正反馈和负反馈调节的比较

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正反馈和负反馈调节

体内的控制系统包括非自动控制系统、反馈控制系统和前馈控制系统,但大纲只要求掌握反馈控制系统。反馈控制系统分负反馈控制系统和正反馈控制系统。在正常人体内,大多数情况下为负反馈调节。 负反馈控制系统 比

大多数情况下的控制机制 例

定反馈信息与控制信息作用性质反馈信息与控制信息作用性质义 相反的反馈 作

起纠正、减弱控制信息的作用 起加强控制信息的作用 用

①减压反射

①排尿反射、排便反射

②肺牵张反射

②血液凝固过程

举③动脉压感受性反射

③神经纤维膜上达到阈电位时

例 ④代谢增强时O2及CO2浓度的

Na+通道开放④分娩过程

调节

⑤胰蛋白酶原激活的过程

⑤甲亢时TSH分泌减少

反馈控制系统

反馈控制系统(feedback control system)是一种“闭环”系统,即控制部分发出信号,指示受控部分活动,而受控部分的活动可被一

相同的反馈

少数情况下的控制机制 正反馈控制系统

定的感受装置感受,感受装置再将受控部分的活动情况作为反馈信号送回到控制部分,控制部分可以根据反馈信号来改变自己的活动,调整对受控部分的指令,因而能对受控部分的活动进行调节。可见,在这样的控制系统中,控制部分和受控部分之间形成一个闭环联系。在反馈控制系统中,反馈信号对控制部分的活动可发生不同的影响,从而实现对受控部分活动的调节。如果经过反馈调节,受控部分的活动向和它原先活动相反的方向发生改变,这种方式的调节称为负反馈(negative feedback)调节;相反,如果反馈调节使受控部分继续加强向原来方向的活动,则称为正反馈(positive feedback)调节。在正常人体内,绝大多数控制系统都是负反馈方式的调节,只有少数是正反馈调节。

(一)负反馈控制系统

当一个系统的活动处于某种平衡或稳定状态时,如果因某种外界因素使该系统的受控部分活动增强,则该系统原先的平衡或稳定状态遭受破坏。在存在负反馈控制机制的情况下,如果受控部分的活动增强,可通过相应的感受装置将这个信息反馈给控制部分;控制部分经分析后,发出指令使受控部分的活动减弱,向原先的平衡状态的方向转变,甚至完全恢复到原先的平衡状态。反之,如果受控部分的活动过低,则可以通过负反馈机制使其活动增强,结果也是向原先平衡状态的方向恢复。所以,负反馈控制系统的作用是使系统的活动保持稳定。机体的内环境和各种生理活动之所以能够维持稳态,就是因为体内许多负反馈控制系统的存在和发挥作用。举例来说,脑内的心血管

活动中枢通过交感神经和迷走神经控制心脏和血管的活动,使动脉血压维持在一定的水平。当由于某种原因使心脏活动增强、血管收缩而导致动脉血压高于正常时,动脉压力感受器就立即将这一信息通过传人神经反馈到心血管中枢,心血管中枢的活动就会发生相应的改变,使心脏活动减弱,血管舒张,于是动脉血压向正常水平恢复。在另一些情况下,例如当人体由卧位转变为立位时,体内有一部分血液滞留在下肢静脉内,使单位时间内流回心脏的血量减少,动脉血压降低;此时动脉压力感受器传人中枢的神经冲动立即减少,使心血管中枢活动发生改变,其结果是心脏活动加强,血管收缩,动脉血压回升至原先的水平。在后面的各章中,将会讲到许多负反馈调节的例子。许多内分泌细胞也受到各种负反馈机制的调控,使其活动能够维持在一定的水平(见第十一、十二章)。

体内许多负反馈调节机制中都设置了一个“调定点”(set point),负反馈机制对受控部分活动的调节就以这个调定点为参照水平,即规定受控部分的活动只能在靠近调定点的一个狭小范围内变动。在上述动脉血压的负反馈调节机制中,就有一个动脉血压的调定点(见第四章)。假如正常情况下动脉血压的调定点设置在100mmHg,则当各种原因使血压偏离这个水平时,上述的负反馈机制就会使血压重新回到接近100mmHg的水平。在不同的条件下,调定点是可以发生变动的。例如,在原发性高血压病人中,血压的调定点被设置在较高的水平,因此动脉血压就保 持在一个高于正常的水平。生理学中将调定点发生变动的过程称为重调定(resetting)。

《二)正反馈控制系统

在正反馈的情况下,受控部分的活动如果增强,通过感受装置将此信息反馈至控制部分,控

制部分再发出指令,使受控部分的活动更加加强,如此循环往复,使整个系统处于再生状态。可

见,正反馈控制的特性不是维持系统的稳态或平衡,而是破坏原先的平衡状态。前文已经提到,在正常生理情况下,体内的控制系统绝大多数都是负反馈控制系统,它们在维持内环境稳态中起 重要作用;而正反馈控制系统则仅有很少几个,例如,在血液章中将会讲到,血液凝固是正反馈控 制。当一处血管破裂时,各种凝血因子相继激活,最后形成血凝块,将血管破口封住(见第三章)。又如,在正常分娩过程中,子宫收缩导致胎儿头部下降并牵张子宫颈,子宫颈部受牵张时可进一步加强子宫收缩,再使胎儿头部进一步牵张子宫颈,子宫颈牵张再加强子宫收缩,如此反复,直至整个胎儿娩出。在第二章中将会讲到,神经细胞产生动作电位的过程中,细胞膜钠通道的开放和钠离子内流互相促进,也是正反馈控制。

在病理情况下,则会有许多正反馈的情况发生。例如,在大量失血时,心脏射出的血量减少,

血压明显降低,冠状动脉的血流鼻就减少,使心肌收缩力减弱,心脏射出的血量就更少,如此反

复,最后可导致死亡。在这个过程中,心脏活动减弱,经过反馈控制,使心脏活动更弱,所以是正

反馈。这类反馈控制过程常称为恶性循环(vicious circle)。

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