УПРАВЛЕНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Кафедра ЭТТ Профессор, д. м. н. Стебунов. С. С. Минск, Беларусь
ЛЕКЦИЯ № 3 РЕГУЛЯЦИЯ ВЕГЕТАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Кафедра электронной техники и технологи Профессор, д. м. н. Стебунов. С. С. Минск, Беларусь
3 Общие вопросы саморегуляции вегетативных функций организма
4 Целесообразное саморегулирование внутренней среды организма как сложной многокомпонентной системы является решающим фактором в обеспечении его единства. Взаимосвязанные регуляторы вегетативных функций образуют сложную кибернетическую систему.
5 Биологические системы относятся к числу открытых, поэтому для них главным условием существования является снабжение извне веществом и энергией, компенсирующее расход их в организме.
6 Особенности саморегуляции вегетативных функций организма
7 Одна из общих особенностей физиологических систем целостного организма заключается в том, что они одновременно выполняют несколько функций и зачастую трудно вычленить как анатомически, так и функционально те части системы, которые можно было бы рассматривать как отдельные компоненты. Эта особенность получила яркое выражение в сложном комплексном управлении вегетативными функциями.
8
9 Существенной особенностью самих систем регулирования внутренней среды организма является наличие нескольких регуля-торных органов, дублирующих друга. Вместе с тем некоторые регулирующие органы оказываются общими для различных систем регулирования. Так, например, кровеносные сосуды кожи и подкожной клетчатки являются общими управляющими органами для системы регулирования кровообращения и для системы терморегуляции.
10
11 Важной особенностью систем регуляции внутренней среды является наличие разных каналов для информации различного знака. Такой способ управления вегетативными функциями обеспечиваетболее оптимальное регулирование, но вместе с тем может служить причиной развития патологического состояния.
12 Гормональная регуляция внутренней среды. В регуляции вегетативных функций организма особо важное значение имеет эндокринная система.
13
14 В эндокринной системе регуляции различают: органы, продуцирующие гормон; систему кровообращения, осуществляющую транспорт гормонов; органы, в которых разрушается гормон; желудочно-кишечный тракт, через который извне поступает в организм сырье для синтеза гормонов;
15
16 органы, на которые нацелено действие гормона; и наконец, определенные участки нервной системы, управляющие органами, продуцирующими гормоны.
17 Активация эндокринной системы происходит под влиянием как нервных сигналов - импульсных потенциалов в эфферентных нервах, так и гуморальных сигналов - изменений концентраций определенных веществ в крови.
18 Структура системы управления вегетативными функциями
19 Все системы управления вегетативными функциями можно разделить на 2 типа - системы регулирования и следящие системы.
20 Система регулирования выполняет задачу удерживания регулируемой величины вегетативной функции на некотором постоянном уровне так, что сигнал ошибки показателя определяется как разность между требуемым уровнем выходного сигнала и тем уровнем, который удалось достигнуть
21 У следящей системы, помимо задачи, выполняемой системой регулирования, имеется еще одна задача - следить и воспроизводить переменное задающее воздействие.
22 Структура системы управления в обоих случаях состоит из объекта управления (внутренняя среда организма) и управляющего устройства (разновидности механизмов нервной и гуморальной регуляции). Управляющее устройство включает в себя блок измерения, совокупность элементов, принимающих решение, и исполнительный орган.
23 Для коррекции поведения системы используется сигнал ошибки. Сигнал ошибки поступает в блок компенсации или регулятор. Улучшение динамических характеристик биологических систем по большей части осуществляется в датчиках сигнала обратной связи, а также в процессе образования сигнала ошибки.
24 Для обеспечения управляющего воздействия, подаваемого на объект управления, в системе имеется исполнительное устройство (в системах регуляции внутренней среды отрицательные и положительные управляющие воздействия обычно осуществляются разными структурами, например, симпатический и парасимпатический нервы, антагонистически действующие гормоны глюкагон и инсулин).
25 Следующим важным элементом в структуре контура управления вегетативными функциями являются датчики сигналов обратной связи, образованные либо отдельными чувствительными органами, либо изменением параметров уже существующих и для других целей функционирующих органов. В большинстве систем регуляции внутренней среды организма переменные влияют друг на друга при помощи замкнутых цепей.
26
27 Симпатическая Парасимпатическая Тахикардия Брадикардия Учащенное дыхание Уреженное дыхание Расширение бронхов Сужение бронхов Повышенное потоотд. Сухость кожи Расширение сосудов Спазм сосудов
28
29 ОТЛИЧИЯ УПРАВЛЕНИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
30 1. Структура технической системы управления определяется следующей схемой: объект управления - датчик сигнала обратной связи - блок сравнения регулятор - исполнительное устройство. В структуре системы регуляции внутренней среды организма датчики, блоки сравнения и регуляторы часто объединяются в один биологический датчик сигнала обратной связи.
31 Характерный для технических систем блок сравнения в большинстве систем регулирования вегетативных функций отсутствует - роль его берут на себя другие нелинейные преобразователи.
32 2. В технике свойства тех элементов, из которых должна быть построена требуемая система, хорошо известны, и задача инженера состоит обычно в том чтобы определить выходной сигнал системы при заданном сигнале на ее входе или восстановить форму входного сигнала по результатам наблюдения некоторого выходного сигнала.
33 В системе регуляций вегетативных функций основная задача носит совсем другой характер установление структуры и основных характеристик системы путем исследования ее входных и выходных сигналов.
34 В основе оптимального управления сложными внутренними функциями нашего организма лежит деятельность центральной нервной системы. Это объективный и полновластный распорядитель всех физиологических процессов, от молекулярного уровня до системного. Однако не все отделы ЦНС обладают одинаковой «властью» . Между ее нервными структурами, находящимися на различных «этажах» , существуют определенные субординационные взаимоотношения.
35 Уровни систем управления вегетативными функциями организма. Структуру системы регуляции внутренней среды в организме можно представить в виде трех уровней с иерархическими отношениями между уровнями (высший уровень контролирует, направляет работу низшего уровня
36 Деятельностью самого низшего уровня регулирования определяется постоянство физиологических констант организма (температуры тела, артериального давления, р. Н среды и т. д. ). Низший уровень состоит из локальных систем, поддерживающих различные физиологические параметры на заданном уровне, регуляторы этих систем работают по принципу обратной связи.
37 Первый уровень управления включает нейронные структуры спинного мозга и ствола головного мозга. Здесь осуществляется первичная обработка афферентной информации из внутренней среды организма и находятся центры рефлексов, поддерживающих ее относительное постоянство. Например, этот нервный уровень управления обеспечивает работу сердца, дыхания, органов пищеварения и т. д.
38 Однако этот уровень управления не обладает полномочной властью над всей вегетативной сферой и направляет работу лишь ее отдельных частей.
39 Второй уровень системы управления обеспечивает поиск оптимального режима внутренней среды. На этом уровне перерабатывается информация, поступающая из внутренней среды организма. В задачи системы второго уровня входит отыскание оптимального режима внутренней среды в соответствии с критерием оценки, заданным из третьего уровня системы управления.
40 Второй уровень управления контролирует функционирование первого и осуществляет корреляцию всех вегетативных процессов, соединяя деятельность всех структурных компонентов нашего организма в единое целое. К этому уровню относятся наиболее древние в филогенетическом отношении нервные структуры КГМ и гипоталамус, объединяемые в лимбическую систему.
41
42
43 Второй, или лимбический, уровень управления осуществляет также вегетативное оформление всех эмоциональных и поведенческих реакций животных и человека.
44 Третий, высший уровень управления вегетативной сферой регулирует работу двух уровней в соответствии с информацией, поступающей из внешней среды. Он включает молодые образования КГМ. Высший уровень управления обеспечивает наилучшую адаптацию деятельности внутренних органов к «требованиям» окружающей среды.
45 Благодаря деятельности высшего уровня управления все вегетативные процессы организма изменяют свои функции еще до того, чем это потребуется для выполнения какоголибо действия. Например, у спортсмена, стоящего на старте, уже усиленно сокращается сердце и в мышечных клетках идет образование энергии, необходимой для их сокращения.
46 Нормальная деятельность всех трех основных уровней управления вегетативными функциями и двигательной сферой человека возможна только при тесном их контакте и на основе постоянного притока информации о текущих j событиях во внутренних органах организма, т. е. на основе обратных связей.
47 Свои управляющие влияния спинной и головной мозг реализуют через отделы периферической нервной системы или опосредованно, через гуморальные факторы: гормоны, другие биологически активные вещества, ферменты, изменения ионного состава крови и содержимого клеток.
48 Ведущее значение в гуморальном обеспечении управляющих импульсов нервных структур имеет гипофиз, тесно связанный с гипоталамусом и со всеми железами внутренней секреции. Таким способом осуществляется единое нервно-гуморальное управление вегетативными и двигательными функциями нашего организма.
49 ЦЕНТРЫ РЕГУЛЯЦИИ ВЕГЕТАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ
50 Центры регуляции вегетативных функций разделяются на спинальные, стволовые, гипоталамические, мозжечковые, центры ретикулярной формации, лимбической системы, корковые.
51 В основе их взаимодействия лежит принцип иерархии. Каждый более высокий уровень регуляции обеспечивает и более высокую степень интеграции вегетативных функций.
52 Спинальные центры. На уровне спинного мозга происходит регуляция просвета зрачка, величины глазной щели, сосудистого тонуса, потоотделения. Стимуляция этих центров приводит к усилению и учащению сердечной деятельности, расширению бронхов. Здесь расположены также центры дефекации, мочеиспускания, половых рефлексов (эрекции и эякуляции).
53 Стволовые центры. Эти центры находятся в продолговатом мозге, мосту, среднем мозге. За счет ядер блуждающих нервов происходит торможение деятельности сердца, возбуждение слезоотделения, усиление секреции слюнных, желудочных желез, поджелудочной железы, желчевыделения, усиление сокращений желудка и тонкой кишки.
54 Сосудодвигательный центр отвечает за рефлекторное сужение и расширение сосудов и регуляцию кровяного давления. Дыхательный центр регулирует смену вдоха и выдоха. В продолговатом мозге находятся центры, с помощью которых осуществляются такие сложные рефлексы, как сосание, жевание, глотание, чихание, кашель, рвота. В передних буграх четверохолмия в среднем мозге располагаются центры, регулирующие зрачковый рефлекс и аккомодацию глаза.
55 Гипоталамические центры. Гипоталамус является главным подкорковым центром интеграции висцеральных процессов, что обеспечивается вегетативными, соматическими и эндокринными механизмами.
56
57 Стимуляция ядер задней группы гипоталамуса сопровождается реакциями, аналогичными раздражению симпатической нервной системы: расширение зрачков и глазных щелей, учащение сердечных сокращений, сужение сосудов и повышение АД, торможение моторной активности желудка и кишечника, увеличение содержания в крови адреналина и норадреналина, концентрации глюкозы. Задняя область гипоталамуса отвечает за регуляцию теплопродукции и оказывает тормозящее влияние на половое развитие.
58
59 Средняя группа ядер гипоталамуса обеспечивает регуляцию метаболизма и водного баланса. Вентромедиальные ядра отвечают за насыщение, латеральные ядра — за голод (центры голода и насыщения). Паравентрикулярное ядро — центр жажды. Гипоталамус отвечает за эмоциональное поведение, формирование половых и агрессивнооборонительных реакций.
С помощью нейротропных средств можно избирательно воздействовать на гипоталамические структуры и регулировать состояние голода, жажды, аппетита, страха, половые реакции. Центры лимбической системы. Эти центры отвечают за формирование вегетативного компонента эмоциональных реакций, пищевое, сексуальное, оборонительное поведение, регуляцию систем, обеспечивающих сон и бодрствование, внимание. 60
61 Мозжечковые центры. Благодаря наличию активирующего и тормозного механизмов мозжечок может оказывать стабилизирующее влияние на деятельность висцеральных органов посредством корригирования висцеральных рефлексов. Центры ретикулярной формации. Ретикулярная формация осуществляет тонизирование и повышение активности других вегетативных нервных центров.
62
Центры коры больших полушарий. Кора больших полушарий осуществляет высший интегративный контроль вегетативных функций посредством нисходящих тормозных и активирующих влияний на ретикулярную формацию и другие подкорковые вегетативные центры. Координирует вегетативные и соматические функции в системе поведенческого акта. 63
64
Скачать презентацию УПРАВЛЕНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Кафедра ЭТТ
Лекция 3 - Регуляция вегетативных функций.ppt