Steuerungs- und Regulationsmechanismen im Organismus

  NOCH IM ENTWURFSSTADIUM  

Steuern und Regeln
Steuern
Dreht man das Steuerrad nach rechts, fährt das Auto oder Schiff nach rechts. Etwas genauer: Je mehr man das Steuerrad nach rechts dreht, desto mehr fährt das Fahrzeug nach rechts. Erhöht der Staat die Tabaksteuer, so sinkt der Tabakkonsum. Etwas genauer: Je mehr die Tabaksteuer erhöht wird, desto weniger Tabak wird konsumiert.
Bei der Steuerung handelt es sich um eine Ursache-Wirkungs-Beziehung (Kausalbeziehung). Die Veränderung einer Größe A "Ursache" führt zu einer Veränderung der anderen Größe B "Wirkung".

Ist die Veränderung wie im ersten Beispiel
gleichsinnig "je mehr - desto mehr" oder
"je weniger - desto weniger", so stellt
man dies durch einen Pfeil mit einem "+" dar:

Ist die Veränderung wie im zweiten Beispiel
gegensinnig "je mehr - desto weniger" oder
"je weniger - desto mehr", so stellt
man dies durch einen Pfeil mit einem "-" dar:


Bei einer Steuerung ist die Beziehung immer einseitig, d.h. die gesteuerte Größe B ist von der steuernden Größe A abhängig.

Kausalkreise
Sobald die Größe B auch auf die Größe A zurückwirkt, entsteht ein Kausalkreis. Denkbar sind drei Fälle:

"gleichsinnig - gleichsinnig (+,+)" = Aufschaukelungskreis (auch Teufelskreis oder "circulus vitiosus")
Beispiel "akustische Rückkopplung": Mikrofon fängt leises Geräusch auf, dieses wird verstärkt über einen Lautsprecher ausgegeben, erneut vom Mikrofon aufgenommen usw. Im Endeffekt entsteht ein lautes schrilles Geräusch.

"gegensinnig - gegensinnig (-,-)" = Konkurrenzkreis
A und B müssen sich als Konkurrenten gegeeinander behaupten.

"gleichsinnig - gegensinnig (+,-)" = Regelkreis
- hier liegt eine "negative Rückkopplung" vor.
Die von A veränderte Größe B wirkt der Ursache
der Veränderung entgegen.


Regelkreis

Beim Regelkreis entsteht so ein stabiles Gleichgewicht, in dem die Größen konstant bleiben.
Dies ist in der Technik und in Organismen der wichtigste Fall. Man hat deshalb das einfache (+,-)-Modell verfeinert.

Eine der beiden Größen (z.B. B) ist hierin die (konstant) zu regelnde Regelgröße, die andere Größe A dagegen wird als Störgröße angesehen, die eine Abweichung des momentanen Werts (Istwert) der Regelgröße von deren vorgegebenem (im Normalfall optimalen) konstanten Wert (Sollwert) bewirkt. Um eine der Störung entgegenwirkende Veränderung des Istwerts herbeizuführen, benötigt man ein dazu geeignetes Stellglied. Außerdem muss das System ständig den Istwert durch einen Messfühler erfassen. Irgendwo - meist nicht direkt beim Messfühler - muss der Istwert mit dem Sollwert verglichen werden, die Stärke der Abweichung festgestellt und eine dementsprechend dosierte Stellgröße an das Stellglied geschickt werden. Für all diese Leistungen benötigt man ein zentrales Glied des Regelkreises, das Regler genannt wird.
  Skizze einfügen  

Im Organismus geschieht die Informationsübertragung (z.B. vom Messfühler zum Regler oder vom Regler zum Stellglied) über Nervenfasern oder durch chemische Botenstoffe (Hormone). Der Messfühler besteht aus spezialisierten Nervenzellen (Rezeptoren). Der Regler besteht meistens aus einer Neuronenschaltung (oft in entsprechenden Zentren des Zentralen Nervensystems). Als Stellglieder kommen Muskeln oder Drüsen in Frage, deren Aktivität durch Nervenimpulse gesteuert werden kann.