Regelmechanismen en het autonome zenuwstelsel
Homeostase, behoud intern milieu
Celmembraan scheidt o.a. ICV en ECV (= interstitiële vloeistof + bloedplasma)
Alle cellen die je hebt zijn belangrijk
om te overleven. Al deze cellen hebben
ook weer onderdelen nodig om zelf te
overleven. Hierbij kun je denken aan
O2, CO2, veel verschillende ionen en
brandstof (glucose).
Het interne milieu (interstitiële
vloeistof + bloedplasma) moet
gereguleerd worden. Deze moet in
balans blijven = homeostase
Alle cellen worden omringd door een interstitiële vloeistof, en je hebt het bloedplasma. De interstitiële
vloeistof en het bloedplasma samen vormen het interne milieu, ook wel extracellulaire vloeistof genoemd.
Het bloedplasma en de interstitiële vloeistof staan in contact met elkaar. In de bloedvaten zitten poriën.
Het bloed zal bepaalde bestanddelen aanvoeren en ook weer afvoeren aan de interstitiële vloeistof
In de tabel zie je belangrijke bestanddelen. We zien een normale
waarde en ook een normale range (range van de concentratie
waar dat bestanddeel in kan liggen).
Het doel van de regulaties is dat die concentraties binnen die
range blijven zitten. Als de concentraties buiten de range vallen
dan kan dat gevolgen hebben. Ze hoeven niet gelijk te zijn.
Gevolgen verlies homeostase:
- O2 concentratie wordt te laag → bewusteloos
- Concentratie glucose te laag → convulsies
- T of pH buiten range → denaturatie eiwitten = letaal
De concentraties van de verschillende vloeistoffen kunnen
verschillen. We zien wel dat de concentraties van de interstitiële
vloeistof en het bloedplasma vrijwel gelijk zijn, dat heeft te maken
met de poriën in de bloedvaten. De vloeistof in de cellen die wijkt
wel af. Het is namelijk heel belangrijk dat er bepaalde gradiënten zijn
(concentratie- en elektrische gradiënt). In de tabel zie je goed de
verschillen tussen Na+ en K+. In de cel zit namelijk weinig Na+ en Cl- en veel K+. De gradiënten zijn heel
belangrijk voor de actiepotentialen van neuronen, maar ook voor het opnemen van voeding en het
uitscheiden van stoffen. Gradiënten zijn dus essentieel voor fysiologische systemen.
Hoe wordt homeostase bereikt?
Onze orgaansystemen regelen het behoud van het interne milieu. Alle
orgaansystemen hebben hun eigen rol om ervoor te zorgen dat de bestanddelen
binnen de juiste waardes zijn. Elk orgaanstelsel speelt weer een rol bij andere
compartimenten. Alle orgaansystemen samen zorgen voor het behoud van
homeostase, dit zorgt ervoor dat alle cellen goed kunnen overleven.
, Hier zien we de verschillende
orgaansystemen. Je ziet dat ze een
mooie verbinding hebben met het
bloed en dat ze allemaal hun eigen
functies hebben.
Er zijn twee systemen die heel erg
belangrijk zijn voor het aansturen
van de orgaansystemen, namelijk
het endocriene systeem en het
zenuwstelsel.
Deze twee systemen kunnen
detecteren wanneer er iets niet
goed is, bijvoorbeeld als de
concentratie van een bestanddeel
buiten de range valt.
Hoe wordt homeostase van het intern milieu gereguleerd?
- Regelsystemen:
o Neuronaal: het autonome zenuwstelsel
o Hormonaal: endocriene regelingen.
Open regelsysteem
Er is een bepaald signaal, het ingangssignaal, daarmee wordt een bepaald proces
aangestuurd, en daar rolt een bepaalde uitgangsgrootheid uit.
- Uitgangsgrootheid beïnvloedt niet het ingangssignaal
Een voorbeeld uit het dagelijks leven: het intrappen van het gaspedaal is het
ingangssignaal voor het aansturen van de motor, en daardoor zal de auto sneller gaan
rijden. Er is geen terugkoppelingssignaal (geen teken van je rijdt te hard dus ga
langzamer), het is echter wel begrensd, want je hebt een maximale snelheid die je kan
bereiken.
- Er is dus een minimale en een maximale uitgangsgrootheid, maar er is dus geen feedback van de
uitgangsgrootheid op het proces.
-
Een voorbeeld in de fysiologie van een open systeem is het pupilreflex:
Er is een inval van licht, door veel licht zullen er spieren contraheren die ervoor
zorgen dat de pupil kleiner wordt. Bij weinig ligt zullen de lengtespieren
contraheren waardoor de pupil groter wordt.
Ook hier is er geen feedback. De hoeveelheid van het licht bepaald hoe groot of
klein de pupil is.
Verder is de pupilreflex wel begrensd, want op een gegeven moment kan de pupil
niet meer kleiner of groter worden.
,Gesloten regelsysteem
Hier zie je dat er ook een uitgangsgrootheid is, alleen hier detecteert die
uitgangsgrootheid hoe hoog of laag de uitgangsgrootheid is. Hij stuurt dan een
signaaltje naar een zo genoemde comparator. Deze comparator vergelijkt de
uitgangsgrootheid met een bepaalde streefwaarde (= de waarde die wij willen voor
homeostase behoud). Deze geeft dan een correctiesignaal aan het proces. Wat voor
type correctiesignaal het is (+ of -) hangt van meerdere dingen af. Enerzijds hangt
het af van of de uitgangsgrootheid groter of kleiner wordt, maar ook van wat voor
type feedback het is (positieve of negatieve feedback).
Bij een gesloten systeem beïnvloedt de uitgansgrootheid wel het ingangssignaal (=
feedback)
Positieve feedback:
Je ziet in de grafiek dat er een uitgangsgrootheid is, en in de loop van de tijd wordt
de uitgangsgrootheid hoger. De uitgangsgrootheid neemt dus toe. Dit zorgt er
vervolgens voor dat hij wordt gedetecteerd en dat dus het terugkoppel signaal
ervoor zorgt dat het proces nog harder gaat werken, en dat de uitgangsgrootheid
dus nog hoger wordt, waardoor die nog verder afwijkt van de streefwaarde,
waardoor die nog hoger wordt etc. Dit leidt dus altijd tot een destabilisatie. Dit
systeem zie je niet heel vaak binnen de fysiologie.
Een voorbeeld van positieve feedback is de geboorte:
Het hoofdje gaat drukken op de baarmoedermond (de cervix). Dit zorgt voor
rek van de baarmoedermond. Er komt dan een hormoon vrij, oxytocine.
Oxytocine zorgt er weer voor dat de baarmoeder gaat contraheren, hierdoor
gaat het hoofdje van de baby nog meer druk uitoefent op de
baarmoedermond, waardoor je nog meer oxytocine krijgt en nog meer druk
van de baarmoeder krijgt.
Het is wel wenselijk dat dit proces zich op een gegeven moment automatisch
stopt. Op het moment dat de baby geboren is, zal meteen al de druk op die
baarmoeder stoppen en daardoor neemt ook de feedback loop af.
Een ander voorbeeld van positieve feedback is die van actiepotentialen en dan
met name die van de Na-kanalen. Als je depolarisatie krijgt gaan de Na-kanalen
open. Na+ gaat naar binnen en dat zorgt voor nog meer depolarisatie. En door die depolarisatie gaan nog
meer kanalen open, en nog meer depolarisatie etc. dus nog meer destabilisatie escalatie. Dit proces zal
dan uiteindelijk stoppen doordat de Na-kanalen in de loop van de tijd weer dicht gaan en dat verdere
depolarisatie dus wordt gestopt.
Negatieve feedback:
Hier zien we dat de uitgangsgrootheid een oscillerend patroon heeft rondom de
streefwaarde. We zien dat als de grootheid hoger wordt t.o.v. de streefwaarde
dat hij weer afneemt, en als hij lager wordt dan neemt hij weer toe = oscillerend effect.
Een voorbeeld in het dagelijks leven is de thermostaat. Die zet je bijv. op 20 graden, dat is dus de
streefwaarde. Het ingangssignaal, de temperatuur, wordt gemeten door een sensor. Deze meet dan
bijvoorbeeld 22 graden. Het proces, de verwarming, wordt uitgeschakeld of lager gezet, waardoor de
temperatuur weer af zal namen tot de streefwaarde. Maar hij kan ook onder de streefwaarde uitkomen,
dat wordt dan weer gedetecteerd en het proces wordt weer aangezet om weer tot de streefwaarde te
komen.
, Twee factoren die effect hebben op de negatieve feedback
Dat is dat het regeleffect afhankelijk is van de looptijd en van versterking (gain). Dit zie je ook in het
plaatje, bij A wijkt de uitgangsgrootheid veel minder van de streefwaarde af dan bij B. Hoe sterker het
oscillerend effect, hoe groter de afwijking.
- De looptijd = de tijd die het duurt totdat het gedetecteerd wordt dat bijvoorbeeld de temperatuur
hoger is en dat die verwarming uitvalt om de temperatuur weer naar de streefwaarde te krijgen.
Als de looptijd langer is, dan zal het langer duren tot het proces wordt aangestuurd en zal je een
sterker oscillerend effect hebben.
Hoe langer de looptijd, hoe sterker het oscillerend effect.
- Versterking = hoe sterk is het proces en hoe snel kan het de uitgangsgrootheid weer herstellen. Bij
een hele grote ruimte met een klein kacheltje kan het heel lang duren totdat de temperatuur van
de ruimte weer op zijn streefwaarde zit.
Hoe sterker de versterking, hoe kleiner het oscillerend effect.
De temperatuur is ook heel belangrijk in de homeostase, dat heeft
er alles mee te maken dat als de temperatuur te veel gaat variëren
dat de enzymfuncties heel erg afnemen.
Hoe reguleert het lichaam de temperatuur?
Als de temperatuur te hoog wordt, wordt dat gedetecteerd door
bepaalde receptoren, dat wordt vergeleken met de streefwaarde.
Als dat hoger wordt dan 37 graden zullen bepaalde zweetklieren
worden geactiveerd, zodat je lichaam afkoelt.
Als de temperatuur lager is dan 37 graden dan zullen bepaalde
spieren gaan trillen. Door spieractiviteit neemt de temperatuur
weer toe.
Feedforward regelsysteem
Het feedforward regelsysteem is heel lastig te onderscheiden van
negatieve feedback systeem.
Ook hier heb je weer een grootheid die gedetecteerd wordt door een
sensor, dit wordt vergeleken door een comparator met een bepaalde
streefwaarde. Als de grootheid lager is dan de streefwaarde dan zal het
proces worden aangestuurd om weer terug te komen naar de
streefwaarde en andersom.
Wat is er bij feedforward anders dan bij negatieve feedback?
Er vindt een verstoring plaats, waardoor die grootheid (bijv. temperatuur)
gaat afnemen of toenemen. Maar al voordat die grootheid veranderd
wordt de mogelijke verstoring al gedetecteerd en die geeft al een signaal
aan het proces van ga maar alvast aanstaan, want waarschijnlijk gaat deze
verstoring ervoor zorgen dat de uitgangsgrootheid gaat veranderen.
Er wordt dus al voordat de uitgangsgrote veranderd is, al iets veranderd
aan het proces.
Ook hierbij kunnen we denken aan temperatuur in de woonkamer. Een verstoring zou bijvoorbeeld kunnen
zijn dat er een raam opengaat, of dat de voordeur opengaat. Bij feedforward systeem wordt dus
gedetecteerd dat dat raam open staat, en geeft dus al een seintje aan de kachels van ga maar alvast
aanstaan, want waarschijnlijk wordt de temperatuur lager dan de streefwaarde.
Homeostase, behoud intern milieu
Celmembraan scheidt o.a. ICV en ECV (= interstitiële vloeistof + bloedplasma)
Alle cellen die je hebt zijn belangrijk
om te overleven. Al deze cellen hebben
ook weer onderdelen nodig om zelf te
overleven. Hierbij kun je denken aan
O2, CO2, veel verschillende ionen en
brandstof (glucose).
Het interne milieu (interstitiële
vloeistof + bloedplasma) moet
gereguleerd worden. Deze moet in
balans blijven = homeostase
Alle cellen worden omringd door een interstitiële vloeistof, en je hebt het bloedplasma. De interstitiële
vloeistof en het bloedplasma samen vormen het interne milieu, ook wel extracellulaire vloeistof genoemd.
Het bloedplasma en de interstitiële vloeistof staan in contact met elkaar. In de bloedvaten zitten poriën.
Het bloed zal bepaalde bestanddelen aanvoeren en ook weer afvoeren aan de interstitiële vloeistof
In de tabel zie je belangrijke bestanddelen. We zien een normale
waarde en ook een normale range (range van de concentratie
waar dat bestanddeel in kan liggen).
Het doel van de regulaties is dat die concentraties binnen die
range blijven zitten. Als de concentraties buiten de range vallen
dan kan dat gevolgen hebben. Ze hoeven niet gelijk te zijn.
Gevolgen verlies homeostase:
- O2 concentratie wordt te laag → bewusteloos
- Concentratie glucose te laag → convulsies
- T of pH buiten range → denaturatie eiwitten = letaal
De concentraties van de verschillende vloeistoffen kunnen
verschillen. We zien wel dat de concentraties van de interstitiële
vloeistof en het bloedplasma vrijwel gelijk zijn, dat heeft te maken
met de poriën in de bloedvaten. De vloeistof in de cellen die wijkt
wel af. Het is namelijk heel belangrijk dat er bepaalde gradiënten zijn
(concentratie- en elektrische gradiënt). In de tabel zie je goed de
verschillen tussen Na+ en K+. In de cel zit namelijk weinig Na+ en Cl- en veel K+. De gradiënten zijn heel
belangrijk voor de actiepotentialen van neuronen, maar ook voor het opnemen van voeding en het
uitscheiden van stoffen. Gradiënten zijn dus essentieel voor fysiologische systemen.
Hoe wordt homeostase bereikt?
Onze orgaansystemen regelen het behoud van het interne milieu. Alle
orgaansystemen hebben hun eigen rol om ervoor te zorgen dat de bestanddelen
binnen de juiste waardes zijn. Elk orgaanstelsel speelt weer een rol bij andere
compartimenten. Alle orgaansystemen samen zorgen voor het behoud van
homeostase, dit zorgt ervoor dat alle cellen goed kunnen overleven.
, Hier zien we de verschillende
orgaansystemen. Je ziet dat ze een
mooie verbinding hebben met het
bloed en dat ze allemaal hun eigen
functies hebben.
Er zijn twee systemen die heel erg
belangrijk zijn voor het aansturen
van de orgaansystemen, namelijk
het endocriene systeem en het
zenuwstelsel.
Deze twee systemen kunnen
detecteren wanneer er iets niet
goed is, bijvoorbeeld als de
concentratie van een bestanddeel
buiten de range valt.
Hoe wordt homeostase van het intern milieu gereguleerd?
- Regelsystemen:
o Neuronaal: het autonome zenuwstelsel
o Hormonaal: endocriene regelingen.
Open regelsysteem
Er is een bepaald signaal, het ingangssignaal, daarmee wordt een bepaald proces
aangestuurd, en daar rolt een bepaalde uitgangsgrootheid uit.
- Uitgangsgrootheid beïnvloedt niet het ingangssignaal
Een voorbeeld uit het dagelijks leven: het intrappen van het gaspedaal is het
ingangssignaal voor het aansturen van de motor, en daardoor zal de auto sneller gaan
rijden. Er is geen terugkoppelingssignaal (geen teken van je rijdt te hard dus ga
langzamer), het is echter wel begrensd, want je hebt een maximale snelheid die je kan
bereiken.
- Er is dus een minimale en een maximale uitgangsgrootheid, maar er is dus geen feedback van de
uitgangsgrootheid op het proces.
-
Een voorbeeld in de fysiologie van een open systeem is het pupilreflex:
Er is een inval van licht, door veel licht zullen er spieren contraheren die ervoor
zorgen dat de pupil kleiner wordt. Bij weinig ligt zullen de lengtespieren
contraheren waardoor de pupil groter wordt.
Ook hier is er geen feedback. De hoeveelheid van het licht bepaald hoe groot of
klein de pupil is.
Verder is de pupilreflex wel begrensd, want op een gegeven moment kan de pupil
niet meer kleiner of groter worden.
,Gesloten regelsysteem
Hier zie je dat er ook een uitgangsgrootheid is, alleen hier detecteert die
uitgangsgrootheid hoe hoog of laag de uitgangsgrootheid is. Hij stuurt dan een
signaaltje naar een zo genoemde comparator. Deze comparator vergelijkt de
uitgangsgrootheid met een bepaalde streefwaarde (= de waarde die wij willen voor
homeostase behoud). Deze geeft dan een correctiesignaal aan het proces. Wat voor
type correctiesignaal het is (+ of -) hangt van meerdere dingen af. Enerzijds hangt
het af van of de uitgangsgrootheid groter of kleiner wordt, maar ook van wat voor
type feedback het is (positieve of negatieve feedback).
Bij een gesloten systeem beïnvloedt de uitgansgrootheid wel het ingangssignaal (=
feedback)
Positieve feedback:
Je ziet in de grafiek dat er een uitgangsgrootheid is, en in de loop van de tijd wordt
de uitgangsgrootheid hoger. De uitgangsgrootheid neemt dus toe. Dit zorgt er
vervolgens voor dat hij wordt gedetecteerd en dat dus het terugkoppel signaal
ervoor zorgt dat het proces nog harder gaat werken, en dat de uitgangsgrootheid
dus nog hoger wordt, waardoor die nog verder afwijkt van de streefwaarde,
waardoor die nog hoger wordt etc. Dit leidt dus altijd tot een destabilisatie. Dit
systeem zie je niet heel vaak binnen de fysiologie.
Een voorbeeld van positieve feedback is de geboorte:
Het hoofdje gaat drukken op de baarmoedermond (de cervix). Dit zorgt voor
rek van de baarmoedermond. Er komt dan een hormoon vrij, oxytocine.
Oxytocine zorgt er weer voor dat de baarmoeder gaat contraheren, hierdoor
gaat het hoofdje van de baby nog meer druk uitoefent op de
baarmoedermond, waardoor je nog meer oxytocine krijgt en nog meer druk
van de baarmoeder krijgt.
Het is wel wenselijk dat dit proces zich op een gegeven moment automatisch
stopt. Op het moment dat de baby geboren is, zal meteen al de druk op die
baarmoeder stoppen en daardoor neemt ook de feedback loop af.
Een ander voorbeeld van positieve feedback is die van actiepotentialen en dan
met name die van de Na-kanalen. Als je depolarisatie krijgt gaan de Na-kanalen
open. Na+ gaat naar binnen en dat zorgt voor nog meer depolarisatie. En door die depolarisatie gaan nog
meer kanalen open, en nog meer depolarisatie etc. dus nog meer destabilisatie escalatie. Dit proces zal
dan uiteindelijk stoppen doordat de Na-kanalen in de loop van de tijd weer dicht gaan en dat verdere
depolarisatie dus wordt gestopt.
Negatieve feedback:
Hier zien we dat de uitgangsgrootheid een oscillerend patroon heeft rondom de
streefwaarde. We zien dat als de grootheid hoger wordt t.o.v. de streefwaarde
dat hij weer afneemt, en als hij lager wordt dan neemt hij weer toe = oscillerend effect.
Een voorbeeld in het dagelijks leven is de thermostaat. Die zet je bijv. op 20 graden, dat is dus de
streefwaarde. Het ingangssignaal, de temperatuur, wordt gemeten door een sensor. Deze meet dan
bijvoorbeeld 22 graden. Het proces, de verwarming, wordt uitgeschakeld of lager gezet, waardoor de
temperatuur weer af zal namen tot de streefwaarde. Maar hij kan ook onder de streefwaarde uitkomen,
dat wordt dan weer gedetecteerd en het proces wordt weer aangezet om weer tot de streefwaarde te
komen.
, Twee factoren die effect hebben op de negatieve feedback
Dat is dat het regeleffect afhankelijk is van de looptijd en van versterking (gain). Dit zie je ook in het
plaatje, bij A wijkt de uitgangsgrootheid veel minder van de streefwaarde af dan bij B. Hoe sterker het
oscillerend effect, hoe groter de afwijking.
- De looptijd = de tijd die het duurt totdat het gedetecteerd wordt dat bijvoorbeeld de temperatuur
hoger is en dat die verwarming uitvalt om de temperatuur weer naar de streefwaarde te krijgen.
Als de looptijd langer is, dan zal het langer duren tot het proces wordt aangestuurd en zal je een
sterker oscillerend effect hebben.
Hoe langer de looptijd, hoe sterker het oscillerend effect.
- Versterking = hoe sterk is het proces en hoe snel kan het de uitgangsgrootheid weer herstellen. Bij
een hele grote ruimte met een klein kacheltje kan het heel lang duren totdat de temperatuur van
de ruimte weer op zijn streefwaarde zit.
Hoe sterker de versterking, hoe kleiner het oscillerend effect.
De temperatuur is ook heel belangrijk in de homeostase, dat heeft
er alles mee te maken dat als de temperatuur te veel gaat variëren
dat de enzymfuncties heel erg afnemen.
Hoe reguleert het lichaam de temperatuur?
Als de temperatuur te hoog wordt, wordt dat gedetecteerd door
bepaalde receptoren, dat wordt vergeleken met de streefwaarde.
Als dat hoger wordt dan 37 graden zullen bepaalde zweetklieren
worden geactiveerd, zodat je lichaam afkoelt.
Als de temperatuur lager is dan 37 graden dan zullen bepaalde
spieren gaan trillen. Door spieractiviteit neemt de temperatuur
weer toe.
Feedforward regelsysteem
Het feedforward regelsysteem is heel lastig te onderscheiden van
negatieve feedback systeem.
Ook hier heb je weer een grootheid die gedetecteerd wordt door een
sensor, dit wordt vergeleken door een comparator met een bepaalde
streefwaarde. Als de grootheid lager is dan de streefwaarde dan zal het
proces worden aangestuurd om weer terug te komen naar de
streefwaarde en andersom.
Wat is er bij feedforward anders dan bij negatieve feedback?
Er vindt een verstoring plaats, waardoor die grootheid (bijv. temperatuur)
gaat afnemen of toenemen. Maar al voordat die grootheid veranderd
wordt de mogelijke verstoring al gedetecteerd en die geeft al een signaal
aan het proces van ga maar alvast aanstaan, want waarschijnlijk gaat deze
verstoring ervoor zorgen dat de uitgangsgrootheid gaat veranderen.
Er wordt dus al voordat de uitgangsgrote veranderd is, al iets veranderd
aan het proces.
Ook hierbij kunnen we denken aan temperatuur in de woonkamer. Een verstoring zou bijvoorbeeld kunnen
zijn dat er een raam opengaat, of dat de voordeur opengaat. Bij feedforward systeem wordt dus
gedetecteerd dat dat raam open staat, en geeft dus al een seintje aan de kachels van ga maar alvast
aanstaan, want waarschijnlijk wordt de temperatuur lager dan de streefwaarde.
