Omeostasi  e Allostasi

 

 (dal greco:”stessa fissità” ed “altra fissità”)

Ovvero

una risposta alle vostra domande:

il come ed il perché dell’ Universo, dell’Ultraverso e del Multiverso Polimorfico Adattivo

conosciuto e sconosciuto

cmpreso il

T-1000 in metallo liquido, lega polimetallico-mimetica

 

di Mario Bon con contributi da Wikipedia

 

Il termine Omeostasi viene utilizzato in diversi ambiti scientifici ma sempre con il significato di “equilibrio”. In particolare all’equilibrio necessario (e a cui tendono) gli esseri viventi  intesi come sistemi.

Quindi, in senso lato, anche per indicare un equilibrio psico-fisico.

L’ omeostasi è lo stato di equilibrio necessario per mantenere la vita.

Dato che l’equilibrio è mantenuto attraverso meccanismi di retroazione la mancanza di equilibrio va corretta intervenendo su questi meccanismi.

Quindi la “cura” richiede l’analisi della struttura del sistema che passa attraverso il riconoscimento degli elementi ed il riconoscimento delle relazioni tra questi elementi (analisi delle strutture, insiemistica).

I “grafi lineari orientati” sono lo strumento più adatto per rappresentare i sistemi retroazionati.

 

 

Tutto sarebbe più semplice se le varie branche della scienza facessero riferimento alla “Teoria dei Sistemi” ed alla “Teoria dei Segnali” così come sono state sviluppate nell’ambito dell’Elettronica. Non nel senso che si deve studiare elettronica per capirci qualche cosa ma nel senso che anche un organismo vivente deve essere riguardato come un “sistema”, complicato quanto si vuole, ma pur sempre un sistema con ingressi (organi di senso), canali di trasmissione (nervi), attuatori (muscoli, ghiandole, organi), centri di controllo, ecc. fino alle “uscite” (per esempio la parola per non dire le emozioni).

 

È utile richiamare il concetto di equilibrio  proprio della meccanica:

l’equilibrio è un particolare stato di un corpo che si realizza quando la risultante delle forze (che tenderebbero a cambiarne la velocità) e la risultante dei momenti (che tenderebbero a farlo ruotare) sono entrambe nulli.

Le forze tendono a cambiarne la velocità menre i momenti tendono a farlo ruotare.

Il corpo in equilibrio non è soggetto a forze e non è soggetto a momenti.  Non cambia velocità e non ruota. L’equilibrio è di tre tipi:

 

stabile

Quando un corpo viene spostato dalla propria posizione di  equilibrio tende a tornarci

Una palla all’interno di un recipiente semisferico

Instabile

Quando un corpo viene spostato dalla propria posizione di  equilibrio tende ad allontanarsi ulteriormente.

Una pallina in equilibrio sopra una palla più grande

indifferente

Quando l’equilibrio non dipende dalla posizione

Una palla su un piano orizzontale (ovunque la sposti sta)

 

La condizione di equilibrio per un indivuo coincide con l’assenza di stress. Lo stress è solo additivo (gli stress non si annullano a vicenda).

 

La caratteristica di un sistema di controreazione o retroazione (o feedback in inglese) che funzioni correttamente è quella di riportare sempre il sistema all’equilibrio (minimizzare la differenza tra ingresso e uscita).

Ne segue che, se un sistema tende ad allontanarsi dal proprio equilibrio, bisogna individuare il “meccanismo di controreazione” che non funziona. Tale malfunzionamento può trovarsi nell’attuatore, nel sensore, o nel dispositivo che calcola il “segnale differenza”. 

Gli esseri viventi e l’uomo sono dotati di numerosi sistemi di controreazione che controllano tutti i parametri fisici (per es. pressione, temperatura, posizione) e fisiologi (per es. livelli ematici delle varie sostanze). Finché tali sistemi funzionano, tutto va bene.  Per esempio se è troppo caldo sudiamo, se è freddo i capillari vengono ristretti per dissipare meno calore. A livello psicologico la cosa è più complicata. Per quanto riguarda i sogni, ad esempio, un “sistema di controllo” esiste: lo stesso sogno viene ripetuto più volte finché il cervello non trova il modo di risolvere la situazione in modo positivo. Per esempio nella prima versione del sogno stiamo guidando, un coniglio attraversa la strada, la macchina sbanda e finiamo contro un paracarro. Nella seconda versione del sogno, scorgiamo prima il coniglio e freniamo in tempo evitando l’incidente. Quando non riusciamo ad elaborare il sogno con esito positivo questo diventa un incubo. A questo punto, però, interviene un “meccanismo di blocco”  che ci sveglia per impedirci di persistere sulla strada sbagliata. Un altro esempio di “sistema di blocco” è lo svenimento: se fa troppo caldo sudiamo ma, se questa operazione non è sufficiente e la pressione si abbassa troppo, il cervello provoca uno svenimento che ci mette lunghi distesi per terra favorendo il flusso di sangue al cervello stesso.

 

Il corpo umano è una macchina il cui scopo è sostenere (alimentare e proteggere) il cervello.  Il cervello è un dispositivo estremamente complicato ma utilizza gli stessi “sistemi di controllo e sicurezza” che applichiamo alle nostre macchine. In realtà è il contrario: nel realizzare le nostre macchine spesso  “copiamo” , anche inconsciamente, gli stessi meccanismi che agiscono dentro di noi. La controreazione, prima di essere applicata da James Watt (1788) per controllare la pressione delle caldaie e ben prima di essere introdotta in elettronica (1943), era già stata “inventata” dalla natura da qualche  miliardo di anni. L’osmosi è una forma di autoregolazione ed è uno dei meccanismi fondamentali nel funzionamento delle cellule.

La malattia, fisica o psichica, può essere causata dall’avaria di un sistema di controllo. Le vertigini sono quasi sempre causate da un funzionamento anomalo dell’orecchio dove la coclea è preposta al controllo dell’equilibrio.

  

L'omeostasi è la tendenza naturale al raggiungimento ed al mantenimento di uno stato di equilibrio (chimico-fisiche, psico-fisico,  meccanico, funzionale, ecc.) La tendenza all’omeostasi è comune a tutti gli organismi viventi, per i quali tale stato di equilibrio deve mantenersi nel tempo, anche al variare delle condizioni esterne. L’ equilibrio  viene mantenuto attraverso precisi meccanismi di autoregolazione (retroazione o feedbak). Tutte le spece che non disponevano di questo meccanismo si sono estinte.

Il temine omeostasi viene usato in ambiti diversi:

 

processi biologici

l'omeostasi mantiene la concentrazione chimica di ioni e molecole, e permette alla cellula di sopravvivere.

Fisica

In fisica l'omeostasi permette di regolare  parametri quali temperatura o energia.

Biochimica

Di solito questo termine viene usato in biochimica, per indicare l'equilibrio di una composizione chimica ottimale tra liquidi diversi e separati da membrane, ad esempio le membrane cellulari. Un esempio classico è la separazione tra plasma sanguigno, liquido interstiziale e liquido intracellulare.

Fisiologia

In Fisiologia, la legge dell'equilibrio di massa dice che se la quantità  di una sostanza in un organismo deve rimanere costante, ogni aumento deve venir compensato da una perdita di pari entità .

sinecologia

In sinecologia indica anche la tendenza all'equilibrio delle popolazioni animali e vegetali, come risultato di meccanismi dipendenti dalla densità  e operanti sul tasso di natalità , sopravvivenza e morte (stabilità).

Per estensione, il termine indica anche la capacità  di alcuni sistemi elettromeccanici o informatici di mantenere una condizione di equilibrio attraverso l'auto-regolazione.

Semisfera

Nella teoria della semiosfera di Juri Lotman, l'omeostasi indica la condizione di stabilità  della semiosfera o di parti di essa[1].

 

Omeostasi biologica

 

Omeostasi

Stato

Designa la stabilità  delle funzioni (lo stato del sistema)

Condizioni Omeostatiche

Elemento

rappresentano gli elementi della stabilità ,

Reazioni Omeostatiche

mezzo

indicano i mezzi per mantenere la stabilità (che utilizzano sempre un meccanismo di retroazione) .

 

In teoria dei sistemi si direbbe: il sistema omeostatico è un sistema controreazionato (dotato di controreazione, controreazione=feedback). Ogni sistema controreazionato comprende, al minimo, quattro elementi:

 

in Biologia

in Elettronica

Funzione

Recettore

Sensore

il recettore, che ha il compito di percepire le condizioni esterne e interne (in elettronica Sensore)

Centro di controllo

Segnale differenza

il centro di controllo, che decide come comportarsi, dopo aver confrontato la condizione rilevata dal recettore con quella ottimale (in elettronica il segnale differenza)

Effettore

Attuatore

l'effettore, che esegue quello che gli viene ordinato dal centro di controllo (in elettronica Attuatore).

Stimolo

Stimolo

lo stimolo, il cambiamento che stimola appunto il recettore ad attivare i meccanismi di regolazione interna .

 

Il fatto che in Biologia si usi il termine Effettore è un bell’esempio di quella interdisciplinarietà che ci dovrebbe essere e non c’è.  In elettronica un sistema dotato di controreazione si rappresenta con i grafi lineari orientati.

La controreazione (o feedback) è stata introdotta nell’Elettronica nel 1943 ma nel 1788 James Watt aveva già inventato il “regolatore di Watt”. La  retroazione è di due tipi:

 

Retroazione negativa

quando il sistema risponde contrastando l'effetto dello stimolo destabilizzante (ad esempio: un abbassamento della temperatura provoca  una reazione tendente a innalzare la temperatura stessa).

Porta verso l’equilibrio

(converge)

Retroazione positiva

quando il sistema risponde rinforzando l'azione dello stimolo iniziale invece di diminuirlo o rimuoverlo. Ciò destabilizza il sistema sino a quando un evento esterno al circuito a feedback arresta la risposta dell'organismo, come ad esempio la secrezione di acidi in un processo digestivo che si arresta solo quando il cibo passa dallo stomaco all'intestino. Questo è un esempio dove la retroazione positiva è utile (perché esiste un meccanismo che la interrompe)

In generale la retroazione positiva è nociva e porta all’allontanamento dalla posizione di equilibrio.

Allontana dall’equilibrio

(diverge)

 

Adesso ci facciamo una bella coppia (convergente, divergente).

 

Allostasi

 

Da non confondere con “allotropia

Dal greco “altro modo” allos=altro e tropos=modo

Per esempio isotropo significa stesso modo iso=stesso tropos=modo

 

1 CHIMica Proprietà di alcuni elementi di esistere in più forme tra loro diverse per struttura cristallina e caratteristiche chimico-fisiche, dette anche modificazioni allotropiche.

In fisica si chiamo stati di aggregazione. Per esempio il carbonio esiste sotto forma di grafite, diamante, carbone e grafene

2 LINGuistica Presenza contemporanea di due esiti dello stesso etimo, diversi semanticamente o morfologicamente

 

 

 

Allostasi

(proprietà di un sistema la cui funzione è ottenere la fitness)

L'allostasi è la capacità di mantenere la stabilità dei sistemi fisiologici per mezzo del cambiamento. È’ un metasistema di regolazione che mantiene la stabilità dei sistemi essenziali per la vita (sistemi omeostatici). La funzione dell'allostasi non è la costanza dei sistemi tramite il controllo omeostatico di alcune variabili, ma piuttosto la fitness del sistema rispetto alle domande poste dall'ambiente all'organismo in regime di selezione naturale. Questa capacità dipende dall'efficienza dell'organismo nel regolare sia la fisiologia sia i meccanismi comportamentali che supportano e modulano la fisiologia stessa. Un adattamento che coinvolge solo la fisiologia periferica (che modifica cioè solo i parametri finali di un processo complesso) rischia quindi di essere contrastato dai comportamenti e dai meccanismi di compensazione fisiologica che stanno a monte delle modificazioni dei parametri finali. Quando l'organismo è sottoposto a sfide ambientali entra in uno stato allostatico  (cioè in un processo di cambiamento).

 

La fitness (o idoneità) in biologia definisce il successo riproduttivo di un individuo o di un certo genotipo.

Poi si dice che le parole non sono importanti….

 

In sostanza:

 

-          se l’ambiente non cambia per mantenere la vita basta provvedere all’equilibrio omeostatico.

-          se l’ambiente cambia deve cambiare anche l’equilibrio  omeostatico

 

Si richiede quindi un adattamento dell’individuo all’ambiente ovvero una evoluzione.

L’evoluzione avviene per mutazione o per adattamento.  Una specie evolve in una nuova specie:  muta, si adatta o si estingue. Tutte le specie che non si sono adattate sono estinte.

 

Il processo allostatico è transitorio: da uno stato di equilibrio ad un altro.

 

Prendiamo un individuo sano, mettiamolo a lavorare in fabbrica alla catena di montaggio. C’è chi sopporta questa situazione (perché capace di mutare il suo equilibrio) o chi non ci riesce. Per chi non ci riesce la soluzione è riportarlo nel suo ambiente naturale.

 

Le discipline che predicano il distacco o la rinuncia tendono ad annulare l’effetto dei cambiamenti ambientali e si concentrano sul mantenimento dell’equilibrio interiore indipendentemente dall’ambiente.

 

La cosa funziona, entro limiti più o meno ampi, ma pone un freno all’evoluzione.

 

Se i Procarioti Unicellulari Autotrofi (primi esseri viventi) avessero pensato solo al loro equilibrio  omeostatico, non si sarebbero evoluti e oggi non esisterebbe l’uomo. Non esisterebbe nemmeno la vita visto che i procarioti si sono estinti.  L’evoluzione è all’opera da 3.5 miliardi di anni (la Terra ne ha 4.5). Sono sopravvissute solo le specie che si sono adattate e l’uomo è la specie con il massimo grado di adattamento. Infatti, in Lapponia, non ci sono cammelli o cavalli ma l’uomo c’è.

Dobbiamo quindi chiederci: la rinuncia ed il distacco vanno adottate come “sistema di vita integrale” o utilizzati solo parzialmente per reagire agli eccessi della società moderna?

 

E’ un poco come chiedersi se è giusto essere gay: se fossimo tutti gay nel giro di due generazioni l’umanità sarebbe estinta. Quindi non è un bene in assoluto ma, visto che siamo tanti, possiamo ammettere che una certa percentuale di popolazione sia gay o rinunci a procreare.

Se Adamo fosse stato gay ….

 

Almeno dal punto di vista della Natura le domande fondamentali trovano una risposta:

 

Da dove veniamo:

 

da un organismo unicellulare (formatosi sulla Terra o proveniente dallo spazio è inessenziale)

Dove andiamo:

stiamo procedendo nella evoluzione da esseri “poco adattati” ad esseri “sempre più adattabili”. La nostra meta è quindi uno stadio di adattamento ancora superiore con possibilità di sopravvivenza ancora superiori (quindi anche più intelligenti).

Chi siamo:

una forma di vita intermedia tra l’uomo che c’era prima e quello che sarà in futuro.

In sostanza la risposta è irrilevante e la domanda altrettanto.

 

La vita evolve in modo da aumentare le probabilità di auto-preservarsi. Con i dinosauri ha fallito. Con i piccoli mammiferi ha avuto successo. Vedremo se l’uomo è un successo o un fallimento. L’equilibrio omeostatico è destinato ad essere uno stato transitorio.

Il progresso va nella direzione che aumenta le probabilità di sopravvivenza.

In questo senso l’abolizione della guerra sarebbe un passo avanti.

 

Ora dobbiamo chiederci se il sovrapopolamento della Terra condizioni (e fino a che punto) l’evoluzione naturale ma anche se vogliamo sottostare alla evoluzione naturale (visto che abbiamo il libero arbitrio).  Se la sovrapopolazione ostacola la Natura, essa stessa provvederà a ridurre la popolazione terrestre.

 

Lo scopo della vita è non morire.

 

 

 

 

Il regolatore centrifugo o valvola di Watt è un sensore meccanico retroazionato di concezione semplice ma geniale:

Il vapore fa girare un albero cui sono fissate due sfere con dei supporti mobili (più la pressione è alta più le sfere girano velocemente), la velocità di rotazione le fa allontanare dall’albero rotante (forza centrifuga), man mano che le sfere si allargano chiudono una  valvola, ciò provoca la diminuzione della pressione che fa rallentare la rotazione delle sfere.

Regolando la massa delle sfere si determina il punto di equilibrio e si regola la pressione sul valore desiderato..

 

Sviluppato da James Watt nel 1788 su suggerimento del suo socio Matthew Boulton.

 

La  forza centrifuga fu studiata anche da Leonardo da Vinci (anche se il concetto di forza sarebbe stato formalizzato solo 250  anni più tardi da Newton).

 

Osmosi

Il termine osmosi indica la diffusione del solvente attraverso una membrana semipermeabile dal compartimento a maggior potenziale idrico (concentrazione minore di soluto) verso il compartimento a minor potenziale idrico (concentrazione maggiore di soluto), quindi secondo il gradiente di concentrazione..

In pratica se all’interno di membrana semipermeabile chiusa (per es. una cellula) la concentrazione di sale è maggiore che all’esterno, l’acqua che sta all’esterno attraversa la membra fino a che la concentrazione tra esterno ed interno non diventata uguale.

L'osmosi tende a diluire la soluzione più concentrata riducendo la differenza di concentrazione.

 

 

 

Stato stazionario (voce correlata ad omeostasi)

In generale lo stato stazionario indica una condizione di equilibrio dinamico. Un sistema che si trovi allo stato stazionario tende a mantenere il proprio comportamento col trascorrere del tempo.

 

·                    In fisiologia: lo stato stazionario tra il consumo di energia e la produzione dell'energia stessa

·                    In fisica: lo stato stazionario In meccanica dei fluidi si riferisce ad una condizione di flusso costante (ad es. flusso di un fluido o di una corrente)

·                    In cinetica chimica la condizione di stato stazionario è un'approssimazione che implica una variazione di concentrazione degli intermedi di reazione tendente a zero

·                    In elettronica lo stato stazionario è ottenuto a regime, cioè quando tutti i transistori di un circuito o di una rete si possono considerare esauriti

·                    In farmacologia lo stato stazionario è un parametro farmacocinetico

·                    In astronomia lo stato stazionario è riferito alla teoria dello stato stazionario

·                    In economia lo stato stazionario si riferisce alla condizione in cui si verifica l'uguaglianza tra tasso di crescita dello stock di capitale e tasso del PIL

 

 

Voci correlate