Петли отрицательной обратной связи играют важную роль в том, сколько систем человеческого тела остается под контролем. Петля отрицательной обратной связи, также известная как тормозная петля, представляет собой тип саморегулирующейся системы. В контуре отрицательной обратной связи повышенный выходизсистема препятствует будущему производствуксистема. Другими словами, система контролирует, сколько продукции она производит, останавливая производство, когда уровни выпуска или количество накопленной продукции становится слишком высоким.
Системы отрицательной обратной связи отвечают за многие типы гормональной регуляции в организме человека. Они хороши в поддержании относительно постоянного уровня выпуска.
Дэвид П. Холл / Getty ImagesЦиклы отрицательной обратной связи Управление производством
Представьте, что организм - это фабрика, производящая Продукт X. Кроме того, представьте, что производство слишком большого количества Продукта X является дорогостоящим и расточительным. Следовательно, организму нужен способ закрыть завод, 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, а затем останавливается.
Можно подумать о фабрике как о большой сборочной линии, которая снабжает полки в конце. Когда полки заполнятся, очередь должна замедлиться. Товар поставить некуда. Однако, если полки пусты, места предостаточно. Сборочная линия может ускориться, пока полки снова не заполнятся. Чем быстрее реагирует сборочная линия, тем больше завод может постоянно поддерживать полки на нужном уровне.
Противоположностью этому будет положительная обратная связь. В этом случае, чем больше было Продукта X, тем быстрее завод производил больше. Этот тип системы легко выходит из-под контроля. Напротив, цикл отрицательной обратной связи саморегулируется.
Примеры
Одна очень хорошо изученная петля отрицательной обратной связи - женский менструальный цикл. Гипоталамус вырабатывает гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ). ГнРГ сигнализирует гипофизу о выработке фолликулостимулирующего гормона (ФСГ). ФСГ заставляет яичники вырабатывать эстроген. Высокий уровень эстрогена (а также прогестерона и тестостерона, которые регулируются аналогичными петлями) затем подавляет выработку гонадолиберина. Это заставляет гипофиз вырабатывать меньше ФСГ, что, в свою очередь, заставляет яичники вырабатывать меньше эстрогена.
Другая петля отрицательной обратной связи регулирует кислотность влагалища. Нормальный рН влагалища составляет приблизительно 4 - умеренно кислый. Это помогает предотвратить рост проблемных бактерий и ЗППП. Фактически, одним из отличительных признаков бактериального вагиноза является pH выше 5. Молочная кислота, которая поддерживает этот pH, вырабатывается лактобациллами - частью нормальной микрофлоры влагалища. Эти бактерии растут быстрее и производят больше кислоты при более высоком pH. Затем, когда pH приближается к 4, они замедляются и останавливаются. Так регулируется pH во влагалище. Это также объясняет некоторые различия в pH влагалища у разных женщин. PH варьируется в зависимости от конкретных присутствующих бактерий.
В поисках гомеостаза
Одно ключевое слово, которое важно для понимания петель отрицательной обратной связи: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
- Содержание сахара в крови
Когда у людей возникают проблемы с обслуживанием этих систем, это может быть связано с болезненным состоянием, которое влияет на ответственный цикл отрицательной обратной связи.
Например, при диабете поджелудочная железа не реагирует должным образом на повышенный уровень сахара в крови, производя больше инсулина, а при диабете 1 типа это происходит потому, что нет доступных клеток для производства инсулина. Иммунная система человека повредила или разрушила «фабрику».
При диабете 2 типа это связано с тем, что поджелудочная железа не так чувствительна к сигналам об уровне сахара в крови от тела. Следовательно, он не производитдовольно инсулин в ответ на повышение уровня сахара в крови. В любом случае человек больше не может поддерживать гомеостаз в своей системе сахара в крови без помощи медицинского или поведенческого вмешательства.
