L'omeostasi è un termine che deriva dal greco e significa letteralmente "stessa posizione". Mantenerla è la priorità per un organismo, che perciò adotta diversi meccanismi per reagire sia alle variazioni esterne che a quelle interne.
Le prime variazioni sono dovute all’ambiente, le seconde invece spesso dipendono dalle reazioni metaboliche che si verificano all’interno dell’organismo. Un esempio di variazione esterna che può compromettere l’omeostasi può essere un calo o un aumento della temperatura di una stanza. Una variazione interna invece può essere un picco glicemico o un abbassamento repentino della pressione arteriosa. In entrambi i casi l’equilibrio iniziale viene meno e l’organismo deve capire come reagire per compensare.
Se i meccanismi che utilizza per cercare di ripristinare l’equilibrio interno funzionano in poco tempo il corpo torna a uno stato di benessere. Invece se fallisce allora la stabilità iniziale risulta compromessa e l’organismo si ritrova in una condizione di malattia. Dato che l’ambiente non presenta mai le stesse condizioni dell’interno del corpo fra di loro questi due spazi si possono definire in equilibrio dinamico. Gli scambi che avvengono fra l’organismo e l’esterno infatti sono continui. In parte vanno a minare la stabilità di un organismo, ma altri possono ripristinarla, senza che ci sia mai una situazione di immobilità totale.
Regolazione tramite Feedback Negativo
Mantenere l’omeostasi richiede un sistema di reazione per contrastare la variazione dei parametri interni di un organismo. Il più usato nel corpo umano è il feedback negativo, chiamato così perché in risposta a uno stimolo produce una variazione di carattere opposto. La strategia che usa è far sì che ciò avvenga è usare la molecola prodotta da un processo metabolico come inibitore dello stesso meccanismo che la produce.
Un esempio calzante è la regolazione della glicemia nel sangue, mediata dagli ormoni peptidici prodotti dal pancreas endocrino. Quando il contenuto di glucosio nel flusso ematico si alza entra in circolo l’insulina, che ha l’effetto di stimolare l’assorbimento degli zuccheri. Una volta che la glicemia torna ai valori di norma però questo ormone si stacca dai recettori cellulari, spegnendo così il segnale.
Quando invece a compromettere l’omeostasi è un calo del contenuto di glucosio nel sangue allora il pancreas rilascia il glucagone nel flusso sanguigno. L’ormone si lega ai recettori delle cellule del fegato stimolando la degradazione del glicogeno qui immagazzinato in glucosio. Una volta che la glicemia si alza però il pancreas smette di produrre glucagone perché la variazione stimola nuovamente la produzione di insulina.
Un altro esempio di feedback negativo riguarda l’eritropoietina, un ormone prodotto dai reni e che stimola la sintesi dei globuli rossi quando c’è carenza di ossigeno. Una volta che il loro numero nel sangue torna a livelli accettabili anche la saturazione torna normale e il rilascio di eritropoietina si interrompe.
Il Ruolo del Glucosio e degli Ormoni
I glucidi sono gli zuccheri e lo scopo della loro omeostasi (cioè equilibrio) è quello di fornire al tessuto nervoso (cervello), in condizioni di mancato apporto alimentare, la quantità di glucosio sufficiente per il suo funzionamento. Il tessuto nervoso, infatti, per funzionare correttamente, è strettamente glucosio-dipendente. Dopo una notte di digiuno, il glucosio presente nel sangue è utilizzato per la maggior parte dal cervello, in minor misura dai globuli rossi, dall'intestino e dai tessuti sensibili all'insulina (muscolo e tessuto adiposo), che è l'ormone che permette a questi stessi tessuti di usufruire del glucosio e di immagazzinarlo al loro interno.
Il fegato è in grado di immagazzinare glucosio sotto forma di glicogeno (tante molecole di glucosio "impacchettate" tra loro) e di liberarlo sotto forma di glucosio. La produzione di glucosio da parte del fegato, infatti, è regolata da due ormoni, l'insulina ed il glucagone. In carenza di insulina si verifica una liberazione di glucosio dal fegato nel sangue, che comporta aumento della glicemia (iperglicemia) nel sangue stesso. In carenza di glucagone si blocca la dismissione epatica di glucosio con conseguente riduzione dello stesso nel sangue (ipoglicemia).
L'utilizzazione del glucosio da parte di altri organi, chiamata periferica, inoltre, si riflette anch'essa in una riduzione della glicemia; ne consegue una riduzione dell'insulinemia (quantità di insulina in circolo), un aumento della glucagonemia (quantità di glucagone in circolo) ed un riaggiustamento del sistema attraverso un'aumentata dismissione epatica di glucosio.
Accanto ed in equilibrio con il sistema insulina-glucagone, esiste il sistema cosiddetto controregolatore o controinsulare, rappresentato dalle ghiandole ipofisi e surrene. In seguito ad un pasto, il glucosio assorbito dal tratto intestinale provoca un aumento della glicemia. I carboidrati (che sono polisaccaridi, ovvero formati da diversi tipi di zuccheri messi insieme), una volta giunti nell'intestino, vengono ridotti a monosaccaridi, che sono glucosio (80%), fruttosio (15%) e galattosio (5%). Essi vengono poi assorbiti dalle cellule della mucosa intestinale e, da qui, sono trasportati al sangue.
Il passaggio e l'assorbimento energetico degli zuccheri (ma anche di proteine e grassi) attraverso il tratto alimentare, innescano una serie di segnali che permettono l'immagazzinamento delle sostanze nutrienti in vari organi. Contemporaneamente viene stimolata la secrezione di insulina, il principale ormone regolatore della glicemia. L'aumento dei livelli plasmatici di questo ormone determina una diminuzione dei livelli di glucagone, il suo antagonista, e provoca una diminuzione della dismissione epatica di glucosio perché va ad inibire la scissione di glicogeno in glucosio (glicogenolisi) e della sintesi di nuovo glucosio dagli amminoacidi (gluconeogenesi).
Il fegato, che è liberamente permeabile al glucosio, sequestra circa il 50% di glucosio per convertirlo a glicogeno (azione controllata dall'insulina). Il glucosio non sequestrato dal fegato viene distribuito nel muscolo e nel tessuto adiposo.
Omeostasi Cellulare
I meccanismi descritti sopra valgono per il corpo umano, ma nel caso dei microorganismi la cellula coincide con l’individuo stesso. A livello intracellulare tra i parametri da tenere più sotto controllo c’è il pH del citoplasma. Questo parametro infatti influenza le reazioni delle enzimi e la stabilità delle proteine strutturali della cellula. Per regolarlo si ricorre al meccanismo tampone degli ioni H+.
Un altro parametro che deve restare stabile per la corretta omeostasi cellulare è la forza ionica, ossia la concentrazione degli ioni del citoplasma. La definizione più corretta però è “intensità del campo elettrico generato dagli elettroliti disciolti in soluzione”. Nelle cellule agisce su Na+, K+ e tutti gli altri ioni che possono permeare attraverso la membrana plasmatica.
Tra questi però uno dei principali è il calcio (Ca2+) che funziona come messaggero intracellulare per più di un meccanismo: la contrazione dei sarcomeri, il rilascio di neurotrasmettitori e l’apertura e la chiusura di alcuni canali di membrana. Per questo è essenziale che i meccanismi di regolazione di questo ione siano ben efficienti, tra cui ci sono i canali Na+/Ca2+.
Per ripristinare gli equilibri ionici si ricorre agli spostamenti secondo gradiente ovvero il trasporto passivo e la diffusioni facilitata attraverso la membrana. A volte però può essere richiesto di effettuare degli aggiustamenti trasportando molecole tramite il trasporto attivo.
Equilibrio della Temperatura Corporea
Per il corpo umano è fondamentale il mantenimento dell’omeostasi termica, ovvero di una temperatura interna costante (nel nostro caso intorno ai 37° C). Questa infatti influenza la velocità delle reazioni metaboliche, la stabilità della struttura delle molecole proteiche e il loro stato fisico. Per farlo l’evoluzione ha portato allo sviluppo di due meccanismi fisiologici, l’ectotermia e l’endotermia. Il primo si basa sulla regolazione della temperatura corporea tramite l’interazione con l’ambiente ed è tipico dei rettili.
Lucertole e serpenti infatti si espongono al sole per scaldarsi e si spostano all’ombra quando hanno bisogno di rinfrescarsi o se al sole fa troppo caldo. Si chiamano infatti animali a sangue freddo.
Per quanto riguarda invece l’endotermia un esempio concreto sono i mammiferi, che per regolare la temperatura ricorrono invece a reazioni interne al corpo. Questo meccanismo risulta più vantaggioso rispetto all’ectotermia perché consente una regolazione più precisa, ma a sua volta presenta uno svantaggio evidente.
leggi anche:
- Laboratorio Analisi Isola della Scala: Servizi e Orari
- Risonanza Magnetica Prostatica: Diagnosi, Preparazione e Costi
- Risonanza Magnetica Casa della Salute Genova: Prenota Ora
- Esame Emocromocitometrico: Scopri i Valori Normali degli Eritrociti e Cosa Significano per la Tua Salute!
- Colesterolo Totale 270 e HDL 75: Scopri Cosa Significa per la Tua Salute e Come Gestirlo!