Visszajelzés Hurkok anatómia és élettan I

Ne feledje, hogy a homeosztázis egy viszonylag stabil belső környezet fenntartása. Amikor inger vagy változás van a környezetben, a visszacsatolási hurkok reagálnak arra, hogy a rendszer egy meghatározott pont vagy ideális szint közelében működjön.

Visszacsatolás

A visszacsatolás olyan helyzet, amikor egy hurok kimenete vagy válasza befolyásolja vagy befolyásolja a bemenetet vagy az ingert.

A visszacsatolási ciklusokat általában két fő típusra osztjuk:

pozitív visszacsatolási hurkok, amelyekben egy adott irányváltozás további változásokat okoz ugyanabban az irányban. Például az anyag koncentrációjának növekedése visszacsatolást eredményez, amely a koncentráció folyamatos növekedését eredményezi.
negatív visszacsatolási hurkok, amelyekben egy adott irányváltozás ellentétes irányú változásokat okoz. Például egy anyag koncentrációjának növekedése visszacsatolást eredményez, amely végül az anyag koncentrációjának csökkenését okozza.

A negatív visszacsatolási hurkok eleve stabil rendszerek. A negatív visszacsatolási hurkok a változókat befolyásoló különféle ingerekkel együtt általában olyan állapotot hoznak létre, amelyben a változó a beállított pont körül ingadozik. Például az inzulint és a glükagont érintő negatív visszacsatolási hurkok segítenek a vércukorszint szűk koncentrációs tartományon belül tartásában. Ha a glükózszint túl magasra emelkedik, a szervezet inzulint bocsát ki a véráramba. Az inzulin hatására a test sejtjei felveszik és tárolják a glükózt, csökkentve ezzel a vércukorszintet. Ha a vércukorszint túl alacsony lesz, a szervezet felszabadítja a glükagont, ami a glükóz felszabadulását okozza a test egyes sejtjeiből.

Pozitív visszajelzést

Pozitív visszacsatolási mechanizmusban a rendszer kimenete oly módon stimulálja a rendszert, hogy tovább növelje a kimenetet. A pozitív visszacsatolási ciklusokat vagy ciklusokat leíró általános kifejezések a „hógolyózás” és a „láncreakció”. Egyensúly-ellensúlyozó vagy „leállási” reakció vagy folyamat nélkül a pozitív visszacsatolási mechanizmus megfutamodó folyamatot eredményezhet. Mint megjegyeztük, vannak olyan fiziológiai folyamatok, amelyeket általában pozitív visszacsatolásnak tekintenek, bár lehet, hogy nem mindegyikük rendelkezik a visszacsatolási hurok azonosítható összetevőivel. Ezekben az esetekben a pozitív visszacsatolási hurok mindig az eredeti ingert elnyomó ellenjelzéssel zárul.

A pozitív visszacsatolás jó példája a munka összehúzódásainak felerősítése. Az összehúzódások akkor kezdődnek, amikor a baba helyzetbe lép, és a méhnyakot a szokásos helyzetén túl nyújtja. A visszacsatolás növeli az összehúzódások erejét és gyakoriságát a baba születéséig. Születés után a nyújtás leáll, és a hurok megszakad.

A pozitív visszacsatolás másik példája a laktáció során fordul elő, amelynek során az anya tejet termel a csecsemőjének. Terhesség alatt a prolaktin hormon szintje nő. A prolaktin általában serkenti a tejtermelést, de terhesség alatt a progeszteron gátolja a tejtermelést. Születéskor, amikor a méhlepény felszabadul a méhből, a progeszteron szintje csökken. Ennek eredményeként megnő a tejtermelés. Amíg a baba táplálkozik, szopása stimulálja az emlőt, elősegítve a prolaktin további felszabadulását, ami még nagyobb tejtermelést eredményez. Ez a pozitív visszajelzés biztosítja, hogy a csecsemő elegendő tejet kapjon az etetés során. Amikor a csecsemőt elválasztják, és már nem dajkál az anyától, a stimuláció megszűnik, és az anya vérében a prolaktin visszatér a szoptatás előtti szintre.

A fentiek a pozitív visszacsatolási mechanizmusokra mutatnak be példákat. Sok esetben azonban a pozitív visszajelzések potenciálisan károsak lehetnek az életfolyamatokra. Például a vérnyomás jelentősen csökkenhet, ha az ember traumája miatt sok vért veszít.

A vérnyomás egy szabályozott változó, amely ahhoz vezet, hogy a szív növelje ütemét (azaz a pulzusszám nő) és erősebben összehúzódjon. A szív ezen változásai miatt több oxigénre és tápanyagra van szüksége, de ha a testben a vér mennyisége túl alacsony, maga a szívszövet sem kap elegendő véráramlást a megnövekedett igények kielégítésére. A szív oxigénigénye és az oxigénellátás közötti egyensúlyhiány további szívkárosodáshoz vezethet, ami valójában csökkenti a vérnyomást, nagyobb változást biztosítva a változóban (vérnyomás). A hurok arra reagál, hogy megpróbálja még erősebben stimulálni a szívet, ami további szívkárosodáshoz vezet ... és a hurok addig folytatódik, amíg a halál bekövetkezik.

Negatív visszajelzés

A legtöbb biológiai visszacsatolási rendszer negatív visszacsatolási rendszer. Negatív visszacsatolás akkor következik be, amikor egy rendszer kimenete csökkenti vagy csillapítja azokat a folyamatokat, amelyek a rendszer kimenetéhez vezetnek, kevesebb kimenetet eredményezve. Általában a negatív visszacsatolási hurok lehetővé teszi a rendszerek önstabilizálódását. A negatív visszacsatolás a test homeosztázisának létfontosságú kontrollmechanizmusa.

Látott egy példát a hőmérsékletre alkalmazott visszacsatolási ciklusra, és azonosította az érintett komponenseket. Ez egy fontos példa arra, hogy a negatív visszacsatolási hurok hogyan tartja fenn a homeosztázist, a test hőszabályozási mechanizmusa. A test viszonylag állandó belső hőmérsékletet tart fenn a kémiai folyamatok optimalizálása érdekében. A test hőérzékeny termoreceptorainak idegi impulzusai jelzik a hipotalamust. Az agyban található hipotalamusz összehasonlítja a test hőmérsékletét egy beállított ponttal.

Amikor a testhőmérséklet csökken, a hipotalamusz számos fiziológiai választ indít a hőtermelés növelése és a hő megőrzése érdekében:

A felszíni erek szűkülete (érszűkület) csökkenti a bőr hőáramát.
Megkezdődik a borzongás, ami növeli az izmok hőtermelését.
A mellékvese stimuláló hormonokat választ ki, mint például noradrenalin és epinefrin, hogy növelje az anyagcserét és ezáltal a hőtermelést.

Ezek a hatások a testhőmérséklet növekedését okozzák. Amikor normalizálódik, a hipotalamusz már nem stimulálódik, és ezek a hatások megszűnnek.

Amikor a testhőmérséklet emelkedik, a hipotalamusz számos fiziológiai választ indít a hőtermelés csökkentése és a hővesztés érdekében:

A felszíni erek kiszélesedése (értágulat) növeli a bőr hőáramát és kipirul.
Az izzadságmirigyek felszabadítják a vizet (izzadságot), és a párolgás hűti a bőrt.

Ezek a hatások a testhőmérséklet csökkenését okozzák. Amikor normalizálódik, a hipotalamusz már nem stimulálódik, és ezek a hatások megszűnnek.

Számos homeosztatikus mechanizmus, mint például a hőmérséklet, eltérő válaszokkal rendelkezik, ha a változó a beállított pont felett vagy alatt van. Amikor a hőmérséklet emelkedik, izzadunk, ha csökken, akkor megborzongunk. Ezek a válaszok különböző effektorokat használnak a változó beállításához. Más esetekben egy visszacsatolási hurok ugyanazt az effektort használja a változó visszaállításához az alapérték felé, függetlenül attól, hogy a változó kezdeti változása a beállított pont felett vagy alatt volt-e. Például a pupilla átmérőjét úgy állítják be, hogy megbizonyosodjon arról, hogy megfelelő mennyiségű fény jut a szembe. Ha a fény mennyisége túl alacsony, a pupilla kitágul, ha túl nagy, akkor a pupilla összehúzódik.

Ezt összehasonlíthatjuk a vezetéssel. Ha a sebessége meghaladja a beállított pontot (a kívánt értéket), akkor vagy csak csökkentheti a gázpedál (azaz a tengerpart) szintjét, vagy aktiválhat egy második rendszert - a féket. Mindkét esetben lassítasz, de megteheted úgy, hogy vagy csak „visszalépsz” egy rendszerről, vagy hozzáadsz egy második rendszert.

Vizsgáljuk meg, hogy ez a két példa hogyan működik a normál vérnyomás homeosztázissal kapcsolatban.

A vérnyomást akkor mérik, amikor a keringő vér nyomást gyakorol a test artériáinak falára. A vérnyomást kezdetben a szív összehúzódása hozza létre. Az összehúzódás erősségében és sebességében bekövetkező változások közvetlenül összefüggenek a vérnyomás változásával. A vér térfogatának változása közvetlenül összefügg a vérnyomás változásával is. Az erek átmérőjének változása, amelyen keresztül a vér átmegy, megváltoztatja az ellenállást, és ezzel ellentétesen megváltozik a vérnyomás. A vérnyomás homeosztázis magában foglalja a vérnyomást ellenőrző receptorokat, és a kontroll központok változtatásokat kezdeményeznek az effektorokban annak normális tartományon belül tartása érdekében.

Önellenőrző kérdések

Töltse ki az alábbi kvízt, hogy ellenőrizze a homeosztázis megértését: