Husk at homeostase er vedligeholdelsen af et relativt stabilt indre miljø. Når en stimulus eller ændring i miljøet er til stede, reagerer feedbacksløjfer for at holde systemer i nærheden af et sætpunkt eller et ideelt niveau.

typisk deler vi feedback loops i to hovedtyper:

1. positive feedback loops, hvor en ændring i en given retning forårsager yderligere ændring i samme retning.For eksempel forårsager en stigning i koncentrationen af et stof feedback, der producerer fortsatte stigninger i koncentrationen.
2. negative feedback loops, hvor en ændring i en given retning forårsager ændring i modsat retning.For eksempel forårsager en stigning i koncentrationen af et stof feedback, der i sidste ende får koncentrationen af stoffet til at falde.

Positive feedback loops er iboende ustabile systemer. Fordi en ændring i et input forårsager svar, der producerer fortsatte ændringer i samme retning, kan positive feedbacksløjfer føre til løbske forhold. Udtrykket positiv feedback bruges typisk, så længe en variabel har en evne til at forstærke sig selv, selvom komponenterne i en løkke (receptor, kontrolcenter og effektor) ikke let kan identificeres. I de fleste tilfælde er positiv feedback skadelig, men der er nogle få tilfælde, hvor positiv feedback, når den anvendes i begrænset omfang, bidrager til normal funktion. For eksempel aktiverer en kaskade af proteiner hinanden under blodkoagulation, hvilket fører til dannelsen af en fibrinkoagel, der forhindrer blodtab. En af dem i vejen, kaldet thrombin, virker ikke kun på det næste protein i vejen, men har også en evne til at aktivere et protein, der gik forud for det i kaskaden. Dette sidstnævnte trin fører til en positiv feedbackcyklus, hvor en stigning i thrombin fører til yderligere stigninger i thrombin. Det skal bemærkes, at der er andre aspekter af blodpropper, der holder den samlede proces i skak, således at thrombinniveauerne ikke stiger uden grænser. Men hvis vi bare overvejer virkningerne af thrombin på sig selv, betragtes det som en positiv feedbackcyklus. Selvom nogle måske betragter dette som en positiv feedbacksløjfe, sådan terminologi accepteres ikke universelt.

Negative feedback loops er iboende stabile systemer. Negative feedback-sløjfer i forbindelse med de forskellige stimuli, der kan påvirke en variabel, producerer typisk en tilstand, hvor variablen svinger omkring setpunktet. For eksempel hjælper negative feedbacksløjfer, der involverer insulin og glukagon, med at holde blodsukkerniveauet inden for et snævert koncentrationsområde. Hvis glukoseniveauerne bliver for høje, frigiver kroppen insulin i blodbanen. Insulin får kroppens celler til at tage ind og opbevare glukose, hvilket sænker blodglukosekoncentrationen. Hvis blodsukkeret bliver for lavt, frigiver kroppen glukagon, hvilket forårsager frigivelse af glukose fra nogle af kroppens celler.

positiv Feedback

i en positiv feedbackmekanisme stimulerer systemets output systemet på en sådan måde, at output øges yderligere. Almindelige udtryk, der kan beskrive positive feedbacksløjfer eller cyklusser, inkluderer “snebold” og “kædereaktion”. Uden en modbalancering eller” nedlukning ” reaktion eller proces har en positiv feedbackmekanisme potentialet til at producere en løbsk proces. Som nævnt er der nogle fysiologiske processer, der almindeligvis anses for at være positiv feedback, selvom de måske ikke alle har identificerbare komponenter i en feedbacksløjfe. I disse tilfælde slutter den positive feedbacksløjfe altid med modsignalering, der undertrykker den oprindelige stimulus.

et godt eksempel på positiv feedback indebærer forstærkning af arbejdskontraktioner. Sammentrækningerne indledes, når babyen bevæger sig i position og strækker livmoderhalsen ud over sin normale position. Feedbacken øger styrken og hyppigheden af sammentrækningerne, indtil barnet er født. Efter fødslen stopper strækningen og sløjfen afbrydes.

et andet eksempel på positiv feedback forekommer ved amning, hvor en mor producerer mælk til sit spædbarn. Under graviditeten øges niveauet af hormonprolactin. Prolactin stimulerer normalt mælkeproduktionen, men under graviditeten hæmmer progesteron mælkeproduktionen. Ved fødslen, når moderkagen frigives fra livmoderen, falder progesteronniveauerne. Som følge heraf stiger mælkeproduktionen. Når babyen fodrer, stimulerer dens amning brystet og fremmer yderligere frigivelse af prolactin, hvilket resulterer i endnu mere mælkeproduktion. Denne positive feedback sikrer, at barnet har tilstrækkelig mælk under fodring. Når barnet er fravænnet og ikke længere plejer fra moderen, ophører stimuleringen, og prolactin i moderens blod vender tilbage til niveauet før amning.

ovenstående giver eksempler på gavnlige positive feedbackmekanismer. I mange tilfælde kan positiv feedback imidlertid være potentielt skadelig for livsprocesser. For eksempel kan blodtrykket falde betydeligt, hvis en person mister meget blod på grund af traumer.

blodtryk er en reguleret variabel, der fører til, at hjertet øger sin hastighed (dvs.hjertefrekvensforøgelser) og kontraherer stærkere. Disse ændringer i hjertet får det til at have brug for mere ilt og næringsstoffer, men hvis blodvolumenet i kroppen er for lavt, vil hjertevævet i sig selv ikke modtage nok blodgennemstrømning til at imødekomme disse øgede behov. Ubalancen mellem iltbehov i hjertet og iltforsyningen kan føre til yderligere hjerteskader, som faktisk sænker blodtrykket, hvilket giver en større ændring i variablen (blodtryk). Sløjfen reagerer ved at forsøge at stimulere hjertet endnu stærkere, hvilket fører til yderligere hjerteskader…og sløjfen fortsætter, indtil døden følger.

negativ Feedback

de fleste biologiske feedbacksystemer er negative feedbacksystemer. Negativ feedback opstår, når et systems output virker for at reducere eller dæmpe de processer, der fører til output fra dette system, hvilket resulterer i mindre output. Generelt giver negative feedback-sløjfer systemer mulighed for selvstabilisering. Negativ feedback er en vital kontrolmekanisme for kroppens homeostase.

du så et eksempel på en feedbacksløjfe anvendt på temperatur og identificerede de involverede komponenter. Dette er et vigtigt eksempel på, hvordan en negativ feedback loop opretholder homeostase er kroppens termoreguleringsmekanisme. Kroppen opretholder en relativt konstant indre temperatur for at optimere kemiske processer. Neurale impulser fra varmefølsomme termoreceptorer i kroppen signalerer hypothalamus. Hypothalamus, der er placeret i hjernen, sammenligner kropstemperaturen med en sætpunktsværdi.

når kropstemperaturen falder, initierer hypothalamus flere fysiologiske reaktioner for at øge varmeproduktionen og spare varme:

• indsnævring af overfladeblodkar (vasokonstriktion) nedsætter strømmen af varme til huden.rystelser begynder, hvilket øger produktionen af varme fra musklerne.
• binyrerne udskiller stimulerende hormoner som norepinephrin og epinephrin for at øge stofskiftet og dermed varmeproduktionen.

disse virkninger får kropstemperaturen til at stige. Når det vender tilbage til det normale, stimuleres hypothalamus ikke længere, og disse virkninger ophører.

når kropstemperaturen stiger, initierer hypothalamus flere fysiologiske reaktioner for at reducere varmeproduktionen og miste varme:

• udvidelse af overfladeblodkar (vasodilatation) øger strømmen af varme til huden og bliver skyllet.
• svedkirtler frigiver vand (sved), og fordampning afkøler huden.

disse virkninger får kropstemperaturen til at falde. Når det vender tilbage til det normale, stimuleres hypothalamus ikke længere, og disse virkninger ophører.

mange homeostatiske mekanismer, som temperatur, har forskellige svar, hvis variablen er over eller under setpunktet. Når temperaturen stiger, sveder vi, når den falder, ryster vi. Disse svar bruger forskellige effektorer til at justere variablen. I andre tilfælde vil en feedbacksløjfe bruge den samme effektor til at justere variablen tilbage mod setpunktet, uanset om den oprindelige ændring af variablen var enten over eller under setpunktet. For eksempel justeres pupillediameteren for at sikre, at en passende mængde lys kommer ind i øjet. Hvis mængden af lys er for lav, udvides pupillen, hvis den er for høj, indsnævres pupillen.

dette kan sammenlignes med kørsel. Hvis din hastighed er over setpunktet (den værdi, du vil have det til at være), kan du enten bare reducere niveauet af acceleratoren (dvs.kyst), eller du kan aktivere et andet system — bremsen. I begge tilfælde du langsomt, men det kan gøres ved enten bare “backing” off på et system, eller tilføje et andet system.

lad os se på, hvordan disse to eksempler fungerer relateret til normal blodtrykshomeostase.

blodtrykket måles, da det cirkulerende blod lægger pres på væggene i kroppens arterier. Blodtryk skabes oprindeligt ved sammentrækning af hjertet. Ændringer i styrken og sammentrækningshastigheden vil være direkte relateret til ændringer i blodtrykket. Ændringer i blodvolumenet vil også være direkte relateret til ændringer i blodtrykket. Ændringer i diameteren af de Kar, som blodet bevæger sig gennem, vil ændre modstanden og have en modsat ændring af blodtrykket. Blodtrykshomeostase involverer receptorer, der overvåger blodtryk og kontrolcentre, der initierer ændringer i effektorerne for at holde det inden for et normalt interval.

selvkontrol spørgsmål

Tag testen nedenfor for at kontrollere din forståelse af homeostase: