Как петли отрицательной обратной связи работают в организме

Петли отрицательной обратной связи играют важную роль в регулировании здоровья в организме человека. Петля отрицательной обратной связи, также известная как тормозная петля, представляет собой тип саморегулирующейся системы. В контуре отрицательной обратной связи увеличенный выход системы препятствует будущему производству системы. Организм снижает собственное производство определенных белков или гормонов, когда их уровень становится слишком высоким.

Системы отрицательной обратной связи работают для поддержания относительно постоянного уровня выпуска. Например, тело поддерживает свою температуру, потребление калорий, артериальное давление, пульс и частоту дыхания на основе контуров отрицательной обратной связи.

Циклы отрицательной обратной связи Управление производством

Представьте, что организм - это фабрика, производящая Продукт X. Кроме того, представьте, что производство слишком большого количества Продукта X дорого, расточительно и вредно. Это означает, что организму нужен способ замедлить работу фабрики, когда произведено достаточное количество Продукта X. Это происходит через цикл отрицательной обратной связи. Это означает, что скорость производства зависит от количества Продукта X. Когда он начинает накапливаться, производство замедляется.

Можно подумать о фабрике как о большой сборочной линии, которая в конце снабжает полки. Когда полки заполнятся, очередь должна замедлиться. Продукт некуда класть, и он может быть использован для изготовления других продуктов, которые могут повредить организм. Однако, если полки пусты, места предостаточно. Сборочная линия может увеличиваться до тех пор, пока полки снова не заполнятся, чтобы полки всегда оставались заполненными на нужном уровне.

Противоположностью этому будет положительная обратная связь. В этом случае, чем больше было Продукта X, тем быстрее завод производил больше.

Примеры

Несколько хорошо изученных петель отрицательной обратной связи управляют множеством различных функций в организме.

Женский менструальный цикл протекает через петлю отрицательной обратной связи, которая затрагивает как структуры головного мозга, так и репродуктивные органы.

• Гипоталамус - это железа в головном мозге, вырабатывающая гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ).

• ГнРГ сигнализирует гипофизу в головном мозге о выработке фолликулостимулирующего гормона (ФСГ).

• ФСГ заставляет яичники вырабатывать эстроген.

• Высокий уровень эстрогена (а также прогестерона и тестостерона, которые регулируются аналогичными петлями) подавляют выработку гонадолиберина. Это заставляет гипофиз вырабатывать меньше ФСГ, что заставляет яичники вырабатывать меньше эстрогена.

Мужская репродуктивная ось устроена аналогично женской оси, с лютеинизирующим гормоном (ЛГ), ФСГ и тестостероном в петле отрицательной обратной связи, связанной с фертильностью.

Другая петля отрицательной обратной связи регулирует кислотность влагалища2. PH влагалища варьируется в зависимости от конкретных присутствующих бактерий.

• Нормальный рН влагалища составляет примерно 4 умеренно кислый. Это помогает предотвратить рост проблемных бактерий, в том числе вызывающих заболевания, передающиеся половым путем (ЗППП).

• Молочная кислота, которая поддерживает этот pH, производится лактобактериями нормальной микрофлоры влагалища. Эти бактерии растут быстрее и производят больше кислоты при более высоком pH.

• Одним из отличительных признаков бактериального вагиноза является pH выше 5, что заставляет нормальную флору производить кислоту, которая препятствует развитию инфекционных бактерий.

• Когда pH приближается к 4, лактобациллы могут замедлять выработку молочной кислоты.

В поисках гомеостаза

Одним из ключевых слов, которое важно для понимания петель отрицательной обратной связи, является гомеостаз. Гомеостаз определяется как стремление системы к стабильности. Гомеостаз очень важен в организме человека. Многие системы должны саморегулироваться, чтобы тело оставалось в оптимальных для здоровья диапазонах.

Некоторые системы, которые регулируют с помощью отрицательной обратной связи для достижения гомеостаза, включают:

• Артериальное давление

• Температура тела

• Сахар в крови

Когда у людей возникают проблемы с поддержанием этих систем, это может включать нарушение регуляции отрицательной обратной связи.

Например, при диабете поджелудочная железа не реагирует должным образом на высокий уровень сахара в крови, производя больше инсулина. При диабете 1 типа это происходит потому, что меньше клеток, которые вырабатывают инсулин. Иммунная система человека повредила клетки, производящие инсулин.

Точно так же дыхание регулирует уровни кислорода и углекислого газа в организме, которые жестко контролируются механизмами в головном мозге, которые опосредуют дыхание.