制御ループ

制御ループ 人体にはさまざまな生命力とプロセスが維持されています。制御ループの助けを借りて、pH値、血中ホルモンレベル、体温、または血液の酸素分圧を一定に保ちます。

制御ループとは何ですか？

制御ループは、生物のさまざまなプロセスと機能を制御できる制御システムです。ほとんどの関数には独自の制御ループがあります。

制御ループは、ターゲットの臓器自体で実行することも、上位の臓器で制御することもできます。そのような高レベルの臓器は、例えば中枢神経系（CNS）またはホルモン腺です。

制御ループの目的は、制御された変数を一定に保つこと、またはそれを望ましい目標値にすることです。この目標値は、さまざまな受容体によって測定され、現在の実際の値と比較されます。制御ループのアクチュエータは、目標値と一致するまで実際の値を修正します。人体の制御ループのほとんどは、負のフィードバックの原理で動作します。

機能とタスク

人体でよく知られている制御回路は甲状腺のホルモン活動を調節する甲状腺刺激性制御回路です。甲状腺（Glandula thyreoidea）は、トリヨードチロニン（T3）、チロキシン（T4）、カルシトニンのホルモンを産生します。 2つのヨウ素含有ホルモンT3およびT4は、甲状腺の濾胞上皮細胞で産生されます。それらはエネルギー代謝に重要な役割を果たし、生物の成長に影響を与えます。

甲状腺の機能は、視床下部と下垂体（下垂体）の甲状腺刺激性制御回路によって制御されています。下垂体は甲状腺刺激ホルモン（TSH）を分泌します。これは血流を介して甲状腺細胞に到達します。そこでTSHは、一方でT3とT4の生成を促進し、他方で甲状腺の成長を刺激します。 血中のT3およびT4の含有量が高いほど、TSHの放出が抑制されます。その結果、血中の甲状腺レベルは必要に応じて調整され、通常は比較的一定に保たれます。

甲状腺刺激性制御ループは、負のフィードバックの一例です。制御ループの設定値は下垂体ではなく、視床下部から与えられます。これにより、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン（TRH）が生成されます。

体の熱バランスも制御回路を介して調整されます。この制御ループの目的は、体内の温度を約37°Cで一定に保つことです。周囲温度は体温に影響します。たとえば、激しい身体活動も温度に影響を与えます。

体温計は全身にあります。ただし、熱センサーは特に脊髄、視床下部、皮膚に配置されています。視床下部は体温調節に重要な役割を果たしています。ボディからのすべての実際の値情報はここに収集されます。視床下部は、すべての身体的ニーズについても指示されます。これらのすべての入力から、視床下部のコントロールセンターが目的の目標値と、この目標値と実際の値との差を計算します。通常、設定値は36°C〜37°Cです。

体の設定値は、たとえば、発熱を伴う感染症の場合に変化します。女性の排卵中に体温も変化します。両方の値が一致する場合、規制は不要です。ただし、比較によって違いが示された場合、身体は反応を開始します。制御ループ内の個々のアクチュエータを変更します。温度を調整する上で考えられる制御要素の1つは、たとえば筋肉です。寒いときは筋肉が震えて熱を出します。

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病気と病気

制御ループの障害は、いつでも発生する可能性があります。例えば、標的器官、触覚器、またはアクチュエーターが損なわれる可能性があります。これらの変更は、制御ループ全体に影響します。

甲状腺制御ループの障害は、通常、甲状腺機能低下症（甲状腺機能低下症）または甲状腺機能亢進症（甲状腺機能亢進症）のいずれかにつながります。原発性甲状腺機能低下症の場合、原因は制御ループの標的器官、すなわち甲状腺自体にあります。甲状腺手術、放射性ヨウ素療法、抗甲状腺薬または極度のセレンまたはヨウ素欠乏症。

続発性甲状腺機能低下症では、下垂体に原因が見られます。そこではTSHが少なすぎます。したがって、甲状腺の前で制御ループが損なわれます。原発性および続発性甲状腺機能亢進症の結果は似ています。疲労、力の喪失、うつ病、脱毛、便秘、勃起不全、そして典型的な粘液水腫が起こります。

しかし、甲状腺調節システムの混乱は、甲状腺機能亢進症にもつながります。多くの場合、自律性または自己免疫プロセスが原因です。甲状腺機能亢進症につながる甲状腺刺激調節回路の障害の例は、グレーブス病です。グレーブス病は、起源が不明な自己免疫疾患です（発生）。体は甲状腺の受容体に対する抗体を形成します。

これらの受容体は、実際にはTSHを対象としています。ただし、抗体は受容体に結合し、TSHと同様の効果をもたらします。その結果、甲状腺はより多くの甲状腺ホルモンを産生します。ただし、これは実際の制御ループとは完全に無関係に行われます。グレーブス病では、常に血中の甲状腺ホルモンが多すぎるため、TSHレベルはほぼ0に低下します。甲状腺機能亢進症の典型的な症状は、体重減少、下痢、神経過敏、緊張、脱毛、熱不耐性です。

病理学的制御ループは、悪循環または悪循環とも呼ばれます。この場合、2つの障害のある身体機能が互いに影響を及ぼし、それによって既存の疾患を強化したり、疾患を維持したりします。病理学的制御ループは、心不全や真性糖尿病などの疾患に見られます。彼らは通常、肯定的なフィードバックに基づいています。