Homoeostaasi ja elintoiminnot: niiden merkitys terveydelle ja sen palauttamiselle

Esittely

Terve ihmiskeho tekee kaiken tarvitsemansa työn itseään ylläpitäväksi sillä, mitä tiedetään, biologiassa eläviksi prosesseiksi, joihin kuuluu jätteiden erittyminen ja hapen hengittäminen energian vapauttamiseksi sokerista. Se käyttää myös homoeostaasiprosessia pitääkseen itsensä tasapainossa – se tuottaa juuri oikean määrän soluja korvaamaan kuluneita soluja ja juuri oikean määrän hormoneja antamaan signaalin reaktiosta, jonka on tapahduttava. Tässä artikkelissa selitetään homoeostaasia, sen keskeistä roolia hyvän terveyden ylläpitämisessä ja sitä, miten elintoiminnot ovat sairauksissa avainasemassa sen palauttamisessa.

Päivittäisen elämän toiminnot

Useimmat terveet aikuiset elävät itsenäistä elämää ja suorittavat erilaisia toimintoja, kuten kävelemistä, ruokailua, ulostamista, peseytymistä ja pukeutumista. Nämä päivittäisistä elintoiminnoista (activities of daily living, ADL) tunnetut toiminnot heijastavat elimistön taustalla olevia fysiologisia prosesseja, ja niitä käytetään terveyden mittarina.

Terveysongelmista kärsivät ihmiset eivät aina pysty suorittamaan kaikkia ADL-toimintoja, tai eivät samassa määrin kuin terveet ihmiset. Sen määrittäminen, mitä ADL-toimintoja he eivät pysty tekemään tai missä heillä on vaikeuksia, auttaa terveydenhuollon ammattilaisia arvioimaan heidän tarpeitaan. ADL:t mittaavat henkilön riippuvuutta avusta. Niitä käytetään esimerkiksi arvioitaessa potilaita ennen kotiutumista, jotta nähdään, voivatko he jatkaa itsenäistä elämää vai tarvitsevatko he lisätukea.

Kaikki ADL-toiminnot, joita suoritamme, heijastavat elintoimintoja, jotka pitävät meidät hengissä. Näitä puolestaan suorittavat kehomme järjestelmät. Terveenä tämä tapahtuu oikein ja oikealla tasolla. Miten tämä tapahtuu?

Solujen vakauden tarjoaminen

Kaikki elämä on solumaista eli soluista koostuvaa. Kuten kaikkien elävien organismien, myös ihmisten on ylläpidettävä solujamme pitääkseen meidät hengissä. Elävät organismit elävät kahdessa ympäristössä:

• Ulkoinen ympäristö, planeetta, jolla olemme, maapallo;
• Sisäinen ympäristö, se, joka on ihomme alla.

Ulkoinen ympäristömme vaihtelee jatkuvasti. Voimme mitata vaihtelevia asioita eli muuttujia (kuten ulkolämpötilaa, vedenpintaa, ilmanpainetta, happipitoisuutta ja typpipitoisuutta), mutta voimme tehdä niille vain vähän. Nämä muutokset vaikuttavat sisäiseen ympäristöömme, mutta sen on oltava vakaa, jotta elämä voi jatkua.

Kaikki elimistön solut koostuvat kemikaaleista, kuten proteiineista, jotka pystyvät selviytymään vain hyvin erityisissä olosuhteissa. Esimerkiksi kananmunat koostuvat pääasiassa albumiini-nimisestä proteiinista; kuumennettaessa albumiini muuttuu kiinteäksi, emmekä voi ”keittää” sitä pois. Myös kehomme sisältää albumiinia, ja se on yhtä herkkä lämpötilan muutoksille. Entsyymit, jotka mahdollistavat kehon reaktiot, koostuvat proteiineista. Kaikki sisäisten olosuhteiden haitalliset muutokset merkitsisivät sitä, että entsyymit eivät toimisi, emmekä mekään: koko aineenvaihduntamme, solujemme kemia, lakkaisi toimimasta.

Kaikki solut ja proteiinit ovat äärimmäisen herkkiä sisäisen (ja myös ulkoisen) ympäristön muuttujien muutoksille. Solujen on muun muassa säilytettävä tietyt lämpötilat, pH (happo-emästasapainomme paljastava vetyionikonsentraation mittari), osmoottinen tasapaino (veden ja liuenneiden aineiden välinen tasapaino) ja energiatasot (sokeri ja happi). Koska solut muodostavat laajan yhteisön – keskiverto aikuisella ihmisellä niitä on kymmeniä biljoonia – niiden on myös kommunikoitava keskenään kertoakseen toisilleen, mitä tapahtuu. Kaikki tämä on osa sisäistä ympäristöämme, jokaisen meistä sisällä.

Reseptorit ja efektorit

Keho valvoo itseään automaattisesti elimistön järjestelmien, kuten hermoston ja hormonitoiminnan, avulla. Sillä on monia ilmaisimia, jotka vastaanottavat tietoa sen sisäisen ympäristön muutoksista – niitä kutsutaan reseptoreiksi. Jotkin reseptorit havaitsevat muutoksia kemikaaleissa (kemoreseptorit), toiset verenpaineessa (baroreseptorit), lämpötilassa (termoreseptorit) tai kosketuksessa tai kuumuudessa, jotka ovat niin voimakkaita, että ne aiheuttavat kipua (nokiseptorit). Jokainen reseptori on viritetty tietylle taajuudelle, jota kutsutaan sen modaliteetiksi, ja se havaitsee yhtä tiettyä muuttujaa.

Jos reseptori saa tietoa sen muuttujan tilan muutoksesta, jota se on suunniteltu tarkkailemaan, se lähettää signaaleja aivoihin keskitettyä koordinointia varten, jotta kaikki tieto kerätään yhteen paikkaan. Tämän jälkeen lähetetään vastausviesti asianmukaisen käyttäytymisen tai vasteen aikaansaamiseksi. Tämä vaste voi olla sähköinen (hermoston kautta lähetetty) tai kemiallinen (hormonitoiminnan kautta lähetetty), ja se saa aikaan muutoksen tai vaikutuksen, joka palauttaa sisäiset olosuhteemme optimaaliseen tilaan.

Tämän saavat aikaan elimet tai solut, joita kutsutaan ”efektoreiksi”, koska ne saavat aikaan vasteen (kuva 1).

Vaihtelevat ympäristöt

Olosuhteet ulkoisessa ja sisäisessä ympäristössä vaihtelevat jatkuvasti. Ulkoinen ympäristö voi lämmetä ja kylmetä. Sisäisessä ympäristössä elimistöstä haihtuu vettä, ruoka muuttaa pH:ta, soluja kuolee ja niitä on korvattava oikea määrä. Näiden sisäisen ympäristön muutosten vaikutusta seurataan ja kompensoidaan.

Vaikka elimistö ei voi kontrolloida ulkoista ympäristöä, se pystyy säätelemään sisäistä ympäristöä, jotta se pystyy reagoimaan oikein kaikkien muuttujien muutoksiin. Esimerkiksi munuaiset säätelevät suolaa, vettä ja pH:ta; veri kuljettaa lämpöä kaikkiin kehon osiin sekä happea soluihin ja poistaa niistä hiilidioksidia. Kaikki tämä säätely tapahtuu homoeostaasin kautta.

Terveyden kulmakivi

Homoeostaasi on olemuksemme keskiössä. Se on se säätelymekanismi, joka pitää meidät elossa, eikä pelkkänä kemikaalien kokoelmana. Se on se, mikä tekee meistä biologisia eikä vain kemiallisia (Cedar, 2012).

Käsitteen ehdotti ensimmäisen kerran Claude Bernard vuonna 1865 ja sen nimesi myöhemmin Walter Cannon (Cannon, 1926). Sitä kuvataan usein ”vakaan sisäisen ympäristön ylläpitämiseksi”. Tämä määritelmä merkitsee kuitenkin yleensä vain vähän terveydenhuollon ammattiopiskelijoille; kun heistä tulee päteviä ammatinharjoittajia, terveyden ja homoeostaasin välisen yhteyden puuttumisesta tulee ongelma kliinisen käytännön kannalta. Sen ymmärtäminen, että homoeostaasi on terveyden kulmakivi ja sen palauttaminen kliinisen hoidon kulmakivi, on ensimmäinen askel potilaan matkan ja kliinisen päätöksenteon ymmärtämisessä.

Homoeostaasi yhdistää fysiologiset prosessit (mitä keho tekee) sen soluihin (mistä keho on tehty). Homoeostaattiset mekanismit pitävät muuttujat elimistössä oikeilla tasoilla, normaaleissa rajoissa, varmistaen solujen selviytymisen ja kukoistuksen. Homoeostaasi on fysiologinen prosessi, joka pitää sisäisen ympäristön vakaana ja normaalina. Homoeostaasi käyttää kemiallisia ja biologisia prosesseja itsensä ylläpitämiseen.

Sopeutuminen muutokseen

Ihminen on dynaaminen olento. Koko päivän ajan keho vaihtelee: se kuumenee ja kylmenee, hikoilee ja kuivuu, on energinen ja väsynyt. Kun olemme terveitä, tuskin huomaamme näitä muutoksia, sillä pystymme omaksumaan käyttäytymistapoja, jotka sopeuttavat muuttujia ja palauttavat meidät takaisin turvalliseen paikkaan: juomme kuumia tai kylmiä juomia; syömme tai lopetamme ruoan syömisen; olemme aktiivisia tai lepäämme. Motivaatio muuttaa käyttäytymistämme on seurausta sisäisistä prosesseista, jotka pyrkivät palauttamaan meidät turvalliseen tilaan ja estävät meitä muuttumasta liian kuumiksi, liian kylmiksi, liian nestehukkaisiksi tai liian energiavajeisiksi.

Koska ulkoinen ja sisäinen ympäristö muuttuvat koko ajan, elimistön on pidettävä sisäisen ympäristönsä muuttujat soluille siedettävillä vaihteluväleillä, ja tämä tapahtuu homoeostaasin avulla. Elimistö mittaa sekunti sekunnilta tapahtuvia muutoksia ja lähettää sitten signaaleja saadakseen aikaan uusia muutoksia, jotka palauttavat sen sisäisen ympäristön vakauden ja pitävät sen muuttujat normaaleissa rajoissa. Tärkeintä mekanismia, jonka avulla tämä tapahtuu, kutsutaan ”negatiiviseksi palautteeksi”.

Muutoksen vastustaminen

Negatiivinen palaute toimii vastustamalla muutoksen suuntaa. Jos muuttuja kulkee yhteen suuntaan, negatiivinen takaisinkytkentä saa sen kulkemaan vastakkaiseen suuntaan pitääkseen sen mahdollisimman lähellä ”asetusarvoa” (kuva 2). Esimerkiksi ihmisen sisäinen termostaatti on säädetty noin 37 °C:een. Jos lämpö nousee, negatiiviset palautemekanismit aktivoituvat viilentääkseen meitä: alamme hikoilla, jotta lämpö haihtuu kehosta; ihon pinnalla olevat verisuonet laajenevat, jotta lämpö pääsee säteilemään ulos; etsimme viileitä paikkoja ja viileitä juomia. Jos meille tulee liian kylmä, negatiiviset takaisinkytkentämekanismit toimivat vastapainona myös tälle muutokselle: lämpenemme vapisemalla, prosessilla, jossa lihakset supistuvat liikkumatta tuottaakseen lämpöä; verisuonet supistuvat estääkseen lämmönhukan; etsimme lämmintä paikkaa ja kuumia juomia.

Negatiiviset takaisinkytkentämekanismit eivät vaikuta ainoastaan fysiologiaamme, vaan ne vaikuttavat myös käyttäytymiseemme motivoimalla meitä toimimaan tietyissä asioissa – kuten juomaan viileää juomaa tai pukemaan päällemme lämpimän villapaidan. Tämä johtuu siitä, että suurin osa homoeostaasin ohjauskeskuksista sijaitsee aivoissa. Aivoista lähtevät tuotokset vaikuttavat hormonien eritykseen hormonirauhasissamme, lihasten liikkeisiin, mielialaan, motivaatioihin ja tunteisiin.

Muutoksen edistäminen

Homoeostaasin sanotaan toimivan myös positiivisen palautteen välityksellä, jolloin muutosta pikemminkin edistetään kuin vastustetaan. Klassinen esimerkki positiivisesta palautteesta on veren hyytyminen verisuonen vaurioitumisen jälkeen. Vaurio laukaisee signaaleja veressä oleville tekijöille, jotka normaalisti ovat rauhallisia. Kun ensimmäinen tekijä aktivoituu, käynnistyy signaalikaskadi, jossa useat tekijät aktivoituvat ja johtavat veren hyytymiseen, jonka ansiosta elimistö voi korjata vaurioituneen verisuonen – emme halua, että negatiivinen takaisinkytkentä kumoaa nämä muutokset ja pysäyttää prosessin. Positiivinen palaute on tavoitteellinen ja vahvistaa muutosta sen sijaan, että se nollaisi muuttujan, mutta tuloksena on todennäköisesti muuttujan palautuminen aiempaan, terveeseen tilaan.

Homeostaasin ja elimistön solujen kannalta optimaalisten tilojen ymmärtämistä voidaan hyödyntää terveydenhuollossa. Tämä voidaan tehdä empiirisesti havainnoimalla terveitä ja sairaita ihmisiä ja tieteellisesti objektiivisten mittausten avulla.

Olemme nähneet, että kullakin muuttujalla on ”asetuspiste”, jonka ympärillä se vaihtelee rajoitetusti; luontoa jäljitellen olemme mitanneet muuttujiamme ja selvittäneet niiden asetuspisteet ja normaalit vaihteluvälit. Kun näitä mitataan ja seurataan potilailla, niitä kutsutaan elintoiminnoiksi.

Tapahtumien merkit

Potilaat esittävät ”oireita” eli subjektiivisia tuntemuksia, kuten ”kuumeinen olo” tai ”huonovointisuus”. Koska nämä eivät ole diagnostisia siitä, mikä voisi olla perimmäinen syy, tarvitaan objektiivista toimenpidettä sen selvittämiseksi, mitä on tapahtumassa. Elintoiminnot voidaan mitata ja verrata niiden normaaliarvoihin tai -alueeseen. Normaaliarvojen ulkopuolella olevat mittaukset osoittavat, että jokin on vialla.

Taulukossa 1 luetellaan tärkeimmät sairaanhoitajien seuraamat elintoiminnot ja niiden normaaliarvot. Muita diagnostisia tutkimuksia voivat olla:

• Elektrolyytit (esimerkiksi natrium, kalium, kalsium, kalsium);
• Veri (esimerkiksi hemoglobiini, punasolut, neutrofiilit, erytrosyyttien laskeutumisnopeus);
• Urin (esimerkiksi glukoosi, kreatiniini).

Jos jokin elintoiminto, kuten lämpötila tai verenpaine, on normaalin vaihteluvälin ulkopuolella, tätä tietoa voidaan käyttää apuna ongelman syyn diagnosoimisessa ja tarvittavan hoidon päättämisessä.

Määrittämällä, mitkä elintoiminnot ovat normaalin alueensa ulkopuolella, terveydenhuollon ammattilaiset voivat paikallistaa ja diagnosoida perimmäisen syyn, joten elintoimintojen mittaaminen on perusta sen selvittämiselle, mikä on vialla.

Useimpien ihmisten elintoiminnot ovat ”normaalit”. Tarvitsemme esimerkiksi noin 37oC:n ruumiinlämpötilan, jotta kemialliset reaktiot soluissa voivat tapahtua, ja useimmat meistä ovat tämän lämpötilan tuntumassa suurimman osan ajasta. Koska voimakas liikunta voi kuitenkin lisätä kehon lämpöä, lämpötila olisi mitattava levossa – siksi potilaita saatetaan pyytää odottamaan jonkin aikaa, ennen kuin heidän elintoimintonsa mitataan, jos he ovat äskettäin rasittaneet itseään. Jos elintoiminnot ovat levossa normaalin alueen ulkopuolella, niitä pidetään epänormaaleina.

Kukin muuttuja tai elintoiminto vaihtelee koko päivän asetuspisteensä ympärillä (kuva 2) – se on normaalia, ja homoeostaattiset mekanismit pyrkivät jatkuvasti palauttamaan ne asetuspisteeseensa. Tämä on homoeostaasia toiminnassa.

Homoeostaasi sairaana

Homoeostaasi, jonka avulla elimistö pystyy ylläpitämään sisäistä ympäristöään kliinisestä tuesta riippumatta, on terveyden mittari. Sairas terveys on sitä, kun elimistö ei ole enää homoeostaattinen (Cedar, 2012), ja kliininen interventio on yritys palauttaa homoeostaasi.

Sairaana elimistön homoeostaasi on haastettu liian kauas niistä vaihteluväleistä, joiden sisällä sen muuttujien pitäisi olla – yli niiden rajojen tai kestojen, joiden sisällä elimistö kykenee palauttamaan muuttujat asetuspisteisiinsä, emmekä voi hyvin. Usein keho pystyy korjaamaan itsensä ja palauttamaan homoeostaasin. Tällaisissa tilanteissa tunnemme itsemme subjektiivisesti huonovointisiksi (oireet), mutta toivuimme ennen kuin haemme kliinistä apua ja/tai saamme objektiivisia mittaustuloksia (oireet).

Joskus elimistö ei pysty korjaamaan itse itseään, ja se tarvitsee kliinistä hoitoa homoeostaasin palauttamiseksi. Elintoimintojen mittaamisen avulla terveydenhuollon ammattilaiset voivat todeta, mitkä elintoiminnot ovat heilahdelleet liikaa tai liian kauan (Rose ja Clarke, 2010). Tämän jälkeen voidaan käyttää kliinisiä toimenpiteitä – kuten lääkkeitä, kirurgisia toimenpiteitä tai hengitystukea – homoostaasin palauttamiseksi.

Elintoiminnot ja hätätilanteet

Hätätilanteissa elintoiminnot voivat poiketa normaalista. Esimerkiksi verenpaine on saattanut laskea verenvuodon vuoksi, pH-arvo on saattanut joutua epätasapainoon sydäninfarktin vuoksi, osmoottinen tasapaino voi olla muuttunut munuaisten vajaatoiminnan vuoksi.

Ongelman arvioimiseksi kaikkien terveydenhuollon ammattihenkilöiden on toimittava nopeasti, mitattava elintoimintoja sen selvittämiseksi, mikä elimistön järjestelmä on epäkunnossa, ja huolehdittava siitä, että nämä mittaukset ovat täsmällisiä ja kattavia (Lord ja Woollard, 2010). Nopea ja tiheä elintoimintojen mittaaminen auttaa ehkäisemään kipua (Elliot ja Coventry, 2012) ja parantamaan aiheuttajien havaitsemista.

Ensiaikainen diagnoosi elintoimintojen perusteellisen arvioinnin avulla mahdollistaa sairastuneen elimistöjärjestelmän hoitamisen nopeasti. Tämä voi tehdä merkittävän eron paitsi elämän ja kuoleman välillä myös hyvän lopputuloksen (jossa terveys palautuu täysin) ja huonon lopputuloksen (jossa ongelmat jatkuvat) välillä (Kim ym., 2017; Kenzaka ym., 2012) (Kim ym., 2017; Kenzaka ym., 2012).

Elintoimintakykymittareiden merkitys

Hoitohenkilökunta pystyy arvioimaan, paraneeko vai heikkeneekö potilaan terveydentila seuraamalla jatkuvasti elintoimintakykymittareita (Kim ym., 2017); elintoimintakykymittarit ovat puolueettomia mittareita, jotka kuvaavat homoemästasointia. Näiden objektiivisten mittareiden avulla varustautuneina he voivat toteuttaa kliinisiä toimenpiteitä, jotka palauttavat homoostaasin ja mahdollisesti viivästyttävät kuolemaa.

Vitatiivisten elintoimintojen mittaaminen on kuitenkin usein epätäydellistä, ja tämä vaikuttaa tuloksiin. Eräässä 23 australialaista sairaalaa koskeneessa tutkimuksessa 77 %:lla potilaista, joilla myöhemmin ilmeni haittatapahtumia, puuttui vähintään yksi vitaalielintoiminto potilastiedoista (Chen ym. 2009).

Mokin ym. mukaan (2015) sairaanhoitajien asenteisiin vitaalielintoimintojen mittaamista kohtaan vaikuttaa sairaanhoitajien koulutustaso, ja kirjoittajat päättelevät, että ”vitaalielintoimintojen seurantaa on priorisoitava työtehtävien suunnittelussa”.

Vähemmässä tutkimuksessa päädyttiin siihen, että sairaanhoitajien kyky tehdä kliinisiä päätöksiä vaarantui täydellisen vitaalielintoimintojen mittauksen puuttumisen vuoksi, mikä johti rajoituksiin potilaiden tilan heikkenemisen havaitsemisessa (Cardona-Morrell ym., 2016). Monissa muissa julkaisuissa osoitetaan, kuinka keskeisessä asemassa vitaalielintoiminnot ovat diagnosoinnissa ja seurannassa (Boulanger ja Toghill, 2009).

On ratkaisevan tärkeää, että terveydenhuollon ammattilaiset ja opiskelijat ymmärtävät vitaalielintoimintojen taustalla olevan teorian ja että heillä on kliiniset taidot mittausten tekemiseen (Rose ja Clarke, 2010). Jos he pitävät vitaalielintoimintojen mittaamista vain yhtenä tehtävänä eivätkä ole tietoisia siitä, että se on keskeistä homoostaasin ja terveyden palauttamisessa, potilasturvallisuus on vaarassa (Griffiths ym., 2015). Sairaanhoitajien on ymmärrettävä, että elintoimintojen mittaaminen on keskeistä diagnosoinnin, kliinisen päätöksenteon, hoidon ja seurannan kannalta. Ei riitä, että osaa mitata vitaalielintoimintoja – potilastulosten kannalta merkittävää on ymmärtää, mitä ne merkitsevät, ja tietää, miksi niitä mitataan.

Sairaanhoitajien rooli

Kun kliiniset interventiot onnistuvat, potilaat palautetaan mahdollisimman itsenäiseen olemassaoloon tai siihen, millaisessa tilassa he olivat ennen kuin he hakeutuivat kliinisen avun piiriin ja tulivat riippuvaisiksi kliinisestä interventiosta. Sairaanhoitajien rooli elintoimintojen tarkassa arvioinnissa ja niiden säännöllisessä seurannassa on olennainen, sillä näin varmistetaan, että oikeat hoidot annetaan, toipumista edistetään, homoeostaasi palautetaan ja potilas palaa terveeksi.

• Testaa tietämyksesi Nursing Times Self-assessment -tehtävällä luettuasi tämän artikkelin. Jos saat vähintään 80 %:n pistemäärän, saat henkilökohtaisen todistuksen, jonka voit ladata ja tallentaa NT-portfolioosi täydennyskoulutus- tai uudelleenkelpuutustodistukseksi.
• Toteuta Nursing Timesin itsearviointi tähän artikkeliin