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激素为什么需要被控制:设定点与稳态

在讲反馈回路之前,先抓住核心思想:身体会捍卫一个目标值。认识设定点、稳态,以及为什么激素只有在水平既能调高又能调低时才有用。

身体捍卫一个数值

你的血糖、血钙、体温、血液中的水量——每一项都停在一个目标值附近,并被牢牢地固定在那里,紧密得令人惊讶。这个目标就是设定点,而把某个变量维持在它附近的过程就是稳态。把它想象成一个设到21°C的恒温器:它不管外面天气怎样,只会一直动作,直到房间重新读到21°C。

激素是身体进行这种调控的主要远距离手段。激素是一种倒入血液的化学信息;当某个被调节的变量偏离它的设定点时,相关的腺体就会改变释放量,把这个变量推回去。这套控制系统有三个你会反复遇到的组成部分:测量变量的感受器、知道设定点的比较器,以及针对差距采取行动的效应器。

为什么调控需要两个方向

一种只能朝一个方向用力的激素,是糟糕的调节者。要把一个数值稳住,你既要纠正超调,也要纠正不足。这就是为什么大多数被调节的变量都由一对相互对抗的激素守护,或者由一种单一激素守护——它的分泌既能远高于、也能远低于静息水平。

  1. 血糖由胰岛素(降低它)和胰高血糖素(升高它)守护——两种对抗激素把同一个数值往两个方向拉。
  2. 血钙由PTH(升高它)和作用较温和的降钙素(降低它)守护,维生素D则是较缓慢的伙伴。
  3. 体内水分主要由抗利尿激素(ADH/血管加压素)守护,它可以被强烈调高以保水,也可以几乎关闭以排水。
Variable drifts HIGH                 Variable drifts LOW
   |                                    |
   v                                    v
sensor detects rise                  sensor detects fall
   |                                    |
   v                                    v
gland that LOWERS it turns ON        gland that RAISES it turns ON
(e.g. insulin for glucose)          (e.g. glucagon for glucose)
   |                                    |
   v                                    v
variable falls back toward           variable rises back toward
SET POINT  <----------------------->  SET POINT
核心逻辑:任一方向的偏离都会触发与之相反的纠正,使变量回到设定点。