Homeostāze ir spēja uzturēt samērā stabilu iekšējo stāvokli, kas saglabājas, neraugoties uz izmaiņām pasaulē ārpus tās. Visiem dzīvajiem organismiem, sākot no augiem līdz kucēniem un beidzot ar cilvēkiem, jāregulē sava iekšējā vide, lai apstrādātu enerģiju un galu galā izdzīvotu. Ja, piemēram, strauji paaugstinās asinsspiediens vai strauji pazeminās ķermeņa temperatūra, jūsu orgānu sistēmas var cīnīties par savu darbu un galu galā izgāzties.
Kāpēc homeostāze ir svarīga
Fiziologs Valters Kanons 20. gadsimta 20. gados radīja terminu "homeostāze", izvēršot vēlīnā fiziologa Kloda Bernarda iepriekšējo darbu. 1870. gados Bernards aprakstīja, kā sarežģītiem organismiem jāuztur līdzsvars viņu iekšējā vidē jeb "milieu intérieur",", lai dzīvotu" brīvu un patstāvīgu dzīvi "ārpus tās robežām. Lielgabals slīpēja šo koncepciju un iepazīstināja populāro auditoriju ar homeostāzi ar savu grāmatu" Ķermeņa gudrība "(The British Medical Journal, 1932).
Cannon kā galvenā fizioloģijas pamatprincips, šodien joprojām tiek izmantota homeostāzes pamatdefinīcija. Termins cēlies no grieķu saknēm, kas nozīmē "līdzīgs" un "stabilitātes stāvoklis". Prefikss "homeo" uzsver, ka homeostāze nedarbojas kā termostats vai kruīza kontrole automašīnā, fiksēta vienā precīzā temperatūrā vai ātrumā. Tā vietā homeostāzei ir svarīgi fizioloģiski faktori pieņemamā vērtību diapazonā, teikts žurnāla Apetīte pārskatā.
Cilvēka ķermenis, piemēram, regulē iekšējās ūdeņraža, kalcija, kālija un nātrija koncentrācijas uzlādētās daļiņās, no kurām šūnas paļaujas uz normālu darbību. Homeostātiskie procesi uztur arī ūdens, skābekļa, pH un cukura līmeni asinīs, kā arī ķermeņa ķermeņa temperatūru, liecina 2015. gada pārskats žurnālā Advances in Physiology Education.
Veseliem organismiem homeostatiskie procesi izvēršas pastāvīgi un automātiski, norāda Scientific American. Vairākas sistēmas bieži darbojas tandēmā, lai noturētu stabilu atsevišķu fizioloģisko faktoru, piemēram, ķermeņa temperatūru. Ja šie pasākumi kavējas vai neizdodas, organisms var padoties slimībām vai pat nāvei.
Kā tiek uzturēta homeostāze
Daudzas homeostatiskās sistēmas klausās ķermeņa briesmu signālus, lai zinātu, kad galvenie mainīgie izkrīt no tiem atbilstošā diapazona. Nervu sistēma nosaka šīs novirzes un ziņo atpakaļ kontroles centram, kas bieži atrodas smadzenēs. Pēc tam vadības centrs virza muskuļus, orgānus un dziedzerus, lai koriģētu traucējumus. Saskaņā ar tiešsaistes mācību grāmatas Anatomija un fizioloģija nepārtraukto traucējumu un pielāgošanās cilpu sauc par "negatīvu atgriezenisko saiti".
Piemēram, cilvēka ķermenis uztur temperatūru aptuveni 98,6 grādos pēc Fārenheita (37 grādi pēc Celsija). Pārkaršanas laikā ādā un smadzenēs esošie termosensori izsauc trauksmi, ierosinot ķēdes reakciju, kas ķermeni virza svīst un izskalo. Atdzesēts, ķermenis reaģē, nodrebējot un samazinot asinsriti ādā. Līdzīgi, kad nātrija līmenis paaugstinās, ķermenis signalizē nierēm, lai saglabātu ūdeni un izvadītu lieko sāli koncentrētā urīnā, liecina divi NIH finansēti pētījumi.
Dzīvnieki arī pielāgos savu uzvedību, reaģējot uz negatīvām atsauksmēm. Piemēram, pārkarsējot, mēs varam izmest apģērba kārtu, pāriet ēnā vai izdzert aukstu glāzi ūdens.
Mūsdienu homeostāzes modeļi
Negatīvu atgriezeniskās saites jēdziens meklējams Kanona homeostāzes aprakstā 1920. gados, un tas bija pirmais izskaidrojums, kā darbojas homeostāze. Bet pēdējās desmitgadēs daudzi zinātnieki apgalvo, ka organismi spēj paredzēt iespējamos homeostāzes traucējumus, nevis tikai reaģēt uz tiem pēc fakta.
Šis alternatīvais homeostāzes modelis, kas pazīstams kā alostāze, nozīmē, ka ideāls noteiktā lieluma noteiktais punkts var mainīties, reaģējot uz īslaicīgām vides izmaiņām, teikts žurnāla Psychological Review 2015. gada rakstā. Punkts var mainīties diennakts ritma, menstruālā cikla vai ķermeņa temperatūras ikdienas svārstību ietekmē. Norādītie punkti var mainīties arī, reaģējot uz fizioloģiskām parādībām, piemēram, drudzi, vai lai kompensētu vairākus homeostātiskos procesus, kas notiek vienlaikus, saskaņā ar 2015. gada pārskatu žurnālā Advances in Physiology Education.
"Pati noteiktie punkti nav fiksēti, bet var parādīt adaptīvo plastiskumu," sacīja Misūlas Montānas universitātes biologs Arts Vudss. "Šis modelis ļauj paredzēt atbildes uz gaidāmajiem iespējamiem traucējumiem, lai noteiktu punktus."
Piemēram, sagaidot maltīti, ķermenis izdala papildu insulīnu, grelinu un citus hormonus, teikts 2007. gada pārskatā Apetīte. Šis preventīvais pasākums sagatavo ķermeni ienākošajiem kaloriju plūdiem, nevis cīnās, lai pēc tam kontrolētu cukura līmeni asinīs un enerģijas krājumus.
Spēja novirzīt noteiktos punktus ļauj dzīvniekiem pielāgoties īstermiņa stresa izraisītājiem, taču tie var izgāzties, saskaroties ar ilgtermiņa izaicinājumiem, piemēram, klimata pārmaiņām.
"Homeostatiskās atbildes sistēmu aktivizēšana var būt izdevīga īsā laika posmā," sacīja Vudss. Bet tie nav paredzēti ilgstošai lietošanai. "Homeostatiskās sistēmas var katastrofiski sabojāties, ja tās tiek pārāk tālu nostumtas; tāpēc, lai arī sistēmas, iespējams, spēs izturēt īslaicīgu jauno klimatu, tās, iespējams, nespēs tikt galā ar lielākām izmaiņām ilgākā laika posmā."
Turpinot informācijas plūsmu
Iespējams, ka homeostatiskās sistēmas ir attīstījušās, lai palīdzētu organismiem saglabāt optimālu darbību dažādās vidēs un situācijās. Bet saskaņā ar 2013. gada eseju žurnālā Trends in Ecology & Evolution daži zinātnieki teorē, ka homeostāze galvenokārt nodrošina “klusu fonu” šūnām, audiem un orgāniem, lai tie varētu savstarpēji komunicēt. Teorija apgalvo, ka homeostāze organismiem atvieglo svarīgas informācijas iegūšanu no vides un atspoles signālus starp ķermeņa daļām.
Neatkarīgi no evolūcijas mērķa homeostāze gandrīz gadsimta garumā ir veidojusi dzīvības zinātņu pētījumus. Lai arī homeostatiskie procesi galvenokārt tiek apspriesti dzīvnieku fizioloģijas kontekstā, tie arī ļauj augiem pārvaldīt enerģijas krājumus, barot šūnas un reaģēt uz vides problēmām. Papildus bioloģijai, sociālās zinātnes, kibernētika, datorzinātnes un inženierzinātnes izmanto homeostāzi kā sistēmu, lai saprastu, kā cilvēki un mašīnas saglabā stabilitāti, neskatoties uz traucējumiem.
Papildu ravoti:
