Homeostase is het vermogen om een relatief stabiele interne staat te behouden die blijft bestaan ondanks veranderingen in de buitenwereld. Alle levende organismen, van planten tot puppy's tot mensen, moeten hun interne omgeving reguleren om energie te verwerken en uiteindelijk te overleven. Als uw bloeddruk bijvoorbeeld omhoog schiet of uw lichaamstemperatuur daalt, kunnen uw orgaansystemen moeite hebben om hun werk te doen en uiteindelijk falen.
Waarom homeostase belangrijk is
Fysioloog Walter Cannon bedacht de term 'homeostase' in de jaren twintig van de vorige eeuw, een uitbreiding op eerder werk van wijlen fysioloog Claude Bernard. In de jaren 1870 beschreef Bernard hoe complexe organismen het evenwicht moeten bewaren in hun interne omgeving of 'milieu intérieur',"om een" vrij en onafhankelijk leven "te leiden in de wereld daarbuiten. Cannon verbeterde het concept en introduceerde homeostase bij het populaire publiek door middel van zijn boek" The Wisdom of the Body "(The British Medical Journal, 1932).
Geprezen als een kernprincipe van de fysiologie, blijft Cannons basisdefinitie van homeostase nog steeds in gebruik. De term is afgeleid van Griekse wortels en betekent 'soortgelijk' en 'een staat van stabiliteit'. Het voorvoegsel "homeo" benadrukt dat homeostase niet werkt als een thermostaat of cruisecontrol in een auto, vastgelegd op één precieze temperatuur of snelheid. In plaats daarvan bevat homeostase belangrijke fysiologische factoren binnen een acceptabel bereik van waarden, volgens een recensie in het tijdschrift Appetite.
Het menselijk lichaam reguleert bijvoorbeeld zijn interne concentraties van waterstof, calcium, kalium en natrium, geladen deeltjes waar cellen op vertrouwen voor een normale functie. Homeostatische processen handhaven ook het water-, zuurstof-, pH- en bloedsuikerniveau, evenals de kerntemperatuur van het lichaam, volgens een recensie uit 2015 in Advances in Physiology Education.
In gezonde organismen verlopen homeostatische processen constant en automatisch, volgens Scientific American. Meerdere systemen werken vaak samen om een enkele fysiologische factor vast te houden, zoals lichaamstemperatuur. Als deze maatregelen haperen of falen, kan een organisme bezwijken aan ziekte of zelfs de dood.
Hoe de homeostase wordt gehandhaafd
Veel homeostatische systemen luisteren naar noodsignalen van het lichaam om te weten wanneer belangrijke variabelen buiten het juiste bereik vallen. Het zenuwstelsel detecteert deze afwijkingen en rapporteert terug aan een controlecentrum, vaak gevestigd in de hersenen. Het controlecentrum stuurt vervolgens spieren, organen en klieren om de storing te corrigeren. De continue lus van verstoring en aanpassing staat bekend als "negatieve feedback", volgens het online leerboek Anatomie en Fysiologie.
Het menselijk lichaam behoudt bijvoorbeeld een kerntemperatuur van ongeveer 98,6 graden Fahrenheit (37 graden Celsius). Bij oververhitting geven thermosensoren in de huid en de hersenen een alarmsignaal, waardoor een kettingreactie ontstaat die het lichaam ertoe aanzet om te zweten en te spoelen. Wanneer het gekoeld is, reageert het lichaam door te rillen en de bloedcirculatie naar de huid te verminderen. Evenzo, wanneer het natriumgehalte stijgt, signaleert het lichaam de nieren om water te besparen en overtollig zout in geconcentreerde urine te verdrijven, volgens twee door NIH gefinancierde onderzoeken.
Dieren zullen ook hun gedrag aanpassen als reactie op negatieve feedback. Als we bijvoorbeeld oververhit raken, kunnen we een laag kleding uitdoen, in de schaduw gaan of een koud glas water drinken.
Moderne modellen van homeostase
Het concept van negatieve feedback stamt uit Cannons beschrijving van homeostase in de jaren twintig van de vorige eeuw en was de eerste uitleg van hoe homeostase werkt. Maar de afgelopen decennia stellen veel wetenschappers dat organismen kunnen anticiperen op mogelijke verstoringen van de homeostase, in plaats van er pas achteraf op te reageren.
Dit alternatieve model van homeostase, bekend als allostase, impliceert dat het ideale instelpunt voor een bepaalde variabele kan verschuiven als reactie op voorbijgaande omgevingsveranderingen, volgens een artikel uit 2015 in Psychological Review. Het punt kan verschuiven onder invloed van circadiane ritmes, menstruatiecycli of dagelijkse schommelingen in lichaamstemperatuur. Setpoints kunnen ook veranderen als reactie op fysiologische verschijnselen, zoals koorts, of om meerdere homeostatische processen die tegelijkertijd plaatsvinden te compenseren, volgens een evaluatie uit 2015 in Advances in Physiology Education.
'De setpoints zelf zijn niet vast maar kunnen adaptieve plasticiteit vertonen', zegt Art Woods, een bioloog aan de Universiteit van Montana in Missoula. "Met dit model kunnen anticiperende reacties op aankomende potentiële verstoringen op bepaalde punten worden ingesteld."
In afwachting van een maaltijd scheidt het lichaam bijvoorbeeld extra insuline, ghreline en andere hormonen af, volgens een recensie uit 2007 in Eetlust. Deze preventieve maatregel bereidt het lichaam voor op de binnenkomende stroom van calorieën, in plaats van te worstelen om de bloedsuikerspiegel en energiereserves onder controle te houden.
Door de mogelijkheid om instelpunten te verschuiven, kunnen dieren zich aanpassen aan stressfactoren op de korte termijn, maar ze kunnen mislukken als ze worden geconfronteerd met uitdagingen op de lange termijn, zoals klimaatverandering.
"Het activeren van homeostatische reactiesystemen kan voor korte tijd prima zijn," zei Woods. Maar ze zijn niet ontworpen om lang mee te gaan. "Homeostatische systemen kunnen catastrofaal falen als ze te ver worden geduwd; dus hoewel systemen mogelijk nieuwe klimaten op korte termijn aankunnen, zijn ze mogelijk niet in staat om grotere veranderingen over langere perioden aan te kunnen."
Informatie blijven stromen
Homeostatische systemen zijn mogelijk voornamelijk geëvolueerd om organismen te helpen een optimale functie te behouden in verschillende omgevingen en situaties. Maar volgens een essay uit 2013 in het tijdschrift Trends in Ecology & Evolution theoretiseren sommige wetenschappers dat homeostase in de eerste plaats een "stille achtergrond" biedt voor cellen, weefsels en organen om met elkaar te communiceren. De theorie stelt dat homeostase het voor organismen gemakkelijker maakt om belangrijke informatie uit de omgeving te halen en signalen tussen lichaamsdelen te verplaatsen.
Ongeacht het evolutionaire doel ervan, heeft homeostase het onderzoek in de levenswetenschappen al bijna een eeuw lang gevormd. Hoewel ze meestal worden besproken in de context van de dierfysiologie, stellen homeostatische processen planten ook in staat om energievoorraden te beheren, cellen te voeden en te reageren op milieu-uitdagingen. Naast biologie gebruiken de sociale wetenschappen, cybernetica, informatica en techniek allemaal homeostase als een raamwerk om te begrijpen hoe mensen en machines ondanks verstoringen hun stabiliteit behouden.
Extra rbronnen:
