Milieufactoren zijn de kenmerken van het externe milieu die een directe invloed hebben op ons organisme. Soms kan de verandering van sommige van deze parameters (zoals temperatuur of vochtigheid) het organisme negatief beïnvloeden, waardoor de uitvoering van fysiologische functies wordt geschaad en verstoord. Het is belangrijk voor dieren om controle te hebben over deze factoren, om een zekere mate van constantheid en stabiliteit in hun organisme te behouden.

Enkele regelmatige activiteiten, zoals drinken of transpireren, helpen deze stabiliteit te bereiken, maar er is een reeks uiterst complexe mechanismen betrokken bij de regulatie van het lichaam. Lees verder om meer te leren over het belang van homeostatische mechanismen, die belast zijn met het handhaven van een toestand van stabiele interne omstandigheden.

Het belang van het handhaven van een constante interne omgeving

De cellen die de organen en weefsels van dieren vormen, zijn ondergedompeld in een vloeibaar medium, een vloeibaar compartiment dat Claude Bernard, de vader van de moderne fysiologie, ‘interne omgeving’ noemde. Het interne milieu verwijst hoofdzakelijk naar de extracellulaire vloeistof (ECF), een gedeelte dat bloed scheidt van cellen, die op hun beurt bestaan uit interstitiële vloeistof, plasmavloeistof en lymfe, vloeistoffen die van cruciaal belang zijn bij het uitvoeren van fysiologische functies.

Door onderzoek bij zoogdieren ontdekte Bernard dat dit interne milieu aanzienlijk stabiel bleef, zelfs wanneer er schommelingen waren in externe parameters; de variatie van verschillende omgevingsfactoren, zoals temperatuur of omgevingsdruk, veroorzaakte geen onevenwichtigheid in de samenstelling en eigenschappen van het interne milieu, dat stabiel bleef.

De ontdekking van de constantheid van het interne milieu was uiterst belangrijk, omdat het de onderzoekers in staat stelde tot de conclusie te komen dat dieren die in staat waren hun interne milieu te reguleren, ook in staat waren een grotere verscheidenheid van potentiële habitats te exploiteren. Deze openbaring stelde Bernard in staat een van zijn beroemdste uitspraken te formuleren: “de constantheid van het interne milieu is de voorwaarde voor een vrij en onafhankelijk leven”, wat betekent dat die wezens die in staat zijn om de constantheid van het interne milieu te handhaven, kunnen worden beschouwd als een organisme dat onafhankelijk is van het milieu. Om dit te bewerkstelligen is in ieder geval een mechanisme betrokken dat bekend staat als homeostase.

Wat is homeostase?

De term ‘homeostase’ werd bedacht door de Amerikaanse fysioloog Walter Cannon, en is gekoppeld aan Bernards notie van de fysiologische stabiliteit van het interne milieu. In 1932 definieerde Cannon homeostase als de reeks fysiologische processen die betrokken zijn bij de regeling en instandhouding van de toestand van een organisme ten aanzien van een verstoring. Het is belangrijk op te merken dat de belangrijkste destabiliserende factoren van het interne milieu de milieuparameters en het cellulaire metabolisme zelf zijn.

De homeostatische processen impliceren een reeks interne sensoren (zintuiglijke receptoren) die elke soort afwijking van een optimale fysiologische toestand kunnen detecteren, en tegelijkertijd de juiste acties in gang kunnen zetten om deze veranderingen te corrigeren. Deze optimale toestand kan worden gehandhaafd

Die optimale toestand kan worden gehandhaafd door een set point, dat wil zeggen door een voor elke soort geschikte referentiewaarde: wanneer een verstoring (trillingen, straling…) wordt waargenomen door de zintuiglijke receptoren, controleert het organisme die referentiewaarde en stelt het de passende homeostatische mechanismen in, die bijgevolg in werking treden om die waarde te handhaven. Homeostase omvat zowel fysiologische als ethologische mechanismen: zweten, hijgen (fysiologische thermoregulatie), occultatie, vacht (ethologische reacties op koude), enz. Kortom, homeostatische mechanismen zijn van essentieel belang voor dieren, omdat zij het organisme in optimale omstandigheden reguleren en houden, zelfs wanneer het met tegenspoed wordt geconfronteerd. Zo is bijvoorbeeld bewezen dat bij sommige knaagdieren de bloedsuikerspiegel constant blijft, zelfs wanneer zij geen toegang tot voedsel hebben.

De methoden van homeostatische regulatie

Twee verschillende homeostatische mechanismen zijn belast met het handhaven van de stabiliteit van het interne milieu.

Reactieve homeostase

Reactieve homeostase is een directe reactie op de veranderingen die in het interne milieu plaatsvinden (een variatie in de pH, bijvoorbeeld); dat wil zeggen dat ze optreedt wanneer een interne parameter van het organisme een variatie ondergaat die gecorrigeerd moet worden. Een voorbeeld van reactieve homeostase is het moment waarop een dier drinkt als reactie op een uitdroging door overmatig hijgen of hevig zweten.

Predictieve homeostase

De interne oscillerende mechanismen fungeren als ware chronometers, die een fysiologische reactie op externe omgevingsveranderingen van tevoren kunnen voorbereiden. Deze vroegtijdige voorbereiding staat bekend als ‘voorspellende homeostase’, een term die is voorgesteld door Martin Moore-Ede.

Predictieve homeostase is een reactie op veranderingen in de externe omgeving. Het is anticiperend, wat betekent dat het mogelijk is het verschijnen van een omgevingsprikkel te voorspellen, en te anticiperen op een juiste reactie op elke verstoring die de referentiewaarde of het setpoint zal verleggen. Dit model van homeostase beïnvloedt ook het circadiane systeem, dat, zich bewust van de verstoring, de afwijking van de referentiewaarde toestaat, zodat het organisme zich moet reguleren vanuit dit nieuwe, gewijzigde setpoint (de adaptieve respons werkt in referentie aan het nieuwe setpoint).

Sommige soorten ara’s leveren een interessant voorbeeld van voorspellende homeostase: deze groep vogels consumeert vaak een kleimineraal dat “kaolien” wordt genoemd, en dat werkt als een natuurlijk geneesmiddel dat potentiële intoxicaties door het innemen van zaden voorkomt. Een ander voorbeeld is de vermindering van de voedselopname door dieren die uitgedroogd zijn, om te voorkomen dat ze door uitscheiding water verliezen.

Typen organismen en hun reguleringsmechanismen

Er zijn verschillende typen organismen, afhankelijk van de reguleringsmechanismen die ze gebruiken. In het algemeen kunnen we zeggen dat, naarmate we opklimmen op de evolutionaire schaal, het vermogen om de stabiliteit van het interne milieu te handhaven steeds effectiever wordt, waardoor het proces van homeostase steeds verfijnder wordt.

Conforme organismen

Conforme soorten worden beïnvloed door externe factoren, zodat het organisme zijn interne parameters geleidelijk aanpast aan de omgevingsparameters, dankzij de flexibiliteit van zijn enzymen. Conformers hebben een voordeel: zij hoeven niet zoveel energie te investeren in het stabiel houden van de interne kenmerken. De mogelijkheden van het vrije leven zijn echter beperkt, omdat de interne cellen onderhevig zijn aan de veranderingen van de externe omstandigheden.

Deze organismen kunnen hun functies alleen bevredigend uitvoeren binnen een smalle marge van parameters, terwijl ze buiten die marge eenvoudigweg proberen te overleven. In het algemeen tolereren conformers grote variaties in de parameters van hun interne milieu.

Regulatororganismen

Regulatororganismen houden de condities van hun interne milieu stabiel, binnen nauwe grenzen, tegenover de variatie van de condities van het externe milieu. In tegenstelling tot conformers werken de cellen van regulatoren onafhankelijk van de externe omgeving en verdragen zij verregaande veranderingen in de kenmerken daarvan. De mechanismen die dit mogelijk maken verbruiken veel energie. Zoogdieren, bijvoorbeeld, zijn regulerende organismen.

Vertaald door Carlos Heras