OMOSTASI DEFINITA

Una delle caratteristiche che definiscono gli animali a sangue caldo come l’uomo è la capacità di mantenere una temperatura corporea interna diversa da quella ambientale. La temperatura media del corpo umano è di 37°C (98.6°F), e il corpo esercita una discreta quantità di energia per assicurare che questa temperatura rimanga relativamente costante; chiamiamo questo il set point della temperatura corporea. Diversi set point per diversi sistemi si trovano in tutto il corpo. Per esempio, il set point per il glucosio (zucchero nel sangue) è 85 mg/dl e il set point per il sodio è 142 mmol/L. Il corpo usa una varietà di organi e sistemi di organi per assicurare che certe variabili rimangano il più vicino possibile al loro valore di set point, o almeno entro un intervallo normale. Per esempio, senza l’assistenza dei vestiti, il corpo umano ha una notevole capacità di mantenere la variabile della temperatura corporea tra i 98°F e i 100°F anche quando si trova in condizioni ambientali che vanno dai 68°F ai 130°F. Come fa il corpo a mantenersi caldo a 68°F e fresco a 130°F?

Per mantenersi caldo, il corpo può aumentare il metabolismo, può deviare il flusso di sangue dalla superficie o può far tremare i muscoli. Tutti questi meccanismi generano calore. Naturalmente possiamo anche usare le nostre capacità cognitive superiori e metterci dei vestiti. Per rimanere fresco, il corpo rilascia goccioline d’acqua sulla superficie della pelle, formando il sudore, che agisce per dissipare il calore quando l’acqua evapora. Forse la cosa più interessante è che la sudorazione, i brividi e la deviazione del flusso sanguigno avvengono automaticamente; in altre parole, non li controlliamo coscientemente, sembrano semplicemente accadere. Questa proprietà automatica del corpo umano di regolare le variabili è stata osservata e definita da Claude Bernard nel 1854. Poi nel 1926 Walter Cannon chiamò questo processo omeostasi. L’omeostasi, come molte parole scientifiche, è di origine greca, dove homeo significa “simile o uguale” e stasi significa “stare fermo o rimanere uguale”. L’omeostasi quindi, per definizione, è la capacità del corpo di mantenere condizioni interne relativamente stabili (ambiente interno) anche se il mondo esterno (ambiente esterno) sta cambiando. L’ambiente interno è definito come il fluido che circonda le cellule.

Come verrà spiegato, il corpo umano subisce una moltitudine di interazioni molto complesse per mantenere l’omeostasi, assicurando che i sistemi funzionino per mantenere diverse variabili entro i loro intervalli normali. Queste interazioni sono essenziali per la sopravvivenza del corpo. L’incapacità di mantenere l’omeostasi può portare alla morte o a malattie come: diabete, disidratazione, ipertermia e persino reazioni allergiche.

SISTEMI DI CONTROLLO OMEOSTATICO

Per spiegare come funziona l’omeostasi, rivediamo i cambiamenti che avvengono per mantenere la temperatura corporea. Come fa il corpo a sapere quando rabbrividire o sudare? Il primo passo per riconoscere un cambiamento di temperatura è la capacità di rilevare un cambiamento di temperatura. Nel corpo, questa funzione è attribuita a un recettore, che è un tipo di sensore che controlla l’ambiente e rileva i cambiamenti nelle variabili. Quando le condizioni causano un cambiamento in una variabile, le chiamiamo stimoli. Una volta che un recettore rileva un cambiamento, lo comunica a un centro di controllo. I centri di controllo sono situati in tutto il corpo, spesso nel cervello, e sono responsabili di determinare il set point e il corso di azione appropriato per correggere le deviazioni dal set point. I centri di controllo dettano un corso d’azione comunicando con gli effettori. Un effettore fornisce i mezzi per correggere la deviazione. In termini di regolazione della temperatura, il centro di controllo si trova nell’ipotalamo, una piccola regione del cervello, e gli effettori includono i muscoli scheletrici (brividi), le ghiandole sudoripare (sudorazione) e i vasi sanguigni. È anche interessante che il corpo umano può cambiare un set point per una particolare variabile. Questo cambiamento è generalmente temporaneo e benefico. Per esempio, il set point della temperatura corporea può cambiare in un valore più alto in risposta alle infezioni, chiamata febbre. Questo aumento di temperatura aiuta il sistema immunitario ad eliminare l’agente patogeno.

Un componente essenziale dell’omeostasi è la comunicazione. La comunicazione nel corpo avviene principalmente attraverso due sistemi: il sistema nervoso e il sistema endocrino. Indipendentemente dal sistema utilizzato, se la comunicazione fluisce verso il centro di controllo dal recettore, si parla di una via afferente. Se le informazioni fluiscono dal centro di controllo all’effettore, si parla di via efferente. Collettivamente, il recettore, la via afferente, il centro di controllo, la via efferente e l’effettore comprendono un sistema di controllo omeostatico. Essenzialmente tutti gli organi e i tessuti del corpo fanno parte dei sistemi di controllo omeostatico e svolgono funzioni che aiutano a mantenere l’ambiente interno del corpo.

Immagine modificata da immagini di dominio pubblico di cervello e pelle. Altri elementi a mano libera di JS a BYU-I 2013.

1. Recettori nella pelle e nel cervello possono percepire la temperatura.

2. Le informazioni sulla temperatura viaggiano attraverso i neuroni afferenti al centro di controllo. Il centro di controllo in questa storia è l’ipotalamo (punto verde nell’immagine del cervello).

3. L’ipotalamo valuta dove la temperatura è in relazione al set point (98,6). L’ipotalamo poi invia un segnale attraverso i neuroni efferenti alla pelle e ai tessuti muscolari.

4. La pelle e i tessuti muscolari sono effettori. Se il centro di controllo determina che la temperatura del corpo è al di sopra del set point, allora i vasi sanguigni nella pelle si dilatano, permettendo a più sangue di avvicinarsi alla superficie del corpo. Le ghiandole sudoripare nella pelle producono più sudore acquoso che sarà secreto sulla superficie della pelle e permetterà il rilascio di calore quando l’acqua sarà evaporata. Se il centro di controllo determina che la temperatura del corpo è inferiore al punto stabilito, allora i vasi sanguigni della pelle si restringono per mantenere il sangue caldo verso il centro del corpo. Inoltre, le ghiandole sudoripare cessano di produrre sudore. I muscoli sono un altro effetto quando fa freddo. I muscoli cominciano a tremare, il che produce calore nel corpo.

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