pamatujte, že homeostáza je udržování relativně stabilního vnitřního prostředí. Když je přítomen podnět nebo změna prostředí, zpětné smyčky reagují na udržení fungování systémů v blízkosti nastavené hodnoty nebo ideální úrovně.

obvykle dělíme zpětnovazební smyčky na dva hlavní typy:

1. pozitivní zpětné smyčky, ve kterých změna v daném směru způsobuje další změnu ve stejném směru.Například zvýšení koncentrace látky způsobuje zpětnou vazbu, která způsobuje pokračující zvyšování koncentrace.
2. negativní zpětné vazby, ve kterých změna v daném směru způsobuje změnu v opačném směru.Například zvýšení koncentrace látky způsobuje zpětnou vazbu, která nakonec způsobí snížení koncentrace látky.

pozitivní zpětné vazby jsou ze své podstaty nestabilní systémy. Protože změna vstupu způsobuje reakce, které způsobují pokračující změny ve stejném směru, pozitivní zpětné vazby mohou vést k uprchlým podmínkám. Termín pozitivní zpětná vazba se obvykle používá, pokud má proměnná schopnost se sama zesílit, i když složky smyčky (receptor, Řídicí centrum a efektor) nejsou snadno identifikovatelné. Ve většině případů je pozitivní zpětná vazba škodlivá, ale existuje několik případů, kdy pozitivní zpětná vazba při omezeném použití přispívá k normální funkci. Například, během srážení krve, kaskáda enzymatických proteinů aktivuje navzájem, což vede k tvorbě fibrinové sraženiny, která zabraňuje ztrátě krve. Jeden z enzymů v cestě, tzv. trombinu, nejen, že působí na další bílkoviny v cestě, ale má také schopnost aktivovat protein, který mu předcházel v kaskádě. Tento druhý krok vede k cyklu pozitivní zpětné vazby, kde zvýšení trombinu vede k dalšímu zvýšení trombinu. Je třeba poznamenat, že existují i jiné aspekty srážení krve, které udržují celkový proces pod kontrolou, takže hladiny trombinu nezvyšují bez omezení. Pokud však vezmeme v úvahu účinky trombinu na sebe, považuje se to za pozitivní cyklus zpětné vazby. Ačkoli někteří to mohou považovat za pozitivní zpětnou vazbu, taková terminologie není všeobecně přijímána.

záporné zpětnovazební smyčky jsou ze své podstaty stabilní systémy. Negativní zpětné vazby, ve spojení s různými podněty, které mohou ovlivnit proměnnou, obvykle vytvářejí stav, ve kterém proměnná osciluje kolem nastavené hodnoty. Například negativní zpětné vazby zahrnující inzulín a glukagon pomáhají udržovat hladinu glukózy v krvi v úzkém rozmezí koncentrací. Pokud jsou hladiny glukózy příliš vysoké, tělo uvolňuje inzulín do krevního řečiště. Inzulín způsobuje, že buňky těla přijímají a uchovávají glukózu, což snižuje koncentraci glukózy v krvi. Pokud je hladina glukózy v krvi příliš nízká, tělo uvolňuje glukagon, což způsobuje uvolňování glukózy z některých buněk těla.

Pozitivní Zpětná vazba

V pozitivním mechanismus zpětné vazby, výstup systému, stimuluje systém tak, k dalšímu zvýšení výkonu. Běžné pojmy, které by mohly popisovat smyčky nebo cykly pozitivní zpětné vazby, zahrnují „sněhová koule“ a „řetězová reakce“. Bez vyvažování nebo“ vypnutí “ reakce nebo procesu má pozitivní mechanismus zpětné vazby potenciál produkovat uprchlý proces. Jak poznamenal, tam jsou některé fyziologické procesy, které jsou běžně považovány za pozitivní zpětnou vazbu, i když nemusí mít všechny identifikovatelné složky zpětné vazby. V těchto případech smyčka pozitivní zpětné vazby vždy končí proti-signalizací, která potlačuje původní podnět.

dobrým příkladem pozitivní zpětné vazby je zesílení pracovních kontrakcí. Kontrakce jsou zahájeny, když se dítě pohybuje do polohy a protahuje děložní čípek za jeho normální polohu. Zpětná vazba zvyšuje sílu a frekvenci kontrakcí, dokud se dítě nenarodí. Po narození se protahování zastaví a smyčka se přeruší.

Další příklad pozitivní zpětné vazby nastává při laktaci, během níž matka produkuje mléko pro své dítě. Během těhotenství se hladiny hormonu prolaktinu zvyšují. Prolaktin normálně stimuluje produkci mléka, ale během těhotenství progesteron inhibuje produkci mléka. Při narození, když je placenta uvolněna z dělohy, hladiny progesteronu klesají. Výsledkem je nárůst produkce mléka. Jak se dítě krmí, jeho kojení stimuluje prsa, podporuje další uvolňování prolaktinu, což má za následek ještě větší produkci mléka. Tato pozitivní zpětná vazba zajišťuje, že dítě má během krmení dostatek mléka. Když je dítě odstaveno a již není ošetřováno od matky, stimulace přestane a prolaktin v matčině krvi se vrátí na úroveň před kojením.

výše uvedené poskytují příklady prospěšných mechanismů pozitivní zpětné vazby. V mnoha případech však může pozitivní zpětná vazba potenciálně poškodit životní procesy. Například krevní tlak může výrazně klesnout, pokud člověk ztratí hodně krve kvůli traumatu.

krevní tlak je regulovaná proměnná, která vede ke zvýšení srdeční frekvence (tj. Tyto změny v srdci způsobují, že potřebuje více kyslíku a živin, ale pokud je objem krve v těle příliš nízký, samotná srdeční tkáň nedostane dostatečný průtok krve, aby uspokojila tyto zvýšené potřeby. Nerovnováha mezi kyslíkem požadavky srdce a dodávky kyslíku může vést k dalšímu poškození srdce, které ve skutečnosti snižuje krevní tlak, poskytuje větší změny v proměnné (krevní tlak). Smyčka reaguje tím, že se snaží stimulovat srdce ještě silněji, což vede k dalšímu poškození srdce…a smyčka pokračuje až do smrti následuje.

negativní zpětná vazba

většina systémů biologické zpětné vazby jsou systémy negativní zpětné vazby. Negativní zpětná vazba nastává, když výstup systému působí na snížení nebo tlumení procesů, které vedou k výstupu tohoto systému, což má za následek menší výkon. Obecně platí, že smyčky negativní zpětné vazby umožňují samostabilizaci systémů. Negativní zpětná vazba je životně důležitým kontrolním mechanismem pro homeostázu těla.

viděli jste příklad zpětné vazby aplikované na teplotu a identifikovali příslušné komponenty. Toto je důležitý příklad toho, jak negativní zpětnovazební smyčka udržuje homeostázu, je termoregulační mechanismus těla. Tělo udržuje relativně konstantní vnitřní teplotu pro optimalizaci chemických procesů. Neurální impulsy z termoreceptorů citlivých na teplo v těle signalizují hypotalamus. Hypotalamus, který se nachází v mozku, porovnává tělesnou teplotu s hodnotou nastavené hodnoty.

když tělesná teplota klesne, hypotalamus iniciuje několik fyziologických reakcí, aby zvýšil produkci tepla a šetřil teplo:

• zúžení povrchových krevních cév (vazokonstrikce) snižuje tok tepla do pokožky.
• začíná třes, což zvyšuje produkci tepla svaly.
• Nadledvinky vylučují stimulační hormony, jako je adrenalin a noradrenalin k zvýšení metabolické sazby a tím produkci tepla.

tyto účinky způsobují zvýšení tělesné teploty. Když se vrátí do normálu, hypotalamus již není stimulován a tyto účinky přestanou.

Když se tělesná teplota stoupá, hypotalamu spustí několik fyziologických reakcí na snížení produkce tepla a ztratit teplo:

• Rozšíření povrchových cév (vazodilatace), zvyšuje tok tepla na kůži a rudnout.
• potní žlázy uvolňují vodu (pot) a odpařování ochlazuje pokožku.

tyto účinky způsobují pokles tělesné teploty. Když se vrátí do normálu, hypotalamus již není stimulován a tyto účinky přestanou.

mnoho homeostatických mechanismů, jako je teplota, má různé odezvy, pokud je proměnná nad nebo pod nastavenou hodnotou. Když se teplota zvyšuje, potíme se, když klesá, třeseme se. Tyto odpovědi používají různé efektory pro nastavení proměnné. V ostatních případech, zpětnovazební smyčka použije stejný efektor k nastavení proměnné zpět směrem k nastavené hodnotě, ať už byla počáteční změna proměnné nad nebo pod nastavenou hodnotou. Například pupilární průměr je nastaven tak, aby se zajistilo, že do oka vstupuje vhodné množství světla. Pokud je množství světla příliš nízké, žák se rozšiřuje, pokud je příliš vysoký, žák se zužuje.

to lze přirovnat k řízení. Pokud je vaše rychlost nad nastavenou hodnotou (hodnota, kterou chcete), můžete buď jednoduše snížit hladinu akcelerátoru (tj. V obou případech zpomalíte, ale lze to provést buď pouhým „zálohováním“ na jednom systému, nebo přidáním druhého systému.

podívejme se, jak tyto dva příklady fungují v souvislosti s normální homeostázou krevního tlaku.

krevní tlak se měří, protože cirkulující krev vyvíjí tlak na stěny tepen těla. Krevní tlak je zpočátku vytvářen kontrakcí srdce. Změny síly a rychlosti kontrakce budou přímo souviset se změnami krevního tlaku. Změny objemu krve by také přímo souvisely se změnami krevního tlaku. Změny v průměru cév, kterými krev prochází, změní odpor a mají opačnou změnu krevního tlaku. Homeostáza krevního tlaku zahrnuje receptory monitorující krevní tlak a kontrolní centra iniciující změny efektorů, aby se udržely v normálním rozmezí.

Self-Check Questions

Vezměte si kvíz níže a zkontrolujte své chápání homeostázy: