Pozitīvā atgriezeniskā saite un homeostāze
Īsā atbilde
Pozitīvā atgriezeniskā saite ir regulācijas veids, kurā notikuma rezultāts pastiprina pašu notikumu, tāpēc process nevis nomierinās, bet strauji uzņem apgriezienus. Organismā tā ir daudz retāka nekā negatīvā atgriezeniskā saite, kas uztur homeostāzi, un darbojas tikai tur, kur nepieciešams ātri un līdz galam pabeigt kādu darbību: dzemdībās, asins recēšanā, nerva impulsa rašanās brīdī un ovulācijas ierosināšanā. Tā nav homeostāzes pretstats, bet gan tās palīgrīks, kas ieslēdzas uz laiku un beidzas, kad uzdevums ir izpildīts.
Organisma regulācijas sistēmas var iedalīt pēc tā, ko tās dara ar novirzi no sākotnējā stāvokļa. Ja atbilde novirzi mazina, runā par negatīvu atgriezenisko saiti. Ja atbilde novirzi palielina, tā ir pozitīva atgriezeniskā saite. Abos gadījumos vārds atgriezeniska nozīmē, ka procesa iznākums tiek nolasīts un ietekmē pašu procesu.
Homeostāze balstās galvenokārt uz negatīvajām cilpām. Tieši tās notur ķermeņa temperatūru, asins skābumu, glikozes un nātrija līmeni šaurās robežās. Ja organismā darbotos tikai pozitīvas cilpas, jebkura sīka novirze pieaugtu līdz galējai vērtībai, un stabilitāte nebūtu iespējama.
Tomēr ir situācijas, kurās tieši noturība traucē. Reizēm ir jāpanāk, lai kaut kas notiktu ātri, pilnībā un bez vilcināšanās. Brūces aizkorķēšana, bērna piedzimšana vai nerva impulsa izplatīšanās nav darbības, kuras var veikt pa pusei. Tieši šeit organisms lieto pastiprinošo shēmu.
Būtiskākā atšķirība no bojājuma mehānismiem ir tā, ka fizioloģiskajai pozitīvajai cilpai vienmēr ir iebūvēts beigu punkts, kas atrodas ārpus pašas cilpas. Dzemdību cilpu pārtrauc bērna piedzimšana, recēšanas cilpu ierobežo pretrecēšanas sistēma, bet nerva darbības potenciālu apstādina nātrija kanālu pašinaktivācija. Ja beigu punkta nav, tā pati shēma kļūst par slimības gaitu.
Divu veidu atgriezeniskā saite blakus
Abus veidus visvieglāk atšķirt pēc jautājuma: vai atbilde novirzi mazina vai palielina. Tālāk seko visas pārējās atšķirības.
| Pazīme | Negatīvā saite | Pozitīvā saite |
|---|---|---|
| Ietekme uz novirzi | Mazina un atgriež pie vēlamās vērtības | Pastiprina un attālina no sākotnējās vērtības |
| Nozīme organismā | Uztur homeostāzi | Ātri pabeidz konkrētu uzdevumu |
| Ilgums | Darbojas nepārtraukti | Ieslēdzas uz laiku un beidzas |
| Piemēri | Temperatūra, glikoze, asinsspiediens | Dzemdības, asins recēšana, darbības potenciāls |
Dzemdības: klasiskākais piemērs
Dzemdību laikā bērna galva spiež uz dzemdes kakla (cervix uteri) audiem. Stiepuma receptori raida signālu uz hipotalāmu, un no hipofīzes aizmugurējās daļas (neurohypophysis) asinīs izdalās oksitocīns.
Oksitocīns pastiprina dzemdes muskuļa (myometrium) saraušanos. Spēcīgāka saraušanās vēl vairāk iespiež galvu dzemdes kaklā, stiepums palielinās, izdalās vēl vairāk oksitocīna, un kontrakcijas kļūst biežākas un spēcīgākas. Šo refleksu sauc par Fergusona refleksu.
Cilpa pati sevi nekad neapstādina. To pārtrauc bērna piedzimšana, jo līdz ar to pazūd stiepums, kas visu procesu uzturēja. Tieši tāpēc šis piemērs ir tik labs: tas parāda gan pastiprināšanu, gan obligāto ārējo beigu punktu.
Tā paša hormona otra pozitīvā cilpa darbojas zīdīšanas laikā. Zīšanas kairinājums izraisa oksitocīna izdali, tas saraujas piena dziedzera mioepitēlija šūnas un izspiež pienu, kas savukārt uztur zīšanu.
Asins recēšana un nerva impulss
Asins recēšanas kaskāde ir ķīmiska pastiprināšanas sistēma. Aktivēts trombīns ne tikai pārvērš fibrinogēnu fibrīnā, bet arī aktivē agrākos kaskādes faktorus un trombocītus, kuri izdala vielas, kas piesaista vēl vairāk trombocītu. No dažām aktivētām molekulām dažu sekunžu laikā rodas pietiekami liela recekļa masa.
Nerva un muskuļa šūnā pozitīvā saite darbojas elektriski. Kad membrānas potenciāls sasniedz sliekšņa vērtību, atveras sprieguma vadītie nātrija kanāli; ieplūstošais nātrijs membrānu depolarizē vēl vairāk, kas atver vēl vairāk kanālu. Tāpēc darbības potenciāls ir visu vai neko atbilde: reiz sācies, tas noris līdz galam.
Abos gadījumos ir spēcīgas bremzes. Recēšanu ierobežo antitrombīns, olbaltuma C sistēma un fibrīna šķelšana, bet nātrija kanāli pēc milisekundes daļām paši inaktivējas, un atveras kālija kanāli, kas šūnu atgriež miera stāvoklī.
Ovulācijas priekšvakarā estradiols, kas parasti nomāc luteinizējošā hormona izdali, sasniedzot augstu un noturīgu līmeni, sāk to pastiprināt. Rodas hormona uzliesmojums, kas izraisa folikula plīsumu. Tas ir rets piemērs, kurā viena un tā pati cilpa maina zīmi no negatīvas uz pozitīvu.
- Dzemdību oksitocīna cilpa: beidzas ar bērna piedzimšanu.
- Piena atdeves reflekss: beidzas, kad bērns pārstāj zīst.
- Recēšanas kaskāde: ierobežo pretrecēšanas olbaltumi un fibrinolīze.
- Darbības potenciāls: aptur nātrija kanālu inaktivācija.
- Luteinizējošā hormona uzliesmojums: beidzas ar ovulāciju.
Kad pastiprināšana kļūst par slimību
Tie paši principi darbojas arī tad, kad ārējā beigu punkta nav. Medicīnā šādas situācijas mēdz saukt par apburtajiem lokiem, un tās ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc smagi stāvokļi pasliktinās strauji, nevis pakāpeniski.
Smagā asins zudumā krītošs asinsspiediens samazina sirds muskuļa asinsapgādi, vājāka sirds izsviede vēl vairāk pazemina spiedienu, un audos uzkrājas skābi vielmaiņas produkti, kas vēl vairāk nomāc sirds darbu. No noteikta punkta process pats sevi uztur, un bez ārstēšanas tas neapstājas.
Hroniskā sirds mazspējā apburto loku rada tieši kompensācijas mehānismi: simpātiskā nervu sistēma un renīna un angiotenzīna sistēma palielina slodzi uz jau novājinātu sirdi. Tieši tāpēc mūsdienu ārstēšana šīs sistēmas apzināti nomāc.
Citi piemēri ir panikas lēkme, kurā trauksme pastiprina ķermeņa simptomus, bet simptomi pastiprina trauksmi, un krampju lēkme, kurā neironu sinhronizācija pati sevi uztur. Visos gadījumos ārstēšanas loģika ir vienāda: cilpa ir jāpārrauj kādā vietā no ārpuses.
Kā šīs cilpas novēro un izmeklē
Fizioloģisko pozitīvo cilpu darbību medicīnā vēro netieši. Dzemdību laikā ar kardiotokogrāfiju vienlaikus reģistrē dzemdes saraušanās un augļa sirdsdarbību, un līknē ir redzams, kā kontrakcijas kļūst biežākas un spēcīgākas.
Recēšanas sistēmu vērtē ar protrombīna laiku un starptautisko normalizēto attiecību, aktivēto daļējo tromboplastīna laiku, fibrinogēna un D dimēru līmeni. Intensīvajā terapijā izmanto arī viskoelastiskās metodes, kas parāda recekļa veidošanos un sabrukšanu laikā.
Elektriskās pastiprināšanas cilpas reģistrē ar elektrokardiogrammu, elektroencefalogrammu un elektromiogrāfiju, bet hormonālo uzliesmojumu pirms ovulācijas nosaka ar luteinizējošā hormona testu urīnā vai asins analīzi kopā ar folikula novērtējumu ultrasonogrāfijā.
Kā šīs cilpas mainās dzīves laikā
Pirmā spēcīgā pozitīvā cilpa cilvēka dzīvē nostrādā pirmajā elpas vilcienā. Ieelpa atplēš plaušu alveolas, izplešanās samazina pretestību plaušu asinsvados, lielāka asins plūsma uz plaušām uzlabo skābekļa uzņemšanu, un augošs skābekļa daudzums vēl vairāk paplašina plaušu asinsvadus. Dažu minūšu laikā augļa asinsrite pārslēdzas uz pieaugušā tipu.
Tā pati cilpa var pagriezties otrādi. Ja jaundzimušais atdziest vai netiek pie skābekļa, plaušu asinsvadi saraujas, skābekļa daudzums krīt vēl vairāk, un asinsrite atgriežas augļa tipa ceļos. Tieši tāpēc jaundzimušā sasildīšana un elpošanas atbalsts pirmajās minūtēs ir tik izšķiroši.
Pubertātes sākumā parādās luteinizējošā hormona uzliesmojuma spēja, un pirmajos ciklos pēc pirmajām mēnešreizēm tā bieži vēl nav pilnīga, tāpēc ovulācija notiek neregulāri. Menopauzes laikā šī cilpa pakāpeniski izzūd, jo olnīcas vairs neveido pietiekami augstu un noturīgu estradiola līmeni.
Vecumā mainās arī bremzes. Asinsvadu iekšējais apvalks kļūst mazāk spējīgs ierobežot recēšanu, un sirds un asinsvadu kompensācijas rezerve sarūk, tāpēc kaitīgie apburtie loki iedarbojas ātrāk un ir grūtāk pārraujami nekā jaunam cilvēkam.
Ārsti, kas ar to strādā ikdienā
Neviens ārsts neārstē pašu atgriezenisko saiti, bet katrā specialitātē ir situācijas, kurās šo shēmu ir jāatpazīst. Dzemdību speciālists vērtē, vai kontrakciju cilpa darbojas pietiekami, un, ja nē, to atbalsta ar oksitocīna infūziju, uzmanīgi sekojot, lai dzemdes darbība nekļūtu pārāk spēcīga.
Hematologs nodarbojas ar situācijām, kurās recēšanas pastiprināšana ir par vāju vai par spēcīgu, tostarp ar izkliedētu intravazālo koagulāciju, kur vienlaikus notiek gan pārmērīga recēšana, gan asiņošana.
Intensīvās terapijas ārsts un kardiologs pārrauj asinsrites apburtos lokus ar šķidruma terapiju, asinsspiedienu uzturošām zālēm un mehānisku atbalstu, bet neirologs ar pretkrampju līdzekļiem pārtrauc neironu pašuzturošo sinhronizāciju.
- Dzemdību speciālists un vecmāte: dzemdību darbības vadīšana un uzraudzība.
- Hematologs: recēšanas un asiņošanas traucējumi.
- Intensīvās terapijas ārsts: šoka un sepses apburto loku pārraušana.
- Neirologs: krampju lēkmes un to profilakse.
- Endokrinologs un ginekologs: ovulācijas un hormonu cikla traucējumi.
Ar ko to jauc
Pirmā un biežākā kļūda ir vārda pozitīvs saprašana kā labs. Fizioloģijā tas apzīmē tikai to, ka atbilde darbojas tajā pašā virzienā, kurā notikusi novirze. Šoka apburtais loks ir tikpat pozitīva atgriezeniskā saite kā dzemdību reflekss.
Otra kļūda ir pozitīvās atgriezeniskās saites jaukšana ar kaskādi. Kaskāde ir vienvirziena pastiprināšanas ķēde, kurā katrs solis aktivē nākamo, bet pozitīvā saite nozīmē, ka vēlāks solis atgriežas un pastiprina agrāku. Asins recēšanā ir gan viens, gan otrs.
Trešā kļūda ir domāt, ka pozitīvā saite ir homeostāzes pretinieks. Pareizāk to uzskatīt par apzinātu izņēmumu, ko homeostāzes sistēma pati ieslēdz un izslēdz. Pēc dzemdībām oksitocīna cilpa palīdz dzemdei saraukties un ierobežot asiņošanu, un pēc tam organisms atgriežas ierastajā negatīvo cilpu režīmā.
Bieži uzdotie jautājumi
Vai pozitīvā atgriezeniskā saite organismā ir bīstama?
Pati par sevi nē, ja tai ir skaidrs beigu punkts. Dzemdības, asins recēšana un nerva impulss bez šīs shēmas nemaz nevarētu norisināties. Bīstama tā kļūst tad, kad cilpa iedarbojas bez apturēšanas mehānisma, piemēram, smagā šokā vai sepsē.
Kāpēc organismā ir tik maz pozitīvo atgriezenisko saišu?
Tāpēc ka tās pēc savas būtības ir nestabilas. Sistēma, kas pastiprina jebkuru novirzi, nespēj noturēt pastāvīgu iekšējo vidi. Organismam stabilitāte ir svarīgāka nekā ātrums, tāpēc pastiprinošās cilpas ir atstātas tikai dažiem uzdevumiem, kur ātrums ir izšķirošs.
Vai drudzis ir pozitīva atgriezeniskā saite?
Pats drudzis nav. Tas ir negatīvas cilpas darbs ar pārbīdītu vēlamo temperatūras vērtību: organisms mērķtiecīgi uztur augstāku temperatūru. Pozitīva cilpa var rasties smagā karstuma dūrienā, kad pārkaršana pati bojā siltuma regulācijas centru un spēja atdzist zūd.
Kā asins recēšana apstājas, ja tā pati sevi pastiprina?
Recekļa veidošanos ierobežo vairākas bremzes. Trombīns pats aktivē olbaltumu C, kas bremzē kaskādi, antitrombīns neitralizē aktivētos faktorus, bet vesels asinsvada iekšējais apvalks izdala vielas, kas neļauj trombocītiem pielipt. Tāpēc receklis paliek brūces vietā un neizplešas pa visu asinsvadu.
Vai oksitocīna ievade dzemdībās ir droša?
To lieto plaši un pēc stingrām norādēm, taču tikai slimnīcas apstākļos ar nepārtrauktu dzemdes darbības un augļa sirdsdarbības uzraudzību. Iemesls ir tieši pastiprinošā cilpa: pārāk liela deva var radīt pārāk biežas kontrakcijas, kas pasliktina augļa skābekļa piegādi. Lēmumu par ievadi un devu pieņem dzemdību speciālists.
Kādas pazīmes liecina, ka organismā darbojas kaitīgs apburtais loks?
Trauksmes pazīmes ir strauji augošs elpošanas biežums, ātrs un vājš pulss, apjukums, auksta un mitra āda, kā arī stāvokļa pasliktināšanās stundu, nevis dienu laikā. Šādos gadījumos ir jāzvana neatliekamās medicīniskās palīdzības dienestam, jo šādus procesus organisms pats vairs neaptur.