Homöostaas on võime säilitada suhteliselt stabiilne sisemine seisund, mis püsib hoolimata muutustest maailmas väljaspool. Kõik elusorganismid, alates taimedest kuni kutsikateni inimesteni, peavad energia töötlemiseks ja lõpuks ellu jäämiseks reguleerima oma sisekeskkonda. Kui näiteks teie vererõhk tõuseb kiiresti või kehatemperatuur langeb, võivad teie elundisüsteemid vaeva näha oma töö tegemisel ja lõpuks ebaõnnestuda.
Miks on homöostaas oluline?
Füsioloog Walter Cannon lõi 1920. aastatel termini "homöostaas", laiendades hilise füsioloog Claude Bernardi varasemat tööd. 1870. aastatel kirjeldas Bernard, kuidas keerulised organismid peavad säilitama tasakaalu oma sisekeskkonnas ehk "milieu intérieur","selleks, et elada" vaba ja iseseisvat elu "ka mujal maailmas. Cannon lihvis selle kontseptsiooni ja tutvustas oma raamatu" Keha tarkus "(Briti Meditsiiniajakiri, 1932) kaudu elanikkonnale homöostaasi.
Füsioloogia peamise juhtmõttena nimetatav Cannon homöostaasi põhimääratlus on tänapäevalgi kasutusel. Mõiste tuleneb kreeka juurtest, mis tähendab "sarnast" ja "stabiilsust". Prefiks "homeo" rõhutab, et homöostaas ei tööta nagu autos asuv termostaat või püsikiiruse regulaator, mis on fikseeritud ühel täpsel temperatuuril või kiirusel. Selle asemel hoiab homöostaas olulisi füsioloogilisi tegureid vastuvõetavas väärtuste vahemikus, selgub ajakirja Appetite arvustusest.
Inimkeha reguleerib näiteks vesiniku, kaltsiumi, kaaliumi ja naatriumi laetud osakeste sisemisi kontsentratsioone, millele rakud normaalseks funktsioneerimiseks tuginevad. Homöostaatilised protsessid säilitavad ka vee, hapniku, pH ja veresuhkru taset, samuti tuuma kehatemperatuuri, selgub ajakirja Advances in Füsiology Education 2015. aasta ülevaatest.
Terviseorganismides toimuvad homöostaatilised protsessid pidevalt ja automaatselt, vahendab Scientific American. Mitu süsteemi töötavad sageli koos, et hoida üht füsioloogilist faktorit, näiteks kehatemperatuuri. Kui need meetmed lagunevad või ebaõnnestuvad, võib organism haigusele või isegi surmale järele anda.
Kuidas homöostaas säilib
Paljud homöostaatilised süsteemid kuulavad kehalt hädasignaale, et teada saada, millal võtmemuutujad nende sobivast ulatusest välja jäävad. Närvisüsteem tuvastab need kõrvalekalded ja teatab juhtimiskeskusele, mis asub sageli ajus. Seejärel suunab juhtimiskeskus lihaseid, elundeid ja näärmeid häire parandamiseks. Pidevat häirete ja kohandumise silmust nimetatakse veebipõhise anatoomia ja füsioloogia õpiku kohaselt negatiivse tagasisidena.
Näiteks säilitab inimkeha sisetemperatuur umbes 98,6 kraadi Fahrenheiti (37 kraadi Celsiuse järgi). Ülekuumenemise korral annavad naha ja aju termosensorid häire, käivitades ahelreaktsiooni, mis suunab keha higistama ja loputama. Jahutamisel reageerib keha värisemisega ja vähendades naha vereringet. Kahe NIH-i rahastatud uuringu kohaselt annab keha kahekordse naatriumitaseme tõustes neerudele vett kokku hoida ja kontsentreeritud uriinist liigset soola väljutada.
Samuti kohandavad loomad oma käitumist vastuseks negatiivsele tagasisidele. Näiteks võime ülekuumenemise korral visata kihi riideid, liikuda varju või juua külma klaasi vett.
Homöostaasi kaasaegsed mudelid
Negatiivse tagasiside kontseptsioon pärineb Cannoni 1920. aastate homöostaasi kirjeldusest ja see oli esimene selgitus homöostaasi toimimise kohta. Kuid viimastel aastakümnetel väidavad paljud teadlased, et organismid on võimelised ette nägema homöostaasi võimalikke häireid, mitte reageerima neile ainult pärast tõsiasja.
See homöostaasi alternatiivne mudel, mida tuntakse allostaasina, tähendab, et konkreetse muutuja ideaalne punktpunkt võib reageerida mööduvatele keskkonnamuutustele, selgub ajalehe Psychological Review 2015. aasta artiklist. Punkt võib nihkuda ööpäevaste rütmide, menstruaaltsüklite või kehatemperatuuri igapäevaste kõikumiste mõjul. Määratud punktid võivad muutuda ka reageerimisel füsioloogilistele nähtustele, nagu palavik, või kompenseerida samaaegselt toimuvaid mitut homöostaatilist protsessi, selgub ajakirja Advances in Füsiology Education 2015. aasta ülevaatest.
"Seatud punktid ise ei ole fikseeritud, kuid võivad näidata adaptiivset plastilisust," ütles Missoula Montana ülikooli bioloog Art Woods. "See mudel võimaldab punktide seadmiseks ennetavalt reageerida eelseisvatele võimalikele häiretele."
Näiteks sekreteerib keha söögi ootuses ekstra insuliini, greliini ja muid hormoone, selgub 2007. aasta väljaandest Appetite. See ennetav meede valmistab keha sissetulevate kalorite üleujutuse jaoks, mitte ei maadle selle järele, et kontrollida veresuhkru ja energiavarusid.
Võimalus seatud punkte nihutada võimaldab loomadel kohaneda lühiajaliste stressitekitajatega, kuid pikaajaliste väljakutsete, näiteks kliimamuutuste korral võivad nad ebaõnnestuda.
"Homöostaatiliste reageerimissüsteemide aktiveerimine võib lühikese aja jooksul olla hea," sõnas Woods. Kuid need ei ole loodud kauaks vastu. "Homöostaatilised süsteemid võivad liiga kaugele lükates katastroofiliselt ebaõnnestuda. Ehkki süsteemid võivad olla võimelised hakkama saama lühiajalise uudse kliimaga, ei pruugi nad pikema aja jooksul hakkama saada suuremate muudatustega."
Teabe voolavuse hoidmine
Homöostaatilised süsteemid võivad olla arenenud peamiselt selleks, et aidata organismidel säilitada optimaalset funktsioneerimist erinevates keskkondades ja olukordades. Kuid ajakirja Trends in Ecology & Evolution 2013. aasta essee kohaselt teoreetivad mõned teadlased, et homöostaas pakub rakkudele, kudedele ja elunditele peamiselt "vaikse tausta", et nad saaksid omavahel suhelda. Teooria väidab, et homöostaas lihtsustab organismide jaoks olulise teabe eraldamist keskkonnast ja süstikute edastamist kehaosade vahel.
Vaatamata evolutsioonilisele eesmärgile on homöostaas kujundanud bioteaduste uurimistööd peaaegu sajandi vältel. Ehkki enamasti käsitletakse loomade füsioloogia kontekstis, võimaldavad homöostaatilised protsessid ka taimedel hallata energiavarusid, toita rakke ja reageerida keskkonnaprobleemidele. Lisaks bioloogiale kasutavad sotsiaalteadused, küberneetika, infotehnoloogia ja tehnika kõik homöostaasi raamistikuna, et mõista, kuidas inimesed ja masinad säilitavad häiretest hoolimata stabiilsuse.
Lisaks rallikad:
