Omeostasi in biologia e fisiologia: significato ed esempi

Il termine “omeostasi” (pronuncia “omeòstasi” con l’accento sulla seconda o) deriva da due parole greche ὅμοιος e στάσις che significano “posizione uguale”) 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. Ad esempio l’omeostasi permette di mantenere la temperatura corporea sempre a livelli ottimali di circa 36°C, anche se la temperatura ambientale è molto più bassa (entro certi limiti).

Omeostasi in psicologia, fisica e biochimica

Il termine omeostasi viene anche usato in campo psicologico per indicare il mantenimento di un equilibrio comportamentale, quello che si può sintetizzare con “in medio stat virtus“, locuzione latina che invita a ricercare l’equilibrio in tutte le cose, che si pone sempre tra due estremi, pertanto al di fuori di ogni esagerazione. In fisica, invece, l’omeostasi permette di regolare vari parametri quali temperatura o energia. Di solito questo termine viene usato in biochimica, per indicare l’equilibrio di una composizione chimica ottimale tra liquidi diversi e separati da membrane, ad esempio le membrane cellulari. Un esempio classico è la separazione tra plasma sanguigno, liquido interstiziale e liquido intracellulare.

Meccanismi di omeostasi nel corpo umano

I meccanismi omeostatici nella fisiologia umana sono vari ed agiscono a livello delle cellule, dei tessuti e degli organi e riguardano diversi parametri:

  • la temperatura corporea;
  • il pH del sangue;
  • il battito cardiaco;
  • la pressione sanguigna;
  • la respirazione;
  • la concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia).

I sistemi che consentono l’omeostasi sono numerosissimi ed alcuni si basano su complesse interazioni tra varie molecole e/o parametri fisici/chimici. Alcuni sistemi sono ben evidenti anche dall’esterno, per esempio pensate alla funzione di “climatizzazione” del naso che riscalda l’aria inspirata: indipendentemente dalla temperatura dell’aria respirata, dopo avere attraversato il naso, essa ha una temperatura che oscilla tra i 31-34°C.

Per approfondire i vari meccanismi, leggi:

Feedback: come funziona?

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:

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Per approfondire, leggi anche:

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). E’ il feedback più diffuso nel nostro corpo. Per approfondire, leggi anche: Feedback negativo ed omeostasi: spiegazione ed esempi

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: 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, il circolo vizioso si interrompe e la sudorazione cessa: se ciò non avvenisse, il corpo rischierebbe la disidratazione. Per approfondire, leggi anche: Feedback positivo ed omeostasi: spiegazione ed esempi

Organi che mantengono l’omeostasi

La regione cerebrale più importante per il mantenimento dell’omeostasi è l’ipotalamo (in sinergia con l’ipofisi) che a sua volta agisce tramite il sistema endocrino, il sistema nervoso autonomo e il sistema motivazionale. L’ipotalamo svolge una duplice funzione:

  • una funzione di controllo del sistema endocrino;
  • una funzione di controllo del sistema nervoso autonomo (attraverso il quale modifica la motilità viscerale, i riflessi, il ritmo sonno-veglia, il bilancio idrosalino, il mantenimento della temperatura corporea, l’appetito e l’espressione degli stati emotivi).

Per approfondire leggi:

Altri organi coinvolti nel mantenimento dell’omeostasi sono il fegato (ad esempio con insulina e glucagone che mantengono normale la glicemia) ed i reni (ad esempio con la secrezione di eritropoietina, che regola la produzione dei globuli rossi) ma, nei fatti, ogni cellula, tessuto ed apparato dell’organismo, dal linfatico all’ormonale, ha delle funzioni che contribuiscono, direttamente o indirettamente, al mantenimento dell’omeostasi che, ripetiamo, è necessaria per la sopravvivenza stessa dell’organismo vivente. Persino i piccoli peli sulla cute, apparentemente “inutili”, contribuiscono a mantenere l’omeostasi del corpo: quando fa freddo si rizzano e ciò, grazie alla contrazione del muscolo erettore del pelo, determina – come qualsiasi attività fisica in cui i muscoli sono attivati – un maggior consumo calorico ed un conseguente aumento di temperatura corporea.

Per approfondire, leggi: Perché viene la pelle d’oca? A che serve?

Alterata omeostasi

Problemi nel mantenimento dell’omeostasi possono portare a una condizione di squilibrio omeostatico, legato a diverse malattie come il diabete, l’ipoglicemia, l’iperglicemia, la gotta, l’anemia da carenza di eritropoietina nel nefropatico, l’ipertensione arteriosa e la disidratazione. Anche l’invecchiamento è causa di squilibrio omeostatico.

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