Negativne povratne informacije: funkcija, naloge, vloga in bolezni

Negativne povratne informacije se nanašajo na krmilno zanko, v kateri ima izhodna spremenljivka zaviralni učinek na vhodno spremenljivko. V človeškem telesu so negativne povratne informacije še posebej ključne za hormonsko homeostazo. Pri testiranju hormonske funkcije se krmilne zanke pregledajo glede napak.

Kaj so negativne povratne informacije?

V človeškem telesu so negativne povratne informacije še posebej ključne za homeostazo hormonov. Medicinska povratna informacija se imenuje tudi povratna informacija in ustreza biološki kontrolni zanki. V teh krmilnih zankah izhodna spremenljivka deluje nazaj na vhodno spremenljivko. Povratne informacije so v človeških organizmih pretežno negativne. Negativne povratne informacije se imenujejo tudi negativne povratne informacije. V teh krmilnih zankah ima izhodna spremenljivka zaviralni učinek na vhodno spremenljivko. Zaradi tega se izhodna spremenljivka negativnih povratnih zank imenuje tudi regulator. Nasprotje negativne povratne informacije so pozitivne povratne informacije, kjer izhodna spremenljivka ojača vhodno spremenljivko. V medicini se za matematično analizo povratnih zank uporablja teorija kibernetskih sistemov. Negativne povratne informacije v človeškem organizmu so bodisi subtraktivna inhibicija bodisi ločljive povratne informacije s količnikom inhibicije. Obe vrsti negativnih povratnih informacij skupaj s sistemi pozitivnih povratnih informacij izvajata regulativne naloge v človeškem telesu in nadzorujeta na primer izločanje žlez in hormonov ravnovesje. Na področju tehnike se negativne povratne informacije uporabljajo v smislu krmilne zanke, na primer za regulacijo temperature s termostatom.

Funkcija in naloga

Negativne povratne informacije vzpostavljajo homeostazo. Tako ohranjajo ravnovesje v različnih sistemih v dovoljenih mejah. Prvi korak negativne povratne informacije je vedno merjenje določene količine. V drugem koraku se rezultati meritev uporabljajo za znižanje posameznih količin. Negativne povratne informacije so torej regulatorji, na primer tisti, ki igrajo vlogo pri vzdrževanju stalne telesne temperature v organizmu toplokrvnih živali. Vendar pa so negativne povratne informacije ključnega pomena tudi za procese gen dejavnosti. Enako pomembna so vezja za nadzor negativnih povratnih informacij za hormon ravnovesje, katerega ravnovesje je ključnega pomena za številne telesne funkcije. Na primer, da zadržijo izločanje hormonov iz žlez ravnovesjenekatere hormoni po sprostitvi zavirajo lastno sintezo. Te hormoni so znani tudi kot avtokrini. Izločevalne celice avtokrine hormoni so sami opremljeni z receptorji, na katere se lahko posamezni hormon veže in sproži signalno kaskado znotraj. Protipovezava ima vlogo predvsem pri delovanju glandotropnih celic v adenohipofizi. Tudi tu na sintezo hormona vpliva tok koncentracija hormonov v kri. Sinteza kri stimulira nadzorni hormon adenohipofize in tako omejuje nadaljnjo proizvodnjo hormona bodisi neposredno na hipofizi bodisi prek hipotalamus. Na primer sinteza obeh hormonov CRH in ACTH izkušnja močnejše zaviranje, višja kot je koncentracija of glukokortikoidi v kri. Podobno višja raven ščitnični hormoni v krvi, manj je hormonov TRH in TSH se sintetizirajo. Sinteza v, GnRH in LH je prav tako negativno urejen s povratnimi informacijami. Pri moških je visoka koncentracija v krvi v, LH in GnRH zavirajo sintezo. Pri ženskah pa povišana koncentracija of estrogeni, v in LH ima zaviralni učinek na sintezo teh hormonov. Kot sistem za nadzor povratnih informacij in s tem najvišja točka vseh povratnih informacij, osrednja živčni sistem začne delovati, kjer so povratni sistemi povezani na osnovni način. Natančneje, hormonska krmilna vezja Ščitnica delujejo neposredno na ta nadzorni center in zavirajo sproščanje hormonsko stimulirajočih snovi v hipotalamus.

Bolezni in motnje

Različni dogodki in bolezni poškodujejo hormonska krmilna vezja in s tem številne mehanizme negativnih povratnih informacij v človeškem telesu. Test hormonske funkcije preverja, ali so hormonski krmilni tokokrogi nedotaknjeni. Med temi testi zaviranja in stimulacije se pacientu injicirajo kontrolni hormoni. Če je uprava kontrolnih hormonov kaže ustrezne učinke na hormonsko ravnovesje, potem so krmilna vezja in tudi mehanizmi negativnih povratnih informacij v organizmu nedotaknjeni. Če hormonski povratni tokovi niso nedotaknjeni, v večini primerov pride do okvare samih endokrinih žlez . Po drugi strani pa lahko na nadzorni center na višji ravni vpliva tudi izguba funkcije in tako na primer ne izloča več organov specifičnih kontrolnih hormonov. Če mehanizmi negativnih povratnih informacij v hormonskem sistemu niso povezani z boleznimi organov, vendar proizvodnje hormonov kljub temu ni mogoče več uravnavati prek krmilnih vezij, so lahko degenerirane hormonske celice vzrok za regulativne težave. Vendar pa je degeneracija hormonskih celic, kot so tiste v Ščitnica, je precej redka. Sami hormoni se lahko v določenih okoliščinah tudi degenerirajo in tako onemogočijo vezja za nadzor negativnih povratnih informacij. Vendar je tudi ta pojav zelo redek. Teoretično je mutacija regulatornih snovi v sistemih z negativnimi povratnimi informacijami tudi možnost za motena regulacijska vezja. V endokrini sistem, mutacija leptin je bila nedavno povezana z debelost na primer pri majhnih otrocih. Ker so vezja biološkega krmiljenja tesno povezana omrežja, lahko napaka povratne informacije samo v enem od sistemov povzroči napake tudi v drugih sistemih. Zato so simptomi napak pri povratnih informacijah zelo široki. To še posebej velja za endokrini sistem, saj so njegovi regulativni tokokrogi v posebno tesni interakciji. Težave s termoregulacijo telesa so lahko poleg hormonskih pritožb tudi napake v negativnih povratnih informacijah.