Не забравяйте, че хомеостазата е поддържане на относително стабилна вътрешна среда. Когато има стимул или промяна в околната среда, веригите за обратна връзка реагират, за да поддържат системата да функционира близо до зададена точка или идеално ниво.

Обратна връзка

Обратната връзка е ситуация, когато изходът или реакцията на цикъл въздействат или влияят на входа или стимула.

връзка

Обикновено ние разделяме веригите за обратна връзка на два основни типа:

  1. контури с положителна обратна връзка, при които промяна в дадена посока причинява допълнителна промяна в същата посока.Например, увеличаването на концентрацията на дадено вещество причинява обратна връзка, която води до непрекъснато увеличаване на концентрацията.
  2. контури с отрицателна обратна връзка, при които промяна в дадена посока причинява промяна в обратната посока. Например, увеличаването на концентрацията на дадено вещество води до обратна връзка, която в крайна сметка води до намаляване на концентрацията на веществото.

Циклите с отрицателна обратна връзка са по същество стабилни системи. Циклите с отрицателна обратна връзка, заедно с различните стимули, които могат да повлияят на дадена променлива, обикновено създават състояние, при което променливата се колебае около зададената точка. Например, веригите с отрицателна обратна връзка, включващи инсулин и глюкагон, помагат да се поддържат нивата на кръвната захар в тесни граници на концентрация. Ако нивата на глюкозата станат твърде високи, тялото освобождава инсулин в кръвта. Инсулинът кара клетките на тялото да приемат и съхраняват глюкоза, понижавайки концентрацията на глюкоза в кръвта. Ако глюкозата в кръвта стане твърде ниска, тялото освобождава глюкагон, което причинява освобождаването на глюкоза от някои от телесните клетки.

Положителна обратна връзка

В механизма за положителна обратна връзка изходът на системата стимулира системата по такъв начин, че допълнително да увеличи изхода. Често срещаните термини, които биха могли да опишат вериги или цикли на положителна обратна връзка, включват „снежна топка“ и „верижна реакция“. Без реакция или процес на уравновесяване или „спиране“, механизмът за положителна обратна връзка има потенциал да доведе до избягващ процес. Както беше отбелязано, има някои физиологични процеси, които обикновено се считат за положителна обратна връзка, въпреки че не всички могат да имат идентифицируеми компоненти на обратна връзка. В тези случаи веригата за положителна обратна връзка винаги завършва с контрасигнализация, която потиска първоначалния стимул.

Добър пример за положителна обратна връзка включва усилването на трудовите контракции. Контракциите се инициират, когато бебето се премести в позиция, разтягайки шийката на матката извън нормалното й положение. Обратната връзка увеличава силата и честотата на контракциите, докато бебето се роди. След раждането разтягането спира и примката се прекъсва.

Друг пример за положителна обратна връзка се наблюдава при лактация, по време на която майката произвежда мляко за своето бебе. По време на бременност нивата на хормона пролактин се повишават. Пролактинът обикновено стимулира производството на мляко, но по време на бременност прогестеронът инхибира производството на мляко. При раждането, когато плацентата се освободи от матката, нивата на прогестерон спадат. В резултат на това производството на мляко нараства. Докато бебето се храни, сукането му стимулира гърдите, насърчавайки по-нататъшното освобождаване на пролактин, което води до още повече производство на мляко. Тази положителна обратна връзка гарантира, че бебето има достатъчно мляко по време на хранене. Когато бебето бъде отбито и вече не кърми от майката, стимулацията спира и пролактинът в кръвта на майката се връща до нивата преди кърмене.

Горното дава примери за полезни механизми за положителна обратна връзка. В много случаи обаче положителната обратна връзка може да бъде потенциално вредна за жизнените процеси. Например кръвното налягане може да падне значително, ако човек загуби много кръв поради травма.

Кръвното налягане е регулирана променлива, която води до увеличаване на сърдечната честота (т.е. сърдечната честота се увеличава) и свиване по-силно. Тези промени в сърцето го карат да се нуждае от повече кислород и хранителни вещества, но ако обемът на кръвта в тялото е твърде малък, самата сърдечна тъкан няма да получи достатъчно кръвен поток, за да отговори на тези повишени нужди. Дисбалансът между нуждите на сърцето от кислород и снабдяването с кислород може да доведе до допълнително увреждане на сърцето, което всъщност понижава кръвното налягане, осигурявайки по-голяма промяна в променливата (кръвното налягане). Цикълът реагира, като се опитва да стимулира сърцето още по-силно, което води до допълнително увреждане на сърцето ... и цикълът продължава, докато настъпи смърт.

Негативно мнение

Повечето системи за биологична обратна връзка са системи за отрицателна обратна връзка. Отрицателна обратна връзка възниква, когато изходът на системата действа, за да намали или намали процесите, които водят до изхода на тази система, което води до по-малко изход. По принцип контурите с отрицателна обратна връзка позволяват на системите да се самостабилизират. Отрицателната обратна връзка е жизненоважен контролен механизъм за хомеостазата на организма.

Видяхте пример за обратна връзка, приложена към температурата, и идентифицирахте участващите компоненти. Това е важен пример за това как веригата за отрицателна обратна връзка поддържа хомеостазата е механизмът на терморегулация на тялото. Тялото поддържа относително постоянна вътрешна температура, за да оптимизира химичните процеси. Невронните импулси от термочувствителни терморецептори в тялото сигнализират за хипоталамуса. Хипоталамусът, разположен в мозъка, сравнява телесната температура със зададена стойност.

Когато телесната температура спадне, хипоталамусът инициира няколко физиологични реакции, за да увеличи производството на топлина и да запази топлината:

  • Стесняването на повърхностните кръвоносни съдове (вазоконстрикция) намалява притока на топлина към кожата.
  • Треперенето започва, увеличавайки производството на топлина от мускулите.
  • Надбъбречните жлези секретират стимулиращи хормони като норепинефрин и епинефрин, за да увеличат метаболизма и оттам производството на топлина.

Тези ефекти водят до повишаване на телесната температура. Когато се нормализира, хипоталамусът вече не се стимулира и тези ефекти престават.

Когато телесната температура се повиши, хипоталамусът инициира няколко физиологични реакции, за да намали производството на топлина и да загуби топлина:

  • Разширяването на повърхностните кръвоносни съдове (вазодилатация) увеличава притока на топлина към кожата и се зачервява.
  • Потните жлези отделят вода (пот) и изпарението охлажда кожата.

Тези ефекти водят до намаляване на телесната температура. Когато се нормализира, хипоталамусът вече не се стимулира и тези ефекти престават.

Много хомеостатични механизми, като температурата, имат различни реакции, ако променливата е над или под зададената точка. Когато температурата се повиши, ние се изпотяваме, когато тя намалява, ние треперим. Тези отговори използват различни ефектори за регулиране на променливата. В други случаи цикълът за обратна връзка ще използва същия ефектор, за да регулира променливата обратно към зададената точка, независимо дали първоначалната промяна на променливата е била над или под зададената точка. Например, диаметърът на зеницата се регулира, за да се гарантира, че подходящо количество светлина навлиза в окото. Ако количеството светлина е твърде малко, зеницата се разширява, ако е твърде високо, зеницата се свива.

Това може да се сравни с шофиране. Ако скоростта ви е над зададената точка (стойността, която искате да бъде), можете или просто да намалите нивото на ускорителя (т.е. брега), или да активирате втора система - спирачката. И в двата случая забавяте, но това може да бъде направено или чрез просто „архивиране“ на една система, или добавяне на втора система.

Нека разгледаме как работят тези два примера, свързани с нормалната хомеостаза на кръвното налягане.

Кръвното налягане се измерва, тъй като циркулиращата кръв оказва натиск върху стените на артериите на тялото. Кръвното налягане се създава първоначално от свиването на сърцето. Промените в силата и скоростта на свиване ще бъдат пряко свързани с промените в кръвното налягане. Промените в обема на кръвта също биха били пряко свързани с промените в кръвното налягане. Промените в диаметъра на съдовете, през които кръвта преминава, ще променят съпротивлението и ще имат обратна промяна в кръвното налягане. Хомеостазата на кръвното налягане включва рецептори, контролиращи кръвното налягане и контролни центрове, иницииращи промени в ефекторите, за да го поддържат в нормални граници.

Въпроси за самопроверка

Вземете теста по-долу, за да проверите разбирането си за хомеостазата: