L'homéostasie est la capacité de maintenir un état interne relativement stable qui persiste malgré les changements dans le monde extérieur. Tous les organismes vivants, des plantes aux chiots et aux humains, doivent réguler leur environnement interne pour traiter l'énergie et finalement survivre. Si votre pression artérielle monte en flèche ou que votre température corporelle chute, par exemple, vos systèmes d'organes peuvent avoir du mal à faire leur travail et éventuellement échouer.
Pourquoi l'homéostasie est importante
Le physiologiste Walter Cannon a inventé le terme «homéostasie» dans les années 1920, développant les travaux antérieurs du regretté physiologiste Claude Bernard. Dans les années 1870, Bernard décrit comment les organismes complexes doivent maintenir l'équilibre dans leur environnement interne, ou "milieu intérieur","afin de mener une" vie libre et indépendante "dans le monde au-delà. Cannon a perfectionné le concept et a présenté l'homéostasie au public populaire à travers son livre," La sagesse du corps "(The British Medical Journal, 1932).
Saluée comme un principe fondamental de la physiologie, la définition de base de l'homéostasie de Cannon reste en usage aujourd'hui. Le terme dérive de racines grecques signifiant "similaire" et "un état de stabilité". Le préfixe "homeo" souligne que l'homéostasie ne fonctionne pas comme un thermostat ou un régulateur de vitesse dans une voiture, fixé à une température ou une vitesse précise. Au lieu de cela, l'homéostasie détient des facteurs physiologiques importants dans une plage de valeurs acceptables, selon une revue de la revue Appetite.
Le corps humain, par exemple, régule ses concentrations internes d'hydrogène, de calcium, de potassium et de sodium, particules chargées dont les cellules dépendent pour leur fonctionnement normal. Les processus homéostatiques maintiennent également les niveaux d'eau, d'oxygène, de pH et de sucre dans le sang, ainsi que la température corporelle centrale, selon une revue de 2015 dans Advances in Physiology Education.
Dans les organismes sains, les processus homéostatiques se déroulent constamment et automatiquement, selon Scientific American. Plusieurs systèmes fonctionnent souvent en tandem pour maintenir stable un seul facteur physiologique, comme la température corporelle. Si ces mesures échouent ou échouent, un organisme peut succomber à la maladie, voire à la mort.
Comment l'homéostasie est maintenue
De nombreux systèmes homéostatiques écoutent les signaux de détresse du corps pour savoir quand les variables clés sortent de leur plage appropriée. Le système nerveux détecte ces écarts et rend compte à un centre de contrôle, souvent basé dans le cerveau. Le centre de contrôle dirige ensuite les muscles, les organes et les glandes pour corriger la perturbation. La boucle continue de perturbation et d'ajustement est connue sous le nom de «rétroaction négative», selon le manuel en ligne Anatomy and Physiology.
Par exemple, le corps humain maintient une température centrale d'environ 98,6 degrés Fahrenheit (37 degrés Celsius). En cas de surchauffe, les thermocapteurs de la peau et du cerveau déclenchent une alarme, déclenchant une réaction en chaîne qui dirige le corps vers la transpiration et la chasse. Lorsqu'il est refroidi, le corps réagit en tremblant et en réduisant la circulation sanguine vers la peau. De même, lorsque les niveaux de sodium augmentent, le corps signale aux reins de conserver l'eau et d'expulser l'excès de sel dans l'urine concentrée, selon deux études financées par les NIH.
Les animaux ajusteront également leur comportement en réponse aux commentaires négatifs. Par exemple, en cas de surchauffe, nous pouvons perdre une couche de vêtements, passer à l'ombre ou boire un verre d'eau froide.
Modèles modernes d'homéostasie
Le concept de rétroaction négative remonte à la description de Cannon de l'homéostasie dans les années 1920 et a été la première explication du fonctionnement de l'homéostasie. Mais au cours des dernières décennies, de nombreux scientifiques soutiennent que les organismes sont en mesure d'anticiper les perturbations potentielles de l'homéostasie, plutôt que de n'y réagir qu'après coup.
Ce modèle alternatif d'homéostasie, connu sous le nom d'allostase, implique que le point de consigne idéal pour une variable particulière peut changer en réponse à des changements environnementaux transitoires, selon un article de 2015 dans Psychological Review. Le point peut se déplacer sous l'influence des rythmes circadiens, des cycles menstruels ou des fluctuations quotidiennes de la température corporelle. Les points de consigne peuvent également changer en réponse à des phénomènes physiologiques, comme la fièvre, ou pour compenser les multiples processus homéostatiques qui se déroulent en même temps, selon une revue de 2015 dans Advances in Physiology Education.
"Les points de consigne eux-mêmes ne sont pas fixes mais peuvent montrer une plasticité adaptative", a déclaré Art Woods, biologiste à l'Université du Montana à Missoula. "Ce modèle permet des réponses anticipatives aux perturbations potentielles à venir aux points de consigne."
Par exemple, en prévision d'un repas, le corps sécrète de l'insuline, de la ghréline et d'autres hormones supplémentaires, selon une revue de 2007 dans Appetite. Cette mesure préventive prépare le corps à l'afflux de calories entrant, plutôt que de lutter pour contrôler la glycémie et les réserves d'énergie dans son sillage.
La capacité de changer les points de consigne permet aux animaux de s'adapter aux facteurs de stress à court terme, mais ils peuvent échouer face à des défis à long terme, tels que le changement climatique.
"L'activation des systèmes de réponse homéostatique peut être correcte pour de courtes périodes", a déclaré Woods. Mais ils ne sont pas conçus pour durer longtemps. "Les systèmes homéostatiques peuvent échouer de façon catastrophique s'ils sont poussés trop loin; ainsi, bien que les systèmes puissent être capables de gérer de nouveaux climats à court terme, ils peuvent ne pas être capables de gérer des changements plus importants sur des périodes plus longues."
Maintenir la circulation de l'information
Les systèmes homéostatiques peuvent avoir principalement évolué pour aider les organismes à maintenir une fonction optimale dans différents environnements et situations. Mais, selon un essai de 2013 dans la revue Trends in Ecology & Evolution, certains scientifiques théorisent que l'homéostasie fournit principalement un "arrière-plan calme" pour que les cellules, les tissus et les organes communiquent entre eux. La théorie postule que l'homéostasie permet aux organismes d'extraire plus facilement des informations importantes de l'environnement et de faire passer les signaux entre les parties du corps.
Quel que soit son objectif évolutif, l'homéostasie a façonné la recherche en sciences de la vie pendant près d'un siècle. Bien que principalement discutés dans le contexte de la physiologie animale, les processus homéostatiques permettent également aux plantes de gérer les réserves d'énergie, de nourrir les cellules et de répondre aux défis environnementaux. Au-delà de la biologie, les sciences sociales, la cybernétique, l'informatique et l'ingénierie utilisent toutes l'homéostasie comme cadre pour comprendre comment les personnes et les machines maintiennent la stabilité malgré les perturbations.
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