Homeostáza je schopnosť udržiavať relatívne stabilný vnútorný stav, ktorý pretrváva aj napriek zmenám vo vonkajšom svete. Všetky živé organizmy, od rastlín až po šteniatka, musia regulovať svoje vnútorné prostredie, aby spracovávali energiu a nakoniec prežili. Ak sa napríklad prudko zvýši váš krvný tlak alebo prudko klesne telesná teplota, vaše orgánové systémy môžu mať problémy s prácou a nakoniec zlyhajú.
Prečo je homeostáza dôležitá
Fyziológ Walter Cannon razil pojem „homeostáza“ v dvadsiatych rokoch minulého storočia a rozširoval svoju doterajšiu prácu neskoro fyziologu Clauda Bernarda. V 70. rokoch 19. storočia Bernard opísal, ako si komplexné organizmy musia udržiavať rovnováhu vo svojom vnútornom prostredí, alebo „milieu intérieur“,„S cieľom viesť„ slobodný a nezávislý život “vo svete za hranicami. Cannon túto koncepciu vyladil a predstavil homeostázu populárnemu publiku vo svojej knihe„ Múdrosť tela “(British Medical Journal, 1932).
Aj keď je Cannonova základná definícia homeostázy označovaná za jadro fyziológie, stále sa používa. Tento výraz pochádza z gréckych koreňov, ktoré znamenajú „podobné“ a „stav stability“. Predpona „homeo“ zdôrazňuje, že homeostáza nefunguje ako termostat alebo tempomat v aute a je pevne nastavená na jednu presnú teplotu alebo rýchlosť. Namiesto toho homeostáza drží dôležité fyziologické faktory v prijateľnom rozmedzí hodnôt, podľa prehľadu v časopise Appetite.
Napríklad ľudské telo reguluje svoje vnútorné koncentrácie nabitých častíc vodíka, vápnika, draslíka a sodíka, na ktoré sa bunky spoliehajú pri normálnej funkcii. Homeostatické procesy tiež udržiavajú hladinu vody, kyslíka, pH a cukru v krvi, ako aj telesnú teplotu v jadre.
Podľa vedecký Američan sa v zdravých organizmoch homeostatické procesy vyvíjajú neustále a automaticky. Viaceré systémy často pracujú v tandeme, aby udržali stabilný jeden fyziologický faktor, napríklad telesnú teplotu. Ak tieto opatrenia zlyhajú alebo zlyhajú, organizmus môže podľahnúť chorobe alebo dokonca smrť.
Ako sa udržuje homeostáza
Mnoho homeostatických systémov počúva trápne signály tela, aby vedeli, kedy kľúčové premenné klesnú z ich vhodného rozsahu. Nervový systém zistí tieto odchýlky a ohlási sa späť kontrolnému centru, ktoré sa často nachádza v mozgu. Kontrolné stredisko potom nasmeruje svaly, orgány a žľazy, aby korigovali poruchu. Podľa online učebnice Anatómia a fyziológia je nepretržitá slučka rušenia a prispôsobovania známa ako „negatívna spätná väzba“.
Napríklad ľudské telo udržuje teplotu jadra asi 98,6 stupňov Fahrenheita (37 stupňov Celzia). Pri prehriatí termosenzory v pokožke a mozgu vydávajú poplach, čím sa iniciuje reťazová reakcia, ktorá usmerňuje telo, aby sa potilo a začervenalo. Po vychladnutí reaguje telo trasením a znížením krvného obehu v koži. Podobne, keď hladiny sodíka stúpajú, telo signalizuje obličkám, aby šetrili vodu a vylúčili prebytočnú soľ v koncentrovanej moči. Podľa dvoch štúdií financovaných z NIH.
Zvieratá tiež upravia svoje správanie v reakcii na negatívnu spätnú väzbu. Napríklad pri prehriatí môžeme preliať vrstvu oblečenia, presunúť sa do tieňa alebo vypiť studenú vodu.
Moderné modely homeostázy
Koncept negatívnej spätnej väzby pochádza z Cannonovho opisu homeostázy v 20. rokoch 20. storočia a bol prvým vysvetlením fungovania homeostázy. Ale v posledných desaťročiach mnohí vedci tvrdia, že organizmy dokážu predvídať potenciálne narušenie homeostázy, skôr ako na ne reagujú až potom.
Tento alternatívny model homeostázy, známy ako allostáza, naznačuje, že ideálne nastavenie pre konkrétnu premennú sa môže posunúť v reakcii na prechodné zmeny životného prostredia, podľa článku z roku 2015 v Psychologickom prehľade. Bod sa môže posunúť pod vplyvom cirkadiánnych rytmov, menštruačných cyklov alebo denných výkyvov telesnej teploty. Nastavené hodnoty sa môžu tiež zmeniť v reakcii na fyziologické javy, ako je horúčka, alebo na kompenzáciu viacerých homeostatických procesov prebiehajúcich súčasne, v súlade s preskúmaním z roku 2015 v Pokrokoch vo výučbe fyziológie.
„Samotné nastavené hodnoty nie sú pevné, ale môžu vykazovať adaptívnu plasticitu,“ povedal Art Woods, biológ na University of Montana v Missoule. „Tento model umožňuje predpovedať reakciu na nadchádzajúce potenciálne poruchy na stanovenú hodnotu.“
Napríklad, v očakávaní jedla, telo vylučuje ďalší inzulín, ghrelín a ďalšie hormóny, podľa prehľadu Appetite z roku 2007. Toto preventívne opatrenie pripravuje telo skôr na záplavu kalórií, než na zápas za kontrolu zásob cukru v krvi a energie po jej boku.
Schopnosť posunúť nastavené hodnoty umožňuje zvieratám prispôsobiť sa krátkodobým stresorom, ale môžu zlyhať v prípade dlhodobých výziev, ako je zmena podnebia.
„Aktivácia homeostatických reakčných systémov môže byť v poriadku na krátke časové obdobie,“ uviedol Woods. Nie sú však navrhnuté tak, aby vydržali dlho. „Homeostatické systémy môžu zlyhať katastroficky, ak sú tlačené príliš ďaleko; takže hoci systémy môžu zvládnuť krátkodobé nové podnebie, nemusia byť schopné zvládnuť väčšie zmeny v dlhšom časovom období.“ “
Udržiavanie toku informácií
Homeostatické systémy sa mohli vyvinúť predovšetkým na pomoc organizmom pri udržiavaní optimálnej funkcie v rôznych prostrediach a situáciách. Podľa eseje z roku 2013 v časopise Trends in Ecology & Evolution však niektorí vedci tvrdia, že homeostáza primárne poskytuje „pokojné pozadie“ pre bunky, tkanivá a orgány na vzájomnú komunikáciu. Táto teória predpokladá, že homeostáza organizmom uľahčuje získavanie dôležitých informácií z prostredia a prenos signálov medzi časťami tela.
Bez ohľadu na svoj vývojový účel homeostáza formovala výskum v oblasti prírodných vied už takmer storočie. Homeostatické procesy, hoci sa väčšinou diskutuje v súvislosti s fyziológiou zvierat, umožňujú rastlinám riadiť zásoby energie, vyživovať bunky a reagovať na environmentálne problémy. Okrem biológie používajú všetky spoločenské vedy, kybernetika, informatika a inžinierstvo homeostázu ako rámec na pochopenie toho, ako si ľudia a stroje udržiavajú stabilitu napriek narušeniam.
dodatočný resources:
