Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Однако идея самосохранения объектов реального мира значительно старше, и ее возникновение относится к временам Возрождения. Великий философ древности Аристотель учил, что каждому элементу отвечает свое естественное место во Вселенной, к которому тела стремятся по природе с тем, чтобы там достигнуть покоя. Например, тела падают на землю потому, что именно там их естественное место. По Аристотелю «движение всего направлено к одному и тому же, если ничего не помешает» {14, стр. 45].
После открытия Ньютона законов движения стало ясно, что такого естественного места не существует; все тела сохраняют свое состояние, пока и поскольку внешние силы не вынуждают к его изменению. Изменение состояния, каким бы оно ни было, осуществляется внешними силами. Тела «сопротивляются» любому насильственному изменению своего состояния (см., например, [174]).
В этих условиях Спиноза сформулировал свою концепцию самосохранения: «...Никакая вещь не имеет в себе ничего, через что она могла бы уничтожиться..., наоборот, она... противодействует всему тому, что может уничтожить ее существование. Следовательно, насколько возможно и насколько от нее зависит, она стремится пребывать в своем существовании» ([196, стр. 88], см. также [292]).
Принцип Ле-Шателье — Брауна, таким образом, можно трактовать как применение общего принципа самосохранения к термодинамическим системам.
В сходных терминах был сформулирован американским физиологом У. Кэнноном и принцип самосохранения живых систем\ «В открытой системе, такой как наши организмы, состоящие из нестабильного материала и подверженные непрерывному воздействию возмущений, само постоянство служит доказательством существования агентов, действующих или готовых к действию, чтобы поддержать это постоянство. Если состояние остается устойчивым, то это происходит потому, что любая тенденция к его изменению автоматически вызывает увеличение эффективности фактора или факторов, противодействующих этому изменению» [278, стр. 281].
Важность концепции самосохранения для понимания процессов в живых системах, таким образом, очевидна. Подобные представления в различных сферах исследования биосистем используются в различных формах. Так, часто принципы сохранения принимают гомеостатический характер, в той или иной мере близкий принципу Ле-Шателье [28, 278]. В других случаях связь концепций гомеостаза с принципом Ле-Шателье отрицается [271]. Интересная связь идей самосохранения с философскими концепциями отражения и отображения рассмотрена в работе [192].
2.2. Гомеостаз
Одним из центральных элементов при анализе естественных защитных сил биосистем, обеспечивающих их самосохранение, является понятие гомеостазаjПервоначально термин гомеостаз был введен У. Кэнноном для описания способности организмов поддерживать постоянство внутренней среды.
«Постоянные условия, которые поддерживаются в организме, можно было бы назвать равновесием. Это слово, однако, имеет довольно точное значение для относительно простых физикохимических состояний в замкнутых системах, где уравновешиваются известные силы. Координированные физиологические процессы, которые поддерживают большинство установившихся состояний в организме, настолько сложны и специфичны для живых существ, включая, возможно, мозг и нервы, сердце, легкие, почки и селезенку, работающие совместно, что я предложил специальное обозначение для этих состояний — гомеостазис. Это слово не предполагает чего-то установленного и неподвижного, застывшего. Оно означает состояние — состояние, которое может меняться, но которое относительно постоянно» [278, стр. 24].
Согласно концепции У. Кэннона при наличии угрозы со стороны внешней среды в системах организма включаются агенты, уменьшающие эту опасность. Корректирующие механизмы действуют в основном через специальную часть нервной системы, функционирующую как регуляторный механизм. Вследствие этой регуляции в организме обеспечивается, «во-первых, запасание веществ как средство обеспечения соответствия между спросом и предложением и, во-вторых, изменяются скорости непрерывно протекающих в организме процессов» [278, стр. 285]. Эта концепция была последовательно применена У. Кэнноном для анализа процессов сохранения постоянства содержания воды и солей в крови, поддержания адекватного кислородного снабжения, гомеостаза сахара, белков, жиров и кальция крови, гомеостаза нейтральности крови и постоянства температуры тела.
Позже понятие гомеостаза стало формулироваться в более компактной форме: гомеостазом обычно называют сохранение постоянства внутренней среды организма при наличии возмущений во внешней среде.
Отметим также, что термином «гомеостаз» иногда обозначают и саму систему, обладающую гомеостатическими свойствами. Такое использование этого термина восходит к работе [258]. В [269], например, гомеостаз понимается как «определенного рода буферирующие или защитные устройства внутри биологических систем, предохраняющие их от внешних дезорганизующих сил».
Приведем также определение гомеостаза, данное в стандартном английском медицинском словаре [359]: «Гомеостаз (1) состояние равновесия в живом организме, относящееся к различным функциям и химическому составу жидкостей и тканей, например, к температуре, частоте пульса, давлению крови, содержанию воды, сахара крови и т. д., (2) процесс, посредством которого это равновесие поддерживается».
