Основные компоненты системы управления гомеостазом.
Живые организмы – это открытые системы, поскольку они нуждаются в постоянном обмене веществами, энергией и информацией с окружающей средой. Гомеостатические показатели системы могут колебаться в определенных пределах, но обязательно возвращаются к оптимальной величине. Гомеостатические механизмы регуляции основаны на принципе отрицательной обратной связи, когда отклонения от исходного уровня гомеостаза включают регуляторные реакции, в результате чего система вновь возвращается к норме.
Система отрицательной обратной связи предусматривает наличие:
детектора, фиксирующего изменения в стабильности системы;
анализирующего центра, воспринимающего сигналы от детектора и регулирующего активность эффектора;
эффектора – органа непосредственно участвующего в восстановлении гомеостаза системы.
Отрицательная обратная связь существенно повышает стабильность системы. Существуют гак же дублирующие детекторы (температура внутри и снаружи) и дублирующие эффекторы (давление может регулироваться на уровне сердца, сосудов, почек).
Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, или фидбека, на которые реагирует система:
Отрицательная обратная связь, выражающаяся в реакции, при которой система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.
Например, когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.
Терморегуляция – другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ – понижение температуры.
Положительная обратная связь, которая выражается в усилении изменения переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.
Например, в нервах пороговый электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртывание крови и события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной обратной связи.
Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная обратная связь позволяет вернуться к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, – такая ситуация называется «метастабильность». Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокой эвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.