Хомеостазата е способността да се поддържа сравнително стабилно вътрешно състояние, което продължава въпреки промените в света навън. Всички живи организми, от растенията до кученцата до хората, трябва да регулират вътрешната си среда, за да преработват енергия и в крайна сметка да оцелеят. Ако например скоковете на кръвното ви налягане или телесната температура се понижат, вашите органи могат да се борят да вършат работата си и в крайна сметка да се провалят.
Защо хомеостазата е важна
Физиологът Уолтър Кенън измисли термина "хомеостаза" през 20-те години на миналия век, разширявайки се върху предишната работа на покойния физиолог Клод Бернар. През 1870-те Бернар описва как сложните организми трябва да поддържат равновесие във вътрешната си среда, или „millieu intérieur“,"с цел да води" свободен и независим живот "в отвъдния свят. Кенън наложи концепцията и въведе хомеостазата на популярната публика чрез книгата си" Мъдростта на тялото "(Британският медицински журнал, 1932 г.).
Приветствано като основен принцип на физиологията, основната дефиниция на Cannon за хомеостаза остава в употреба и днес. Терминът произлиза от гръцки корени, означаващи „подобен“ и „състояние на стабилност“. Префиксът "хомео" подчертава, че хомеостазата не работи като термостат или круиз контрол в кола, фиксирана при една точно определена температура или скорост. Вместо това хомеостазата държи важни физиологични фактори в приемлив диапазон от стойности, според преглед в списание Appetite.
Човешкото тяло например регулира вътрешните си концентрации на водород, калций, калий и натрий, заредени частици, на които клетките разчитат за нормална функция. Хомеостатичните процеси поддържат също нивата на вода, кислород, рН и кръвна захар, както и основната телесна температура, според преглед от 2015 г. в „Напредъци в физиологичното образование“.
В здравите организми хомеостатичните процеси се развиват постоянно и автоматично, според Scientific American. Множество системи често работят в тандем, за да поддържат постоянен единичен физиологичен фактор, като телесната температура. Ако тези мерки се провалят или се провалят, организмът може да се поддаде на болест или дори на смърт.
Как се поддържа хомеостазата
Много хомеостатични системи слушат сигнали за бедствие от тялото, за да знаят кога ключовите променливи изпадат от подходящия им обхват. Нервната система открива тези отклонения и се отчита обратно в контролен център, често базиран в мозъка. След това контролният център насочва мускулите, органите и жлезите, за да коригира нарушението. Непрекъснатият цикъл на смущения и корекции е известен като "отрицателна обратна връзка", според онлайн учебника "Анатомия и физиология".
Например, човешкото тяло поддържа температура на сърцевината от около 98,6 градуса по Фаренхайт (37 градуса по Целзий). При прегряване термосенсорите в кожата и мозъка издават аларма, инициирайки верижна реакция, която насочва тялото да се поти и зачерви. Когато изстуди, тялото реагира чрез треперене и намаляване на кръвообращението към кожата. По същия начин, когато нивата на натрий скочат, тялото сигнализира на бъбреците да запазят вода и да изхвърлят излишната сол в концентрирана урина, според две изследвания, финансирани от NIH.
Животните също ще коригират поведението си в отговор на отрицателна обратна връзка. Например, при прегряване можем да хвърлим слой дрехи, да се преместим на сянка или да изпием студена чаша вода.
Съвременни модели на хомеостаза
Концепцията за отрицателни отзиви датира от описанието на Cannon за хомеостаза през 20-те години на миналия век и е първото обяснение за това как работи хомеостазата. Но през последните десетилетия много учени твърдят, че организмите са в състояние да предвидят потенциални нарушения на хомеостазата, а не само да реагират на тях след факта.
Този алтернативен модел на хомеостаза, известен като алостаза, предполага, че идеалната зададена точка за определена променлива може да се измести в отговор на преходни промени в околната среда, според статия от 2015 в Psychological Review. Точката може да се измести под влиянието на циркадните ритми, менструалните цикли или ежедневните колебания на телесната температура. Зададените точки могат също да се променят в отговор на физиологични явления, като треска, или да компенсират множество хомеостатични процеси, протичащи едновременно, според преглед от 2015 г. в областта на напредъка във физиологичното образование.
"Самите зададени точки не са фиксирани, но могат да покажат адаптивна пластичност", казва Арт Уудс, биолог от университета в Монтана в Мисула. „Този модел дава възможност за очаквания реакции на предстоящи потенциални смущения за задаване на точки.“
Например, в очакване на хранене, тялото отделя допълнително инсулин, грелин и други хормони, според преглед от 2007 г. в Appetite. Тази превантивна мярка подготвя организма за настъпващия поток от калории, а не да се бори за контрол на запасите от кръвна захар и енергия.
Възможността за изместване на зададените точки позволява на животните да се адаптират към краткосрочни стресови фактори, но те могат да се провалят при дългосрочни предизвикателства, като например климатичните промени.
„Активирането на системи за хомеостатичен отговор може да бъде добре за кратки периоди от време“, казва Уудс. Но те не са проектирани да издържат дълго. "Хомеостатичните системи могат да се провалят катастрофално, ако са изтласкани твърде далеч; така че, въпреки че системите могат да се справят с краткосрочния нов климат, те може да не са в състояние да се справят с по-големи промени за по-дълги периоди от време."
Поддържане на информация
Хомеостатичните системи може би са се развили основно, за да помогнат на организмите да поддържат оптимална функция в различни среди и ситуации. Но според есе от 2013 г. в списанието Trends in Ecology & Evolution, някои учени теоретизират, че хомеостазата основно осигурява "тих фон" за клетките, тъканите и органите да комуникират помежду си. Теорията твърди, че хомеостазата улеснява организмите да извличат важна информация от околната среда и сигналите на совалката между частите на тялото.
Независимо от еволюционното си предназначение, хомеостазата формира изследвания в науките за живота в продължение на почти един век. Макар и най-вече обсъждани в контекста на физиологията на животните, хомеостатичните процеси също позволяват на растенията да управляват запасите на енергия, да подхранват клетките и да отговарят на предизвикателствата на околната среда. Отвъд биологията, социалните науки, кибернетиката, компютърните науки и инженерството използват хомеостазата като рамка, за да разберат как хората и машините поддържат стабилност, въпреки прекъсванията.
Допълнителен Resources:
