هم‌ایستایی

هم‌ایستایی یا هومئوستازی در زیست‌شناسی به معنای حفظ پایداریِ محیط داخلی بدن و ثابت نگه داشتن شرایط فیزیکی و شیمیایی جاندار است.[۱] عملکرد بهینه جاندار در گرو این ویژگی است که متغیرهای زیادی از جمله دما و تعادل مایعات بدن را در محدوده‌ای از پیش تعیین شده نگه می‌دارد(محدوده هومئوستاتیک). پی‌اچِ مایعات برون‌سلولی، غلظت یون‌های سدیم، پتاسیم و کلسیم و سطح قند خون نیز بخشی از این متغیرهاست که پیوسته کنترل می‌شود. جاندار، علی‌رغم تغییرات محیط، نوع رژیم غذایی و مقدار فعالیت بدنی، تعادل متغیرهای بدنش را، هرکدام با یک یا چند سازوکار هومئوستاتیک به‌طوری پایدار حفظ می‌کند که تمام این فرایندهای تنظیمی باهم حیات را تدوام می‌بخشد.
در شرایط بهینه، مقاومت طبیعی در برابر تغییر منجر به هم‌ایستایی میشود[۲] که با سازوکارهای تنظیمی زیادی شرایط را به حد تعادل برمی‌گرداند: به طوری که تصور می‌شود هم‌ایستایی محرک اصلی همه کنش‌های اندامگانی باشد. سازوکارهای کنترلی هومئوستاتیک برای تنظیم متغیرهای ذکر شده همگی از حداقل سه جز وابسته‌ به‌ یکدیگر تشکیل می‌شوند: گیرنده، مرکز کنترل و اثرگذار.[۳] گیرنده حسگری است که بر تغییرات محیط، اعم از بیرونی و درونی نظارت می‌کند و به آن پاسخ می‌دهد که از دو نوع دمایی و مکانیکی تشکیل شده‌اند. مرکز تنفس و سامانه رنین-آنژیوتانسین نیز مثال‌هایی از مراکز کنترل هستند و اثرگذار نیز عاملی فعال برای خنثی کردن تغییرات به‌وجود آمده و برگشت به شرایط نرمال است. اثرگذارها در سطح سلولی شامل گیرنده هسته‌ای هستند که از طریق دو روش فراتنظیمی یا فروتنظیمی تغییراتی در بیان ژن ایجاد می‌کنند و درنتیجه یک سازوکار بازخورد منفی راه می‌اندازند. مثال این فرایند تنظیم نمک صفراوی در کبد است.[۴]

برخی از مراکز مانند سامانه رنین-آنژیوتانسین تعادل چندین متغیر را کنترل می‌کنند. گیرنده‌ها پس از دریافت اثر متحرک با ایجاد پتانسیل عمل و فرستادن آن به سمت مرکز کنترل، واکنش می‌دهند. مرکز کنترل که حدود بالا و پایین مورد قبول برای یک متغیر خاص، مانند دما، را تعیین می‌کند، بازخورد مناسب را تعیین می‌کند و سیگنال‌هایی به اثرگذار می‌فرستد که می‌تواند فعالیت یک یا چند عضله، اندام یا غده را تحت تاثیر قرار بدهد. با اعمال این تغییرات و بازگشت به شرایط عادی، سازوکار بازخورد منفی ایجاد می‌شود و گیرنده بیش‌از این نیازی به ایجاد پتانسیل عمل ایجاد ندارد.[۵]

ریشه‌شناسیویرایش

واژه هومئوستازی (homeostasis) از دو بخش «هومئو-» و «-استاتیس» تشکیل می‌شود که در زبان یونانی homoios به معنای «یکسان» و stasis به معنای «پایدار ماندن» است. از ترکیب این دو بخش واژه هومئوستازی مشتق شده است که مفهوم «پایدار ماندن به‌طوری یکسان» را تبیین می‌کند. فرهنگستان نیز برای معادل فارسی هومئوستازی، واژه هم‌ایستایی را پیشنهاد داده است.

پیشینهویرایش

در سال ۱۸۴۹، کلود برنارد، فیزیولوژیست فرانسوی، مفهوم تعدیل در محیط داخلی بدن را توصیف کرد و در سال ۱۹۲۶ والتر بردفورد کانن واژه هومئوستازی را برای این مفهوم ابداع کرد.[۶][۷] در ۱۹۳۲، جوزف بارکرافت، فیزیولوژیست بریتانیایی، اولین کسی بود که گفت که عملکرد بالاتر مغز مستلزم پایدارترین محیط داخلی است.[۸] بنابراین، برای بارکرافت، هومئوستازی نه تنها توسط مغز سازماندهی می‌شود، بلکه درحقیقت در خدمت مغز است. واژه هومئوستازی یا هم‌ایستایی تقریبا به‌طور منحصری وابسته به حیطه زیست‌شناسی است و اشاره به مفاهیمی دارد که برنارد و کانن پیرامون ثبات محیط داخلی بدن شرح داده‌اند. البته در حیطه تکنولوژی، اصطلاحی به نام سایبرنتیک وجود دارد که به سامانه‌های کنترلی مانند ترموستات گفته می‌شود و عملکردی مانند سازوکار هم‌ایستایی دارند، اما این سامانه‌ها ساختاری معمولی‌تر و کم‌جزئیات‌تر از مشابه زیست‌شناسی آنها هستند.[۵][۹][۱۰][۱۱]


بررسی اجمالیویرایش

روند صحیح سوخت‌وساز تمام موجودات زنده به محیط‌هایی با شرایط فیزیکی و شیمیایی بسیار مخصوص وابسته است. این شرایط بسته به نوع موجود زنده یا محل انجام واکنش متفاوت است. معروف‌ترین سازوکار هومئوستاتیک شناخته شده در انسان و سایر پستانداران تنظیم‌کننده‌هایی هستند که با تنظیم دما، پی‌اچ،مولالیته و همچنین کنترل غلظت‌های سدیم، پتاسیم، گلوکز، کربن دی‌اکسید و اکسیژن، پیکربندی مایعات برون‌سلولی (یا «محیط داخلی») را پایدار نگه می‌دارند. جدا از این، سازوکارهای فراوان دیگری نیز در سرتاسر بدن انسان یافت می‌شود که متغیرهای دیگری را کنترل می‌کنند. در گفتار علمی اگر مقدار این متغیرها به بالاتر یا پایین‌تر از محدوده مناسب آن برسد، از پیش‌وند‌ «-hyper» برای بالاتر و «-hypo» برای پایین‌تر استفاده می‌شود. برای مثال اصطلاحات «hyperthermia» و «hypothermia» به ترتیب اشاره به گرمازدگی و سرمازدگی و «hypertension» و «hypotension» اشاره به فشار خون بالا و فشار خون پایین دارد.

 
چرخه تغییرات دمای بدن انسان، حدود ۳۷.۵ درجه در بین ساعت‌های ۱۰ صبح تا ۶ عصر و ۳۶.۵ درجه بین ساعت‌های ۲ نیمه شب تا ۶ صبح.

لزوما، مقدار لازم و مناسب یک متغیر برای تندرستی بدن همیشه ثابت نیست. برای مثال می توان به هیپوتالاموس که غده‌ای در مغز است اشاره کرد. هیپوتالاموس یکی از وظایفش تنظیم دمای بدن است که برای این‌کار اول باید نقطه تنظیم را از پیش مشخص کرده باشد؛[۱۲] اما بدن انسان مقتضی به شرایط مختلف، دمای مناسب مورد نیازش هم تغییر میکند؛ بنابراین نقاط تنطیم هم باید پیوسته بازنشانی شوند.[۱۳] یکی از این شرایط چرخه طبیعی شبانه‌روزی است که تنظیم دمای بدن طی آن تفاوت می‌کند؛ به‌طوری که پایین‌ترین دمای بدن مربوط به شب و بالاترین دما مربوط به بعدازظهر است. هنگام چرخه قاعدگی نیز نقاط تنظیم دما به طور طبیعی تغییر می‌کند.[۱۴][۱۵] در شرایط غیر طبیعی هم امکان تغییر این روند وجود دارد؛ مثلا به هنگام بیماری‌ها که تنظیم‌کننده‌های دما نقاط تنظیم را برای ایجاد تب بازنشانی می‌کنند.[۱۲][۱۶][۱۷] درمجموع می‌توان گفت که موجودات زنده در شرایط مختلف، ازجمله تغییرات دمایی یا تغییر سطح اکسیژن در ارتفاع، قادر به استفاده از روش‌هایی موسوم به هم‌هوایی هستند- یعنی با شرایط زیست‌محیطی معین سازش پیدا می‌کنند.

هم‌ایستایی همه فعالیت‌های بدن را کنترل نمی‌کند.[۱۸][۱۹] برای مثال سیگنال‌هایی که حسگر به اثرگذار ارسال می‌کند (نورونی یا هورمونی) بسته به جهت و یا مقدار بزرگی خطای تشخیص‌داده شده، تفاوت‌هایی دارد.[۲۰][۲۱][۲۲] به‌طور مشابهی، بازخورد اثرگذار هم باید قابل تنظیم باشد- یعنی بازخوردی درخور و درخلاف جهت خطایی که محیط داخلی را تهدید کرده‌است، ایجاد کند.[۱۰][۱۱] برای مثال فشار خون سرخرگی در پستانداران با این روش اندازه‌گیری و کنترل می‌شود. گیرنده‌های ارتجاعی در قوس آئورت و سینوس کاروتید در ابتدای سرخرگ کاروتید درونی با ارسال اطلاعات از طریق اعصاب حسی به بصل النخاع، افزایش یا کاهش فشار خون را اطلاع‌رسانی می‌کنند.[۱۲] سپس بصل النخاع از طریق نورون‌های حرکتی دستگاه عصبی خودمختار پیام‌هایی را به اندام‌‌های اثرگذار مختلفی می‌فرستد تا در عملکردشان تغییراتی ایجاد کنند و خطای ایجاد شده در فشار خون برطرف شود. یکی از این اندام‌های اثرگذار قلب است که هنگام افت فشار با تندتپشی (تاکی‌کاردی) و هنگام افزایش فشار با کندتپشی (برادی‌کاردی) سرعت ضربان‌هایش را تغییر می‌دهد.[۱۲] بنابراین برای ضربان قلب در بدن حسگری وجود ندارد و به‌صورت هومئوستاتیک کنترل نمی‌شود اما با این‌حال یکی‌از بازخوردهای اثرگذار در بالا و پایین شدن فشار خون سرخرگی است.

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. Gordon., Betts, J. Anatomy and physiology. DeSaix, Peter., Johnson, Eddie., Johnson, Jody E., Korol, Oksana., Kruse, Dean H., Poe, Brandon. Houston, Texas. p. 9. ISBN 9781947172043. OCLC 1001472383.
  2. Martin, Elizabeth (2008). A dictionary of biology (6th ed.). Oxford: Oxford University Press. pp. 315–316. ISBN 978-0-19-920462-5.
  3. Biology Online (27 October 2019). "Homeostasis". Biology Online. Archived from the original on 12 August 2020. Retrieved 27 October 2019.
  4. Kalaany, NY; Mangelsdorf, DJ (2006). "LXRS and FXR: the yin and yang of cholesterol and fat metabolism". Annual Review of Physiology. 68: 159–91. doi:10.1146/annurev.physiol.68.033104.152158. PMID 16460270.
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ Marieb EN, Hoehn KN (2009). Essentials of Human Anatomy & Physiology (9th ed.). San Francisco: Pearson/Benjamin Cummings. ISBN 978-0321513427.
  6. Cannon, W.B. (1932). The Wisdom of the Body. New York: W. W. Norton. pp. 177–201.
  7. Cannon, W. B. (1926). "Physiological regulation of normal states: some tentative postulates concerning biological homeostatics". In A. Pettit (ed.). A Charles Riches amis, ses collègues, ses élèves (به فرانسوی). Paris: Les Éditions Médicales. p. 91.
  8. Smith, Gerard P. (2008). "Unacknowledged contributions of Pavlov and Barcroft to Cannon's theory of homeostasis". Appetite (به انگلیسی). 51 (3): 428–432. doi:10.1016/j.appet.2008.07.003. PMID 18675307. S2CID 43088475.
  9. Riggs, D.S. (1970). Control theory and physiological feedback mechanisms. Baltimore: Williams & Wilkins.
  10. ۱۰٫۰ ۱۰٫۱ Hall, John (2011). Guyton and Hall textbook of medical physiology (12th ed.). Philadelphia, Pa.: Saunders/bich er. pp. 4–9. ISBN 9781416045748.
  11. ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ Milsum, J.H. (1966). Biological control systems analysis. New York: McGraw-Hill.
  12. ۱۲٫۰ ۱۲٫۱ ۱۲٫۲ ۱۲٫۳ Tortora, Gerard J.; Anagnostakos, Nicholas P. (1987). Principles of Anatomy and Physiology (Fifth ed.). New York: Harper & Row, Publishers. pp. 315–316, 475, 657–658. ISBN 978-0-06-350729-6.
  13. Khan Academy. "Homeostasis". Khan Academy. Archived from the original on 20 October 2019. Retrieved 13 July 2018.
  14. Swedan, Nadya Gabriele (2001). Women's Sports Medicine and Rehabilitation. Lippincott Williams & Wilkins. p. 149. ISBN 978-0-8342-1731-7. Archived from the original on 10 May 2020. Retrieved 11 October 2019.
  15. Weschler, Toni (2002). Taking Charge of Your Fertility. New York: HarperCollins. pp. 52, 316, 361–362. ISBN 978-0-06-093764-5.
  16. Kluge, Matthew J. (2015). Fever: Its Biology, Evolution, and Function. Princeton University Press. p. 57. ISBN 9781400869831.
  17. Garmel, Gus M. (2012). "Fever in adults". In Mahadevan, S.V.; Garmel, Gus M. (eds.). An introduction to clinical emergency medicine (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. p. 375. ISBN 978-0521747769. Archived from the original on 30 December 2019. Retrieved 11 October 2019.
  18. West, Bruce J (2006). Where Medicine Went Wrong: Rediscovering the Path to Complexity. Studies of Nonlinear Phenomena in Life Science. Vol. 11. New Jersey: World Scientific. doi:10.1142/6175. ISBN 978-981-256-883-0. Archived from the original on 6 March 2022. Retrieved 23 January 2019.
  19. Longo, Giuseppe; Montévil, Maël (2014). Perspectives on Organisms. Lecture Notes in Morphogenesis. Springer. doi:10.1007/978-3-642-35938-5. ISBN 978-3-642-35937-8. S2CID 27653540.
  20. Shannon, Claude E.; Weaver, Warren (1963). The mathematical theory of communication (4. print. ed.). Urbana: University of Illinois Press. ISBN 978-0252725487.
  21. Rucker, R. (1987). Mind tools: the mathematics of information. Harmondsworth: Penguin Books. pp. 25–30.
  22. Koeslag, Johan H.; Saunders, Peter T.; Wessels, Jabus A. (1999). "The chromogranins and counter-regulatory hormones: do they make homeostatic sense?". Journal of Physiology. 517 (3): 643–649. doi:10.1111/j.1469-7793.1999.0643s.x. PMC 2269385. PMID 10358106.