Negative Rückkopplung

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 28. Februar 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Unter der negativen Rückkopplung wird ein Regelkreis verstanden, in dem die Ausgangsgröße hemmend auf die Eingangsgröße wirkt. Im menschlichen Körper sind negative Rückkopplungen insbesondere für die Homöostase des Hormonhaushalts entscheidend. Beim hormonellen Funktionstest werden die Regelkreise auf Fehler untersucht.

Was ist die negative Rückkopplung?

Im menschlichen Körper sind negative Rückkopplungen insbesondere für die Homöostase des Hormonhaushalts entscheidend.

Die medizinische Rückkopplung wird auch Feedback genannt und entspricht einem biologischen Regelkreis. Die Ausgangsgröße wirkt in diesen Regelkreisen auf die Eingangsgröße zurück. Rückkopplungen sind in menschlichen Organismus vorwiegend negativ.

Negative Rückkopplungen werden auch Gegenkopplungen genannt. In diesen Regelkreisen wirkt sich die Ausgangsgröße hemmend auf die Eingangsgröße aus. Wegen diesem Zusammenhang wird die Ausgangsgröße negativer Rückkopplungskreise auch als Regler bezeichnet. Das Gegenteil der Gegenkopplung ist die positive Rückkopplung, bei der die Ausgangsgröße die Eingangsgröße verstärkt.

Die kybernetische Systemtheorie dient in der Medizin der mathematischen Analyse von Rückkopplungskreisen. Die Gegenkopplungen im menschlichen Organismus sind entweder subtraktive Hemmungen oder divisive Rückkoppelungen mit Quotientenhemmung. Beide Arten der negativen Rückkopplung übernehmen zusammen mit den positiven Rückkoppelsystemen regulierende Aufgaben im menschlichen Körper und steuern so zum Beispiel die Drüsensekretion oder den Hormonhaushalt.

Im Bereich der Technik wird negative Rückkopplung im Sinne eines Regelkreises zum Beispiel für die Temperaturregulation durch einen Thermostaten benutzt.

Funktion & Aufgabe

Negative Rückkopplungen stellen eine Homöostase her. Sie erhalten damit das Gleichgewicht in verschiedenen Systemen innerhalb der zulässigen Grenzen aufrecht. Der erste Schritt einer negativen Rückkopplung ist immer die Messung einer bestimmten Größe. Die Messresultate werden im zweiten Schritt je zur Absenkung der jeweiligen Größen benutzt. Negative Rückkopplungen sind damit Regler, wie sie zum Beispiel bei der Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur im Organismus von Warmblütlern eine Rolle spielen.

Negative Rückkopplungen sind aber auch für Prozesse der Genaktivität entscheidend. Genauso wichtig sind die negativ rückgekoppelten Regelkreise für den Hormonhaushalt, dessen Gleichgewicht für viele Körperfunktionen entscheidend ist. Um die Hormonsekretion aus den Drüsen im Gleichgewicht zu halten, hemmen einige Hormone nach der Ausschüttung zum Beispiel ihre eigene Synthese. Diese Hormone werden auch als autokrin bezeichnet. Die sekretierenden Zellen autokriner Hormone sind selbst mit Rezeptoren ausgestattet, an die sich das jeweilige Hormon binden und eine Signalkaskade im Inneren auslösen kann.

Die Gegenkopplung spielt vor allem für die Aktivität der glandotropen Zellen innerhalb der Adenohypophyse eine Rolle. Die Hormonsynthese wird auch hier von der aktuellen Konzentration der Hormone im Blut beeinflusst. Die Synthese der Bluthormone regt das Steuerhormon der Adenohypophyse an und drosselt so die weitere Hormonproduktion entweder direkt an der Hypophyse oder über den Hypothalamus.

Die Synthese der beiden Hormone CRH und ACTH erfährt zum Beispiel eine umso stärkere Hemmung, je höher die Konzentration der Glukokortikoide im Blut ist. Analog dazu werden die Hormone TRH und TSH umso weniger synthetisiert, je höher der Schilddrüsenhormonen-Spiegel im Blut ist.

Auch die Synthese von FSH, GnRH und LH ist negativ rückgekoppelt. Beim Mann hemmt ein hoher Blutspiegel von FSH, LH und GnRH die Synthese. Bei Frauen wirkt sich dagegen eine hohe Konzentration Estrogene, FSH und LH hemmend auf die Synthese dieser Hormone aus.

Als Feedback-Kontroll-System und damit oberste Stelle aller Rückkopplungen tritt das Zentralnervensystem in Aktion, wo die rückgekoppelten Systeme basisch verschalten sind. Speziell die hormonellen Regelkreise der Schilddrüse wirken direkt auf diese Schaltzentrale und hemmen im Hypothalamus die Ausschüttung von hormonstimulierenden Substanzen.

Krankheiten & Beschwerden

Verschiedene Ereignisse und Erkrankungen beschädigen die hormonellen Steuerkreise und damit viele negative Rückkopplungsmechanismen im menschlichen Körper. Der hormonelle Funktionstest prüft, ob die hormonellen Regelkreise intakt sind. Der Patient erhält bei diesen Hemm- und Stimulationstests Steuerhormone gespritzt. Wenn die Gabe von Steuerhormonen entsprechende Auswirkungen auf den Hormonhaushalt zeigt, dann sind die Steuerkreise und auch die negativen Rückkopplungen im Organismus vermutlich intakt.

Wenn hormonelle Rückkopplungskreise nicht intakt sind, liegt in einer Mehrzahl der Fälle ein Versagen der Hormondrüsen selbst vor. Andererseits kann auch die übergeordnete Steuerungszentrale von Funktionsverlusten betroffen sein und so zum Beispiel keine organspezifischen Steuerhormone mehr ausschütten.

Wenn negative Rückkopplungsmechanismen im Hormonsystem nicht mit Organerkrankungen assoziiert sind, sich die Hormonproduktion über die Regelkreise aber trotzdem nicht mehr regulieren lässt, so können unter Umständen entartete Hormonzellen die Ursache für die Regelungsprobleme sein. Die Entartung von Hormonzellen wie zum Beispiel denen in der Schilddrüse ist allerdings eher selten. Auch die Hormone selbst können unter Umständen entarten und so die negativ rückgekoppelten Regelkreise außer Kraft setzen. Diese Erscheinung ist jedoch ebenfalls sehr selten.

Für gestörte Regelkreise kommt theoretisch auch eine Mutation der Regelsubstanzen in negativen Rückkopplungssystemen in Frage. Im Hormonsystem wurde die Mutation von Leptin aktueller Weise zum Beispiel mit Adipositas bei Kleinkindern in Zusammenhang gebracht.

Da biologische Regelkreise eng vermaschte Netzwerke darstellen, kann ein Rückkopplungsfehler in nur einem der Systeme auch in den anderen Systemen Fehler hervorrufen. Daher sind die Symptome für Rückkopplungsfehler äußerst breit gefächert. Das gilt speziell für das Hormonsystem, da dessen Regelkreise in besonders enger Wechselwirkung stehen. Neben hormonellen Beschwerden können auch Probleme mit der körpereigenen Thermoregulierung auf Fehler in der negativen Rückkopplung zurückgehen.

Quellen

Arasteh, K., et. al.: Innere Medizin. Thieme, Stuttgart 2013
Bob, A., Bob, K.: Innere Medizin. Thieme, Stuttgart 2009
Hahn, J.-M.: Checkliste Innere Medizin. Thieme, Stuttgart 2013

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