Definição
Um mecanismo de feedback é um sistema regulador fisiológico que ou devolve o corpo a um estado interno normal (homeostase) ou, menos comumente, traz um sistema interno mais longe da homeostase. Existem dois mecanismos – o negativo e o positivo. Estes actuam através de vias nervosas ou químicos, tais como hormonas, para causar um efeito estimulante ou inibitório. Os mecanismos de feedback também são encontrados nos ecossistemas.
O que é o Mecanismo de Feedback?
Na biologia, um mecanismo de feedback é um laço fisiológico que leva o corpo para ou para longe do estado normal e estável. O mecanismo de feedback, também chamado de loop de feedback, amplifica uma determinada via biológica ou a inibe. Estas vias mais comumente devolvem o corpo à homeostase. Um estado homeostático refere-se ao estado estável do ambiente interno dos organismos.
Bambos os sistemas de retroalimentação positiva e negativa requerem três componentes para ajustar vias fisiológicas específicas:
- Receptor: (ou sensor) recebe informação e envia-a para o centro de controlo.
- Centro de controlo: (ou avaliador) processa a informação do receptor e estimula o effector.
- Effector: realiza um efeito estimulante ou inibitório de acordo com as instruções do centro de controle.
Os sinais podem ser enviados por vias nervosas (potenciais de ação e neurotransmissores) ou por sinais químicos (mais comumente, hormônios).
Quando falamos de fisiologia, geralmente estamos discutindo homeostasia dentro de diferentes sistemas. O corpo esforça-se para produzir um ambiente interno constante. Ele precisa desta estabilidade para funcionar em um nível ideal.
Se estamos assustados com algo, o ritmo cardíaco aumenta e o sangue corre para os órgãos vitais e músculos para nos preparar para a fuga. A um certo ponto, o corpo deve voltar à homeostase. Não é saudável permanecer neste estado excitável por longos períodos de tempo. A maioria dos mecanismos de feedback – negativos – trabalham para trazer o corpo de volta à homeostase.
A homeostase pode ser afetada por muitas coisas. Toxinas em nosso ambiente, o que comemos, nosso estado de espírito, quão saudáveis somos, a composição do nosso DNA e os efeitos da medicação e das drogas recreativas. Qualquer um destes pode nos afetar ao nível celular (receptor, centro de controle ou efetor) e causar anormalidades nos mecanismos de feedback.
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Alternativamente, também encontramos mecanismos de feedback em nosso ambiente. Um ecossistema que suporta uma população de coelhos pode, por exemplo, suportar os requisitos dietéticos de três aves de rapina. Se essa população de coelhos é reduzida significativamente através de doenças, ela não pode mais suportar tantos predadores. Uma ou duas aves de rapina devem seguir em frente para encontrar outras fontes de alimento ou morrer de fome. Uma vez que a população de coelhos volte ao normal, pode mais uma vez suportar várias aves de rapina. Se a população de coelhos continua a aumentar, outros predadores podem se mover para esse ecossistema. Neste caso, a razão predador/presa mais saudável é o equivalente da homeostase.
Mecanismos de retroalimentação de ciclo aberto e ciclo fechado
Num mecanismo de retroalimentação de ciclo aberto, os passos regulatórios são relativamente simples. A entrada dos receptores chega ao centro de controle e, após o processamento, esse centro de controle específico envia sinais para as células efetoras associadas.
Em um mecanismo de ciclo fechado, uma estrutura adicional está em funcionamento. Isto mede continuamente a saída do efetor e comunica esta informação diretamente para as unidades receptoras. A estrutura extra – o comparador – irá, portanto, afetar qual informação chega ao centro de controle.
Um bom exemplo de um mecanismo de feedback em ciclo fechado é a termorregulação de mamíferos. Na regulação da temperatura corporal, o comparador está localizado no hipotálamo. Como comparador, esta pequena área foi informada qual deve ser a temperatura corporal normal.
Termorreceptores em todo o corpo estão continuamente enviando informações via impulsos nervosos para outra área do hipotálamo. Esta área é o centro de controle termorregulatório. Receptores detectam mudanças nas variáveis de temperatura. Quando anormalidades são encontradas nestas variáveis, os receptores naquela parte do corpo enviam sinais de alerta para o hipotálamo. O centro de controle enviará sinais nervosos e/ou químicos para os efectores termorreguladores. Estes efectores são encontrados principalmente na tireóide, paredes dos vasos sanguíneos e músculos esqueléticos.
Quando estamos muito frios, ficamos pálidos e trememos. Nosso metabolismo acelera (estimulado pelo hormônio tireoidiano), pois taxas mais altas de metabolismo produzem calor extra. Os vasos sanguíneos próximos à pele estreitam para reduzir a perda de calor para o ambiente externo. Os pêlos dos nossos braços levantam-se e adicionam uma camada extra de isolamento. As contracções musculares geram calor adicional. Todos estes são os resultados de um mecanismo de feedback negativo; o corpo está tentando retornar a um valor-alvo de 37°C (98,6°F).
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Quando estamos muito quentes, ficamos corados e letárgicos, e suamos. Os vasos sanguíneos periféricos dilatam-se para aumentar sua superfície e assim permitir que o calor corporal seja perdido para o ambiente externo. São produzidos níveis mais baixos de hormônio tiroidiano que diminuem a taxa metabólica e reduzem a produção de calor no interior do corpo. O suor arrefece o corpo. Este também é um mecanismo de feedback negativo que tenta trazer a temperatura corporal de volta ao nível normal.
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Não queremos um sistema de feedback positivo para o controlo da temperatura. Intencionalmente trazer a temperatura corporal central para fora da faixa homeostática pode ser fatal. O único exemplo de um mecanismo de feedback positivo em termos de termorregulação ocorre durante febres extremamente altas ou quando estamos expostos por longos períodos a temperaturas exteriores de 109°F ou superiores. Tais temperaturas elevadas aumentam a taxa metabólica em vez de a diminuir; isto aumenta ainda mais a produção interna de calor. Neste ponto, o calor corporal continuará a aumentar até atingir uma temperatura fatal – cerca de 113°F.
Sem o comparador, o mecanismo termorregulador acima seria de ciclo aberto. Contudo, o comparador faz da termorregulação um sistema de ciclo fechado. Ao invés de confiar apenas nos termorreceptores, uma parte diferente do hipotálamo compara constantemente os dados do receptor e do efetor com seus valores programados de temperatura corporal normal. Isto significa que a temperatura corporal está sempre sendo monitorada – afinal, os sistemas mais críticos do corpo dependem dela.
Mecanismo de feedback positivo
Um loop de mecanismo de feedback positivo é um caminho que causa um efeito que excede muito além do estado de homeostase. Ele amplifica parte de um sistema fisiológico que já está fora do alcance da homeostase. Muito poucos loops positivos existem em comparação com os negativos.
Loops de feedback positivo, assim como as formas negativas, requerem a combinação de receptor, centro de controle e efetor. Eles tentam trazer o corpo mais longe do estado estável de homeostasia. Exemplos de mecanismo de feedback positivo podem ser encontrados mais tarde.
Mecanismo de feedback negativo
Um mecanismo de feedback negativo não pode ser visto como o oposto de um mecanismo positivo. Um mecanismo de feedback positivo leva o corpo mais longe fora do alcance da homeostase. Isto pode ser um efeito estimulante ou inibitório. O que importa aqui é que a direção do efeito se afasta da faixa homeostática.
O mecanismo de retroalimentação negativa, por outro lado, traz o corpo de volta à faixa homeostática. É, portanto, mais comum do que um laço de realimentação positiva. Mais uma vez, tanto os efeitos estimuladores como inibitórios podem ser implementados para trazer o corpo de volta a um estado normal. Por exemplo, quando estamos muito quentes, produz-se menos hormônio tireoidiano. A produção do hormônio tireoidiano é inibida para trazer a temperatura do corpo de volta ao normal como parte de um mecanismo de feedback negativo. Quando estamos com muito frio, a produção do hormônio tireoidiano é estimulada para aumentar a temperatura corporal – e isso também é um mecanismo de feedback negativo.
Exemplos de mecanismo de feedback
Exemplos de mecanismo de feedback para escolher no mundo da biologia. Já analisamos a termorregulação e um ecossistema simples. A maioria são exemplos de mecanismo de feedback negativo, pois este é o tipo mais comum.
Pense em qualquer parte do corpo e você será capaz de encontrar um loop de feedback em jogo. A regulação da glicemia em um indivíduo saudável é controlada por dois hormônios:
- Insulina: diminui a concentração de glicose no sangue
- Glucagon: aumenta a concentração de glicose no sangue
Após comermos, níveis mais altos de glicose no sangue são detectados pelas células beta (receptores) no pâncreas. O pâncreas (centro de controle) produz insulina. Este mensageiro hormonal diz ao efetor (o fígado) para armazenar o excesso de glicose no sangue na forma de glicogênio – um exemplo de um laço de feedback negativo que devolve a glicemia elevada aos níveis normais.
Se não comemos há muito tempo, a glicose no sangue torna-se inferior aos valores da faixa normal. As células alfa (receptores) no pâncreas enviam sinais que são processados em outras áreas do pâncreas (centro de controle). É tomada a decisão de enviar um sinal químico sob a forma de glucagon para o fígado (efetor). O fígado responde quebrando seus estoques de glucagon e fabricando glicose. Isto faz com que a medição da glicose no sangue volte aos níveis normais. Outro ciclo de feedback negativo.
Os mecanismos de feedback positivo são muitas vezes prejudiciais, pois afastam intencionalmente o ambiente interno ainda mais da homeostase. As células cancerosas produzem proteínas que iniciam loops de retroalimentação positiva e contribuem para a formação de tumores. Elas fazem isto prolongando a vida das células muito para além da sua vida normal (homeostática).
Um bom exemplo de um mecanismo de retroalimentação positiva seria a tempestade de citocinas. A doença de Coronavirus é conhecida por produzir este efeito inflamatório excessivo em humanos. A produção excessiva de citocinas como uma resposta inflamatória ao vírus pode levar à falência de múltiplos órgãos e à morte. Um aumento progressivo dos efeitos inflamatórios que traz o corpo ainda mais para fora da norma homeostática faz disto um mecanismo de feedback positivo.
Um exemplo mais ‘positivo’ de mecanismo de feedback positivo encontrado no trabalho de parto e parto; particularmente a produção continuamente crescente de ocitocina à medida que o bebé empurra o colo do útero e viaja através do canal de parto. Os receptores neste caso são células sensoriais no útero e canal de parto; o centro de controle é a glândula pituitária. A hipófise libera oxitocina como um mensageiro químico (hormônio) que diz ao útero (efetor) para se contrair mais fortemente. Quando o corpo feminino está em homeostasia, o útero não se contrai. Este é, portanto, um bom exemplo de loop de feedback positivo.
