pamiętaj, że homeostaza to utrzymanie względnie stabilnego środowiska wewnętrznego. Gdy występuje bodziec lub zmiana w środowisku, pętle sprzężenia zwrotnego reagują, aby utrzymać funkcjonowanie systemów w pobliżu zadanego punktu lub idealnego poziomu.

zazwyczaj dzielimy pętle sprzężenia zwrotnego na dwa główne typy:

1. pętle sprzężenia zwrotnego dodatniego, w których zmiana w danym kierunku powoduje dodatkową zmianę w tym samym kierunku.Na przykład wzrost stężenia substancji powoduje sprzężenie zwrotne, które powoduje ciągły wzrost stężenia.
2. pętle sprzężenia zwrotnego ujemnego, w których zmiana w danym kierunku powoduje zmianę w przeciwnym kierunku.Na przykład wzrost stężenia substancji powoduje sprzężenie zwrotne, które ostatecznie powoduje zmniejszenie stężenia substancji.

pętle pozytywnego sprzężenia zwrotnego są z natury niestabilnymi systemami. Ponieważ zmiana danych wejściowych powoduje reakcje, które powodują ciągłe zmiany w tym samym kierunku, pozytywne pętle sprzężenia zwrotnego mogą prowadzić do uciekających warunków. Termin pozytywne sprzężenie zwrotne jest zwykle używany tak długo, jak zmienna ma zdolność do wzmocnienia się, nawet jeśli składniki pętli (receptor, centrum sterowania i efektor) nie są łatwe do zidentyfikowania. W większości przypadków pozytywne sprzężenie zwrotne jest szkodliwe, ale istnieje kilka przypadków, w których pozytywne sprzężenie zwrotne, gdy jest używane w ograniczony sposób, przyczynia się do normalnego funkcjonowania. Na przykład podczas krzepnięcia krwi kaskada białek enzymatycznych aktywuje się nawzajem, prowadząc do powstania skrzepu fibryny, który zapobiega utracie krwi. Jeden z enzymów szlaku, zwany trombiną, nie tylko działa na następne białko w szlaku, ale także ma zdolność do aktywacji białka, które poprzedzało je w kaskadzie. Ten ostatni etap prowadzi do dodatniego cyklu sprzężenia zwrotnego, w którym zwiększenie trombiny prowadzi do dalszego zwiększenia trombiny. Należy zauważyć, że istnieją inne aspekty krzepnięcia krwi, które utrzymują ogólny proces w ryzach, takie, że poziom trombiny nie wzrasta bez ograniczeń. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę wpływ trombiny na siebie, uważa się, że jest to pozytywny cykl sprzężenia zwrotnego. Chociaż niektórzy mogą uznać to za pozytywne sprzężenie zwrotne, taka terminologia nie jest powszechnie akceptowana.

pętle Ujemnego sprzężenia zwrotnego są z natury stabilnymi systemami. Ujemne pętle sprzężenia zwrotnego, w połączeniu z różnymi bodźcami, które mogą wpływać na zmienną, zwykle wytwarzają stan, w którym zmienna oscyluje wokół punktu zadanego. Na przykład ujemne sprzężenie zwrotne obejmujące insulinę i glukagon pomaga utrzymać poziom glukozy we krwi w wąskim zakresie stężeń. Jeśli poziom glukozy jest zbyt wysoki, organizm uwalnia insulinę do krwiobiegu. Insulina powoduje, że komórki organizmu przyjmują i magazynują glukozę, obniżając stężenie glukozy we krwi. Jeśli stężenie glukozy we krwi jest zbyt niskie, organizm uwalnia glukagon, co powoduje uwalnianie glukozy z niektórych komórek organizmu.

dodatnie sprzężenie zwrotne

w mechanizmie dodatniego sprzężenia zwrotnego wyjście układu stymuluje układ w taki sposób, aby jeszcze bardziej zwiększyć wyjście. Typowe terminy, które mogą opisywać pętle lub cykle pozytywnego sprzężenia zwrotnego, to ” snowballing „i”reakcja łańcuchowa”. Bez równoważenia lub” zamknięcia ” reakcji lub procesu, mechanizm pozytywnego sprzężenia zwrotnego ma potencjał do wytworzenia procesu ucieczki. Jak wspomniano, istnieją pewne procesy fizjologiczne, które są powszechnie uważane za pozytywne sprzężenie zwrotne, chociaż nie wszystkie mogą mieć identyfikowalne składniki pętli sprzężenia zwrotnego. W takich przypadkach pętla pozytywnego sprzężenia zwrotnego zawsze kończy się kontrsygnalizacją, która tłumi pierwotny bodziec.

dobrym przykładem pozytywnego sprzężenia zwrotnego jest wzmocnienie skurczów porodowych. Skurcze są inicjowane, gdy dziecko porusza się w pozycji, rozciągając szyjkę macicy poza jej normalnej pozycji. Sprzężenie zwrotne zwiększa siłę i częstotliwość skurczów do momentu narodzin dziecka. Po urodzeniu rozciąganie zatrzymuje się, a pętla zostaje przerwana.

inny przykład pozytywnego sprzężenia zwrotnego występuje w laktacji, podczas której matka produkuje mleko dla swojego niemowlęcia. W czasie ciąży poziom hormonu prolaktyny wzrasta. Prolaktyna Zwykle stymuluje produkcję mleka, ale w czasie ciąży progesteron hamuje produkcję mleka. Po urodzeniu, gdy łożysko jest uwalniane z macicy, poziom progesteronu spada. W rezultacie produkcja mleka wzrasta. Gdy dziecko karmi, jego ssanie stymuluje piersi, promując dalsze uwalnianie prolaktyny, powodując jeszcze większą produkcję mleka. To pozytywne sprzężenie zwrotne zapewnia dziecku wystarczającą ilość mleka podczas karmienia. Gdy dziecko jest odstawione od matki i nie jest już karmione piersią, stymulacja ustaje, a prolaktyna we krwi matki powraca do poziomu sprzed karmienia piersią.

powyżej przedstawiono przykłady korzystnych mechanizmów pozytywnego sprzężenia zwrotnego. Jednak w wielu przypadkach pozytywne sprzężenie zwrotne może być potencjalnie szkodliwe dla procesów życiowych. Na przykład ciśnienie krwi może znacznie spaść, jeśli osoba traci dużo krwi z powodu urazu.

ciśnienie krwi jest regulowaną zmienną, która prowadzi do zwiększenia częstości akcji serca (tj. zwiększenia częstości akcji serca) i silniejszego kurczenia się. Te zmiany w sercu powodują, że potrzebuje więcej tlenu i składników odżywczych, ale jeśli objętość krwi w organizmie jest zbyt niska, sama tkanka serca nie otrzyma wystarczającej ilości przepływu krwi, aby zaspokoić te zwiększone potrzeby. Nierównowaga między zapotrzebowaniem serca na tlen i dopływem tlenu może prowadzić do dalszego uszkodzenia serca, co faktycznie obniża ciśnienie krwi, zapewniając większą zmianę zmiennej (ciśnienie krwi). Pętla reaguje, próbując stymulować serce jeszcze silniej, prowadząc do dalszych uszkodzeń serca … i pętla trwa aż do śmierci.

ujemne sprzężenie zwrotne

Większość biologicznych systemów sprzężenia zwrotnego to systemy ujemnego sprzężenia zwrotnego. Ujemne sprzężenie zwrotne występuje, gdy wyjście systemu działa w celu zmniejszenia lub tłumienia procesów, które prowadzą do wyjścia tego systemu, co skutkuje mniejszą wydajnością. Ogólnie rzecz biorąc, pętle ujemnego sprzężenia zwrotnego pozwalają systemom na samostabilizację. Ujemne sprzężenie zwrotne jest istotnym mechanizmem kontroli homeostazy organizmu.

widziałeś przykład pętli sprzężenia zwrotnego zastosowanej do temperatury i zidentyfikowałeś zaangażowane komponenty. Jest to ważny przykład tego, jak pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego utrzymuje homeostazę, jest mechanizmem termoregulacji organizmu. Ciało utrzymuje stosunkowo stałą temperaturę wewnętrzną w celu optymalizacji procesów chemicznych. Impulsy nerwowe z termoreceptorów wrażliwych na ciepło w organizmie sygnalizują podwzgórze. Podwzgórze, znajdujące się w mózgu, porównuje temperaturę ciała do wartości zadanej.

gdy temperatura ciała spada, podwzgórze inicjuje kilka reakcji fizjologicznych w celu zwiększenia produkcji ciepła i oszczędzania ciepła:

• zwężenie powierzchniowych naczyń krwionośnych (zwężenie naczyń) zmniejsza przepływ ciepła do skóry.
• rozpoczyna się dreszcz, zwiększając produkcję ciepła przez mięśnie.
• nadnercza wydzielają hormony stymulujące, takie jak norepinefryna i epinefryna, aby zwiększyć tempo metabolizmu, a tym samym produkcję ciepła.

te efekty powodują wzrost temperatury ciała. Kiedy wraca do normy, podwzgórze nie jest już stymulowane, a efekty te ustają.

gdy temperatura ciała wzrasta, podwzgórze inicjuje kilka reakcji fizjologicznych w celu zmniejszenia produkcji ciepła i utraty ciepła:

• poszerzenie powierzchniowych naczyń krwionośnych (rozszerzenie naczyń) zwiększa przepływ ciepła do skóry i zostaje zaczerwienione.
• gruczoły potowe uwalniają wodę (pot), a parowanie chłodzi skórę.

te efekty powodują obniżenie temperatury ciała. Kiedy wraca do normy, podwzgórze nie jest już stymulowane, a efekty te ustają.

wiele mechanizmów homeostatycznych, takich jak temperatura, ma różne odpowiedzi, jeśli zmienna jest powyżej lub poniżej wartości zadanej. Kiedy temperatura wzrasta, pocimy się, a kiedy spada, drżymy. Odpowiedzi te używają różnych efektorów, aby dostosować zmienną. W innych przypadkach pętla sprzężenia zwrotnego będzie używać tego samego efektora, aby dostosować zmienną z powrotem do punktu zadanego, niezależnie od tego, czy początkowa zmiana zmiennej była powyżej, Czy poniżej punktu zadanego. Na przykład średnica źrenic jest regulowana, aby upewnić się, że odpowiednia ilość światła wpada do oka. Jeśli ilość światła jest zbyt niska, źrenica rozszerza się, jeśli jest zbyt wysoka, źrenica zwęża się.

można to porównać do jazdy samochodem. Jeśli Twoja prędkość jest powyżej zadanego punktu (wartości, którą chcesz, aby była), możesz po prostu zmniejszyć poziom przyspieszenia (tj. wybrzeża) lub aktywować drugi system — hamulec. W obu przypadkach wolno, ale można to zrobić, albo po prostu „cofając” się na jednym systemie, lub dodając drugi system.

przyjrzyjmy się, jak te dwa przykłady działają w odniesieniu do prawidłowej homeostazy ciśnienia krwi.

ciśnienie krwi jest mierzone, gdy krążąca krew wywiera nacisk na ściany tętnic organizmu. Ciśnienie krwi powstaje początkowo przez skurcz serca. Zmiany siły i tempa skurczu będą bezpośrednio związane ze zmianami ciśnienia krwi. Zmiany objętości krwi będą również bezpośrednio związane ze zmianami ciśnienia krwi. Zmiany w średnicy naczyń, przez które przemieszcza się krew, zmienią opór i będą miały odwrotną zmianę ciśnienia krwi. Homeostaza ciśnienia krwi obejmuje receptory monitorujące ciśnienie krwi i ośrodki kontrolne inicjujące zmiany w efektorach, aby utrzymać je w prawidłowym zakresie.

pytania samokontroli

Rozwiąż poniższy quiz, aby sprawdzić swoje zrozumienie homeostazy: