Гомеостаз - це здатність підтримувати відносно стабільний внутрішній стан, який зберігається, незважаючи на зміни у зовнішньому світі. Усі живі організми, від рослин до цуценят до людей, повинні регулювати своє внутрішнє середовище, щоб переробити енергію і в кінцевому рахунку вижити. Якщо, наприклад, зростає рівень артеріального тиску або температура тіла, ваші органи органів можуть змусити себе виконувати свою роботу і зрештою вийти з ладу.
Чому важливий гомеостаз
Фізіолог Уолтер Кеннон ввів термін "гомеостаз" у 1920-х роках, розширивши його на попередній роботі покійного фізіолога Клода Бернарда. У 1870-х роках Бернар описав, як складні організми повинні підтримувати рівновагу у своєму внутрішньому середовищі, або "середовище середовища","для того, щоб вести" вільне і незалежне життя "у світі за його межами. Кеннон відточив цю концепцію і ввів гомеостаз популярній аудиторії через свою книгу" Мудрість тіла "(Британський медичний журнал, 1932).
Вважається основним принципом фізіології, основне визначення гомеостазу Кеннона залишається вживаним і сьогодні. Термін походить від грецьких коренів, що означають "схожий" і "стан стабільності". Префікс "homeo" підкреслює, що гомеостаз не працює як термостат або круїз-контроль в автомобілі, фіксований при одній точній температурі або швидкості. Натомість гомеостаз утримує важливі фізіологічні фактори в межах прийнятного діапазону значень, згідно з оглядом у журналі Appetite.
Наприклад, організм людини регулює свої внутрішні концентрації водню, кальцію, калію та натрію, заряджених частинок, на які клітини покладаються для нормальної роботи. Гомеостатичні процеси також підтримують рівень води, кисню, рН та рівня цукру в крові, а також основну температуру тіла, згідно з оглядом 2015 року в розділі "Успіхи з фізіологічної освіти".
У здорових організмах гомеостатичні процеси розгортаються постійно та автоматично, повідомляє Scientific American. Кілька систем часто працюють в тандемі, щоб утримувати стійкий єдиний фізіологічний фактор, наприклад, температура тіла. Якщо ці заходи збиваються або проваляться, організм може піддатися хворобам або навіть смерті.
Як підтримується гомеостаз
Багато гомеостатичних систем слухають сигнали лиха від організму, щоб знати, коли ключові змінні випадають із відповідного діапазону. Нервова система виявляє ці відхилення і передає повідомлення в контрольний центр, часто розташований у мозку. Потім контрольний центр направляє м’язи, органи та залози, щоб виправити порушення. Постійний цикл порушень і коригування відомий як "негативний зворотний зв'язок", згідно з онлайн-підручником "Анатомія та фізіологія".
Наприклад, організм людини підтримує температуру ядра близько 98,6 градусів за Фаренгейтом (37 градусів Цельсія). При перегріванні термосенсори в шкірі та мозку звучать тривожно, ініціюючи ланцюгову реакцію, яка спрямовує організм на піт і рум'янець. Охолоджуючись, організм реагує тремтінням та зменшенням циркуляції крові до шкіри. Аналогічно, коли рівень натрію зростає, організм сигналізує ниркам про збереження води та виведення зайвої солі в концентровану сечу, згідно з двома дослідженнями, що фінансуються NIH.
Тварини також коригуватимуть свою поведінку у відповідь на негативні відгуки. Наприклад, при перегріванні ми можемо пролити шар одягу, перейти в тінь або випити холодну склянку води.
Сучасні моделі гомеостазу
Концепція негативних зворотних зв’язків сягає опису Кеннона гомеостазу в 1920-х роках і була першим поясненням того, як працює гомеостаз. Але в останні десятиліття багато вчених стверджують, що організми здатні передбачити можливі порушення гомеостазу, а не лише реагувати на них після факту.
Ця альтернативна модель гомеостазу, відома як аллостаз, передбачає, що ідеальна задана точка для певної змінної може змінюватися у відповідь на минущі зміни довкілля, згідно з статтею 2015 року в «Психологічному огляді». Точка може зміщуватися під впливом циркадних ритмів, менструального циклу або добових коливань температури тіла. Зазначені показники можуть також змінюватися у відповідь на фізіологічні явища, як-от лихоманка, або компенсувати множинні гомеостатичні процеси, що протікають одночасно, згідно з оглядом 2015 року в галузі «Фізична освіта».
"Самі встановлені показники не є фіксованими, але можуть демонструвати адаптивну пластичність", - сказав Арт Вудс, біолог з університету штату Монтана в штаті Міссула. "Ця модель дозволяє передбачити відповіді на майбутні можливі порушення, щоб встановити точки".
Наприклад, в очікуванні їжі організм виділяє зайвий інсулін, грелін та інші гормони, згідно з оглядом 2007 року в Апетиті. Цей запобіжний захід підготує організм до надходження калорій, а не боротьби за контроль рівня цукру в крові та запасів енергії.
Можливість зміщення заданих значень дозволяє тваринам адаптуватися до короткочасних стресових факторів, але вони можуть зазнати невдачі в умовах довгострокових проблем, таких як зміни клімату.
"Активізація систем гомеостатичного реагування може бути нормальною за короткий проміжок часу", - сказав Вудс. Але вони не розраховані на тривалий час. "Гомеостатичні системи можуть катастрофічно виходити з ладу, якщо їх заштовхнути занадто далеко; тому, хоча системи можуть працювати з короткочасним новим кліматом, вони можуть не впоратися з більшими змінами протягом більш тривалого періоду часу."
Зберігання потоку інформації
Гомеостатичні системи, можливо, в основному розвинулися, щоб допомогти організмам підтримувати оптимальні функції в різних середовищах і ситуаціях. Але, згідно з есе в 2013 році в журналі «Тенденції в екології та еволюція», деякі вчені теоретизують, що гомеостаз насамперед забезпечує «спокійний фон» для клітин, тканин та органів для спілкування один з одним. Теорія стверджує, що гомеостаз полегшує організми отримувати важливу інформацію з навколишнього середовища та передавати сигнали човників між частинами тіла.
Незалежно від еволюційного призначення, гомеостаз майже століття формував дослідження в науках про життя. Хоча здебільшого обговорюється в контексті фізіології тварин, гомеостатичні процеси також дають можливість рослинам управляти запасами енергії, живити клітини та відповідати на екологічні проблеми. Крім біології, соціальні науки, кібернетика, інформатика та інженерія використовують гомеостаз як основу для розуміння того, як люди та машини підтримують стабільність, незважаючи на порушення.
Додатковий rджерела:
