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Meccanismi omeostatici

L'omeostasi presuppone che l'organismo sia in grado di 'sentire' le modificazioni dell'ambiente esterno e di controllarle. Pertanto, anche una piccola variazione rispetto ai livelli considerati normali dall'organismo provoca una risposta da parte dei meccanismi omeostatici, che riportano le condizioni allo stato precedente. Una parte della cibernetica, nota anche come teoria del controllo, studia i meccanismi omeostatici, con l'utilizzo di modelli matematici costruiti sui sistemi di controllo fisiologici. Benché questi modelli siano spesso rudimentali e inadeguati alla complessità dei sistemi fisiologici di un organismo, alcuni di essi sono utili per comprendere vari meccanismi omeostatici. Ad esempio, i meccanismi di retroazione, o di feedback, prevedono che il prodotto di un processo agisca, in vari modi, alterando la natura, la velocità o l'efficacia del processo stesso. Nei sistemi biologici, la maggior parte delle retroazioni sono negative e, quindi, inibiscono il processo cellulare da cui derivano.

Un semplice esempio quotidiano di sistema di controllo a retroazione negativa è il termostato, usato per controllare il calore generato da un sistema di riscaldamento. Se la temperatura dell'aria nella stanza è al di sotto della temperatura programmata sul termostato, allora il sistema di riscaldamento si accende e resta acceso fino a quando la temperatura raggiunge il livello desiderato. A questo punto, il termostato continua a tenere sotto controllo la perdita di calore del sistema, mantenendo la temperatura il più possibile vicina a quella desiderata. Attorno al grado di temperatura fissato si registrano, comunque, delle lievi variazioni e dei piccoli ritardi, per cui l'aria della stanza non torna alla temperatura desiderata nell'istante in cui la caldaia si accende per azione del termostato. Questo controllo della temperatura è, tuttavia, rudimentale e ha dei limiti; ad esempio, nelle calde giornate estive, quando la temperatura della stanza è superiore a quella desiderata, il termostato non accende il riscaldamento, ma non è neppure in grado di raffreddare la stanza. Per far fronte a tutte le eventualità, un meccanismo omeostatico biologico è assai più complesso e sofisticato di quello dell'esempio citato.

La retroazione positiva provoca, invece, un'amplificazione della risposta. Un esempio di retroazione positiva è la propagazione di un impulso nervoso (vedi Neurofisiologia): la depolarizzazione di una cellula nervosa fa aumentare l'afflusso del sodio all'interno della cellula e a sua volta fa aumentare la depolarizzazione, che a sua volta fa aumentare l'afflusso del sodio, e così via. La retroazione positiva continua fino al raggiungimento di un livello-soglia, che porta alla chiusura dei canali del sodio.