L'omeostasi è la capacità di mantenere uno stato interno relativamente stabile che persiste nonostante i cambiamenti nel mondo esterno. Tutti gli organismi viventi, dalle piante ai cuccioli alle persone, devono regolare il loro ambiente interno per elaborare l'energia e alla fine sopravvivere. Se la tua pressione sanguigna sale alle stelle o precipita, ad esempio, i tuoi sistemi di organi possono avere difficoltà a fare il loro lavoro e alla fine fallire.
Perché l'omeostasi è importante
Il fisiologo Walter Cannon coniò il termine "omeostasi" negli anni '20, ampliando i precedenti lavori del defunto fisiologo Claude Bernard. Nel 1870, Bernard descrisse come gli organismi complessi debbano mantenere l'equilibrio nel loro ambiente interno, o "ambiente intimo","per condurre una" vita libera e indipendente "nel mondo oltre. Cannon ha affinato il concetto e ha introdotto l'omeostasi al pubblico popolare attraverso il suo libro" La saggezza del corpo "(The British Medical Journal, 1932).
Salutato come un principio fondamentale della fisiologia, la definizione di base dell'omeostasi di Cannon rimane in uso oggi. Il termine deriva da radici greche che significano "simile" e "uno stato di stabilità". Il prefisso "homeo" sottolinea che l'omeostasi non funziona come un termostato o il regolatore automatico della velocità in un'automobile, fissato a una temperatura o velocità precisa. Invece, l'omeostasi detiene importanti fattori fisiologici all'interno di un intervallo accettabile di valori, secondo una recensione sulla rivista Appetite.
Il corpo umano, ad esempio, regola le sue concentrazioni interne di idrogeno, calcio, potassio e sodio, particelle cariche su cui le cellule fanno affidamento per il normale funzionamento. I processi omeostatici mantengono anche i livelli di acqua, ossigeno, pH e glicemia, nonché la temperatura corporea, secondo una revisione del 2015 in Advances in Physiology Education.
In organismi sani, i processi omeostatici si svolgono costantemente e automaticamente, secondo Scientific American. I sistemi multipli spesso lavorano in tandem per contenere un singolo fattore fisiologico, come la temperatura corporea. Se queste misure vacillano o falliscono, un organismo può soccombere alla malattia o addirittura alla morte.
Come viene mantenuta l'omeostasi
Molti sistemi omeostatici ascoltano i segnali di soccorso dal corpo per sapere quando le variabili chiave cadono fuori dal loro intervallo appropriato. Il sistema nervoso rileva queste deviazioni e riporta a un centro di controllo, spesso basato nel cervello. Il centro di controllo quindi dirige i muscoli, gli organi e le ghiandole a correggere il disturbo. Il ciclo continuo di disturbi e aggiustamenti è noto come "feedback negativo", secondo il libro di testo online Anatomia e Fisiologia.
Ad esempio, il corpo umano mantiene una temperatura interna di circa 98,6 gradi Fahrenheit (37 gradi Celsius). Quando surriscaldati, i termosensori nella pelle e nel cervello emettono un allarme, dando inizio a una reazione a catena che dirige il corpo a sudare e arrossire. Quando è freddo, il corpo risponde rabbrividendo e riducendo la circolazione del sangue alla pelle. Allo stesso modo, quando i livelli di sodio aumentano, il corpo segnala ai reni di conservare l'acqua ed espellere il sale in eccesso nelle urine concentrate, secondo due studi finanziati dall'NIH.
Gli animali adegueranno anche il loro comportamento in risposta al feedback negativo. Ad esempio, in caso di surriscaldamento, possiamo versare uno strato di vestiti, spostarci all'ombra o bere un bicchiere d'acqua freddo.
Moderni modelli di omeostasi
Il concetto di feedback negativo risale alla descrizione di Cannon dell'omeostasi negli anni '20, ed è stata la prima spiegazione di come funziona l'omeostasi. Ma negli ultimi decenni, molti scienziati sostengono che gli organismi sono in grado di anticipare potenziali interruzioni dell'omeostasi, piuttosto che reagire a loro solo dopo il fatto.
Questo modello alternativo di omeostasi, noto come allostasi, implica che il setpoint ideale per una particolare variabile può spostarsi in risposta a cambiamenti ambientali transitori, secondo un articolo del 2015 di Psychological Review. Il punto può cambiare sotto l'influenza di ritmi circadiani, cicli mestruali o fluttuazioni quotidiane della temperatura corporea. I set point possono anche cambiare in risposta a fenomeni fisiologici, come la febbre, o per compensare più processi omeostatici che si svolgono contemporaneamente, secondo una revisione del 2015 in Advances in Physiology Education.
"I set point stessi non sono fissi ma possono mostrare plasticità adattativa", ha affermato Art Woods, biologo dell'Università del Montana a Missoula. "Questo modello consente risposte anticipate a potenziali disturbi imminenti per fissare punti."
Ad esempio, in previsione di un pasto, il corpo secerne insulina, grelina e altri ormoni, secondo una recensione del 2007 su Appetite. Questa misura preventiva prepara il corpo per il flusso in arrivo di calorie, piuttosto che lottare per controllare la glicemia e le riserve di energia sulla sua scia.
La capacità di spostare i set point consente agli animali di adattarsi a fattori di stress a breve termine, ma possono fallire di fronte a sfide a lungo termine, come i cambiamenti climatici.
"L'attivazione dei sistemi di risposta omeostatica può andare bene per brevi periodi di tempo", ha detto Woods. Ma non sono progettati per durare a lungo. "I sistemi omeostatici possono fallire in modo catastrofico se vengono spinti troppo in là; quindi, sebbene i sistemi possano essere in grado di gestire nuovi climi a breve termine, potrebbero non essere in grado di gestire grandi cambiamenti per periodi di tempo più lunghi."
Mantenere il flusso di informazioni
I sistemi omeostatici possono essersi evoluti principalmente per aiutare gli organismi a mantenere una funzione ottimale in diversi ambienti e situazioni. Ma, secondo un saggio del 2013 sulla rivista Trends in Ecology & Evolution, alcuni scienziati teorizzano che l'omeostasi fornisce principalmente uno "sfondo tranquillo" per le cellule, i tessuti e gli organi per comunicare tra loro. La teoria ipotizza che l'omeostasi renda più facile per gli organismi estrarre informazioni importanti dall'ambiente e segnali navetta tra le parti del corpo.
Indipendentemente dal suo scopo evolutivo, l'omeostasi ha plasmato la ricerca nelle scienze della vita per quasi un secolo. Sebbene per lo più discussi nel contesto della fisiologia animale, i processi omeostatici consentono anche alle piante di gestire le riserve di energia, nutrire le cellule e rispondere alle sfide ambientali. Oltre alla biologia, le scienze sociali, la cibernetica, l'informatica e l'ingegneria usano l'omeostasi come un quadro per comprendere come le persone e le macchine mantengano la stabilità nonostante le interruzioni.
addizionale risorse:
