Homeostazi Nedir: Organizmaların Biyolojik Ve Kimyasal Dengesi

Homeostazi, dış dünyadaki değişikliklere rağmen devam eden nispeten istikrarlı bir “iç durumu sürdürme” yeteneğidir. Bitkilerden yavru köpeklere ve insanlara kadar tüm canlı organizmalar, enerjiyi işlemek ve nihayetinde hayatta kalmak için iç ortamlarını düzenlemelidir. Örneğin, kan basıncınız fırlar veya vücut ısınız düşerse, organlarınız görevlerini yerine getiremeyebilir ve istenmeyen sonuçlar ortaya çıkabilir.

Homeostazi ve Homeostaz Neden Önemlidir?

Fizyolog Walter Cannon 1920’lerde “homeostaz” teriminin ne demek olduğunu ilk kez ortaya atan kişiydi ve geç dönem fizyologu Claude Bernard’ın geçmişte yaptığı çalışmaları daha açıklayıcı bir şekilde insanlara anlattı. 1870’lerde Bernard, karmaşık organizmaların, ötesindeki dünyada “özgür ve bağımsız bir yaşam” sürebilmek için iç dengelerini nasıl korumaları gerektiğini anlattı. Cannon ise bundan 50 yıl sonra kavramı geliştirdi ve “The Wisdom of the Body” (The British Medical Journal, 1932) adlı kitabıyla homeostazı insanlara tanıttı.

Fizyolojinin temel ilkelerinden biri olarak görülen Cannon’un temel homeostaz tanımı günümüzde oldukça geniş alanlarda kullanılmaktadır. Terim, “benzer” ve “istikrar durumu” anlamına gelen Yunan kelimelerinden türemiştir. “Homeo” ön eki, homeostazın bir arabada bir termostat veya hız sabitleyici gibi çalışmadığını, kesin bir sıcaklık veya hızda sabitlendiğini vurguluyor. Bunun yerine, Appetite dergisindeki bir incelemeye göre, homeostaz önemli fizyolojik faktörleri (vücuttaki veya herhangi bir sistemdeki her türlü işlev) kabul edilebilir bir değer aralığında tutar.

Örneğin insan vücudu, hücrelerin normal işlevlerini sürdürebilmesi için hidrojen, kalsiyum, potasyum ve sodyum konsantrasyonlarını düzenler. Advances in Physiology Education’da 2015 yılında yayınlanan bir makaleye göre, homeostatik dengeler ayrıca su, oksijen, pH ve kan şekeri seviyelerinin yanı sıra genel vücut sıcaklığını da korur.

Scientific American’a göre sağlıklı organizmalarda homeostatik süreçler sürekli ve otomatik şekilde gerçekleşir. Birden fazla sistem, vücut ısısı gibi basit görülebilecek bir fizyolojik faktörü sabit tutmak için genellikle birlikte çalışır. Bu önlemler başarısız olursa, bir organizma (mesela bir insan veya hayvan gibi) hastalanabilir, hatta ölüme yenik düşebilir.

Homeostaz Nasıl Korunur?

Birçok homeostatik sistem, temel değişkenler uygun aralıklarının dışına çıktığı anda bunu fark edebilmek için vücuttan gelen tehlike sinyallerini dinler. Sinir sistemi bu sapmaları tespit eder ve beyinde bulunan kontrol merkezine rapor verir. Kontrol merkezi daha sonra rahatsızlığı düzeltmek için kaslara, sinirlere, organlara ve hormonların bezlerine bazı direktifler verir. Devamlı olarak yaşanan rahatsızlıklar ve uyum döngüsündeki sorunlar ise “olumsuz geri bildirim” olarak iletilir.

Örneğin, insan vücudu yaklaşık 37 santigrat derecelik sıcaklığı korumaya çalışır. Aşırı sıcaklığa maruz kalındığında, derideki ve beyindeki termosensörler bir alarm görevi görür ve vücudu terlemeye/kızarmaya yönlendiren bir zincirleme reaksiyon başlatır.

Hava ansızın soğuduğunda ise vücut titremeye başlar, bu yolla kan dolaşımını artırır ve vücudu ısıtmak için çaba harcar. Benzer şekilde yapılan araştırmalara göre, vücuttaki sodyum seviyeleri yükseldiğinde, böbreklere suyu muhafaza etmeleri ve konsantre idrardaki fazla tuzu atmaları için sinyal gönderilir.

İnsanlar gibi hayvanlar da olumsuz geribildirime yanıt olarak davranışlarını düzenlerler. Örneğin, havalar aşırı ısındığında tüy dökebilir, gölgelik alanlar arayabilir ve su ihtiyaçları geldiğinde mümkün olduğunca soğuk su içmeyi tercih edebilirler.

Modern Homeostazi Modelleri

Negatif geribildirim kavramı, Cannon’un 1920’lerde yaptığı homeostaz tanımına dayanır ve homeostazın nasıl çalıştığına dair ilk açıklamadır. Son yıllarda birçok bilim insanı, organizmaların, sadece olaylara tepki vermek dışında, homeostazik dengedeki bozulma ihtimalini öngörebildiklerini iddia ediyor.

Allostasis (Allostaz) olarak bilinen bu alternatif homeostaz modeli, Psychological Review’da yayınlanan 2015 tarihli bir makaleye göre, belirli değişkenlere göre ideal denge noktasının geçici çevresel değişikliklere yanıt olarak değişebileceğini ima ediyor (yani vücut sıcaklığındaki dengenin bazı koşullara göre değişmesi gibi). Yine 2015 tarihli bir araştırmaya göre denge noktaları, ateş yükselmesi gibi fizyolojik olaylara yanıt olarak veya aynı anda gerçekleşen birden fazla homeostatik süreci telafi etmek için değişebilir.

Missoula’daki Montana Üniversitesi’nde görevli bir biyolog olan Art Woods, “Denge noktaları hiçbir zaman tam olarak sabit değildir, çeşitli koşullara göre esneklikler gösterebilir. Bu model, denge noktalarını belirlemek için yaklaşan potansiyel rahatsızlıklara karşı vücudun önceden önlem alması gibidir.” açıklamasında bulundu.

Örneğin, yemek beklentisindeki vücut fazladan insülin, girelin ve diğer hormonları salgılar. Bu önleyici tedbir, ardından gelen kan şekerini ve enerji depolarını kontrol etmek için enerji harcamak yerine, vücudu kalori alımına (yemek yemeye de diyebiliriz) hazırlar.

Denge noktalarını değiştirebilme yeteneneği, hayvanların kısa vadeli olumsuz faktörlere uyum sağlayabilmesini sağlar, ancak iklim değişikliği gibi uzun vadeli sorunlar karşısında başarısız olabilirler. Bunun en net kanıtı, birçok canlı neslinin milyonlarca yıl önce gerçekleşen iklim değişiklikleri sebebiyle tükenmiş olması.

Homeostazik Sistemler Evrimleşmiş Olabilir Mi?

Homeostatik sistemler, organizmaların farklı ortamlarda ve durumlarda işlevlerini sürdürmelerini sağlayabilmek için zamanla evrimleşmiş olabilir. Ancak 2013 yılında yapılmış bir araştırmaya göre, bazı bilim insanları homeostazın öncelikle hücrelerin, dokuların ve organların birbirleriyle iletişim kurması için “sessiz bir arka plan” sağladığını teorileştirdi. Bu teoriye göre homeostaz, organizmaların çevre değişimine göre vücudun kendini hazırlaması ve önlem almasını kolaylaştırıyor.

Evrimsel amacı ne olursa olsun, homeostazi yaklaşık bir yüzyıldır biyoloji başta olmak üzere birçok dalda bilim insanlarını üzerine çekmeyi başarmıştır. Çoğunlukla hayvan fizyolojisi bağlamında tartışılsa da, homeostatik süreçler ayrıca bitkilerin enerji depolarını yönetmesini, hücreleri beslemesini ve çevresel zorluklara yanıt vermesini sağlar. Biyolojinin ötesinde, sosyal bilimler, sibernetik, bilgisayar bilimi ve mühendisliğin tümü, insanların ve makinelerin kesintilere rağmen iç dengelerini nasıl koruduklarını anlamak için perspektif olarak homeostazı kullanır.