Homeostazia corpului uman

Homeostazia umana este un termen derivat din grecescul homeo sau „la fel” si stasis sau „stabil”, semnificind a ramine stabil sau a ramine la fel. Corpul uman controleaza o multitudine de interactiuni complexe pentru a mentine echilibrul sau pentru a face sistemele sa functioneze la o rata normala. Aceste interactiuni din corp faciliteaza modificari compensatorii de sustinere a functiilor fizice si psihice. Acest proces este esential supravietuirii individului si a specie noastre. Ficatul, rinichii si creierul (hipotalamusul, sistemul nervos autonomy si sistemul endocrin) ajuta la mentinerea homeostaziei. Ficatul este responsabil de metabolizarea substantelor toxice si de mentinerea metabolismului carbohidrat. Rinichii sunt responsabili de reglarea nivelelor de apa din singe, re-absorbtia substantelor in singe, mentinerea nivelelor de sare si ionice in singe, reglarea pH-ului sangvin si de excretia ureei si a altor deseuri.

Incapacitatea mentinerii homeostaziei poate conduce la deces sau la o boala, o conditie cunoscuta drept dezechilibru homeostazic. De exemplu, insuficienta cardiaca poate apare cind mecanismele de feedback negativ sunt suprasolicitate si depasite, controlul fiind preluat de mecanismele distructive de feedback pozitiv. Alte boli care rezulta dintr-un dezechilibru homeostazic includ diabetul, deshidratarea, hipoglicemia, hiperglicemia, guta si oricare boala cauzata de prezenta unei toxine in fluxul sangvin. Interventia medicala poate ajuta la reinstaurarea homeostaziei si posibil prevenirea distrugerilor permanente a organelor.

Care sunt mecanismele de control ale homeostaziei?

Toate mecanismele de control homeostazic au cel putin trei componente interdependente pentru a fi reglate. Receptorul este componenta sensibila care monitorizeaza si raspunde la modificarile din mediu. Cind receptorul simte un stimul, trimite informatia la un centru de control, componenta care care stabileste mentinerea variabilei. Centrul de control determina un raspuns adecvat fata de stimul. In majoritatea mecanismelor homeostazice, centrul de control este creierul. Acesta trimite apoi semnale unui efector, care poate fi musculatura, organele sau alte structuri care primesc semnale de la creier. Dupa primirea semnalului, se produce o schimbare pentru a corecta deviatia fie prin multiplicare prin feedback pozitiv, fie prin diminuare sau prin feedback negativ.

Feedback-ul pozitiv sau regenerativ apare intr-un ciclu in care efectele unei mici tulburari aparute intr-un sistem poate cuprinde o crestere a magnitudinii perturbarilor. Acesta tinde sa creeze instabilitatea sistemului cu cresterea exponentiala a oricaror oscilatii sau divergente de la echilibru. Parametrii sistemului vor accelera spre valori critice, care vor distruge sistemul sau il pot duce pe acesta intr-un nou status stabil. Un exemplu de feedback in biologia umana este lactatia. Pe masura ce copilul suge mamelonul exista un raspuns nervos in maduva spinala si pina in hipotalamus din creier, care stimuleaza glanda pituitara sa produca si mai multa prolactina pentru a produce mai mult lapte.

Feedback-ul negativ sau cel degenerativ apare cind exista o problema intre valoarea actuala a unui parametru si cea de referinta. Daca un sistem are un grad ridicat de feedback negativ acesta va tinde sa fie stabil. In biologie acest proces este denumit homeostazie, in timp ce in matematica termenul frecvent este echilibru. Unele sisteme biologice prezinta feedback negativ cum este baroreflexul in reglarea presiunii singelui sau eritropoieza. Vasele de singe pot simti rezistenta la flux impotriva peretilor lor cind creste presiunea singelui. Acestea actioneaza ca receptori si transmit un mesaj creierului, care va trimite un mesaj inimii si vaselor de singe, ambii fiind efectori. Frecventa cardiaca va scadea pe masura ce vasele de singe vor creste in diametru (vasodilatatia). Aceasta schimbare va determina scaderea presiunii singelui la valorile normale. Invers se va intimpla cind presiunea singelui va scadea si va determina vasoconstrictie.

Un alt exemplu important este observat cind corpul este privat de mincare. Acesta va reseta metabolsimul la o valoare mai scazuta decit normala, pentru a permite corpului sa continue sa functioneze, la o rata diminuata chiar si cind este infometat. Astfel, oamenii care se priveaza singuri de alimente incercind sa slabeasca vor descoperi usurinta scaderii in greutate la inceput si mult mai greu mai tirziu, deoarece corpul se reajusteaza singur la un metabolism diminuat pentru a permite corpului sa supravietuieasca cu rezerva scazuta de energie. Efortul fizic poate schimba acest efect crescind cererea metabolica.

Exemple de mecanisme homeostazice in corpul uman

Termoreglarea umana:

Oamenii sunt fiinte cu singele cald, care mentin o temperatura aproape constanta. Termoreglarea este un aspect important al homeostaziei umane. Caldura este produsa mai ales de catre ficat si contractiile musculare. Oamenii sunt capabili sa se adapteze la o mare diversitate de climate, incluzind pe cel calduros umed si calduros uscat. Temperaturile ridicate aduc un stress sever pentru corpul uman, expunindu-l la riscuri mari de leziuni sau chiar deces. Pentru a face fata acestor climate drastice, oamenii au dezvoltat moduri culturale si psihologice de adaptare. Temperatura poate intra intr-un ciclu de feedback pozitiv cind ajunge la extreme de 45 de grade Celsius, punct in care proteinele celulare se denatureaza ducind la modificari chimice si fizice si in final la oprirea metabolismului si in final decesul.

Metabolismul uman al fierului:

Fierul este un element esential pentru oameni. Controlul acestei substante necesare dar eventual toxice este o parte importanta a sanatatii umane. Hematologii sunt in mod special interesati de metabolsimul fierului deoarece acesta este esential celulelor rosii sangvine. De fapt marea cantitate de fier din corp este stocata in hemoglobina acestora, iar un deficit de fier este cauza cea mai comuna a anemiei.

Echilibrul energetic:

Sau homeostazia energiei in sistemele vii, este masurata printr-o ecuatie. Astfel aportul de energie este egal cu caldura interna produsa plus lucrul extern plus depozitarea. Cind se calculeaza echilibrul energetic in corp, energia este masurata in calorii, iar definitia unei calorii impartindu-se in doua clase.
Caloria mica sau gram caloria (cal), aproximeaza energia necesara pentru a creste temperatura unui gram de apa cu 1 grad Celsius. Aceasta este de aproape 4,2 jouli, si caloria mare, caloria kg, caloria alimentara (Cal), care aproximeaza energia necesara pentru a creste temperatura unui Kg de apa cu 1 grad Celsius. Aceasta este de 1.000 calorii mici sau aproape 4,2 kj.

Homeostazia zaharului in singe:

Glucoza sangvina este reglata de doi hormoni, insulina si glucagonul, ambii eliberati de catre pancreas. Cind nivelul zaharului in singe este prea mare, se elibereaza insulina din pancreas, invers cind glicemia este prea mica, se elibereaza glucagon, care promoveaza eliberarea de glicogen, transformat inapoi in glucoza. Astfel sunt crescute nivelele glicemice. Daca pancreasul este incapabil dintr-un anumit motiv, de a produce indeajuns din cei doi hormoni, apare diabetul.

Osmoreglarea:

Este reglarea activa a presiunii osmotice a fluidelor corpului pentru a mentine homeostazia continutului de apa a corpului, adica mentinerea lichidelor corpului de la a deveni prea diluate sau prea concentrate. Presiunea osmotica este o masuratoare a tendintei apei de a se muta dintr-o solutie in alta prin osmoza. Cu cit presiunea osmotica este mai mare intr-o solutie cu atit apa vrea sa treaca in cealalta solutie. Rinichii sunt folositi pentru a inlatura ionii in exces din singe, afectind astfel presiunea osmotica. Acestia sunt apoi excretati sub forma de urina.

Homeostazia calciului:

Cind calciul sangvin devine prea scazut, receptorii specifici din glandele paratiroide devin activati, ducind la eliberarea parathormonului care actioneaza prin cresterea calciului din singe prin eliberarea din oase (crescind activitatea celulelor care degradeaza osul denumite osteoclaste). Acest hormon duce si la reabsorbtia calciului din urina si intestine. Calcitonina, eliberata de celulele C din glanda tiroida, actioneaza invers scazind nivelele de calciu din singe si ducind la fixarea crescuta a calciului in oase.

Echilibrul fluidelor:

Mecanismele homeostazice de control ale corpului, care mentin un mediu intern constant, asigura o balanta intre cistigul de fluide si pierderea acestora. Hormonii anti-diuretic si aldosteron joaca un rol major in acest mecanism. Daca corpul devine fluid deficient, va apare o crestere a secretiei acestor hormoni si retinerea fluidelor de catre rinici cu reducerea debitului urinar. Invers, daca nivelele de fluide sunt ridicate, secretia hormonilor este suprimata, ducind la o retentie mai scazuta de fluide de catre rinichi si o crestere secundara a urinii produse.

Hemostaza:

Hemostaza este procesul prin care sunt controlate coagularea si fluiditatea singelui. Acumularea de trombocite duce la coagularea singelui ca raspuns la o intrerupere a continuitatii peretelui vaselor de singe. Fata de majoritatea mecanismelor de control din corpul uman, hemostaza foloseste feedback pozitiv, cu cit coagularea creste cu atit apar situsuri de coagulare necontrolata si in alte vase de singe.

Somnul:

Somnolenta depinde de o balanta intre propensitatea somnului homeostazic, nevoia de somn ca functie a duratei perioadei de veghe si ritmul circadian care determina momentul ideal al unui episod de somn structurat corect si regenerativ.