همایستایی و کنترل بازخوردی
ایده سازماندهنده فیزیولوژی: چگونه حیوانات شرایط محیط داخلی خود را در برابر آشفتگیهای مداوم، با استفاده از حلقههای بازخوردی ساخته شده از حسگرها، کنترلکنندهها و عملکنندهها، ثابت نگه میدارند.
Definition
همایستایی عبارت است از حفظ یک محیط داخلی نسبتاً پایدار با وجود آشفتگیهای خارجی و داخلی، که توسط سیستمهای کنترلی — عمدتاً حلقههای بازخورد منفی که حسگرها، مراکز یکپارچهساز و عملکنندهها را به هم متصل میکنند — حاصل میشود که انحرافات متغیرهای تنظیمشده از نقاط تنظیم را تشخیص داده و برای مقابله با آنها عمل میکنند.
Scope
این مبحث اصل همایستایی و سیستمهای کنترلی که آن را محقق میسازند، پوشش میدهد: مفهوم محیط داخلی و تنظیم آن، ساختار حلقههای بازخورد منفی و مثبت، نقاط تنظیم و تنظیم آنها، و یکپارچگی عملکنندههای عصبی و غدد درونریز. این مبحث همایستایی را به عنوان چارچوب یکپارچه فیزیولوژی در نظر میگیرد و بررسی میکند که چگونه متغیرهای تنظیمشده مانند دما، گازهای خونی، یونها و سوختها تثبیت میشوند. پوشش این مبحث تطبیقی و مفهومی است.
Core questions
- حفظ یک محیط داخلی ثابت به چه معناست؟
- یک حلقه بازخورد چگونه ساختار یافته است و چرا بازخورد منفی اینقدر رایج است؟
- نقش نقاط تنظیم چیست و آیا میتوانند تغییر کنند؟
- بازخورد مثبت با وجود تمایل به بیثباتکنندگی، چه زمانی مفید است؟
Key theories
- همایستایی و ثبات محیط داخلی
- حیوانات ترکیب مایعات بدن و سایر شرایط داخلی خود را تنظیم میکنند تا آنها را تقریباً ثابت نگه دارند، ایدهای که ریشه در محیط داخلی برنارد دارد و توسط کانن همایستایی نامیده شد، و به عنوان اصل سازماندهنده فیزیولوژی عمل میکند.
- کنترل بازخورد منفی
- متغیرهای تنظیمشده توسط حلقههای بازخورد منفی تثبیت میشوند که در آنها حسگرها انحراف از یک نقطه تنظیم را تشخیص میدهند و عملکنندهها برای معکوس کردن آن عمل میکنند، در حالی که بازخورد مثبت گاه به گاه فرآیندهای خودتقویتکننده را به سمت تکمیل پیش میبرد.
Mechanisms
یک سیستم کنترل همایستایی شامل یک حسگر است که یک متغیر تنظیمشده را پایش میکند، یک مرکز یکپارچهساز که آن را با یک نقطه تنظیم مقایسه میکند، و عملکنندههایی که برای اصلاح انحرافات عمل میکنند. در بازخورد منفی، که حالت غالب است، هر تغییری در متغیر، پاسخهایی را تحریک میکند که با آن مقابله میکنند و آن را به سمت نقطه تنظیم بازمیگردانند و در یک محدوده باریک نگه میدارند؛ مثالها شامل کنترل دمای بدن، گازهای خونی، یونها، قند خون و تعادل مایعات است که اغلب از طریق عملکنندههای عصبی و غدد درونریز ترکیبی انجام میشود. نقاط تنظیم ثابت نیستند: آنها میتوانند بازنشانی شوند، مانند زمانی که نقطه تنظیم دما در تب افزایش مییابد یا با سازگاری تغییر میکند. بازخورد مثبت، که در آن پاسخ تغییر اولیه را تقویت میکند، به ندرت برای پیشبرد فرآیندهایی مانند تکانههای عصبی یا رویدادهایی که باید به سرعت به اتمام برسند، استفاده میشود. افزونگی و یکپارچگی حلقههای متعدد، پایداری تنظیم فیزیولوژیکی را فراهم میکند.
Clinical relevance
چارچوب همایستایی و بازخورد زیربنای تفسیر تنظیم فیزیولوژیکی و چگونگی منجر شدن شکست آن به اختلال در محیط داخلی است. این مدخل یک ماده مرجع آموزشی است و راهنمایی پزشکی ارائه نمیدهد.
History
مفهوم قرن نوزدهمی کلود برنارد در مورد ثبات محیط داخلی توسط والتر کانن توسعه یافت، که در سال ۱۹۳۲ اصطلاح همایستایی را ابداع کرد، و ایدههای نظریه کنترل بعدها تنظیم بازخوردی را رسمی کردند و همایستایی را به اصل سازماندهنده مرکزی فیزیولوژی مدرن تبدیل کردند.
Key figures
- Claude Bernard
- Walter Cannon
- Knut Schmidt-Nielsen
- Arthur Guyton
Related topics
Seminal works
- cannon1932
- hill2016
- randall2002
Frequently asked questions
- چرا بازخورد منفی در بدن اینقدر مهم است؟
- بازخورد منفی به طور خودکار با هر انحرافی از یک متغیر تنظیمشده از نقطه تنظیم آن مقابله میکند، که شرایطی مانند دما، قند خون و سطوح یونها را بدون نیاز به هدایت خارجی ثابت نگه میدارد.
- آیا بدن هرگز از بازخورد مثبت استفاده میکند؟
- بله، اما به ندرت. بازخورد مثبت یک تغییر را تقویت میکند و برای پیشبرد فرآیندهایی که باید به سرعت به اتمام برسند، مانند فاز صعودی یک تکانه عصبی، استفاده میشود، نه برای حفظ پایداری.