KursePhysiologieEinführungEinführung in den menschlichen KörperHomöostase und physiologische Regelkreise

Homöostase und physiologische Regelkreise

Lernziele

Nach dieser Lerneinheit:

Kannst du erklären, wie die unterschiedlichen Körperfunktionen durch die Homöostase aufrechterhalten werden.
Kennst du das Konzept physiologischer Regelkreise und kannst den Unterschied zwischen negativer und positiver Rückkopplung erläutern.
Bist du in der Lage, das Prinzip der Rückkopplung anhand von Beispielen zu erkennen und zu erklären.

Überblick

Die Homöostase sorgt dafür, dass das innere Milieu des Körpers auch bei Veränderungen der äußeren Umgebung in einem Gleichgewicht bleibt. Homöostatische Prozesse gewährleisten, dass wichtige Eigenschaften der extrazellulären Flüssigkeit wie Temperatur, Zusammensetzung, Volumen und Druck innerhalb der für die Zellfunktion und das Überleben benötigten idealen Bereichen bleiben. Eine Fehlfunktion der Homöostase führt somit häufig zu pathologischen Zuständen.

Der wichtigste physiologische Regelkreis, der zur Aufrechterhaltung der Homöostase nötig ist, ist die negative Rückkopplung. Negative Rückkopplungsschleifen bestehen aus drei Hauptkomponenten:

Fühler (Sensor): Erfasst den Istwert der Regelgröße
Regelzentrum (Regler): Vergleicht den Istwert der Regelgröße mit dem Sollwert bzw. Normalbereich und erzeugt ein Steuersignal
Stellglied (Effektor): Beeinflusst die Stellgröße und verändert dadurch den Wert der Regelgröße, sodass sie in den Normalbereich zurückgeführt wird

Variablen, die durch negative Rückkopplungsschleifen homöostatisch reguliert werden, werden als Regelgrößen bezeichnet. Der Bereich, in dem eine Regelgröße (Istwert) typischerweise gehalten wird, wird als Normalbereich oder Sollbereich bezeichnet. Überschreitet eine Regelgröße ihren Normalbereich durch den Einfluss einer Störgröße, führt die negative Rückkopplungsschleife Mechanismen in Gang, die sie wieder in einen optimalen Wertebereich zurückbringen. Hierbei kann die Regelgröße entweder direkt oder indirekt über die Veränderung einer Stellgröße (durch das Stellglied) reguliert werden. Beispiele für solche negativen Rückkopplungsschleifen sind die Regulation des Blutdrucks, der Natrium- bzw. Elektrolytkonzentration, des pH-Werts und des Blutvolumens.

Positive Rückkopplungsschleifen verstärken hingegen die Veränderung einer Variablen und lösen einen sich selbst verstärkenden Zyklus aus, der solange anhält, bis ein definierter Endpunkt erreicht wird. Sie ermöglichen bei Bedarf besonders schnelle Reaktionen und umfassen physiologische Prozesse wie die Austrittsperiode eines Kindes während der Geburt, die Blutgerinnung sowie die Weiterleitung von Aktionspotentialen in Neuronen.

Begriffe vertiefen

Homöostase

Die Homöostase trägt dazu bei, trotz Veränderungen in der äußeren Umgebung ein stabiles inneres Milieu aufrechtzuerhalten.

Negative Rückkopplung

Negative Rückkopplungsschleifen wirken Veränderungen einer Variablen entgegen und sorgen dafür, dass Regelgrößen innerhalb ihres normalen Bereichs bleiben.

Positive Rückkopplungsschleifen

Positive Rückkopplungsschleifen verstärken die Erhöhung des Istwerts einer Regelgröße und sorgen dafür, dass ein definierter Endpunkt schnell erreicht wird.

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Löse mit dem folgenden Quiz eine positive Rückkopplungsschleife beim Physiologie Lernen aus!

Zusammenfassung

Kurzfakten zur Homöostase und physiologischen Regelkreisen
Homöostase	Aufrechterhaltung eines stabilen inneren Milieus im Körper (der extrazellulären Flüssigkeit), auch wenn sich die äußeren Umgebungsbedingungen ändern
Physiologische Regelkreise: Arten	Negative Rückkopplungsschleifen: Änderungen einer Regelgröße verhindern, um sie innerhalb eines idealen Wertebereichs zu halten Positive Rückkopplungsschleifen: Veränderungen in einer Regelgröße verstärken, um eine Reaktionskette auszulösen und schnell einen Endpunkt zu erreichen
Physiologische Regelkreise: Beispiele	Negative Rückkopplungsschleifen: Regulieren Körpertemperatur, arteriellen Blutdruck, Elektrolytkonzentrationen, Blutvolumen Positive Rückkopplungsschleifen: Regulieren den fetalen Geburtsfortschritt während der Wehen, Blutgerinnung, Weiterleitung von Aktionspotentialen
Negative Rückkopplung: Definitionen	Regelgröße: Gemessene Variablen, die innerhalb des Normalbereichs gehalten werden Normalbereich: Idealer Wertebereich einer Regelgröße Störgröße: Faktor, der von außen auf die Regelgröße wirkt und zu einer Veränderung des Istwerts führt Stellgröße: Variablen, die durch eine negative Rückkopplungsschleife verändert, aber nicht direkt erfasst werden und zur Regulation der Regelgröße genutzt werden
Negative Rückkopplung: Komponenten	Fühler (Sensor): Erfasst den Istwert der Regelgröße und überträgt Informationen an das Regelzentrum Regelzentrum (Regler): Vergleicht den Istwert der Regelgröße mit dem Sollwert bzw. Normalbereich und sendet ein Steuersignal an das Stellglied, das proportional zum erkannten Fehler ist Stellglied (Effektor): Erhöht oder verringert den Wert der Regelgröße, entweder direkt oder indirekt über die Veränderung einer Stellgröße(z. B. Änderung der Herzfrequenz zur Regulation des Blutdrucks)

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