Структура системы управления вегетативными функциями

Регуляция внутренней среды осуществляется в организме фи­зиологическими системами, представляющими собой, части организма (струк­турно объединенные или разобщенные), внутри которых происходит обмен информацией на основе общего алгоритма.

Все системы управления вегетативными функциями можно раз­делить на 2 типа — системы регулирования и следящие системы.

Система регулирования выполняет задачу удерживания регули­руемой величины c(t) вегетативной функции на некотором посто­янном уровне r(t) так, что сигнал ошибки e(t) определяется как разность между требуемым уровнем выходного сигнала и тем уров­нем, который удалось достигнуть (см. схему). Динамический харак­тер регулирования определяется выбором управляющего воздей­ствия m(i), компенсирующего влияние возмущающего сигнала d(t) параметров подсистемы этого контура.

Обобщенная структура системы автоматического управления

У следящей системы, помимо задачи, выполняемой системой регулирования, имеется еще одна задача — следить и воспроизводить переменное задающее воздействие.

Структура системы управления в обоих случаях состоит из объекта управления (внутренняя среда организма) и управляющего устройства (разновидности механизмов нервной и гуморальной регуляций). Управляющее устройство включает в себя блок измерения, совокупность элементов, принимающих решение, и исполни-тельный орган.

Для коррекции поведения системы используется сигнал ошибки. Сигнал ошибки поступает в блок компенсации или регулятор. Улучшение динамических характеристик биологических систем по большей части осуществляется в датчиках сигнала обратной связи, а также в процессе образования сигнала ошибки.

Сигнал ошибки на входе регулятора получается вычитанием выходного сигнала, поступающего по каналу обратной связи из входного задающего сигнала по схеме, приведенной ниже. Из пере­даточных функций G₁(s), G₂(s), относящихся к управляющему устройству и объекту управления, можно получить ряд передаточ­ных функций, характеризующих поведение гомеостатической систе­мы.

Для обеспечения управляющего воздействия, подаваемого на объект управления, в системе имеется исполнительное устройство (в системах регуляции внутренней среды отрицательные и положи­тельные управляющие воздействия обычно осуществляются разны­ми структурами, например, симпатический и парасимпатический нервы, антагонистически действующие гормоны — глюкагон и ин­сулин).

Следующим важным элементом в структуре контура управления вегетативными функциями являются датчики сигналов обратной связи, образованные либо отдельными чувствительными органами, либо изменением параметров уже существующих и для других це­лей функционирующих органов. В большинстве систем регуляции внутренней среды организма переменные влияют друг на друга при помощи замкнутых цепей, обусловленных обратной связью. Как указывает А. Б. Коган, именно тогда, когда, образно говоря, процессы диссимиляции зацепились своим конечным звеном за на­чальное звено процессов ассимиляции и образовались те естествен­ные обратные связи, которые положили начало бесконечному раз­нообразию саморегуляции обмена веществ.

Рассматривая значение обратной связи в процессах саморегуляции внутренней среды организма, обычно имеют в виду отрица­тельную обратную связь. В подавляющем большинстве случаев саморегуляторы вегетативных функций представляют собой замкну­тые системы, действующие с помощью отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь обеспечивает выдачу управляемому объекту со стороны управляющего устройства команд, направлен­ных на ликвидацию рассогласования действий системы с заданной программой. Например, увеличение артериального давления при­водит к активации парасимпатической нервной системы, ослабляю­щей работу сердца и расширяющей просвет сосудов, в результате чего восстанавливается исходный уровень артериального давления.

Работа систем управления вегетативными функциями организма, действующих с помощью отрицательной обратной связи, сводится к минимизации одной или нескольких величин, характеризующих отклонение действительного состояния системы от некоторого же­лаемого состояния.

Обратные связи в различных физиологических регуляциях вы­являются как анатомически, так и путем блокирования системы управления. В ряде случаев регуляции внутренней среды организма обратные связи хотя и не обнаружены, наличие их можно предпо­ложить исходя из общего представления о том, что если бы от объ­екта регуляции не поступала информация, то невозможно было бы препятствовать нарушению его деятельности. Следовательно, если нарушение компенсируется, то это указывает на существование ме­ханизма обратной связи.