Omeostasi
Che cos'è l'omeostasi?
Il termine "omeostasi" indica un concetto fondamentale per comprendere il significato dei complessi processi che caratterizzano gli esseri viventi.
La definizione di Omeostasi si rifà ai concetti espressi da Walter Cannon, che osservò come gli organismi fossero delle entità che mettono in campo una enorme quantità di meccanismi e processi biologici atti a far sì che il proprio ambiente interno mantenga tutte le sue variabili all'interno di un ristretto range che rappresenta il confine entro cui la vita è possibile.
L'origine della parola, omeostasi, deriva del greco e significa letteralmente "stessa posizione": alla luce di quanto detto diventa evidente che l'omeostasi è la tendenza degli esseri viventi a mantenere costanti, al proprio interno, i parametri di quelle variabili necessarie alla sopravvivenza.
Un esempio non esaustivo di tali variabili è rappresentato dalla temperatura, il pH e il volume dei fluidi corporei, come il plasma o il liquido interstiziale.
L'omeostasi è la tendenza dell'organismo a mantenere costanti i livelli di tutte le variabili che influiscono sul mantenimento delle condizioni vitali.
Tutti gli organismi sono entità in equilibrio dinamico con l'ambiente esterno, nel quale non sussistono le medesime condizioni che caratterizzano l'interno del corpo. Inoltre, tra l'ambiente esterno e quello interno avvengono continuamente degli scambi che, da un lato, hanno l'effetto di minare l'equilibrio omeostatico e dall'altro ne consentono il ripristino mediante aggiustamenti continui in risposta alle variazioni esogene ed endogene.
Il mantenimento dell'omeostasi è necessario e fondamentale tanto a livello cellulare che a livello di organismo e rappresenta una priorità per ogni essere vivente, dai batteri ai vertebrati più evoluti. Tutte le malattie non infettive sono infatti determinate dalla perdita di omeostasi rispetto ad un particolare parametro, sia esso chimico, fisico o meccanico.
Meccanismi di regolazione dell'omeostasi: il feedback
Perché si riesca a mantenere il giusto equilibrio dei parametri vitali, occorre che l'organismo predisponga dei meccanismi in grado di rilevare i cambiamenti e operare delle risposte per ripristinare l'equilibrio. Molti elementi sottoposti ad omeostasi sono regolati attraverso meccanismi a feedback, in cui partecipano tre attori: il recettore, il centro di controllo e l'effettore.
Per comprendere meglio questo passaggio facciamo riferimento ad uno ione molto importante, il calcio, che deve essere presente in determinate concentrazioni nell'ambiente cellulare.
Il recettore è una molecola o un gruppo di molecole in grado di percepire la presenza di un dato elemento: sulle paratiroidi sono presenti recettori per il calcio, che si attivano in caso di eccessiva o ridotta concentrazione dello ione nel sangue.
Nel caso in cui lo ione sia in eccesso, l'attivazione dei recettori sulle cellule parafollicolari rilasciano un ormone che stimola ossa e reni ad attivarsi per assorbire calcio dal sangue e ridurne la concentrazione.
Nel caso in cui il calcio fosse in difetto, invece, si attivano i recettori di altre cellule delle paratiroidi, le cellule principali, che rilasciano un altro ormone dall'effetto opposto.
Attraverso questi due tipi di feedback (negativo e positivo) l'omeostasi della calcemia viene mantenuta costantemente.
Omeostasi termica
Uno dei parametri più noti tra quelli sottoposti a regolazione omeostatica è quello della temperatura.
La temperatura infatti influenza la velocità delle reazioni, lo stato fisico delle molecole e l'integrità strutturale di composti complessi come le proteine. Per mantenere l'omeostasi termica i vari organismi hanno sviluppato due diverse strategie:
- gli ectotermi interagiscono direttamente con l'ambiente regolando la propria temperatura attraverso i comportamenti (una lucertola si espone al sole per riscaldarsi o si rifugia sotto una pietra per difendersi dal surriscaldamento durante il giorno);
- gli endotermi, invece, utilizzano meccanismi endogeni per produrre, conservare o disperdere calore, che se da un lato consentono una regolazione più fine ed efficace della temperatura, dall'altro hanno un costo energetico molto importante e richiedono un apporto di cibo giornaliero più elevato a parità di peso.
Negli organismi endotermi, anche il rapporto superficie/volume diventa molto importante: all'aumentare di questo rapporto, infatti, la dispersione di calore si velocizza.
Questo fenomeno è stato determinante per l'evoluzione, che ha selezionato organismi dalle forme più snelle e affusolate nelle regioni a clima tropicale e più robusti e tozzi nelle regioni a clima subpolare. Allo stesso modo, nelle regioni fredde sono favoriti organismi di dimensioni più grandi rispetto a quelli evolutisi nelle regioni calde.
Omeostasi intracellulare e extracellulare
Se per gli organismi unicellulari non c'è differenza, perché la cellula rappresenta l'intero organismo, negli organismi pluricellulari esistono meccanismi ad ampio respiro, tesi a regolare l'omeostasi di tutto l'organismo, come nel caso della temperatura corporea, e meccanismi che avvengono su scala più fine, a livello delle singole cellule.
Tra l'ambiente interno di ognuna di esse e lo spazio interstiziale, infatti, avvengono continuamente scambi che, da una parte, modificano le concentrazioni cellulari dei vari elementi e dall'altro lavorano per ristabilirli.
Gli equilibri possono essere ripristinati attraverso spostamenti di molecole secondo gradiente di concentrazione, che prevedono processi di trasporto passivo e diffusione facilitata, mentre gli aggiustamenti che richiedono il passaggio di molecole contro gradiente determinano consumo di energia, utilizzata dai macchinari biochimici per il trasporto attivo.
Omeostasi e sistema nervoso centrale
Se il semplice meccanismo a feedback descritto per l'omeostasi della concentrazione del calcio nel sangue si adatta a processi semplici, il controllo di altre variabili avviene in maniera più complessa ed è sottoposto all'azione del sistema nervoso centrale.
All'ipotalamo arrivano segnali da tutti i distretti corporei, permettendo a questo centro di controllo neuroendocrino di monitorare condizioni quali la temperatura, lo stato energetico delle cellule, i livelli di nutrienti circolanti etc..
L'ipotalamo riceve segnali sia dagli organi di senso comunicanti con l'esterno che dai distretti viscerali, monitorando le condizioni generali dell'organismo e attuando, attraverso il controllo sulle secrezioni ipofisarie, il rilascio di sostanze ad azione endocrina che partecipano alla formazioni di stimoli quali la fame o il freddo, spingendo l'organismo a compiere le azioni volontarie più appropriate per mantenere l'omeostasi, come mangiare, bere, coprirsi etc..
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