无论你是在休息还是在运动,你的生理功能必须保持在一个狭窄的范围内才能生存。负反馈回路的工作原理是将心率等生理参数保持在这个目标范围内,或者说是稳态设定值内。例如,根据美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的数据,平均静息心率应保持在每分钟60到100次之间。如果没有负反馈循环,关键的生理功能就不会有什么调节。
背景
负反馈回路通过调整输出(如心率)来响应输入(如血压)的变化。一个基本回路由一个受体、一个控制中心和一个效应器组成。如果你在休息时血压升高,颈动脉中的压力感受器会检测到输入的变化,并向大脑的髓质或控制中心发送神经脉冲。这向大脑发出信号,减少刺激心肌收缩的神经冲动。你的心脏收缩更慢,你的输出量或心率下降,导致你的血压下降到目标水平。
运动和心率
当你运动时,你的肌肉组织将葡萄糖等营养物质转化为化学能,这个过程被称为细胞有氧呼吸。有氧呼吸需要氧气,所以你的肌肉组织在运动时需要更多的氧气来保持更高的能量输出。氧气进入肺部,与血液中的血红蛋白结合,血红蛋白将氧气输送到肌肉组织。当运动时,你的身体会增加你的心率和血压,增加肌肉组织的血液流动,满足增加的氧气需求。
锻炼和负面反馈
运动时心率和血压的增加不是生理上的异常;你的身体增加血液流向肌肉组织以应对增加的氧气需求。心率和血压的稳态设定值因此被“重置”得更高。例如,根据克利夫兰诊所的数据,当你进行剧烈运动时,你的心率可能会上升到每分钟200次,这取决于你的年龄和健康水平。然后负反馈循环将维持心率和血压在这些新的更高的目标范围内。在你锻炼后,你的肌肉组织不再需要那么多的氧气,你的自我平衡设置点将被重置回原来的目标范围。
注意事项
在锻炼时,负反馈循环可以维持心率和血压以外的体内平衡。例如,你的血液pH值必须保持在7.35到7.45的狭窄范围内,才能发生重要的生理过程。当你运动时,你的肌肉组织消耗氧气并产生废物二氧化碳。二氧化碳是酸性的,当它在你体内积聚时,你的血液pH值就会降低。血管中的化学感受器会检测到pH值的变化,并向大脑发出信号,让它增加肺部的呼吸速率,这样你就能更快地呼出多余的二氧化碳,并将血液的pH值恢复到目标范围内。