Homeostasis

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Homeostasis o omeostasi è la proprietà di un sistema aperto, specialmente degli organismi viventi, di regolare il suo ambiente interno in modo da mantenere una condizione stabile, per mezzo di molteplici aggiustamenti dinamici dell’equilibrio controllati da meccanismi di regolazione correlati.

Il termine fu coniato nel 1932 da Walter Cannon da due parole greche (rimanere lo stesso).

Contenuti

Panoramica

Il termine è più spesso usato nel senso di omeostasi biologica. omeo- simile o uguale. Gli organismi multicellulari richiedono un ambiente interno omeostatico per poter vivere; molti ambientalisti credono che questo principio si applichi anche all’ambiente esterno. Si oppongono al cambiamento per mantenere l’equilibrio. Se il sistema non riesce a ristabilire il suo equilibrio, alla fine può portare il sistema a smettere di funzionare.

I sistemi complessi, come il corpo umano, devono avere omeostasi per mantenere la stabilità e sopravvivere. Questi sistemi non devono solo resistere per sopravvivere; devono adattarsi ed evolversi alle modifiche dell’ambiente.

Proprietà dell’omeostasi

I sistemi omeostatici mostrano diverse proprietà:

• Sono ultrastabili;
• Tutta la loro organizzazione, interna, strutturale e funzionale, contribuisce al mantenimento dell’equilibrio
• Sono imprevedibili (l’effetto risultante da una precisa azione ha spesso l’effetto opposto a quello previsto).

I principali esempi di omeostasi nei mammiferi sono i seguenti:

• La regolazione delle quantità di acqua e minerali nel corpo. Questo è noto come osmoregolazione. Questo avviene nei reni.
• La rimozione dei rifiuti metabolici. Questo è noto come escrezione. Questo viene fatto dagli organi escretori come i reni e i polmoni.
• La regolazione della temperatura corporea. Questo viene fatto principalmente dalla pelle.
• La regolazione del livello di glucosio nel sangue. Questo viene fatto principalmente dal fegato e dall’insulina secreta dal pancreas.

Meccanismi di omeostasi: feedback

Articolo principale: Feedback

Quando si verifica un cambiamento di variabile, ci sono due tipi principali di feedback a cui il sistema reagisce:

• Il feedback negativo è una reazione in cui il sistema risponde in modo tale da invertire la direzione del cambiamento. Poiché questo tende a mantenere le cose costanti, permette il mantenimento dell’omeostasi. Per esempio, quando la concentrazione di anidride carbonica nel corpo umano aumenta, i polmoni sono segnalati per aumentare la loro attività ed espellere più anidride carbonica.
• Nel feedback positivo, la risposta è di amplificare il cambiamento nella variabile. Questo ha un effetto destabilizzante, quindi non porta all’omeostasi. Il feedback positivo è meno comune nei sistemi naturali rispetto al feedback negativo, ma ha le sue applicazioni. Per esempio, nei nervi, una soglia di potenziale elettrico innesca la generazione di un potenziale d’azione molto più grande. (Vedi anche punti di leva.)

Omeostasi ecologica

Nell’ipotesi Gaia, James Lovelock ha affermato che l’intera massa di materia vivente sulla Terra (o qualsiasi pianeta con vita) funziona come un vasto organismo che modifica attivamente il suo pianeta per produrre l’ambiente che si adatta alle sue esigenze. In questa visione, l’intero pianeta mantiene l’omeostasi. Se questo tipo di sistema sia presente sulla Terra è ancora aperto al dibattito. Tuttavia, alcuni meccanismi omeostatici relativamente semplici sono generalmente accettati. Per esempio, quando i livelli di anidride carbonica atmosferica aumentano, le piante sono in grado di crescere meglio e quindi di rimuovere più anidride carbonica dall’atmosfera. Quando la luce del sole è abbondante e la temperatura atmosferica sale, il fitoplancton delle acque superficiali dell’oceano prospera e produce più dimetilsolfuro, DMS. Le molecole di DMS agiscono come nuclei di condensazione delle nuvole che producono più nuvole e quindi aumentano l’albedo atmosferico e abbassano la temperatura dell’atmosfera.

Omeostasi biologica

L’omeostasi è una delle caratteristiche fondamentali degli esseri viventi. È il mantenimento dell’ambiente interno entro limiti tollerabili.

L’ambiente interno del corpo di un organismo vivente presenta i fluidi corporei negli animali multicellulari. I fluidi corporei includono il plasma sanguigno, il fluido dei tessuti e il fluido intracellulare. Il mantenimento di uno stato costante in questi fluidi è essenziale per gli esseri viventi, poiché la sua mancanza danneggia il materiale genetico.

Per quanto riguarda qualsiasi parametro, un organismo può essere un conformatore o un regolatore. I regolatori cercano di mantenere il parametro a un livello costante, indipendentemente da ciò che accade nel suo ambiente. I conformatori permettono all’ambiente di determinare il parametro. Per esempio, gli animali endotermici mantengono una temperatura corporea costante, mentre gli animali ectotermici mostrano un’ampia variazione della temperatura corporea.

Questo non vuol dire che i conformatori non possano avere adattamenti comportamentali che permettono loro di esercitare un certo controllo sul parametro in questione. Per esempio, i rettili spesso si siedono su rocce riscaldate dal sole al mattino per aumentare la loro temperatura corporea.

Un vantaggio della regolazione omeostatica è che permette all’organismo di funzionare più efficacemente. Per esempio, gli ectotermi tendono a diventare pigri alle basse temperature, mentre gli endotermi sono attivi come sempre. D’altra parte, la regolazione richiede energia. Uno dei motivi per cui i serpenti sono in grado di mangiare solo una volta alla settimana è che usano molta meno energia per mantenere l’omeostasi.

Omeostasi nel corpo umano

Tutti i tipi di fattori influenzano l’idoneità dei fluidi del corpo umano a sostenere la vita; questi includono proprietà come temperatura, salinità e acidità, e le concentrazioni di nutrienti come il glucosio, vari ioni, ossigeno, e rifiuti, come anidride carbonica e urea. Poiché queste proprietà influenzano le reazioni chimiche che mantengono in vita i corpi, ci sono meccanismi fisiologici incorporati per mantenerle a livelli desiderabili.

Tuttavia, va notato che l’omeostasi non è la ragione di questi continui aggiustamenti inconsci. L’omeostasi dovrebbe essere pensata come una caratterizzazione generale di molti processi normali in concerto, non la loro causa prossimale in sé. Inoltre, ci sono numerosi fenomeni biologici che non sono conformi a questo modello, come l’anabolismo.

Altri campi

Il termine è stato usato anche in altri campi.

Un attuario può riferirsi alla “omeostasi del rischio”, dove (per esempio) le persone che hanno i freni antibloccaggio non hanno un record di sicurezza migliore di quelle senza freni antibloccaggio, perché compensano inconsciamente il veicolo più sicuro con abitudini di guida meno sicure.

Sociologi e psicologi possono parlare di “omeostasi dello stress”, la tendenza di una popolazione o di un individuo a rimanere a un certo livello di stress, spesso generando stress artificiali se il livello “naturale” di stress non è sufficiente.

Esempi

• Regolazione termica:
  • I muscoli scheletrici possono rabbrividire per produrre calore se la temperatura del corpo è troppo bassa.
  • La termogenesi non rabbrividente comporta la decomposizione del grasso per produrre calore.
  • La sudorazione raffredda il corpo con l’uso dell’evaporazione.
• Regolazione chimica
  • Il pancreas produce insulina e glucagone per controllare la concentrazione di zucchero nel sangue.
  • I polmoni assorbono ossigeno ed emettono anidride carbonica.
  • I reni rimuovono l’urea e regolano le concentrazioni di acqua e di una grande varietà di ioni.

La maggior parte di questi organi sono controllati da ormoni secreti dalla ghiandola pituitaria, che a sua volta è diretta dall’ipotalamo.

Vedi anche

• Acclimatazione
• Ritmo biologico
• Metabolismo
• Apoptosi
• Invecchiamento
• Equilibrio
• Auto-organizzazione
• Cibernetica

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