Homeostaasi on kyky ylläpitää suhteellisen vakaata sisäistä tilaa, joka jatkuu huolimatta muutoksista ulkomaailmassa. Kaikkien elävien organismien, kasveista koiranpentuihin ihmisiin, on säänneltävä sisäistä ympäristöään energian prosessoimiseksi ja viime kädessä hengissä pysymiseen. Jos esimerkiksi verenpaineesi nousee nousevasti tai kehon lämpötila putoaa, elinjärjestelmäsi saattaa vaikeuttaa työnsä suorittamista ja lopulta epäonnistua.
Miksi homeostaasi on tärkeä
Fysiologi Walter Cannon loi termin "homeostaasi" 1920-luvulla laajentuen myöhään fysiologin Claude Bernardin aiempaan työhön. 1870-luvulla Bernard kuvasi, kuinka monimutkaisten organismien on ylläpidettävä tasapainoa sisäisessä ympäristössään, tai "milieu intérieur","voidakseen johtaa" vapaata ja itsenäistä elämää "muualla maailmassa. Cannon hioi konseptin ja esitteli homeostaasin yleisölle kirjassaan" Kehon viisaus "(The British Medical Journal, 1932).
Cannonin homeostaasin perusmäärittely, jota pidetään fysiologian ydintehtävänä, on edelleen käytössä. Termi johdetaan kreikkalaisista juurista, mikä tarkoittaa "samanlaista" ja "vakauden tilaa". Etuliite "homeo" korostaa, että homeostaasi ei toimi kuten termostaatti tai vakionopeussäädin autossa, joka on kiinnitetty yhteen tarkkaan lämpötilaan tai nopeuteen. Sen sijaan homeostaasilla on tärkeitä fysiologisia tekijöitä hyväksyttävällä arvoalueella Appetite-lehden katsauksen mukaan.
Ihmiskeho esimerkiksi säätelee vedyn, kalsiumin, kaliumin ja natriumin sisäisiä pitoisuuksiaan varautuneita hiukkasia, joihin solut luottavat normaaliin toimintaansa. Homeostaattiset prosessit ylläpitävät myös veden, hapen, pH: n ja verensokerin tasoa sekä ytimen ruumiinlämpötilaa, kertoo vuonna 2015 julkaistussa julkaisussa Advances in Physiology Education.
Scientific Americanin mukaan terveillä organismeilla homeostaattiset prosessit etenevät jatkuvasti ja automaattisesti. Useat järjestelmät toimivat usein samanaikaisesti pitäen vakaana yhtä fysiologista tekijää, kuten kehon lämpötilaa. Jos nämä toimenpiteet epäonnistuvat tai epäonnistuvat, organismi voi antaa periksi taudin tai jopa kuoleman.
Kuinka homeostaasi ylläpidetään
Monet homeostaattiset järjestelmät kuuntelevat kehon hätäsignaaleja tietääkseen, milloin avainmuuttujat putoavat sopivalta alueelta. Hermosto havaitsee nämä poikkeamat ja ilmoittaa takaisin valvontakeskukseen, joka usein perustuu aivoihin. Ohjauskeskus ohjaa sitten lihaksia, elimiä ja rauhasia korjaamaan häiriöt. Jatkuva häiriö- ja sopeutumissilmukka tunnetaan negatiivisena palautteena anatomian ja fysiologian online-oppikirjan mukaan.
Esimerkiksi ihmiskehon ydinlämpötila on noin 98,6 astetta Fahrenheit (37 astetta). Ylikuumennettuna ihon ja aivojen termosensorit antavat hälytyksen, käynnistäen ketjureaktion, joka ohjaa kehon hikoilemaan ja huuhtelemaan. Jäähdytettynä keho reagoi värisemään ja vähentäen ihon verenkiertoa. Samoin, kun natriumpitoisuus nousee, keho antaa munuaisille säästää vettä ja poistaa ylimääräisen suolan tiivistetystä virtsasta kahden NIH: n rahoittaman tutkimuksen mukaan.
Eläimet myös säätävät käyttäytymistään vastauksena negatiiviseen palautteeseen. Esimerkiksi ylikuumentuessaan voi kadota kerros vaatteita, siirtyä varjoon tai juoda kylmää lasillista vettä.
Nykyaikaiset homeostaasin mallit
Negatiivisen palautteen käsite juontaa juurensa Cannonin kuvaukseen homeostaasista 1920-luvulla, ja se oli ensimmäinen selitys homeostaasin toiminnasta. Mutta viime vuosikymmeninä monet tutkijat väittävät, että organismit kykenevät ennakoimaan mahdolliset homeostaasin häiriöt sen sijaan, että reagoivat niihin vain tosiasian jälkeen.
Tämä vaihtoehtoinen homeostaasin malli, joka tunnetaan allostaasina, merkitsee sitä, että tietyn muuttujan ihanteellinen asetuspiste voi siirtyä vastauksena ohimeneviin ympäristön muutoksiin, sanotaan vuoden 2015 artikkelissa Psychological Review. Piste voi muuttua vuorokausirytmien, kuukautiskierron tai päivittäisen kehon lämpötilan vaihtelun vaikutuksesta. Asetuspisteet voivat myös muuttua vastauksena fysiologisiin ilmiöihin, kuten kuumetta, tai kompensoida useita samanaikaisesti tapahtuvia homeostaattisia prosesseja, vuonna 2015 julkaistun tutkimuksen mukaan Advances in Physiology Education.
"Itse asetetut kohdat eivät ole kiinteitä, mutta ne voivat osoittaa mukautuvaa plastisuutta", sanoi Missoulan Montanan yliopiston biologi Art Woods. "Tämä malli mahdollistaa ennakoivien vastausten mahdollisiin häiriöihin pisteiden asettamiseksi."
Esimerkiksi ruokahalua odotettaessa elimistö erittää ylimääräistä insuliinia, greliiniä ja muita hormoneja, kuten vuoden 2007 katsaus ilmestyi ruokahaluun. Tämä ennaltaehkäisevä toimenpide valmistaa kehon tulevien kalorivirjojen sijaan painiamaan hallitsemaan verensokeri- ja energiavarastojaan sen jälkeen.
Kyky siirtää asetettuja pisteitä antaa eläimille mukautua lyhytaikaisiin stressitekijöihin, mutta ne saattavat epäonnistua pitkäaikaisissa haasteissa, kuten ilmastomuutoksessa.
"Homeostaattisten vastejärjestelmien aktivointi voi olla hieno lyhyen ajanjakson ajan", Woods sanoi. Mutta niitä ei ole suunniteltu kestämään pitkään. "Homeostaattiset järjestelmät voivat epäonnistua katastrofaalisesti, jos ne työnnetään liian pitkälle; joten vaikka järjestelmät saattavat kyetä käsittelemään lyhyen aikavälin uutta ilmastoa, ne eivät ehkä pysty käsittelemään suurempia muutoksia pidemmän ajanjakson aikana."
Pidä tietoa virtaavana
Homeostaattiset järjestelmät ovat saattaneet ensisijaisesti kehittyä auttamaan organismeja ylläpitämään optimaalista toimintaa erilaisissa ympäristöissä ja tilanteissa. Mutta Trends in Ecology & Evolution -lehden vuoden 2013 esseen mukaan jotkut tutkijat teorioivat, että homeostaasi tarjoaa ensisijaisesti "hiljaisen taustan" soluille, kudoksille ja elimille kommunikoidakseen keskenään. Teorian mukaan homeostaasi helpottaa organismien tärkeän tiedon poistoa ympäristöstä ja kuljetussignaaleja kehon osien välillä.
Homeostaasista on evoluutiotavoitteestaan riippumatta muokattu biotieteiden tutkimusta lähes vuosisadan ajan. Vaikka homeostaattiset prosessit käsitellään pääosin eläinten fysiologian yhteydessä, ne myös mahdollistavat kasvien hallita energiavarastoja, ravitsevat soluja ja vastata ympäristöhaasteisiin. Biologian lisäksi yhteiskuntatieteet, kybernetiikka, tietotekniikka ja tekniikka käyttävät kaikki homeostaasia kehyksenä ymmärtääksesi kuinka ihmiset ja koneet ylläpitävät vakautta häiriöistä huolimatta.
lisä- Resources:
