Gli esseri viventi sono continuamente esposti a una moltitudine di stimoli. Pertanto, è necessario avere meccanismi di regolazione omeostatica in grado di mantenere la stabilità interna.
Omeostasi e ambiente interno
A metà del XIX secolo, il fisiologo francese Claude Bernard ha notato la costanza dell'ambiente interno in cui erano disposte le cellule degli organismi, di fronte alle mutevoli proprietà dell'esterno.
Quasi un secolo dopo, il fisiologo americano W.B. Cannon stabilì che questo equilibrio era il risultato di un insieme di meccanismi fisiologici capace di mantenere una serie di concentrazioni o valori interni necessari alla sopravvivenza.
Canon ha proposto il termineomeostasiper riferirsi al carattere 'stabile' dell'ambiente interno, in contrapposizione alla fluttuazione esterna. Paradossalmente, la complessità di questi processi fisiologici risiede in una costante dinamica di autoregolazione.
Meccanismi di regolazione omeostatica
Le cellule degli esseri viventi mantengono la loro vitalità solo entro intervalli specifici di temperature, pH, concentrazioni ioniche e nutrienti a seconda della specie. Ma nonostante, gli organismi dipendono da un ambiente esterno mutevole per ottenere la materia e l'energia necessarie per l'equilibrio interno.
Il meccanismi di regolazione omeostatica Possono essere classificati in:
- Feedback negativo: si verifica quando il valore di una variabile è superiore o inferiore a quello richiesto per il funzionamento di un determinato processo o meccanismo fisiologico. In risposta, viene attivato un meccanismo di regolazione per inibire la sintesi di detta variabile o ridurne la potenza.
La regolazione dei livelli di glucosio nel sangue o il mantenimento della temperatura corporea sono alcuni dei processi biologici regolati in questo modo.
- Riscontro positivo: meno frequente del meccanismo precedente, contribuisce all'incremento di un processo o di una funzione.
Si verifica nelle fasi iniziali del potenziale d'azione, quando una piccola depolarizzazione della membrana plasmacellulare genera l'apertura di canali del sodio che, entrando nello spazio intracellulare, inducono l'apertura di più canali del sodio. In questo modo si ottiene una maggiore depolarizzazione cellulare. Ci sarebbe anche una regolazione positiva nelle prime fasi dell'ovulazione.
- Prealimentazione: meccanismo che consente ad un organismo di anticipare eventi altamente probabili. Possono essere di natura sia negativa che positiva e si distinguono principalmente nelle catene metaboliche e nei processi di comunicazione e coordinazione neuronale.
L'aumento della frequenza cardiaca nei momenti che precedono un imminente sforzo fisico o addirittura il funzionamento del cervelletto stesso, che, anticipando lo stato del sistema neuromuscolare una volta iniziato il movimento, può eseguire gli ordini nervosi necessari.
Omeostasi e allostasi
Una volta smascherata la teoria omeostatica con cui Bernard e Cannon giustificavano la stabilità e il funzionamento dell'ambiente interno, nel 1988 il neuroscienziato Sterling proponeva una visione opposta o, come si è poi scoperto, complementare alla regolazione omeostatica: l'allostasi.
L'allostasi è un meccanismo di regolazione che, a differenza dell'equilibrio omeostatico, propone che gli organismi, per far fronte ai disturbi dell'ambiente esterno, alterino la costanza dell'ambiente interno. Un esempio si verifica con la pressione sanguigna, che oscilla tra valori più alti o più bassi a seconda di uno specifico stato esterno e, se mantenuta costante, provocherebbe la morte dell'individuo.
Questa idea alla fine ha portato McEwen a proporreallostasi come il processo che mantiene attivamente l'omeostasi. Cioè, ha mantenuto la stabilità dell'ambiente interno attraverso il cambiamento.