Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
обычный или устанавливается повышенный уровень жизнедеятельности и, во-вторых, обеспечивается сохранение гомеостаза на всех структурно-системных уровнях организма [82, 185, 197]. В наших терминах это означает, что независимые темпы w после окончания процесса адаптации возвращаются почти к исходной величине, а переменные состояния сохраняются практически на постоянном уровне. Однако при адаптации может возникнуть и новое состояние организма, существенно отличающееся от исходного.
Обычно считается, что адаптация является полной, если все системы организма сохраняют постоянство своих переменных, а адаптационные возможности системы не уменьшаются. При неполной адаптации в некоторых системах организма происходят уже существенные изменения значений переменных, но общие показатели деятельности организма сохраняются, хотя и при уменьшенных адаптационных возможностях. Крайняя степень неполной адаптации иногда называется кажущейся адаптацией [197].
Процесс адаптации. Наиболее характерной чертой процесса адаптации является временное увеличение темпов метаболизма— потребления кислорода и других веществ [166]. Так, у рыб и беспозвоночных при изменении концентрации солей в воде потребление кислорода в период адаптации увеличивается в 9—10 раз [201]. Эффект увеличения темпов потребления веществ (независимых темпов) в ходе процесса адаптации легко воспроизводится компартментальной моделью (рис. 7.2, а) при соответствующем выборе ее элементов: в ходе переходного процесса включаются активные механизмы регуляции, отчего в период адаптации происходит увеличение независимых темпов w.
Пример 9.1.1. Пусть на рис. 7.2, а все сигналы — скаляры, причем у = = (х + г) — v, п>1 = 2z, а переменные пассивного и активного каналов описываются, соответственно, уравнениями Тх + х = е,, z-f-z = е, где рассогласование между зависимыми и независимыми темпами потоков вещества и энергии обозначено как е = у—w. Тогда исходный режим при v = 0, для которого у = w = w\ = 1, w2 = 0, достигается при значениях пассивного и активного управляющих сигналов х = 1, г = 0. После ступенчатого возмущения v = 1 в системе возникает переходный процесс, и устанавливается новый стационарный режим: z = 0, х = 2; w = 1, v = 1. Переходный процесс иллюстрируется кривыми на рнс. 9.1, где видно характерное повышение «общего уровня активности» — темпов потребления w.
Состояние адаптированности. При описании свойств адаптированной системы обычно оценивается степень сохранения ее реакций на внешние возмущения и степень сохранения адаптационных возможностей. Поскольку под адаптационными возможностями обычно понимается способность системы приспосабливаться к широкому кругу внешних условий,
оба указанных свойства можно количественно охарактеризовать с помощью введенных в гл. 7 показателей гомеостатической способности.
Действительно, если ограничиться рассмотрением действия малых внешних возмущений, то сохранение реакций системы означает, что и в новом состоянии система не выходит за пределы линейного диапазона по всем своим переменным. В этом случае коэффициенты чувствительности вц сохраняются, и значение показателя к в (8.7) остается неизменным. Что касается адаптационных возможностей, то их следует связать с величиной интегрального показателя (8.26) — величиной Н. Но в этом случае ясно, что любое приращение сигнала и, описывающего рнешние условия (сдвиги стационарной точки v0 на рис. 8.9, а), приводит к изменению резервов гомеостаза N+ и N-. Поэтому, вероятно, понятие полной (неполной) адаптации должно связываться не столько с полным (неполным) сохранением адаптивных способностей (величин Н или N), сколько с сохранением высоких значений h и, следовательно, с незначительным (существенным) изменением резервов системы. Кажущаяся адаптация соответствует случаю положения точки и0 на границе области стационарности, когда резервы гомеостаза системы исчерпаны, N — 0. перестройка режимов функционирования.
Переходные процессы в системе возникают и при изменении по-
ведения или активности животного. В этом случае причиной сдвигов переменных состояния является изменение независимых темпов w — задающего сигнала в системе управления.
С точки зрения поддержания постоянства внутренней среды процессы адаптации при изменениях v и при изменениях w, хотя и обладают существенными различиями, протекают во многом аналогично. Поэтому рассмотренные выше методы исследования реакций системы на возмущающее действие сигнала v (гомеостатические реакции системы) в принципе распространяются и на случай изменения режима функционирования системы, когда меняются требования к гомеостатическому регулятору — величины независимых темпов потоков вещества и энергии w.
Рис. 9.1. Процесс адаптации как переходный пропесс в компартментальной модели открытой системы. В ответ на действие внешнего возмущения и (0 в физиологической системе регуляции включаются активные, г (t), и пассивные, х (*), механизмы. Функционирование активных ме-ханизмов приводит к увеличению энерготрат системы w2 (t), вследствие чего во время процесса адаптации темпы w (t) обмена веществ в системе повышаются. I — исходное состояние, II — период адаптации, ///—состояние адаптированностн.
