D.3.3 · הומאוסטאזה

חומר זה מכסה נושאי SL נבחרים לקורס שנבחן לראשונה ב-2025; אינו מהווה את כל תוכנית הלימודים.

דרישות קודמות: הורמונים ואותות תאי D.3.1–D.3.2, ואחוזים ממדעים.

הדוגמאות הן מקוריות ודמיוניות: הן אינן מדידות אמיתיות או חקירות תלמיד אמיתיות.

מה would explain this observation?

• לאחר ארוחה כבדה סוכר הדם זנק, אך תוך שעה הוא חזר לכמעט למקום שבו היה בתחילה — ובמהלך לילה ללא מזון הוא לא קרס. מה שומר על יציבותו?

בנה את המודל

• ביתוסטזיס הוא שמירה על סביבה פנימה כמעט קבועה סביב נקודת ייחוס. הוא פועל באמצעות משוב שלילי: חיישן מזהה את השינוי, מרכז בקרה משווה אותו לנקודת הייחוס, ומפעיל תגובה המתנגדת לשינוי.
• עבור גלוקוז בדם: כאשר רמת הגלוקוז עולה, הלב יוצא אינסולין, שמאפשר לתאי כבד ושריר ספיגת גלוקוז ואחסון כגליקוגן, ולכן רמת הגלוקוז יורדת. כאשר רמת הגלוקוז נמוכה מדי, גלוקאגון מעורר את הכבד להמיר גליקוגן חזרה לגלוקוז, ולכן הרמה עולה. הפרשת החומרים הווסתית מותאמת באמצעות משוב שלילי כאשר הגלוקוז חוזר לטווח הנורמלי.
• ביתוסטזיס: שמירה על סביבה פנימה כמעט קבועה סביב נקודת ייחוס; משוב שלילי: לולאת בקרה שתגובתה מתנגדת לשינוי ההתחלתי; אינסולין: ההורמון שמוריד סוכר דם על ידי קידום ספיגה ואגירה; גלוקגון: ההורמון שמעלה סוכר דם על ידי שחרור סוכר מאגור.

האינסולין מגיב לעלייה והגלוקגון לירידה, ולכן רמת הגלוקוז בחזרה לנקודת ההגדרה,

בחר עדויות שיכולות לבחון אותו

• מדדו את סוכר הדם במרווחי זמן אחרי ארוחה: המודל צופה עלייה, שיא, וחזרה לעבר נקודת הייחוס כאשר האינסולין פועל — והרישום הזהה מראה את האינסולין עולה לפני שהסוכר יורד, הגורם מגיע לפני התיקון.
• השוו אדם שאינו יכול לייצר אינסולין: הסוכר נשאר גבוה אחרי ארוחה, ראיה ישירה לכך שהאינסולין הוא הקישור בין החיישן לתגובה.

עבוד מכמויות ידועות

• ידוע: סוכר הדם של אדם עלה מנקודת ייחוס של 5.0 ל-7.0 מ"מול/ליטר אחרי ארוחה. השינוי = סופי − התחלתי = 7.0 − 5.0 = 2.0 מ"מול/ליטר. סטייה אחוזית = 2.0/5.0 × 100 = 40% מעל נקודת הייחוס. המשוב השלילי פועל עד שהערך חוזר לקרוב ל-5.0 מ"מול/ליטר.

דוגמה:

במהלך רעב, סוכר הדם יורד מ-5.0 ל-4.2 מ"מול/ליטר. מצאו את הסטייה האחוזית מנקודת הייחוס ושמו את ההורמון המגיב, באמצעות אותה סדרה: כמות ידועה → מודל → קשר → הצבה → יחידה ופרשנות. (תשובה: שינוי = 4.2 − 5.0 = −0.8 מ"מול/ליטר; סטייה = −0.8/5.0 × 100 = −16%; גלוקגון מגיב כדי להעלות אותו.)

בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה

• הביתוסטזיס הוא כמעט-קבוע, לא קבוע לחלוטין: הערך מתנודד סביב נקודת הייחוס כי כל תגובה לוקחת זמן. מודל זה מכסה את סוכר הדם; טמפרטורה, מים ופחמן דו-חמצני לכל אחד מהם יש חיישנים ומפעילים משלהם באותה לוגיקה.

אזהרה:

המשוב השלילי גורם לערך המדוד להיות שלילי. טענה זו שגויה: "שלילי" פירושו שהתגובה מתנגדת לשינוי — עלייה מגרה ירידה וירידה מגירה עלייה. הערך המדוד נשאר חיובי וקרוב לנקודת הייחוס.

מפת מושגים:

ביתוסטאז: לולאות של חיישן → מרכז בקרה → אפקטור שומרות על תנאים פנימיים קרובים לערך היעד באמצעות משוב שלילי. אינסולין מוריד גלוקוז בדם גבוה; גלוקאגון מרים גלוקוז בדם נמוך; ההתאמה התיקונית מצטמצמת כאשר האיזון חוזר.

כתוב על בסיס הרגע של האינסולין

• גלוקוז בדם עולה מ4 ל9 מ"מול ליטר לאחר ארוחה.
• איזה הורמון פועל, ובאילו כיוונים? אינסולין — מוריד גלוקוז לכיוון נקודת ההגדרה.

כתוב על בסיס הרגע של הגלוקגון

• שעות מאוחרות יותר הגלוקוז יורד ל3 מ"מול ליטר.
• איזה הורמון פועל? גלוקגון — מרים גלוקוז; המעגל מגיב בשני הכיוונים.

כתוב מתוך מצטמצמות ההתאמה התיקונית

• האינסולין פעלה והגלוקוז חזר לנקודת ההגדרה.
• מה קורה להפרשת האינסולין? היא יורדת — משוב שלילי מצמצם את ההתאמה התיקונית כאשר האיזון חוזר.