Homeostaza je zmožnost ohranjanja razmeroma stabilnega notranjega stanja, ki vztraja kljub spremembam v svetu zunaj. Vsi živi organizmi, od rastlin do mladičev do ljudi, morajo uravnavati svoje notranje okolje, da predelajo energijo in na koncu preživijo. Če se vam krvni tlak poviša ali telesna temperatura na primer pade, se lahko vaši organski organi trudijo opravljati svoje delo in na koncu ne bodo uspeli.
Zakaj je homeostaza pomembna
Fiziolog Walter Cannon je skoval izraz "homeostaza" v dvajsetih letih prejšnjega stoletja in se razširil na prejšnje delo pokojnega fiziologa Clauda Bernarda. V 1870-ih je Bernard opisal, kako morajo zapleteni organizmi vzdrževati ravnovesje v svojem notranjem okolju ali "milje intérieur","da bi lahko vodil" svobodno in neodvisno življenje "v svetu, ki je onstran, Cannon je opustil koncept in ljudski publiki predstavil homeostazo s svojo knjigo" Modrost telesa "(British Medical Journal, 1932).
Cannonova osnovna definicija homeostaze je še vedno v uporabi kot osrednja načela fiziologije. Izraz izhaja iz grških korenin, kar pomeni "podobno" in "stanje stabilnosti." Predpona "homeo" poudarja, da homeostaza ne deluje kot termostat ali tempomat v avtomobilu, ki je fiksiran na eno natančno določeno temperaturo ali hitrost. Namesto tega ima homeostaza pomembne fiziološke dejavnike v sprejemljivem območju vrednosti, kaže pregled v reviji Appetite.
Človeško telo na primer uravnava svoje notranje koncentracije vodika, kalcija, kalija in natrija, nabitih delcev, na katere se celice zanašajo za normalno delovanje. Homeostatični procesi prav tako vzdržujejo raven vode, kisika, pH in krvnega sladkorja ter telesno temperaturo v jedru, je razvidno iz leta 2015 v reviji Advances in Physiology Education.
V zdravih organizmih se homeostatski procesi odvijajo nenehno in samodejno, poroča Science American. Več sistemov pogosto deluje v tandemu in vzdržuje en sam fiziološki faktor, kot je telesna temperatura. Če ti ukrepi spodletijo ali ne uspejo, lahko organizem podleže bolezni ali celo smrti.
Kako se homeostaza vzdržuje
Številni homeostatični sistemi poslušajo telesne signale stiske in vedo, kdaj ključne spremenljivke izpadejo iz ustreznega obsega. Živčni sistem zazna ta odstopanja in se vrne v nadzorni center, ki ima pogosto sedež v možganih. Nato nadzorni center usmeri mišice, organe in žleze, da odpravijo motnjo. Nenehna zanka motnje in prilagajanja je po spletnem učbeniku Anatomija in fiziologija znana kot "negativne povratne informacije".
Na primer, človeško telo ohranja temperaturo jedra okoli 98,6 stopinj Fahrenheita (37 stopinj Celzija). Pri pregrevanju termosenzorji v koži in možganih sprožijo alarm, sprožijo verižno reakcijo, ki telo usmeri k znojenju in rdečici. Ko se ohladi, se telo odzove s tresenjem in zmanjša krvni obtok kože. Podobno, ko koncentracija natrija narašča, ledvice sporočajo ledvicam, da ohranjajo vodo in izločajo odvečno sol v koncentriranem urinu, kažeta dve študiji, ki jih financira NIH.
Tudi živali bodo svoje vedenje prilagodile kot odgovor na negativne povratne informacije. Na primer, če se pregrejemo, lahko odložimo plast oblačil, se prestavimo v senco ali popijemo hladno kozarec vode.
Sodobni modeli homeostaze
Koncept negativnih povratnih informacij izvira iz Cannonovega opisa homeostaze v dvajsetih letih prejšnjega stoletja in je bila prva razlaga, kako deluje homeostaza. Toda v zadnjih desetletjih mnogi znanstveniki trdijo, da so organizmi sposobni predvideti morebitne motnje homeostaze, namesto da bi se nanje odzvali šele po dejstvu.
Ta nadomestni model homeostaze, znan kot alostaza, pomeni, da se lahko idealna nastavljena točka za določeno spremenljivko spremeni v odziv na prehodne spremembe v okolju, piše v članku iz leta 2015 v psihološkem pregledu. Točka se lahko spremeni pod vplivom cirkadianih ritmov, menstrualnih ciklov ali dnevnih nihanj telesne temperature. V pregledu 2015 za napredek v fiziološkem izobraževanju iz leta 2015 se lahko določene točke spremenijo kot odziv na fiziološke pojave, kot je vročina, ali nadomestijo več homeostatskih procesov, ki potekajo hkrati.
"Zastavljene točke same niso fiksne, vendar lahko kažejo prilagodljivo plastičnost," je dejal Art Woods, biolog z univerze v Montani v Missouli. "Ta model omogoča predhodne odzive na prihajajoče morebitne motnje, da bi postavili točke."
Na primer, v pričakovanju obroka telo izloča dodaten insulin, grelin in druge hormone, kaže pregled iz leta 2007 v Apetitu. Ta preventivni ukrep pripravlja telo na prihajajoče poplave kalorij, namesto da se bori za nadzor nad zalogom krvnega sladkorja in energije.
Zmožnost premika nastavljenih vrednosti omogoča, da se živali prilagodijo kratkotrajnim stresorjem, vendar se lahko soočijo z dolgoročnimi izzivi, kot so podnebne spremembe.
"Aktiviranje homeostatskih odzivnih sistemov je lahko za kratek čas v redu," je dejal Woods. Vendar niso zasnovane tako, da bi trajale dolgo. "Homeostatični sistemi lahko katastrofalno odpovejo, če jih potisnemo predaleč; zato, čeprav bodo sistemi lahko kos kratkoročnim novim podnebjem, morda ne bodo zmožni večjih sprememb v daljšem časovnem obdobju."
Vodenje pretočnih informacij
Homeostatični sistemi so se morda razvili predvsem zato, da bi pomagali organizmom ohranjati optimalno delovanje v različnih okoljih in situacijah. Vendar pa, glede na esej iz leta 2013 v reviji Trends in Ecology & Evolution, nekateri znanstveniki teoretizirajo, da homeostaza v prvi vrsti zagotavlja "tiho ozadje", da celice, tkiva in organi komunicirajo med seboj. Teorija trdi, da homeostaza organizmom olajša pridobivanje pomembnih informacij iz okolja in signale med posameznimi deli telesa.
Homeostaza je ne glede na svoj evolucijski namen oblikovala raziskovanje znanosti o življenju že skoraj stoletje. Čeprav večinoma razpravljamo v okviru fiziologije živali, homeostatski procesi tudi omogočajo rastlinam, da upravljajo z zalogami energije, hranijo celice in se odzivajo na okoljske izzive. Poleg biologije, družboslovje, kibernetika, računalništvo in inženiring uporabljajo homeostazo kot okvir za razumevanje, kako ljudje in stroji vzdržujejo stabilnost kljub motnjam.
Dodatno rviri:
