V biologiji in medicini mehanizmi povratnih informacij služijo za ohranjanje različnih stanj ravnovesja v sistemu. To se imenuje tudi homeostaza. Takšne povratne informacije najdemo v telesu, na primer pri vzdrževanju telesne temperature in v hormonskem sistemu. Povratne informacije se imenujejo tudi povratne informacije.
Kaj je povratna informacija?
Primer pozitivnih povratnih informacij je mleko proizvodnja pri ženskah, ki so pred kratkim rodile. Dojenček, ki sesa materino dojko, spodbuja proizvodnjo hormona oksitocin. Pri povratnih informacijah ločimo procese nasprotnih in povratnih povratnih informacij. V primeru negativnih povratnih informacij so to običajno negativne povratne informacije. Tu ima izhodna spremenljivka v sistemu zaviralni učinek na vhodno spremenljivko. Pozitivne povratne informacije pa spadajo med procese pozitivnih povratnih informacij. Mehanizem povratnih informacij je ravno nasproten mehanizmu negativnih povratnih informacij. Tu izhodna spremenljivka ojača vhodno spremenljivko. Primer pozitivne povratne informacije je tako imenovani Circulus vitiosus.
Funkcija in naloga
Mehanizmi povratnih informacij so bistvenega pomena za ohranjanje ravnovesja v različnih telesnih sistemih. Homeostaza (ravnovesje) pa je pomembno, da se vsi telesni procesi odvijajo na fiziološki način. Na primer, celo manjša nihanja v kri pH ima življenjsko nevarne posledice za človeško telo. Negativne povratne informacije, oblika negativnih povratnih informacij, so pomemben element homeostatske krmilne zanke. Cilj negativnih povratnih informacij je stabiliziranje določene spremenljivke znotraj krmilne zanke. Negativne povratne informacije se pojavijo vedno, kadar ima končni produkt v krmilni zanki inhibitorni učinek na izdelek na začetku reakcijske verige. Negativne povratne informacije so torej mehanizem, ki se sam zmanjšuje. To spada med osnovne reakcije pri regulaciji presnove in je tako del številnih procesov v telesu. Primer mehanizma negativnih povratnih informacij je hormonska kontrolna zanka sistema Ščitnica, imenovano tudi tirotropna krmilna zanka. The Ščitnica proizvaja in shranjuje hormoni trijodotironin (T3) in tetraiodotironin (T4). Kdaj in v čem koncentracija o hormoni se sprostijo v kri določa hormonska kontrolna zanka. The hipotalamus in hipofiza igrajo pomembno vlogo v tej kontrolni zanki. The hipofiza ukrepe raven ščitničnega hormona v kri in sprosti stimulirajoči hormon ščitnice (TSH), kadar T3 in T4 primanjkujeta. TSH, znan tudi kot tirotropin, ima rastni spodbujevalni učinek na Ščitnica in tudi spodbuja proizvodnjo hormonov. Nasprotno pa preveč ščitnice hormoni v krvi zavirajo sproščanje TSH, tako da ščitnica posledično zmanjša njegovo proizvodnjo ščitnični hormoni. Poleg te glavne krmilne zanke so v krmilni zanki ščitnice še druge zanke s povratnimi informacijami, na primer krmilna zanka Brokken-Wiersinga-Prummel ali regulacija prek povratne informacije z hipotalamus in s tam proizvedenim hormonom, ki sprošča tirotropin (TRH). Pozitivne povratne informacije so vedno prisotne, kadar ima izhodna spremenljivka v sistemu ojačevalni učinek. Je del pozitivnih povratnih informacij. V telesu je zelo malo fizioloških mehanizmov pozitivnih povratnih informacij. Primer pozitivnih povratnih informacij je mleko proizvodnja pri porodnicah. Dojenček, ki sesa materino dojko, spodbuja proizvodnjo hormona oksitocin. To pa spodbuja mleko proizvodnja v dojkah. Posledično dojenček pije več in več oksitocin se sprosti in proizvodnja mleka se spet poveča. Če otroka ne dajo več na dojke, da bi pil, se raven oksitocina zmanjša in proizvodnja mleka se zmanjša. Patološki procesi pozitivnih povratnih informacij v obliki začaranega kroga so v telesu pogostejši.
Bolezni in bolezni
Primer mehanizma pozitivnih povratnih informacij med potekom bolezni je srce neuspeh. Srce do okvare naj bi prišlo, ko srce ne more več zagotoviti Obseg krvi, ki jo telo potrebuje. Posledica tega je zmanjšana fizična sposobnost. Pogosti vzroki za srce neuspeh so srčni napad, visok krvni tlak or atrijsko fibrilacijo. Posledica so lahko tudi okvare srčnega ventila srčno popuščanjeTelo zdaj to skuša nadomestiti srčno popuščanje z znižanjem odpornosti krvi plovila tako da mora srce izvajati manj sile pri črpanju. Poleg tega se poveča črpalna zmogljivost srca na minuto, kar pomeni, da srce hitreje bije. Vendar pa je zaradi širitve plovila, v periferne žile, na primer v ledvice, prispe premalo krvi. V ledvice plovila, specializirane celice registrirajo krvni tlak in če je krvni tlak prenizek, povzroči povečanje prek hormonskega krmilnega kroga, renin-angiotenzin-aldosteron sistem. Da bi to dosegli, več vode se izloči iz urina, tako da kri Obseg povečuje in s tem tlak v krvnih žilah. Za črpanje povečane krvi Obseg skozi telo mora zdaj poškodovano srce izvajati še večjo silo kot prej. The stanje srca poslabša in srčno popuščanje povečuje. Vendar pa so bolezni v telesu lahko tudi posledica motenj v negativnih povratnih zankah. V krmilnem vezju ščitnice motnje v povratni zanki vodi do katerega koli hipertiroidizem or hipotiroidizem. Pri avtonomiji ščitnice ščitnica deluje popolnoma neodvisno od krmilne zanke. Motnje v kontrolni zanki lahko sproži tudi avtoimunska bolezen. V Gravesova bolezenna primer, telo proizvaja tako imenovani TSH receptor avtoantibodije. Ti imajo enak učinek na ščitnico kot TSH hipofiza, tako da ti receptorji TSH avtoantibodije vodi do povečane proizvodnje ščitnični hormoni. Hipofiza nato nima več vpliva na delovanje ščitnice in celoten mehanizem negativnih povratnih informacij ostaja popolnoma neučinkovit. Rezultat je hipertiroidizem s simptomi, kot so izpadanje las, driska, nestrpnost do toplote, izguba teže in osteoporoza.