Гомеостаз, его значения и механизмы

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Октября 2015 в 11:51, реферат

Краткое описание

Гомеостаз относится к числу актуальных проблем, раскрывающих взаимоотношение организма и среды, единство организма, его способность к адаптации и изменению резистентности. Несмотря на непрерывную и временами даже значительную изменчивость воздействий факторов внешней среды, механизмы гомеостаза позволяют организму сохранять жизнеспособность и постоянство (в известных границах) внутренней среды.

Содержание

Введение…………………………………………………………...3
Оснавная часть………………………………………………….4-17
2.1 Исторические аспекты концепции гомеостаза…………………….4-5
2.2 Основные компоненты гомеостаза……………………………………6-7
2.3 Основные принципы регуляции физиологических функций……….7-10
2.4 Иерархия управления живых организмов……………………………10-11
2.5 Саморегуляция и сохранение гомеостаза клеточных систем………11-17
Собственные выводы……………………………………………18
Список литературы……………………………………………..19

Вложенные файлы: 1 файл

РЕФЕРАТ Гомеостаз.doc

— 1.01 Мб (Скачать файл)

 

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 


Факультет психологии

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Реферат

 

 

 

на тему:

«Гомеостаз, его значения и механизмы»

по дисциплине:

«Анатомия и физиология человека»


 

 

 

 

Выполнил студент:

Ветошкина О.В.

Курс: 1

Группа: 121

 

 

Проверил: И.А. Басюл

 

                                 

        

 

 

 

 

Москва, 2014

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

    1. Введение…………………………………………………………...3
    2. Оснавная часть………………………………………………….4-17

2.1 Исторические аспекты концепции  гомеостаза…………………….4-5

2.2 Основные компоненты гомеостаза……………………………………6-7

2.3 Основные принципы регуляции  физиологических функций……….7-10

2.4 Иерархия управления живых организмов……………………………10-11

2.5 Саморегуляция и сохранение  гомеостаза клеточных систем………11-17

    1. Собственные выводы……………………………………………18
    2. Список  литературы……………………………………………..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1. Введение

 

Гомеостаз относится к числу актуальных проблем, раскрывающих взаимоотношение организма и среды, единство организма, его способность к адаптации и изменению резистентности. Несмотря на непрерывную и временами даже значительную изменчивость воздействий факторов внешней среды, механизмы гомеостаза позволяют организму сохранять жизнеспособность и постоянство (в известных границах) внутренней среды. Нарушение гомеостаза может служить начальным этапом развития различной патологии. Велика роль регуляторных систем (нервной, эндокринной, гуморальной), биохимических, физико-химических и структурных основ гомеостаза, не менее важно значение генетических, иммунологических и детоксикационных механизмов в сохранении постоянства внутренней среды.

Прежние представления о наличии обособленных в структурном и функциональном отношении различных систем организма в значительной мере устарели. Например, управление деятельностью различных органов и тканей осуществляется не только во взаимодействии раздельно существующих нервной и эндокринной систем, но и в том, что нервные клетки, помимо медиаторов, участвующих в передаче нервного импульса с нейрона на эффектор, сами способны секретировать различные нейрогормоны. Так, клетки некоторых участков гипоталамической области трансформируют нервные импульсы в импульсы гормональные. Таким образом, в какой-то мере стирается принципиальное различие между функциями нервных и эндокринных клеток. Если учесть влияние различных биологически активных веществ, которые вырабатываются в разных местах организма, то механизмы взаимосвязи нервных, гормональных и гуморальных факторов представляются теперь значительно шире. По существу можно говорить о едином процессе регуляции и управления, искусственно расчленяемом исследователями на отдельные звенья. Однако подобные представления не устраняют идею подчинения процессов единой иерархии, во главе которой стоит кора головного мозга, или вегетативные центры, деятельность которых, как правило, является и пусковым механизмом в сохранении гомеостаза внутренней среды организма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2.1 Исторические аспекты  концепции гомеостаза.

 

      Концепция гомеостаза  применима к сложным системам, статистическая регулярность случайных процессов в которых обеспечивает устойчивость состояний системы в целом.

Выдвинутая впервые более 100 лет назад Клодом Бернаром, она была существенно развита в деталях работами Вальтера Кеннона и оформилась в современную теорию гомеостаза как учение об относительном динамическом постоянстве внутренней среды и устойчивости основных физиологических функций организма.  К идее о гомеостазе Бернар пришел на основе широких биологических наблюдений. Результаты своих изысканий, обобщения и выводы, он изложил в лекциях о проявлениях жизни у животных и растений, вышедших в свет в 1878 г.  
   Наиболее интенсивно представления о гомеостазе привлекались в процессе изучения регуляции кровообращения, дыхания, обмена веществ, постоянства состава жидких сред организма, терморегуляции. Клод Бернар подчеркивал различие между внешней средой, в которой живут организмы, и внутренней средой, в которой находятся их отдельные клетки, и понимал, как важно, чтобы внутренняя среда оставалась неизменной.  По его мнению, все проявления жизни обусловлены конфликтом между предсуществующими силами организма (конституцией) и влияниями внешней среды. Жизненный конфликт в организме выявляется в виде феноменов двух видов: синтеза и распада. На основе этих противоположных процессов создается приспособление организмов к условиям среды, или адаптация, которая представляет собой тесную гармоническую связь между организмом и средой. Бернар понимал, что установившиеся определенные взаимоотношения организма и среды могут при известных условиях закрепляться и передаваться последующим поколениям. Он присоединялся к мнению о том, что жизнь - это память. Современная генетика расшифровала основные механизмы клеточной памяти.

    Давая характеристику  исторической основы учения о  гомеостазе, следует сказать, что явление гомеостаза по существу представляет собой эволюционно выработавшееся наследственно закрепленное адаптационное свойство организма к обычным условиям окружающей среды. Однако эти условия могут кратковременно, а иногда и длительно выходить за пределы "нормы". В таких случаях явления адаптации характеризуются не только восстановлением обычных свойств внутренней среды, но и кратковременным изменением функциональной активности (например, учащением ритма сердечной деятельности и увеличением частоты дыхательных движений при усиленной мышечной деятельности). При длительных или повторных воздействиях могут возникать более стойкие и даже структурные изменения, например в виде гипертрофии миокарда при повышенной рабочей нагрузке сердца. При повреждении каких-либо органов включаются механизмы компенсации или возникают викарные функции с участием других систем

5

организма (например, усиление функции потовых желез при недостаточности почек). Подобные процессы также представляют собой адаптацию к необычным или чрезвычайным условиям внешней или внутренней среды организма. Таким образом, можно различать явления кратковременной и долговременной адаптации.

Биологическая характеристика гомеостаза определяется не только длительностью адаптационных процессов, но и их значимостью. Реакции, обеспечивающие гомеостаз, могут быть направлены на поддержание известных уровней стационарного состояния, на координацию комплексных процессов для устранения или ограничения действия вредностных факторов, на выработку или сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования. Все эти процессы и определяют адаптацию.

   В медицинской практике  под адаптацией обычно подразумевают  именно ту форму приспособления, которая создается в необычных условиях существования организма. Следует еще раз подчеркнуть, что любой вид адаптации создается на основе механизмов гомеостаза. Эти механизмы могут быть крайне разнообразными: локальными, системными или могут протекать на уровне целостного организма. Локально или системно возникающие реакции играют решающую роль главным образом в сохранении физиологических констант. Механизмы гомеостаза целостного организма направлены на устранение вредоносного действия или на появление необычных структурных форм или новых констант на других уровнях реагирования. Все эти реакции являются одним из путей приспособления организма к изменениям среды.

   Итак, понятие гомеостаза  означает не только известное  постоянство различных физиологических  констант организма. Оно включает процессы адаптации и координации физиологических процессов, обеспечивающих единство организма как в норме, так и при изменившихся условиях его существования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

2.2 Основные компоненты  гомеостаза

 

В. Кеннон так же, как и К. Бернар, основой внутренней среды считал только жидкую часть организма (fluid matrix), в состав которой входят кровь, лимфа и межтканевая жидкость. Кровь не приходит в непосредственное соприкосновение с клетками тканей. Как впервые показали исследования

Л. С. Штерн, между кровью и тканями находятся так называемые гистогематические барьеры. Эти барьеры состоят из эндотелия капилляров, базальной мембраны, соединительной ткани, клеточных липопротеидных мембран. Избирательная проницаемость барьеров способствует сохранению гомеостаза и известной специфики внутренней среды, необходимой для нормальной функции именно данного органа или ткани. По К. Бернару, основными условиями, которые должны постоянно поддерживаться в жидкой среде организма в определенных параметрах, являются вода, кислород, температура и питательные вещества.

В.Кеннон (1929) считал необходимым расширить этот список и привел свою классификацию:

  1. Материалы, обеспечивающие клеточные потребности.
    1. Материалы, необходимые для образования энергии, для роста и восстановления, - глюкоза, белки, жиры.
    2. Вода.
    3. Хлорид натрия, кальций и другие неорганические вещества.
    4. Кислород.
    5. Внутренняя секреция.
  2. Окружающие факторы, влияющие на клеточную активность.
    1. Осмотическое давление.
    2. Температура.
    3. Концентрация водородных ионов.

Кеннон справедливо полагал, что любая классификация условна и не будет полной, так как всегда появляются новые взгляды и новые данные, поэтому предлагаемую классификацию он рассматривал лишь в качестве подсобного материала для изучения средств, при помощи которых организм достигает стабильности. Поэтому уместно внести следующие дополнения:

C.   Механизмы, обеспечивающие структурное и функциональное единство организма.

  1. Наследственность.
  2. Регенерация и репарация.
  3. Иммунобиологическая реактивность.

Теперь общепризнано, что наследственная индивидуальность организма (генотип) представляет собой основу биологических свойств живого, поэтому разбирать проблему о гомеостазе, обойдя этот механизм, было бы нецелесообразно. Иммунобиологическая реактивность - весьма важное свойство многоклеточного организма, позволяющее ему узнавать "чужое" и

7

"бороться" с чужим. Это один  из самых действенных и в  то же время лабильных механизмов  гомеостаза, выработанных в ходе  эволюции. Иммунобиологические механизмы  при жизни весьма пластично меняются по своей эффективности и направленности в зависимости от конкретных условий существования организма. Этими процессами обеспечиваются относительная стерильность живых существ и генетическое постоянство клеток. Однако сохранение структуры и функций организма зависит не только от иммунных реакций, но и от ряда других механизмов, к которым относятся повышенная антитоксическая реактивность организма, гемостаз, микроциркуляторный гомеостаз. Все это можно рассматривать как проявление гомеостатических свойств внутренней среды организма.

В условиях нормы или воздействия на организм различных вредностных факторов, вызывающих изменения или гибель паренхиматозных и соединительнотканных элементов, создается необходимость восстановления клеточного состава. Закономерности изменений клеточных процессов подлежат особому рассмотрению с точки зрения гомеостаза. Хорошо известно, что в сохранении единства организма определенную роль играют нервная и эндокринная системы. Благодаря их деятельности обеспечивается постоянство внутренней среды организма и происходит непрерывное приспособление к постоянно меняющимся внешним воздействиям. Эти процессы могут осуществляться автоматически. Например, сетчатка глаза лучше всего функционирует в условиях определенной степени освещенности. При ярком свете под воздействием нервной системы суживается зрачок, при слабом - расширяется. Таким образом, оптимальное количество света, проникающее в глаз, удерживается в определенных пределах. Роль эндокринной системы хороша может быть показана на примере регуляции уровня ионов натрия, сахара крови и других показателей, перечисленных в приведенной выше классификации.

2.3 Основные принципы  регуляции физиологических функций

  При изменении состояния  организма, отличающегося от нормы  или приближающегося к предельным границам гомеостаза, развивается деятельность, возвращающая организм в обычный режим. Такой механизм называется отрицательной обратной связью. Например, при колебаниях уровня глюкозы крови выше или ниже нормы изменяется работа почек, желез внутренней секреции, что приводит к сглаживанию этих колебаний и сохранению постоянного содержания глюкозы в крови. По принципу отрицательной обратной связи регулируется температура тела, артериальное давление, секреция многих эндокринных желез и другие функции организма.

  Наряду с отрицательной обратной связью возможна и положительная обратная связь. В этом случае процесс, уже начавшийся в организме, сам себя усиливает. Так, после приема пищи начинается выделение желчи в просвет кишечника. В состав желчи входят желчные кислоты, которые синтезируются в печени. Попав в кишечник, желчные кислоты объединяются с жирными кислотами, всасываются в кровь и освобождаются от них. Но,

8

оказавшись в крови, желчные кислоты усиливают синтез и выделение желчи в кишечник. Таким образом, сама желчь является желчегонным средством.

  Обратная связь- положительная  и отрицательная-улавливает и  компенсирует те отклонения, которые  уже возникли в организме, или  произошло рассогласование между  физиологическими, свойственными данному организму, и фактическими их значениями. Пользуясь терминами кибернетики, обратная связь функционирует на выходе системы, по сути, это-восстановление измененных свойств организма.

В. В. Парин и Р. М. Баевский (1966) подчеркивают, что если отрицательная обратная связь способствует восстановлению исходного уровня, то положительная связь чаще уводит систему все дальше от исходного состояния. Вследствие этого не происходит надлежащего корригирования процесса, и это может послужить причиной возникновения так называемого порочного круга, хорошо известного патологам. Однако на основе этого нельзя считать, что положительные обратные связи всегда вредны, так как в принципе любые обратные связи могут быть основой саморегулирования. Все виды саморегуляции действуют по одному принципу: самоотклонение от базального уровня служит стимулом к включению механизмов, корригирующих нарушение.

На этот принцип в работе организма впервые обратил внимание П. К. Анохин еще в 1935 г., назвав этот эффект обратной афферентацией. Она служит для осуществления приспособительных реакций.

Когда под влиянием какого-либо раздражителя в организме возникают сигналы, передающие "приказ" к действию, т. е. к изменению каких-либо функций, то необходим известный порядок осуществляемых процессов. Этот порядок (например, по последовательности и интенсивности) действий получил название алгоритма. Здесь уместно привести еще одно понятие, ставшее весьма употребительным в литературе, - "черный ящик". Данный термин применяется в тех случаях, когда неизвестны внутренние механизмы изучаемой системы и когда эффективность действия и принципы работы системы исследуются путем сопоставления входных влияний и выходных результатов. Такой путь исследования "черного ящика" наиболее трудный, но в то же время и наиболее распространенный в решении различных биологических задач. В качестве примера можно указать, что по принципу "черного ящика" у И. П. Павлова шло изучение условных рефлексов, когда путем сопоставления внешних воздействий (входных данных) определялась деятельность пищеварительных желез или изучались поведенческие реакции (выходные данные). Попутно отметим, что по Ф. Гродинзу, в биологии могут решаться другие задачи:

  1. известны: входные данные, закон поведения системы; требуется предсказать выходную величину. Такая "прямая" задача наиболее проста;
  2. известны: закон поведения системы, выходная величина; нужно определить ее вход (следовательно, причину). Это одна из задач

9

диагностики, которую часто приходится решать врачу. Разновидность этой задачи заключается в том, что известны вход, выход, общий вид закона поведения системы. Требуется установить значение числовых постоянных, определяющих параметры системы. Это пример интерпретации результатов функциональной диагностики, которые могут показать устойчивость изучаемой физиологической функции или готовность к нарушениям гомеостаза.

Имея в виду человека и его высшую нервную деятельность, И. П. Павлов писал, что эта система "единственная по высочайшему саморегулированию" и что она "сама себя поддерживающая, восстанавливающая и даже совершенствующаяся". К этой принципиальной павловской физиологической характеристике современная кибернетика должна была безоговорочна присоединиться, добавив лишь некоторые специальные для данной дисциплины определения. Так, говоря языком кибернетики, живые системы представляют собой очень сложные вероятностные системы, поведение которых может быть предсказано только с известным приближением (долей вероятности), так как оно не имеет строго детерминированного результата действия. Степень вероятности ответа нужно определять экспериментально для каждого конкретного показателя. Она может меняться при разных условиях. Вероятность ответа обозначается цифрами от 0 до 1. Если вероятность равна 1, то это означает 100% однозначный результат, если 0,8, то это свидетельствует о 80% вероятности.

Живой организм представляет собой пример ультрастабильной системы, которая осуществляет активный поиск наиболее оптимального и наиболее устойчивого состояния, что выражается в адаптации, т. е. в удержании переменных показателей организма в физиологических пределах, несмотря на изменения условий существования. Ультрастабильность биологических и технических систем объясняется многоконтурностью систем. Это означает, что один и тот же управляемый процесс может регулироваться несколькими управляющими системами благодаря наличию связей между ними или возникновению цепной реакции.

Современная техника позволила У. Р. Эшби создать машину, которая обладает некоторой способностью к адаптации. Прибор был назван им гомеостатом. Этим было доказано в принципе, что одна из особенностей поведения живых организмов - адаптация, считавшаяся раньше свойством только живых систем, в какой-то мере может быть создана искусственно. То же можно сказать и по поводу электронно-вычислительных машин, которые производят математические операции в тысячи раз быстрее, чем человек, в то время как прежде считалось, что умение считать является прерогативой только человека. Подобные примеры могут служить показателем того, что метод объяснения действий живых систем на основе технических моделей вполне оправдан и что многие процессы организма могут создаваться искусственно.

Данные пути открывают большие перспективы для клинической медицины.

10

Успехи свидетельствуют о том, что грани между живой и неживой природой не так резки, как думали прежде, ибо закономерности действия, автоматической регуляции и управления систем во многом едины. Такое утверждение не может расцениваться как механический подход к физиологическим явлениям. Здесь речь идет о результатах использования современной техники и о применении математического анализа в объяснении весьма сложных биологических явлений, что, несомненно, является весьма прогрессивным. Однако при этом не следует забывать, что "целесообразная" работа машины не имеет никакой самостоятельной ценности и является лишь техническим придатком в разумной деятельности человека (Колмогоров А. Н., 1959).

  • 2.4 Иерархия управления живых организмов

  • В предыдущем разделе уже говорилось о живом организме как об ультрастабильной системе. Такая система позволяет не только удерживать свойства внутренней среды в известных физиологических пределах, но и проявлять спонтанную активность (свободную жизнь) и долгие годы противодействовать дезорганизующему влиянию вредных факторов внешней среды. Мало того, живой организм, проявляя пластичность, может "приспосабливаться" к изменившимся условиям. Это достигается прежде всего многоконтурностыо, придающей особую устойчивость биологической системе. Многоконтурность характеризуется не только наличием в известной мере параллельных систем управления, но и явлениями иерархии. Приведем схему иерархии управления живых организмов какого-либо вида по А.Б. Когану (1972).

     

    Эту схему можно продолжить и говорить об управлении на молекулярном уровне, когда речь идет о молекулах как об элементах химического состава ядра и цитоплазмы; на субмолекулярном уровне, т. е. о возможности регулирующих влияний на процессы образования и передачи электронов - как об элементах состояний молекулярного состава. Уровни иерархии систем могут анализироваться в разных аспектах и масштабах. Например, в приведенной выше схеме рассмотрена проблема иерархии в плане вида. Однако можно трактовать иерархию в аспекте свойств саморегуляции и самоорганизации целостного организма потому, что состояние и свойства организма не являются простой суммой всех его систем.

     

    По С. Н. Брайнису и В. С. Свечинскому (1963), различают три уровня саморегуляции организма. Низший уровень определяет постоянство основных физиологических констант и обладает известной автономностью управления. Средний уровень осуществляет приспособительные реакции в связи с изменениями внутренней среды организма. Высший уровень обеспечивает по сигналам внешнего мира изменение вегетативных функций и поведения организма. Здесь физиологические системы регуляции

    11

    переведены на "язык" кибернетической терминологии. К этому можно добавить, что вопросы взаимодействия высших и низких уровней регуляции в физиологии и патологии были показаны в работах К. М. Быкова и его школы при изучении роли коры головного мозга в деятельности внутренних органов.

    В качестве иллюстрации построения кибернетических схем иерархической регуляции различных констант организма приведена схема регуляции сахара в крови по Г. Дришелю (1960) (Рис. В.). На ней показано, что регуляция величины содержания сахара в крови прежде всего осуществляется гомеостатическим механизмом печени, который самоуправляется в известных пределах уровнем сахара в крови независимо от гормональных влияний. Следующий этап регуляции - островковый аппарат поджелудочной железы, где еще независимо от вышестоящих сигналов гипофиза реализуют свое действие гормоны: инсулин и глюкагон, действующие в противоположном направлении.

    Более высокий уровень регуляции: система гипофиз - промежуточный мозг, и наконец, возможно влияние коры головного мозга. Таким образом могут включаться различные степени регулирования в зависимости от условий и состояния организма.

    Включение различных уровней во многом определяется интенсивностью возмущающего воздействия, степенью отклонения физиологических параметров, лабильностью адаптивных систем.

  • 2.5 Саморегуляция и сохранение гомеостаза клеточных систем

  • При рассмотрении регуляции на любом уровне организма прежде всего необходимо учитывать, что для саморегуляции требуется наличие свободной энергии. Жизнь непрерывно поддерживается тратой энергии. Установлено, что организм с точки зрения энергетики постоянно находится в состоянии устойчивого неравновесия. Бауэр, сформулировавший этот принцип, утверждает, что "только живые системы не бывают в равновесии и исполняют за счет свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях" (цит. по Когану А. Б., 1972).

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    12

     

     

    Не вдаваясь в подробности, кратко напомним, что регулируемыми источниками энергии в клетках являются система переноса электронов,

    13

     цикл Кребса, гликолиз  и обмен фосфорных соединений.

    Процесс образования богатого энергией аденозинтрифосфата (АТФ) зависит от концентрации аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата (Рнеорг). Эта взаимозависимая саморегулирующаяся система может быть представлена в следующем виде:

    АТФ <-> АДФ + Рнеорг

    За счет использования аккумулированной в АТФ энергии в клетках происходит синтез белков, необходимый для клеточной регенерации и осуществления других процессов обмена. Особенностью синтеза в живых клетках в отличие от синтетических процессов химии является использование высокоспециализированных ферментных систем.

    Сложный синтез белка, осуществляемый генетическим аппаратом клетки, в наиболее упрощенном виде можно представить в такой последовательности:

     

       ДНК -----------> мРНК ----------> белок

    транскрипция       трансляция

     

    Схема синтеза белка приведена на рис. 1. Как показывают многочисленные исследования, генетический аппарат клетки усиливает синтез белка в тех случаях, когда повышается функциональная деятельность клетки или увеличивается изнашиваемость клеточных структур.

    Большую роль в регуляции функций клетки играют мембраны, через которые могут передаваться химические сигналы и которые представляют собой сложноорганизованные липопротеидные структуры, включающие в себя ряд ферментов. Кроме того, клеточные мембраны, меняя свою проницаемость, принимают участие в регуляции электролитного состава клетки (натрия, калия, кальция, магния и других электролитов), осуществляя также функцию биологических "насосов".

    Клеточные процессы находятся под регулирующим влиянием различных гормонов, которые могут усиливать или ослаблять активность тех или иных реакций. Например, анаболические гормоны увеличивают процессы синтеза, катаболические гормоны, как правило, ведут к увеличению интенсивности распада органических веществ клетки. Ниже представлена схема взаимодействия генов, ферментов и гормонов в общей регуляции клеточного гомеостаза (рис.2).

  • Саморегуляция вегетативных функций

  • Этот вопрос подробно рассмотрен в ряде работ (Чороян О. Г., 1972; Дришель Г., 1960; Гродинз Ф., 1966). Остановимся на наиболее важных положениях. Устойчивый автоматизм регуляции вегетативных функций обеспечивается тем, что физиологические системы одновременно принимают участие в выполнении нескольких функций. Например, кровообращение служит для доставки к тканям газов и питательных

    14

     веществ, удаления газов  и конечных продуктов обмена, доставки гормональных регуляторов. Кроме того, кровообращение участвует  в регуляции дыхания, терморегуляции, обеспечении мышечной деятельности  и т. д. Физиологические процессы могут дублироваться разными системами организма. Например, экскреторная функция почек в какой-то мере замещается деятельностью потовых желез, не говоря уже о взаимной компенсации парных органов. На языке кибернетики приведенные примеры характеризуют наряду с иерархией многоконтурность ультрастабильных систем путем дублирования функций. Все это создает нелинейность связей между отдельными блоками системы, что крайне затрудняет математические расчеты.

    В качестве примера кибернетического анализа состояний гомеостаза, обусловленных процессом дыхания, приводим блок-схему дыхательного хемостата по Ф. Гродинзу (1966).

     

    Термин "хемостат" применяется для обозначения постоянства химического состава внутренней среды организма. Дыхательная система служит главным образом для сохранения постоянства напряжения кислорода и углекислого газа, а также концентрации водородных ионов (pH). На этой схеме в качестве входного сигнала принята альвеолярная концентрация Va. Буквой i обозначены исходные величины нормы. "Возмущениями" (раздражителями), поступающими на вход, являются повышенное содержание углекислого газа, недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе или сдвиги pH крови. Эта модель и предложенная в ее развитие динамическая модель Грея позволили решать такие вопросы, как потребность пилотов в кислороде на больших высотах, характер изменения вентиляции легких и напряжения углекислого газа в артериальной крови (РАсо2) в процессе регулирования дыхания. При этом автор указывает, что встретились большие трудности, так как в схеме не учтены некоторые физиологические детали, например то, что хеморецепторы расположены в разных частях организма, а не на входе управляющей системы, как показано на схеме; в схеме опущено значение механорецепторов и сигналов к дыхательным мышцам; недостаточно учтен воздух мертвого пространства.

    Таким образом, управляющая система в жизни всегда более сложна, чем на кибернетических схемах, но тем не менее, по мнению автора, модель оказалась весьма полезной. Она позволила не только решить некоторые задачи, но и более четко сформулировать ряд, казалось бы, уже известных физиологии вопросов. Изучение современных проблем медицины с применением кибернетики, с использованием ее методов математического анализа развивается все более плодотворно. Однако при этом не следует забывать необходимость развития физиологии и патофизиологии, так как материалы этих дисциплин служат основой логического построения новых

    15

     схем. Это необходимо  еще и потому, что любая кибернетическая система абстрактна. Конкретные процессы, протекающие в жизни, всегда более сложны. Сошлемся для примера на работу П. К. Анохина о теории функциональных систем в качестве предпосылки к построению физиологической кибернетики.

    П. К. Анохин понимает под функциональной системой "такое сочетание процессов и механизмов, которое, формируясь динамически в зависимости от данной ситуации (разрядка наша. - П. Г.), непременно приводит к конечному приспособительному эффекту как раз именно в данной ситуации". В данном определении нам хотелось подчеркнуть только одну задачу, которая пока входит в планы кибернетических исследований далеко не в полной мере, а именно физиологическое формирование динамической системы в зависимости от данной ситуации. Она может быть решена лишь путем афферентного синтеза сигналов, поступающих с периферии в центральную нервную систему. На основе этого предварительного синтеза дается сигнал к запуску тех или иных кибернетических систем. Иначе говоря, возникает какой-то новый функциональный аппарат регуляции именно только для данной ситуации, поэтому он определен как динамический. П. К. Анохин назвал его "акцептором действия". Таким образом, любая приспособительная реакция протекает по принципу образования функциональных систем организма, куда, по П. К. Анохину, входят афферентный синтез, акцептор действия, формирование действия и обратная афферентация о его результатах.

    Значение этой схемы функциональных систем может быть показано на примере регуляции дыхательной функции организма.

     

    В этой схеме проблема регуляции дыхания представлена значительно шире, чем в данной схеме Ф. Гродинза (см. выше). В ней отмечены возможные пути компенсации дыхательной функции. Выбор этих путей и их включение, очевидно, могут происходить по-разному в зависимости от

    16

     причины, вызвавшей изменение  дыхания. Например, оно может быть  следствием нарушения тканевого  дыхания (гистотоксическая гипоксия), изменений центральной регуляции дыхания или состава вдыхаемого воздуха (аноксическая гипоксия), возникновения различных типов циркуляторной гипоксии, недостатка гемоглобина или его инактивации и т. д. Выбор соответствующих механизмов регуляции при разных формах гипоксии был бы вообще невозможен без афферентного синтеза, без возникновения функционального аппарата - акцептора действия. Эти вопросы представляют собой пример чисто патофизиологических задач, которые решаются на различных моделях экспериментальной патологии. Разумеется, включение кибернетики в анализ получаемых результатов всегда весьма полезно. Мы подчеркиваем: включение, но не самостоятельное решение различных вопросов физиологии и патологии.

      Гомеостаз представляет  собой одну из важнейших проблем  современной медицины. Постановка этой проблемы, осуществленная в свое время Клодом Бернаром, позволила выяснить многие вопросы необычной устойчивости живых организмов. Дальнейшие работы В. Кеннона обосновали идею о том, что механизмы гомеостаза обусловлены деятельностью различных физиологических систем, среди которых, по данным ранее проведенных исследований И. П. Павлова, решающая роль принадлежит коре головного мозга. Именно большие полушария обеспечивают "тончайшее и точнейшее уравновешивание организма со средой".

    В. Кеннон обоснованно возражал против статического понимания постоянства внутренней среды организма. Основное постоянство живого организма - это постоянная изменчивость совершающихся процессов в целях адаптации и сохранения единства организма. В связи с этим мы считаем ошибочным стремление некоторых исследователей трактовать сущность гомеостаза только как постоянство различных физиологических констант организма. Это выражается, например, в неоправданном применении таких терминов, как хемостат, гемостат, осмостат, плазмо-гемостат, прессостат, иммуногемостат и т. д. В этих применяемых в специальной (особенно кибернетической) литературе терминах, несомненно, заключена известная механистичность в определении сложных биологических процессов. Вряд ли уместно определять механизмы терморегуляции у животных термином "термостат". По-видимому, не всегда учитывают, что механизмы гомеостаза, т. е. динамического уравновешивания организма и внешней среды, могут вести к выработке других констант; процессы иногда протекают вопреки законам неорганической химии, вопреки законам термодинамики. Это объясняется своеобразием использования энергетических ресурсов, в основе которого лежит устойчивое неравновесное состояние материи, свойственное только живым системам. Следовательно, любые константы организма не могут находить объяснения только в обычном уравновешивании сил,

    17

     свойственном статике, вне учета всех физиологических  закономерностей.

    Большая роль в объяснении механизмов гомеостаза и в создании различных физиологических моделей принадлежит кибернетике. Применение теорий информации и автоматического регулирования позволило использовать математический анализ в решении ряда биологических вопросов. Это открыло новые перспективы для дальнейших исследований и применения современной техники для нужд здравоохранения. Однако на основании этого не следует думать, что кибернетика закрыла дорогу чисто физиологическим исследованиям. Путь дальнейшего прогресса науки лежит в совместном решении специалистами различного профиля актуальных задач медицины. Особенно плодотворным может оказаться именно комплексное решение задач, так как различный подход позволяет выявлять и различные аспекты изучаемой проблемы.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    18

     

    Информация о работе Гомеостаз, его значения и механизмы