της Δήμητρας Σπανού καθηγήτριας Χημικού 1ο Γυμν. Δάφνης
ουκ επιθυμήσεις όσα τω πλησίον σου εστί.
Τι σημαίνει η λέξη "ομοισταση"
Ετυμολογία :
- ομοιόσταση < λόγιο ενδογενές δάνειο: νεολατινική homeostasis < αρχαία ελληνική ὅμοιος + ἵστημι
δηλαδή στέκομαι , είμαι όρθιος (άρα υγειής)
με τρόπο όμοιο
που όμοιος, -α, -ο δηλαδή με τρόπο όχι ίδιο αλλά που
που έχει αρκετά κοινά χαρακτηριστικά με κάτι άλλο και λίγες διαφορές
Που χρησιμοποιείται η έννοια της ομοιόστασης
Α. Η λέξη ομοιόσταση χρησιμοποιείται γα να περιγράψει την λειτουργία στους οργανισμούς και η διατήρησή της ή μη, συνδέθηκε με την υγεία και την ασθένεια
Ομοιόσταση αποκαλείται η ικανότητα των οργανισμών να διατηρούν το εσωτερικό περιβάλλον σταθερό, παρά τις μεταβολές του εξωτερικού περιβάλλοντος.
Σημαντικοί παράγοντες είναι η διατήρηση μιας σταθερής ποσότητας οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα, μέσω της λειτουργίας του αναπνευστικού συστήματος, η θερμοκρασία του σώματος, η οξύτητα του αίματος, και η συγκέντρωση αλάτων του σώματος. Επίσης, σημαντική είναι η συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα, η οποία παραμένει σχετικά σταθερή με την δράση της ινσουλίνης, που εκκρίνεται από το πάγκρεας.
Η όλη διαδικασία προϋποθέτει κατανάλωση ενέργειας, συντονισμό λειτουργίας διαφόρων οργάνων, και συνεργασία νευρικού και ενδοκρινικού συστήματος.
Πως μπορώ να χρησιμοποιήσω την ιδέα της ομοιόστασης για οικοσυστήματα και γενικότερα για το Φυσικό περιβάλλον και για τις κοινωνίες
Αν επεκτείνω την ιδέα του οργανισμού -αποτέλεσμα συντονισμού και συνεργασίας επιμέρους μονάδων- μπορώ να θεωρήσω σαν "οργανισμό" λ.χ. ένα οικοσύστημα ή ακόμα και το ευρύτερο οικοσύστημα της Γης.
Προσπαθώντας να συσχετίσω την ιδέα της ομοιόστασης με αντίστοιχη ορολογία βρίσκω πως,για την περιγραφή της ισορροπίας στο φυσικό περιβάλλον, και στο γήινο οικοσυστημα , περίπου επικρατούν οι ίδιες λογικές και αντίστοιχοι νόμοι.
Θεωρώντας την περιγραφή των κύκλων των χημικών στοιχείων και της ανόργανης ύλης είτε των συνθετότερων οργανικών και βιολογικών κύκλων διαπιστώνεται ότι η έννοια της ομοιόστασης έχει εδώ αντικατασταθεί με την ορολογία της περιβαλλοντικής ισορροπίας που περιγράφει τους κύκλους αυτούς όπως και άλλες αντίστοιες καταστάσεις.
Ιδέας που προδιαγράφουν την έννοια της ομοιόστασης μπορεί να θεωρηθούν αυτές που είχαν κατά καιρούς διατυπωθεί , όπως από τον Ήρωνα τον Αλεξανδρέα που διατύπωσε την αρχή του ελαχίστου σχετικά με την διαδρομή ανακλωμένων ακτίνων φωτός, του Fermat 17ος αιώνας για την διαδρομή ακτίνων φωτός,
ακατεργαστο
Η ζωή και η γήρανση του οργανισμού ξεκινούν από τη στιγμή της γονιμοποίησης
και να συνεχιστεί ολόκληρη η διάρκεια ζωής. Η γονιμοποίηση αντιπροσωπεύει το σχηματισμό ενός νέου οργανισμού. Το νέο
Ο οργανισμός αντιπροσωπεύει ένα νέο θερμοδυναμικό σύστημα. Από την αρχή, αλλάζει κατάσταση
μεταβάλλοντας τις θερμοδυναμικές παραμέτρους. Η μεταβολή των θερμοδυναμικών παραμέτρων παρατηρείται ως γήρανση
και μπορεί να σχετίζεται με την αλλαγή στην εντροπία. Η εντροπία είναι επομένως η παράμετρος που σχετίζεται με όλους τους άλλους και
περιγράφει τη γήρανση με τον καλύτερο τρόπο. Στην αρχή, η αλλαγή εντροπίας εμφανίζεται ως συνέπεια της
συσσώρευση της ύλης (ανάπτυξη). Αργότερα, οι αλλαγές αποσύνθεσης και διαμόρφωσης κυριαρχούν, ως α
συνέπεια διαφόρων χημικών αντιδράσεων (ελευθέρες ρίζες, αποσύνθεση, κατακερματισμός, συσσώρευση
ουσίες παρόμοιες με τη λιποφουσκίν
"Τι είναι η ζωή?" είναι μια πρώτη ερώτηση που έθεσε ο Schrodinger [1944], ο οποίος ήθελε να δείξει την αναγκαιότητα
οι διαδικασίες ζωής πρέπει να τηρούν τους νόμους της φυσικής και της χημείας. Ωστόσο, δεν υπάρχει γενική συμφωνία στην
την επιστημονική κοινότητα για την απάντηση, ακόμα και σήμερα. Μια ακόμη πιο αμφιλεγόμενη ερώτηση είναι "τι είναι
γήρανση ", με εξαίρεση τη γενική συμφωνία ότι η γήρανση είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία που συνδέεται στενά με τη ζωή και τη ζωή
ροή χρόνου. Υπάρχουν πολλές υποθέσεις σχετικά με την αιτία της γήρανσης.
Η βιβλιογραφία περιγράφει τα επτά χαρακτηριστικά κοινά σε όλους τους ζώντες οργανισμούς. Ζωντανοί οργανισμοί
(1) κατασκευάζονται από δομές που ονομάζονται κύτταρα, (2) αναπτύσσονται και μεταβάλλονται, (3) έχουν σύνθετη χημεία, (4) διατηρούν
(5) να ανταποκριθούν στο περιβάλλον τους, (6) να αναπαράγουν και να έχουν απογόνους και (7) να περάσουν τα χαρακτηριστικά τους
στους απογόνους τους.Σύμφωνα με το πρώτο χαρακτηριστικό, όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν κυτταρική δομή.
Ένα κύτταρο αντιστοιχεί σε
την περιγραφή ενός θερμοδυναμικού συστήματος (Σχήμα 1). Έχει μια ορισμένη ποσότητα ύλης, ξεκάθαρα διαχωρισμένη
με όρια από το περιβάλλον, με τα οποία ανταλλάσσει υλικό και ενέργεια. Έτσι, ένα κύτταρο μπορεί να είναι
θεωρείται ανοιχτό θερμοδυναμικό σύστημα, όπως έδειξε ο Von Bertalanffy [1950 Εάν ένα κύτταρο / οργανισμός θεωρείται ως ένα θερμοδυναμικό σύστημα, τότε κάθε κράτος χαρακτηρίζεται από ορισμένα
παραμέτρους κατάστασης. Η κατάσταση 1 χαρακτηρίζεται από τη μάζα m1, τον όγκο V1, την εσωτερική ενέργεια U1, την ενθαλπία H1, την εντροπία
S1 και Gibbs ελεύθερη ενέργεια G1, ποσότητα πληροφοριών Ι1. Κατά τη διάρκεια της γήρανσης, υπάρχει μια διαδικασία που αλλάζει
παραμέτρους κατάστασης. Η ζωή συμβαίνει σε περί φυσιολογικές μεταβολές (απώλεια της λειτουργίας), κυτταρολογικές αλλαγές (συσσώρευση λιποφουσκίνης, τελομερές
βλάβη κυττάρων ...) και ιστολογικές αλλαγές (απώλεια των παρεγχυματικών κυττάρων και αντικατάσταση τους με
συνδετικού ιστού).που σταθερή θερμοκρασία (πολύ στενή περιοχή θερμοκρασιών)
και σταθερή πίεση. Έτσι, η γήρανση είναι μια διαδικασία που είναι ισοβαρική και ισοθερμική. Μεταβλητές παράμετροι είναι
όγκου (ο οποίος παρατηρήσαμε μακροσκοπικά ως ανάπτυξη). Η αύξηση του όγκου προκαλείται από ένα
συσσώρευση μάζας. Λόγω της αλλαγής της μάζας, υπάρχει μια αλλαγή στην ενθαλπία, την εσωτερική ενέργεια,
την εντροπία, την ελεύθερη ενέργεια Gibbs, πληροφορίες ... Επομένως, η κατάσταση 2 χαρακτηρίζεται από τις ιδιότητες m2, V2, U2, H2,
S2, G2, I2 ... Η κατάσταση ενός ζωντανού οργανισμού αλλάζει κατά τη διάρκεια της γήρανσης. Η γήρανση είναι ένα πολύπλοκο φαινόμενο, το οποίο περιλαμβάνει Σχεδόν όλες οι 300 υπάρχουσες θεωρίες της γήρανσης βασίζονται σε ορισμένες παρατηρήσεις σχετικά με
μορφολογικές και βιοχημικές αλλαγές που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της γήρανσης. Ωστόσο, κανένας από αυτούς δεν εξηγεί το
φυσικό λόγο που προκαλεί τη διαδικασία γήρανσης. Καμία γενική θεωρία δεν είναι γενικά αποδεκτή [Harman 1998]. ο
δημοφιλή θεωρία της ελεύθερης ρίζας της γήρανσης [Harman 1992; Harman 1998; Yin 2005; Harman 1956; Harman 1980]
βασίζεται στη χημική φύση και την πανταχού παρούσα παρουσία ελεύθερων ριζών [Ashok 1999]. Προτείνει αυτό
οι αλλαγές γήρανσης προκαλούνται από αντιδράσεις ελεύθερων ριζών [Harman 1992]. Η θεωρία οξειδωτικής βλάβης της γήρανσης
μια φορά φαινόταν σχεδόν αποδειχθεί. Αλλά πρόσφατα επικρίθηκε. Έτσι, έγινε προσπάθεια να τροποποιηθεί.
Σύμφωνα με την προτεινόμενη θεωρία νεο-οξειδωτικών βλαβών, η οξειδωτική βλάβη αποτελεί βασικό παράγοντα
γήρανση, αλλά O2 - και το H2O2 δεν αποτελούν τις κύριες αιτίες αυτής της ζημίας [Gems 2009].
Η εξελικτική θεωρία της γήρανσης είναι σήμερα η πιο δημοφιλής θεωρία γήρανσης. Kirkwood [2000]
ότι είναι απίθανο να υπάρχουν συγκεκριμένα γονίδια που επιλέγονται για την προώθηση της γήρανσης. Σύμφωνα με αυτό, η γήρανση δεν είναι
προγραμματισμένη, αλλά οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη συσσώρευση σωματικών βλαβών, εξαιτίας περιορισμένων επενδύσεων
συντήρηση και επισκευή. Ωστόσο, ο γενετικός προσδιορισμός της γήρανσης [Johnson 1987] δείχνει ότι
η ανάπτυξη, η αναπαραγωγή και η διάρκεια ζωής είναι καθεμία υπό ανεξάρτητο γενετικό έλεγχο.
Υπάρχουν πειραματικά στοιχεία για την υποστήριξη της τελομεράσης-τελομεράσης της γήρανσης [Holt
1996]. Η βλάβη στο DNA είναι το επίκεντρο αυτής της θεωρίας. Πρόσφατα περιγράφηκε η μείωση του αριθμού των τελομερών
να συσχετιστεί με βλάβες του DNA [Ahmed 2001]. Ορισμένα κύτταρα δεν διαθέτουν γενετικό υλικό (δηλ.
ερυθροκύτταρα, αιμοπετάλια ...) αλλά εξακολουθούν να υπόκεινται στη διαδικασία γήρανσης. Στην περίπτωση αυτή, ο γενετικός προσδιορισμός. Άλλες θεωρίες της γήρανσης βασίζονται σε κάποιες συγκεκριμένες παρατηρήσεις. Οι κυτταρικές εκδηλώσεις γήρανσης είναι
πιο έντονα στα μετα-μεταθετικά κύτταρα. Πολλά μιτοχόνδρια υφίστανται διεύρυνση και δομική
αποδιοργάνωση ενώ τα λυσοσώματα, τα οποία είναι συνήθως υπεύθυνα για τον μιτοχονδριακό κύκλο εργασιών, σταδιακά
συσσωρεύουν ένα μη διαφοροποιημένο, πολυμερικό, αυτοφθορίζον υλικό που ονομάζεται λιποφουσκίνη [Brunk 2002].
Ορισμένοι συγγραφείς προσέφεραν μια εξέταση της βιολογικής γήρανσης ως αποτέλεσμα της αποτυχίας της ομοιοστατικής
συστήματα [Adelman 1980; Gerhard 1993]. Τα ορμοστατικά συστήματα έχουν κάποιο ρόλο στη διατήρηση του
ισορροπία μέσα σε ένα βιολογικό σύστημα. Η αποτυχία τους οδηγεί σε αλλαγές που χαρακτηρίζουν την αύξηση του
Εντροπία μέσα στο κελί. Ωστόσο, η διαδικασία γήρανσης αρχίζει πολύ πριν εμφανιστεί η αποτυχία.
Hayflick [2007plos; 2007pnas; 1998; 2 . 2007pnas; 1998; 2016] υποδηλώνει ότι η πιθανή μακροζωία καθορίζεται από το
της ενεργειακής απόδοσης όλων των μορίων που υπάρχουν κατά την ωρίμανση αναπ Η γήρανση είναι επίσης μια φυσική και μια χημική διαδικασία (η οποία εκδηλώνεται με αλλαγές στη διαμόρφωση και την
διαμόρφωση μορίων), τα οποία είναι συνέπεια διαφόρων παραγόντων (π.χ. ROS θεωρία, εντροπία
εξήγηση της γήρανσης ...). Αυτό οδηγεί σε αλλαγή της κατάστασης ενός θερμοδυναμικού συστήματος / κυττάρου / οργανισμού.
Η γήρανση είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και υπάρχει επίσης στη μη ζωντανή ύλη. Έτσι, αυτό
μπορεί να συναχθεί ότι η γήρανση είναι ένα καθολικό φυσικό φαινόμενο.
Στην παρούσα εργασία υποτίθεται ότι η διαδικασία γήρανσης είναι μια αυθόρμητη θερμοδυναμική διαδικασία
που εκτελείται από έναν ζωντανό οργανισμό, ένα ανοικτό θερμοδυναμικό σύστημα έξω από την ισορροπία με μια ιδιότητα τουαραγωγής και μετά από αυτήν. Η σχέση μεταξύ
η αύξηση της εντροπίας και της γήρανσης μελετήθηκε, τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά από τον Hayflick [2007plos;
2007pnas; 1998; 2016], Toussaint [1995; 2000; 2002; 1998; 1991] και άλλοι [Popovic 2012; Silva 2008;
Shamir 2009; Popovic 2012; Schneider 2005]. Ορισμένοι συγγραφείς είναι σαφείς, αναφέροντας ότι η εντροπία του
Οι C. elegans pharynx ιστούς αυξάνονται καθώς το ζώο ωριμάζει [Shamir 2009]. Silva και Annamalai [2008]
ανέφεραν αύξηση της εντροπίας του οργανισμού κατά τη διάρκεια της γήρανσης, 11.404 kJ / K ανά kg σωματικής μάζας. Το ποσοστό
της γενιάς εντροπίας βρέθηκε να είναι τρεις φορές υψηλότερη στα βρέφη (λόγω της ανάπτυξης) στη συνέχεια
ηλικιωμένοι. Αυτό είναι σύμφωνο με τις εκθέσεις του Toussaint [1995; 2000; 2002; 1998; 1991] ότι η
Σχήμα 2: Συνεχής μεταβολή της βιολογικής και θερμοδυναμικής κατάστασης: (α) Ένας οργανισμός που βρίσκεται στο
ένα κλειστό σύστημα (τρυβλίο Petri) μέσω της συσσώρευσης ύλης αυξάνει τη μάζα του. Με την αύξηση του
μάζα, αυξάνει την εντροπία, την ενθαλπία και την εσωτερική ενέργεια. β) Ο οργανισμός που βρίσκεται σε ανοιχτό χώρο
σύστημα αυξάνει επίσης εκθετικά τη μάζα και την εντροπία του.
Το 1850 ο Clausius παρατήρησε ότι ενώ έργο και θερµότητα είναι ισοδύναµα, η θερµότητα δεν µπορεί να γίνει έργο εξ’ ολοκλήρου. Θεωρητικά είναι ο πατέρας του βέλους του χρόνου. Ο Kelvin διατύπωσε τον 2ο νόµο µε σκεπτικό ότι η θερµότητα σε µια διεργασία δεν µπορεί να έχει µόνο σαν αποτέλεσµα έργο. Ο Clausius παρατήρησε ότι ο διασκορπισµός ενέργειας δηµιουργούσε µεγάλη ασυµµετρία ανάµεσα στην θερµότητα και το έργο. Η απώλεια της θερµότητας είναι µη αντιστρεπτή. Από τον 2ο νόµο συνάγεται ότι όλοι οι µετασχηµατισµοί ενέργειας είναι µη αντιστρεπτοί. Το 1865 ο Clausius διέκρινε τις αντιστρεπτές από τις µη αντιστρεπτές διαδικασίες εισάγοντας την έννοια της εντροπίας, ένα µέγεθος το οποίο αυξάνεται συνεχώς µε το διασκορπισµό της ενέργειας και παίρνει την µεγαλύτερη τιµή του όταν έχει τελειώσει η τάση για να παραχθεί πλέον έργο, στην ισορροπία δηλαδή. Το όνοµα αυτής της νέας έννοιας προήλθε από τις λέξεις εν και τροπή. Είναι η σηµαντικότερη έννοια της θερµοδυναµικής και παρέχει το βέλος του χρόνου αφού η αύξηση της εντροπίας δίνει την προς τα εµπρός κατεύθυνση του χρόνου. Η χρονική εξέλιξη ενός µονωµένου συστήµατος σταµατά όταν η εντροπία φτάσει στην µέγιστη τιµή της όταν πλέον θα υπάρχει στο σύστηµα η µέγιστη αταξία δηλ. στη θερµοδυναµική ισορροπία. Αυτό συµβαίνει στα µεµονωµένα συστήµατα Στα κλειστά και ανοιχτά συστήµατα χρησιµοποιούµε την ελεύθερη ενέργεια η οποία παίρνει την ελάχιστη τιµή της στην ισορροπία. Η ελεύθερη ενέργεια είναι σηµαντική αφού περιγράφει την ισορροπία σε κλειστά συστήµατα όπως µαγνητικά υλικά είτε ψυγεία είτε χηµικώς αντιδρώντα µείγµατα. Εντροπία και ελεύθερη ενέργεια είναι τα θερµοδυναµικά δυναµικά. Παναγιώτης Ν. Γεωργακόπουλος, Φυσικος Μεταπτυχιακή ∆ιπλωµατική Εργασία 4
Ο Prigogine έδειξε ότι µακριά από την ισορροπία το σύστηµα θα εξελιχθεί προς ένα σηµείο όπου ο ρυθµός παραγωγής εντροπίας θα είναι ελάχιστος. Έγινε αντιληπτό ότι στάσιµες καταστάσεις µπορούν να γίνουν ασταθείς όταν βρίσκονται µακριά από την ισορροπία και µπορεί να προκύψει σηµείο διακλάδωσης όπου το σύστηµα θα εξελιχθεί σε άλλη κατάσταση µε οργανωµένη συµπεριφορά στο χρόνο και το χώρο
https://thalis.math.upatras.gr/~streklas/public_html/meta/Georgakopoulos.pdf