10.7: Homeostazie și feedback
- Contribuție de Suzanne Wakim și Mandeep Grewal
- Profesori (Cell Molecular Biology & Plant Science) la Butte College
Steady as She Goes
Acest dispozitiv arată simplu, dar controlează un sistem complex care menține o casă la o temperatură constantă. Dispozitivul este un termostat de modă veche. Cadranul arată temperatura curentă în cameră și permite, de asemenea, ocupantului să seteze termostatul la temperatura dorită. Un termostat este un model frecvent citat al modului în care sistemele vii, inclusiv corpul uman, mențin o stare stabilă numită homeostazie.
Figura \ (\ PageIndex \): termostat pentru o clădire. (CC BY-SA4.0; Vincent de Groot prin Wikimedia.org).
Ce este homeostazia?
Homeostazia este starea în care un sistem precum corpul uman este menținut într-o stare mai mult sau mai puțin stabilă. Este sarcina celulelor, a țesuturilor, a organelor și a sistemelor de organe de pe tot corpul să mențină multe variabile diferite în limite înguste care sunt compatibile cu viața. Păstrarea unui mediu intern stabil necesită o monitorizare continuă a mediului intern și efectuarea constantă de ajustări pentru a menține lucrurile în echilibru.
Set Point și Range Normal
Pentru orice variabilă dată, cum ar fi temperatura corpului sau nivelul glicemiei, există o anumită set point aceasta este valoarea optimă fiziologică. De exemplu, punctul de referință pentru temperatura corpului uman este de aproximativ 37 ° C (98,6 ° F). Pe măsură ce corpul lucrează pentru a menține homeostazia pentru temperatură sau orice altă variabilă internă, valoarea fluctuează de obicei în jurul valorii stabilite. Astfel de fluctuații sunt normale atâta timp cât nu devin prea extreme. Răspândirea valorilor în cadrul cărora astfel de fluctuații sunt considerate nesemnificative se numește interval normal. În cazul temperaturii corpului, de exemplu, intervalul normal pentru un adult este de aproximativ 36,5 până la 37,5 ºC (97,7 până la 99,5 ºF).
Menținerea homeostaziei
Homeostazia este menținută în mod normal în corpul uman printr-un act de echilibrare extrem de complex. Indiferent dacă variabila este menținută în intervalul normal, menținerea homeostazei necesită cel puțin patru componente interacționale: stimul, senzor, centru de control și efector.
- stimul este furnizat de variabila care este reglementată. În general, stimulul indică faptul că valoarea variabilei s-a îndepărtat de punctul stabilit sau a părăsit intervalul normal.
- senzor monitorizează valorile variabilei și trimite date despre aceasta către centrul de control.
- centrul de Control potriveste datele cu valori normale. Dacă valoarea nu se află la punctul stabilit sau este în afara intervalului normal, centrul de control trimite un semnal către efector.
- efector este un organ, glandă, mușchi sau altă structură care acționează asupra semnalului din centrul de control pentru a deplasa variabila înapoi spre punctul stabilit.
Fiecare dintre aceste componente este ilustrată în Figura \ (\ PageIndex \). Diagrama din stânga este un model general care arată modul în care componentele interacționează pentru a menține homeostazia. Diagrama din dreapta arată exemplul temperaturii corpului. Din diagrame, puteți vedea că menținerea homeostaziei implică feedback, care sunt date care se retroalimentează pentru a controla un răspuns. Feedback-ul poate fi negativ, ca în exemplul de mai jos, sau pozitiv. Toate mecanismele de feedback care mențin homeostazia utilizează feedback negativ. Exemplele biologice de feedback pozitiv sunt mult mai puțin frecvente.
Figura \ (\ PageIndex \): Menținerea homeostaziei prin feedback necesită un stimul, un senzor, un centru de control și un efector. (CC BY-NC 3.0 prin fundația CK-12).
Feedback negativ
Într-o bucla de feedback negativ, feedback-ul servește la reducerea unui răspuns excesiv și menținerea unei variabile în intervalul normal. Exemple de procese controlate prin feedback negativ includ reglarea temperaturii corpului și controlul glicemiei.
Temperatura corpului
Reglarea temperaturii corpului implică feedback negativ, indiferent dacă scade temperatura sau o crește (Figura \ (\ PageIndex \)).
Răcire
Centrul de reglare a temperaturii corpului uman este hipotalamusul din creier. Când hipotalamusul primește date de la senzorii din piele și creier că temperatura corpului este mai mare decât punctul stabilit, acesta pune în mișcare următoarele răspunsuri:
- Vasele de sânge din piele se dilată (vasodilatație) pentru a permite mai mult sânge din miezul corpului cald să curgă aproape de suprafața corpului, astfel că căldura poate fi radiată în mediu.
- Pe măsură ce fluxul de sânge către piele crește, glandele sudoripare din piele sunt activate pentru a crește cantitatea de transpirație (diaforeză). Când transpirația se evaporă de la suprafața pielii în aerul înconjurător, ia căldura cu ea.
- Respirația devine mai profundă, iar persoana poate respira prin gură în loc de pasajele nazale. Acest lucru crește pierderea de căldură din plămâni.
Încălzire
Când centrul de reglare a temperaturii creierului primește date conform cărora temperatura corpului este mai mică decât punctul stabilit, acesta pune în mișcare următoarele răspunsuri:
- Vasele de sânge din piele se contractă (vasoconstricție) pentru a preveni scurgerea sângelui aproape de suprafața corpului. Acest lucru reduce pierderile de căldură de la suprafață.
- Pe măsură ce temperatura scade mai scăzută, se declanșează semnale aleatorii către mușchii scheletici, determinându-i să se contracte. Acest lucru provoacă fiori, care generează o cantitate mică de căldură.
- Glanda tiroidă poate fi stimulată de creier (prin glanda pituitară) pentru a secreta mai mult hormon tiroidian. Acest hormon crește activitatea metabolică și producția de căldură în celulele din tot corpul.
- Glandele suprarenale pot fi, de asemenea, stimulate să secrete hormonul adrenalină. Acest hormon determină descompunerea glicogenului (glucidul utilizat pentru stocarea energiei la animale) la glucoză, care poate fi utilizată ca sursă de energie. Acest proces chimic catabolic este exoterm sau produce căldură.
Glucoza din sange
În controlul nivelului de glucoză din sânge, anumite celule endocrine din pancreas numite celule alfa și beta, detectează nivelul de glucoză din sânge. Apoi răspund în mod adecvat pentru a menține nivelul glicemiei în intervalul normal.