ne feledje, hogy a homeosztázis egy viszonylag stabil belső környezet fenntartása. Amikor egy inger, vagy a környezet változása jelen van, a visszacsatolási hurkok reagálnak arra, hogy a rendszerek egy meghatározott pont vagy ideális szint közelében működjenek.

általában a visszacsatolási hurkokat két fő típusra osztjuk:

1. pozitív visszacsatolási hurkok, amelyekben egy adott irányba történő változás további változást okoz ugyanabban az irányban.Például egy anyag koncentrációjának növekedése olyan visszacsatolást okoz, amely a koncentráció folyamatos növekedését eredményezi.
2. negatív visszacsatolási hurkok, amelyekben egy adott irányú változás az ellenkező irányba változik.Például egy anyag koncentrációjának növekedése olyan visszacsatolást okoz, amely végül az anyag koncentrációjának csökkenését okozza.

A pozitív visszacsatolási hurkok eredendően instabil rendszerek. Mivel a bemenet változása olyan válaszokat eredményez, amelyek folyamatos változásokat eredményeznek ugyanabban az irányban, a pozitív visszacsatolási hurkok elszabaduláshoz vezethetnek. A pozitív visszacsatolás kifejezést általában addig használják, amíg egy változó képes felerősíteni magát, még akkor is, ha a hurok (receptor, Vezérlőközpont és effektor) összetevői nem könnyen azonosíthatók. A legtöbb esetben a pozitív visszajelzés káros, de van néhány olyan eset, amikor a pozitív visszajelzés korlátozott módon hozzájárul a normál működéshez. Például a véralvadás során az enzimatikus fehérjék kaszkádja aktiválja egymást, ami fibrinrög kialakulásához vezet, amely megakadályozza a vérveszteséget. Az út egyik enzimje, az úgynevezett trombin, nemcsak az út következő fehérjére hat, hanem képes aktiválni egy olyan fehérjét is, amely a kaszkádban megelőzte. Ez utóbbi lépés pozitív visszacsatolási ciklushoz vezet, ahol a trombin növekedése a trombin további növekedéséhez vezet. Meg kell jegyezni, hogy a véralvadásnak vannak más szempontjai is, amelyek ellenőrzik az általános folyamatot, oly módon, hogy a trombinszint ne emelkedjen korlátozás nélkül. De ha csak figyelembe vesszük a trombin hatását magára, akkor pozitív visszacsatolási ciklusnak számít. Bár egyesek ezt pozitív visszacsatolási huroknak tekinthetik, az ilyen terminológiát nem általánosan elfogadják.

a negatív visszacsatolási hurkok eredendően stabil rendszerek. A negatív visszacsatolási hurkok, a változót befolyásoló különböző ingerekkel együtt, általában olyan állapotot eredményeznek, amelyben a változó a beállított pont körül oszcillál. Például az inzulint és a glukagont érintő negatív visszacsatolási hurkok segítenek a vércukorszint szűk koncentrációs tartományon belül tartásában. Ha a glükózszint túl magas, a szervezet inzulint bocsát ki a véráramba. Az inzulin hatására a szervezet sejtjei glükózt vesznek be és tárolnak, csökkentve a vércukorszint koncentrációját. Ha a vércukorszint túl alacsony, a szervezet felszabadítja a glukagont, ami a glükóz felszabadulását okozza a test egyes sejtjeiből.

pozitív visszacsatolás

pozitív visszacsatolási mechanizmusban a rendszer kimenete stimulálja a rendszert oly módon, hogy tovább növelje a kimenetet. A pozitív visszacsatolási hurkokat vagy ciklusokat leíró általános kifejezések közé tartozik a” snowballing “és a”láncreakció”. Ellensúlyozó vagy” leállító ” reakció vagy folyamat nélkül a pozitív visszacsatolási mechanizmus képes elszabadulni. Mint már említettük, vannak olyan fiziológiai folyamatok, amelyeket általában pozitív visszacsatolásnak tekintünk, bár lehet, hogy nem mindegyiknek van azonosítható összetevője a visszacsatolási huroknak. Ezekben az esetekben a pozitív visszacsatolási hurok mindig ellentétes jelzéssel ér véget, amely elnyomja az eredeti ingert.

a pozitív visszacsatolás jó példája a munkaerő-összehúzódások erősítése. A összehúzódások akkor kezdődnek, amikor a baba a helyzetbe kerül, a méhnyakot a normál helyzetén túlnyúlva. A visszacsatolás növeli az összehúzódások erősségét és gyakoriságát, amíg a baba meg nem születik. A szülés után a nyújtás leáll, a hurok megszakad.

a pozitív visszacsatolás egy másik példája a laktációban, amelynek során az anya tejet termel 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 placenta felszabadul a méhből, a progeszteron szintje csökken. Ennek eredményeként a tejtermelés növekszik. Ahogy a baba táplálkozik, szoptatása stimulálja a mellet, elősegítve a prolaktin további felszabadulását, ami még több tejtermelést eredményez. Ez a pozitív visszajelzés biztosítja, hogy a baba elegendő tejet kapjon az etetés során. Amikor a csecsemőt elválasztják, és már nem ápolják az anyától, a stimuláció megszűnik, és az anya vérében a prolaktin visszatér a szoptatás előtti szintre.

a fentiek példákat mutatnak a kedvező pozitív visszacsatolási mechanizmusokra. Sok esetben azonban a pozitív visszajelzés potenciálisan káros lehet az életfolyamatokra. Például a vérnyomás jelentősen csökkenhet, ha egy személy sok vért veszít a trauma miatt.

a vérnyomás egy szabályozott változó, amely ahhoz vezet, hogy a szív növeli a pulzusszámot (azaz növeli a pulzusszámot), és erősebben összehúzódik. Ezek a változások a szív okozza, hogy több oxigénre és tápanyagra van szüksége, de ha a vér térfogata a szervezetben túl alacsony, a szívszövet maga nem kap elegendő véráramlást, hogy megfeleljen ezeknek a megnövekedett igényeket. A szív oxigénigénye és az oxigénellátás közötti egyensúlyhiány további szívkárosodáshoz vezethet, ami valójában csökkenti a vérnyomást, ami nagyobb változást eredményez a változóban (vérnyomás). A hurok úgy reagál, hogy megpróbálja még erősebben stimulálni a szívet, ami további szívkárosodáshoz vezet … és a hurok addig folytatódik, amíg a halál meg nem következik.

negatív visszacsatolás

a legtöbb biológiai visszacsatolási rendszer negatív visszacsatolási rendszer. Negatív visszacsatolás akkor fordul elő, amikor a rendszer kimenete csökkenti vagy tompítja a rendszer kimenetéhez vezető folyamatokat, ami kevesebb kimenetet eredményez. Általában a negatív visszacsatolási hurkok lehetővé teszik a rendszerek önstabilizálását. A negatív visszacsatolás a test homeosztázisának létfontosságú ellenőrzési mechanizmusa.

látott egy példát a hőmérsékletre alkalmazott visszacsatolási hurokra, és azonosította az érintett komponenseket. Ez egy fontos példa arra, hogy a negatív visszacsatolási hurok hogyan tartja fenn a homeosztázist, a test termoregulációs mechanizmusa. A szervezet viszonylag állandó belső hőmérsékletet tart fenn a kémiai folyamatok optimalizálása érdekében. A test hőérzékeny termoreceptoraiból származó idegi impulzusok jelzik a hipotalamuszt. Az agyban található hipotalamusz összehasonlítja a testhőmérsékletet egy meghatározott pontértékkel.

amikor a testhőmérséklet csökken, a hipotalamusz számos fiziológiai reakciót indít a hőtermelés növelése és a hő megőrzése érdekében:

• a felszíni erek szűkülése (érszűkület) csökkenti a bőr hőáramlását.
• a remegés megkezdődik, növelve az izmok hőtermelését.
• a mellékvesék stimuláló hormonokat, például norepinefrint és epinefrint választanak ki, hogy növeljék az anyagcserét és ezáltal a hőtermelést.

ezek a hatások a testhőmérséklet emelkedését okozzák. Amikor visszatér a normális szintre, a hipotalamusz már nem stimulálódik, és ezek a hatások megszűnnek.

Ha emelkedik a testhőmérséklet, a hipotalamusz kezdeményezi számos fiziológiai válaszok csökken hő termelés elveszti a hő:

• Térhatás a felszíni erek (vazodilatáció) növeli a hő áramlását, hogy a bőrt lehúzni.
• a verejtékmirigyek felszabadítják a vizet (verejték) és a párolgás lehűti a bőrt.

ezek a hatások a testhőmérséklet csökkenését okozzák. Amikor visszatér a normális szintre, a hipotalamusz már nem stimulálódik, és ezek a hatások megszűnnek.

sok homeosztatikus mechanizmus, mint például a hőmérséklet, eltérő válaszokat ad, ha a változó a beállított pont felett vagy alatt van. Amikor a hőmérséklet emelkedik, izzadunk, amikor csökken, remegünk. Ezek a válaszok különböző effektorokat használnak a változó beállításához. Más esetekben a visszacsatolási hurok ugyanazt az effektorot használja a változó beállításához a beállított pont felé, függetlenül attól, hogy a változó kezdeti változása a beállított pont felett vagy alatt volt-e. Például a pupilláris átmérőt úgy állítják be, hogy megbizonyosodjon arról, hogy megfelelő mennyiségű fény jut-e a szemébe. Ha a fény mennyisége túl alacsony, a tanuló kitágul, ha túl magas, a tanuló összehúzódik.

ez összehasonlítható a vezetéssel. Ha a sebessége meghaladja a beállított pontot (azt az értéket, amelyet szeretne), akkor egyszerűen csökkentheti a gázpedál szintjét (azaz a partot), vagy aktiválhat egy második rendszert — a féket. Mindkét esetben lassú, de meg lehet csinálni akár csak “backing” ki egy rendszer, vagy hozzá egy második rendszer.

nézzük meg, hogyan működik ez a két példa a normál vérnyomás homeosztázisával kapcsolatban.

a vérnyomást úgy mérik, hogy a keringő vér nyomást gyakorol a test artériáinak falára. A vérnyomást kezdetben a szív összehúzódása hozza létre. Az összehúzódás erősségének és sebességének változása közvetlenül kapcsolódik a vérnyomás változásához. A vér térfogatának változása közvetlenül kapcsolódik a vérnyomás változásához is. Az erek átmérőjének változása, amelyen a vér áthalad, megváltoztatja az ellenállást, és ellentétes változást mutat a vérnyomásban. Vérnyomás homeosztázis magában foglalja a receptorok vérnyomás ellenőrzése és a kontroll központok kezdeményező változások az effektorokat, hogy tartsa a normál tartományon belül.

önellenőrzési kérdések

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