ภาวะธำรงดุลคืออะไร?

สภาวะสมดุลคือความสามารถในการรักษาสถานะภายในที่ค่อนข้างเสถียรซึ่งยังคงมีอยู่แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงในโลกภายนอก สิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่พืชจนถึงลูกสุนัขไปจนถึงประชาชนต้องควบคุมสภาพแวดล้อมภายในของพวกมันเพื่อดำเนินการด้านพลังงานและอยู่รอดได้ในที่สุด ตัวอย่างเช่นหากความดันโลหิตของคุณพุ่งสูงขึ้นหรืออุณหภูมิของร่างกายลดลงระบบของอวัยวะของคุณอาจต้องดิ้นรนเพื่อทำงานและล้มเหลวในที่สุด

ทำไมสภาวะสมดุลเป็นสิ่งสำคัญ

นักฟิสิกส์วอลเตอร์แคนนอนประกาศเกียรติคุณคำว่า "homeostasis" ในยุค 20 การขยายงานก่อนหน้านี้โดยนักสรีรวิทยาปลายคลอดด์เบอร์นาร์ด ในยุค 1870 เบอร์นาร์ดอธิบายว่าสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนจะต้องรักษาสมดุลในสภาพแวดล้อมภายในของพวกเขาหรือ "สภาพแวดล้อมทางสังคม","เพื่อที่จะนำไปสู่" ชีวิตอิสระและอิสระ "ในโลกเหนือปืนใหญ่สร้างแนวคิดและแนะนำสภาวะสมดุลให้กับผู้ชมที่เป็นที่นิยมผ่านหนังสือของเขา" ภูมิปัญญาแห่งร่างกาย "(The British Medical Journal, 1932)

ได้รับการยกย่องว่าเป็นหลักสำคัญของวิชาสรีรวิทยาคำจำกัดความพื้นฐานของแคนนอนสำหรับสภาวะสมดุลยังคงมีอยู่ในปัจจุบัน คำที่มาจากรากกรีกหมายถึง "คล้ายกัน" และ "สถานะของความมั่นคง" คำนำหน้า "homeo" เน้นว่าสภาวะสมดุลนั้นไม่ทำงานเหมือนเทอร์โมสตัทหรือระบบควบคุมความเร็วคงที่ในรถแก้ไขที่อุณหภูมิหรือความเร็วเดียว homeostasis มีปัจจัยทางสรีรวิทยาที่สำคัญอยู่ในช่วงค่านิยมที่ยอมรับได้จากการทบทวนในวารสาร Appetite

ยกตัวอย่างเช่นร่างกายมนุษย์ควบคุมความเข้มข้นภายในของไฮโดรเจนไฮโดรเจนโพแทสเซียมและโซเดียมอนุภาคที่มีประจุซึ่งเซลล์พึ่งพาการทำงานปกติ กระบวนการ Homeostatic ยังรักษาระดับน้ำ, ออกซิเจน, pH และระดับน้ำตาลในเลือดเช่นเดียวกับอุณหภูมิของร่างกายหลักตามการทบทวนในปี 2015 ในความก้าวหน้าในการศึกษาสรีรวิทยา

ในสิ่งมีชีวิตที่มีสุขภาพดีกระบวนการ homeostatic เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและโดยอัตโนมัติตาม Scientific American หลายระบบมักทำงานควบคู่ควบคู่กันเพื่อรักษาปัจจัยทางสรีรวิทยาเดียวเช่นอุณหภูมิของร่างกาย หากมาตรการเหล่านี้สะดุดหรือล้มเหลวสิ่งมีชีวิตอาจยอมให้เป็นโรคหรือถึงกับเสียชีวิต

วิธีการรักษาสภาวะสมดุล

ระบบ Homeostatic จำนวนมากฟังสัญญาณความทุกข์จากร่างกายเพื่อทราบเมื่อตัวแปรสำคัญหลุดออกจากช่วงที่เหมาะสม ระบบประสาทตรวจจับความเบี่ยงเบนเหล่านี้และรายงานกลับไปยังศูนย์ควบคุมซึ่งมักจะอยู่ในสมอง จากนั้นศูนย์ควบคุมจะชี้นำกล้ามเนื้ออวัยวะและต่อมเพื่อแก้ไขให้ถูกรบกวน การวนรอบของการรบกวนและการปรับอย่างต่อเนื่องเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "ผลตอบกลับเชิงลบ" ตามกายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยาตำราเรียนออนไลน์

ตัวอย่างเช่นร่างกายมนุษย์รักษาอุณหภูมิแกนกลางประมาณ 98.6 องศาฟาเรนไฮต์ (37 องศาเซลเซียส) เมื่อความร้อนสูงเกินไปเทอร์โมเซนเซอร์ในผิวหนังและสมองจะส่งสัญญาณเตือนเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่ที่นำร่างกายไปสู่เหงื่อและล้างออก เมื่อแช่เย็นร่างกายจะตอบสนองด้วยการสั่นและลดการไหลเวียนของเลือดไปยังผิวหนัง ในทำนองเดียวกันเมื่อระดับโซเดียมพุ่งสูงขึ้นร่างกายจะส่งสัญญาณไตเพื่อการอนุรักษ์น้ำและขับไล่เกลือส่วนเกินในปัสสาวะเข้มข้นตามการศึกษาของ NIH

สัตว์จะปรับพฤติกรรมของพวกเขาในการตอบสนองต่อการตอบรับเชิงลบ ตัวอย่างเช่นเมื่อทำให้ตื่นเต้นมากเกินไปเราอาจหลั่งเสื้อผ้าหนึ่งชั้นย้ายเข้าไปในที่ร่มหรือดื่มน้ำเย็นแก้ว

รูปแบบที่ทันสมัยของสภาวะสมดุล

แนวคิดเรื่องผลตอบรับเชิงลบย้อนกลับไปที่คำอธิบายของแคนนอนเกี่ยวกับสภาวะสมดุลในปี 1920 และเป็นคำอธิบายแรกของวิธีการทำงานของสภาวะสมดุล แต่ในทศวรรษที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์หลายคนยืนยันว่าสิ่งมีชีวิตสามารถคาดการณ์การหยุดชะงักของสภาวะสมดุลภายในร่างกายมากกว่าที่จะตอบสนองต่อพวกเขาหลังจากความจริงเท่านั้น

แบบจำลองทางเลือกนี้ของสภาวะสมดุลแบบ homeostasis หรือที่รู้จักกันในชื่อ allostasis หมายถึงว่าจุดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวแปรเฉพาะสามารถเปลี่ยนเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมชั่วคราวตามบทความ 2015 ในการทบทวนทางจิตวิทยา จุดอาจเปลี่ยนไปภายใต้อิทธิพลของจังหวะ circadian รอบประจำเดือนหรือความผันผวนของอุณหภูมิร่างกายทุกวัน คะแนนที่ตั้งไว้อาจเปลี่ยนแปลงตามการตอบสนองต่อปรากฏการณ์ทางสรีรวิทยาเช่นมีไข้หรือเพื่อชดเชยกระบวนการชีวจิตหลายอย่างที่เกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน

“ จุดที่ตั้งตัวเองไม่ได้รับการแก้ไข แต่สามารถแสดงพลาสติกที่ปรับตัวได้” อาร์ทวูดนักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยมอนทานาในมิสซูล่ากล่าว "รุ่นนี้ช่วยให้สามารถตอบสนองต่อสิ่งรบกวนที่อาจเกิดขึ้นเพื่อกำหนดจุด"

ตัวอย่างเช่นในการรออาหารมื้อนั้นร่างกายจะหลั่งอินซูลินเสริม, เกรลินและฮอร์โมนอื่น ๆ ตามการทบทวนของปี 2550 ใน Appetite มาตรการป้องกันนี้เตรียมร่างกายให้พร้อมสำหรับน้ำท่วมแคลอรี่ที่เข้ามาแทนที่จะต่อสู้เพื่อควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดและเก็บพลังงานเมื่อตื่น

ความสามารถในการเปลี่ยนตำแหน่งที่กำหนดช่วยให้สัตว์ปรับตัวเข้ากับแรงกดดันระยะสั้น แต่อาจล้มเหลวเมื่อเผชิญกับความท้าทายระยะยาวเช่นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

“ การเปิดใช้งานระบบการตอบกลับแบบ homeostatic สามารถใช้ได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ ” วูดส์กล่าว แต่มันไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ใช้งานได้นาน "ระบบ Homeostatic สามารถล้มเหลวอย่างรุนแรงหากพวกเขาถูกผลักไปไกลเกินไปดังนั้นแม้ว่าระบบอาจจะสามารถรับมือกับภูมิอากาศนวนิยายระยะสั้นพวกเขาอาจไม่สามารถรับมือกับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในระยะเวลานาน"

ทำให้ข้อมูลไหลเวียน

ระบบ Homeostatic อาจมีการพัฒนาเป็นหลักเพื่อช่วยให้สิ่งมีชีวิตรักษาการทำงานที่ดีที่สุดในสภาพแวดล้อมและสถานการณ์ที่แตกต่างกัน แต่ตามรายงานของเรียงความปี 2013 ในวารสาร Trends in Ecology & Evolution นักวิทยาศาสตร์บางคนตั้งทฤษฎีว่าสภาวะสมดุลนั้นส่วนใหญ่จะให้ "ภูมิหลังที่เงียบสงบ" สำหรับเซลล์เนื้อเยื่อและอวัยวะเพื่อสื่อสารกัน ทฤษฎีวางตัวว่าสภาวะสมดุลทำให้ง่ายขึ้นสำหรับสิ่งมีชีวิตที่จะดึงข้อมูลที่สำคัญจากสภาพแวดล้อมและสัญญาณกระสวยระหว่างส่วนต่างๆของร่างกาย

โดยไม่คำนึงถึงวัตถุประสงค์ในการวิวัฒนาการ, homeostasis มีรูปงานวิจัยในวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตมานานเกือบศตวรรษ แม้ว่าส่วนใหญ่จะกล่าวถึงในบริบทของสรีรวิทยาของสัตว์กระบวนการในบ้านยังช่วยให้พืชสามารถจัดการร้านค้าพลังงานบำรุงเซลล์และตอบสนองต่อความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม นอกเหนือจากชีววิทยาสังคมศาสตร์ไซเบอร์เนติกส์วิทยาการคอมพิวเตอร์และวิศวกรรมทั้งหมดใช้สภาวะสมดุลเพื่อเป็นกรอบในการทำความเข้าใจว่าผู้คนและเครื่องจักรรักษาความมั่นคงได้อย่างไรแม้จะหยุดชะงัก

เพิ่มเติม Resources: