Mechanismen für die Homöostase

Wir Lebewesen haben verschiedene Mechanismen, um uns mit einer ständig verändernden Welt zu konfrontieren.

Geschrieben und geprüft von der Biologin Paloma de los Milagros.

Letzte Aktualisierung: 20. Januar 2023

Wir Lebewesen sind kontinuierlich äußerlichen Reizungen ausgesetzt. Deshalb ist es besonders wichtig, dass wir auf unsere Mechanismen für Homöostase zählen können, die unser inneres Gleichgewicht regulieren.

Homöostase und das innere Milieu

In der Mitte des 19. Jahrhunderts wurde sich der französische Wissenschaftler Claude Bernard über die Konstanz des inneren Milieus und der Zellen eines Organismus bewusst, die trotz der ständigen Veränderungen des äußeren Umfeldes bestanden.

Fast ein Jahrhundert später stellte der amerikanische Physiologe W. B. Cannon fest, dass dieses Gleichgewicht das Ergebnis verschiedener physiologischer Mechanismen ist.

Er bemerkte, dass sie fähig sind, eine Reihe von Konzentrationen oder inneren Werten aufrecht zu erhalten, die für das Überleben notwendig sind.

Cannon prägte den Begriff Homöostase, um auf die Stabilität und das Gleichgewicht des inneren Milieus anzuspielen, im Gegensatz zu den äußerlichen Veränderungen. Paradoxerweise ist die Komplexität dieser physiologischen Prozesse in einer konstanten, dynamischen Selbstregulierung verwurzelt.

Mechanismen für homöostatische Regulierung

Die Zellen von Lebewesen erhalten ihre Lebensfähigkeit nur aufrecht, so lange je nach Spezies bestimmte Temperaturen, pH-Werte, ionische Konzentrationen und spezifische Nährstoffe eingehalten werden.

Die Organismen hängen jedoch von ständigen Veränderungen der äußerlichen Einflüsse ab, um die notwendigen Stoffe und Energie für ihr inneres Gleichgewicht zu erhalten.

Die Mechanismen zur Erhaltung der Homöostase kann man wie folgt klassifizieren:

• Negatives Feedback: Das ergibt sich, wenn der Wert einer Variablen über oder unter dem notwendigen Niveau für einen bestimmten physiologischen Prozess oder Mechanismus liegt. Als Antwort darauf aktiviert sich ein Regulationsmechanismus, der die Synthese jener Variable unterbindet und ihre Potenz verringert.

Die Blutzuckerwerte oder die Erhaltung der Körpertemperatur sind nur zwei der biologischen Prozesse, die auf diese Art reguliert werden.

• Positives Feedback: Dies kommt weniger häufig als der zuvor genannter Mechanismus vor. Es trägt zur Erhöhung eines Prozesses oder einer Funktion bei.

Es kommt zum Beispiel bei den anfänglichen Etappen des Aktionspotentials vor, wenn eine kleine Depolarisation der plasmatischen Zellmembrane eine Öffnung der Natriumkanale hervorruft.

Treten diese in den intrazellulären Raum ein, so führen sie zu der Öffnung weiterer Natriumkanäle. Auf diese Art erreicht man eine größere Depolarisation der Zellen. Außerdem produziert sich so auch eine positive Regulierung in den ersten Phasen des Eisprungs.

• Vorsteuerung: Hierbei handelt es sich um einen Mechanismus, der einem Organismus das Voraussehen höchstwahrscheinlicher Ereignisse erlaubt, die sowohl positiver als auch negativer Natur sein können. Die Vorsteuerung tritt hauptsächlich bei Stoffwechselketten, Kommunikationsprozessen und neuronaler Koordination auf.

Die Erhöhung des Herzschlags unmittelbar vor einer körperlichen Anstrengung oder auch die Funktion des Kleinhirns, die einem Zustand des neuromuskulären Systems vorausgeht, wenn erst die Bewegung beginnt, kann die notwendigen Anordnungen der Nerven durchführen.

Homöostase und Allostase

Die homöostatische Theorie von Bernard und Cannon rechtfertigt deshalb die Stabilität und das Funktionieren des inneren Milieus. 1988 stellte ihr jedoch der Neurowissenschaftler Sterling eine vermeintlich gegensätzliche Theorie entgegen.

Später fand man dann allerdings heraus, dass sie eher ergänzend als gegensätzlich ist. Hierbei handelt es sich um das Konzept der Allostase.

Die Allostase ist ein regulierender Mechanismus. Im Unterschied zum homöostatischen Gleichgewicht schlägt Sterling jedoch vor, dass die Organismen die Konstanz des inneren Milieus verändern. So können sie sich mit den Schwankungen des äußeren Umfelds konfrontieren.

So geschieht es beispielsweise beim Blutdruck, der sich je nach äußeren Einflüssen verändert. Blieb er immer gleich, so würde das zum Tod des Individuums führen.

Diese Idee führte letztendlich dazu, das McEwen vorschlug, dass die Allostase der Prozess sei, der auf aktive Form die Homöostase beibehalte. Das bedeutet, dass er das innere Gleichgewicht durch Veränderungen beibehält.