Саморегуляция живых систем

                                                    Содержание:

1. Введение
2. Принцип саморегуляции живых систем (К.Бернар, В. Кеннон, П.К. Анохин)
3. Понятие о функциональной системе. Архитектоника системы (изобразить схематично)
4. Приспособительный результат как ведущий фактор образования функциональных систем.
5. Динамика работы и  значение центральных механизмов функциональной системы.
6. Внутренние и внешние механизмы системы.
7. Заключение
8. Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                      Введение

Функциональные системы  организма — динамические, саморегулирующиеся центрально-периферические организации, обеспечивающие своей деятельностью  полезные для метаболизма организма  и его приспособления к окружающей среде результаты.  
Для достижения полезных для организма результатов в функциональных системах избирательно объединяются элементы разных уровней. В организме это ткани различных органов, механизмы нервной и гуморальной регуляции. Регуляторные взаимоотношения, свойственные функциональным системам, обеспечивают необходимую адаптивную устойчивость результатов их деятельности и взаимосодействие отдельных элементов для достижения полезных результатов для всего организма в целом. Их роль могут выполнять результаты метаболических реакций в тканях, а также различные показатели внутренней среды организма, обеспечивающие разные стороны метаболических процессов; результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие ведущие биологические потребности живых существ в воде, пище, размножении, избегании опасности и т.д.; достижение животными результатов стадной групповой деятельности (популяционные функциональные системы); удовлетворение биологических потребностей, получение образования, удовлетворение духовных потребностей, защиту общества и т.д., то есть на достижение человеком социально значимых результатов (специальные функциональные системы социального уровня).  
Функциональные системы поведенческого и особенно психического уровня, как правило, складываются по мере формирования у субъектов специальных потребностей и формируются в значительной степени в процессе обучения. Избирательное становление функциональных систем и их отдельных частей в процессе онтогенеза получило название системогенеза.  
Общим принципом динамической организации функциональных систем является принцип саморегуляции. Отклонение результата деятельности функциональных систем от уровня, обеспечивающего оптимальную жизнедеятельность организма, стимулирует активность в рамках функциональных систем цепи процессов, направленных на возвращение этого результата к оптимальному уровню.  
Любая функциональная система имеет принципиально однотипную организацию и включает общие (универсальные для разных функциональных систем), периферические и центральные узловые механизмы. К ним относятся: полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональных систем; рецепторы результата; обратная афферентация, идущая от рецепторов результата в центральные образования функциональных систем; центральная архитектоника, представляющая собой избирательное объединение нервных элементов различных уровней; исполнительные (соматические, вегетативные, эндокринные, а также поведенческие) компоненты. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В процессе эволюции живых  организмов внутренняя среда была отделена от внешней и приобрела устойчивый, консервативный характер.

Французский исследователь  К. Бернар писал, что условием свободного поведения живого организма является постоянство внутренней среды. По его  мнению, все жизненные процессы имеют  одну цель — поддержание постоянства  условий жизни во внутренней среде  организма. Позднее эта мысль  нашла воплощение в трудах американского  физиолога У. Кеннона в форме  учения о гомеостазе.

Гомеостаз — относительное  динамическое постоянство внутренней среды и устойчивость физиологических функций организма. 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. В ходе естественного отбора живыми организмами выработаны общие механизмы управления процессами приспособления к среде обитания различной физиологической природы (эндокринные, нейрогуморальные, иммунологические и др.), направленные на обеспечение относительного постоянства внутренней среды. У человека и высших животных гомеостатические механизмы достигли совершенства.

Практически все характеристики внутренней среды (константы) организма  непрерывно колеблются относительно средних  уровней, оптимальных для протекания устойчивого обмена веществ. Эти  уровни отражают потребность клеток в необходимом количестве исходных продуктов обмена. Допустимый диапазон колебаний для разных констант различен. Незначительные отклонения одних констант могут приводить к существенным нарушениям обменных процессов — это так называемые жесткие константы. К ним относятся, например, осмотическое давление, величина водородного показателя (рН), содержание глюкозы, О2, СО2 в крови.

Другие константы могут  варьировать в довольно широком  диапазоне без существенных нарушений физиологических функций — это так называемые пластичные константы. К их числу относят количество и соотношение форменных элементов крови, объем циркулирующей крови, скорость оседания эритроцитов. 

 

Процессы саморегуляции  основаны на использовании прямых и  обратных связей. Прямая связь предусматривает  выработку управляющих воздействий  на основании информации об отклонении константы или действии возмущающих  факторов. Например, раздражение холодным воздухом терморецепторов кожи приводит к увеличению процессов теплопродукции.

Обратные связи заключаются  в том, что выходной, регулируемый сигнал о состоянии объекта управления (константы или функции) передается на вход системы. Различают положительные и отрицательные обратные связи. Положительная обратная связь усиливает управляющее воздействие, позволяет управлять значительными потоками энергии, потребляя незначительные энергетические ресурсы. Примером может служить увеличение скорости образования тромбина при появлении некоторого его количества на начальных этапах коагуляционного гемостаза.

Отрицательная обратная связь  ослабляет управляющее воздействие, уменьшает влияние возмущающих факторов на работу управляющих объектов, способствует возвращению измененного показателя к стационарному уровню. Например, 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. Отрицательные обратные связи повышают устойчивость биологической системы — способность возвращаться к первоначальному состоянию после прекращения возмущающего воздействия.

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.

Гомеостаз организма в  целом обеспечивается согласованной  содружественной работой различных органов и систем, функции которых поддерживаются на относительно постоянном уровне процессами саморегуляции.

  “Под функциональной системой мы понимаем такое  сочетание  процессов  и механизмов,  которое  формируясь  динамически  в   зависимости   от  данной ситуации,  непременно  приводя  к  конечному   приспособительному   эффекту, полезному для  организма  как  раз  именно  в  этой  ситуации”.  То  есть  в приведённой формулировке до нас хотят донести,  что функциональная  система может быть составлена из таких аппаратов и механизмов,  которые  могут  быть весьма  отдалёнными  в  анатомическом  отношении.  Получается,  что   состав функциональной  системы   (далее   ФС)   и   направление   её   деятельности определяются не органом, ни анатомической близостью компонентов а  динамикой объединения, диктуемой только качеством конечного приспособленного эффекта.

Важнейшим фактор образования  системы, это наличие в системе  ее внутренней операциональной архитектоники. Такая рабочая архитектоника должна обеспечить переход от синтетических к аналитическим механизмам системы и наоборот. По самому своему смыслу система должна стать концептуальным мостом, который должен связать уровень целого организма, т. с. уровень системной деятельности, с тончайшими аналитическими процессами. Для организма это будет молекулярный уровень функционирования.

Так, например, мы хорошо знаем, что постановка цели человеком к  совершению какого-то поведенческого акта представляет собой высший уровень  человеческой деятельности. В него входят целостные агрегаты нервных  образований, в которых формируется  цель. Затем она осуществляется, мобилизуются моторные механизмы для  ее осуществления и т.д.  Спрашивается, если все эти процессы представляют собой самоорганизующуюся систему  с участием многих нервных элементов, то каким образом осуществляется этот переход от высшего уровня — синтетического и системного к аналитическому, где мы уже имеем функцию отдельных нервных элементов и даже участие молекулярных процессов.

Следовательно, говоря о системе  как о руководящем принципе исследования, мы тем самым обязываем себя показать, как эта системная организация обеспечивает высший уровень функционирования и вместе с тем как она включает в себя такие структурно-функциональные детали, которые, например, представлены в разрядах отдельного нейрона. Иначе говоря, система должна показать, как нейрон “вписывается” в нее, содействуя ее полезной деятельности.

Совершенно очевидно, что  мы имеем в качестве объектов исследования два параллельных ряда явлений: с  одной стороны, целостные поведенческие  акты, а с другой стороны - деятельность отдельной нервной клетки. Пока эти  два ряда явлений будут находиться в параллельных плоскостях, не имея возможности когда-то соединиться концептуально, нейрофизиолог не выполнит своей главной цели: понять работу целого мозга. Вот между этими то областями исследовательской работы и должен быть построен концептуальный мост (Рис. 4).  Благодаря этому мосту мы можем свободно перейти от поведенческого акта к аналитическим деталям до тонких нейрохимических процессов включительно. А вместе с тем мы можем также от исследования тонких нейрохимических процессов через этот же мост перейти к объяснению тотальных, т. е. целостных поведенческих актов.

 

Спрашивается, на какой основе может быть построен такой концептуальный мост?  Мы достигли этого тем, что  ввели в функциональную систему  целый ряд переходных узловых  механизмов, последовательно обеспечивающих работу функциональной системы. Иначе  говоря, таким образом, мы построили  внутреннюю операциональную архитектонику  системы. Эта общая архитектоника  из нескольких физиологически конкретных узловых механизмов системы (Рис. 5). Благодаря этим узловым механизмам любой поведенческий акт может  трактоваться с включением уровня одиночного нейрона.

 

Если посмотреть на каждый из всех описанных выше детальных  процессов в отдельности, то, являясь  частью системы, он служит переходным мостом от целого к аналитическим  деталям. Эти детали, место которых  в системе точно определено, могут  уже быть использованы для тонкого  анализа с помощью тончайших  аппаратурных приспособлений.

Приспособительный результат  – определенное соотношение организма  и внешней среды, которое прекращает действие, направленное на его достижение, и делает возможным реализацию следующего поведенческого акта. Достичь результата – значит изменить соотношение между  организмом и средой в полезном для  организма направлении. Достижение приспособительного результата в ФС осуществляется с помощью специфических  механизмов, из которых наиболее важными  являются: 
афферентный синтез всей поступающей в нервную систему информации; 
принятие решения с одновременным формированием аппарата прогнозирования результата в виде афферентной модели акцептора результатов действия; 
собственно действие; 
сличение на основе обратной связи афферентной модели акцептора результатов действия и параметров выполненного действия; 
коррекция поведения в случае рассогласования реальных и идеальных (смоделированных нервной системой) параметров действия. 
Таким образом, при изучении взаимодействия организма со средой единицей анализа выступает целостная, динамически организованная функциональная система.

Выделяют два типа функциональных систем. 
1. Функциональные системы первого типа обеспечивают постоянство определенных констант внутренней среды за счет системы саморегуляции, звенья которой не выходят за пределы самого организма. Примером может служить функциональная система поддержания постоянства кровяного давления, температуры тела и т.п. Такая система с помощью разнообразных механизмов автоматически компенсирует возникающие сдвиги во внутренней среде. 
2. Функциональные системы второго типа используют внешнее звено саморегуляции. Они обеспечивают приспособительный эффект благодаря выходу за пределы организма через связь с внешним миром, через изменения поведения. Именно функциональные системы второго типа лежат в основе различных поведенческих актов, различных типов поведения.

                                                  Заключение  
Итак, объединение всех узловых механизмов и функциональных систем определяет полезный для организма результат деятельности. Любое изменение результата, так же как и его оптимальное состояние, постоянно воспринимается соответствующими рецепторами. Исходной стадией системной архитектоники целенаправленного поведенческого акта любой степени сложности является стадия афферентного синтеза. Следующей стадией в динамике последовательного развертывания поведенческого акта, которая осуществляется одновременно с формированием целенаправленного действия, является стадия предвидения потребного результата — акцептор результата действия; поведенческий акт заканчивается, если достигнут полноценный результат, удовлетворяющий исходную потребность организма. Одним из ведущих принципов построения функциональных систем организма является так называемый голографический принцип. Каждый элемент, включенный в деятельность функциональных систем, отражает в своей активности состояние ее конечного результата.  
Традиционным для отечественной физиологии является системный принцип организации адаптивного реагирования на факторы внешней среды. Этот принцип, рассматриваемый как базовый механизм жизнедеятельности организма, подразумевает, что все виды приспособительной деятельности физиологических систем и целостного организма осуществляются посредством иерархически организованных динамических объединений, включающих отдельные элементы одного или разных органов (физиологических систем).  
Совершенно очевидно, что если качественная специфика функционирования физиологических систем на отдельных этапах развития остается неучтенной, то понятие возрастной нормы теряет свое содержание, оно перестает отражать реальные функциональные возможности организма в определенные возрастные периоды.