Медико-биологические основы безопасности

Управление в живых системах базируется на трех основных сформулированных кибернетикой принципах – по рассогласованию, по возмущению и по прогнозированию (рис. 6). Принцип управления по рассогласованию (по ошибке) заключается в том, что результат деятельности объекта управления постоянно сравнивается с эталоном. Этот принцип реализуется в системах стабилизации и если имеется существенно (сверхпороговое) расхождение между эталоном и результатом, то управляющее устройство вырабатывает систему команд (управляющее воздействие), обеспечивающую коррекцию деятельности объекта управления. На основе такого принципа функционируют многие безусловные вегетативные рефлексы, участвующие в поддержании гомеостаза (например, артериального давления). Принцип управления по возмущению состоит в том, что управление в живых системах осуществляется на основе информации о величине (силе) возмущения, которое воздействует на объект управления, оцениваемой измерительным устройством. В соответствии с этой информацией управляющее устройство вырабатывает систему команд (управляющее воздействие) изменяющую деятельность объекта управления таким образом, что регулируемый параметр, несмотря на действие возмущения, остается на постоянном уровне. В организме имеется множество безусловных рефлексов, которые функционируют по данному принципу. Например, при низкой температуре воздуха информация о ней с помощью терморецепторов кожи направляется в гипоталамус, где вырабатывается комплекс команд, повышающих теплопродукцию до того, как произойдет снижение температуры тела. Иными словами, заблаговременные изменения в деятельности печени и скелетной мускулатуры будут способствовать сохранению постоянства температуры тела. Принцип управления по прогнозированию реализуется таким образом, что управление в живой системе осуществляется на основе сигнальной информации о том, что в ближайшее время на объект управления будет воздействовать возмущение, которое может привести к отклонению регулируемого параметра от эталона. В подобных системах имеется канал связи, содержащий измерительное устройство для идентификации сигнала, который несет информацию о возможном в ближайшее время воздействии возмущения. Эта информация попадает в управляющее устройство, которое с целью сохранения регулируемого параметра на эталонном уровне заблаговременно изменяет деятельность объекта управления. По данному принципу функционируют условные рефлексы. Такая досрочная регуляция деятельности существенно снижает траты энергии на поддержание параметров гомеостаза по сравнению с безусловными рефлексами, работающими на основе принципов управления по рассогласованию или по возмущению. В организме большинство систем, участвующих в регуляции деятельности внутренних органов и скелетных мышц, последовательно или параллельно используют все три принципа управления [1, 6, 21, 26].

2.3. Саморегуляция организма и функциональные системы

Базисом адаптивных реакций в живом организме являются процессы саморегуляции, которые осуществляются в соответствии с принципами отрицательной и положительной обратной связи. Сутью обратной связи является либо обратное влияние итогов определенного процесса на динамику его протекания, либо воздействие на управляющий орган самого управляемого им процесса. Обратные связи представляют собой связи на выходах живых систем. Они детектируют уже сформировавшиеся в состояниях живых систем флюктуации и базирующиеся на них механизмы регуляции широко представлены и функционируют по принципу «рассогласования». Иными словами, их деятельность инициируется тогда, когда в состоянии живой системы уже произошли отклонения от определенной заданной величины, т.е. возникло рассогласование между эталоном и фактическим результатом.

Принцип отрицательной обратной связи заключается в том, что механизмы регуляции инициируются сдвигами в состоянии или функционировании организма, что приводит к развитию процессов, устраняющих указанные сдвиги.

Реализация принципа положительной обратной связи соответствует ситуации, когда процесс, возникнув, усиливается и поддерживает сам себя. Иными словами, изменения выходных сигналов живой системы обусловливают такие изменения входных сигналов, которые способствуют дальнейшим отклонениям выходных сигналов от исходных значений.