L’omeostasi è la tendenza naturale al mantenimento di un relativo stato di equilibrio interno delle proprietà chimico-fisiche di un qualsiasi organismo vivente. I meccanismi omeostatici nella fisiologia umana sono necessari per il mantenimento della vita perché permettono di mantenere alcuni parametri dell’organismo entro limiti accettabili anche al variare delle condizioni esterne, attraverso precisi meccanismi autoregolatori. Il sistema omeostatico si basa su quattro principali componenti, che assieme prendono il nome di meccanismo a feedback, cioè retroazione o anche reazione o risposta. I quattro componenti sono tutti necessari, in quanto il loro lavoro è sinergico e dipende dalla collaborazione e dal corretto funzionamento di tutti loro, che sono:

• stimolo: è il cambiamento nell’equilibrio dell’organismo. Ad esempio il picco glicemico che si verifica dopo un pasto, o l’abbassamento della temperatura corporea quando l’organismo è esposto al freddo, o la diminuzione della tensione di ossigeno nel sangue;
• recettore: ha il compito di percepire le condizioni esterne e interne, ad esempio la temperatura, la pressione arteriosa, la concentrazione di una data molecola nel sangue;
• centro di controllo: riceve l’informazione dal recettore, confronta tale valore con quello ottimale e decide come comportarsi, mettendo in funzione sistemi per aumentare lo specifico valore se è troppo basso o per abbassarlo se troppo alto. Il sistema nervoso, nella sua interezza, è il livello più elevato di controllo sull’omeostasi;
• effettore: esegue quello che gli viene ordinato dal centro di controllo. Una ghiandola endocrina è un esempio di effettore, che rilascia ormoni specifici in risposta all’ordine ricevuto dal centro di controllo.

In generale tutti gli ormoni del corpo sono splendidi esempi, con i rispettivi assi ormonali, di meccanismi a feedback che si autoregolano, come l’asse ipotalamo-ipofisi-gonadi in cui l’aumento di testosterone va a diminuire gli ormoni a monte che ne determinano il rilascio:

Per approfondire, leggi anche:

• Asse ipotalamo-ipofisario: fisiologia e ormoni rilasciati
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• Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide: funzionamento ed ormoni rilasciati
• Cos’è una ghiandola endocrina? A che servono gli ormoni ed il sistema endocrino?

Feedback positivo e negativo

Esistono due diversi meccanismi per regolare l’omeostasi:

• feedback negativo;
• feedback positivo.

Feedback negativo

Il feedback negativo è il sistema di retroazione principale di tutta l’omeostasi e consente di produrre un cambiamento opposto allo stimolo iniziale, facendo sì che il prodotto finale di un processo inibisca il processo stesso, ciò significa che all’aumentare dello stimolo iniziale, il prodotto finale tende a diminuire (i due fattori sono inversamente proporzionali). La retroazione negativa è il feedback più diffuso nel nostro corpo perché permette, ad un valore che sta troppo alzandosi od abbassandosi, di tornare a livelli medi e normali. Questa regola vale non solo nel corpo umano, ma anche nei circuiti elettrici.

Si parla di feedback negativo o retroazione negativa o negative feedback quando in un sistema il segnale di uscita retroagisce sottraendosi parzialmente al segnale di ingresso e contrastando gli effetti di quest’ultimo.

Esempio di feedback negativo

Per capire il funzionamento di un feedback negativo, prendiamo come esempio l’eritropoietina o EPO, un ormone glicoproteico prodotto negli esseri umani principalmente dai reni, che ha come funzione principale la regolazione della produzione dei globuli rossi da parte del midollo osseo (chiamata “eritropoiesi”). L’eritropoietina è importante per mantenere l’omeostasi del sangue, basti pensare che nei pazienti con insufficienza renale cronica la produzione di eritropoietina si riduce andando a determinare la frequente anemia di questi soggetti.

1. nel corpo si verifica ipossia (riduzione della tensione di O2);
2. le cellule endoteliali dei capillari peritubulari della midollare del rene, rilevano la riduzione della tensione di O2;
3. esse inducono i fibroblasti peritubulari a produrre e rilasciare l’ormone EPO nel circolo sistemico;
4. l’ormone EPO che va ad agire a livello del midollo osseo emopoietico stimolando le cellule progenitrici eritroidi CFU-E, riducendone l’apoptosi e aumentandone la frequenza mitotica, ossia un più veloce differenziamento a proeritroblasto;
5. il risultato finale della stimolazione dell’EPO sul midollo osseo è un aumento della disponibilità di eritrociti e di emoglobina;
6. il numero maggiore di eritrociti possono veicolare più ossigeno aumentando la tensione di O2 circolante e risolvendo l’ipossia iniziale.

Nel momento in cui la tensione di O2 torna normale, il meccanismo di feedback negativo determina una riduzione nel rilascio renale di eritropoieina. Un altro esempio di feedback negativo è la secrezione di insulina (che viene rilasciata fintanto che la glicemia è elevata, ad esempio dopo un pasto, per poi non essere più secreta quando la concentrazione di glucosio nel sangue torna normale), o ancora la secrezione di glucagone (ormone che viene rilasciato fintanto che la glicemia è inferiore al normale per poi non essere più secreto quando la concentrazione di glucosio torna normale).

Un esempio di feedback negativo è il mantenimento di una temperatura corporea costante. Ad esempio:

1. quando il corpo si surriscalda, tipicamente durante l’attività fisica intensa, inizia la sudorazione;
2. più aumenta la temperatura corporea e più aumenta la sudorazione;
3. più aumenta la sudorazione e maggiormente la temperatura corporea si abbassa;
4. più la temperatura corporea si abbassa e più diminuisce la sudorazione.

Quando la temperatura del corpo torna a livelli normali, il circolo vizioso si interrompe e la sudorazione cessa: se ciò non avvenisse, un corpo surriscaldato rischierebbe la disidratazione.

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• Omeostasi in biologia e fisiologia: significato ed esempi
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Feedback positivo

Il feedback positivo è il contrario del negativo poiché consente di accelerare o intensificare un processo in seguito agli stimoli ricevuti, ciò significa che all’aumentare dello stimolo iniziale, il prodotto finale tende ad aumentare (come in un “circolo vizioso”: i due fattori sono direttamente proporzionali). E’ meno diffuso del feedback negativo. Come intuibile, qualsiasi circuito a feedback positivo è potenzialmente mortale se non interrotto da un qualche segnale, dal momento che è un circolo vizioso che porta virtualmente qualsiasi situazione fisiologica a livelli estremi e patologici; fortunatamente i feedback dell’organismo hanno la capacità di autoregolarsi. La regola del feedback positivo vale non solo nel corpo umano, ma anche nei circuiti elettrici.

Si parla di feedback positivo o retroazione positiva o positive feedback quando in un sistema il segnale di uscita retroagisce aumentandosi parzialmente al segnale di ingresso ed aumentando gli effetti di quest’ultimo.

Esempio di feedback positivo

Un esempio tipico di circuito a feedback positivo del nostro organismo riguarda il controllo ormonale delle contrazioni uterine durante il parto (vedi immagine in alto):

1. il feto è pronto per essere partorito e si dispone in basso nell’utero;
2. il feto esercita pressione sulla cervice per l’apertura dell’utero;
3. ciò provoca il rilascio dell’ormone ossitocina che fa contrarre l’utero;
4. ciò spinge la testa del feto ancora più forte contro la cervice, stirandola;
5. più la cervice viene stirata, più l’ossitocina viene rilasciata.

Quest’ultimo passaggio è il feedback positivo perché all’aumentare della distensione della cervice, aumenta il rilascio di ossitocina che a sua volta distende ancor di più la cervice. Il ciclo continua finché avviene il parto (fattore esterno): solo così lo stiramento della cervice viene meno e termina il circuito a retroazione positiva. Come intuibile, qualsiasi circuito a feedback positivo è potenzialmente mortale se non interrotto da un qualche segnale, dal momento che è un circolo vizioso che porta virtualmente qualsiasi situazione fisiologica a livelli estremi e patologici. Fortunatamente i feedback dell’organismo hanno la capacità di autoregolarsi: ad esempio quando il corpo si surriscalda, tipicamente durante l’attività fisica intensa, inizia la sudorazione. Più aumenta la temperatura corporea e più aumenta la sudorazione (feedback positivo), ma al contempo più aumenta la sudorazione e maggiormente la temperatura corporea si abbassa. Quando la temperatura del corpo torna a livelli normali, la sudorazione cessa tramite feedback negativo: se ciò non avvenisse, il corpo rischierebbe la disidratazione.

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Dott. Emilio Alessio Loiacono
Medico Chirurgo
Direttore dello Staff di Medicina OnLine

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