HOMEOSTAASI MÄÄRITELTÄVÄ

Yksi lämminveristen eläinten, kuten ihmisen, ominaispiirteistä on kyky ylläpitää kehon sisälämpötilaa, joka poikkeaa ympäristön lämpötilasta. Ihmisen keskimääräinen ruumiinlämpö on 37 °C (98,6 °F), ja keho käyttää melko paljon energiaa varmistaakseen, että tämä lämpötila pysyy suhteellisen vakiona; kutsumme tätä ruumiinlämmön asetusarvoksi. Kehossa on eri järjestelmien eri asetusarvoja. Esimerkiksi glukoosin (verensokerin) asetusarvo on 85 mg/dl ja natriumin asetusarvo 142 mmol/l. Keho käyttää erilaisia elimiä ja elinjärjestelmiä varmistaakseen, että tietyt muuttujat pysyvät mahdollisimman lähellä asetusarvoaan tai ainakin normaalialueella. Ihmiskeholla on esimerkiksi ilman vaatteiden apua huomattava kyky pitää ruumiinlämpö 98°F ja 100°F välillä, vaikka se joutuisi ympäristöolosuhteisiin, jotka vaihtelevat 68°F ja 130°F välillä. Miten keho pysyy lämpimänä 68°F:n lämpötilassa ja viileänä 130°F:n lämpötilassa?

Lämpimänä pysyäkseen keho voi lisätä aineenvaihduntaa, se voi ohjata verenkiertoa pois pinnalta tai se voi saada lihakset värisemään. Kaikki nämä mekanismit tuottavat lämpöä. Tietysti voisimme myös käyttää korkeampia kognitiivisia kykyjämme ja pukeutua. Viileänä pysyäkseen keho erittää ihon pinnalle vesipisaroita, jotka muodostavat hikeä ja jotka haihduttavat lämpöä veden haihtuessa. Ehkä mielenkiintoisinta on, että hikoilu, vapina ja verenkierron ohjautuminen tapahtuvat automaattisesti; toisin sanoen emme ohjaa niitä tietoisesti, vaan ne vain tuntuvat tapahtuvan. Claude Bernard havaitsi ja määritteli tämän ihmiskehon automaattisen ominaisuuden säädellä muuttujia vuonna 1854. Vuonna 1926 Walter Cannon nimesi tämän prosessin homeostaasiksi. Homeostaasi, kuten monet muutkin tieteelliset sanat, on peräisin kreikan kielestä, jossa homeo tarkoittaa ”samanlaista tai samaa” ja stasis tarkoittaa ”paikallaan pysymistä tai samana pysymistä”. Homeostaasi on siis määritelmän mukaan elimistön kyky säilyttää suhteellisen vakaat sisäiset olosuhteet (sisäinen ympäristö), vaikka ulkomaailma (ulkoinen ympäristö) muuttuu. Sisäisellä ympäristöllä tarkoitetaan soluja ympäröivää nestettä.

Kuten jäljempänä selitetään, ihmiskeho käy läpi lukuisia erittäin monimutkaisia vuorovaikutussuhteita ylläpitääkseen homeostaasia varmistamalla, että järjestelmät toimivat niin, että eri muuttujat pysyvät normaaleissa rajoissa. Nämä vuorovaikutukset ovat elimistön selviytymisen kannalta olennaisia. Kyvyttömyys ylläpitää homeostaasia voi johtaa kuolemaan tai sairauksiin, kuten diabetekseen, nestehukkaan, hypertermiaan ja jopa allergisiin reaktioihin.

HOMEOSTAASIN SÄÄTÖJÄRJESTELMÄT

Selittääksemme, miten homeostaasi toimii, käydään vielä kerran läpi muutokset, joita tapahtuu kehon lämpötilan ylläpitämiseksi. Miten elimistö tietää, milloin se vapisee tai hikoilee? Ensimmäinen askel lämpötilan muutoksen tunnistamisessa on kyky havaita lämpötilan muutos. Kehossa tämä toiminto kuuluu reseptorille, joka on eräänlainen anturi, joka tarkkailee ympäristöä ja havaitsee muutokset muuttujissa. Kun olosuhteet aiheuttavat muutoksen muuttujassa, kutsumme niitä ärsykkeiksi. Kun reseptori havaitsee muutoksen, se välittää sen ohjauskeskukseen. Valvontakeskukset sijaitsevat eri puolilla kehoa, usein aivoissa, ja niiden tehtävänä on määrittää asetuspiste ja sopiva toimintatapa, jolla poikkeamat asetuspisteestä korjataan. Valvontakeskukset määräävät toimintatavan kommunikoimalla efektoreiden kanssa. Vaikuttaja tarjoaa keinot poikkeaman korjaamiseksi. Lämpötilan säätelyn osalta ohjauskeskus sijaitsee hypotalamuksessa, joka on pieni alue aivoissa, ja efektoreihin kuuluvat luurankolihakset (vapina), hikirauhaset (hikoilu) ja verisuonet. On myös mielenkiintoista, että ihmiskeho voi muuttaa tietyn muuttujan asetusarvoa. Tämä muutos on yleensä väliaikainen ja hyödyllinen. Esimerkiksi ruumiinlämmön asetusarvo voi muuttua korkeammaksi vastauksena infektioihin, kuten kuumeeseen. Tämä lämpötilan nousu auttaa immuunijärjestelmää eliminoimaan taudinaiheuttajan.

Homeostaasin olennainen osa on viestintä. Viestintä elimistössä tapahtuu pääasiassa kahden järjestelmän kautta: hermoston ja hormonitoiminnan kautta. Riippumatta siitä, mitä järjestelmää käytetään, jos viestintä kulkee reseptorista kohti ohjauskeskusta, sitä kutsutaan afferentiksi reitiksi. Jos tieto kulkee ohjauskeskuksesta vaikuttajaan, sitä kutsutaan efferentiksi reitiksi. Reseptori, afferentti reitti, ohjauskeskus, efferentti reitti ja efektori muodostavat yhdessä homeostaattisen ohjausjärjestelmän. Pohjimmiltaan kaikki elimistön elimet ja kudokset ovat osa homeostaattisia ohjausjärjestelmiä ja suorittavat toimintoja, jotka auttavat ylläpitämään elimistön sisäistä ympäristöä.

Kuva muokattu julkisista aivojen ja ihon kuvista. Muut elementit vapaalla kädellä JS:n BYU-I 2013.

1. Ihossa ja aivoissa olevat reseptorit voivat aistia lämpötilan.

2. Tieto lämpötilasta kulkee afferenttien neuronien kautta ohjauskeskukseen. Tässä tarinassa ohjauskeskus on hypotalamus (vihreä piste aivojen kuvassa).

3. Hypotalamus arvioi, missä vaiheessa lämpötila on suhteessa asetusarvoon (98,6). Sen jälkeen hypotalamus lähettää efferenttien neuronien kautta signaalin iholle ja lihaskudoksiin.

4. Iho ja lihaskudokset ovat efektoreita. Jos ohjauskeskus toteaa, että kehon lämpötila on yli asetusarvon, ihon verisuonet laajenevat, jolloin enemmän verta pääsee lähemmäs kehon pintaa. Ihon hikirauhaset tuottavat enemmän vetistä hikeä, joka erittyy ihon pinnalle ja mahdollistaa lämmön vapautumisen veden haihtuessa. Jos ohjauskeskus toteaa, että kehon lämpötila on alle asetusarvon, ihon verisuonet supistuvat pitääkseen lämpimän veren kohti kehon ydintä. Myös hikirauhaset lakkaavat tuottamasta hikeä. Lihakset ovat toinen vaikuttaja, kun on kylmä. Lihakset alkavat täristä, jolloin kehossa syntyy lämpöä.

**Voit käyttää alla olevia painikkeita siirtyäksesi tämän moduulin seuraavaan tai edelliseen lukemaan**