Homöostaas – definitsioon, mehhanismid ja näited

Homöostaas — selge definitsioon, põhimehhanismid ja praktilised näited: kuidas organism reguleerib kehatemperatuuri, pH-d, vedelikutasakaalu ja hormoonitasemeid.

Homöostaas on iseregulatsioon, mis on kõigi isereguleeruvate süsteemide põhiomadus. Bioloogias tähendab see stabiilse sisekeskkonna säilitamist ka siis, kui väliskeskkond muutub.

Homöostaas on elu võime püsida suhtelises tasakaalus hoolimata keskkonna muutustest. Loomad ja teised organismid hoiavad oma keha sisemisi tingimusi stabiilsena, reguleerides näiteks pH-d, temperatuuri, hapniku ja süsihappegaasi sisaldust veres, veresuhkru taset, vee- ja soolatasakaalu jm. Seda, kuidas organismi funktsioonid kokku töötavad, nimetatakse ka füsioloogiaks. Paljud homöostaasi mehhanismid töötavad alateadlikult ning on organismile päritud — need süsteemid on iseorganiseeruvad ja neid ei pea õppima.

Ajalooliselt kirjeldas mõistet milieu intérieur (sisekeskkond) juba Claude Bernard; terminiga "homöostaas" töötas ja selle tähtsust rõhutas Walter Cannon 1926., 1929. ja 1932. aastal. Cannon tõi välja mõned homöostaasi tunnused ja põhimõtted, mida alljärgnev lühike kokkuvõte selgitab.

Mehhanismid ja põhiterminid

Homöostaasi toimimiseks on tavaliselt kolm põhikomponenti:

• Sensorid (retseptorid) — tajuvad muutust (näiteks termoretseptorid, baroretseptorid, kemoretseptorid).
• Integraator (kontrollkeskus) — võtab vastu sensori signaali, võrdleb seda eesmärgiga (set point) ja otsustab vastusstrateegia (näiteks hüpotalamus või seljaaju).
• Efektorid — ellu viivad vastustoimed (lihased, näärmed, veresoontes tonuse muutus jne).

Sagedaselt toimivad need mehhanismid negatiivse tagasiside põhimõttel: muutus tekitab vastuse, mis suunab muutuse tagasi algseisundi poole. Positiivset tagasisidet esineb harvem (näiteks sünnituse ajal kontraktsioonide tugevnemine oksütotsiini toimel või vere hüübimine), kuid ka see on osa bioloogilistest protsessidest ja viib mõnel juhul süsteemi kiirele, ajutisele ümberhäälestumisele.

Walter Cannoni põhimõtted (kokkuvõtlikult)

1. Konstantsus avatud süsteemis (näiteks organismis) saavutatakse mehhanismidega, mis hoiavad püsivust. Cannon rõhutas, kuidas reguleeritakse püsivaid seisundeid, näiteks glükoosisisaldust, kehatemperatuuri ja happe-aluse tasakaalu.
2. Stabiilse seisundi säilitamiseks tekitab igasugune kõrvalekalle automaatse vastuse selle kõrvalekalde vähendamiseks. Näiteks veresoola suurenemine põhjustab janu, sest keha püüab lahjendada rakuvälise vedeliku soolakontsentratsiooni.
3. Homöostaasi reguleeriv süsteem koosneb mitmest koostööd tegevast mehhanismist, mis võivad toimida samaaegselt või järjestikuliselt. Näiteks veresuhkru taset reguleerivad nii insuliin kui ka glükagoon ja teised hormoonid, mis kontrollivad glükoosi vabanemist maksast või omastamist kudedesse.

Näited homöostaasist ja peamised mehhanismid

• Termostaadi tööpõhimõte — lihtsustatud tehniline analoog, mis selgitab termoregulatsiooni põhimõtet: sensor mõõdab temperatuuri, kontrollsüsteem võrdleb set pointiga ning lülitab sisse kütmise või jahutamise.
• Vee ja mineraalide reguleerimine organismis — osmoreguleerimine ADH (antidiureetilise hormooni) ja reniini-angiotensiin-aldosterooni süsteemi abil; näljatunne ja janu annavad käitumusliku vastuse.
• Kehatemperatuuri reguleerimine: imetajatel ja lindudel on keerulised süsteemid, mis hoiavad kehatemperatuuri kitsastes piirides. Efektoriteks on veresoonte vasodilatatsioon/vasokonstriktsioon, higistamine, värisemine ja käitumuslikud strateegiad (nt otsida varju või päikest).
• Glükoositasakaal — insuliin ja glükagoon reguleerivad vere glükoosikontsentratsiooni; maks ja lihased hoiavad glükogeenivarusid.
• Happe–aluse tasakaal — kiireks kompensatsiooniks toimivad vererõhust sõltuvad hingamisrefleksid (CO2 reguleerimine) ja aeglasemalt neerud (H+ eritus ja bikarbonaadi säilitamine).
• Kaltsiumi homöostaas — paratüreoidhormoon (PTH), kalkitoniin ja D-vitamiin reguleerivad kaltsiumi tasakaalu luude, neerude ja soolestiku kaudu.
• Hingamine ja gaasivahetus — kemoretseptorite kaudu reguleeritakse hingamissagedust vastusena CO2 ja O2 muutustele.
• Vere rõhu regulatsioon — baroretseptorid, autonoomne närvisüsteem ja RAAS süsteem aitavad säilitada vererõhku piisaval tasemel.

Imetajatel on peamised homöostaasiga seotud organid:

• Hüpotalamus ja hüpofüüsi — kesksed regulatsioonikeskused, mis kontrollivad hormoone, temperatuuri ja käitumust.
• Kopsud — gaasivahetus CO2/O2 ja osaline pH regulatsioon läbi hingamise.
• Nahk — termoregulatsioon (eriti higistamine ja veresoonte muutused) ning barjäärifunktsioon.
• Lihased — soojuse tootmine värisemisega ning liigutused käitumuslikeks adaptatsioonideks.
• Neerud — vedeliku ja ioonide tasakaal, happe-aluse regulatsioon ja jääkainete eemaldamine.
• Maks ja kõhunääre — ainevahetuse, glükoosihalduse ja hormoonide (nt insuliin) tootmine.

Aju on homöostaasi juhtimises keskse tähtsusega: see kontrollib nii automaatseid (näiteks hingamine, veresoonte toon) kui ka käitumuslikke reaktsioone (käitumist), mis toetavad elutegevust (nt otsida toitu, vett, sooja või varju).

Rikked ja kliiniline tähendus

Kui homöostaasi mehhanismid ebaõnnestuvad või on ülekoormatud, tekivad haigusseisundid. Näited:

• Diabetes mellitus — insuliini puudus või toimimatus viib glükoosihalduse häireni.
• Palavik (fever) — immuunvastus tõstab keha temperatuuri 'set point'i, mis on homöostaasi ajutine ümberprogrammeerimine.
• Dehüdratsioon või hüponatreemia — vee/soola tasakaalu häired võivad mõjutada närvi- ja südamefunktsiooni.
• Hüpertermia ja hüpotermia — termoregulatsiooni häired võivad olla eluohtlikud.
• Vererõhu püsivad häired — krooniline hüpertensioon või hüpotensioon kahjustavad elundeid ja kõiki regulatsioonisüsteeme.

Allostaatika, kohanemine ja piirid

Homeostaas tähendab tavaliselt püsiva ideaalse seisundi säilitamist, kuid pikaajaliste või korduvate stresside korral rakendub allostaatika — organism muudab oma "set pointi" või strateegiaid, et kohaneda uue olukorraga. See kohanemine võib olla kasulik lühiajaliselt, kuid pikaajaline allostaatiline koormus võib viia haigusteni (nt südame-veresoonkonna haigused, metaboolsed häired).

Kokkuvõte

Homöostaas on organismi võime hoida sisekeskkond stabiilsena läbi mitmete sensoorsete, integratiivsete ja efektorseisuste mehhanismide. See on elule hädavajalik ning hõlmab nii keemilisi, füsioloogilisi kui ka käitumuslikke vastuseid. Mõistmine, kuidas need süsteemid töötavad ja mida nende rikked põhjustavad, on oluline meditsiinis, ökoloogias ja bioloogilises teaduses.

Küsimused ja vastused

K: Mis on homöostaas?

K: Kes mõtles välja termini homöostaas?

K: Millised on homöostaasi omadused Walter Cannoni järgi?

K: Millised organid on imetajate homöostaasiga seotud?

K: Kuidas reguleerivad loomad oma sisemist tasakaalu?

K: Kuidas nimetatakse seda, kuidas elusolendid hoiavad end stabiilses seisundis?

Otsing