Homeostaza je sposobnost održavanja relativno stabilnog unutarnjeg stanja koje traje i pored promjena u svijetu izvan. Svi živi organizmi, od biljaka do štenad do ljudi, moraju regulirati svoje unutarnje okruženje kako bi prerađivali energiju i na kraju preživjeli. Ako vam krvni tlak raste, na primjer, opada, na primjer, vaši se organski sustavi mogu boriti da odrade svoj posao i na kraju ne uspiju.
Zašto je homeostaza važna
Fiziolog Walter Cannon skovao je pojam "homeostaza" 1920-ih, proširujući se na prethodni rad pokojnog fiziologa Clauda Bernarda. U 1870-im, Bernard je opisao kako složeni organizmi moraju održavati ravnotežu u svom unutarnjem okruženju, ili "miljeu intérieur","da bi vodio" slobodan i neovisan život "u svijetu izvan njega. Cannon je pohađao koncept i uveo homeostazu popularnoj publici kroz svoju knjigu" Mudrost tijela "(British Medical Journal, 1932).
Poznata kao temeljna načela fiziologije, Cannonova osnovna definicija homeostaze i danas je u upotrebi. Izraz potječe od grčkih korijena što znači "slično" i "stanje stabilnosti". Prefiks "homeo" naglašava da homeostaza ne djeluje poput termostata ili tempomata u automobilu, fiksirana na jednoj preciznoj temperaturi ili brzini. Umjesto toga, homeostaza drži važne fiziološke faktore unutar prihvatljivog raspona vrijednosti, pokazala je recenzija u časopisu Appetite.
Ljudsko tijelo, na primjer, regulira svoje unutarnje koncentracije vodika, kalcija, kalija i natrija, nabijenih čestica na koje se stanice oslanjaju za normalno funkcioniranje. Homeostatički procesi također održavaju razinu vode, kisika, pH i šećera u krvi, kao i tjelesnu temperaturu jezgre, prema pregledu iz 2015 u časopisu Advances in Physiology Education.
U zdravim se organizmima homeostatički procesi odvijaju stalno i automatski, prema Scientific American. Višestruki sustavi često rade u tandemu kako bi održali stabilni pojedinačni fiziološki faktor, poput tjelesne temperature. Ako ove mjere propadnu ili propadnu, organizam može podnijeti bolest ili čak smrt.
Kako se održava homeostaza
Mnogi homeostatički sustavi slušaju tjelesne signale nevolje kako bi znali kada ključne varijable ispadaju iz njihovog odgovarajućeg raspona. Živčani sustav otkriva ta odstupanja i prijavljuje se kontrolnom centru, često smještenom u mozgu. Tada upravljački centar usmjerava mišiće, organe i žlijezde kako bi se ispravili zbog poremećaja. Kontinuirana petlja poremećaja i prilagođavanja poznata je kao "negativna povratna veza", prema mrežnom udžbeniku Anatomija i fiziologija.
Na primjer, ljudsko tijelo održava temperaturu jezgre od oko 98,6 stupnjeva Farenhajta (37 stupnjeva Celzija). Kada se pregrijavaju, termosenzori u koži i mozgu oglašavaju alarm, pokreću lančanu reakciju koja usmjerava tijelo na znoj i ispiranje. Kad se ohladi, tijelo reagira drhtanjem i smanjujući cirkulaciju krvi u koži. Slično tome, kada se razina natrija poveća, tijelo signalizira bubrezima da čuvaju vodu i izbacuju višak soli u koncentriranu mokraću, pokazala su dva istraživanja koja su financirana od NIH-a.
Životinje će također prilagoditi svoje ponašanje kao odgovor na negativne povratne informacije. Na primjer, kada se pregrijavamo, možemo izgubiti sloj odjeće, premjestiti se u hladu ili popiti hladnu čašu vode.
Suvremeni modeli homeostaze
Koncept negativne povratne informacije datira iz Cannonovog opisa homeostaze 1920-ih godina i bio je prvo objašnjenje funkcioniranja homeostaze. No, u posljednjim desetljećima, mnogi znanstvenici tvrde da su organizmi u stanju predvidjeti potencijalne poremećaje homeostaze, a ne samo nakon toga reagirati na njih.
Ovaj alternativni model homeostaze, poznat kao alostaza, podrazumijeva da se idealna zadana vrijednost za određenu varijablu može pomaknuti kao odgovor na prolazne promjene okoliša, prema članku iz 2015. u psihološkom pregledu. Točka se može mijenjati pod utjecajem cirkadijanskih ritmova, menstrualnog ciklusa ili dnevnih fluktuacija tjelesne temperature. Postavljene točke mogu se također promijeniti u odgovoru na fiziološke pojave, poput vrućice, ili nadoknaditi više homeostatskih procesa koji se odvijaju u isto vrijeme, prema pregledu 2015 u Napretcima fiziološkog obrazovanja.
"Sama postavljena mjesta nisu fiksna, ali mogu pokazati prilagodljivu plastičnost", rekao je Art Woods, biolog sa Sveučilišta Montana u Missouli. "Ovaj model omogućava predviđanje reakcija na nadolazeće potencijalne poremećaje na postavljene točke."
Na primjer, u očekivanju obroka, tijelo izlučuje dodatni inzulin, grelin i druge hormone, prema pregledu iz Appetita iz 2007. godine. Ova preventivna mjera priprema tijelo za nadolazeću poplavu kalorija, umjesto da se bori za kontrolu šećera u krvi i energije.
Sposobnost pomicanja zadanih vrijednosti omogućava životinjama da se prilagode kratkoročnim stresorima, ali one mogu propasti zbog dugoročnih izazova, poput klimatskih promjena.
"Aktiviranje homeostatskih sustava odgovora može biti u redu za kratko vrijeme", rekao je Woods. Ali nisu osmišljene tako da traju dugo. "Homeostatički sustavi mogu se katastrofalno pokvariti ako su gurnuti predaleko; tako, iako sustavi mogu podnijeti kratkoročne nove klime, možda neće moći podnijeti veće promjene tijekom dužeg vremenskog razdoblja."
Održavanje protoka informacija
Homeostatički se sustavi možda uglavnom razvijaju kako bi pomogli organizmima u održavanju optimalne funkcije u različitim okruženjima i situacijama. No, prema eseju iz 2013. u časopisu Trends in Ecology & Evolution, neki znanstvenici teoretiziraju da homeostaza prvenstveno pruža "tihu pozadinu" da stanice, tkiva i organi komuniciraju jedni s drugima. Teorija kaže da homeostaza organizamima olakšava vađenje važnih informacija iz okoliša i signale šatla između dijelova tijela.
Bez obzira na svoju evolucijsku svrhu, homeostaza je gotovo čitavo stoljeće oblikovala istraživanje na području života. Iako se uglavnom raspravlja u kontekstu fiziologije životinja, homeostatski procesi također omogućavaju biljkama da upravljaju zalihama energije, hrane se stanicama i odgovaraju na izazove okoline. Osim biologije, sve društvene znanosti, kibernetika, informatika i inženjering koriste homeostazu kao okvir za razumijevanje kako ljudi i strojevi održavaju stabilnost unatoč poremećajima.
dodatni resources:
