Wie negative Rückkopplungsschleifen im Körper funktionieren

Negative Rückkopplungsschleifen spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Gesundheit im menschlichen Körper. Eine negative Rückkopplungsschleife, auch Hemmschleife genannt, ist eine Art selbstregulierendes System.

In einer negativen Rückkopplungsschleife hemmt eine erhöhte Leistung des Systems die zukünftige Produktion durch das System. Der Körper reduziert die Menge bestimmter Proteine ​​oder Hormone, die er produziert, wenn ihr Spiegel zu hoch wird.

Negative Rückkopplungssysteme arbeiten, um relativ konstante Ausgangspegel aufrechtzuerhalten. Der Körper hält beispielsweise seine Temperatur, seinen Kalorienverbrauch, seinen Blutdruck, seinen Puls und seine Atemfrequenz basierend auf negativen Rückkopplungsschleifen.

Negative Rückkopplungsschleifen steuern die Produktion

Stellen Sie sich vor, der Körper sei eine Fabrik, die Produkt X herstellt, und stellen Sie sich vor, dass es teuer, verschwenderisch und schädlich ist, zu viel von Produkt X herzustellen. Dies bedeutet, dass der Körper eine Möglichkeit braucht, die Fabrik zu verlangsamen, wenn genügend Produkt X hergestellt wurde. Dies geschieht durch eine negative Rückkopplungsschleife. Das bedeutet, dass die Produktionsgeschwindigkeit von der Menge an Produkt X abhängt. Wenn es beginnt, sich aufzubauen, verlangsamt sich die Produktion.

Es könnte hilfreich sein, sich die Fabrik als ein großes, großes Fließband vorzustellen, das am Ende Regale auffüllt. Wenn die Regale voll werden, muss das Fließband langsamer werden, da das Produkt nirgendwo hingestellt werden kann. Zu viel Produktablagerungen können Schäden verursachen.

Wenn die Regale jedoch leer sind, gibt es viel Platz, um das Produkt zu lagern. Die Montagelinie kann beschleunigen, bis die Regale wieder voll sind, mit dem Ziel, dass die Regale immer auf dem richtigen Niveau gefüllt sind.

Das Gegenteil davon wäre eine positive Rückkopplungsschleife. In diesem Fall wird die Anlage umso schneller, je mehr Produkt X vorhanden ist.

Beispiele

Mehrere gut verstandene negative Rückkopplungsschleifen steuern eine Vielzahl verschiedener Funktionen im Körper.

Der weibliche Menstruationszyklus funktioniert durch eine negative Rückkopplungsschleife, die Strukturen im Gehirn sowie Fortpflanzungsorgane wie folgt einbezieht.

• Der Hypothalamus ist eine Drüse im Gehirn, die das Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) produziert.
• Das GnRH signalisiert der Hypophyse im Gehirn, das follikelstimulierende Hormon (FSH) zu produzieren.
• FSH regt die Eierstöcke an, Östrogen zu produzieren.
• Hohe Östrogenspiegel (sowie Progesteron und Testosteron, die durch ähnliche Schleifen reguliert werden) hemmen die Produktion von GnRH. Dies führt dazu, dass die Hypophyse weniger FSH produziert, was dazu führt, dass die Eierstöcke weniger Östrogen produzieren.

Die männliche Reproduktionsachse ist ähnlich wie die weibliche Achse aufgebaut, wobei das luteinisierende Hormon (LH), FSH und Testosteron in einer negativen Rückkopplungsschleife mit der Fruchtbarkeit verbunden sind.

Eine weitere negative Rückkopplungsschleife reguliert den Säuregehalt der Vagina. Der pH-Wert der Vagina variiert in Abhängigkeit von den spezifischen Bakterien, die vorhanden sind, wie zum Beispiel:

• Der normale vaginale pH-Wert beträgt ungefähr 4 – leicht sauer. Dies hilft, das Wachstum problematischer Bakterien zu verhindern, einschließlich solcher, die sexuell übertragbare Infektionen (STIs) verursachen.
• Die Milchsäure, die diesen pH-Wert aufrechterhält, wird von Laktobazillen hergestellt – einem Teil der normalen Vaginalflora. Diese Bakterien wachsen schneller und produzieren bei einem höheren pH-Wert mehr Säure.
• Eines der Kennzeichen der bakteriellen Vaginose ist ein pH-Wert von über 5 – was die normale Flora dazu anregt, Säure zu produzieren, die das Gedeihen der infektiösen Bakterien verhindert.
• Bei einem pH-Wert von 4 können die Laktobazillen die Milchsäureproduktion verlangsamen.

Suche nach Homöostase

Ein wichtiges Schlüsselwort zum Verständnis negativer Rückkopplungsschleifen ist „Homöostase“. Homöostase wird als die Tendenz eines Systems zur Stabilität definiert. Die Homöostase ist im menschlichen Körper sehr wichtig. Viele Systeme müssen sich selbst regulieren, damit der Körper im optimalen Bereich für die Gesundheit bleibt.

Bei Diabetes beispielsweise reagiert die Bauchspeicheldrüse nicht richtig auf hohen Blutzucker, indem sie mehr Insulin produziert. Beim Typ-1-Diabetes (insulinabhängiger Diabetes, bei dem die Bauchspeicheldrüse kein oder nur wenig Insulin produziert) liegt dies daran, dass weniger Zellen für die Insulinproduktion zur Verfügung stehen. Das Immunsystem einer Person hat die insulinproduzierenden Zellen geschädigt.

In ähnlicher Weise reguliert die Atmung den Sauerstoff- und Kohlendioxidspiegel des Körpers – die durch die Mechanismen im Gehirn, die die Atmung vermitteln, streng kontrolliert werden.