Homeostaza: co to jest, definicja, znaczenie, zaburzenia

Homeostaza – co to jest?

Słowo homeostaza wywodzi się od greckich słów homoíos – równy, jednakowy i stásis – stały, trwały.

Definicja homeostazy precyzyjnie wyjaśnia, że:

Homeostaza jest to zespół skoordynowanych procesów optymalizacyjnych organizmów żywych o charakterze ciągłym mających na celu utrzymywanie możliwie stałych parametrów fizjologicznych wewnątrz organizmu w dynamicznie zmieniającym się środowisku zewnętrznym przy założeniu, że celem nadrzędnym jest utrzymanie życia i prokreacja.

Jeśli zastanawiasz się czym jest homeostaza to rozważ także tych kilka faktów:

• Każdy system w stanie dynamicznego equilibrium dąży do równowagi opierając się wpływowi sił zewnętrznych. W chwili kiedy równowaga zostanie naruszona uruchamiają się wbudowane w ten system mechanizmy. Ich zadaniem jest ustanowienie balansu w nowych, zmienionych warunkach.
• Każdy organizm jest systemem i może składać się z wielu podsystemów. Podsystemem organizmu człowieka jest np. system endokannabinoidowy, układ oddechowy czy krwionośny. Jest nim również pojedyncza komórka naszego ciała.
• Współcześnie uważa się, że utrzymywanie homeostazy jest jedną z podstawowych funkcji inteligencji.
• W przypadku organizmów żywych proces ten zaczyna się w momencie poczęcia, a kończy w chwili śmierci.
• Dążenie do zachowania równowagi zachodzi w czasie i ma charakter dynamiczny.

Termin „Homeostaza” wykuł w roku 1926, a spopularyzował w opublikowanej w 1932 roku książce The Wisdom of the Body amerykański fizjolog, psycholog i neurolog prof. Walter Cannon. Ten sam człowiek jest autorem terminu “Fligh or fight response”. W swojej pracy naukowej prof. Cannon korzystał z założeń żyjącego w XIX wieku francuskiego badacza medycznego Claude Bernarda.

Inne dziedziny w których mówi się o homeostazie

Pojęcie homeostazy znajdziesz także w filozofii, psychologii, naukach społecznych, ekologii, naukach o ziemi i klimacie oraz … cybernetyce, mechanice klasycznej, mechanice kwantowej i wśród podstawowych zadań omawianych w teorii przed nadchodzącą epoką sztucznej inteligencji:

• W kontekście psychologicznym oznacza m.in. zdolność do zachowania równowagi psychologicznej człowieka w obliczu stresu, konfliktów ale także silnych bodźców pozytywnych,
• W naukach społecznych kojarzona jest z fenomenem kolektywnego dążenia organizmów żywych do utrzymania możliwie optymalnych warunków środowiskowych do życia,
• W naukach o ziemi i klimacie homeostaza wiąże się z uznawaniem ziemi za żywy organizm dążący do samoregulacji w celu utrzymania możliwości rozwijania się życia (hipoteza Gai),
• Hipoteza Homeostazy Kwantowej autorstwa Antoine’a Suareza rozwinięta przez Sergeya Sekatskiego jest jednocześnie filozoficzna, teologiczna i co najmniej ciekawa z punktu widzenia przyszłych badań naukowych opartych o dane i dowody,
• Modele głębokiego uczenia (tzw. deep learning) mają za zadanie dostarczanie gigantycznych ilości danych służących m.in. do “wyposażenia” algorytmów sztucznej inteligencji w “wiedzę”. Na ich podstawie AI będzie mogła – o ile już tak nie jest – precyzyjnie modelować stany homeostatyczne na w zasadzie dowolnym poziomie od homeostazy komórkowej w ciałach organizmów żywych, przez homeostazę systemów funkcjonalnych tych organizmów, aż po … Granica i jakość symulacji/modelowania stanów homeostatycznych dowolnego poziomu wydaje się być zależna wyłącznie od ilości i jakości danych wsadowych oraz zdolności obliczeniowych, którymi SI będzie dysponować.

No to teraz pytanie: co się stanie w momencie kiedy wyposażona w algorytm ewolucyjny sztuczna inteligencja zostanie podłączona do zasobów obliczeniowych komputerów kwantowych?

Przykład homeostazy w organizmie człowieka

Rozważając szczegółową odpowiedź na postawione we wstępie pytanie “co to jest homeostaza?” warto przyjżeć się przykładowemu procesowi homeostatycznemu i istotnym elementom tego procesu.

Kontrola parametrów odbywa się przez receptory, a informacja o wartości danego parametru jest przekazywana w odpowiednie miejsce ośrodkowego układu nerwowego (interpretatora) w sposób ciągły. Interpretator dokonuje porównania między wartością wykrytą a wartością optymalną (punkt nastawczy będący najczęściej przedziałem wartości od/do).

Jeśli wartość odbiega od przedziału – parametr jest zbyt wysoki lub za niski – centrum integrujące wysyła sygnał i wymusza odpowiedź na efektorach adekwatnie do sytuacji. Uruchomiony zostaje proces przywracania balansu, który może przejawiać się jako reakcja fizjologiczna lub behawioralna.

Mechanizmy fizjologiczne działają w oparciu o zasadę sprzężenia zwrotnego. Z kolei behawioralne wiążą się z określony zachowaniem/działaniem np. wejście do cienia, napicie się wody.

Przykłady homeostazy w organiźmie człowieka

Do najczęściej wspominanych procesów homeostatycznych należy regulacja:

• Temperatury ciała u organizmów stałocieplnych
• Optymalnego poziomu pH krwi i płynów ustrojowych
• Ciśnienia tętniczego krwi
• Nasycenia krwi tlenem (saturacja)
• Nasycenia krwi dwutlenkiem węgla
• Ilości wody w organizmie
• Apetytu
• Metabolizmu
• Nastroju emocjonalnego i psychiki
• Zewnątrzkomórkowego stężenia sodu
• Odpowiedzi immunologicznej
• Reakcji na ból
• Gospodarki energetycznej organizmu
• Gospodarki hormonalnej

Lista nie jest pełna. Wspominam tylko kilkanaście kluczowych przykładów obszarów funkcjonalnych podlegających homeostazie. Wszystkie te procesy zachodzą w organizmie w tym samym czasie, miejscu i warunkach. Z punktu widzenia organizmu jako całości homeostaza jest sumą procesów mających miejsce w poszczególnych obszarach funkcjonalnych, fizjologicznych czy psychicznych.

Zaburzenia homeostazy i ich konsekwencje dla zdrowia

Zaburzenie dynamicznej równowagi vel homeostazy może mieć podłoże genetyczne. Zaburzenia w homeostazie mogą też wynikać z nieprawidłowego rozwoju lub budowy, któregoś z organów. Co zaburza homeostazę?

Zaburzenia homeostazy mogą wywołać także czynniki:

• chorobotwórcze (bakterie, wirusy, pasożyty),
• środowiskowe (np. skażenie powietrza)
• niezdrowy tryb życia (zła dieta, mała ilość ruchu fizycznego)
• nadmierny stres o dowolnym podłożu
• psychiczne (nadmierna presja, negatywne emocje, świadomość innej choroby)

Konsekwencje długotrwałego zaburzenia równowagi homeostatycznej mogą być m.in. trwałe:

• zaburzenia pracy i uszkodzenia narządów wewnętrznych
• inne choroby
• zaburzenia i choroby psychiczne
• utrata zdolności poznawczych, a także umiejętności manualnych
• przyspieszony proces starzenia się i skrócona oczekiwana długość życia

Wiedząc to zupełnie inaczej spojrzysz na powiedzenie „W zdrowym ciele, zdrowy duch”.

Homeostaza a układ endokannabinoidowy i kannabinoidy

Układ endokannabinoidowy to specyficzny system pełniący rolę kontrolno-sygnałową. Pełni kluczową rolę w procesach homeostatycznych. Do pracy wykorzystuje sieć receptorów CB1 i CB2 oraz produkowane przez organizm endokannabinoidy.

Można pokusić sie o stwierdzenie, że homeostaza a układ endokannabinoidowy są ze sobą nierozerwalnie połączone.

Długotrwałe wystawienie na czynniki zaburzające homeostazę może prowadzać do wyczerpania dostępnych zasobów endokannabinoidów. Organizm produkuje ich zbyt mało, a z czasem jeszcze mniej (np. anandamid jest produkowany podczas wysiłku fizycznego – brak wysiłku -> niedobór lub brak anandamidu). W efekcie praca układu jest utrudniona a w skrajnych przypadkach niemożliwa.

W teorii medycyny występuje stan nazywany trwałym deficytem endokannabinoidów.

Osoby borykające się z takim problemem mogą po konsultacji z lekarzem zdecydować o suplementacji kannabinoidów z konopi, których dobrym źródłem jest np. olej cbd.

Zawarty w takim preparacie kannabidiol ma dowiedzione m.in. działanie hamujące rozpad anandamidu zwiększając jego stężenie i dostępne zasoby. Nie tylko w tym zakresie kannabinoidy mogą okazać się rozwiązaniem.

Warto rozważyć stosowanie takich preparatów czysto suplementacyjnie w mikrodawkach.

Kannabinoidy mogą wspierać procesy homeostatyczne pomagając systemowi utrzymać prawidłowe działanie. To jedna z ich najlepiej rozpoznanych właściwości.

Natura daje nam pod różną postacią wszystko co jest potrzebne do utrzymania prawidłowego działania organizmu. Korzystajmy z tego aczkolwiek rozsądnie.

Homeodynamika

No dobrze, a co to w takim razie jest homeodynamika, o której wspomina np. autor wpisu o homeostazie na Wikipedii (link w źródłach)?

Homeodynamika jest rozwinięciem teorii homeostazy. Taki swoisty level up, który dla większości znaczył będzie niewiele, a niektórzy potraktują go jak pseudonaukowe „Woo”.

Definicja homeodynamiki postuluje, słowami prof. Marty E. Rogers, spojrzenie na życie i naturę człowieka jako na dynamiczny i holistyczny proces. Zmiany postępują w sposób nieodwracalny, niepowtarzalny i rytmiczny w swojej naturze. Ich doświadczanie rozbudowuje złożoność postrzeganych wzorców w polach energetycznych ludzi i środowiska, w którym żyją, przybierając postać niewidzialnych fal rezonujących i odzwierciedlających nieustanną relację pomiędzy nimi w dowolnym punkcie czasoprzestrzeni.

Nie wymyśliłem tego. Tłumaczę definicję ze źródła: https://medical-dictionary.thefreedictionary.com/homeodynamics

W uproszczeniu: natura ludzka jest dynamiczna, ulega ciągłym zmianom i stanowi integralną całość, którą rządzą trzy zasady:

1. zasada rezonansu,
2. zasada integralności,
3. zasada ciągłej, innowacyjnej, nieprzewidywalnej i stale zwiększającej się różnorodności pól energii ludzi i ich otoczenia.

Wikipedia nadal wskazuje, że teoria ta jest podważana przez naukowców z wielu dziedzin. Być może to się zmieni, a zapoczątkowana i zapewne pełna błędów i naukowych nieścisłości teoria prof. Rogers doczeka się jednak rozwinięcia, dopracowania i naukowych dowodów.

Może na to wskazywać np. to badanie: https://www.researchgate.net/publication/Why_Homeodynamics_Not_Homeostasis

Wygląda na to, że procesy homeodynamiczne w całej swojej chaotycznej, trudnej do uchwycenia chociażby słowem, naturze są w istocie dynamiczną samoorganizacją ekstremalnie złożonych struktur w homeodynamicznych warunkach, które zwykliśmy nazywać życiem (albo naturą).

Mam cichą nadzieję, że udało mi się omówić temat wyczerpująco i że w treści artykułu udało się znaleźć prostą i precyzyjną odpowiedź na pytanie “co to jest homeostaza?”. Spodobał ci się artykuł o homeostazie? Udostępnij go. Na pewno znasz przynajmniej kilka osób dla których wartościowa wiedza o tym czym jest homeostaza będzie nie tylko ciekawa, ale użyteczna.

Źródła:

1. https://www.polityka.pl/tygodnikpolityka/nauka/1926316,1,hipoteza-gai-wedlug-lovelocka.read
2. https://www.scientificamerican.com/article/what-is-homeostasis/
3. https://www.britannica.com/science/homeostasis
4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29337208/
5. https://europepmc.org/articles/pmc1879618/pdf/canmedaj01507-0012.pdf
6. https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstb.2018.0373
7. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2020.00200/full
8. https://davidfmarks.com/2020/05/14/homeostasis-in-philosophy/
9. https://www.pdcnet.org/jis/content/jis_2015_0027_0001_0082_0098
10. https://www.researchgate.net/publication/Homeostasis_as_self-organized_quantum_criticality
11. https://www.sciencenews.org/article/will-to-survive-might-take-artificial-intelligence-next-level
12. https://medium.com/intuitionmachine/homeostasis-and-a-definition-of-intelligence
13. https://medical-dictionary.thefreedictionary.com/homeodynamics
14. https://pressbooks.uiowa.edu/rogeriannursingscience/chapter-5-introduction-to-the-principles/
15. https://ane.pl/pdf/5414.pdf
16. https://wou.edu/
17. https://pl.wikipedia.org/wiki/Homeostaza