Homeostáza je schopnost udržovat relativně stabilní vnitřní stav, který přetrvává navzdory změnám ve vnějším světě. Všechny živé organismy, od rostlin přes štěňata až po lidi, musí regulovat své vnitřní prostředí, aby mohly zpracovávat energii a nakonec přežít. Pokud vám například prudce stoupne krevní tlak nebo klesne tělesná teplota, vaše orgánové systémy mohou mít potíže s plněním svých úkolů a nakonec selžou.
Proč je homeostáza důležitá
Fyziolog Walter Cannon zavedl termín „homeostáza“ ve 20. letech 20. století a rozšířil tak předchozí práci zesnulého fyziologa Clauda Bernarda. V 70. letech 19. století Bernard popsal, jak složité organismy musí udržovat rovnováhu ve svém vnitřním prostředí neboli „milieu intérieur“, aby mohly vést „svobodný a nezávislý život“ v okolním světě. Cannon tento koncept zdokonalil a homeostázu představil populárnímu publiku prostřednictvím své knihy „The Wisdom of the Body“ (The British Medical Journal, 1932).
Cannonova základní definice homeostázy, která byla oslavována jako základní princip fyziologie, se používá dodnes. Termín pochází z řeckých kořenů, které znamenají „podobný“ a „stav stability“. Předpona „homeo“ zdůrazňuje, že homeostáza nefunguje jako termostat nebo tempomat v autě, pevně nastavený na jednu přesnou teplotu nebo rychlost. Místo toho homeostáza udržuje důležité fyziologické faktory v přijatelném rozmezí hodnot, uvádí se v přehledu v časopise Appetite.
Lidské tělo například reguluje vnitřní koncentrace vodíku, vápníku, draslíku a sodíku, nabitých částic, na nichž jsou buňky závislé pro normální funkci. Homeostatické procesy také udržují hladinu vody, kyslíku, pH a cukru v krvi a teplotu tělesného jádra, uvádí se v přehledu z roku 2015 v časopise Advances in Physiology Education.
U zdravých organismů se homeostatické procesy odehrávají neustále a automaticky, uvádí Scientific American. Na udržení stabilního stavu jednoho fyziologického faktoru, například tělesné teploty, často spolupracuje více systémů. Pokud tato opatření ochabnou nebo selžou, může organismus podlehnout nemoci, nebo dokonce smrti.
Jak se udržuje homeostáza
Mnohé homeostatické systémy naslouchají nouzovým signálům z těla, aby věděly, kdy se klíčové veličiny dostanou mimo svůj vhodný rozsah. Nervový systém tyto odchylky detekuje a hlásí je do řídicího centra, které často sídlí v mozku. Řídicí centrum pak řídí svaly, orgány a žlázy, aby poruchu odstranily. Podle online učebnice Anatomie a fyziologie se této nepřetržité smyčce poruch a úprav říká „negativní zpětná vazba“.
Například lidské tělo si udržuje teplotu jádra přibližně 98,6 stupňů Fahrenheita (37 stupňů Celsia). Při přehřátí spustí termosenzory v kůži a mozku poplach, čímž se spustí řetězová reakce, která nasměruje tělo k pocení a spláchnutí. Při ochlazení tělo reaguje třesem a snížením prokrvení kůže. Podobně při zvýšené hladině sodíku dá tělo podle dvou studií financovaných NIH signál ledvinám, aby šetřily vodou a vyloučily přebytečnou sůl v koncentrované moči.
Zvířata také upraví své chování v reakci na negativní zpětnou vazbu. Například při přehřátí můžeme shodit vrstvu oblečení, přesunout se do stínu nebo vypít sklenici studené vody.
Moderní modely homeostázy
Koncept negativní zpětné vazby pochází z Cannonova popisu homeostázy z 20. let 20. století a byl prvním vysvětlením fungování homeostázy. V posledních desetiletích však mnozí vědci tvrdí, že organismy jsou schopny předvídat potenciální narušení homeostázy, místo aby na ně reagovaly až dodatečně.
Tento alternativní model homeostázy, známý jako alostáza, podle článku v časopise Psychological Review z roku 2015 předpokládá, že ideální bod nastavení určité proměnné se může v reakci na přechodné změny prostředí posunout. Bod se může posunout pod vlivem cirkadiánních rytmů, menstruačních cyklů nebo denních výkyvů tělesné teploty. Nastavené body se také mohou měnit v reakci na fyziologické jevy, jako je horečka, nebo jako kompenzace více homeostatických procesů probíhajících současně, uvádí se v přehledu z roku 2015 v časopise Advances in Physiology Education.
„Samotné nastavené body nejsou fixní, ale mohou vykazovat adaptivní plasticitu,“ řekl Art Woods, biolog z University of Montana v Missoule. „Tento model umožňuje předvídavé reakce na nadcházející potenciální narušení nastavených bodů.“
Podle přehledu z roku 2007 v časopise Appetite například v očekávání jídla tělo vylučuje navíc inzulin, ghrelin a další hormony. Toto preventivní opatření připraví tělo na příchozí záplavu kalorií, místo aby po ní zápasilo o kontrolu hladiny cukru v krvi a energetických zásob.
Schopnost posunout nastavené body umožňuje živočichům přizpůsobit se krátkodobým stresorům, ale tváří v tvář dlouhodobým výzvám, jako je například změna klimatu, může selhat.
„Aktivace systémů homeostatické reakce může být v pořádku po krátkou dobu,“ řekl Woods. Nejsou však navrženy tak, aby vydržely dlouho. „Homeostatické systémy mohou katastrofálně selhat, pokud se na ně příliš tlačí; takže i když systémy mohou být schopny zvládnout krátkodobé nové klimatické podmínky, nemusí být schopny zvládnout větší změny v delším časovém období.“
Udržování toku informací
Homeostatické systémy se možná vyvinuly především proto, aby pomohly organismům udržet optimální funkci v různých prostředích a situacích. Podle eseje z roku 2013 v časopise Trends in Ecology & Evolution však někteří vědci teoretizují, že homeostáza poskytuje především „tiché pozadí“ pro vzájemnou komunikaci buněk, tkání a orgánů. Tato teorie předpokládá, že homeostáza usnadňuje organismům získávat důležité informace z prostředí a předávat si signály mezi jednotlivými částmi těla.
Bez ohledu na svůj evoluční účel homeostáza formuje výzkum v oblasti věd o živé přírodě již téměř sto let. Ačkoli se o homeostatických procesech většinou hovoří v souvislosti s fyziologií živočichů, umožňují také rostlinám spravovat zásoby energie, vyživovat buňky a reagovat na výzvy prostředí. Kromě biologie využívají homeostázu jako rámec pro pochopení toho, jak si lidé a stroje udržují stabilitu navzdory poruchám, také společenské vědy, kybernetika, informatika a inženýrství.