Homeostáza je schopnost udržovat relativně stabilní vnitřní stav, který přetrvává navzdory změnám ve vnějším světě. Všechny živé organismy, od rostlin po štěňata až po lidi, musí regulovat své vnitřní prostředí, aby zpracovávaly energii a nakonec přežily. Pokud například stoupají krevní tlak nebo klesá tělesná teplota, mohou se vaše orgánové systémy potýkat s prací a nakonec selhat.
Proč je homeostáza důležitá
Fyziolog Walter Cannon vytvořil termín „homeostáza“ ve dvacátých letech minulého století, přičemž se rozšiřoval o předchozí práci pozdního fyziologa Clauda Bernarda. V 70. letech 19. století Bernard popsal, jak komplexní organismy musí udržovat rovnováhu ve svém vnitřním prostředí, nebo „milieu intérieur“,„aby vedl„ svobodný a nezávislý život “po celém světě. Cannon tuto koncepci vyladil a představil homeostázu populárním publiku prostřednictvím své knihy„ Moudrost těla “(British Medical Journal, 1932).
Tato definice homeostázy Cannon, která je považována za základní fyziologii, se dnes stále používá. Termín pochází z řeckých kořenů znamenajících „podobné“ a „stav stability“. Předpona „homeo“ zdůrazňuje, že homeostáza nefunguje jako termostat nebo tempomat v autě, pevně nastavená na jednu přesnou teplotu nebo rychlost. Místo toho homeostáza drží důležité fyziologické faktory v přijatelném rozmezí hodnot, podle recenze v časopise Appetite.
Například lidské tělo reguluje své vnitřní koncentrace nabitých částic vodíku, vápníku, draslíku a sodíku, na které se buňky spoléhají při normální funkci. Homeostatické procesy také udržují hladinu vody, kyslíku, pH a hladiny cukru v krvi a také tělesnou teplotu jádra, podle recenze z roku 2015 v Pokrokech ve výuce fyziologie.
U zdravých organismů se homeostatické procesy vyvíjejí neustále a automaticky, podle Scientific American. Více systémů často pracuje v tandemu, aby udržovalo stabilní jediný fyziologický faktor, jako je tělesná teplota. Pokud tato opatření zmizí nebo selže, organismus může podlehnout nemoci nebo dokonce smrti.
Jak je udržována homeostáza
Mnoho homeostatických systémů poslouchá tísňové signály od těla, aby věděli, kdy klíčové proměnné vypadnou z jejich vhodného rozsahu. Nervový systém tyto odchylky detekuje a hlásí se zpět do kontrolního centra, často umístěného v mozku. Řídicí středisko poté nasměruje svaly, orgány a žlázy, aby se korigovaly na poruchu. Podle online učebnice Anatomie a fyziologie je nepřetržitá smyčka rušení a přizpůsobování známá jako „negativní zpětná vazba“.
Například lidské tělo udržuje teplotu jádra asi 98,6 stupňů Fahrenheita (37 stupňů Celsia). Při přehřátí termosenzory v kůži a mozku vydávají poplach, což iniciuje řetězovou reakci, která vede tělo k potu a návalu. Po vychladnutí tělo reaguje třesením a snížením krevního oběhu na kůži. Podobně, když hladiny sodíku stoupají, tělo signalizuje ledvinám, aby šetřily vodu a vyloučily přebytečnou sůl v koncentrované moči, podle dvou studií financovaných NIH.
Zvířata také upraví své chování v reakci na negativní zpětnou vazbu. Například při přehřátí můžeme odhodit vrstvu oblečení, přesunout se do stínu nebo vypít studenou sklenici vody.
Moderní modely homeostázy
Koncept negativní zpětné vazby pochází z Cannonova popisu homeostázy ve dvacátých letech a byl prvním vysvětlením toho, jak homeostáza funguje. Ale v posledních desetiletích mnoho vědců tvrdí, že organismy jsou schopny předvídat potenciální narušení homeostázy, spíše než na ně reagovat až poté, co na to bude reagovat.
Tento alternativní model homeostázy, známý jako allostáza, naznačuje, že ideální nastavená hodnota pro konkrétní proměnnou se může posunout v reakci na přechodné změny prostředí, podle článku z roku 2015 v Psychologickém přehledu. Bod se může posouvat pod vlivem cirkadiánních rytmů, menstruačních cyklů nebo denních výkyvů tělesné teploty. Nastavené hodnoty se také mohou změnit v reakci na fyziologické jevy, jako je horečka, nebo na kompenzaci více homeostatických procesů probíhajících současně, podle přezkumu z roku 2015 v Pokrokech ve výuce fyziologie.
„Samotné nastavené hodnoty nejsou pevné, ale mohou vykazovat adaptivní plasticitu,“ řekl Art Woods, biolog na univerzitě v Montaně v Missoule. „Tento model umožňuje předvídat reakce na nadcházející potenciální poruchy na nastavené hodnoty.“
Například, v očekávání jídla, tělo vylučuje další inzulín, ghrelin a další hormony, podle recenze z roku 2007 v Appetite. Toto preventivní opatření připravuje tělo na záplavu kalorií, spíše než zápasit za kontrolu hladiny cukru v krvi a energie v brázdě.
Schopnost posunout nastavené hodnoty umožňuje zvířatům přizpůsobit se krátkodobým stresorům, ale mohou čelit dlouhodobým výzvám, jako je změna klimatu.
"Aktivace homeostatických reakčních systémů může být v pořádku na krátkou dobu," řekl Woods. Ale nejsou navrženy tak, aby vydržely dlouho. "Homeostatické systémy mohou selhat katastroficky, pokud jsou tlačeny příliš daleko; takže ačkoli systémy mohou být schopny zvládnout krátkodobé nové podnebí, nemusí být schopny zvládnout větší změny v delším časovém období."
Udržování toku informací
Homeostatické systémy se mohou primárně vyvinout, aby pomohly organismům udržet optimální funkci v různých prostředích a situacích. Podle eseje z roku 2013 v časopise Trends in Ecology & Evolution však někteří vědci předpokládají, že homeostáza primárně poskytuje „tiché pozadí“ pro komunikaci buněk, tkání a orgánů. Teorie předpokládá, že homeostáza usnadňuje organismům extrahovat důležité informace z prostředí a signály raketoplánu mezi částmi těla.
Bez ohledu na svůj evoluční účel homeostáza formovala výzkum v biologických vědách téměř století. Homeostatické procesy, ačkoliv jsou většinou diskutovány v souvislosti s fyziologií zvířat, umožňují rostlinám řídit zásoby energie, vyživovat buňky a reagovat na environmentální výzvy. Kromě biologie používají společenské vědy, kybernetika, informatika a inženýrství homeostázu jako rámec k pochopení toho, jak lidé a stroje udržují stabilitu i přes poruchy.
Další rzdroje:
