Negative Rückkopplungsschleifen spielen eine wichtige Rolle dabei, wie viele der Systeme des menschlichen Körpers unter Kontrolle bleiben. Eine negative Rückkopplungsschleife, auch als Hemmschleife bekannt, ist eine Art selbstregulierendes System. In einer negativen Rückkopplungsschleife hemmt ein erhöhter Output des Systems die zukünftige Produktion des
Systems. Mit anderen Worten, das System kontrolliert, wie viel Produkt es herstellt, indem es die Produktion abschaltet, wenn der Ausstoß oder die Menge des angesammelten Produkts zu hoch wird.
Systeme mit negativer Rückkopplung sind für viele Arten der Hormonregulierung im menschlichen Körper verantwortlich. Sie sind gut in der Lage, relativ konstante Produktionsniveaus aufrechtzuerhalten.
Negative Rückkopplungsschleifen verwalten die Produktion
Stellen Sie sich vor, die Karosserie ist eine Fabrik, die Produkt X herstellt. Stellen Sie sich außerdem vor, dass die Herstellung von zu viel Produkt X teuer und verschwenderisch ist. Deshalb braucht die Karosserie eine Möglichkeit, die Fabrik stillzulegen, wenn genügend Produkt X hergestellt wurde. Er tut dies durch eine negative Rückkopplungsschleife. Das bedeutet, dass die Produktionsgeschwindigkeit von der Menge von Produkt X abhängt. Wenn sich die Produktion aufbaut, verlangsamt sie sich und stoppt dann.
Es könnte helfen, sich die Fabrik als ein großes Fließband vorzustellen, das am Ende die Regale beschickt. Wenn die Regale voll sind, muss das Fließband langsamer werden. Es gibt keinen Platz für das Produkt. Wenn die Regale jedoch leer sind, gibt es viel Platz. Das Fließband kann sich beschleunigen, bis die Regale wieder voll sind. Je reaktionsschneller das Fließband, desto mehr kann die Fabrik die Regale immer auf dem richtigen Niveau gefüllt halten.
Das Gegenteil davon wäre eine positive Feedback-Schleife. In diesem Fall würde das Werk umso schneller mehr produzieren, je mehr Produkt X vorhanden ist. Diese Art von System gerät leicht außer Kontrolle. Im Gegensatz dazu ist eine negative Rückkopplungsschleife selbstregulierend.
Beispiele
Eine sehr gut verstandene negative Rückkopplungsschleife ist der weibliche Menstruationszyklus. Der Hypothalamus produziert das Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH). Das GnRH signalisiert der Hypophyse, das follikelstimulierende Hormon (FSH) zu produzieren. FSH weist die Eierstöcke an, Östrogen zu produzieren. Hohe Östrogenspiegel (sowie Progesteron und Testosteron, die durch ähnliche Schleifen reguliert werden) hemmen dann die Produktion von GnRH. Dies führt dazu, dass die Hypophyse weniger FSH produziert, was wiederum dazu führt, dass die Eierstöcke weniger Östrogen produzieren.
Wie die Hormone Ihren Menstruationszyklus steuern
Eine weitere negative Rückkopplungsschleife reguliert den vaginalen Säuregrad. Der normale vaginale pH-Wert ist etwa 4-milchsauer. Dies hilft, das Wachstum von problematischen Bakterien und Geschlechtskrankheiten zu verhindern. Tatsächlich ist eines der Kennzeichen einer bakteriellen Vaginose ein pH-Wert von über 5. Die Milchsäure, die diesen pH-Wert aufrechterhält, wird von Laktobazillen – einem Teil der normalen Vaginalflora – gebildet. Diese Bakterien wachsen schneller und produzieren bei einem höheren pH-Wert mehr Säure. Dann, wenn der pH-Wert nahe bei 4 liegt, verlangsamen sie sich und hören auf. Auf diese Weise wird der pH-Wert in der Vagina reguliert. Dies erklärt auch einige der Unterschiede im vaginalen pH-Wert verschiedener Frauen. Der pH-Wert variiert je nach den spezifischen Bakterien, die in der Scheide vorhanden sind.
Auf der Suche nach Homöostase
Ein Schlüsselwort, das für das Verständnis negativer Rückkopplungsschleifen wichtig ist, ist Homöostase
. Homöostase wird definiert als die Tendenz eines Systems zur Stabilität. Die Homöostase ist im menschlichen Körper sehr wichtig. Viele Systeme müssen sich selbst regulieren, damit der Körper in optimalen Bereichen für die Gesundheit bleibt.
Bei Diabetes zum Beispiel reagiert die Bauchspeicheldrüse nicht richtig auf hohen Blutzucker, indem sie mehr Insulin produziert. Bei Typ-1-Diabetes ist dies darauf zurückzuführen, dass keine Zellen vorhanden sind, um Insulin zu produzieren. Das Immunsystem eines Menschen hat die „Fabrik“ beschädigt oder zerstört.
Bei Typ-2-Diabetes liegt dies daran, dass die Bauchspeicheldrüse nicht so empfindlich auf Blutzuckersignale aus dem Körper reagiert. Daher produziert sie als Reaktion auf Blutzuckeranstiege nicht genügend
Insulin. In beiden Fällen ist die Person nicht mehr in der Lage, die Homöostase in ihrem Blutzuckersystem ohne Hilfe medizinischer oder verhaltensmedizinischer Intervention aufrechtzuerhalten.
Artikel-Quellen (einige auf Englisch)
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Zusätzliche Lektüre
- Boskey ER, Cone RA, Whaley KJ, Moench TR. Ursprünge der vaginalen Azidität: Ein hohes D/L-Laktat-Verhältnis ist konsistent mit Bakterien als Hauptquelle. Hum Reprod. 2001 Sep;16(9):1809-13.
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