Homeostas är förmågan att upprätthålla ett relativt stabilt inre tillstånd som kvarstår trots förändringar i världen utanför. Alla levande organismer, från växter till valpar till människor, måste reglera sin inre miljö för att bearbeta energi och i slutändan överleva. Om dina blodtryck skyrockets eller kroppstemperatur plumets, till exempel, kan dina organsystem kämpa för att göra sina jobb och så småningom misslyckas.
Varför homeostase är viktigt
Fysiologen Walter Cannon myntade termen "homeostas" på 1920-talet och utvidgade sitt tidigare arbete av den sena fysiologen Claude Bernard. På 1870-talet beskrev Bernard hur komplexa organismer måste upprätthålla balans i sin inre miljö, eller "milieu intérieur,"för att kunna leda ett" fritt och oberoende liv "i världen utanför. Cannon fäste konceptet och introducerade homeostas för populära publik genom sin bok," The Wisdom of the Body "(The British Medical Journal, 1932).
Cannons baserade som en kärnprincip för fysiologi, är Cannons grundläggande definition av homeostas kvar i dag. Termen härstammar från grekiska rötter som betyder "liknande" och "ett tillstånd av stabilitet." Prefixet "homeo" betonar att homeostasen inte fungerar som en termostat eller farthållare i en bil, fixerad vid en exakt temperatur eller hastighet. Istället har homeostase viktiga fysiologiska faktorer inom ett acceptabelt värderingsintervall, enligt en recension i tidskriften Appetite.
Människokroppen reglerar till exempel sina inre koncentrationer av väte, kalcium, kalium och natrium, laddade partiklar som celler litar på för normal funktion. Homeostatiska processer upprätthåller även vatten-, syre-, pH- och blodsockernivåer samt kärnkroppstemperatur, enligt en översyn av 2015 i Advances in Physiology Education.
I friska organismer utvecklas homeostatiska processer konstant och automatiskt, enligt Scientific American. Flera system fungerar ofta i tandem för att hålla en enda fysiologisk faktor, som kroppstemperatur, stadigt. Om dessa åtgärder vacklar eller misslyckas, kan en organisma bukta för sjukdomar eller till och med dödsfall.
Hur homeostasen upprätthålls
Många homeostatiska system lyssnar på nödsignaler från kroppen för att veta när nyckelvariabler faller utanför deras lämpliga intervall. Nervsystemet upptäcker dessa avvikelser och rapporterar tillbaka till ett kontrollcenter, ofta baserat i hjärnan. Kontrollcentret leder sedan muskler, organ och körtlar för att korrigera för störningen. Den ständiga slingan av störningar och justering kallas "negativ feedback", enligt online-läroboken Anatomy and Physiology.
Till exempel upprätthåller människokroppen en kärntemperatur på cirka 98,6 grader Fahrenheit (37 grader Celsius). Vid överhettning ljuder termosensorer i huden och hjärnan ett larm, vilket inleder en kedjereaktion som leder kroppen att svettas och spola. När kylning reagerar kroppen genom att skaka och minska blodcirkulationen till huden. På samma sätt, när natriumnivåer har ökat, signalerar kroppen njurarna att spara vatten och utvisa överskott av salt i koncentrerad urin, enligt två NIH-finansierade studier.
Djur kommer också att anpassa sitt beteende som svar på negativ feedback. Om vi till exempel överhettas kan vi tappa ett lager kläder, flytta in i skuggan eller dricka ett kallt glas vatten.
Moderna modeller av homeostasis
Begreppet negativ feedback återgår till Cannons beskrivning av homeostas på 1920-talet och var den första förklaringen av hur homeostasen fungerar. Men under de senaste decennierna hävdar många forskare att organismer kan förutse potentiella störningar i homeostasen, snarare än att bara reagera på dem efter det faktum.
Denna alternativa modell av homeostas, känd som allostas, antyder att den ideala börvärdet för en viss variabel kan förändras som svar på övergående miljöförändringar, enligt en artikel i 2015 i Psychological Review. Punkten kan förändras under påverkan av cirkadiska rytmer, menstruationscykler eller dagliga fluktuationer i kroppstemperatur. Setpunkter kan också förändras som svar på fysiologiska fenomen, som feber, eller för att kompensera för flera homeostatiska processer som sker samtidigt, enligt en översyn från 2015 i Advances in Physiology Education.
"Självvärdena är inte fast men kan visa adaptiv plasticitet", säger Art Woods, en biolog vid University of Montana i Missoula. "Denna modell möjliggör förutsägbara svar på kommande potentiella störningar i börvärden."
Till exempel, i väntan på en måltid, utsöndrar kroppen extra insulin, ghrelin och andra hormoner, enligt en översikt från 2007 i Appetite. Denna förebyggande åtgärd avläser kroppen för den inkommande floden av kalorier, snarare än brottning för att kontrollera blodsocker och energilager i dess kölvattnet.
Förmågan att växla börvärden tillåter djur att anpassa sig till kortvariga stressfaktorer, men de kan misslyckas inför långsiktiga utmaningar, till exempel klimatförändringar.
"Att aktivera homeostatiska svarssystem kan vara bra under korta perioder," sade Woods. Men de är inte utformade för att hålla länge. "Homeostatiska system kan misslyckas katastrofalt om de skjuts för långt. Så även om system kanske kan hantera nya klimat på kort sikt kan de kanske inte hantera större förändringar under längre tidsperioder."
Håller informationen flödande
Homeostatiska system kan ha främst utvecklats för att hjälpa organismer att upprätthålla optimal funktion i olika miljöer och situationer. Men enligt en uppsats från 2013 i tidskriften Trends in Ecology & Evolution, teoretiserar vissa forskare att homeostas främst ger en "tyst bakgrund" för celler, vävnader och organ att kommunicera med varandra. Teorin säger att homeostas gör det enklare för organismer att extrahera viktig information från miljön och skyttelsignaler mellan kroppsdelar.
Oavsett dess evolutionära syfte har homeostas format forskning inom biovetenskap i nästan ett sekel. Även om de mest diskuteras inom ramen för djurfysiologi, möjliggör homeostatiska processer också växter att hantera energilagrar, näring av celler och svara på miljöutmaningar. Utöver biologi använder samhällsvetenskap, cybernetik, datavetenskap och teknik alla homeostaser som ett ramverk för att förstå hur människor och maskiner upprätthåller stabilitet trots störningar.
Ytterligare resources:
