Хомеостазата се отнася до способността на организма да поддържа вътрешната среда на тялото в граници, които му позволяват да оцелее. Хомеостазата се отнася и до саморегулиращи се процеси, които връщат критичните системи на тялото до зададена точка в тесен диапазон на действие, съобразен с оцеляването на организма.

Хомеостазата е силно развита при топлокръвни животни, живеещи на сушата, които трябва да поддържат телесна температура, баланс на течностите, рН на кръвта и кислородно напрежение в доста тесни граници, като в същото време се снабдяват с храна, за да осигурят енергия за поддържане на хомеостазата.

Това е така, защото поддържането на хомеостаза изисква разход на енергия. Енергията се използва за движение, тъй като животното търси и консумира храна и вода за поддържане на телесната температура чрез контролирано освобождаване на калории от метаболизма на храни или мазнини и за поддържане на функцията на клетъчната мембрана, тъй като тя резорбира електролити в бъбреците и червата и поддържа неутрално рН на кръвта.

Хомеостазата също се отнася до защитните механизми на организма. Те включват защитни рефлекси срещу неща като вдишване на материя в белите дробове, рефлекс на повръщане като защита за изхвърляне на токсични материали от хранопровода или стомаха, рефлекс на мигане на окото и реакция на отнемане при горещи или болезнени кожни усещания. Съществува и защита срещу патогени чрез вроден и придобит имунитет, последният от които се стимулира от остър стрес чрез кортизол и адреналин и се инхибира от хроничен стрес и високи нива на кортизол.

Хората разчитат на хомеостазата, за да поддържат постоянна телесна температура около 36,8-37,0 градуса по Целзий, така че телата ни да поддържат правилна функция. При прегряване термосензорите в кожата и мозъка подават аларма, инициирайки верижна реакция, която насочва тялото към потене и зачервяване.

Хомеостазата е способността да се поддържа относително стабилно вътрешно състояние, което продължава въпреки промените във външния свят. Всички живи организми, от растения и животни до хора, трябва да регулират вътрешната си среда, за да преработват енергия и в крайна сметка да оцелеят. Ако например имате високо кръвно налягане или телесната Ви температура се понижи, Вашите органи ще започнат сериозно да се затрудняват да изпълняват нормалните си функции и в крайна сметка ще се "провалят".

Защо хомеостазата е важна за нашето оцеляване?

Физиологът Уолтър Кенън въвежда термина „хомеостаза“ през 20-те години на миналия век, разширявайки досегашната работа на покойния физиолог Клод Бернар. През 1870-те Бернар описва как сложните организми трябва да поддържат баланс във вътрешната си среда или „millieu intérieur“, за да водят „свободен и независим живот“ в света отвъд него. Кенън отмени тази концепция и въведе хомеостазата с популярната публикация  на  книгата си „Мъдростта на тялото“.

Приветстван като основен принцип на физиологията, основната дефиниция на Кенън за хомеостаза остава в употреба и днес. Терминът произлиза от гръцки корени, означаващи „подобен“ и „състояние на стабилност“. Префиксът "homeo" подчертава, че хомеостазата не работи като термостат или круиз контрол в кола, фиксирани при една точна температура или скорост. Вместо това хомеостазата държи важни физиологични фактори в приемлив диапазон от стойности.

Човешкото тяло например регулира вътрешните си концентрации на водород, калций, калий и натрий, все заредени частици, на които клетките разчитат за нормална си функция. Хомеостатичните процеси също поддържат нивата на вода, кислород, pH и кръвната захар, както и основната телесна температура.

При здравите организми хомеостатичните процеси се развиват постоянно и автоматично. Множество системи често работят в тандем, за да поддържат стабилно един физиологичен фактор, като телесната температура. Ако тези мерки се променят или се провалят, организмът може да се поддаде на болест или дори смърт.

Как се поддържа хомеостазата?


Много хомеостатични системи „изслушват” сигналите за бедствие от тялото, за да знаят кога ключовите променливи падат под съответните си правилни стойности. Нервната система открива тези отклонения и докладва обратно в контролен център, базиран в мозъка. След това контролният център насочва мускулите, органите и жлезите, за да коригира нарушението. Непрекъснатият цикъл на смущения и корекции е известен като „отрицателна обратна връзка“.

Ето пример, човешкото тяло поддържа основна температура от около 37 градуса по Целзий. При прегряване термосензорите в кожата и мозъка подават аларма, инициирайки верижна реакция, която насочва тялото към потене и зачервяване. При охлаждане тялото реагира чрез треперене и намалява кръвообращението в кожата. По същия начин, когато нивата на натрий скочат, тялото сигнализира на бъбреците да пестят вода и да изхвърлят излишната сол в концентрирана урина.

Животните също коригират поведението си в отговор на отрицателна обратна връзка. Например при прегряване можем да хвърлим кат дрехи, да се преместим на сянка или да изпием студена чаша вода. И ще го направим, защото просредством хомеостазата нашето тяло ни е накрало да стигнем до тези малки животоспасяващи изводи и решения.

Съвременни модели на хомеостаза

Концепцията за отрицателна обратна връзка датира от описанието на Кенън за хомеостазата през 20-те години на миналия век и е първото обяснение за това как работи хомеостазата. Но през последните десетилетия много учени твърдят, че организмите са в състояние да предвидят потенциални нарушения на хомеостазата, а не само да реагират на тях след създадена ситуация вътре в нас.

Този алтернативен модел на хомеостаза, известен като алостаза, предполага, че идеалната зададена точка за определена променлива може да се промени в отговор на преходни промени в околната среда. Точката може да се измести под въздействието на циркадните ритми, менструалните цикли или ежедневните колебания на телесната температура. Зададените точки могат също да се променят в отговор на физиологични явления като треска или да компенсират множество хомеостатични процеси, протичащи едновременно.

Например, в очакване на хранене, тялото отделя допълнително инсулин, грелин и други хормони. Тази превантивна мярка подготвя тялото за предстоящите калории, вместо да се бори, за да контролира кръвната захар и запасите от енергия след него.

Възможността за изместване на зададените стойности позволява на животните да се адаптират към краткосрочните стресови фактори, но те могат да се провалят при дългосрочни предизвикателства, като например климатичните промени.

Хомеостатичните системи може да са се развили предимно, за да помогнат на организмите да поддържат оптимална функция в различни среди и ситуации. Независимо от своята еволюционна цел, хомеостазата формира изследванията в науките за живота в продължение на почти век. Въпреки че се обсъждат най-вече в контекста на физиологията на животните, хомеостатичните процеси също позволяват на растенията да управляват енергийните запаси, да подхранват клетките и да реагират на предизвикателствата на околната среда. Отвъд биологията, социалните науки, кибернетиката, компютърните науки и инженерството използват хомеостазата като рамка, за да разберат как хората и машините поддържат стабилност въпреки прекъсванията.