הומאוסטזה

הומיאוסטזיס או מצב איזון (באנגלית: Homeostasis) הוא תהליך ביולוגי, שבו גוף חי שומר על יציבותו הפנימית כשהוא מתבדל מהסביבה החיצונית למרות השפעות חיצוניות, ובאמצעות שינוי חומרים חיצוניים שמסתפחים אליו. יציבות פנימית זו דרושה בכל אספקט הקשור לחיים. ליצור החי דרוש חום קבוע, רמת מלח ומים קבועה, רמת חומציות קבועה, רמה קבועה של אנרגיה שאגורה בו, רמה קבועה של אותות עצביים שמקורם בגרייה חושית ועוד. רעיון ההומיאוסטזיס מרכזי גם בענפי הפסיכולוגיה הקשורים לביולוגיה ולפיזיקה ובאלה הקשורים לתודעה.

מקור המילה ביוונית: הומו (פירושו "דומה"), סטאסיס (פירושו "מצב").

מצב איזון דרוש במספר גורמים:

• נקודת ציון (set point), או ערך מטרה, למצב הפנימי האידאלי,
• אות חושי האומד את המצב הפנימי הממשי,
• השוואה בין נקודת הציון והאות החושי,
• תגובה המביאה את המצב הפנימי הממשי קרוב יותר לנקודת המטרה.

הומאוסטזה ברמת האברון, התא והגוף השלם

כל תא עטוף בממברנה ביולוגית המאפשרת לו הכנסה והוצאה מבוקרת של חומרים אליו כך שיבדל מסביבתו ויכיל תמיד את התנאים ההכרחיים לפעילות החיים. בתאים אאוקריוטים ישנן גם ממברנות פנימיות השומרות בקביעות על תנאים ייחודיים במדורי תא שונים. במיטוכונדריה, למשל, נדרשת רמת חומציות שונה מזו שבחלל הכללי של התא.

יצור רב תאי צריך לשמור הן על ההומאוסטזה בכל תא והן על זו שבחלל הבין תאי. חלל זה עשוי להיות חלל מסוג אחד ביצורים רב תאיים פשוטים או לכלול סביבות חוץ תאיות רבות ושונות ביצורים מורכבים יותר (נוזל הדם, נוזל הלימפה, חלל בין תאי תוך רקמתי...). דוגמה המוכרת מחיי היום יום להפרה של ההומאוסטזה של החלל הבין תאי התוך רקמתי היא הצטברות חומצה לקטית בין תאי השרירים אחרי מאמץ שרירי רב שבו עברו התאים לנשימה אנאירובית.

ויסות חום הגוף

ויסות חום הגוף (הומותרמיות) הוא דוגמה למצב איזון. המשתנה המווּסת הוא הטמפרטורה של הדם, וחיישנים לכך ממוקמים בחלקים שונים של הגוף, לרבות ההיפותלמוס. יצורים שונים פיתחו מנגנונים שונים להתמודדות עם ירידת חום הגוף. כך למשל יצורים המתקיימים בטמפרטורות נמוכות במיוחד יכולים להפריש חלבון נוגד קיפאון שיעזור להם להתמודד עם סביבתם הקרה. ייתכן שחלבון זה מסייע גם ליונקים לשמור על חום גופם בסביבה קרה.

התגובות לשינויים בטמפרטורה הן תגובות פיזיולוגיות אוטומטיות או התנהגויות רצוניות, כגון ישיבה שפופה בחביקת ברכיים להקטנת שטח הפנים החשוף לטמפרטורה נמוכה, הפעלת תנור חימום כאשר קר או הפחתת פעילות (המייצרת חום) בתנאי עומס חום.

ישנם כמה מנגנונים שפועלים תמידית על מנת לשמור על חום גוף קבוע, ביניהם גם כאלו הפועלים במקרים יותר קיצוניים. המנגנונים הפיזיקאליים הפועלים לשם ויסות חום הגוף הם: קרינה, הולכה, הסעה ואידוי. כמו כן, קיימים מנגנונים פיזיולוגיים הפועלים לשם ויסות חום הגוף:

במצב של חום:

• הרחבת כלי הדם ההיקפיים (ואזודיליטציה פריפרית) ובכך הגדלת זרימת הדם אליהם - הדבר גורם להעברת חום גדולה יותר מהגוף לסביבה.
• הזעה - ההתאדות של הזיעה מקררת את העור ואת הדם שזורם מתחתיו.

במצב של קור:

• הצרת כלי הדם ההיקפיים (ואזוקונסטריקציה פריפרית) ובכך הקטנת זרימת הדם אליהם - הדבר מקטין את איבוד החום לסביבה, אך גורם לתופעה של אף וידיים קרות.
• רעד שרירים - מפעיל את השרירים ובכך גורם ליצירת אנרגיית חום.

ויסות הסוכר בדם

ויסות הסוכר בדם קיים אצל כל בעלי החיים, ולכן אפילו בזמני צום ארוכים רמת הסוכר אינה יורדת במידה משמעותית. יונקים מווסתים את רמת הסוכר בדמם על ידי שימוש באינסולין ובגלוקגון. האינסולין מיוצר בתאי בטא בלבלב, והוא מוביל גלוקוז לתאי הגוף. אם ישנו עודף של גלוקוז בדם, הוא מורה לתאים להחזיק יותר גלוקוז לשימוש שלהם. במידה ויש לתא יש יותר מדי גלוקוז, הוא יוצר ממולקולות גלוקוז רבות רב סוכר הנקרא גליקוגן. הגליקוגן לא נמס היטב במים ולכן לא מפריע לחילוף החומרים בתא לעומת הגלוקוז, שמסיס במים. אם מאיזושהי סיבה האינסולין לא עובד כמו שהוא אמור, או שתאים מאבדים רגישות אליו, מתפתחת סוכרת. הגלוקגון מיוצר בתאי אלפא של הלבלב ומעודד את התאים לפרק את הגליקוגן חזרה למולקולות גלוקוז מהן יוכל התא להפיק אנרגיה בתהליכי הנשימה בתא - אירובית או אנאירובית.

משק המים

ערך מורחב – משק המים בגוף האדם

כדי לשמור על כמות קבועה של מים בגוף, על מערכות הגוף לקיים ללא הפסק את המשוואה של כמות המים היוצאים מהגוף שווה לכמות המים הנכנסים לגוף. כך כאשר שותים מים ניתן פעמים רבות להרגיש הזעה שמטרתה להשיב את האיזון. גם לכליות תפקיד מרכזי בשליטה על כמות המים היוצאים מהגוף, על ידי שליטה בכמות השתן. ברחבי הגוף מפוזרים קולטנים תחושתיים הרגישים ללחץ הדם ולשיעור המומסים בתוכו; הקולטנים מהווים חלק ממערכות הורמונליות ועצביות המפעילות את הכליות ומשפיעות על כמות השתן הנוצר בהן. מצד שני, מנגנון צמא יכול לעודד התנהגות המובילה לשתיית מים.

הומאוסטזיס חלבוני

רוב האנזימים בתא החי הם חלבונים (מיעוטם הוא RNA פעיל). יש חלבונים שמתבלים עם הזמן או שמיוצרים באופן פגום ויש לתקנם או לפרקם. עודף של חלבונים לא תקינים יכול לגרום לפעילות אנזימתית לא רצויה ולצברי חלבונים מקולקלים בחלל התא ובממברנה. צבירים אלה נקראים אגרגטים והם יכולים להזיק במיוחד לתאי העצב שהפעילות הממברנלית שלהם דורשת סדר מבני בממברנה וששלוחותיהם יכולות להיסתם מצבירים אלה.

הומאוסטזיס חלבוני הוא השמירה על כמות קטנה של חלבונים לא תקינים בתא. שמירה על הומאוסטזיס חלבוני מחייבת בקרה על ייצור חלבונים שמתקנים או מפרקים חלבונים מקולקלים. אי עמידה בהומאוסטזיס חלבוני מובילה להתפרצות מחלות. גורמים המקשים על עמידה בהומאוסטזיס חלבוני הם גנים מוטנטים שגורמים לייצור חלבונים פגומים רבים, בעיה בייצור חלבונים שמתקנים או מפרקים חלבונים מקולקלים (מחלת הנטינגטון, הזדקנות) או פראונים שהם חלבונים מקולקלים שהגיעו לגוף החי דרך המזון או בחלל תא הביצית (או תא האם ביצורים חד תאיים) וגורמים לחלבונים תקינים בתא לשנות את המבנה שלהם ולהפוך גם הם לפראונים (מחלת קורו, הפרה המשוגעת, מחלת קרויצפלד-יעקב, טרשת נפוצה).

ויסות חושי

כדי לשרוד, אורגניזם בעל תודעה חייב לזהות בסביבתו גורמים רבים שאליהם עליו להתאים תגובה נכונה. לדוגמה, עליו להבדיל בין מזון ובין גורמים בלתי אכילים או בין עמית לבין טורף. הוא חייב לזהות את כל הגורמים האלה, אף על פי שחלק גדול מהם אינו משתנה במהותו, מאחר שנתוני הקלט שמגיעים אליו על אודותם כן משתנים. לדוגמה, טורף עשוי להיראות שונה כאשר הוא עומד באור שמש מלא, באור זריחה, באור הירח וכיוצא בזה. אולם, האורגניזם חייב תמיד לזהות אותו כטורף בתוך זמן קצר מאוד. לצורך זה מצויד האורגניזם במנגנונים לשמירה על ויסות חושי. חלק מהמנגנונים האלה מצויים באברי החוש והאחרים במערכת העצבים האוטונומית ובמערכת העצבים המרכזית. פגיעה בכוונון של מנגנונים אלה גורמת ללקות.

המנגנונים המוכרים ביותר לוויסות חושי הם אלה המווסתים את גרוי הראייה למרות כמויות אור שונות. עינם של החולייתנים מכילה קשתית המתכווצת ומתרחבת וכך מאפשרת כמות אור קבועה הנכנסת לעין למרות עוצמות תאורה משתנות בסביבה החיצונית. כאשר האור בסביבה החיצונית קלוש ביותר, כגון בלילות, באזור בלא תאורה מלאכותית, הקשתית פתוחה לחלוטין ומנגנון ויסות שני בעין מתחיל לעבוד. התאים שקולטים אור ביום, המדוכים, אינם רגישים מספיק לאור הקלוש של הלילה ובמקומם מתחילים לפעול תאי ראיית לילה – הקנים.

חשיבותו של מנגנון ויסות חושי לרגישות לאור מודגמת היטב בעזרת תופעת הסנוור. פעילותם של אדם או חיה העוסקים בענייניהם בחשכת הלילה תשובש קשות אם לפתע פניהם יוארו באור מלאכותי חזק. דוגמה אחרת לחשיבות המנגנון היא קשתית שקופה בשל לבקנות. מצב זה יוצר לקות ראייה בשל כניסה של עודף אור לעין.