Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
Стимул
(раздражитель, -входной сигнал)
-Детектор
КООРДИНАТОР или РЕГУЛЯТОР,
или ЦЕНТР УПРАВЛЕНИЯ
с эталоном (системой сравнения)
- Эффектор -
Ответ(реакция, выходной сигнал)
Рис. 19.1. Основные компоненты системы управления.
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
400 Глава 19
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
Гомеостаз
401
вится оптимальным, регулирующие процессы отключаются по механизму так называемой отрицательной обратной связи. Для осуществления обратной связи необходимо, чтобы результат работы данной системы сравнивался с заданным значением, являющимся оптимальным значением регулируемого параметра (переменной, как, скажем, уровень температуры, установленный на шкале термостата). В системах управления существуют две формы обратной связи — отрицательная и положительная. Первая распространена шире в гомеостатических системах живых организмов.
Отрицательная обратная связь
Отрицательная обратная связь повышает стабильность системы (рис. 19.2). При нарушении равновесия системы запускается последовательность событий, направленных на восстановление исходного состояния. Принцип действия отрицательной обратной связи можно проиллюст-
рировать на примере регулирования температуры в электропечи с помощью термостата. Система управления электропечи состоит из эффектора (нагревательный элемент, через который течет электрический ток — вход), выхода (температура печи) и термостата, который заранее установлен на нужную температуру (эталон). Термостат действует как детектор (или рецептор) и собственно регулятор. Если термостат настроен на эталонную температуру 150 °С, то электрический ток будет течь через нагревательный элемент до тех пор, пока температура в печи не достигнет 150 °С, а затем термостат выключится, и нагревание прекратится. Когда температура опустится ниже 150 °С, термостат снова включится и электрический ток опять повысит температуру до установленного значения. В этой системе термостат играет роль детектора ошибки. Ошибка представляет собой разницу между сигналом на выходе и эталонным значением, и она устраняется эффектором (нагревательным элементом), который включается при ее обнаружении.
Увеличение
Возмущение —*
Уменьшение
Детектор
Положительная обратная связь
Увеличен
Детектор
I......
Регулятор
[Ант
Эффектор
;
Отрицательная обратная связь
Уменьшение
Увеличение.
Регулятор
Эффектор
Уменьшение
Положительная обратная связь
Рис. 19.2. Гомеостатическая система управления. Отрицательная обратная связь, необходимая для отключения процесса, показана штриховыми линиями.
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
402
Глава 19
Принцип отрицательной обратной связи, поддерживающей стационарное состояние системы, типичен для многих физиологических процессов в организмах.
Так регулируются, в частности:
1) уровни кислорода и диоксида углерода в крови путем изменения частоты и глубины дыхания (разд. 9.5.5);
2) частота сокращений сердца (разд. 14.7.4);
3) кровяное давление (разд. 14.7.7);
4) уровень гормонов в крови, например тироксина (разд. 17.6.4 и рис. 19.3) и половых гормонов (разд. 21.7.4 и 21.7.6);
5) уровни метаболитов, например глюкозы (разд. 17.6.6 и 19.2);
6) водно-электролитный баланс (разд. 20.3.5);
7) pH (разд. 20.8);
8) температура тела (разд. 19.5).
Рис. 19.3 иллюстрирует роль отрицательной обратной связи в регуляции высвобождения тироксина щитовидной железой. В этом примере детектором служит гипоталамус, регулятором — гипофиз, а эффектором — сама щитовидная железа.
Детектор
Гипоталамус^
ТЛ
\
-
Стимул
Рост уровня
N
тироксина в крови
Отрицательная обратная связь
Регулятор
Гипофиз
Тироксин в крови
ттг
Эффектор
Щитовидная железа
Ответ
Секреция тироксина
Рис. 19.3. Пример простой биологической системы управления: регуляция секреции тироксина — одного из гормонов щитовидной железы. TJI — тиреолиберин (рилизинг-фактор тиреостимулирующего гормона); TTT — тиреотропный (тиреостимулирующий) гормон.
Положительная обратная связь
Положительная обратная связь редко встречается в биологических системах, поскольку она приводит к нестабильности системы и экстремальным состояниям. В этих ситуациях возникшее возмущение вызывает такие последствия, которые еще более его усиливают (рис. 19.2). Например, во время распространения нервного импульса деполяризация мембраны нейрона повышает ее проницаемость для ионов натрия. Проникая в аксон через мембрану, ионы натрия усиливают деполяризацию, а тем самым и собственное поступление в клетку. Скорость этого поступления стремительно возрастает, и в результате генерируется потенциал действия. В данном случае положительная обратная связь служит для усиления ответа системы (деполяризации). Величину этого ответа ограничивают другие механизмы, описанные в разд. 17.1.1. Положительная обратная связь функционирует также во время родов, когда гормон окситоцин стимулирует сокращения матки, а они в свою очередь инициируют выделение новых порций этого гормона (разд. 21.8.12).
