هم‌ایستایی یا هومئوستازی در زیست‌شناسی به معنای حفظ پایداریِ محیط داخلی بدن و ثابت نگه داشتن شرایط فیزیکی و شیمیایی جاندار است. عملکرد بهینه جاندار در گرو این ویژگی است که متغیرهای زیادی از جمله دما و تعادل مایعات بدن را در محدوده‌ای از پیش تعیین شده نگه می‌دارد(محدوده هومئوستاتیک). پی‌اچِ مایعات برون‌سلولی، غلظت یون‌های سدیم، پتاسیم و کلسیم و سطح قند خون نیز بخشی از این متغیرهاست که پیوسته کنترل میشود. جاندار، علی‌رغم تغییرات محیط، نوع رژیم غذایی و مقدار فعالیت بدنی، تعادل متغیرهای بدنش را، هرکدام با یک یا چند سازوکار هومئوستاتیک به‌طوری پایدار حفظ میکند که تمام این فرایندهای تنظیمی باهم حیات را تدوام می‌بخشد.
در شرایط بهینه، مقاومت طبیعی در برابر تغییر منجر به هم‌ایستایی میشود که با سازوکارهای تنظیمی زیادی شرایط را به حد تعادل برمی‌گرداند: به طوری که تصور میشود هم‌ایستایی محرک اصلی همه کنش‌های اندامگانی باشد. سازوکارهای کنترلی هومئوستاتیک برای تنظیم متغیرهای ذکر شده همگی از حداقل سه جز وابسته به یکدیگر تشکیل می‌شوند: گیرنده، مرکز کنترل و اثرگذار. گیرنده حسگری است که بر تغییرات محیط، اعم از بیرونی و درونی نظارت میکند و به آن پاسخ می‌دهد که از دو نوع دمایی و مکانیکی تشکیل شده‌اند. مرکز تنفس و سامانه رنین-آنژیوتانسین نیز مثال‌هایی از مراکز کنترل هستند و اثرگذار نیز عاملی فعال برای خنثی کردن تغییرات به‌وجود آمده و برگشت به شرایط نرمال است. اثرگذارها در سطح سلولی شامل گیرنده هسته‌ای هستند که از طریق دو روش فراتنظیمی یا فروتنظیمی تغییراتی در بیان ژن ایجاد می‌کنند و درنتیجه یک سازوکار بازخورد منفی راه می‌اندازند. مثال این فرایند تنظیم نمک صفراوی در کبد است.
برخی از مراکز مانند سامانه رنین-آنژیوتانسین تعادل چندین متغیر را کنترل می‌کنند. گیرنده‌ها پس از دریافت اثر متحرک با ایجاد پتانسیل عمل و فرستادن آن به سمت مرکز کنترل، واکنش می‌دهند. مرکز کنترل که حدود بالا و پایین مورد قبول برای یک متغیر خاص، مانند دما، را تعیین میکند، بازخورد مناسب را تعیین میکند و سیگنال‌هایی به اثرگذار می‌فرستد که می‌تواند فعالیت یک یا چند عضله، اندام یا غده را تحت تاثیر قرار بدهد. با اعمال این تغییرات و بازگشت به شرایط عادی، سازوکار بازخورد منفی ایجاد میشود و گیرنده بیش‌از این نیازی به ایجاد پتانسیل عمل ایجاد ندارد.
ریشه‌شناسی
واژه هومئوستازی (homeostasis) از دو بخش «هومئو-» و «-استاتیس» تشکیل میشود که در زبان یونانی homoios به معنای «یکسان» و stasis به معنای «پایدار ماندن» است. از ترکیب این دو بخش واژه هومئوستازی مشتق شده است که مفهوم «پایدار ماندن به‌طوری یکسان» را تبیین میکند. فرهنگستان نیز برای معادل فارسی هومئوستازی، واژه هم‌ایستایی را پیشنهاد داده است.
پیشینه
در سال ۱۸۴۹، کلود برنارد، فیزیولوژیست فرانسوی، مفهوم تعدیل در محیط داخلی بدن را توصیف کرد و در سال ۱۹۲۶ والتر بردفورد کانن واژه هومئوستازی را برای این مفهوم ابداع کرد. در ۱۹۳۲، جوزف بارکرافت، فیزیولوژیست بریتانیایی، اولین کسی بود که گفت که عملکرد بالاتر مغز مستلزم پایدارترین محیط داخلی است. بنابراین، برای بارکرافت، هومئوستازی نه تنها توسط مغز سازماندهی میشود، بلکه درحقیقت در خدمت مغز است. واژه هومئوستازی یا هم‌ایستایی تقریبا به‌طور منحصری وابسته به حیطه زیست‌شناسی است و اشاره به مفاهیمی دارد که برنارد و کانن پیرامون ثبات محیط داخلی بدن شرح داده‌اند. البته در حیطه تکنولوژی، اصطلاحی به نام سایبرنتیک وجود دارد که به سامانه‌های کنترلی مانند ترموستات گفته میشود و عملکردی مانند سازوکار هم‌ایستایی دارند، اما این سامانه‌ها ساختاری معمولی‌تر و کم‌جزئیات‌تر از مشابه زیست‌شناسی آنها هستند.
بررسی اجمالی
روند صحیح سوخت‌وساز تمام موجودات زنده به محیط‌هایی با شرایط فیزیکی و شیمیایی بسیار مخصوص وابسته است. این شرایط بسته به نوع موجود زنده یا محل انجام واکنش متفاوت است. معروف‌ترین سازوکار هومئوستاتیک شناخته شده در انسان و سایر پستانداران تنظیم‌کننده‌هایی هستند که با تنظیم دما، پی‌اچ،مولالیته و همچنین کنترل غلظت‌های سدیم، پتاسیم، گلوکز، کربن دی‌اکسید و اکسیژن، پیکربندی مایعات برون‌سلولی (یا «محیط داخلی») را پایدار نگه می‌دارند. جدا از این، سازوکارهای فراوان دیگری نیز در سرتاسر بدن انسان یافت میشود که متغیرهای دیگری را کنترل می‌کنند. در گفتار علمی اگر مقدار این متغیرها به بالاتر یا پایین‌تر از محدوده مناسب آن برسد، از پیش‌وند «-hyper» برای بالاتر و «-hypo» برای پایین‌تر استفاده میشود. برای مثال اصطلاحات «hyperthermia» و «hypothermia» به ترتیب اشاره به گرمازدگی و سرمازدگی و «hypertension» و «hypotension» اشاره به فشار خون بالا و فشار خون پایین دارد.
لزوما، مقدار لازم و مناسب یک متغیر برای تندرستی بدن همیشه ثابت نیست. برای مثال می توان به هیپوتالاموس که غده‌ای در مغز است اشاره کرد. هیپوتالاموس یکی از وظایفش تنظیم دمای بدن است که برای این‌کار اول باید نقطه تنظیم را از پیش مشخص کرده باشد؛ اما بدن انسان مقتضی به شرایط مختلف، دمای مناسب مورد نیازش هم تغییر میکند؛ بنابراین نقاط تنطیم هم باید پیوسته بازنشانی شوند. یکی از این شرایط چرخه طبیعی شبانه‌روزی است که تنظیم دمای بدن طی آن تفاوت میکند؛ به‌طوری که پایین‌ترین دمای بدن مربوط به شب و بالاترین دما مربوط به بعدازظهر است. هنگام چرخه قاعدگی نیز نقاط تنظیم دما به طور طبیعی تغییر میکند. در شرایط غیر طبیعی هم امکان تغییر این روند وجود دارد؛ مثلا به هنگام بیماری‌ها که تنظیم‌کننده‌های دما نقاط تنظیم را برای ایجاد تب بازنشانی می‌کنند. درمجموع می‌توان گفت که موجودات زنده در شرایط مختلف، ازجمله تغییرات دمایی یا تغییر سطح اکسیژن در ارتفاع، قادر به استفاده از روش‌هایی موسوم به هم‌هوایی هستند- یعنی با شرایط زیست‌محیطی معین سازش پیدا می‌کنند.
هم‌ایستایی همه فعالیت‌های بدن را کنترل نمی‌کند. برای مثال سیگنال‌هایی که حسگر به اثرگذار ارسال میکند (نورونی یا هورمونی) بسته به جهت و یا مقدار بزرگی خطای تشخیص‌داده شده، تفاوت‌هایی دارد. به‌طور مشابهی، بازخورد اثرگذار هم باید قابل تنظیم باشد- یعنی بازخوردی درخور و درخلاف جهت خطایی که محیط داخلی را تهدید کرده‌است، ایجاد کند. برای مثال فشار خون سرخرگی در پستانداران با این روش اندازه‌گیری و کنترل میشود. گیرنده‌های ارتجاعی در قوس آئورت و سینوس کاروتید در ابتدای سرخرگ کاروتید درونی با ارسال اطلاعات از طریق اعصاب حسی به بصل النخاع، افزایش یا کاهش فشار خون را اطلاع‌رسانی می‌کنند. سپس بصل النخاع از طریق نورون‌های حرکتی دستگاه عصبی خودمختار پیام‌هایی را به اندامهای اثرگذار مختلفی می‌فرستد تا در عملکردشان تغییراتی ایجاد کنند و خطای ایجاد شده در فشار خون برطرف شود. یکی از این اندامهای اثرگذار قلب است که هنگام افت فشار با تندتپشی (تاکی‌کاردی) و هنگام افزایش فشار با کندتپشی (برادی‌کاردی) سرعت ضربان‌هایش را تغییر می‌دهد. بنابراین برای ضربان قلب در بدن حسگری وجود ندارد و به‌صورت هومئوستاتیک کنترل نمی‌شود اما با این‌حال یکی‌از بازخوردهای اثرگذار در بالا و پایین شدن فشار خون سرخرگی است.
جستارهای وابسته
- آپوپتوز
- خودتنظیمی جریان خون مغز
- کرونوبیولوژی
- فرضیه گایا
- اصل لوشاتلیه
- قانون لنز
- اسمز
- زیست‌شناسی سامانه‌ها – مدل‌سازی محاسباتی و ریاضیاتی سامانه‌های زیستی پیچیده