Homeostáza

Homeostáza (homeo – rovnaký, stasis – nehybnosť) je stav, pri ktorom vnútorné prostredie živého organizmu zostáva v určitých limitoch, ktoré umožňujú jeho normálne fungovanie. Tieto limity neustále narušujú zmeny vonkajšieho prostredia. Prvýkrát tento termín použil v roku 1930 americký fyziológ Walter Bradford Cannon (1871 – 1945), keď si uvedomil, že svalstvo sa musí nejak zbavovať po námahe nadbytočného tepla a kyseliny mliečnej. Definoval ho ako „súbor fyziologických mechanizmov, ktorých úlohou je obnovenie normálneho stavu vnútorného prostredia po jeho narušení“.

Telová tekutina

Dôležitou súčasťou homeostázy je regulácia objemu a zloženia telových tekutín – vodných roztokov, ktoré tvoria vnútorné i vonkajšie prostredie buniek. Správna funkcia buniek je totiž životne závislá od presnej regulácie zloženia tekutiny, ktorá ich obklopuje. Tekutinu v bunkách nazývame vnútrobunková (odb. intracelulárna; intra – v,), tekutinu, ktorá bunky obklopuje mimobunková (odb. extracelulárna; extra – vonku). Extracelulárna tekutina, ktorá vyplňuje úzke priestory medzi bunkami tkanív, sa nazýva tkanivový mok (odb. intersticiálna; inter – medzi)). Extracelulárna tekutina v krvných cievach sa nazýva intravaskulárna (vnútrocievna) tekutina alebo krvná plazma.

V intra- i extracelulárnej tekutine je rozpustených množstvo chemických prvkov a zlúčenín – napr. kyslík, glukóza, ióny sodíka (Na+) a chlóru (Cl-) a mnoho ďalších, všetky potrebné k udržaniu života. Nachádzajú sa v nej samozrejme i odpadové produkty metabolizmu.

Krvné cievy s najmenším priemerom v ľudskom tele sa nazvývajú vlásočnice (odb. kapiláry). Ich steny sú také tenké, že voda a množstvo látok v plazme môže prechádzať do intersticiálnej tekutiny a opačným smerom – hovoríme o tzv. kapilárnej výmene. Za normálnych okolností je objem tejto výmeny rovnaký. Jej účelom je dopravovať kyslík, živiny a ďalšie látky k bunkám a odvádzať odpadové látky a oxid uhličitý od buniek preč. Malé množstvo intersticiálnej tekutiny je odvádzané lymfatickými cievami, ktoré vo väčšine tkanív krvné cievy sprevádzajú. Vytvára sa tak ďalší typ extracelulárnej tekutiny, ktorú voláme miazga (odb. lymfa).

Keďže intersticiálna tekutina obklopuje všetky bunky tela, často sa stotožňuje s pojmom vnútorné prostredie. Ak je toto porušené, výsledkom môže byť choroba. Ak tento stav trvá dlhšie, následkom môže byť smrť jednotlivých buniek, alebo i celého organizmu.

Homeostáza a stres

Homeostáza v živom organizme je neustále narušovaná stresom. Stres je akýkoľvek podnet či stimul, ktorý vedie k nerovnováhe vo vnútornom prostredí. Stresové podnety môžu pochádzať z vonkajšieho prostredia – chlad, teplo, nedostatok kyslíka a podobne – alebo môžu vychádzať zo samotného organizmu – napríklad vo forme nízkej hladiny glukózy (hypoglykémia) alebo zmeny pH vo vnútornom prostredí. Tretím zdrojom stresových podnetov sú podnety psychologické a sociálne – požiadavky spoločnosti, zmeny v sociálnych väzbách a podobne.

Väčšina stresov je slabých a bežných a organizmus je schopný homeostázu rýchlo obnoviť. Ťažké stresy, ako extrémny chlad, infekcia, úmrtie partnera a podobne, môžu však byť nad sily homeostatických mechanizmov. Našťastie si tieto s veľkou väčšinou stresov dokážu poradiť.

Regulácia homeostázy

Systémy udržujúce rovnováhu vnútorného prostredia sa označujú ako homeostatické regulačné mechanizmy. Súbor vzájomne funkčne prepojených buniek a tkanív, ktoré spolupracujú na udržaní nejakej hodnoty (napr. hladiny glukózy v krvi, pH, telesná teplota a pod.) na určitej stabilizovanej úrovni sa označuje ako homeostatický regulačný systém.

Regulácia homeostázy nervovým a hormonálnym systémom

Rovnováhu oba systémy ovplyvňujú spoločne, ale i samostatne. Nervový systém zaznamenáva odchýlky vnútorného prostredia od normálneho stavu a posiela o tom informáciu cestou nervových impulzov do príslušných orgánov, ktoré reagujú jeho vyrovnaním. Hormonálny systém reguluje vnútorné prostredie vylučovaním regulačných látok – hormónov – do krvného obehu. Ich účinky sú často globálne a reakcia je pomalšia ako pri regulácií nervovým systémom.

Systémy spätnej väzby

Schéma spätnoväzbovej regulácie.

Takéto systémy sú typickým príkladom spôsobu regulácie vnútorného prostredia organizmu. Ide o cyklus dejov, pri ktorom je stav sledovanej hodnoty (napríklad teplota) neustále monitorovaný a informácie o zmenách sú zasielané do kontrolného centra.

Systém spätnej väzby má tri základné súčasti:

• kontrolné centrum – určuje ideálnu hodnotu, na ktorej sa má má daný stav udržovať. Takýchto hodnôt je v organizme veľké množstvo – ako príklad poslúži hladina glukózy, elektrolytov, frekvencia srdca, krvný tlak a mnoho ďalších. O skutočných hodnotách dostáva informácie z receptora a reaguje cez efektor.
• receptor – monitoruje zmeny ideálnej hodnoty, a zasiela príslušné vstupné informácie do kontrolného centra.
• efektor – dostáva výstupné informácie z kontrolného centra a jeho „produktom“ je „odpoveď“. Ak odpoveď zmenšuje účinok alebo úroveň stimulu, hovoríme o negatívnej spätnej väzbe. Ak naopak účinok alebo úroveň stimulu zvyšuje, je to pozitívna spätná väzba.

Väčšina regulačných systémov v ľudskom tele je negatívneho typu. Negatívny typ spätnej väzby sa používa všade tam, kde je potrebné časté monitorovanie a úpravy – príkladom je regulácia teploty tela alebo hladiny glukózy. Pozitívny typ je naopak dôležitý pre regulácie, ktoré nie sú potrebné často a nevyžadujú jemné „nastavenie“. Keďže kontrolovaný stav zosiluje, obvykle je „vypínaný“ nejakým iným mechanizmom mimo samotný regulačný systém. Ak sa však tento externý regulátor poškodí, môže to mať vážne následky – napríklad neregulované delenie buniek.

Účinnosť regulácie

Regulačné systémy majú rôznu účinnosť a ich schopnosť kompenzovať odchýlky od normálu je vždy zaťažená určitou chybou. Účinnosť možno hodnotiť podľa nasledovných parametrov:

• najvyššia dosiahnutá odchýlka od požadovanej "ideálnej" hodnoty (závisí predovšetkým na rýchlosti nástupu regulačných mechanizmov)
• čas do normalizácie regulovanej veličiny (pri rýchlej normalizácii dôjde často k "prekmitu" napr. z príliš vysokej na príliš nízku hodnotu – vtedy regulácia funguje ako postupný tlmič výkyvov)
• kombinácia oboch parametrov (tzv. plocha pod regulačnou krivkou)

Žiadna regulácia nie je ideálna, najväčší vplyv má hlavne časový faktor – čas od detekcie odchýlky do spustenia príslušných regulačných mechanizmov (krátky pri nervovej regulácii, dlhý pri hormonálnej regulácii).

Zdroje

• KITTNAR, Otomar a kol. Lékařská fyziologie. Praha : Grada, 2011. ISBN 978-80-247-3068-4. (po česky)