Rückkopplung

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 5. Februar 2017
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In Biologie und Medizin dienen Rückkopplungsmechanismen der Aufrechterhaltung verschiedener Gleichgewichtszustände innerhalb eines Systems. Man spricht hier auch von einer Homöostase. Solche Rückkopplungen sind im Körper zum Beispiel bei der Aufrechterhaltung der Körpertemperatur und im Hormonsystem zu finden. Rückkopplungen bezeichnet man auch als Feedback.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Rückkopplung?

Bei der Rückkopplung wird zwischen Gegen- und Mitkoppelungsprozessen unterschieden. Bei Gegenkoppelungen handelt es sich meist um negative Rückkopplungen. Hier wirkt die Ausgangsgröße im System hemmend auf die Eingangsgröße. Die positiven Rückkopplungen gehören hingegen zu den Mitkoppelungsprozessen.

Der Feedbackmechanismus ist genau konträr zum Mechanismus der negativen Rückkopplung. Die Ausgangsgröße verstärkt hier die Eingangsgröße. Ein Beispiel für eine positive Rückkopplung ist der sogenannte Circulus vitiosus.

Funktion & Aufgabe

Rückkopplungsmechanismen sind essenziell für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts innerhalb verschiedener Körpersysteme. Die Homöostase (Gleichgewicht) wiederum ist wichtig, damit alle Körperprozesse in einer physiologischen Weise ablaufen können. So haben beispielsweise selbst geringe Schwankungen im Blut-pH-Wert für den menschlichen Körper lebensbedrohliche Folgen.

Die negative Rückkopplung, eine Form der Gegenkopplung, ist ein wichtiges Element des homöostatischen Regelkreises. Ziel der negativen Rückkopplung ist die Stabilisierung einer bestimmten Größe innerhalb des Regelkreises. Eine negative Rückkopplung liegt immer dann vor, wenn das Endprodukt im Regelkreislauf inhibitorisch, also hemmend, auf das Produkt wirkt, welches am Anfang der Reaktionskette steht.

Es handelt sich also bei der negativen Rückkopplung um einen selbstmindernden Mechanismus. Dieser gehört zu den Basisreaktionen in der Stoffwechselregulation und ist somit Teil vieler Prozesse im Körper. Beispiel für einen negativen Rückkopplungsmechanismus ist der hormonelle Regelkreis der Schilddrüse, auch thyreotroper Regelkreis genannt. Die Schilddrüse produziert und speichert die Hormone Trijodthyronin (T3) und Tetrajodthyronin (T4). Wann und in welcher Konzentration die Hormone ins Blut gegeben werden, wird über den hormonellen Regelkreis bestimmt.

Ein Beispiel für eine positive Rückkopplung ist die Milchproduktion bei Wöchnerinnen. Das Saugen des Säuglings an der Brust der Mutter regt die Bildung des Hormons Oxytocin an.

Eine wichtige Rolle in diesem Regelkreis spielen der Hypothalamus und die Hypophyse. Die Hypophyse misst den Schilddrüsenhormonspiegel im Blut und gibt bei einem Mangel an T3 und T4 das Thyroid Stimulating Hormon (TSH) frei. TSH, auch als Thyreotropin bezeichnet, wirkt wachstumsstimulierend auf die Schilddrüse und regt zudem die Hormonbildung an. Umgekehrt hemmen zu viele Schilddrüsenhormone im Blut die Ausschüttung von TSH, sodass die Schilddrüse in der Folge ihre Produktion von Schilddrüsenhormonen vermindert.

Neben diesem Hauptregelkreis gibt es im Schilddrüsen Regelkreis noch weitere Rückkopplungsschleifen wie den Brokken-Wiersinga-Prummel-Regelkreis oder die Regulation durch Rückkopplungen mit dem Hypothalamus und mit dem dort produzierten Thyrotropin Releasing Hormon (TRH).

Eine positive Rückkopplung liegt immer dann vor, wenn die Ausgangsgröße in einem System verstärkend auf sich selbst wirkt. Sie ist Teil der Mitkopplung. Im Körper gibt es nur sehr wenige physiologische positive Rückkopplungsmechanismen. Ein Beispiel für eine positive Rückkopplung ist die Milchproduktion bei Wöchnerinnen. Das Saugen des Säuglings an der Brust der Mutter regt die Bildung des Hormons Oxytocin an. Dieses wiederum stimuliert die Milchbildung in der Brust. Dadurch trinkt das Kind vermehrt, es wird folglich mehr Oxytocin ausgeschüttet und die Milchbildung steigt erneut. Wird das Kind nicht mehr zum Trinken an die Brust gelegt, so sinkt der Oxytocinspiegel und die Milchproduktion nimmt ab.

Pathologische positive Rückkopplungsprozesse in Form eines Circulus vitiosus sind im Körper häufiger zu finden.

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Krankheiten & Beschwerden

Ein Beispiel für einen positiven Rückkopplungsmechanismus im Verlauf einer Erkrankung ist die Herzinsuffizienz. Von einer Herzinsuffizienz spricht man dann, wenn das Herz nicht mehr in der Lage ist, das vom Körper benötigte Blutvolumen zur Verfügung zu stellen. Infolge kommt es zu einer verminderten körperlichen Belastbarkeit. Häufige Ursachen für eine Herzinsuffizienz sind Herzinfarkt, Bluthochdruck oder Vorhofflimmern. Auch Herzklappenfehler können eine Herzinsuffizienz zur Folge haben.

Der Körper versucht nun diese Herzinsuffizienz zu kompensieren, indem er den Widerstand der Blutgefäße erniedrigt, sodass das Herz weniger Kraft beim Pumpen aufbringen muss. Zudem wird die Pumpleistung des Herzens pro Minute gesteigert, das bedeutet, dass das Herz schneller schlägt. Durch die Weitstellung der Gefäße kommt jedoch in den peripheren Blutgefäßen, zum Beispiel in der Niere, zu wenig Blut an. In den Nierengefäßen registrieren spezialisierte Zellen den Blutdruck und veranlassen bei einem zu geringen Blutdruck über einen hormonellen Regelkreis, das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, eine Steigerung des Blutdrucks. Dafür wird vermehrt Wasser aus dem Urin zurückgewonnen, sodass das Blutvolumen und damit auch der Druck innerhalb der Blutgefäße steigt. Um das erhöhte Blutvolumen durch den Körper zu pumpen, muss das geschädigte Herz nun noch mehr Kraft als vorher aufbringen. Der Zustand des Herzens verschlechtert sich und die Herzinsuffizienz nimmt zu.

Erkrankungen im Körper können allerdings auch durch Störungen in negativen Rückkopplungskreisen entstehen. Im Schilddrüsenregelkreis führen Störungen in der Rückkopplung entweder zu einer Schilddrüsenüber- oder zu einer Schilddrüsenunterfunktion. Bei der Schilddrüsenautonomie arbeitet die Schilddrüse komplett unabhängig vom Regelkreis.

Eine Störung im Regelkreis kann auch durch eine Autoimmunerkrankung ausgelöst werden. So produziert der Körper beim Morbus Basedow sogenannte TSH-Rezeptorautoantikörper. Diese haben an der Schilddrüse dieselbe Wirkung wie das TSH der Hypophyse, sodass es durch diese TSH-Rezeptorautoantikörper zu einer vermehrten Produktion von Schilddrüsenhormonen kommt. Die Hypophyse hat dann keinerlei Einfluss mehr auf die Aktivitäten der Schilddrüse, der gesamte negative Rückkopplungsmechanismus bleibt komplett wirkungslos. Die Folge ist eine Hyperthyreose mit Symptomen wie Haarausfall, Durchfall, Wärmeintoleranz, Gewichtsabnahme und Osteoporose.

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