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體內平衡|第1章 人體概論 1.5《解剖學與生理學 2e》

本篇文章由夜黎最後一次更新於2022年07月22日

夜黎

本文章內容基於萊斯大學 OpenStax 的 Anatomy and Physiology 2e,由夜黎重新編輯。(根據本書前言中的創用 CC BY 4.0 聲明

原文傳送門:<1> An Introduction to the Human Body — 1.5 Homeostasis
索引傳送門:《解剖學和生理學2e》索引頁面

章節目標

學習本章後,你將能夠:

  • 討論體內平衡在健康功能中的作用
  • 對比負反饋和正反饋,給出每種機制一個生理例子
目錄

前言

維持體內平衡〔homeostasis〕需要身體持續監測其內部狀況。從體溫到血壓再到某些營養素的水平,每種生理狀況都有一個特定的設定點〔set point〕。設定點是圍繞正常範圍波動的生理值。正常範圍〔normal range〕是最健康和穩定的一組受限值。例如,正常人體溫度的設定點約為 37°C (98.6°F)。 生理參數(例如體溫和血壓)往往會在該點上下幾度的正常範圍內波動。大腦和身體其他部位的控制中心使用負反饋監測和應對體內平衡的偏差。

負反饋〔Negative feedback〕是一種機制,其反轉與設定點的偏差。因此,負反饋將身體參數維持在正常範圍內。通過負反饋維持體內平衡始終在整個身體中進行,因此對負反饋的理解是理解人類生理學的基礎。

負反饋〔Negative Feedback〕

負反饋系統具有三個基本組件(圖 1.10a)。

  • 感測器〔sensor〕,也稱為受體〔receptor〕,是反饋系統的一個組件,其監測生理值。 該值被報告給控制中心。
  • 控制中心〔control center〕是反饋系統的組件,其將值與正常範圍進行比較。 如果該值偏離設定點太多,則控制中心激活反應器。
  • 反應器〔effector〕是反饋系統中的組件,其引起改變以反轉情況,並且將值返回到正常範圍。

圖 1.10 負反饋系統 在負反饋系統中,刺激——與設定點的偏差——(通過使身體恢復到穩態的生理過程)被抵制。 (a) 負反饋系統有五個基本部分。 (b) 體溫由負反饋調節。

為了使系統運轉,刺激必須使生理參數超出其正常範圍(即超出體內平衡〔homeostasis〕)。 這種刺激被特定的感測器「聽到〔heard〕」。

例如,在控制血糖時,胰腺中的特定內分泌細胞會檢測到血流中過量的葡萄糖(刺激物〔the stimulus〕)。 這些胰島β細胞〔pancreatic beta cells〕通過將激素胰島素〔hormone insulin〕釋放到血液中,來應對血糖水平的升高。 胰島素向骨骼肌纖維、脂肪細胞〔fat cells〕(脂肪細胞〔adipocytes〕)和肝細胞發出信號,以彌補〔take up〕多餘的葡萄糖,將其從血液中清除。 隨著血液中葡萄糖濃度的下降,胰島α細胞〔pancreatic alpha cells〕檢測到濃度的降低——實際的負反饋——,胰島素釋放停止。 這可以防止血糖水平持續下降到低於正常範圍。


人類有一個類似的溫度調節反饋系統,其通過促進熱量損失熱量增加來工作(圖 1.10b)。 當大腦的溫度調節中心從感測器接收到表明身體溫度超過正常範圍的數據時,它會刺激一簇〔cluster〕被稱為「散熱中心〔heat-loss center〕」的腦細胞。這種刺激具有三個主要作用:

  • 皮膚中的血管開始擴張,允許更多的血液從身體核心流向皮膚表面,從而使熱量散發到環境中。
  • 隨著流向皮膚的血流量增加,汗腺被激活以增加其輸出。 當汗水從皮膚表面蒸發到周圍的空氣中時,它會帶走熱量。
  • 呼吸深度增加,一個人可能通過張開的嘴而不是通過鼻通道呼吸。 這進一步增加了來自肺部的熱量損失。

相比之下,通過暴露在寒冷中激活大腦的熱量獲取中心〔heat-gain center〕會減少流向皮膚的血液,並且從四肢返回的血液被轉移到深靜脈網絡中。 這種配置將熱量捕獲在更靠近身體核心的位置並且限制熱量損失。

如果熱量損失嚴重,大腦會觸發骨骼肌的隨機信號增加,導致它們收縮並產生顫抖。 顫抖的肌肉收縮在消耗腺苷三磷酸(ATP)的同時釋放熱量。 大腦會觸發內分泌系統中的甲狀腺〔thyroid gland〕,以釋放甲狀腺激素,從而增加全身細胞的代謝活動和熱量產生。 大腦還向腎上腺〔adrenal glands〕發出信號,以釋放腎上腺素〔epinephrine〕(腎上腺素〔adrenaline〕),這是一種激素,可導致糖原〔glycogen〕分解成葡萄糖〔glucose〕,葡萄糖可用作能量來源。 糖原分解成葡萄糖也導致增加的新陳代謝和熱量產生。

正反饋〔Positive Feedback〕

正反饋會加劇身體生理狀況的變化,而不是反轉它。 偏離正常範圍會導致更多變化,並且系統會遠離正常範圍。 只當有一個明確的終點時,體內的正反饋才是正常的。 分娩身體對失血的反應是正反饋迴路的兩個例子,它們是正常的,但僅在需要時才被激活。


足月分娩〔Childbirth at full term〕是一個例子,一種不希望維持現有身體狀態的情況。 一個人的身體需要發生巨大的變化,才能在懷孕結束時驅逐嬰兒。 分娩事件一旦開始,必須迅速發展到結束,否則生小孩的人和嬰兒的生命都處於危險之中。

分娩〔labor〕生產〔delivery〕的極端肌肉工作是正反饋系統的結果(圖 1.11)。

圖 1.11 正反饋迴路 正常分娩是由正反饋迴路驅動的。 正反饋迴路會導致身體狀態發生變化,而不是恢復到體內平衡。

分娩的第一次收縮(刺激)將嬰兒推向子宮頸〔cervix〕(子宮的最低部分)。 子宮頸含有可監測拉伸程度的拉伸敏感神經細胞〔stretch-sensitive nerve cells〕(感測器)。 這些神經細胞向大腦發送信息,進而導致大腦底部的腦下垂體〔pituitary gland〕將激素催產素〔oxytocin〕釋放到血液中。 催產素引起子宮平滑肌(反應器)更強的收縮,將嬰兒進一步推入產道〔birth canal〕。 這會導致更大的子宮頸拉伸。 只有當嬰兒出生時,拉伸的循環、催產素釋放和越來越強烈的收縮才會停止。 此時,子宮頸的拉伸停止〔halts〕,催產素的釋放停止。


正反饋的第二個例子,集中在扭轉對身體的極端傷害上。 在穿透性傷口〔penetrating wound〕之後,最直接的威脅是失血過多。 血液循環減少意味著血壓降低,以及大腦和其他重要器官的灌流{灌注}〔perfusion〕(血液滲透〔penetration of blood〕)減少。 如果灌流嚴重減少,重要器官將關閉並且人將死亡。

身體通過在受傷的血管壁中釋放物質(使凝血〔clotting〕過程開始),來應對這種潛在的災難。 隨著凝血的每一步發生,它會刺激更多凝血物質的釋放。 這加速了凝血和封閉受損區域的過程。 基於凝血蛋白的嚴格受控可用性,凝血被包含在局部區域。 這是一個自適應的、拯救生命的級聯〔cascade〕事件。


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2022/07/22 發佈本文

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本文作者

腰痛十餘年的普通人。
20歲走上自我療癒的道路。
分享自己的想法與收集的訊息。

致力於將潛意識行為(心理)、認知行為(社會)、人體力學(生理)等等關聯起來,找出導致疼痛的根本原因,並通過自我覺察進行身心療癒。

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