miniatura|upright=2|Efectes de la pressió osmòtica als glòbuls vermells Lhomeòstasi és la tendència a mantenir l'equilibri i l'estabilitat interns en els diferents sistemes biològics. Ve del grec ὅμοιος hómoios, igual, i στάσις stásis, detenció. Aquesta condició d'equilibri en el medi intern és deguda a una contínua interrelació dels múltiples processos de regulació corporal. L'estat d'equilibri del cos pot alterar-se dins d'uns estrets marges compatibles amb la vida, fet que es dona per a adaptar-se als canvis del medi que l'envolta.
Segons Claude Bernard (l'introductor del terme el 1865), "l'homeòstasi és l'equilibri dinàmic que ens manté amb vida".
Es pot dir simplement, que l'homeòstasi és l'equilibri intern de l'organisme.
Aquest terme va aparèixer en la biologia, fent referència a l'equilibri químic dels éssers vius però s'ha mostrat útil a totes les formes d'organismes ja sia en sociologia, en política i més generalment en les ciències dels sistemes. Ha estat usat abastament per William Ross Ashby, un dels pares de la cibernètica.
Història El concepte de regulació del medi intern va ser descrit pel fisiòleg francès Claude Bernard el 1849, i la paraula homeòstasi va ser encunyada per Walter Bradford Cannon el 1926. El 1932, Joseph Barcroft un fisiòleg britànic, va ser el primer a dir que la funció cervell superior requeria l'entorn intern més estable. Així, per a Barcroft l'homeòstasi no només estava organitzada pel cervell, sinó que l'homeòstasi servia al cervell. L'homeòstasi és un terme gairebé exclusivament biològic, referit als conceptes descrits per Bernard i Cannon, relatius a la constància del medi intern en què viuen i sobreviuen les cèl·lules del cos. El terme de cibernètica s'aplica a sistemes de control tecnològics com els termòstats, que funcionen com a mecanismes homeostàtics, però sovint es defineixen molt més àmpliament que en el terme biològic d'homeòstasi.
Definició en biologia cel·lular L'homeòstasi d'un organisme cel·lular en el líquid intersticial és format d'àtoms i la seva capacitat autoregulada de conservar un funcionament satisfactori i un equilibri entre el compartiment intracel·lular i el compartiment extracel·lular (el medi interior, és a dir interior a l'organisme però exterior a les cèl·lules) separades per la membrana cel·lular, malgrat qualsevol contratemps exterior. Necessita una font d'energia exterior.
« L'homeòstasi es defineix, doncs, com la capacitat de l'organisme de mantenir un estat d'estabilitat relatiu dels diferents components del seu medi intern i això malgrat les variacions constants del medi ambient extern. »
Propietats dels sistemes homeostàtics Els sistemes homeostàtics son extremadament estables i tota la seva organització, interna, estructural i funcional, contribueix a mantenir-hi l'equilibri. Són, però, imprevisibles i el resultat d'una determinada acció pot també ser l'oposada de l'esperada.
Alguns exemples d'homeòstasi en els mamífers són la regulació de la quantitat d'aigua i minerals en el cos, coneguda com a osmoregulació, que té lloc principalment al ronyó; l'eliminació dels residus metabòlics, com ara l'excreció; la regulació de la temperatura corporal, duta a terme principalment per la pell i per la circulació sanguínia i la regulació dels nivells de la glucosa en la sang realitzada principalment pel fetge i per la insulina secretada pel pàncrees.
Funcionament Si la comprensió del concepte d'homeòstasi és fàcil, la determinació dels mecanismes cibernètics implicats és més difícil, ja que són interdependents els uns dels altres. Un dels mecanismes és la retroalimentació (feed back) que pot ser negativa (per exemple, en la regulació de la temperatura corporal) o positiva (per exemple, en la coagulació de la sang)
Exemples Per als animals homeotèrmics un dels paràmetres principals és la regulació de la composició de la sang i dels seus paràmetres principals per evitar el dèficit o l'excés en la concentració de sodi, calci, potassi, l'acidesa, la temperatura, etc., i aquesta regulació es fa, entre d'altres, pel ritme cardíac, la ventilació pulmonar, l'obertura i tancament dels vasos sanguinis, la micció o la sudoració.
Avantatge selectiu L'homeòstasi permet igualment la simplificació del codi genètic, ja que, per exemple, el genoma d'una granota té una mida més gran que el genoma humà, tenint en compte la més gran diversitat de condicions físiques i químiques que tindrà un capgròs comparativament amb un embrió humà que es desenvoluparà a una temperatura igual i en un mitjà al mateix pH.
Homeòstasi ecològica En la hipòtesi Gaia, James Lovelock afirma que tota la massa de matèria viva de la Terra, o de qualsevol altre planeta amb vida, funciona com un extens organisme que activament modifica el seu planeta per a produir l'ambient que millor serveix a les seves necessitats. Des d'aquest punt de vista, el planeta sencer manté l'homeòstasi. Si un sistema d'aquest tipus ocorre o no a la Terra és encara assumpte de debat. Amb tot, alguns mecanismes homeostàtics relativament simples s'accepten en general. Per exemple, quan els nivells atmosfèrics de diòxid de carboni pugen, les plantes creixen més i prenen diòxid de carboni de l'atmosfera. Quan la llum solar és intensa i la temperatura atmosfèrica puja, el fitoplàncton de la superfície oceànica prolifera i produeix més sulfur de dimetil, que actua com nucli de condensació de núvols conduint a la producció de més núvols, a l'augment de l'albedo del planeta i a la reducció de la temperatura atmosfèrica.
Variables controlades per homeòstasi Homeòstasi de la temperatura
miniatura|Ocells amb el plomatge eriçat i arraulits en la recerca de calor. Els mamífers regulen la seva temperatura corporal utilitzant la informació dels termoreceptors localitzats en l'hipotàlem, el cervell, la medul·la espinal, els òrgans interns i les grans venes. A més de la regulació interna de la temperatura, poden entrar en joc respostes comportamentals per adaptar-se al desafiament d'extrems molt calents o molt freds (i a altres desafiaments). Aquestes respostes poden incloure cercar ombra i reduir l'activitat, cercar condicions més càlides i augmentar l'activitat, o arraulir-se. La termoregulació per comportament té prioritat sobre la termoregulació fisiològica, ja que els canvis necessaris es poden veure afectats més ràpidament i la termoregulació fisiològica té una capacitat limitada per respondre a temperatures extremes.
Quan la temperatura central baixa, el subministrament de sang a la pell es redueix per una vasoconstricció intensa. El flux de la sang a les extremitats (que tenen una gran superfície) es redueix de manera similar i torna al tronc a través de les venes profundes que es troben al llarg de les artèries. Això actua com un sistema d'intercanvi en contracorrent que curtcircuita la calor de la sang arterial directament a la sang venosa que torna al tronc, causant una pèrdua mínima de calor per les extremitats en climes freds. Les venes subcutànies de les extremitats estan estretament constretes, no només reduint la pèrdua de calor d'aquesta font, sinó també forçant la sang venosa cap al sistema contracorrent a les profunditats de les extremitats.
La taxa metabòlica augmenta, inicialment per termogènesi sense calfreds, seguida de termogènesi per calfreds si les reaccions anteriors són insuficients per corregir la hipotèrmia. L'estimulació simpàtica, així com un augment en els nivells de noradrenalina i adrenalina, juntament amb un augment en l'alliberament de tiroxina, poden provocar un increment en la taxa metabòlica. La termogènesi per calfreds està controlada per un centre motor primari de la tiritona, localitzat en humans a l'hipotàlem posterior, que s'activa quan la temperatura corporal baixa i els senyals dels quals augmenten el to als músculs esquelètics fins a un punt crític en què comencen els calfreds.
L'erecció dels cabells en mamífers gràcies als músculs erectors adherits als fol·licles pilosos, forma una cambra d'aire aïllant. En l'ésser humà, aquest mecanisme no té la importància que té per a la majoria de mamífers o les aus.
Quan els termoreceptors detecten un augment de la temperatura central, la resposta consisteix en tres mecanismes: vasodilatació de la pell, sudoració i disminució de la producció de calor (termogènesi). Les glàndules sudorípares de la pell s'estimulen a través dels nervis simpàtics colinèrgics per secretar suor sobre la pell; en evaporar-se la suor, refreda la pell i la sang que flueix al seu través.
En molts vertebrats, el panteix és un efector alternatiu que refreda el cos també per l'evaporació de l'aigua de les mucoses de la gola i la boca.
Homeòstasi de la glucèmia miniatura|300px|Realimentació negativa actuant en la regulació del sucre a la sang. La línia plana és el punt dʻajust del nivell de glucosa i lʻona sinusoidal les fluctuacions de la glucosa. La concentració de glucosa a la sang està regulada habitualment dins de límits molt estrets. En els mamífers, els sensors primaris per a això són les cèl·lules beta dels illots pancreàtics. Les cèl·lules beta responen a un augment del nivell de sucre en sang secretant insulina a la sang i, simultàniament, inhibint les seves cèl·lules alfa veïnes de secretar glucagó a la sang. Aquesta combinació (nivells alts d'insulina en sang i nivells baixos de glucagó) actuen sobre els teixits efectors, els principals dels quals són el fetge, les cèl·lules adiposes i les cèl·lules musculars. El fetge s'inhibeix de produir glucosa, agafar-la i convertir-la en glicogen i triglicèrids. El glicogen s'emmagatzema al fetge, però els triglicèrids es secreten a la sang com a partícules de lipoproteïnes de molt baixa densitat (VLDL) que són absorbides pel teixit adipós, per ser emmagatzemades com a greixos. Les cèl·lules grasses absorbeixen glucosa mitjançant transportadors especials de glucosa (GLUT4), el nombre dels quals a la paret cel·lular augmenta com a efecte directe de la insulina que actua sobre aquestes cèl·lules. La glucosa que entra a les cèl·lules grasses d'aquesta manera es converteix en triglicèrids (a través de les mateixes vies metabòliques que utilitza el fetge) i després s'emmagatzema en aquestes cèl·lules grasses juntament amb els triglicèrids derivats de VLDL que es van fer al fetge. Les cèl·lules musculars també prenen glucosa a través dels canals de glucosa GLUT4 sensibles a la insulina i la converteixen en glicogen muscular.
Una caiguda de la glucosa en sang fa que s'aturi la secreció d'insulina i que el glucagó sigui secretat de les cèl·lules alfa a la sang. Això inhibeix la captació de glucosa de la sang pel fetge, les cèl·lules grasses i les cèl·lules musculars. En canvi, el fetge s'estimula fortament per fabricar glucosa a partir de glicogen (mitjançant la glicogenòlisi) i de fonts no carbohidrats (com ara àcid làctic i aminoàcids desaminats) mitjançant un procés conegut com a gluconeogènesi. La glucosa així produïda s'aboca a la sang corregint l'error detectat (hipoglucèmia). El glicogen emmagatzemat als músculs roman en aquest i només es descompon durant l'exercici en glucosa-6-fosfat i, d'aquí, en piruvat per ser alimentat al cicle de l'àcid cítric o convertit en àcid làctic. Només l'àcid lactic i els productes de rebuig del cicle de l'àcid cítric retornen a la sang. El fetge només pot absorbir l'àcid làctic i, mitjançant el procés de consum d'energia, la gluconeogènesi tornar-lo a convertir en glucosa.
Nivells de ferro
El ferro és important en la formació de diverses molècules, com les proteïnes transportadores hemoglobina i mioglobina, citocroms (implicats en la respiració cel·lular i la fotosíntesi) i diversos enzims (peroxidases, catalases, citocrom oxidases). S'emmagatzema en forma de ferritina, principalment en el fetge i en la medul·la òssia, excretant-se en les femtes i hemorràgies. La quantitat total de ferro és regulada modificant la velocitat d'absorció a l'intestí.
Nivells de gasos en sang