体の内部はどうやってバランスを保っているのでしょうか? 恒常性のおかげです。

涼しい建物から出て、暑くて晴れた日に出ると、肌が赤くなり始めることに気づくでしょう。体に熱が伝わると、汗が玉のようにたまります。これらの反応は、不快ではありますが、生き延びるために起こります。どちらの反応も、体内の温度を通常の華氏 98.6 度に戻すための、体が自動的に行う反応です。

このプロセスは、体内の多くの自己調節メカニズムの 1 つであり、体温だけでなく血圧や pH 値など、あらゆる状況で内部環境を一定に保つために機能します。体は、考える必要もなくこれらの生理学的調整を行います。この超能力は恒常性と呼ばれます。

リスクは大きい。「体が現状から遠ざかれば遠ざかるほど、危険度が増す可能性がある」と、クイーンズ大学ベルファスト校の講師で、生物医学教育センターのディレクターを務めるエタン・タンジー氏は言う。「恒常性が失われ、通常存在するメカニズムが圧倒されれば、それが病気や疾患につながる可能性がある」

恒常性とは何ですか?

「恒常性」という用語は、ギリシャ語の「ホミオ」（「類似」の意味）と「スタシス」（「静止」と訳される）という 2 つの単語に由来しています。地球上のすべての生物は、ウイルスを除いて、一定の内部環境を維持するために何らかの自己調節機能を使用しています。人間の特定の機能では、バランスは「設定点」と呼ばれる比較的狭い範囲で達成されます。たとえば、通常、体の最適な温度は 98.6 度前後です。しかし、他の機能では、設定点はより動的です。

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こうした調整はすべて、体内のシグナル伝達システムを通じて行われます。恒常性を維持するのは、受容体、統合中枢、エフェクターの 3 つです。体全体で、受容体 (特殊なタンパク質や特殊な神経細胞など) が温度や血圧などの状態を監視します。受容体が変化を検知すると、統合中枢 (制御中枢と呼ばれることもあります) に信号を送ります。人間の場合、これは通常、脳内の視床下部と呼ばれる領域で、温度、心拍数、空腹感、水分バランス、概日リズム、その他の重要な状態を制御します。「統合中枢は、変化を設定点と比較する場所です」と Tansey 氏は説明します。

最後のステップは反応であり、多くの場合、内分泌系または神経系が使用されます。これらのシステムを通じて送信された信号は、必要な生理学的反応を引き起こす身体のあらゆる部分であるエフェクターに到達します。たとえば、体温を調節する場合、エフェクターには血管と皮膚の汗腺が含まれます。または、血圧を上げる場合、腎臓はより多くの水分を保持します。酸素を増やす場合、横隔膜と呼吸筋はより多くの呼吸をしたり、より深く呼吸します。他のエフェクターは行動を変えます。喉が渇いたり、塩辛い食べ物を欲したりする場合、それは恒常性反応である可能性があります。

問題の機能が正常範囲に戻ると、受容体は統合センターに負のフィードバックと呼ばれる新しいメッセージを送ります。これにより、体の他の部分に過剰な補償をやめるように指示し、プロセスを停止します。

生物学の空調

タンジー氏によると、人間はほとんどの状況下では環境に熱を奪われる。しかし、特に暑い気候では、体は太陽放射と周囲のより暖かいものからの伝導によって温まる。

皮膚にも温度受容器はあるが、「最も重要なのは体幹温度です」と彼女は言う。そのため、視床下部自体、静脈の周囲、内臓、脊髄にも受容器が存在するのだ。

外が焼けつくような暑さのとき、これらすべての温度受容器は視床下部に信号を送る。研究者たちは、この脳領域が、体全体の温度変化に反応する神経細胞がどのように異なる発火をするかを感知することで、体温が華氏98.6度からどのくらい離れているかを判断すると考えている、とタンジー氏は言う。次に、視床下部は信号を送り、皮膚の血管に知らせる。そこで、血管を取り囲む平滑筋が弛緩し、皮膚表面への血流が増加し、体幹から熱が運び去られる。血管拡張と呼ばれるこのプロセスにより、皮膚がよりピンク色に、より赤く見えるようになる。何百万もの汗腺も活性化し、その水滴が蒸発によって皮膚表面から空気へ熱を伝達することで、仕事を完了する。

体のACが機能しなくなると

体が十分な熱を逃がすのに苦労し始めると、圧倒されてしまう可能性があると、サウスカロライナ大学の運動科学臨床助教授ドーン・エマーソン氏は言う。体が汗をかくことができないと、体から熱を運び去ることができなくなる。それが典型的な熱射病だと彼女は言う。（運動性熱射病は、運動で過熱した患者がまだ発汗している可能性があるため、少し様子が違っていると彼女は言う。）

中枢神経系が正常に機能しなくなると、事態は悪化し始める。熱中症の人は「異常な行動の兆候を示し、非常に攻撃的になり、何が起こっているのか忘れてしまう。脳が正常に機能していないからだ」とエマーソン氏は言う。体が制御を取り戻そうとする中で、他の臓器も機能停止し始める。

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こうした全身機能の障害は、過熱に限ったことではありません。「体が恒常性を維持できないと、恒常性を維持しようと努力し続け、それが大きなストレスの原因になります」とエマーソン氏は言います。ストレスを受けた体は、恒常性を維持しようとして他の機能を犠牲にします。

しかし、ある種の過熱は、この反応を引き起こさない。例えば、感染症や病気に対する免疫反応として発熱すると、体は新しい設定温度を設定し、サーモスタットを高温にリセットする。これは、温かい炎症反応が病原体との戦いに役立つためだとエマーソン氏は説明する。「熱は病原体を殺します」と彼女は言い、血流の増加は感染と戦うための白血球を増やす。

恒常性のハッキング

恒常性維持の設定点を無視できる人もいるかもしれない。「アイスマン」ヴィム・ホフを例に挙げよう。彼は裸足で雪と氷の上をハーフマラソンを走り、氷の中に112分以上浸かっていることができる。ウェイン州立大学の神経科学者2人が「アイスマン」が使用する呼吸制御、過呼吸、瞑想などの技術を研究した。科学者によると、これらの行動がホフの脳を、氷のように冷たい水に浸かるストレスに耐えられるように準備させた可能性があるという。

このような研究により、設定値を少し調整できる可能性が開かれますが、強制的にオーバーライドすることは危険です。

「例えば、必要のないときに大量の水を飲むなど、恒常性を無視することはできます」とタンジー氏は言う。しかし、飲みすぎると血液中のナトリウム濃度が薄まりすぎて、余分な水が細胞に入り込む可能性がある。これにより細胞が膨張し、特に脳内で起こると危険である。「致命的になることもあります」とタンジー氏は言う。

もっと一般的なハックは、フィットネス ルーチン中に発生します。トレーニング中は、身体を新しい環境に順応させて、恒常性を維持するためにそれほど努力しなくてもよいようにすることが可能です、とエマーソンは言います。運動を始めた人の身体は、その活動による熱にうまく対処できるようになります。時間が経つにつれて、より早く体を冷やすために発汗量が増え、皮膚の血流も変化し、心血管の負担が軽減されます、と彼女は言います。エマーソンによると、その運動に慣れて適応するには約 10 日から 14 日かかり、身体のバランスをとるスーパーパワーの新しい基準が設定されます。