close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Системный анализ и принятие решений

код для вставкиСкачать
Системный анализ и принятие решений
Лекция 11
Биологический организм с
позиции системного анализа.
Коробов Александр Сергеевич
710-4271
sa_k310@mail.ru
1
Определение организма, как
биологической системы
• Наиболее распространенной точкой зрения на
биологический организм является представление о
нем, как о биохимической машине с кибернетическим
управлением
• Организм представляет собой сложно
организованную и непрерывно изменяющуюся
систему, характеризующуюся множеством своих
специфических особенностей
• Совокупность этих особенностей характеризуется
понятием здоровье, под которым понимают
гармоническое единство всевозможных процессов,
проявляющееся в относительно устойчивой
жизнедеятельности органов и систем организма.
2
Понятие здоровье организма
•
Социальная ценность здоровья характеризуется
состоянием физиологического и социального
благополучия, при котором не только отсутствуют
какие-либо заболевания на конкретный момент
времени, но и обеспечена возможность
осуществления социальных функций
Состояние здоровья определяется:
•
–
–
–
эффективностью процесса сохранения и развития
физических, биологических и психических функций;
оптимальной работоспособностью;
социальной активностью, при максимальной
продолжительности активной жизни.
3
Состав организма
•
•
•
•
Организм состоит из клеток - элементарных частиц
живого, помещенных в определенную среду.
Ассоциации клеток образуют биологические ткани мышечную, соединительную, нервную и т.д.,
которые входят в состав различных органов.
Органы - морфологические образования,
представляющие собой совокупность нескольких
видов биологических тканей, которые при своей
жизнедеятельности выполняют определенные
функции.
Органные системы - группы органов, действующие
согласованно или (и) взаимосвязанные
анатомически.
4
Состав организма (продолжение)
•
•
Органы, связанные функционально, т.е. объединенные для
выполнения (достижения) некоторых функций, образуют
функциональные системы.
Функциональные системы тесно взаимодействуют в составе
единого органического целого. Однако для удобства изучения
выделяют ряд функциональных систем, выполняющих
специфические функции жизнеобеспечения:
–
–
–
–
–
–
–
–
нервную,
эндокринную;
скелетно-мышечную;
сердечно-сосудистую;
дыхательную;
пищеварительную;
выделительную;
репродуктивную.
5
Управление подсистемами
организма
• Все функциональные системы управляются с помощью
разнообразных подсистем управления, благодаря работе
которых обеспечивается выживание в условиях изменяющейся
внешней среды.
• Принято считать, что они имеют иерархическую организацию.
• Руководящая роль отводится центральной нервной системе,
которая состоит из головного и спинного мозга.
• Основной механизм нервной деятельности - прием сигналов из
внутренней и внешней сред, их преобразование и передача
информации в нервные центры головного мозга. В нем они
анализируются, и вырабатывается управляющее воздействие,
под влиянием которого "исполнительные" органы создают
ответную реакцию.
6
Управление внутри подсистем
организма
• Органы и подсистемы управления организма решают
отдельные частные задачи регулирования, в
соответствии со своей сложно организованной
внутренней структурой.
• Каждый орган представляет собой совокупность
клеток или их групп, имеющих между собой
многочисленные разнообразные связи.
• В свою очередь, каждая клетка сама по себе есть
сложная система, в которой можно выделить
большое количество разных более или менее
автономных подсистем управления.
7
Показатели функционального
уровня организма
•
Любой организм характеризуется совокупностью показателей, с помощью
которых оцениваются физико-химические свойства внутренней среды:
–
–
–
•
а также своими физическими характеристиками
–
–
–
–
–
–
•
•
концентрации различных веществ
рН
рO2 и т.д,
ударный объем сердца
частота сердечных сокращений
артериальное давление
скорость кровотока
сопротивление периферических сосудов
частота и минутный объем дыхания и т.д.
Совокупность этих показателей характеризует функциональный уровень
организма, который поддерживается в результате действий функциональных
систем.
В состав функциональных систем обычно входят объединения управляющих и
исполнительных узлов - нервных центров, рабочих органов, систем связей,
ответственных за выполнение определенной функции
8
Состояние равновесия в
организме
•
•
•
•
•
При изменившихся внешних условиях существенные показатели организма
количественно изменяются. При этом подсистемы регулирования стремятся
обеспечить новые квазиоптимальные условия жизнедеятельности. Если
внешние условия возвращаются к исходным, показатели организма снова
изменятся. Но они, как правило, будут отличаться от первоначальных.
Это обусловлено тем, что оптимизация каких-либо процессов легко решается на
уровне, когда имеется один критерий оптимизации (скалярная оптимизация).
Если критериев много (векторная оптимизация), то получить однозначные
результаты тяжело даже в простейших технических системах, работа которых
характеризуется двумя-тремя критериями. В системе такой сложности, какой
является биологический организм, это невозможно даже теоретически.
Из сказанного следует вывод о том, что равновесное состояние организма
может существовать при разных значениях существенных показателей
Установлено наличие определенной связи между существенными показателями
организма. Это свидетельствует о том, что каждый показатель прямо или
косвенно является входным сигналом для других систем организма
9
Работа организма в состоянии
физического покоя
• Каждая подсистема организма работает по
принципу наименьшего взаимодействия, т.е.
функционирует так, чтобы взаимодействие с
другими подсистемами и с внешней средой
было бы минимально.
• При этом обеспечивается наиболее
экономичный (с энергетической точки зрения)
режим работы.
• Незначительные изменения, возникающие
внутри той или иной из подсистем, не
оказывают заметного влияния на другие
подсистемы.
10
Работа организма при сильных
внешних воздействиях
• На организм принцип наименьшего взаимодействия
нарушается.
• Возникают эффекты непосредственного воздействия одних
подсистем на другие - эффекты иерархических влияний,
доминирования и конкурентных отношений.
• Попадая в экстремальные условия, организм стремится
поддержать постоянство наиболее важных показателей, в
ущерб менее ответственным, производит их изменение в
сторону, обеспечивающую восстановление исходного состояния
организма.
• Разделение существенных показателей по важности
свидетельствует о доминировании одних систем регуляции над
другими и определяется их значимостью для выживания
организма в целом .
11
Моторные синергии
• Физиологи отмечают наличие у организма моторных синергии.
• Под этим термином понимается четкая согласованность
движений частей тела при решении моторных задач, например,
дыхательная синергия, согласованное движение рук и ног при
ходьбе, плавании.
• Одни синергии относятся к числу врожденных. Другие
вырабатываются в процессе обучения.
• Группировка параметров системы, имеющей много степеней
свободы, в специализированные блоки (ансамбли) является
одним из общих и эффективных методов управления такими
системами. Это приводит к уменьшению числа независимых
параметров и делает управление более экономичным
12
Способность организма к
преднастройке
• Для организма присуща способность к
преднастройке и к прогнозированию ситуации.
• Благодаря этому ему удается решать сложные
задачи в ограниченное время при малой скорости
биологических процессов.
• При организации управления в живых системах
существенную роль, по-видимому, играет
способность организма к обучению (обучаемость).
• Она выражается в выработке условных рефлексов на
раздражители и в формировании различных умений
и приемов выполнения задач
13
Гомеостаз (гомеостазис)
•
•
•
•
•
•
От греч. hómoios — подобный, одинаковый stásis - состояние, неподвижность
В физиологии, относительное динамическое постоянство состава и свойств
внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций
организма человека, животных и растений.
Термин гомеостаз предложен американским физиологом У. Кенноном в 1929.
Однако представление о постоянстве внутренней среды было сформулировано
ещё в 1878 французским учёным К. Бернаром. Г. - результат сложных
координационных и регуляторных взаимоотношений, осуществляемых как в
целостном организме, так и на органном, клеточном и молекулярном уровнях.
Благодаря приспособительным (адаптационным) механизмам физические и
химические параметры, определяющие жизнедеятельность организма,
меняются в сравнительно узких пределах, несмотря на значительные
изменения внешних условий.
Понятие гомеостаз применимо также к сообществам организмов, например
гомеостазом называется сохранение постоянства видового состава и числа
особей в биоценозах.
Генетический гомеостаз - способность популяции поддерживать динамическое
равновесие генетического состава, что обеспечивает её максимальную
жизнеспособность.
14
Гомеостаз
высокоорганизованных животных
• У высокоорганизованных животных гомеостаз
отличается наибольшим совершенством.
• У человека, млекопитающих, птиц гомеостаз
включает поддержание постоянства
концентрации водородных ионов (pH) и
состава крови, осмотического давления
(изоосмия), температуры тела (изотермия),
кровяного давления и многих других функций.
• Гомеостаз обеспечивается нейрогуморальными, гормональными, барьерными
и выделительными механизмами.
15
Примеры регуляционных
механизмов
• Выравнивание артериального давления осуществляется
регуляторными механизмами, вступающими в действие по
принципу цепных реакций с обратными связями
• Изменение давления крови воспринимается барорецепторами
сосудов, сигнал о нём передаётся в сосудистые центры,
изменение состояния которых ведёт к изменению тонуса
сосудов и сердечной деятельности; одновременно
раздражаются и хеморецепторы сосудов, включающие систему
нейро-гуморальной регуляции, и кровяное давление
возвращается к норме
• Гомеостаз у растений - сохранение постоянства оводнённости
листьев путём открывания и закрывания устьиц.
16
Подходы к описанию комплекса
систем регулирования
• С точки зрения концепции гомеостаза организм может
находиться в равновесии только тогда, когда каждая из
подсистем, входящих в его состав, находится в равновесном
состоянии. При этом величины выходных сигналов каждой из
подсистем определяются величинами выходных сигналов всех
остальных. Следовательно, обнаруженное отклонение от норм
одного из показателей не всегда свидетельствует о нарушении в
той системе, которая им управляет
• Существует, и получила определенное признание концепция,
объясняющая постоянство показателей, на основе
представления о совокупности подсистем организма в виде
системы нелинейных колебательных структур (осцилляторов)
различной природы.
• В обеих концепциях предполагается, что формирование
установок для работы отдельных физиологических систем к их
изменение являются результатом деятельности всех подсистем
организма
17
Механизмы регуляции
• Любая подсистема обеспечивает выполнение функций с
помощью некоторого набора механизмов регуляции.
• Выделяют центральные и локальные (местные) механизмы.
• Центральные механизмы начинают работать в ответ на
обобщенные сигналы всего организма.
• Локальные учитывают потребности отдельных органов и
подсистем.
• Центральные и локальные механизмы действуют совместно и
согласованно.
• Хотя основная роль в управлении той или иной функцией
принадлежит центральным механизмам, деятельность
локальных механизмов может быть определяющей для всего
организма. Право "выбора" способа управления часто остается
за "локальными механизмами регуляции". В реальном
организме в выполнении определенных функций всегда
задействовано несколько уровней управления.
18
Пути передачи регулирующих
сигналов
• Регулирующий фактор может передаваться разными путями:
–
–
–
–
Нервным
Гормональным
Гидродинамическим
Биохимическим
• На низких уровнях используются биохимический к
гидродинамический пути
• На высших появляются гормональный и нервный
(нейрогормональные механизмы).
• Пути передачи сигналов тесно связаны между собой как
функционально (по назначению), так и анатомически, часто
имеют общий материальный переносчик, используют одни и те
же анатомические структуры.
19
Особенности регулирующих
процессов
• Скорость протекания процессов при разных способах передачи
сигналов различная. Время запаздывания в передаче
управляющих сигналов:
–
–
–
–
Нервным путем достигает 0,3 с
Химическим - 3 с
Нейрогормональным – 3 минуты
Гормональным - 7 минут
• Считается, что в подсистемах регулирования используются все
известные на сегодняшний день принципы управления:
–
–
–
–
управление по отклонению
управление по возмущению
прогностическое (форпостное) управление
При этом широко используется обратная связь и различные
комбинации методов управления.
20
Нервная регуляция
• Координирующее влияние нервной системы на
клетки, ткани и органы, приводящее их деятельность
в соответствие с потребностями организма и
изменениями окружающей среды
• Один из основных механизмов саморегуляции
функций.
• Вследствие нервной регуляции деятельность клеток
и органов может инициироваться, прекращаться,
усиливаться, ослабляться; могут меняться
функциональное и биохимическое состояние клеток и
органов, особенности их строения.
21
Гуморальная регуляция
• Координация физиологических и биохимических процессов,
осуществляемая через жидкие среды организма (кровь, лимфу,
тканевую жидкость) с помощью биологически активных веществ
(метаболиты, гормоны, гормоноиды ионы), выделяемых
клетками, органами и тканями в процессе их
жизнедеятельности.
• У высокоразвитых животных и человека Гуморальная регуляция
подчинена нервной регуляции и составляет совместно с ней
единую систему нейрогуморальной регуляции.
• Продукты обмена веществ действуют не только
непосредственно на эффекторные органы, но и на окончания
чувствительных нервов (хеморецепторы) и нервные центры,
вызывая гуморальным или рефлекторным путём те или иные
реакции.
22
Гормональная регуляция
•
•
•
•
•
Регуляция жизнедеятельности организма животных и человека,
осуществляемая при участии поступающих в кровь гормонов; одна из
систем саморегуляции функций, тесно связанная с нервной и
гуморальной системами регуляции и координации функций.
Гормоны выделяются в кровь железами внутренней секреции,
разносятся по всему организму и влияют на состояние и деятельность
различных органов и тканей.
По характеру действия гормоны могут быть разделены на 2 группы:
Одни действуют на определённые органы (органы-мишени) (например
тиреотропный гормон действует главным образом на щитовидную
железу, адренокортикотропный (АКТГ) — на кору надпочечников)
Вторые (кортикостероиды, ростовой, или соматотропный, гормон и
некоторые др.) обладают общим, или генерализованным, действием на
все ткани организма (инсулин действует на обмен углеводов; активируя
гексокиназную реакцию, он также может стимулировать биосинтез
белка. Тестостерон и др. андрогены усиливают процессы ассимиляции
(анаболическое действие))
23
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
36
Размер файла
70 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа