Wie negative Rückkopplungsschleifen im Körper funktionieren

Negative Rückkopplungsschleifen spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Gesundheit im menschlichen Körper. Eine negative Rückkopplungsschleife, auch Hemmschleife genannt, ist eine Art selbstregulierendes System. In einer negativen Rückkopplungsschleife erhöhte Leistung

Negative Rückkopplungssysteme arbeiten, um relativ konstante Ausgangspegel aufrechtzuerhalten. Der Körper hält beispielsweise seine Temperatur, seinen Kalorienverbrauch, seinen Blutdruck, seinen Puls und seine Atemfrequenz basierend auf negativem Feedback

Negative Rückkopplungsschleifen steuern die Produktion

Stellen Sie sich vor, der Körper sei eine Fabrik, die Produkt X herstellt. Stellen Sie sich außerdem vor, dass die Herstellung von zu viel Produkt X teuer, verschwenderisch und schädlich ist. Dies bedeutet, dass der Körper eine Möglichkeit braucht, die Fabrik zu verlangsamen, wenn genügend Produkt X hergestellt wurde. Dies geschieht durch eine negative Rückkopplungsschleife. Das bedeutet, dass die Produktionsgeschwindigkeit von der Menge an Produkt X abhängt. Wenn es beginnt, sich aufzubauen, verlangsamt sich die Produktion.

Es könnte hilfreich sein, sich die Fabrik als ein großes Fließband vorzustellen, das am Ende Regale beschickt. Wenn die Regale voll werden, muss die Linie langsamer werden. Das Produkt kann nirgendwo hingestellt werden und es könnte verwendet werden, um andere Produkte herzustellen, die den Körper schädigen können. Wenn die Regale jedoch leer sind, gibt es viel Platz. Die Montagelinie kann beschleunigen, bis die Regale wieder voll sind, mit dem Ziel, dass die Regale immer auf dem richtigen Niveau gefüllt sind.

Das Gegenteil davon wäre eine positive Rückkopplungsschleife. In diesem Fall würde die Anlage umso schneller mehr produzieren, je mehr Produkt X vorhanden war.

Beispiele

Mehrere gut verstandene negative Rückkopplungsschleifen steuern eine Vielzahl verschiedener Funktionen im Körper.

Der weibliche Menstruationszyklus funktioniert durch eine negative Rückkopplungsschleife, die sowohl Strukturen im Gehirn als auch Fortpflanzungsorgane einbezieht.1

• Der Hypothalamus ist eine Drüse im Gehirn, die das Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) produziert.

• Das GnRH signalisiert der Hypophyse im Gehirn, das follikelstimulierende Hormon (FSH) zu produzieren.

• FSH regt die Eierstöcke an, Östrogen zu produzieren.

• Hohe Östrogenspiegel (sowie Progesteron und Testosteron, die durch ähnliche Schleifen reguliert werden) hemmen die Produktion von GnRH. Dies führt dazu, dass die Hypophyse weniger FSH produziert, was dazu führt, dass die Eierstöcke weniger Östrogen produzieren.

Die männliche Reproduktionsachse ist ähnlich wie die weibliche Achse aufgebaut, wobei das luteinisierende Hormon (LH), FSH und Testosteron in einer negativen Rückkopplungsschleife mit der Fruchtbarkeit verbunden sind.

Eine weitere negative Rückkopplungsschleife reguliert den Säuregehalt der Scheide.2 Der pH-Wert der Scheide variiert je nach den vorhandenen Bakterien.

• Der normale vaginale pH-Wert beträgt ungefähr 4, leicht sauer. Dies hilft, das Wachstum problematischer Bakterien zu verhindern, einschließlich solcher, die sexuell übertragbare Krankheiten (STDs) verursachen.

• Die Milchsäure, die diesen pH-Wert aufrechterhält, wird von Laktobazillen, einem Teil der normalen Vaginalflora, hergestellt. Diese Bakterien wachsen schneller und produzieren bei höherem pH-Wert mehr Säure.

• Eines der Kennzeichen der bakteriellen Vaginose ist ein pH-Wert von über 5, der die normale Flora dazu anregt, Säure zu produzieren, die das Gedeihen der infektiösen Bakterien verhindert.

• Bei einem pH-Wert von 4 können die Laktobazillen die Milchsäureproduktion verlangsamen.

Suche nach Homöostase

Ein Schlüsselwort, das zum Verständnis negativer Rückkopplungsschleifen wichtig ist, ist die Homöostase. Homöostase wird als die Tendenz eines Systems zur Stabilität definiert. Die Homöostase ist im menschlichen Körper sehr wichtig. Viele Systeme müssen sich selbst regulieren, damit der Körper im optimalen Bereich für die Gesundheit bleibt.3

Einige Systeme, die durch negatives Feedback regulieren, um eine Homöostase zu erreichen, umfassen:

• Blutdruck

• Körpertemperatur

• Blutzucker

Wenn Einzelpersonen Probleme bei der Aufrechterhaltung dieser Systeme haben, kann dies eine Fehlregulation einer negativen Rückkopplungsschleife beinhalten.

Bei Diabetes beispielsweise reagiert die Bauchspeicheldrüse nicht richtig auf hohen Blutzucker, indem sie mehr Insulin produziert.3 Bei Typ-1-Diabetes liegt dies daran, dass weniger Zellen für die Insulinproduktion zur Verfügung stehen. Das Immunsystem einer Person hat die insulinproduzierenden Zellen geschädigt.

In ähnlicher Weise reguliert die Atmung den Sauerstoff- und Kohlendioxidspiegel des Körpers, der durch die Mechanismen im Gehirn, die die Atmung vermitteln, streng kontrolliert wird.