Принципы управления в живых системах роль информации пути передачи информации конспект
Обновлено: 07.07.2024
2. Принципы автоматической регуляции в живых системах.
3. Информация. Информационные потоки в живых системах.
Биологическая кибернетика – является составной частью биофизики сложных систем. Изучая организм в целом, а также функционирование органов и физиологических систем, кибернетика позволяет изучить особенности управления и саморегуляции биологических объектов в норме и при патологии.
Кибернетическая система. Ее свойства.
Кибернетика – наука об общих закономерностях процессов управления и связи в организованных системах (машины, живые организмы).
Кибернетическая система – упорядоченная совокупность взаимодействующих объектов, объединенных выполнением определенной функции и способных обмениваться информацией. Кибернетическая система – абстрагированное понятие, которое не отражает всех физических, технических или физиологических особенностей объекта. Человек рассматривается без анатомических подробностей, а только как взаимосвязь и управление его отдельных органов.
Рассматриваемые кибернетикой характеристики системы делятся на входные параметры, которые учитывают воздействие внешней среды на систему, и выходные, которые характеризуют воздействие системы на внешнюю среду.
Кибернетические системы являются сложными системами и состоят из подсистем, между которыми есть связь. Подсистемы могут состоять из более простых систем. По уровням организации живого организма - биофизика состоит из молекулярной, клеточной, органной и сложных систем.
Кибернетика изучает динамические системы, в которых протекают сложные процессы, состояние которых меняется под влиянием внешних воздействий. Человек, кибернетическая система – это совокупность протекающих в нем процессов, которые меняются во времени. Чтобы охарактеризовать состояние организма человека необходимо знать анамнез (медицинская биография больного при расспросе), а также учитывать его условия жизни, работы.
Принцип автоматической регуляции в живых системах.
Управление (регулирование) – процесс изменения состояния или режима функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей. Система содержит управляющую и исполнительную системы. По прямой связи управляющая часть посылает в соответствии с заданием в исполнительную часть команды. По линии обратной связи в управляющую часть поступают сведения из исполнительной части о выполнении команд.
Головной мозг (управляющая часть) посылает команды органам движения по каналу прямой связи (двигательные нервы), а по каналам обратной (по чувствительным нервам) в головной мозг поступают сведения о выполнении команды.
Биологические объекты относятся к саморегулируемым системам,
которые обладают способностью поддерживать свое состояние и функционирование на определенном уровне при различных внешних воздействиях.
В автоматическом регулировании выделяют два основных способа регулирования:
- регулирование по возмущению - устранение результатов непредвиденного внешнего воздействия на систему с целью сохранения заданного режима функционирования. Для осуществления такого регулирования система должна хранить в своей памяти информацию о возможных последствиях возмущения.
Примером регулирования по возмущению является система терморегуляции организма. Информация об изменении температуры окружающей среды поступает от кожных терморецепторов в центр терморегуляции головного мозга, из которого поступают команды в аппарат теплопродукции (мышцы, почки) и в аппарат тепловыделения (кожа, сосуды, потовые железы, легкие). При повышении температуры окружающей среды с целью защиты организма от перегревания — происходит уменьшение теплообразования и усиление процессов теплоотдачи. Теплоотдача происходит – за счет расширения периферических сосудов, количество циркулирующей в них крови увеличивается и происходит отдача тепла посредством теплоизлучения, а также за счет усиления потоотделения, испарения воды с поверхности кожи, некоторая часть воды испаряется легкими в виде паров.
- регулирование по отклонению – управляющая часть вырабатывает команды, которые вызывают изменения в системе, которые компенсируют отклонения от заданного режима функционирования в системе.
По каналу обратной связи передаются сведения о режиме функционирования системы в аппарат сравнения, в котором они сравниваются с заданными параметрами, если происходят отклонения от задания – управляющая часть вырабатывает команды, которые устраняют отклонения.
Необходимым условием процесса саморегуляции являются обратные связи, с помощью которых передается информация о результате функционирования системы в управляющую часть.
Обратные связи бывают:
- положительные, которые приводят в выработке команд, ведущих к увеличению отклонения системы от первоначального состояния.
- отрицательные вызывают команды, которые стремятся уменьшить отклонение в системе.
Регулирование по отклонению осуществляется с использованием отрицательных обратных связей.
Биологические системы обладают способностью менять задание, программу, которая определяет результат их функционирования для улучшения результата или для приспособления к изменениям условий внешней среды.
Информация. Информационные потоки в живых системах.
Сигнал — физический носитель информации. Сигналом может быть звук, свет, буква, механический удар.
Пропускная способность канала связи — это среднее количество информации, которое может получить объект и определяется она предельной скоростью передачи информации. Каналом связи может быть провод, кровеносные сосуды, нервные волокна.
При передаче информации по каналу связи могут происходит ее искажения за счет помех из внешней среды и нарушений в самой линии. Эффективным способом борьбы с искажениями информации является создание – ее избыточности и передача сигналов по большому числу параллельных каналов. Эти способы используются в организме человека.
Свойства информации:
1. Информация имеет смысл при наличие потребителя. Если принимающий объект отсутствует, то говорить о существовании информации нельзя.
3. Информация может передаваться не только через наше сознание, но
и на подсознательном уровне, и на уровне внутренних процессов в организме.
несет никакой информации для потребителя.
информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события,
Принципы управления в живых системах. Роль информации. Кодирование. Пути передачи информации. Отбор информации. Общие структура управляющих систем. Принципы управления: а) по рассогласованию, б) по возмущению, в) с прогнозированием. Роль обратной связи. Управление параметрами внутренней среды.
В процессе длительной эволюции животного организма создалось относительное постоянство физиологических функций, основное назначение которых состоит в адекватной адаптации к возможным изменениям внешней среды. В основе адаптации находится сложная деятельность регуляторных механизмов.
Физиологической регуляцией является активное управление функциями организма и его поведением, чтобы обеспечить приведение функционального состояния организма в соответствие с изменившимися условиями внешней среды.
Очень важно, чтобы организм обладал необходимым потенциалом адекватно реагировать на меняющиеся условия. Например, при беге организм затрачивает больше энергии, чем при спокойной ходьбе. Чтобы обеспечить дополнительной энергией работающие при беге органы, включаются механизмы мобилизации, которые заставляют сердце сокращаться чаще и сильнее; дыхание быть более глубоким и частым.
В основе регуляторных влияний должна находиться способность, как к усилению, так и к ослаблению функций, обеспечивающая переход от активного состояния к покою.
Рассматривая основные принципы деятельности регуляторных механизмов, И. М. Сеченов (1891г) пришел к выводу, что регуляторы функций в организме могут быть только автоматическими. И. М. Сеченов сравнивал такие регуляторы с предохранительными клапанами в паровом котле. При нарастающем напряжении пара в котле срабатывает клапан для выхода пара. По сути, это пример саморегуляции. В организме саморегуляция физиологических функций широко распространена.
Живой организм представляет собой сложную, иерархическую систему, состоящую из совокупности множества функциональных систем: крови, дыхания, пищеварения, кровообращения, выделения и др. Каждая функциональная система располагает собственными механизмами регуляции. Для организма важно сохранение процессов жизнедеятельности в любых условиях. Например, при любых состояниях организма в тканях должен быть постоянный уровень кислорода, в поддержании которого участвуют системы: крови (кислород связывается гемоглобином в эритроцитах); дыхания (обеспечивает насыщение крови кислородом); кровообращения (транспортирует кислород, проталкивая кровь по сосудам). В подобном случае важны механизмы согласования функций многих систем, такие механизмы управления выполняют роль диспетчеров.
В организме различают три основных вида регуляции:
Местная регуляция обеспечивается в интересах отдельных органов или тканей и проявляется в трех вариантах:
1) По типу нервной регуляции— за счет наличия в органах местных или периферических нервных сплетений или метасимпатической нервной системы. Так, в желудочно-кишечном тракте есть подслизистое и межмышечное сплетения, в которых имеются афферентные, вставочные и эфферентные нейроны, которые являются элементами местных рефлекторных дуг. В сердце так же имеется собственная нервная система. Задача местных рефлекторных дуг – обеспечить согласование деятельности отделов органа. Например, если растягивается какой-либо отдел кишечника, то в ответ усиливается перистальтика в нижерасположенном отделе кишечника и тормозится — в вышерасположенном отделе.
2) По типу гуморальной регуляции– за счет тканевых биологически активных веществ или метаболитов. Например, в скелетных мышцах во время активной деятельности накапливаются продукты метаболизма – молочная кислота, адинозиндифасфат, ионы калия, они оказывают на сосуды расширяющее действие. В результате приток крови к работающим мышцам увеличивается и приводится в соответствие уровень активности мышц и их метаболизм, т. е. обеспеченность кислородом и глюкозой.
3) Регуляция за счет использования физических или физиологических свойств тканей.Например, гладкие мышцы кровеносных сосудов в ответ на растяжение увеличивают свой тонус, препятствуя, таким образом перерастяжению. В сердечной мышце выявлен закон сердца: чем сильнее растянута мышца сердца, тем больше сила ее сокращения. А на практике это означает, чем больше крови поступает в полости сердца, тем с большей силой будет сокращаться сердечная мышца, обеспечивая выталкивание большего объема крови.
Гуморальная регуляция. Регуляция деятельности органов может осуществляться с участием гормонов (вазопрессина, адреналина и др.) или биологически активных веществ (гистамина, серотонина и др.).
Гормоны и биологически активные вещества выделяются секреторными клетками в кровь. Они действуют на ткани-мишени, т. е. там, где имеются специфические для этих веществ рецепторы. Например, при стрессе из надпочечников в кровь поступает адреналин, который стимулирует работу сердца.
Нервная регуляция. Это регуляция процессов жизнедеятельности с участием определенных структур центральной нервной системы. В основе этого типа регуляции лежит деятельность: соматической нервной системы, управляющей состоянием скелетных мышц; и вегетативной нервной системы, управляющей состоянием внутренних органов.
Известно, что для поддержания жизнедеятельности, организм нуждается не только в энергии и пластических веществах, но и в информации. Эти три потребности – условия жизни.
Любой тип регуляции в организме строится на основе информации. В живой природе произошло специальное выделение информационных функций, которые в процессе взаимодействия с окружающей средой оценивают основные ее свойства и атрибуты. Этой функцией наделены сенсорные системы организма.
Информационные процессы лежат в основе всей приспособительной деятельности организма и определяют его поведение. Живой организм не в состоянии выжить в условиях информационного вакуума. Для него важно постоянно иметь информацию не только в какой среде он находится, но и что происходит в самом организме, – в каком состоянии находятся функции органов и показатели внутренней среды.
Эволюционный процесс живого организма прежде всего связан с совершенствованием структур, ответственных за поступление информации, ее хранение, преобразование и использование. Именно по этому пути шло развитие генетических структур нервных клеток, средств общения и средств передачи информации. Человек достиг в этом отношении высочайшего уровня, особенно в связи с развитием речи.
Живая клетка использует информацию, записанную в генетическом коде. Внутри клетки информация передается молекулами и ионами. Между тканями и органами взаимодействие уже достигается гуморальными или нервными путями.
Гуморальный путь – это передача информации молекулами гормонов, медиаторами и биологически активными веществами, которые с током жидкостей организма: крови, лимфы, межклеточной жидкости разносятся по организму. Такой путь передачи информации медленный.
По нервам информация передаются с большей скоростью в виде электрического сигнала – потенциалов действия. В данном случае информация о качестве раздражителя кодируется. Один из распространенных в организме принципов кодирования и передачи информации о силе раздражающего стимула является частотное кодирование, то есть, чем интенсивнее раздражитель действует на рецепторы, тем с большей частотой возникают и передаются далее потенциалы действия.
Органы чувств одновременно принимают огромный объем разнообразной информации. В нервной системе существуют механизмы отбора значимой и отсеивания малозначимой информации. Отбор информации начинается уже на уровне рецепторов и продолжается на всех последующих уровнях центральной нервной системы за счет вытормаживания той части афферентной импульсации, которая в данный момент оценивается как несущественная. Контроль и оценка почти всех афферентных потоков осуществляется ретикулярной формацией, которая использует для этого механизмы торможения.
Кора больших полушарий вместе с таламическими ядрами также обеспечивает отбор наиболее важной информации.
Общая структура управляющих систем организма.
Общие принципы управление в сложных системах описаны кибернетикой, а процессы управления в живых системах изучает биологическая кибернетика.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Преподаватель дисциплины
Мацаевой О.В.
Тип занятия: Л екционное занятие с элементами индивидуальной работы студентов и практической работой.
I. Цели занятия
Познакомить с молекулярными основами передачи и реализации наследственной информации и роли нуклеиновых кислот и белков в этих процессах.
Продемонстрировать успехи современной науки в решении вопросов, связанных с кодированием наследственной информации и пути использования этих знаний в решении прикладных задач (формирование естественнонаучной картины мира).
Формировать навыки решения биологических задач, имеющих математическую или логическую основу (перекодировка из одной знаковой системы в другую, расчетные задачи).
Основная воспитательная идея
Единство способов познания и описания мира (естественных и гуманитарных наук, искусства) в формировании целостной картины мира.
Образовательные:
Актуализировать знания о белках и нуклеиновых кислотах как биополимерах, роли клеточных органелл в процессах хранения, передачи и реализации наследственной информации.
Сформировать представления о принципах кодирования наследственной информации.
Воспитательные:
Развитие познавательного интереса при привлечении информации (и способов ее усвоения и применения) из разных областей интеллектуальной деятельности.
Развивающие:
Развивать навыки работы с разными видами информации и способами ее предъявления.
Продолжить работу над применением навыков решения математических и логических задач применительно к молекулярной биологии (расчеты по длине и молекулярной массе биополимеров, работа с таблицей генетического кода, задачи на использование принципа комплементарности).
Учебное оборудование
Структура занятия:
Краткий план занятия :
Занятие рассчитано на два академических часа в кабинете Естествознание с одним компьютером и мультимедийным проектором).
Организационный момент - 5 минут ;
Актуализация знаний о белках и нуклеиновых кислотах, клеточных органоидах, связанных с процессами хранения наследственной информации и процессами биосинтеза. Повторение теоретического материала, работа с интерактивными моделями– 10 минут ;
Изучение нового материала (как преобразуется информация в живых тканях, изучение принципов работы с таблицей генетического кода) - 23 минут ;
Работа с таблицей генетического кода (решение задач с демонстрацией примеров решения – 7 минут;
Закрепление знаний по изученной теме – оформление и выполнение практической работы № 3- 30 минут ;
Рефлексия – ответы на контрольные вопросы – 5 минут.
Домашнее задание и подведение итогов – 5 минут.
Подробный конспект занятия.
Организационный момент . Пояснение цели урока, его места в изучаемой теме, особенностей проведения.
Актуализация знаний о белках и нуклеиновых кислотах, клеточных органоидах, связанных с процессами хранения наследственной информации и процессами биосинтеза.
Вопросы для обсуждения:
1. Что такое белок и почему он является биополимером?
2. Что является мономером белка?
3. В чём особенность строения аминокислот?
4. Какова структура белка?
5. Что такое денатурация?
6. Какие функции белок выполняет в клетке?
7. В чём особенность строения нуклеиновых кислот как биополимерных молекул?
8. Что является мономером нуклеиновых кислот?
9. В чём отличие строения нуклеиновых кислот РНК и ДНК?
В ходе актуализации знаний в форме беседы важно вспомнить особенности состава белков и нуклеиновых кислот как биополимеров, входящих в их состав мономеров; для нуклеиновых кислот – подчеркнуть важность принципа комплементарности (работа с интерактивной моделью .) При актуализации знаний о роли клеточных органоидов - работа с интерактивными моделями . (Строение хромосомы)
Изучение нового материала . (как преобразуется информация в живых тканях, изучение принципов работы с таблицей генетического кода)
В процессе лекции студенты получают ответы на следующие вопросы:
Что представляет собой генетический код?
Как информация о белке считывается с ДНК?
Как эта информация транслируется в виде последовательности аминокислот в белке?
Лекционный материал
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЖИВЫХ СИСТЕМАХ. Вы уже рассмотрели много примеров того, как состав химических соединений отражается на их свойствах. Взаимозависимость состава и свойств в биологических системах значительно сложнее. Речь идет о кодировании в структуре участка молекулы ДНК сведений о совершенно другом веществе — белке, который обладает своими собственными свойствами, определяемыми его структурой, и выполняет определенную функцию. Собственно, механизм такого преобразования информации, заключенной в структуре ДНК, в структуру и свойства белка и является фундаментальным свойством живого, определившим появление в природе такого феномена, как жизнь.
Важнейшими характеристиками генетического кода, помимо его триплетности, являются следующие:
код однозначен: каждый триплет шифрует только одну аминокислоту;
код вырожден, т. е. почти каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (от двух до шести);
код универсален, он един для всех живых существ на Земле.
ТРАНСКРИПЦИЯ. Участки ДНК, кодирующие последовательность аминокислот в молекуле белка, получили название структурных генов. Началом реализации записанной на них информации служит создание РНК-копии структурного гена — транскрипция (переписывание)
Важная роль в процессе транскрипции принадлежит ферменту РНК-полимеразе. Он распознает начало структурного гена, присоединяется к нему и тем самым провоцирует раскручивание витка спирали ДНК. При этом обнажается участок одноцепочечной ДНК, который должен послужить матрицей для создания на нем РНК-копии. Процесс этот протекает в строгом соответствии с принципом комплементарности и сходен с образованием новой цепи ДНК в ходе репликации . РНК-полимераза перемещается по матричной цепи ДНК и постепенно наращивает комплементарную ей цепь РНК. Фермент продолжает присоединять нуклеотиды к растущей цепи РНК, пока не дойдет до конца гена. Достигнув этой точки, РНК-полимераза сходит с цепи ДНК, а затем от нее отсоединяется и образовавшаяся РНК-копия, называемая информационной или матричной (мРНК). Вслед за этим цепочки ДНК расплетенного участка соединяются вновь и восстанавливают форму двойной спирали. Транскрипция завершена, мРНК поступает через ядерные поры в цитоплазму.
ТРАНСЛЯЦИЯ. В ходе трансляции записанная на мРНК в виде последовательности нуклеотидных оснований информация преобразуется в последовательность аминокислот. Процесс этот протекает на рибосомах, и для его успешной реализации необходим еще один тип РНК — короткие транспортные РНК (тРНК). Каждая молекула тРНК имеет определенную пространственную конфигурацию, несколько напоминающую листок клевера
Молекула тРНК
Сама рибосома представляет собой сложную биохимическую систему, предназначенную для синтеза белка в соответствии с инструкциями, записанными в структуре мРНК. Сначала рибосома связывается с мРНК, а вслед за этим к комплексу мРНК-рибосома присоединяется несущая аминокислоту тРНК, антикодон которой комплементарен первому кодону мРНК (рис. 60, а). Затем рядом с первой гРНК присоединяется вторая с антикодоном, комплементарным второму кодону мРНК, и т. д. Специальный фермент связывает между собой две аминокислоты, доставленные этими двумя тРНК, которые пока еще остаются присоединенными к комплексу. После этого первая тРНК покидает рибосому, чтобы присоединить новую молекулу соответствующей ей аминокислоты. Тем временем рибосома продвигается вдоль мРНК и вторая тРНК с присоединенной к ней аминокислотой занимает место первой. Все это повторяется многократно до тех пор, пока рибосома не дойдет до стоп-кодона на мРНК, которым заканчивается любой структурный ген. Достигнув его, рибосома и вновь синтезированный белок отсоединяются от мРНК и переходят в цитоплазму клетки.
Биосинтез белка (а) и схема строения полисомы (б)
К одной молекуле мРНК прикрепляется обычно много рибосом, которые, продвигаясь вдоль нее, транслируют кодон за кодоном новые молекулы белка .
Такая структура получила название полисома. Рибосомы работают очень эффективно: за 1 с в организме человека синтезируется 5х10 14 молекул гемоглобина — белка с уникальной последовательностью из 574 аминокислот.
Процесс биосинтеза белка — один из самых энергоемких в реакциях пластического обмена клетки. На образование одной пептидной связи в синтезируемом белке расходуется четыре молекулы АТФ — две при присоединении аминокислоты к тРНК и две непосредственно на рибосоме.
Передача генетической информации идет по цепочке ДНК — мРНК — белок. Этот процесс проходит при участии многих ферментов и требует затрат энергии, поставляемой АТФ. Генетический код: триплетен, поскольку каждая аминокислота кодируется определенным сочетанием из трех нуклеотидов, называемым кодоном, однозначен, вырожден и универсален. В ходе транскрипции происходит матричный синтез мРНК с участка ДНК — структурного гена, несущего информацию о белке. Синтез белка в соответствии с записанной на зрелой мРНК информацией (трансляция) проходит на рибосомах, куда молекулами тРНК доставляются аминокислоты. Правильность трансляции обеспечивается тем, что молекула тРНК, обладающая определенным антикодоном, может связываться только с определенной аминокислотой. Кодоны мРНК последовательно распознаются антикодонами тРНК, а связанные с этими тРНК аминокислоты соединяются друг с другом, формируя белок.
Работа с таблицей генетического кода .
Решение нескольких типов задач с демонстрацией примеров решения на доске.
Задача: На цепи ДНК с последовательностью оснований АГТЦТГТАЦ образована иРНК. Какая последовательность оснований будет в этой иРНК?
Решение: нужно по таблице генетического кода определить последовательность аминокислот, которая кодируется данной последовательностью нуклеотидов (считать, что это последовательность смысловой нити).
Задача : Большая из двух цепей белка инсулина имеет (так называемая цепь В) начинается со следующих аминокислот : фенилаланин-валин-аспарагин-глутаминовая кислота-гистидин-лейцин. Напишите последовательность нуклеотидов в начале участка молекулы ДНК, хранящего информацию об этом белке.
Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): т.к. одну аминокислоту могут кодировать несколько триплетов, точную структуру и-РНК и участка ДНК определить невозможно, структура может варьировать. Используя принцип комплементарности и таблицу генетического кода получаем один из вариантов:
Закрепление знаний по изученной теме.
Выполнение практической работы № 3 и оформление её в тетради.
Что такое генетический код?
Как устроены тРНК?
Как происходит синтез белка на рибосоме?
К чему приводит преобразование генетической информации?
Почему носителями генетической информации являются именно нуклеиновые кислоты?
7. Домашнее задание : глава 1, п 11.4. стр.267-270
По учебнику: Саенко О.Е., Трушина Т.П., Арутюнян О.В. Естествознание: учебное пособие - М: Юрайт, 2016 -363 с Гл
Метод острого эксперимента, изолированных органов и тканей. Проводят обычно на наркотизированном животном, у которого выполняется операция, вводятся канюли в сосуды, выделяется нерв или исследуемый орган и выполняются различные воздействия. При этом выясняют, как действует раздражение конкретного нерва или вещества на функцию органа или системы.
Синтетические методы исследования.
Метод хронического эксперимента.
И.П. Павлов предложил способ, позволяющий изучать деятельность какого-либо органа, не нарушая целость организма. На наркотизированном животном в условиях стерильности проводят операцию, позволяющую получить доступ к тому или иному внутреннему органу, вживляют в него электрод, фистульную трубку или выводят наружу и подшивают к коже проток железы. Сам опыт ставят много дней спустя, когда рана зажила, животное выздоровело и по характеру течения физиологических процессов практически ничем не отличается от нормального, здорового.
Способы оценки и регистрации физиологических функций. Методы раздражения.
Наблюдение как метод физиологического исследования позволяет установить лишь качественную сторону явлений и лишает возможности исследовать их количественно.
Графическая регистрация физиологических процессов позволяет осуществить объективную запись изучаемого процесса, сводящую к минимуму возможность субъективных ошибок.
Метод графической регистрации дает возможность записывать одновременно (синхронно) не один, а несколько физиологических процессов для изучения связи между ними.
Исследования биоэлектрических явлений.
Объективная графическая регистрация биоэлектрических потенциалов послужила основой важнейшего раздела - электрофизиологии. Это позволило проводить оценку функционального состояния органов и систем.
Методы электрического раздражения органов и тканей.
Управление в живых организмах.
Это совокупность процессов, обеспечивающих необходимые режимы функционирования, достижение определенных целей или полезных для организма приспособительных результатов. Управление возможно при наличии взаимосвязи органов и систем. Процессы регуляции охватывают все уровни организации: субклеточный, клеточный, органный, системный, организменный, надорганизменный (популяционный, экосистемный, биосферный).
Физиологическая кибернетика изучает процессы управления в живых организмах.
Управление осуществляется с использованием трех основных принципов:
1) по рассогласованию (отклонение);
2) по возмущению;
3) по прогнозированию.
Управление по рассогласованию предусматривает наличие механизмов, способных определить разность между задаваемым и фактическим значением регулируемой величины или функции. Эта разность используется для выработки регулирующего воздействия на объект регуляции, которое уменьшает величину отклонения.
Управление по возмущению предусматривает использование самого возмущения для выработки компенсирующего воздействия, в результате которого регулируемый показатель возвращается к исходному состоянию.
Способы управления в живом организме предусматривают запуск (инициацию), коррекцию и координацию физиологических процессов.
Запуск представляет собой процесс управления, вызывающий переход функции органа из состояния относительного покоя к деятельному состоянию или от активной деятельности к состоянию покоя.
Коррекция позволяет управлять деятельностью органа, осуществляющего физиологическую функцию в автоматическом режиме или инициированную поступлением управляющих сигналов.
Координация предусматривает согласование работы нескольких органов или систем одновременно для получения полезного приспособительного результата.
Механизмы управления делятся на гуморальный и нервный. Гуморальный механизм предусматривает изменение физиологической активности органов и систем под влиянием химических веществ, доставляемых через жидкие среды организма.
Для гуморального механизма управления характерны относительно медленное распространение и диффузный характер управляющих воздействий.
Нейрогуморальный механизм управления - комбинированная форма, в которой одновременно используются гуморальный и нервный компоненты.
Средства управления.
Управление физиологическими функциями осуществляется посредством передачи информации. Она передается по афферентным (чувствительным) каналам связи. Информация, передаваемая по эфферентным (исполнительным) каналам связи, содержит информацию о том, какие функции и в каком направлении следует изменять.
Гуморальный механизм в качестве средств управления и передачи информации использует химические вещества - продукты обмена веществ.
Формы управления.
Гуморальный и нервный механизмы предусматривают использование нескольких форм управления. Аутокринная, паракринная и телекринная формы характерны для более древнего механизма.
Аутокринная форма управления предполагает изменение функции клетки химическими субстратами, выделяемыми в межклеточную среду самой клеткой.
Паракринная форма управления основана на выделении клетками химических средств управления в межтканевую жидкость. Химические субстраты, распространяясь по межтканевым пространствам, управляют функцией клеток, расположенных на некотором удалении от источника управляющих воздействий.
Телекринная форма управления реализуется при выделении биологически активных веществ в кровь. С током крови эти вещества достигают всех органов и тканей.
В основе нервного механизма управления лежит рефлекс - ответная реакция организма на изменения внутренней и внешней среды, осуществляемая при участии ЦНС.
Местные рефлексы осуществляются через ганглии автономной нервной системы, которые рассматривают как нервные центры, вынесенные на периферию.
Центральные рефлексы протекают с обязательным вовлечением различных уровней ЦНС (от спинного мозга до коры большого мозга).
Условные рефлексы вырабатываются в процессе развития и повседневной жизнедеятельности и служат основой для реализации управления по принципу прогнозирования.
Читайте также: