Allostase und allostatische Last – Grenzgänge zwischen Gesundheit und Krankheit

Abstract

Outside distinctive ecological niches, the evolution of species is marked by an increasing independence of the organism from external physical and chemical boundary conditions. This form of freedom, characteristic of living systems, requires means of “autopoiesis”, i.e., ways for the organism to produce and maintain itself through information processing, self-regulation, and self-organisation. The discovery of these principles hallmarked the transition to modern life sciences over the past 200 years. Key elements of this advance were Claude Bernard's concept of the “milieu intérieur” and Walter B. Cannon’s closely related principle of homeostasis. The theory of homeostasis plays a key role in modern physiology, but leaves important gaps regarding the pathophysiology of disease. This shortcoming has been addressed by the supplemental concept of allostasis, extending the homeostatic theory by introducing adaptive and predictive modes of control. Allostatic responses ensure “stability through change” in situations of strain and stress. In allostatic mode, a feedback control system can adjust its set point and parameters to approach a state vector that is better suited for survival. Although allostasis is generally beneficial for survival, it also exposes the organism to some new kind of strain, referred to as allostatic load. If ongoing or excessive, allostatic load may be life-threatening on its own terms, which is referred to as allostatic overload. The theory of allostasis helps to elevate our understanding of a wide range of diseases and biopsychosocial situations. Examples include fever, starvation, type 2 diabetes, hypertension, thyroid disorders, psychosomatic diseases and chronic sequelae of social disparity. The recent development of clinically applicable panels for the quantitative assessment of allostatic load facilitates differential diagnosis at the narrow frontier between health and disease. Außerhalb besonderer ökologischer Nischen ist die Evolution von Arten durch eine zunehmende Unabhängigkeit der Organismen von physikalischen und chemischen Randbedingungen gekennzeichnet. Notwendig für diese Art der Freiheit, die für lebende Systeme charakteristisch ist, sind Mittel der „Autopoiesis“, d. h. Selbsterschaffung und -erhaltung des Organismus mittels Informationsverarbeitung, Selbst-Regulation und Selbst-Organisation. Die Entdeckung dieser Prinzipien kennzeichnete den Übergang zu den modernen Lebenswissenschaften in den vergangenen 200 Jahren. Schlüsselelemente waren die Formulierung des „milieu intérieur“ durch Claude Bernard und des ähnlichen Prinzips der Homöostase durch Walter B. Cannon. Die Theorie der Homöostase spielt heute eine Schlüsselrolle in der modernen Physiologie, lässt aber Lücken bei der Pathophysiologie vieler Erkrankungen offen. Diesen Schwächen begegnet die ergänzende Theorie der Allostase, indem sie die Theorie der Homöostase durch die Einführung adaptiver und prädiktiver Modi der Regelung ergänzt. Allostatische Antworten sichern adaptive Stabilität („stability through change“) in Situationen von Belastung und Stress. Im allostatischen Modus kann ein Regelkreis sowohl seinen Sollwert als auch seine Parameter ändern, um einen für das Überleben angepassten Zustandsvektor zu erreichen. Obwohl allostatische Reaktionen das Überleben des Organismus fördern, setzen sie ihn auch einer neuen Art der Beanspruchung aus, die als allostatische Last bezeichnet wird. Eine anhaltende oder exzessive allostatische Last bedroht ihrerseits als allostatische Überlast wiederum das Überleben. Die Theorie der Allostase verbessert unser Verständnis einer großen Gruppe an Erkrankungen und biopsychosozialen Situationen. Beispiele reichen von Fieber über Hungerstoffwechsel, Diabetes mellitus Typ 2, arterielle Hypertension und Schilddrüsenerkrankungen bis zu psychosomatischen Erkrankungen und den chronischen Konsequenzen sozialer Ungleichheit. Die Entwicklung klinisch brauchbarer Panels für die quantitative Beurteilung der allostatischen Last unterstützt die Differenzialdiagnostik auf dem schmalen Grat zwischen Gesundheit und Krankheit.