Homeostase er evnen til at opretholde en relativt stabil indre tilstand, der fortsætter på trods af ændringer i verden udenfor. Alle levende organismer, fra planter til hvalpe til mennesker, skal regulere deres indre miljø for at behandle energi og i sidste ende overleve. Hvis dine blodtryk skyrockets eller kropstemperatur plumets for eksempel, kan dine organsystemer kæmpe for at udføre deres job og i sidste ende mislykkes.
Hvorfor homeostase er vigtig
Fysiolog Walter Cannon opfandt udtrykket "homeostase" i 1920'erne og udvidede sig til tidligere arbejde af den afdøde fysiolog Claude Bernard. I 1870'erne beskrev Bernard, hvordan komplekse organismer skal opretholde balance i deres indre miljø, eller "milieu intérieur,"for at føre et" frit og uafhængigt liv "i verdenen ud over. Cannon fandt konceptet og introducerede homeostase for populære publikum gennem sin bog," The Wisdom of the Body "(The British Medical Journal, 1932).
Optaget som en grundlæggende grund for fysiologien forbliver Cannons grundlæggende definition af homeostase i dag. Udtrykket stammer fra græske rødder, der betyder "lignende" og "en tilstand af stabilitet." Præfikset "homeo" understreger, at homeostase ikke fungerer som en termostat eller fartpilot i en bil, fastgjort til en nøjagtig temperatur eller hastighed. I stedet har homeostase vigtige fysiologiske faktorer inden for et acceptabelt interval af værdier, ifølge en gennemgang i tidsskriftet Appetite.
Den menneskelige krop regulerer for eksempel dens interne koncentrationer af brint, calcium, kalium og natrium, ladede partikler, som celler er afhængige af for normal funktion. Homeostatiske processer opretholder også vand-, ilt-, pH- og blodsukkerniveauet såvel som kernekropstemperaturen, ifølge en anmeldelse fra 2015 i Advances in Physiology Education.
I sunde organismer udfoldes homeostatiske processer konstant og automatisk, ifølge Scientific American. Flere systemer fungerer ofte i tandem for at holde en enkelt fysiologisk faktor ligesom kropstemperatur. Hvis disse foranstaltninger falter eller mislykkes, kan en organisme bukke under for sygdom eller endda død.
Sådan opretholdes homeostase
Mange homeostatiske systemer lytter efter nødssignaler fra kroppen for at vide, hvornår nøglevariabler falder uden for deres passende rækkevidde. Nervesystemet registrerer disse afvigelser og rapporterer tilbage til et kontrolcenter, ofte baseret i hjernen. Kontrolcentret leder derefter muskler, organer og kirtler til at korrigere for forstyrrelsen. Den kontinuerlige løkke af forstyrrelse og justering er kendt som "negativ feedback" i henhold til online-lærebogen Anatomy and Physiology.
For eksempel opretholder den menneskelige krop en kernetemperatur på ca. 98,6 grader Fahrenheit (37 grader Celsius). Når overophedning, termosensorer i huden og hjernen udsætter en alarm, der indleder en kædereaktion, der leder kroppen til at svede og skylle. Når kølet reagerer, reagerer kroppen ved at ryste og reducere blodcirkulationen til huden. På samme måde, når natriumniveauerne øges, signalerer kroppen nyrerne til at bevare vand og udvise overskydende salt i koncentreret urin, ifølge to NIH-finansierede undersøgelser.
Dyr vil også justere deres opførsel som svar på negativ feedback. Når vi for eksempel er overophedet, kan vi kaste et lag tøj, flytte ind i skyggen eller drikke et koldt glas vand.
Moderne modeller af homeostase
Begrebet negativ feedback går tilbage til Cannons beskrivelse af homeostase i 1920'erne og var den første forklaring på, hvordan homeostase fungerer. Men i de seneste årtier hævder mange videnskabsmænd, at organismer er i stand til at forudse potentielle forstyrrelser i homeostase snarere end kun at reagere på dem efter faktum.
Denne alternative model for homeostase, kendt som allostase, indebærer, at det ideelle sætpunkt for en bestemt variabel kan skifte som svar på kortvarige miljøændringer, ifølge en artikel i 2015 i Psychological Review. Punktet kan ændre sig under påvirkning af døgnrytmer, menstruationscyklusser eller daglige udsving i kropstemperatur. Sætpunkter kan også ændre sig som reaktion på fysiologiske fænomener, som feber, eller for at kompensere for flere homeostatiske processer, der finder sted på samme tid, ifølge en anmeldelse fra 2015 i Advances in Physiology Education.
"Selve sætpunkterne er ikke faste, men kan vise adaptiv plasticitet," sagde Art Woods, en biolog ved University of Montana i Missoula. "Denne model giver mulighed for forventede svar på kommende potentielle forstyrrelser i sætpunkter."
I forventning om et måltid udskiller kroppen for eksempel ekstra insulin, ghrelin og andre hormoner, ifølge en anmeldelse fra 2007 i Appetite. Denne forebyggende foranstaltning redder kroppen for den indkommende oversvømmelse af kalorier i stedet for at kæmpe for at kontrollere blodsukker og energilagre i dens kølvandet.
Evnen til at skifte sætpunkter giver dyrene mulighed for at tilpasse sig kortvarige stressfaktorer, men de kan mislykkes i lyset af langsigtede udfordringer, såsom klimaændringer.
"At aktivere homeostatiske responssystemer kan være fint i korte perioder," sagde Woods. Men de er ikke designet til at vare længe. "Homeostatiske systemer kan mislykkes katastrofalt, hvis de skubbes for langt. Så selvom systemer muligvis er i stand til at håndtere nye klimaforhold på kort sigt, er de muligvis ikke i stand til at håndtere større ændringer over længere tid."
Hold information flyder
Homostatiske systemer kan primært have udviklet sig for at hjælpe organismer med at opretholde optimal funktion i forskellige miljøer og situationer. Men ifølge et essay fra 2013 i tidsskriftet Trends in Ecology & Evolution, teoretiserer nogle forskere, at homeostase primært giver en "stille baggrund" for celler, væv og organer til at kommunikere med hinanden. Teorien hævder, at homeostase gør det lettere for organismer at udtrække vigtig information fra miljøet og skyttelsignaler mellem kropsdele.
Uanset dets evolutionære formål har homeostase formet forskning i biovidenskab i næsten et århundrede. Selvom det mest diskuteres inden for rammerne af dyrefysiologi, giver homeostatiske processer også planter mulighed for at styre energilagre, næring af celler og reagere på miljøudfordringer. Ud over biologi bruger samfundsvidenskab, cybernetik, datalogi og ingeniørarbejde alle homeostase som en ramme for at forstå, hvordan mennesker og maskiner opretholder stabilitet på trods af forstyrrelser.
Ekstra rESSOURCER:
