Kom ihåg att homeostas är upprätthållandet av en relativt stabil intern miljö. När en stimulans eller förändring i miljön är närvarande svarar återkopplingsslingor för att hålla system som fungerar nära en börvärde eller idealnivå.

typiskt delar vi återkopplingsslingor i två huvudtyper:

1. positiva återkopplingsslingor, där en förändring i en given riktning orsakar ytterligare förändring i samma riktning.Till exempel orsakar en ökning av koncentrationen av ett ämne återkoppling som ger fortsatta ökningar av koncentrationen.
2. negativa återkopplingsslingor, där en förändring i en given riktning orsakar förändring i motsatt riktning.Till exempel orsakar en ökning av koncentrationen av ett ämne återkoppling som i slutändan får koncentrationen av ämnet att minska.

positiva återkopplingsslingor är i sig instabila system. Eftersom en förändring i en inmatning orsakar svar som ger fortsatta förändringar i samma riktning kan positiva återkopplingsslingor leda till löpande förhållanden. Termen positiv feedback används vanligtvis så länge en variabel har en förmåga att förstärka sig själv, även om komponenterna i en slinga (receptor, kontrollcenter och effektor) inte är lätt identifierbara. I de flesta fall är positiv feedback skadlig, men det finns några fall där positiv feedback, när den används i begränsat sätt, bidrar till normal funktion. Till exempel, under blodkoagulering aktiverar en kaskad av enzymatiska proteiner varandra, vilket leder till bildandet av en fibrinpropp som förhindrar blodförlust. En av enzymerna i vägen, kallad trombin, verkar inte bara på nästa protein i vägen utan har också en förmåga att aktivera ett protein som föregick det i kaskaden. Detta senare steg leder till en positiv återkopplingscykel, där en ökning av trombin leder till ytterligare ökningar av trombin. Det bör noteras att det finns andra aspekter av blodkoagulering som håller den övergripande processen i kontroll, så att trombinnivåerna inte stiger utan gräns. Men om vi bara överväger effekterna av trombin på sig själv anses det vara en positiv återkopplingscykel. Även om vissa kanske anser att detta är en positiv återkopplingsslinga, är sådan terminologi inte allmänt accepterad.

negativa återkopplingsslingor är i sig stabila system. Negativa återkopplingsslingor, i kombination med de olika stimuli som kan påverka en variabel, producerar vanligtvis ett tillstånd där variabeln svänger runt börvärdet. Till exempel hjälper negativa återkopplingsslingor som involverar insulin och glukagon att hålla blodsockernivån inom ett smalt koncentrationsområde. Om glukosnivåerna blir för höga släpper kroppen insulin i blodomloppet. Insulin får kroppens celler att ta in och lagra glukos, vilket sänker blodglukoskoncentrationen. Om blodsockret blir för lågt släpper kroppen glukagon, vilket orsakar frisättning av glukos från några av kroppens celler.

positiv återkoppling

i en positiv återkopplingsmekanism stimulerar systemets utgång systemet på ett sådant sätt att produktionen ytterligare ökar. Vanliga termer som kan beskriva positiva återkopplingsslingor eller cykler inkluderar ”snöboll ” och”kedjereaktion”. Utan en motbalansering eller” avstängning ” reaktion eller process har en positiv återkopplingsmekanism potential att producera en löpande process. Som nämnts finns det några fysiologiska processer som vanligtvis anses vara positiv feedback, även om de kanske inte alla har identifierbara komponenter i en återkopplingsslinga. I dessa fall slutar den positiva återkopplingsslingan alltid med motsignalering som undertrycker den ursprungliga stimulansen.

ett bra exempel på positiv feedback innebär förstärkning av arbetskontraktioner. Sammandragningarna initieras när barnet rör sig i position och sträcker livmoderhalsen bortom sin normala position. Återkopplingen ökar styrkan och frekvensen av sammandragningarna tills barnet är födt. Efter födseln stannar sträckningen och slingan avbryts.

ett annat exempel på positiv feedback uppträder vid amning, under vilken en mamma producerar mjölk för sitt spädbarn. Under graviditeten ökar nivåerna av hormonprolactin. Prolactin stimulerar normalt mjölkproduktionen, men under graviditeten hämmar progesteron mjölkproduktionen. Vid födseln, när placentan släpps från livmodern, sjunker progesteronnivåerna. Som ett resultat ökar mjölkproduktionen. När barnet matar stimulerar dess amning bröstet, vilket främjar ytterligare frisättning av prolaktin, vilket resulterar i ännu mer mjölkproduktion. Denna positiva feedback säkerställer att barnet har tillräckligt med mjölk under utfodring. När barnet avvänjas och inte längre sjuksköterskor från modern upphör stimuleringen och prolaktin i moderns blod återgår till nivåer före amning.

ovanstående ger exempel på positiva positiva återkopplingsmekanismer. Men i många fall kan positiv feedback vara potentiellt skadlig för livsprocesser. Till exempel kan blodtrycket falla avsevärt om en person förlorar mycket blod på grund av trauma.

blodtryck är en reglerad variabel som leder till att hjärtat ökar sin hastighet (dvs. hjärtfrekvensen ökar) och kontraherar starkare. Dessa förändringar i hjärtat gör att det behöver mer syre och näringsämnen, men om blodvolymen i kroppen är för låg kommer hjärtvävnaden inte att få tillräckligt med blodflöde för att möta dessa ökade behov. Obalansen mellan syrebehov i hjärtat och syretillförseln kan leda till ytterligare hjärtskador, vilket faktiskt sänker blodtrycket, vilket ger en större förändring i variabeln (blodtryck). Slingan svarar genom att försöka stimulera hjärtat ännu starkare, vilket leder till ytterligare hjärtskador…och slingan fortsätter tills döden följer.

negativ Feedback

de flesta biologiska återkopplingssystem är negativa återkopplingssystem. Negativ feedback uppstår när ett systems utgång verkar för att minska eller dämpa de processer som leder till utmatningen från det systemet, vilket resulterar i mindre utmatning. I allmänhet tillåter negativa återkopplingsslingor system att självstabilisera. Negativ feedback är en viktig kontrollmekanism för kroppens homeostas.

Du såg ett exempel på en återkopplingsslinga applicerad på temperatur och identifierade de involverade komponenterna. Detta är ett viktigt exempel på hur en negativ återkopplingsslinga upprätthåller homeostas är kroppens termoreguleringsmekanism. Kroppen upprätthåller en relativt konstant inre temperatur för att optimera kemiska processer. Neurala impulser från värmekänsliga termoreceptorer i kroppen signalerar hypotalamus. Hypotalamus, som ligger i hjärnan, jämför kroppstemperaturen med ett börvärde.

när kroppstemperaturen sjunker initierar hypotalamus flera fysiologiska svar för att öka värmeproduktionen och spara värme:

• förträngning av ytblodkärl (vasokonstriktion) minskar värmeflödet till huden.
• skakningar börjar, vilket ökar produktionen av värme genom musklerna.
• binjurarna utsöndrar stimulerande hormoner som noradrenalin och epinefrin för att öka ämnesomsättningen och därmed värmeproduktionen.

dessa effekter får kroppstemperaturen att öka. När det återgår till det normala stimuleras hypotalamus inte längre, och dessa effekter upphör.

när kroppstemperaturen stiger initierar hypotalamus flera fysiologiska svar för att minska värmeproduktionen och förlora värme:

• utvidgning av ytblodkärl (vasodilation) ökar värmeflödet till huden och spolas.
• svettkörtlar släpper ut vatten (svett) och avdunstning kyler huden.

dessa effekter gör att kroppstemperaturen minskar. När det återgår till det normala stimuleras hypotalamus inte längre, och dessa effekter upphör.

många homeostatiska mekanismer, som temperatur, har olika svar om variabeln är över eller under börvärdet. När temperaturen ökar svettar vi, när den minskar skakar vi. Dessa svar använder olika effektorer för att justera variabeln. I andra fall använder en återkopplingsslinga samma effektor för att justera variabeln tillbaka mot börvärdet, oavsett om den ursprungliga ändringen av variabeln var antingen över eller under börvärdet. Till exempel justeras pupilldiametern för att säkerställa att en lämplig mängd ljus kommer in i ögat. Om mängden ljus är för lågt, utvidgar eleven, om det är för högt, pupillen constricts.

detta kan jämföras med körning. Om din hastighet ligger över börvärdet (det värde du vill att det ska vara) kan du antingen bara minska gaspedalens nivå (dvs. kusten), eller så kan du aktivera ett andra system — bromsen. I båda fallen saktar du, men det kan göras genom att antingen bara ”backa” på ett system eller lägga till ett andra system.

låt oss titta på hur dessa två exempel fungerar relaterade till normal blodtryckshomeostas.

blodtrycket mäts som det cirkulerande blodet sätter tryck på väggarna i kroppens artärer. Blodtrycket skapas initialt genom sammandragning av hjärtat. Förändringar i styrkan och sammandragningshastigheten kommer att vara direkt relaterade till förändringar i blodtrycket. Förändringar i blodvolymen skulle också vara direkt relaterade till förändringar i blodtrycket. Förändringar i diametern på de kärl som blodet färdas genom kommer att förändra motståndet och ha en motsatt förändring av blodtrycket. Blodtryckshomeostas involverar receptorer som övervakar blodtryck och kontrollcentraler som initierar förändringar i effektorerna för att hålla det inom ett normalt intervall.

Självkontrollfrågor

ta frågesporten nedan för att kontrollera din förståelse av homeostas: