Biologiassa ja lääketieteessä palautemekanismeja käytetään ylläpitämään erilaisia tasapainotiloja järjestelmässä. Tätä kutsutaan myös homeostaasiksi. sellainen palaute voidaan löytää kehosta esimerkiksi ylläpitämällä kehon lämpötilaa ja endokriinisessä järjestelmässä. Palaute tunnetaan myös nimellä palaute.
Mikä on palaute?
Palautteen suhteen tehdään ero negatiivisen ja positiivisen palautteen välillä. Negatiivinen palaute on enimmäkseen negatiivista palautetta. Tässä järjestelmän lähtömuuttujalla on estävä vaikutus tulomuuttujaan. Positiivinen palaute puolestaan kuuluu positiivisen palautteen prosesseihin.
Palautemekanismi on täysin päinvastainen kuin negatiivinen palautemekanismi. Tässä lähtömuuttuja vahvistaa tulomuuttujaa. Esimerkki positiivisesta palautteesta on ns noidankehä.
Toiminto ja tehtävä
Palautemekanismit ovat välttämättömiä tasapainon ylläpitämiseksi eri vartalojärjestelmissä. Homeostaasi (tasapaino) on toisaalta tärkeä, jotta kaikki kehon prosessit voivat tapahtua fysiologisella tavalla. Esimerkiksi pienillä veren pH-arvon vaihteluilla voi olla hengenvaarallisia seurauksia ihmiskeholle.
Negatiivinen palaute, eräs negatiivisen palautteen muoto, on tärkeä osa homeostaattista kontrollisilmukkaa. Negatiivisen palautteen tavoitteena on vakauttaa tietty muuttuja ohjaussilmukassa. Negatiivinen palaute tapahtuu aina, kun kontrollisilmukan lopputuotteella on estävä, ts. Estävä vaikutus tuotteeseen, joka on reaktioketjun alussa.
Joten negatiivinen palaute on itse vähentyvä mekanismi. Tämä on yksi aineenvaihdunnan säätelyn perusreaktioista, ja siksi se on osa monia kehon prosesseja. Esimerkki negatiivisesta takaisinkytkentämekanismista on kilpirauhanen hormonaalinen ohjauspiiri, joka tunnetaan myös nimellä kilpirauhanen ohjauspiiri. Kilpirauhanen tuottaa ja tallentaa hormonit trijodityroniini (T3) ja tetrajodotyroniini (T4). Missä ja missä konsentraatiossa hormonit johdetaan vereen, määritetään hormonaalisen ohjauspiirin avulla.
Hypotalamuksella ja aivolisäkkeellä on tärkeä rooli tässä valvontajärjestelmässä. Aivolisäke mittaa kilpirauhashormonitasoa veressä ja vapauttaa kilpirauhasta stimuloivaa hormonia (TSH), kun T3 ja T4 puuttuvat. TSH: lla, joka tunnetaan myös nimellä tyyrotropiini, on kasvua stimuloiva vaikutus kilpirauhanen ja se myös stimuloi hormonien tuotantoa. Toisaalta liian monet veressä olevat kilpirauhashormonit estävät TSH: n vapautumista, joten kilpirauhanen vähentää myöhemmin kilpirauhashormonien tuotantoa.
Tämän pääkontrollisilmukan lisäksi kilpirauhanen ohjaussilmukassa on muita takaisinkytkentäsilmukoita, kuten Brokken-Wiersinga-Prummel-kontrollisilmukka tai säätely takaisinkytkennän kautta hypotalamuksen ja siellä tuotetun tirotropiinia vapauttavan hormonin (TRH) kanssa.
Aina positiivista palautetta saadaan, kun lähtömuuttujalla on vahvistava vaikutus itseensä järjestelmässä. Se on osa positiivista palautetta. Kehossa on hyvin vähän fysiologisen positiivisen palautteen mekanismeja. Esimerkki positiivisesta palautteesta on äskettäin synnyttäneiden naisten maidontuotanto. Vauvan imetys äidin rinnalla stimuloi oksitosiinihormonin tuotantoa. Tämä puolestaan stimuloi maidon tuotantoa rinnassa. Seurauksena on, että lapsi juo enemmän, seurauksena on, että oksitosiinia vapautuu enemmän ja maidontuotanto lisääntyy jälleen. Jos lasta ei enää aseteta rinnalle juomaan, oksitosiinitaso laskee ja maidontuotanto vähenee.
Patologiset positiiviset palauteprosessit noidankehän muodossa ovat yleisempiä kehossa.
Löydät lääkkeesi täältä
➔ Lääkkeet kylmille jaloille ja käsilleSairaudet ja vaivat
Esimerkki positiivisesta palautemekanismista sairauden aikana on sydämen vajaatoiminta. Sydämen vajaatoiminta on silloin, kun sydän ei enää pysty tarjoamaan kehon tarvitsemaa verimäärää. Seurauksena fyysinen joustavuus on vähentynyt. Sydämen vajaatoiminnan yleisiä syitä ovat sydänkohtaukset, korkea verenpaine tai eteisvärinä. Sydänventtiilin viat voivat myös johtaa sydämen vajaatoimintaan.
Keho yrittää kompensoida tätä sydämen vajaatoimintaa alentamalla verisuonten vastuskykyä siten, että sydämen on käytettävä vähemmän voimaa pumppaamisessa. Lisäksi sydämen pumppauskyky kasvaa minuutissa, mikä tarkoittaa, että sydän lyö nopeammin. Verisuonten laajentumisen vuoksi perifeerisiin verisuoniin, esimerkiksi munuaisiin, tulee kuitenkin liian vähän verta. Munuaissuonissa erikoistuneet solut rekisteröivät verenpaineen ja, jos verenpaine on liian alhainen, käytä verenpaineen nostamiseksi hormonaalista ohjauspiiriä, reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmää. Tätä varten virtsasta otetaan talteen enemmän vettä, jolloin veritilavuus ja siten paine verisuonissa kasvaa. Lisääntyneen veritilavuuden pumppaamiseksi kehon läpi vaurioituneen sydämen on nyt kohdistettava vielä enemmän voimaa kuin ennen. Sydämen tila huononee ja sydämen vajaatoiminta lisääntyy.
Kehon sairaudet voivat kuitenkin johtua myös negatiivisen palautteen piirien häiriöistä. Kilpirauhasen ohjaussilmukassa palautteen häiriöt johtavat joko kilpirauhanen yliaktiiviseen tai vajaatoimintaan. Kilpirauhasen autonomialla kilpirauhasen toiminta on täysin riippumatonta ohjauspiireistä.
Häiriöt ohjaussilmukassa voi myös laukaista autoimmuunisairauden kautta. Esimerkiksi Gravesin taudissa kehossa tuotetaan ns. TSH-reseptoriautovasta-aineita. Näillä on sama vaikutus kilpirauhanen kuin aivolisäkkeen TSH: lla, joten nämä TSH-reseptoriautovasta-aineet johtavat lisääntyneeseen kilpirauhashormonien tuotantoon. Aivolisäkkeellä ei sitten ole enää mitään vaikutusta kilpirauhanen toimintaan, koko negatiivinen palautemekanismi pysyy täysin tehottomana. Tuloksena on kilpirauhasen vajaatoiminta, jonka oireita ovat kuten hiustenlähtö, ripuli, lämpöherkkyys, painonpudotus ja osteoporoosi.
