stanice su posebno osjetljive na visoku temperaturu • na niskim temperaturama dolazi do oštećenja dvosloja lipidnih molekula koji čini stanične membrane. • za svaku kemijsku reakciju postoji neka optimalna temperatura, a povrh toga, ta je optimalna temperatura često različita za razne kemijske reakcije - održavanje stabilne tjelesne temperature omogućuje precizno usklađivanje različitih biokemijskih procesa u tijelu • fiksna razina (set point) za temperaturu nije uvijek ista: ona ovisi o cirkadijurnom ritmu i varira između cca 36.6 i 37.2 °C, pri čemu je najniža noću, kad je i razina aktivnosti najniža. Kako je termoregulacija energetski skup proces, takve cirkadijurne varijacije vjerojatno služe za štednju energije • druga značajna evolucijska prednost termoregulacije - konstantna temperatura omogućava životinji i čovjeku da ostanu aktivni i kad okolina postane vrlo hladna - ptice i sisavci mogu biti spremni za aktivnost na bilo kojoj temperaturi, dok npr. kod riba to nije moguće.

14. Neuralni mehanizmi • Održavanje stabilne tjelesne temperature prvenstveno je pod kontrolom hipotalamusa • Preoptičko područje hipotalamusa prati promjene u tjelesnoj temperaturi: • djelomično tako što prati promjene u vlastitoj temperaturi na osnovi temperature okolne krvi (pokusi s izravnim grijanjem ili hlađenjem tog područja) • prima aferentne informacije iz termoreceptora u koži i unutrašnjosti tijela • Oštećenje preoptičkog područja kod sisavaca dovodi do poremećaja u regulaciji temperature - tjelesna temperatura može fluktuirati u rasponu i do 10° C.

15. Mehanizmi regulacije temperature • Tijelo naročito brani temperaturu u unutrašnjosti (u mozgu i drugim unutarnjim organima) - znatno pažljivije nego li što brani temperaturu kože. • Kad se tijelo ohladi: • periferna vazokonstrikcija - krvne žile prema koži se stisnu, sprečavajući da se krv ohladi uslijed hladnog zraka koji okružuje kožu - koža se može jako ohladiti, ali mozak, srce i drugi organi ostaju topli • da bi proizveli više topline, mišići se ritmički kontrahiraju (drhtavica) • krzno ili dlake na koži sisavaca se usprave, čime se povećava izolacija od hladne okoline • aktivira se adenohipofiza – pojačano lučenje TSH → štitnjača pojačano luči tiroksin → ubrzava se metabolizam da bi organizam dobio više energije → oslobađa se dodatna toplina • promjena ponašanja – npr. maknemo se s hladnoće u toplu prostoriju, toplije se oblačimo da povećamo izolaciju između kože i hladnog zraka, i sl.

16. Kad se tijelo pregrije: • periferna vazodilatacija - više krvi nego što je uobičajeno teče prema koži, gdje se može ohladiti u dodiru sa zrakom • znojenje (životinje se znoje, dašću ili se ližu, jer isparavanje sline također hladi tijelo) • smanjenje tjelesne aktivnosti • Problemi u regulaciji temperature mogu nastati za vrijeme vrućeg i vlažnog vremena: • Zrak može sadržavati samo ograničenu koncentraciju vodene pare - ako je zrak jako vlažan i vruće je, mi se znojimo, no znoj ne može brzoispariti → koža je mokra, ali ne dolazi do hlađenja

18. Vrućica (povišena tjelesna temperatura) • Bakterijske ili virusne infekcije često su praćene povišenom temperaturom • Hipokrat je smatrao da, u većini slučajeva, povišena temperatura koristi bolesniku, jer uništava uzročnika bolesti • U srednjem vijeku su kod nekih infekcija čak namjerno izazivali povišenu temperaturu, da bi ubrzali ozdravljenje • Prije cca 100 godina – aspirin (velika sposobnost smanjivanja povišene tjelesne temperature) - počeo se koristiti u svim slučajevima vrućice • Suvremene spoznaje - Hipokrat imao dosta dobru predodžbu o funkciji povišene temperature: • povišena temperatura nije bolest - ona je dio obrambenog mehanizma organizma, kojim se organizam suprotstavlja bolesti

19. Fever:  How our immune system works (POA=Pituitary gland; AH=Hypothalamus) • kad je tijelo napadnuto virusima ili bakterijama, mobilizira leukocite da ih napadnu • leukociti oslobađaju specifičan protein koji izaziva produkciju prostaglandina E1 • prostaglandin E1 djeluje na stanice u preoptičkom području, tako da podignu tjelesnu temperaturu • Koja je korist od toga?

20. Neke vrste bakterija sporije rastu pri povišenoj temperaturi: • Npr., na povišenoj temperaturi može se sniziti razina željeza, dok se istovremeno povećava potreba bakterija za željezom, pa ih tako organizam na neki način izgladni. • Ako je infekcija virusna, povišena temperatura pospješuje produkciju interferona i drugih antivirusnih tvari u organizmu • Istraživanja na životinjama: • one koje u bolesti razviju umjereno povišenu temperaturu, do 2.5 stupnja višu od normale, imaju veće šanse da prežive infekciju, nego one kod kojih se ne javi povišena temperatura • s daljnjim povećanjem temperature šanse za preživljavanje se smanjuju

21. Kad temperatura počne rasti iznad normale, pojedinac počinje, paradoksalno, osjećati hladnoću → svrha toga je daljnje povećanje temperature na nekoliko načina: - drhtanje - navođenje pojedinca da se dodatno ugrije, npr. toplim napitkom, dekom, i sl., - vazokonstrikcija žila koje vode ka površini tijela da bi se smanjio gubitak topline - povećana razgradnja masti da bi se proizvela dodatna energija • Određeno povećanje tjelesne temperature je korisno, no izrazito visoka temperatura šteti organizmu: • nužna primjena antipiretika • smanjenje tjelesne aktivnosti • uzimanje mnogo tekućine da bi se spriječila dehidracija organizma • hlađenje, npr. hlađenje kože vodom da se poveća isparavanje

22. U mnogim aspektima regulacija temperature je primjer homeostatskog procesa • No, regulacija temperature nije samo reakcija na trenutačne potrebe - tijelo se ponekad zagrijava ili hladi pripremajući se za očekivane potrebe: • Npr. uslijed straha simpatikus aktivira žlijezde znojnice, i znoj počne hladiti tijelo, što nije reakcija na trenutnu temperaturu, već kao priprema za pregrijavanje do kojeg bi moglo doći uslijed pojačane aktivnosti • Slično tome, i žeđ i glad anticipiraju buduće potrebe, a ne samo trenutne, i podložne su širokim fluktuacijama ↓ reakcije u našem organizmu nisu samo homeostatske u smislu nadoknađivanja manjkova, već pripremaju tijelo i na buduće potrebe, a uzimaju u obzir i pozitivno poticajnu vrijednost nekog ponašanja