Homeostaza, Biosłone

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Homeostaza

Homeostaza jest to zdolność do utrzymania się dynamicznej równowagi środowiska, w którym zachodzą procesy biologiczne. Homeostaza jest niezbędnym warunkiem zdrowia, czyli prawidłowego funkcjonowania organizmu, i – co za tym idzie – wszystkie choroby u swego podłoża mają zaburzenia mechanizmów utrzymania homeostazy. Znaczenia homeostazy nie można przecenić, zaś przypadki jej zakłóceń zawsze mają skutek negatywny, a nierzadko wręcz katastrofalny.

Układy ujemnego sprzężenia zwrotnego

Podstawowym elementem homeostazy jest układ ujemnego sprzężenia zwrotnego, w którym czynnik stymulujący działa dodatnio na czynnik hamujący, zaś czynnik hamujący działa ujemnie na czynnik stymulujący. W ten sposób utrzymywana jest względna (dynamiczna) równowaga między obydwoma czynnikami.

Powszechnie spotykanym urządzeniem działającym w układzie ujemnego sprzężenia zwrotnego jest grzejnik z termostatem. Czynnikiem stymulującym jest temperatura pomieszczenia, która za pośrednictwem termostatu włącza grzałkę elektryczną, zaś wzrost temperatury pomieszczenia, za pośrednictwem termostatu, powoduje wyłączenie grzałki. Układ taki, choć dynamiczny (stale coś się dzieje) – temperatura albo rośnie (gdy grzałka jest włączona), albo maleje (gdy grzałka jest wyłączona) – pozwala w chłodne dni utrzymać względnie stabilną temperaturę pomieszczenia.

Jeśli w pomieszczeniu zainstalujemy także działający na tej samej zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego klimatyzator, to obydwa układy potrafią w zamkniętym pomieszczeniu utrzymać względnie stabilną temperaturę, bez względu na porę roku.

Na podobnych układach ujemnego sprzężenia zwrotnego oparte jest utrzymanie temperatury naszego ciała. W chłodne dni podwzgórze wydziela do krwi hormon stymulujący komórki do wyzwolenia energii, zaś wzrost temperatury ciała działa hamująco na podwzgórze w wydzielaniu hormonu stymulującego. Natomiast w upalne dni uruchamiany zostaje układ, w którym podwzgórze wysyła informacje nerwowe do gruczołów potowych, a parujący pot obniża temperaturę ciała, która działa hamująco na podwzgórze. W ten sposób, przy udziale dwóch niezależnych układów ujemnego sprzężenia zwrotnego, utrzymywana jest temperatura ciała 36,6 °C.

Wyobraźmy sobie porośniętą trawą wyspę, na której nie ma żadnych zwierząt trawożernych, w związku z czym na wyspie rośnie wysoka trawa. Gdybyśmy na tę wyspę wpuścili kilka par królików, które szybko się rozmnażają, to im królików będzie więcej, tym trawa będzie niższa, ale przecież króliki nie zjedzą jej wszystkiej, bo same zginęłyby z głodu. Nie rozmnożą się także nad miarę, bo efekt byłby taki sam. Po prostu ustabilizuje się naturalna równowaga, w której czynnikiem stymulującym będzie wzrost trawy, a czynnikiem hamującym liczba królików. Gdybyśmy na ową wyspę wpuścili także kozy, to i dla nich trawa do jedzenia się znajdzie, a więc będą żyć i rozmnażać się. Jednak zabiorą pewną ilość pożywienia królikom, redukując tym samym ich liczbę. Tym sposobem samoistnie ustali się równowaga na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego, gdzie czynnikiem stymulującym będzie szybkość wzrostu trawy, zaś czynnikiem hamującym ilość rywalizujących ze sobą o pożywienie królików i kóz. Gdyby z jakiegoś powodu wszystkie króliki na wyspie wyginęły, to liczba kóz oczywiście wzrośnie, ale szybko ustabilizuje się na poziomie ustalonym przez podaż pożywienia, w tym przypadku szybkość wzrostu trawy. Ten sam wpływ na liczbę królików będzie miało wyginięcie kóz. Gdyby natomiast z jakiegoś powodu na wyspie zabrakło trawy, a zamiast niej wyspę porosła leszczyna, to wnet wyginęłyby króliki i kozy, za to wyspa stałaby się doskonałym środowiskiem dla wiewiórek. Dzięki przeprowadzeniu tego myślowego eksperymentu dochodzimy do wniosku, że w ekosystemie, w którym zachodzą procesy biologiczne, decydujący jest czynnik stymulujący, czyli rodzaj oraz ilość pożywienia. Pozostałe czynniki są niejako sprawą wtórną, zwłaszcza w sytuacji, gdy pożywienie znajduje się nie na izolowanej wyspie czy w sterylnym laboratorium, lecz w środowisku, gdzie amatorów na nie nie brakuje.

Homeostaza drobnoustrojów jelita grubego

Fundamentalne znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania organizmu ma homeostaza między około 500 gatunkami drobnoustrojów zasiedlającymi jelito grube. Z grubsza rzecz ujmując, można podzielić je na dwie grupy: korzystne i niekorzystne.

Do korzystnych drobnoustrojów jelita grubego zaliczamy bakterie symbiotyczne odżywiające się błonnikiem, które jako produkty przemiany materii wydalają wszystkie niezbędne nam witaminy, za wyjątkiem witaminy C.

Pozostałe drobnoustroje jelita grubego odżywiają się pozostałymi resztkami niestrawionego pożywienia, głównie cukrami prostymi, a jako produkty przemiany materii wydalają toksyny, takie jak: dwutlenek węgla, alkohol etylowy, aldehyd octowy, formaldehyd, amoniak, indykan, trupi jad, histydyna, fenol, kadaweryna, indol, muskaryna, agmatyna, tioalkohol metylowy, siarkowodór, krezol, metanotiol, kwas masłowy, putrescyna, tioglobina, urobilina, i inne.

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że tylko bakterie symbiotyczne są nam potrzebne, reszty zaś drobnoustrojów zasiedlających jelito grube najlepiej byłoby się pozbyć. Jednak w przyrodzie nie ma rzeczy niepotrzebnych, i także owe z pozoru szkodliwe drobnoustroje mają ważną rolę do spełnienia, bowiem produkowane przez nie toksyny chronią środowisko jelita grubego przed wniknięciem doń z środowiska zewnętrznego drobnoustrojów agresywnych, które miałyby ochotę odżywiać się czymś innym, niż resztkami pożywienia, np. kosmkami jelitowymi albo bakteriami symbiotycznymi.

Toteż w naszym interesie jest utrzymanie homeostazy, czyli równowagi między wszystkimi drobnoustrojami zasiedlającymi środowisko jelita grubego. Ponieważ czynnikiem stymulującym tę równowagę jest rodzaj i ilość pożywienia docierającego do jelita grubego, jego homeostaza zależy od tego, jak się odżywiamy – czy zjadamy odpowiednią ilość błonnika, czy też zjadamy produkty błonnika pozbawione. Istotne znaczenie ma także dokładne gryzienie posiłku umożliwiające jego strawienie i wchłonięcie w jelicie cienkim, by do jelita grubego nie docierały nadmierne ilości resztek niestrawionego pożywienia, zakłócając równowagę ilościową drobnoustrojów.

Konsekwencje zaburzeń homeostazy

Konsekwencją zaburzeń homeostazy drobnoustrojów zasiedlających jelito grube jest zazwyczaj zmniejszenie ilości bakterii symbiotycznych oraz zwiększenie ilości drobnoustrojów niekorzystnych. W rezultacie spada ilość witamin produkowanych przez bakterie symbiotyczne, zaś ilość toksyn produkowanych przez pozostałe drobnoustroje wzrasta, co objawia się wzdęciami oraz wydalaniem gazów.

Zaburzyć homeostazę drobnoustrojów jelita grubego jest stosunkowo łatwo. Wystarczy nieprawidłowe odżywianie, by zachwiać proporcje między ilością błonnika a ilością niestrawionych resztek pożywienia, i tym samym zaburzyć równowagę między ilością bakterii symbiotycznych a ilością pozostałych drobnoustrojów. Jeszcze łatwiej równowagę tę można zaburzyć przez zastosowanie antybiotyków przeciwbakteryjnych, wskutek czego drobnoustroje odporne na owe antybiotyki rozmnożą się ponad miarę. Problem w ocenie negatywnego wpływu zaburzeń homeostazy drobnoustrojów jelita grubego na zdrowie polega na tym, że spowodowany nim niedobór witamin oraz nadmiar toksyn daje o sobie znać dopiero po upływie długiego czasu, w postaci na przykład spadku odporności, próchnicy zębów, chorób pasożytniczych, czy też zmian nowotworowych, których zazwyczaj nie kojarzymy z zaburzeniami homeostazy jelita grubego.

Przykładem rzucającym więcej światła na konsekwencje zaburzeń homeostazy środowiska jest eksperyment chiński (1958 -1962), kiedy to masowo wybijano wróble, które rzekomo miały wyjadać zasiane ziarna. W rezultacie na polach rozpleniła się szarańcza, dotychczas zjadana przez wróble, i do reszty zniszczyła plony, co przyczyniło się do pogłębienia panującej już klęski głodu.

Równie ciekawy przykład zaburzeń homeostazy pochodzi z sal szpitalnych, gdzie prawdziwą zmorą są bakterie odporne zarówno na działanie antybiotyków, jak i wszelkich środków aseptycznych, stosowanych przeciwko nim. Natomiast gdy szpital ulega likwidacji, to już po dwóch miesiącach nie ma w nim owych bakterii. Po prostu jako sztuczne twory przystosowane do życia w sterylnych warunkach nie wytrzymują konkurencji z drobnoustrojami występującymi w naturalnym środowisku.

Zdrowie to homeostaza

Podstawowa jednostka ludzkiego organizmu, jaką jest komórka, może przeprowadzać wszystkie procesy życiowe (pobierać substancje odżywcze, przemieniać je na energię lub materię, wydalać produkty przemiany materii, rosnąć, rozmnażać się) dzięki milionom układów ujemnego sprzężenia zwrotnego. Miliardy komórek tworzących tkankę muszą być idealnie zgrane, by każda z nich pełniła tak samo tę samą funkcję, gdyż od tego zależy sprawność każdej tkanki. Jest to możliwe dzięki miliardom ujemnych sprzężeń zwrotnych, synchronizujących pracę poszczególnych komórek. Tkanki wchodzą w skład poszczególnych narządów, i tutaj także pojedyncze układy sprzężenia zwrotnego korygują pracę poszczególnych tkanek, by mogły funkcjonować jako jeden narząd. Ostatecznie wszystkie narządy tworzą coś tak niesłychanie skomplikowanego, jak ludzki organizm – najdoskonalszy twór w znanym nam wszechświecie. Ten doskonały twór nie potrafiłby funkcjonować, gdyby nie dynamiczna, a więc chwiejna równowaga, utrzymywana dzięki bilionom bilionów ujemnych sprzężeń zwrotnych.

Stężenie hormonów we krwi, utrzymanie pionowej pozycji ciała, temperatura ciała, ciśnienie krwi, częstotliwość skurczów serca, częstość i głębokość oddechów, kwasowość żołądka, płynów ustrojowych, wydzielin i wydalin, odbieranie bodźców – wszystko to jest realizowane dzięki miliardom ujemnych sprzężeń zwrotnych, nieprzerwanie dążących do utrzymania homeostazy, czyli dynamicznej równowagi między akcją a reakcją; między czynnikami stymulującymi a czynnikami hamującymi. Tak właśnie należy postrzegać zdrowie, jako dynamiczną równowagę między negatywnym wpływem czynników szkodliwych a zdolnością organizmu do obrony przed tymi czynnikami.

Tutaj dochodzimy do sedna sprawy: zdrowie nie jest dobrem, które można mieć. Mówi się, że zdrowiem można się cieszyć. Pytanie brzmi: jak długo. No i o to w gruncie rzeczy chodzi, że zdrowie to nieustająca walka organizmu jako całości o utrzymanie homeostazy, czyli dynamicznej równowagi wewnętrznej, pomimo negatywnego wpływu czynników środowiska zewnętrznego.

Homeostaza a medycyna

Działania medyczne, ze swej natury, zawsze są skierowane przeciw naturze. W wielu wypadkach jest to uzasadnione, ale najczęściej jednak nie, zwłaszcza wówczas, gdy przeszkadzają organizmowi w utrzymaniu homeostazy. Koronnym dowodem jest zwalczanie wszystkich objawów chorobowych, mimo że większość z nich świadczy o determinacji organizmu w utrzymaniu wewnętrznej równowagi – infekcje wirusowe pozwalają utrzymać równowagę ilościową między komórkami pełnowartościowymi a komórkami zdefektowanymi, które w naturalny sposób powstają w każdym żywym organizmie; infekcje bakteryjne są awaryjnym sposobem usuwania toksyn, pozwalającym przywrócić utraconą równowagę między ilością toksyn a wydolnością układów wydalniczych; infekcje pasożytnicze mają utrzymać względną równowagę, gdy dotychczasowe próby utrzymania homeostazy zostały zablokowane.

Innym przykładem szkodliwych działań medycznych przeciw naturze, a więc przeciw człowiekowi, jest propagandowa nagonka na cholesterol, zwłaszcza ten utleniający się - LDL. Medycyna nawet się nie zająknie, że jest on głównym przeciwutleniaczem organizmu, a więc jego wzrost oznacza, że na przeciwnej szali znajduje się adekwatna ilość wolnych rodników tlenowych, tylko bez jakichkolwiek skrupułów każe „zwalczyć” wysoki poziom cholesterolu LDL i tym samym pozostawić wysoki poziom wolnych rodników tlenowych. Efektów nie widać od razu, lecz dopiero po wielu latach. Ale na to odpowiedź jest prosta – choroby przychodzą z wiekiem. Tak oto farmaceutyczno-medyczne lobby piecze dwie pieczenie na jednym ogniu – najpierw sprzedaje statyny obniżające poziom cholesterolu we krwi, a potem leczy konsekwencje wysokiego poziomu we krwi wolnych rodników tlenowych.

Przykłady można by mnożyć, a wniosek z nich wypływający jest zawsze ten sam: Niezbędna jest równowaga między nienaturalnymi (ale uzasadnionymi) działaniami medycznymi a hipokratejską profilaktyką zdrowotną. Brak tej równowagi, z przechyleniem szali na działania medyczne, skutkuje utratą zdrowia, a więc potrzebą, tym razem już uzasadnionych działań medycznych.