Очерки адаптации и биологии и технике - Лабутин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Одной из труднейших задач современной теории автоматического управления является обеспечение устойчивости многоконтурных систем с большим числом взаимосвязанных переменных. Многие механизмы физиологических адаптаций доказывают существование эффективных принципов решения такого рода задач. Одии из этих принципов, основанный на введении ступенчатых функций, иллюстрируется гомеостатом Эшби. Другой принцип согласованного управления большим числом переменных изучается советскими биокибернетиками С. Н. Брайнесом
и Р. Б. Свечинским. Он заключается в иерархической организации управления множеством гомеостатических систем.
Собственно гомеостатические системы (уровень / на рис. 5) истолковываются как автономные локальные механизмы, имеющие целью стабилизацию заданных значений отдельных регулируемых параметров. Необходимое значение каждого параметра задается уровнем II, который служит для отыскания оптимального режима внутренней среды организма. Этот уровень обслуживает множество локальных гомеостатических механизмов и вырабатывает для них оптимальные установки (или уставки, в терминах
а втоматического регулирования) в соответствии с конкретными условиями внутренней среды и определенным критерием оптимальности. Выбор критерия оптимальности осуществляется на высшем уровне управления III, где с этой целью обобщается вся доступная организму информация.
Многоуровневая структура, сочетающая автономность локальных регуляторов с централизованным управлением, объясняет надежность физиологических адаптивных систем и очень выгодна для решения наиболее сложных задач адаптивного регулирования благодаря сокращению объема информации, перерабатываемой в отдельных подсистемах.
6. Биохимичесиие адаптации
Рис. 5. Схема иерархической организации гомеостаза.
Несмотря на кажущееся постоянство «конструкции» живого организма и свойственных ему физиологических функций, все его конструктивные элементы (кости, ткани, клетки) и даже жидкие вещества (кровь, протоплазма и др.) находятся в состоянии непрерывной перестройки, обусловленной, с одной стороны, распадом (диссимиляцией) и удалением отработавших веществ, а с другой — заменой их путем усвоения (ассимиляции) новых веществ. При этом сама жизнь предстает в виде процесса непрерывного обновления вещества, из которого состоит весь организм Отсюда вытекает хорошо известное определение материальной основы процессов жизнедеятельности как совокупности многочисленных химических реакций, называемых обменом веществ. Законы протекания этих реакций составляют предмет изучения биохимии.
Радикальное отличие биохимических процессов от обычных химических реакций заключается в удивительно тонком регулировании состава и количества синтезируемых во всех ткамх
и клетках организма веществ при широких вариациях ассортимента и количества исходного сырья — продуктов питания. С этим связана и исключительно четкая координация различных биохимических процессов, придающая высокую устойчивость всем анатомическим, морфологическим и физиологическим свойствам живого организма. Таким образом, можно говорить о большой роли биохимических механизмов в гомеостазе и даже о собственно биохимических гомеостатических механизмах. К числу последних относится, например, механизм стабилизации содержания глюкозы в крови.
Глюкоза является важнейшим источником энергии организма и служит для питания клеток всех его тканей, в особенности мышечной и нервной. После всасывания в кишечнике глюкоза разносится кровью ко всем тканям, причем их нормальное питание обеспечивается при поддержании концентрации глюкозы в крови человека на уровне ОД±0,02%, т. е. от 80 до 120 мг на 100 г крови. Избыточное количество глюкозы, появляющееся после приема пищи, немедленно выводится из крови в специализированные ткани-хранилища (в том числе в печень), в которых она превращается в гликоген и может в таком виде долго храниться, как на складе, не вступая в обменные реакции. При понижении содержания глюкозы в крови запасенный в организме гликоген вновь переходит в глюкозу и поступает в кровь.
Превращения глюкозы в гликоген и обратно происходят иод действием гормонов — веществ, выполняющих роль регуляторов химических реакций. Среди иих для глнжозно-глнкогенных переходов имеют особое значение вырабатываемый поджелудочной железой инсулин (он задерживает поступление глюкозы в кровь) и противоположные ему по действию глюкагон, выделяемый там же, и адреналин, вырабатываемый в мозговом слое надпочечника. Синтез этих гормонов, в свою очередь, зависит от содержания глюкозы в крови; таким образом, имеется замкнутый контур автоматического регулирования с обратной связью (рис. 6).
Характерной особенностью этой системы, представленной здесь в весьма упрощенном виде, является использование отдельных каналов управления для изменения регулируемой величины в разных направлениях. Необходимо отметить также множественность причин, стимулирующих выработку гормона, и множественность функций одного и того же гормона. Так, повышенное производство адреналина возникает не только при снижении содержания глюкозы в крови, но и при нервном возбуждении организма. Здесь проявляет свое действие механизм заблаговременной мобилизации защитных сил организма. Нервное возбуждение зачастую бывает предвестником напряженной деятельности, необходимой для преодоления неблагоприятных внешних воздействий. Вызываемое адреналином усиление питания клеток мышечной и нервной ткани подготавливает организм к успешному функционированию в надвигающихся условиях повышенного расхода энергии. При этом адреналин не только повышает содержание глюкозы в крови, но одновременно усиливает сердцебиение, ускоряет ритм дыхания, задерживает перистальтику кишок и т. д. Выделение адреналина возрастает н при охлаждении организма, прн недостатке кислорода, усиленной мышечной работе. Аналогичную множественность причин
