Kas ir homeostāze un kā tā darbojas?

Jebkuru homeostātisku mehānismu var izjaukt trijās daļās, un šī shēma darbojas gan temperatūrai, gan glikozei, gan asinsspiedienam.

Sensors uztver pašreizējo vērtību. Vadības centrs to salīdzina ar iestatīto vērtību un aprēķina starpību. Izpildorgāns darbojas tā, lai starpību samazinātu. Kad vērtība atgriežas normā, signāls izpildorgānam vājinās, un tā ir negatīvā atgriezeniskā saite.

Praktiski noderīga ir doma, ka katrā no šīm trim vietām var rasties traucējums. Vadības centrs var būt bojāts, kā tas notiek hipotalāma slimībās; izpildorgāns var nespēt izpildīt komandu, kā nieru mazspējas gadījumā; un signāls var nesasniegt adresātu, kā insulīna rezistences gadījumā, kad hormons ir, bet audi uz to reaģē vāji.

1. Sensors nolasa pašreizējo vērtību, piemēram, asins temperatūru.
2. Signāls nonāk vadības centrā, biežāk hipotalāmā, smadzeņu stumbrā vai pašā dziedzerī.
3. Vadības centrs salīdzina nolasīto vērtību ar iestatīto.
4. Ja ir novirze, tiek nosūtīta komanda ar nerviem vai hormoniem.
5. Izpildorgāns maina savu darbību pretējā virzienā novirzei.
6. Vērtība atgriežas normā, signāls vājinās, korekcija apstājas.

Regulēto lielumu ir daudz, bet vairāki no tiem ir tik svarīgi, ka to novirzes ātri kļūst dzīvībai bīstamas. Tabulā apkopoti biežāk minētie.

Ievērības cienīga ir šo sistēmu savstarpējā saistība. Nieres vienlaikus piedalās asinsspiediena, ūdens, nātrija, kālija, skābju un sārmu līdzsvara un kalcija regulēšanā, tāpēc nieru darbības pasliktināšanās izjauc vairākus lokus reizē, nevis vienu.

Lielākā daļa organisma regulēšanas ir negatīvā atgriezeniskā saite, jo tā nodrošina stabilitāti. Jo lielāka novirze, jo spēcīgāka pretdarbība, un sistēma pati sevi atgriež normā.

Pozitīvā atgriezeniskā saite darbojas pretēji: rezultāts pastiprina pats savu cēloni. Organismā tā ir reta un sastopama tur, kur process jāpabeidz ātri un pilnībā. Tipiski piemēri ir dzemdības, kur galviņas spiediens uz dzemdes kaklu rosina oksitocīna izdali un vēl spēcīgākas kontrakcijas, asins recēšana, kur katrs recēšanas faktors aktivē nākamo, un nerva darbības potenciāls.

Kopīgais šiem piemēriem ir tas, ka pozitīvajai saitei vienmēr ir skaidrs beigu punkts. Bez tā sistēma aizietu izbēgšanā, un tieši tas notiek dažos patoloģiskos stāvokļos, piemēram, smagā šokā, kad asinsspiediena krišanās pasliktina sirds asinsapgādi un tā vēl vairāk pazemina spiedienu.

Neviena reāla regulēšanas sistēma neuztur vērtību nemainīgu; tā to tur šaurā koridorā. Tas notiek tāpēc, ka starp novirzes noteikšanu un korekcijas iedarbību vienmēr paiet laiks, un korekcija parasti mazliet pārsniedz vajadzīgo. Rezultātā vērtība svārstās ap iestatīto punktu.

Turklāt daudzām vērtībām iestatītais punkts pats mainās diennakts laikā. Ķermeņa temperatūra vakarā ir nedaudz augstāka nekā agri no rīta, kortizola līmenis no rīta ir augstāks, un asinsspiediens naktī parasti pazeminās. Tāpēc vienas analīzes rezultāts bez konteksta pasaka mazāk, nekā šķiet.

Normas robežas, kas norādītas analīžu lapā, ir iegūtas, mērot lielu cilvēku grupu, un tās apraksta populāciju, nevis konkrēto cilvēku. Viena cilvēka ierastais līmenis var atrasties vienā normas malā, un neliela novirze viņam nozīmē vairāk nekā citam. Tieši tāpēc rezultātus interpretē ārsts kopā ar sūdzībām un iepriekšējiem mērījumiem.

Klasiskā homeostāzes shēma ir reaģējoša: vispirms novirze, tad korekcija. Organisms tomēr bieži rīkojas pirms novirzes rašanās, izmantojot informāciju par to, kas tūlīt notiks.

Piemēri ir ikdienišķi. Sirdsdarbība un elpošana paātrinās jau pirms slodzes sākuma, tikai domājot par to. Siekalu un kuņģa sulas izdale sākas, ieraugot un saožot ēdienu, pirms pirmā kumosa. Šo priekšlaicīgo regulēšanu sauc par paredzošo jeb uz priekšu vērsto vadību.

Plašāko jēdzienu par organisma spēju mainīt pašas iestatītās vērtības atkarībā no prasībām sauc par allostāzi. Ilgstoša šādas pārkārtošanās slodze, ko dēvē par allostātisko slodzi, tiek saistīta ar hroniska stresa ietekmi uz asinsspiedienu, vielmaiņu un imunitāti. Šī pieeja skaidro, kāpēc ilgstošs stress bojā veselību pat tad, ja katrs atsevišķais mērījums vēl ir normas robežās.

Regulēšanas precizitāte un rezerve nav vienāda visu mūžu. Jaundzimušajam ķermeņa virsma attiecībā pret masu ir liela, svīšanas un drebuļu mehānismi vēl nav nobrieduši, un siltumu palīdz ražot īpaši brūnie taukaudi. Tāpēc mazuļi ātri atdziest un ātri pārkarst.

Bērnībā un pusaudža gados regulēšana ir visprecīzākā, un rezerve ir vislielākā. Tieši tāpēc jauns cilvēks izturīgāk pacieš karstumu, šķidruma zudumu un slodzi.

Vecumā mainās vairākas lietas vienlaikus: vājinās slāpju sajūta, samazinās sviedru dziedzeru veiktspēja, nieres sliktāk koncentrē urīnu, un asinsvadu reakcija uz stājas maiņu kļūst lēnāka. Tāpēc gados vecākiem cilvēkiem karstuma vilnis un caureja ir daudz nopietnāki draudi nekā jaunam cilvēkam, un tāpēc reibonis, pieceļoties kājās, vecumā kļūst biežāks.

• Zīdaiņi: liela ķermeņa virsma, nenobriedusi termoregulācija, straujš šķidruma zudums slimības laikā.
• Bērni: liela rezerve, bet ātrāka dehidratācija vemšanas vai caurejas gadījumā nekā pieaugušajiem.
• Pieaugušie: vislielākā regulēšanas rezerve, slēptas novirzes var ilgi nemanīt.
• Gados vecāki cilvēki: vājāka slāpju sajūta, lēnāka asinsspiediena pielāgošanās, lielāks pārkaršanas risks.

Slimība lielā mērā ir homeostāzes traucējums. Cukura diabēts ir glikozes regulēšanas sabrukums, sirds mazspēja ir asinsrites regulēšanas sabrukums, nieru mazspēja ir ūdens, sāļu un skābju līdzsvara regulēšanas sabrukums.

Dažas novirzes ir neatliekamas. Smags šķidruma zudums, karstuma dūriens, hipotermija, strauja nātrija līmeņa maiņa un smaga acidoze prasa tūlītēju ārstēšanu, jo organisma pašregulācija vairs netiek galā.

Ir simptomi, pēc kuriem jāsauc ātrā palīdzība, negaidot: apjukums vai samaņas zudums, krampji, ļoti augsta ķermeņa temperatūra kopā ar sausu, karstu ādu, neapturama vemšana vai caureja maziem bērniem un gados vecākiem cilvēkiem, kā arī pēkšņa aizdusa. Vieglākos gadījumos pirmais solis ir ģimenes ārsts, kurš vajadzības gadījumā nosūta pie endokrinologa, nefrologa vai kardiologa.

Pirmais pārpratums ir uzskats, ka homeostāze nozīmē līdzsvaru. Fizikālā līdzsvarā sistēma nonāk pati no sevis un enerģiju vairs nepatērē; homeostāze turpretī ir stāvoklis, kas jāuztur ar pastāvīgu darbu. Mirušā organismā ķīmiskais līdzsvars iestājas ļoti ātri.

Otrais ir jaukšana ar pielāgošanos. Pielāgošanās ir ilgstoša pārkārtošanās, piemēram, sarkano asins šūnu skaita palielināšanās, dzīvojot kalnos. Homeostāze darbojas minūtēs un stundās, pielāgošanās dienās un nedēļās.

Trešais ir tirgū izplatītais apgalvojums, ka organismam vajadzīga īpaša „attīrīšana" vai „līdzsvara atjaunošana". Veselam cilvēkam aknas, nieres, plaušas un zarnas šo darbu veic nepārtraukti un bez palīglīdzekļiem. Ja šie orgāni ir bojāti, palīdz ārstēšana, nevis uztura bagātinātāji.