amintiți-vă că homeostazia este menținerea unui mediu intern relativ stabil. Atunci când un stimul sau o schimbare în mediu este prezent, buclele de feedback răspund pentru a menține sistemele funcționând în apropierea unui punct stabilit sau a unui nivel ideal.

de obicei, împărțim buclele de feedback în două tipuri principale:

1. bucle de feedback pozitiv, în care o schimbare într-o direcție dată determină o schimbare suplimentară în aceeași direcție.De exemplu, o creștere a concentrației unei substanțe determină feedback care produce creșteri continue ale concentrației.
2. bucle de feedback negativ, în care o schimbare într-o direcție dată determină schimbarea în direcția opusă.De exemplu, o creștere a concentrației unei substanțe determină feedback-ul care determină în cele din urmă scăderea concentrației substanței.

buclele de feedback pozitiv sunt sisteme inerent instabile. Deoarece o schimbare a unei intrări provoacă răspunsuri care produc schimbări continue în aceeași direcție, buclele de feedback pozitiv pot duce la condiții de fugă. Termenul feedback pozitiv este de obicei utilizat atâta timp cât o variabilă are capacitatea de a se amplifica, chiar dacă componentele unei bucle (receptor, centru de control și efector) nu sunt ușor de identificat. În cele mai multe cazuri, feedback-ul pozitiv este dăunător, dar există câteva cazuri în care feedback-ul pozitiv, atunci când este utilizat în mod limitat, contribuie la funcționarea normală. De exemplu, în timpul coagulării sângelui, o cascadă de proteine enzimatice se activează reciproc, ducând la formarea unui cheag de fibrină care previne pierderea de sânge. Una dintre enzimele din cale, numită trombină, nu numai că acționează asupra următoarei proteine din cale, dar are și capacitatea de a activa o proteină care a precedat-o în cascadă. Această ultimă etapă conduce la un ciclu de feedback pozitiv, în care o creștere a trombinei duce la creșteri suplimentare ale trombinei. Trebuie remarcat faptul că există și alte aspecte ale coagulării sângelui care mențin procesul general sub control, astfel încât nivelurile de trombină să nu crească fără limită. Dar dacă luăm în considerare doar efectele trombinei asupra ei înșiși, este considerat un ciclu de feedback pozitiv. Deși unii pot considera acest lucru o buclă de feedback pozitiv, o astfel de terminologie nu este universal acceptată.

buclele de feedback negativ sunt sisteme inerent stabile. Buclele de feedback negativ, împreună cu diferiții stimuli care pot afecta o variabilă, produc de obicei o condiție în care variabila oscilează în jurul punctului setat. De exemplu, buclele de feedback negativ care implică insulină și glucagon ajută la menținerea nivelului de glucoză din sânge într-un interval de concentrație îngust. Dacă nivelurile de glucoză devin prea mari, organismul eliberează insulină în sânge. Insulina determină celulele organismului să preia și să stocheze glucoza, scăzând concentrația de glucoză din sânge. Dacă glicemia scade prea mult, organismul eliberează glucagon, ceea ce determină eliberarea glucozei din unele celule ale corpului.

Feedback pozitiv

într-un mecanism de feedback pozitiv, ieșirea sistemului stimulează sistemul astfel încât să crească în continuare producția. Termenii obișnuiți care ar putea descrie bucle sau cicluri de feedback pozitiv includ „snowballing”și” reacție în lanț”. Fără o reacție sau proces de contra-echilibrare sau „oprire”, un mecanism de feedback pozitiv are potențialul de a produce un proces fugar. După cum sa menționat, există unele procese fiziologice care sunt în mod obișnuit considerate a fi feedback pozitiv, deși este posibil să nu aibă toate componente identificabile ale unei bucle de feedback. În aceste cazuri, bucla de feedback pozitiv se termină întotdeauna cu contra-semnalizare care suprimă stimulul inițial.

un bun exemplu de feedback pozitiv implică amplificarea contracțiilor de muncă. Contracțiile sunt inițiate pe măsură ce copilul se mișcă în poziție, întinzând colul uterin dincolo de poziția sa normală. Feedback-ul crește puterea și frecvența contracțiilor până la nașterea copilului. După naștere, întinderea se oprește și bucla este întreruptă.

Un alt exemplu de feedback pozitiv apare în lactație, în timpul căreia o mamă produce lapte pentru copilul ei. În timpul sarcinii, nivelurile hormonului prolactină cresc. Prolactina stimulează în mod normal producția de lapte, dar în timpul sarcinii, progesteronul inhibă producția de lapte. La naștere, când placenta este eliberată din uter, nivelurile de progesteron scad. Ca urmare, producția de lapte crește. Pe măsură ce bebelușul se hrănește, alăptarea stimulează sânul, promovând eliberarea în continuare a prolactinei, ducând la o producție mai mare de lapte. Acest feedback pozitiv asigură că bebelușul are suficient lapte în timpul hrănirii. Când bebelușul este înțărcat și nu mai asistă de la mamă, stimularea încetează și prolactina din sângele mamei revine la nivelurile anterioare alăptării.

cele de mai sus oferă exemple de mecanisme benefice de feedback pozitiv. Cu toate acestea, în multe cazuri, feedback-ul pozitiv poate fi potențial dăunător proceselor de viață. De exemplu, tensiunea arterială poate scădea semnificativ dacă o persoană pierde mult sânge din cauza traumei.

tensiunea arterială este o variabilă reglată care duce la creșterea ritmului cardiac (adică creșterea ritmului cardiac) și contractarea mai puternică. Aceste modificări ale inimii fac ca aceasta să aibă nevoie de mai mult oxigen și nutrienți, dar dacă volumul de sânge din organism este prea mic, țesutul cardiac în sine nu va primi suficient flux de sânge pentru a satisface aceste nevoi crescute. Dezechilibrul dintre cerințele de oxigen ale inimii și aportul de oxigen poate duce la leziuni cardiace suplimentare, care de fapt scad tensiunea arterială, oferind o schimbare mai mare a variabilei (tensiunea arterială). Bucla răspunde încercând să stimuleze inima și mai puternic, ducând la alte leziuni cardiace…și bucla continuă până când moartea survine.

Feedback negativ

majoritatea sistemelor de feedback biologic sunt sisteme de feedback negativ. Feedback-ul negativ apare atunci când ieșirea unui sistem acționează pentru a reduce sau a atenua procesele care duc la ieșirea acelui sistem, rezultând o ieșire mai mică. În general, buclele de feedback negativ permit sistemelor să se auto-stabilizeze. Răspunsul negativ este un mecanism vital de control al homeostaziei organismului.

ați văzut un exemplu de buclă de feedback aplicată temperaturii și ați identificat componentele implicate. Acesta este un exemplu important al modului în care o buclă de feedback negativ menține homeostazia este mecanismul de termoreglare al organismului. Corpul menține o temperatură internă relativ constantă pentru a optimiza procesele chimice. Impulsurile neuronale de la termoreceptorii sensibili la căldură din organism semnalează hipotalamusul. Hipotalamusul, situat în creier, compară temperatura corpului cu o valoare stabilită.

când temperatura corpului scade, hipotalamusul inițiază mai multe răspunsuri fiziologice pentru a crește producția de căldură și a conserva căldura:

• îngustarea vaselor de sânge de suprafață (vasoconstricție) scade fluxul de căldură către piele.
• tremuratul începe, crescând producția de căldură de către mușchi.glandele suprarenale secretă hormoni stimulatori, cum ar fi norepinefrina și epinefrina, pentru a crește ratele metabolice și, prin urmare, producția de căldură.

aceste efecte determină creșterea temperaturii corpului. Când revine la normal, hipotalamusul nu mai este stimulat și aceste efecte încetează.

când temperatura corpului crește, hipotalamusul inițiază mai multe răspunsuri fiziologice pentru a reduce producția de căldură și a pierde căldură:

• lărgirea vaselor de sânge de suprafață (vasodilatație) crește fluxul de căldură către piele și se spală.
• glandele sudoripare eliberează apă (transpirație) și evaporarea răcește pielea.

aceste efecte determină scăderea temperaturii corpului. Când revine la normal, hipotalamusul nu mai este stimulat și aceste efecte încetează.

multe mecanisme homeostatice, cum ar fi temperatura, au răspunsuri diferite dacă variabila este deasupra sau sub punctul setat. Când temperatura crește, transpirăm, când scade, tremurăm. Aceste răspunsuri utilizează efectori diferiți pentru a ajusta variabila. În alte cazuri, o buclă de feedback va folosi același efector pentru a regla variabila înapoi spre punctul setat, indiferent dacă schimbarea inițială a variabilei a fost fie deasupra, fie sub punctul setat. De exemplu, diametrul pupilar este ajustat pentru a vă asigura că o cantitate adecvată de lumină intră în ochi. Dacă cantitatea de lumină este prea mică, pupila se dilată, dacă este prea mare, pupila se contractă.

Acest lucru poate fi comparat cu conducerea vehiculelor. Dacă viteza dvs. este peste punctul setat (valoarea pe care doriți să fie), puteți fie să reduceți doar nivelul acceleratorului (adică Coasta), fie puteți activa un al doilea sistem — frâna. În ambele cazuri, încetiniți, dar se poate face fie doar „înapoi” pe un sistem, fie adăugând un al doilea sistem.

să ne uităm la modul în care funcționează aceste două exemple legate de homeostazia normală a tensiunii arteriale.

tensiunea arterială este măsurată pe măsură ce sângele circulant pune presiune pe pereții arterelor corpului. Tensiunea arterială este creată inițial prin contracția inimii. Modificările puterii și ratei de contracție vor fi direct legate de modificările tensiunii arteriale. Modificările volumului de sânge ar fi, de asemenea, direct legate de modificările tensiunii arteriale. Modificările diametrului vaselor prin care circulă sângele vor schimba rezistența și vor avea o schimbare opusă a tensiunii arteriale. Homeostazia tensiunii arteriale implică receptorii care monitorizează tensiunea arterială și centrele de control care inițiază modificări ale efectorilor pentru a o menține într-un interval normal.

întrebări de auto-verificare

luați testul de mai jos pentru a verifica înțelegerea homeostaziei: