Основы медицинской гомеостатики

Важнейшим понятием гомеостатики является ГОМЕОСТАТ, который служит механизмом поддержания динамического постоянства функционирования системы в заданных пределах. Гомеостат - это базисное функциональное понятие механизма переработки информации. Он реализуется на различных материальных носителях.

В живых организмах гомеостат в отличие от вещественной единицы жизни - клетки выступает как ИНФОРМАЦИОННАЯ ЕДИНИЦА ЖИЗНИ.

ГОМЕОСТАТ (Homeostat) - структура управления материальными объектами, содержащая прямые, обратные и перекрестные связи, обеспечивающая в процессе своей работы поддержание гомеостаза, т.е. динамического постоянства жизненно важных функций и параметров системы.

Гомеостатическая система - система, состоящая из управляемой части и управляющей, когда последняя представляет собой гомеостат.

Модель гомеостата и ее свойства

Если рассмотреть весьма упрощенную блок-схему гомеостата (смотри рис.1а), то она выглядит следующим образом - это двухканальный симметричный гомеостат с тремя контурами управления: основной, осуществляющий непосредственное управление; дополнительной адаптации; защитный. Информационные сигналы поступают на регулятор-руководитель и разделяется им на два симметричных потока, которые направляются через регуляторы-исполнители, находящиеся между собой в конкурентных отношениях, т.е. имеют разные знаки на выходе. Практически это выражается в том, что рабочие точки симметричных регуляторов предварительно разводятся относительно нулевой точки, что создает как бы противоречие между каналами, которое является "горячим резервом" гомеостата. Управление этим резервом, также как и коррекция задания регуляторам, производится регулятором-руководителем. Причем делается это очень "мудро": во всех режимах поддерживается гомеостаз и не допускается чтобы конкуренция между регуляторами-исполнителями перешла в конфликт, т.е. чтобы один из них начал подавлять другой. "Горячий резерв "вводится только для компенсации больших неожиданных возмущений. Задания между рабочими регуляторами перераспределяется, если функция одного из них начинает снижаться. Подобный механизм действует вплоть до полного отключения одного их них.

Различные возмущения, действующие на саму систему управления, могут нарушать работу всего управления и привести к полной дезорганизации функционирование объекта. Рис. 1. Блок-схема модели основного контура гомеостата

а) основной контур; б) выходная характеристика при конкурентных отношениях; в) выходная характеристика при союзнических отношениях.

Обозначения: Р3 - регулятор-руководитель; Р1,Р2 регуляторы-исполнители, находящиеся в конкурентных отношениях; R1, R2, R3 - три уровня отношений: R1 - между исполнителями и управляемым объектом, R2 - между исполнителями, R3 - между исполнителями и руководителем; О - объект регулирования; u1, u2 - управляющие сигналы с противоположно направленными знаками; y1, y2 - обратная связь от объекта регулирования на регуляторы-исполнители; y3 - обратная связь на регулятор-руководитель и выход сигнала на внешние структуры; Xs - входной сигнал; Ys - выходной параметр.

В технике существует три основных способа защиты системы управления от действия на нее помехи: создание специальных экранов, использование различных фильтров и самокомпенсация, т.е. управление; дополнительной адаптации; защитный. Информационные сигналы поступают на регулятор-руководитель и разделяются им на два симметричных потока, которые направляются через регуляторы-исполнители, находящиеся между собой в конкурентных отношениях, т.е. имеют разные знаки на выходе. Практически это выражается в том, что рабочие точки симметричных регуляторов предварительно разводятся относительно нулевой точки, что создает как бы противоречие между каналами, которое является "горячим резервом" гомеостата. Управление этим резервом, также как и коррекция задания регуляторам, производится регулятором-руководителем. Подавление помехи внутри самого управления посредством тех или иных информационных преобразований. Первые два способа защиты от помехи являются пассивными, а последний активным.

Гомеостат живого организма не содержит в своем составе (по крайней мере для электромагнитных возмущений) явно выраженных экранов или фильтров, поэтому можно полагать, что основным способом защиты гомеостата от проникающей помехи является способ самокомпенсации. Вероятно, именно этот фактор в значительной степени повлиял на отбор природой такой структуры гомеостата. Сильная помеха оказывает двоякое действие на систему управления живого организма: для верхних уровней она служит основной информацией для запуска соответствующих адаптационных механизмов, а для нижних выполняет роль вредных воздействий, которые, если их не скомпенсировать, могут нарушить поддержание различных гомеостазов.