Cân bằng nội môi và Điều hòa phản hồi

Ý tưởng tổ chức của sinh lý học: cách động vật duy trì các điều kiện của môi trường bên trong ổn định trước những xáo trộn liên tục, sử dụng các vòng phản hồi được xây dựng từ các cảm biến, bộ điều khiển và cơ quan đáp ứng.

Definition

Cân bằng nội môi là sự duy trì một môi trường bên trong tương đối ổn định bất chấp những xáo trộn bên ngoài và bên trong, đạt được nhờ các hệ thống kiểm soát — chủ yếu là các vòng phản hồi âm liên kết các cảm biến, trung tâm tích hợp và cơ quan đáp ứng — phát hiện các sai lệch của các biến được điều hòa so với các điểm đặt và hoạt động để chống lại chúng.

Scope

Chủ đề này bao gồm nguyên tắc cân bằng nội môi và các hệ thống kiểm soát đạt được nó: khái niệm về môi trường bên trong và sự điều hòa của nó, cấu trúc của các vòng phản hồi âm và dương, các điểm đặt và sự điều chỉnh của chúng, và sự tích hợp của các cơ quan đáp ứng thần kinh và nội tiết. Nó coi cân bằng nội môi là khuôn khổ thống nhất của sinh lý học và kiểm tra cách các biến được điều hòa như nhiệt độ, khí máu, ion và nhiên liệu được ổn định. Phạm vi bao phủ mang tính so sánh và khái niệm.

Core questions

• Duy trì một môi trường bên trong ổn định có nghĩa là gì?
• Một vòng phản hồi được cấu trúc như thế nào, và tại sao phản hồi âm lại phổ biến như vậy?
• Vai trò của các điểm đặt là gì, và chúng có thể thay đổi không?
• Khi nào phản hồi dương hữu ích mặc dù có xu hướng gây mất ổn định?

Key theories

Cân bằng nội môi và sự ổn định của môi trường bên trong

Động vật điều hòa thành phần dịch cơ thể và các điều kiện bên trong khác để giữ chúng gần như không đổi, một ý tưởng bắt nguồn từ môi trường bên trong của Bernard và được Cannon đặt tên là cân bằng nội môi, đóng vai trò là nguyên tắc tổ chức của sinh lý học.

Điều hòa phản hồi âm

Các biến được điều hòa được ổn định bởi các vòng phản hồi âm trong đó các cảm biến phát hiện sự sai lệch so với điểm đặt và các cơ quan đáp ứng hoạt động để đảo ngược nó, trong khi phản hồi dương thỉnh thoảng thúc đẩy các quá trình tự khuếch đại đến hoàn thành.

Mechanisms

Một hệ thống kiểm soát cân bằng nội môi bao gồm một cảm biến giám sát một biến được điều hòa, một trung tâm tích hợp so sánh nó với một điểm đặt và các cơ quan đáp ứng hoạt động để điều chỉnh các sai lệch. Trong phản hồi âm, chế độ chiếm ưu thế, bất kỳ thay đổi nào trong biến đều kích hoạt các phản ứng chống lại nó, đưa nó trở lại điểm đặt và giữ nó trong một phạm vi hẹp; các ví dụ bao gồm kiểm soát nhiệt độ cơ thể, khí máu, ion, đường huyết và cân bằng dịch, thường thông qua các cơ quan đáp ứng thần kinh và nội tiết kết hợp. Các điểm đặt không cố định: chúng có thể được đặt lại, như khi điểm đặt nhiệt độ tăng trong sốt hoặc thay đổi theo sự thích nghi. Phản hồi dương, trong đó phản ứng khuếch đại sự thay đổi ban đầu, được sử dụng một cách tiết kiệm để thúc đẩy các quá trình như xung thần kinh hoặc các sự kiện phải diễn ra nhanh chóng để hoàn thành. Sự dư thừa và tích hợp của nhiều vòng mang lại sự ổn định cho sự điều hòa sinh lý.

Clinical relevance

Khuôn khổ cân bằng nội môi và phản hồi là cơ sở để giải thích sự điều hòa sinh lý và cách sự thất bại của nó dẫn đến sự xáo trộn của môi trường bên trong. Mục này là tài liệu tham khảo giáo dục và không cung cấp hướng dẫn y tế.

History

Khái niệm về sự ổn định của môi trường bên trong của Claude Bernard vào thế kỷ XIX đã được Walter Cannon phát triển, người đã đặt ra thuật ngữ cân bằng nội môi vào năm 1932, và các ý tưởng lý thuyết điều khiển sau đó đã chính thức hóa sự điều hòa phản hồi, biến cân bằng nội môi thành nguyên tắc tổ chức trung tâm của sinh lý học hiện đại.

Key figures

• Claude Bernard
• Walter Cannon
• Knut Schmidt-Nielsen
• Arthur Guyton

Seminal works

• cannon1932
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Tại sao phản hồi âm lại quan trọng trong cơ thể?

Phản hồi âm tự động chống lại bất kỳ sai lệch nào của một biến được điều hòa so với điểm đặt của nó, giúp giữ các điều kiện như nhiệt độ, đường huyết và nồng độ ion ổn định mà không cần sự chỉ đạo bên ngoài liên tục.

Cơ thể có bao giờ sử dụng phản hồi dương không?

Có, nhưng một cách tiết kiệm. Phản hồi dương khuếch đại một sự thay đổi và được sử dụng để thúc đẩy các quá trình phải diễn ra nhanh chóng để hoàn thành, chẳng hạn như pha tăng của một xung thần kinh, hơn là để duy trì sự ổn định.