Тема лекции Регуляция висцеральных функций общие вопросы

Тема лекции Регуляция висцеральных функций: общие вопросы

Смотрите также: • Физиология человека: Учебник / В двух томах. Т. I / В. М. Покровский, Г. Ф. Коротько, В. И. Кобрин и др. ; Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — М. : Медицина, 1998. — 448 с. С. 98 -108

Регуляция = управление = регулирование

• Управление – предмет (объект) исследования кибернетики

Кибернетика – наука об управлении, связи и переработке информации. • Кибернетика изучает общие свойства различных систем управления вне зависимости от их материальной основы. Эти свойства имеют место в живой природе, технике, коллективах людей и т. д. и т. п.

Начало кибернетики • Книга американского ученого Норберта Винера «Кибернетика или управление и связь в животном и машине» 1948 г.

Начало кибернетики • Кибернетика от греческого «кормчий»

Вопрос Управляемые системы

Управляемые системы Синонимы: • Системы управления • Кибернетические системы

Управляемая система - упорядоченная совокупность объектов (элементов), взаимодействующих и взаимосвязанных между собой, которые способны воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией

Управляемые системы (продолжение) Общая методология кибернетики основана на теории системном анализе

Управляемые системы (продолжение) • Кибернетика занимается абстрактными системами управления, отвлекаясь от конкретных систем и выделяя общие для некоторого множества систем закономерностей. • Наша задача состоит в том, чтобы применить знание этих закономерностей при анализе конкретных (функциональных) систем организма.

Управляемые системы (продолжение) NB! • Одна из характерных особенностей управляемых систем – возможность переходить в различные состояния под влиянием различных управляющих воздействий

Управляемые системы (продолжение) • Всегда существует некое множество состояний системы, из которых производится выбор предпочтительного состояния

Управляемые системы (продолжение) • Чтобы происходило целенаправленное изменение поведения кибернетической системы, необходимо управление • Управление – это осуществление воздействия на кибернетическую систему (объект) в соответствии с имеющейся программой или целью её функционирования

Общий план строения (структура) системы управления • Управляющая часть • Управляемая часть • Каналы связи

Управляющий орган Объект управления

Управляющая часть: синонимы • Управляющая система • Орган управления

Управляемая часть: синонимы • • Управляемый объект (система) Исполнительная часть Эффекторная часть Объект регуляции

Связи: прямые и обратные • Прямая связь предусматривает выработку управляющих воздействий • Обратная связь заключаются в том, что выходной, регулируемый сигнал о состоянии объекта управления передается на управляющий орган

Системы управления Разомкнутая Замкнутая

Отечественный ученый М. М. Завадовский в 1941 году, изучая закономерности в регуляции деятельности эндокринных желез, впервые сформулировал принцип «плюс-минус взаимодействие» , получивший в дальнейшем название «принцип обратной связи» .

Обратные связи • положительные • отрицательные

Положительная обратная связь

Положительная обратная связь • Усиливает управляющее воздействие • Позволяет управлять значительными потоками энергии, потребляя незначительные энергетические ресурсы.

Отрицательная обратная связь

Отрицательная обратная связь • Ослабляет управляющее воздействие • Способствует возвращению измененного показателя к стационарному уровню • Уменьшает влияние возмущающих факторов на работу управляющих объектов • Повышают устойчивость системы — способность возвращаться к первоначальному состоянию после прекращения возмущающего воздействия.

Положительная обратная связь Пример:

Отрицательная обратная связь Пример, • информация о степени натяжения сухожилия скелетной мышцы, поступающая в центр управления функций этой мышцы от рецепторов Гольджи, ослабляет степень возбуждения центра, чем предохраняет мышцу от развития избыточной силы сокращения. • ++601+ С. 103

Отрицательная обратная связь

Регуляция уровня гормона в крови по механизму обратной связи.

Канал связи

Отрицательная обратная связь • В организме обратные связи построены по принципу иерархии (подчиненности) и дублирования. • Например, саморегуляция работы сердечной мышцы предусматривает наличие обратных связей от рецепторов самой сердечной мышцы, рецепторных полей магистральных сосудов, рецепторов, контролирующих уровень тканевого дыхания, и др.

Регуляция уровня гормона в крови по механизму обратной связи

Основные элементы системы регуляции дыхания (J. B. West, 1985) Центральный регулятор Эффекторы: (варолиев мост, дыхательные мышцы продолговатый мозг и другие отделы головного мозга Рецепторы: хеморецепторы, рецепторы лёгких и другие рецепторы

Теория функциональных систем Академик Петр Кузьмич Анохин (1898 -1974)

Анохин П. К. 1898 - 1974 Принципиальная схема функциональной системы (по Анохину, 1968). М – доминирующая мотивация; П – память; ОА – обстановочная афферентация; ПА – пусковая афферентация; ПР – принятие решения; ПД – программа действия; АРД – акцептор результатов действия; ЭВ – эфферентное возбуждение; Д – действие; Рез. – результат, Пар. рез. – параметры результата; О. Афф. – обратная афферентация.

Функциональные системы (ФС) • динамически складывающийся саморегулирующийся комплекс центральных и периферических образований, обеспечивающий достижение полезных приспособительных результатов.

Функциональные системы (ФС) • Результат действия любой ФС представляет собой жизненно важный адаптивный показатель, необходимый для нормального функционирования организма в биологическом и социальном плане. Отсюда вытекает системообразующая роль результата действия. Именно для достижения определенного адаптивного результата складываются ФС, сложность организации которых определяется характером этого результата.

Уровни организации (группы) функциональных систем • метаболический – контролирует обменные процессы на молекулярном (биохимическом) уровне, создающие необходимые для жизнедеятельности субстраты или конечные продукты; • гомеостатический – контролирует показатели жидких сред организма: крови, лимфы, интерстициальной жидкости (осмотическое давление, р. Н, содержание питательных веществ, кислорода, гормонов и т. д. ), обеспечивает различные стороны нормального обмена веществ; • поведенческий – контролирует поведенческую деятельность животных и человека, удовлетворяющую основные метаболические, биологические потребности: пищевые, питьевые, половые и др. ; • социальный – контролирует результаты социальной деятельности человека, удовлетворяющие социальные (создание общественного продукта труда, охрана окружающей среды, защита отечества, обустройство быта) и духовные (приобретение знаний, творчество) потребности.

Вопрос Основные принципы управления (регуляции)

Основные принципы управления 1. По отклонению (рассогласованию) 2. По возмущению

Сравнение принципов регуляции по отклонению по возмущению Действие стимула (фактора) (на управляемую часть СУ) Действие стимула (фактора) (на управляющую часть СУ - рецепторы) Отклонение значения регулируемой величины или функции - Определение разности между Определение возможного отклонения задаваемым и фактическим значения регулируемой величины значением регулируемой величины или функции Воздействие управляющей части СУ на управляемую часть СУ Устранение отклонения (уменьшение значения отклонения) регулируемой величины или функции Изменение регулируемой величины (функции) или включение механизмов предупреждающих её изменение СУ - система управления

Управление по отклонению (рассогласованию) 1. 2. 3. 4. 5. Действие стимула (фактора) на СУ Отклонение значения регулируемой величины или функции Определение разности между задаваемым и фактическим значением регулируемой величины или функции Воздействие управляющей части СУ на управляемую часть СУ Устранение отклонения (уменьшение значения отклонения) регулируемой величины или функции СУ - система управления

Управление по возмущению 1. Действие стимула (фактора) на СУ (вход 2. Воздействие управляющей части СУ на управляемую часть СУ 3. Изменение регулируемой величины (функции) или включение механизмов предупреждающих её изменение СУ - система управления

Пример управления по отклонению

Пример управления по возмущению раздражение холодным воздухом терморецепторов кожи приводит к увеличению процессов теплопродукции.

Учебник, С. 98 -99 «Управление по отклонению (рассогласованию) предусматривает наличие механизмов, способных определить разность между задаваемым и фактическим значением регулируемой величины или функции. Эта разность используется для выработки регулирующего воздействия на объект регуляции, которое уменьшает величину отклонения. » Пожелание: использовать термин значение величины

Учебник, С. 99 «Увеличение частоты и глубины дыхания, скорости кровотока, количества эритроцитов в крови отражает процессы регуляции по возмущению, направленные на восстановление исходных показателей содержания кислорода. » Исправить: …, направленные на предупреждение снижения содержания кислорода.

Основные способы управления в организме • Запуск (инициация) физиологических процессов • Коррекция физиологических процессов • Координация физиологических процессов

Основные способы управления в организме Подробно прочитать : • Физиология человека: Учебник / В двух томах. Т. I / В. М. Покровский, Г. Ф. Коротько, В. И. Кобрин и др. ; Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — М. : Медицина, 1998. — 448 с. С. 99

Запуск как процесс управления • вызывает переход функции органа от состояния относительного покоя к деятельному состоянию или от активной деятельности к состоянию покоя. • Например, при определенных условиях центральная нервная система инициирует работу пищеварительных желез, фазные сокращения скелетной мускулатуры, процессы мочевыведения, дефекации и др.

Коррекция как процесс управления • позволяет управлять деятельностью органа, осуществляющего физиологическую функцию в автоматическом режиме или инициированную поступлением управляющих сигналов. • Примером может служить коррекция работы сердца центральной нервной системой посредством влияний, передаваемых по блуждающим и симпатическим нервам.

Координация как процесс управления • предусматривает согласование работы нескольких органов или систем одновременно для получения полезного приспособительного результата. • Например, для осуществления акта прямохождения необходима координация работы мышц и центров, обеспечивающих перемещение нижних конечностей в пространстве, смещение центра тяжести тела, изменение тонуса скелетных мышц.

Механизмы управления Условно можно разделить на • Гуморальный • Нервный • Нейрогуморальный

Гуморальный механизм управления под влиянием продуктов обмена веществ. Учебник, С. 100 Плохой пример: • «Под влиянием адреналина, выделяемого в кровь из надпочечников, изменяются частота и сила сердечных сокращений, тонус периферических сосудов, ряд функций центральной нервной системы, интенсивность обменных процессов в скелетных мышцах, увеличиваются коагуляционные свойства крови»

Сравнение механизмов управления Гуморальный более древний продукт эволюции Нервный более поздним продукт эволюции менее сложен более сложен менее совершенен более совершенен

Сравнение механизмов управления (главные критерии) Критерий Гуморальный Нервный Скорость меньше больше Надёжность меньше больше Адресность диффузный характер управляющих воздействий точная передача объекту регулирования

Сравнение механизмов управления по адресности передачи информации Гуморальный Нервный По химическому адресу По анатомическому адресу , ,

Сравнение механизмов управления по средствам передачи информации (каналам связи) Гуморальный Нервный химические вещества Электрические сигналы — продукты обмена – ПД, объединённые в веществ, паттерны (по частоте, простагландины, характеристикам регуляторные пептиды, межимпульсных гормоны и др. интервалов)

• Большинство исследователей нервную регуляцию признают доминирующей, высшим этапом развития регуляции. Но при этом гуморальный механизм не считают редуцированным. Почему? • Гуморальный механизм продолжает совершенствоваться: - Появляются специализированные органы гуморальной регуляции (эндокринные железы) - Появляются специализированные средства регуляции (гормоны)

Типы системного контроля Нейрокринный Эндокринный Нейроэндокринный Г Р Р Р Э 3 Э 1 Р Р Э 2 НГ Р Р Р Р Э 2 Э 1 НТ Рн. Т

Гуморальный механизм управления • «Гуморальная форма управления реализуется при выделении биологических веществ в кровь. С током крови эти вещества достигают всех органов и тканей» . Учебник, С. 101 Замечание: Не только в кровь !!! Имеется в виду «гормональная форма гуморального механизма» . Не путайте эти понятия ! NB!

Нервный механизм управления Учебник, С. 100 • «Нервный механизм управления предусматривает изменение физиологических функций под влиянием управляющих воздействий, передаваемых из центральной нервной системы по нервным волокнам к органам и системам организма» . Замечание: Не только из центральной нервной системы !!!

Саморегуляция • Основным механизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция. • Саморегуляция представляет собой такой вариант управления, при котором отклонение какой-либо физиологической функции или характеристик (констант) внутренней среды от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, является причиной возвращения этой функции (константы) к исходному уровню.

константы Допустимый диапазон колебаний для разных констант различен • жесткие константы. — Незначительные отклонения одних констант могут приводить к существенным нарушениям обменных процессов это так называемые. • пластичные константы — могут варьировать в довольно широком диапазоне без существенных нарушений физиологических функций

константы ПРИМЕРЫ • жесткие константы. осмотическое давление, величина водородного показателя (p. H), содержание глюкозы, O 2, CO 2 в крови. • пластичные константы —количество и соотношение форменных элементов крови, объем циркулирующей крови, скорость оседания эритроцитов.

константы Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и обратных связей. Прямая связь предусматривает выработку управляющих воздействий Например, раздражение холодным воздухом терморецепторов кожи приводит к увеличению процессов теплопродукции.

Использованная литература • • • Физиология человека: Учебник / В двух томах. Т. I / В. М. Покровский, Г. Ф. Коротько, В. И. Кобрин и др. ; Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — М. : Медицина, 1998. — 448 с. С. 98 -108 Антонов В. Ф. , Черныш В. И. , Пасечник В. И. и др. Биофизика: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. — М. : Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1999. — 288 с. Могилев А. В. Информатика: Учебное пособие для студ. пед. вузов / А. В. Могилев, Н. И. Пак, Е. К. Хеннер; Под ред Е. Н. Хеннера. — 2 -е изд. , стер. — М. : Издательский центр «Академия» , 2003. - 816 с.