A homeosztázis egy viszonylag stabil belső állapot fenntartásának képessége, amely a külső világban bekövetkező változások ellenére is fennmarad. Minden élő organizmusnak, a növényektől a kölyökkutyáig az emberekig, az energia feldolgozásához és végül a túléléshez be kell állítania belső környezetét. Ha például a vérnyomás gyorsan növekszik, vagy például a testhőmérséklet zuhan, a szervrendszerei küzdenek a munkájuk elvégzéséért, és végül kudarcot vallhatnak.
Miért fontos a homeosztázis?
Walter Cannon élettani orvos az 1920-as években megalkotta a "homeosztázis" kifejezést, kiterjesztve a késő élettani orvos, Claude Bernard korábbi munkájára. Az 1870-es években Bernard leírta, hogy a komplex szervezeteknek hogyan kell fenntartaniuk az egyensúlyt belső környezetükben, vagyis "milieu intérieur","Annak érdekében, hogy egy" szabad és független életet "élhessen a túlsó világon. Cannon tiszteletben tartotta a koncepciót, és a test bölcsessége című könyvében (The British Medical Journal, 1932) bemutatta a homeosztázis a népszerű közönség számára.
A Cannon homeosztázisának alapvető meghatározása, amely a fiziológia alapelveként szolgál, ma is használatban van. A kifejezés a görög gyökerekből származik, ami azt jelenti, hogy „hasonló” és „stabilitás”. A "homeo" előtag hangsúlyozza, hogy a homeosztázis nem működik úgy, mint egy autó hőmérséklete vagy sebességszabályzója, egy pontos hőmérsékleten vagy sebességgel rögzítve. Ehelyett a homeosztázis fontos fiziológiai tényezőket tart elfogadható értéktartományon belül, az Appetite folyóirat áttekintése szerint.
Az emberi test például szabályozza a hidrogén, kalcium, kálium és nátrium belső töltésű részecskéinek belső koncentrációját, amelyekre a sejtek támaszkodnak a normál működéshez. A homeosztatikus folyamatok fenntartják a víz, az oxigén, a pH és a vércukorszint szintjét, valamint a test testhőmérsékletét, az Advances in Physiology Education 2015. évi áttekintése szerint.
Az egészséges szervezetekben a homeosztatikus folyamatok folyamatosan és automatikusan kibontakoznak, állítja a Scientific American. Több rendszer gyakran működik együtt, hogy egy fiziológiás tényezőt, például a testhőmérsékletet tartson fenn. Ha ezek az intézkedések elhalványulnak vagy kudarcot vallnak, egy szervezet beletörhet a betegségbe vagy akár halálba is.
A homeosztázis fenntartása
Számos homeosztatikus rendszer hallgatja a test vészjelzéseit, hogy megtudja, mikor esnek a kulcsváltozók a megfelelő tartományba. Az idegrendszer észleli ezeket az eltéréseket, és visszajut egy ellenőrző központhoz, gyakran az agyban. A vezérlőközpont ezután az izmokat, szerveket és mirigyeket irányítja a zavarok kiküszöbölésére. Az online anatómia és élettan tankönyv szerint a folyamatos zavaró és beállító hurkot negatív visszacsatolásnak nevezzük.
Például az emberi test körülbelül 98,6 fok Fahrenheit (37 Celsius fok) hőmérsékleten tartja a belső hőmérsékletet. Túlmelegedés esetén a bőrben és az agyban lévő hőérzékelők riasztást adnak, és láncreakciót kezdeményeznek, amely a testet izzadásra és öblítésre irányítja. Hűtéskor a test remegéssel reagál és csökkenti a bőr vérkeringését. Hasonlóképpen, amikor a nátriumszint emelkedik, a test az NIH által finanszírozott két tanulmány szerint jelzi a veséket, hogy takarítsák meg a vizet és távozzanak a fölös sóból a koncentrált vizeletben.
Az állatok a negatív visszajelzésekre reagálva viselkedésüket is módosítják. Például, ha túlmelegszik, lekeríthetünk egy réteg ruhát, átmehetünk az árnyékba, vagy iszhatunk hideg pohár vizet.
A homeosztázis modern modelljei
A negatív visszacsatolás fogalma Cannon 1920-as évek homeosztázisának leírásában nyúlik vissza, és ez volt az első magyarázat a homeosztázis működésére. Az utóbbi évtizedekben azonban sok tudós azt állítja, hogy az organizmusok képesek előre jelezni a homeosztázis esetleges megszakítását, ahelyett, hogy csak a tények utáni reakciókra reagálnának.
A homeosztázis ezen alternatív modellje, az allosztázis néven ismerteti azt, hogy egy adott változó ideális alapértéke eltolódhat a tranziens környezeti változásokra adott válaszként - mondja a Psychological Review egy 2015. évi cikke. A pont cirkadián ritmusok, menstruációs ciklusok vagy a testhőmérséklet napi ingadozásainak hatására változhat. Az előre beállított pontok az élettani jelenségekre, például a lázra adott válaszként, vagy az egyidejűleg zajló több homeosztatikus folyamat kompenzálására is változhatnak, az Advances in Physiology Education 2015. évi áttekintése szerint.
"A beállított pontok maguk sem rögzülnek, de mutatnak adaptív plaszticitást" - mondta Art Woods, a Missoulai Montana Egyetem biológusa. "Ez a modell lehetővé teszi a közelgő potenciális zavarokkal kapcsolatos előrejelző válaszokat a pontok rögzítéséhez."
Például egy étkezés előtt a test extra inzulint, ghrelinet és más hormonokat választ ki, az Appetite 2007. évi áttekintése szerint. Ez az elővigyázatossági intézkedés felkészíti a testet a beérkező kalóriárak eloszlására, ahelyett, hogy birkózni kezdene, hogy ellenőrizze a vércukorszintjét és az energiatárolását.
A beállított pontok eltolásának képessége lehetővé teszi az állatok számára, hogy alkalmazkodjanak a rövid távú stresszorokhoz, ám ezek hosszú távú kihívásokkal, például az éghajlatváltozással szemben megbukhatnak.
"A homeosztatikus válaszrendszerek aktiválása rövid időre jó lehet" - mondta Woods. De nem úgy fejlesztették ki, hogy sokáig tartsanak. "A homeosztatikus rendszerek katasztrofálisan kudarcot vallhatnak, ha túl messzire tolják őket; így bár a rendszerek képesek lesznek kezelni a közeljövőben az új éghajlatot, előfordulhat, hogy hosszabb ideig nem tudják kezelni a nagyobb változásokat."
Az információ folyamatos áramlása
A homeosztatikus rendszerek elsősorban azért fejlődtek ki, hogy segítsék az organizmusokat az optimális működés fenntartásában különböző környezetekben és helyzetekben. A Trends in Ecology & Evolution folyóiratban szereplő 2013. évi esszé szerint néhány tudós elmélete szerint a homeosztázis elsősorban "csendes hátteret" nyújt a sejtek, szövetek és szervek számára, hogy egymással kommunikálhassanak. Az elmélet azt állítja, hogy a homeosztázis megkönnyíti az organizmusok számára a fontos információk kinyerését a környezetből és a transzferek jeleit a testrészek között.
Függetlenül attól, hogy evolúciós célja, a homeosztázis közel egy évszázadig formálta az élettudományok kutatását. Noha a homeosztatikus folyamatokat többnyire az állati élettan összefüggésében tárgyalják, a növények képesek energiát tárolni, táplálni a sejteket és reagálni a környezeti kihívásokra. A biológián túl a társadalomtudományok, a kibernetika, a számítástechnika és a mérnöki munka mind homeosztázist használ fel, mint annak megértését, hogy az emberek és a gépek miként tartják fenn a stabilitást a zavarok ellenére.
További resources:
