Homöostase

1865 formulierte der französische Physiologe Claude Bernard einen Satz, der die Physiologie für die folgenden anderthalb Jahrhunderte ordnen sollte: La fixité du milieu intérieur est la condition de la vie libre, indépendante. Bernard war aufgefallen, dass komplexe Tiere — anders als Einzeller — ihre inneren Verhältnisse gegen alle äußeren Schwankungen erstaunlich konstant halten. Körpertemperatur, Blut-pH-Wert, Blutzucker, Sauerstoffspannung, Natriumkonzentration: alles in schmalen Bändern, bei Wüstenhitze wie im kalten Winter, unter Anstrengung, im Fasten, in der Krankheit. Den heutigen Namen gab Walter Cannon dem Phänomen 1929: Homöostase. Ein feingliedriges Netz negativer Rückkopplungsschleifen hält die physikalischen und chemischen Bedingungen in unserem Körper konstant — und jede chronische Krankheit ist zum Teil ein Versagen genau dieser Regelung.

Homöostase ist die aktive Aufrechterhaltung stabiler innerer Bedingungen durch physiologische Regelsysteme, und sie läuft fast immer über negative Rückkopplung: Ein Sensor erfasst die Abweichung vom Sollwert, ein Effektor arbeitet dagegen, und die Schleife dreht sich, bis die Störung ausgeglichen ist. Die Körpertemperatur halten Thermorezeptoren im Hypothalamus nahe siebenunddreißig Grad — bei Hitze über Schwitzen und Vasodilatation, bei Kälte über Zittern und Vasokonstriktion. Den Blutzucker puffert das wechselseitige Ausschütten von Insulin aus den β-Zellen der Bauchspeicheldrüse, wenn er steigt, und von Glucagon aus den α-Zellen, wenn er fällt. Der Blut-pH-Wert bleibt im schmalen Band zwischen 7,35 und 7,45, gehalten von einer schnellen respiratorischen Schleife über das Abatmen von CO₂ und einer langsamen renalen über das Hydrogencarbonat. Osmolarität, Blutdruck und Sauerstoffspannung haben ihre je eigenen Sensor-Effektor-Paare. Dutzende Größen hält der Körper gleichzeitig stabil, und die Schleifen sind so verkoppelt, dass eine Störung in einer — Anstrengung etwa — in mehreren anderen sinnvolle Anpassungen auslöst. Allostase, der Begriff von Peter Sterling, fasst, dass der Körper Störungen vorwegnimmt, statt bloß auf sie zu reagieren: der Cortisolanstieg vor dem Aufwachen, das Hochfahren der Herzfrequenz beim Aufstehen, bevor der Blutdruck überhaupt abfallen kann. Allostatische Last ist der aufsummierte Verschleiß wiederholter vorgreifender Anpassungen unter chronischem Stress. Auch die Sollwerte selbst liegen nicht immer fest; für das Körpergewicht gibt es einen biologisch verteidigten Zielwert, den der Körper aktiv hält — was zu einem guten Teil erklärt, warum Diäten auf lange Sicht so verlässlich scheitern. Fast jede chronische Krankheit lässt sich als Versagen einer Regelschleife lesen: Typ-2-Diabetes als Versagen der Glukose-Homöostase, Bluthochdruck als Versagen der Blutdruck-Homöostase, Autoimmunkrankheit als Versagen der Immuntoleranz. Und das Altern selbst ist der fortschreitende Verfall der homöostatischen Leistungsfähigkeit.