Принципы организации и свойства фус

Физиология функциональных систем

Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для студентов

2 курса лечебного факультета

Составитель: доцент Л.П. Владимирова

Рецензенты: д.м.н., доцент кафедры госпитальной терапии

И.В. Хелимская,

к.м.н., доцент, зав. кафедрой патологической физиологии

И.Г. Яковенко

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Физиологии функциональных систем» относится к вариативной части математического, естественнонаучного цикла дисциплин учебного плана по специальностям «Лечебное дело». Базируется на учебных элементах дисциплины «Нормальная физиология». Рассматривает живой организм с позиций слаженного взаимодействия многочисленных динами-чески формирующихся систем, обеспечивающих полезный приспо-собительный результат в виде сохранения жизненно важных показателей внутренней среды или удовлетворения поведенческой деятельностью различных потребностей. Изучениядисциплины «Физиология функцио-нальных систем (ФУС)» ставит следующие задачи:

- формирование навыков анализа функционирования целостного орга-низма с позиции системного подхода, интегральной физиологии, аналити-ческой методологии и основ доказательной медицины, как сложной био-логической системы взаимодействия многочисленных ФУС по принципу иерархии в условиях покоя и при воздействии факторов внешней среды;

- формирование понимания унифицированных и классификационных признаков систем с выделением типов ФУС;

- изучение механизмов системогенеза, лежащих в основе формирова-ния и становления различных ФУС организма и их отдельных элементов на этапах индивидуального развития;

- формирование понимания механизмов и принципов организации различных гомеостатических ФУС с целью сохранения целостности орга-низма и оптимальных параметров его внутренней среды в разных условиях жизнедеятельности с учетом их анализа в клинической практике;

- формирование понимания системных механизмов организации целенаправленного поведенческого акта для удовлетворения различного типа потребностей, роли внешнего контура саморегуляции в адаптации к факторам внешней среды с учётом их анализа в клинической практике;

- изучение интегральной роли центральных механизмов ФУС в саморегуляции физиологических функций человека и целенаправленного управления резервными возможностями организма, процессов компенса-ции функций при выходе из строя тех или иных механизмов саморегуля-ции различных ФУС;

- знакомство с принципами моделирования работы ФУС организма и существующими компьютерными моделями биологических контуров саморегуляции для изучения и целенаправленного управления основными функциями организма;

- формирование основ клинического мышления с использованием ана-лиза внутрисистемных связей и межсистемных отношений с позиции системного подхода и интегральной физиологии для будущей практичес-кой деятельности врача;

- формирование навыков изучения научной литературы и официаль-ных статистических обзоров;

- формирование навыков общения с коллективом.

ПЛАН И ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА ПРАКТИЧЕСКОГО

ЗАНЯТИЯ.

Продолжительность занятия - 90 минут.

1. Обоснование цели и медицинского значения занятия - 10 минут.

2. Проверка и коррекция исходного уровня знаний с использованием тестовых заданий - 15 минут.

3. Обсуждение методов исследования состояния и деятельности ФУС - 10 минут.

4. Самостоятельная работа и оформление протоколов исследования - 30 минут.

5. Защита протоколов с обоснованием физиологических механизмов полученных результатов, контроль результатов усвоения с использова-нием решения ситуационных задач или тестовых заданий - 25 минут.

Занятие 1.

Тема занятия:Основы теории функциональных систем (ФУС). Общие

принципы организации и свойства ФУС.

Цель занятия: Проанализировать исторические аспекты развития теории функциональных систем в физиологии. Сформировать понимание унифи-цированных и классификационных признаков систем с выделением их ти-пов. Изучить общую схему построения и основные компоненты ФУС, принципы самоорганизации и саморегуляции, исследовать свойства функциональных систем.

Знать	Уметь
1)этапы формирования системного подхода к организации физиологи-ческих функций целостного органи-зма, его виды. Роль трудов россий-ских ученых, развития науки – кибернетики и основных принципов управления процессами; 2)основы теории функциональных систем П.К. Анохина. Понятие ФУС и её свойства.	Использовать знания о: 1)системном принципе обеспечения физиологических функций для пони-мания закономерностей деятельности целостного организма, как сложной биосистемы; 2)теории ФУС для анализа механиз-мов саморегуляции показателей гоме-остаза, значения формирования поле-зного конечного результата в приспо-собительной деятельности.

Вопросы, изученные ранее и необходимые для освоения данной темы:

1. Предмет исследования науки «Физиология». Этапы её развития.

2. Принципиальные методы исследования физиологической функции.

Контрольне вопросы для самостоятельной внеаудиторной работы:

1. Системный подход к организации функций в трудах И.П. Павлова, А.А. Ухтомского, Л. Фон Берталанфи, П.К. Анохина. Понятие биологической системы (Л. Фон Берталанфи) и ФУС П.К. Анохина.

2. Влияние кибернетики, науки об общих закономерностях процессов уп-равления и передачи информации в различных системах. Понятие конту-ров саморегуляции.

3. Виды системного подхода, уровни системной организации функции.

4. ФУС, как единица интегративной деятельности организма. Роль систе-мообразующего фактора, инициатора динамического избирательного объе-динения центральных и периферических органов, тканей в определённый тип ФУС. Виды ФУС.

5. Принцип динамической самоорганизации ФУС. Значение обратной свя-зи для постоянной оценки эффективности удовлетворения потребности, консолидации элементов в систему.

6. Принцип изоморфизма, единого построения ФУС. Характеристика узло-вых механизмов архитектоники ФУС: полезного результата, аппарата контроля (рецепторов результата), разных уровней нервного центра, исполнительных элементов (клеток, тканей, органов). Взаимосвязь узло-вых компонентов в системе (прямая и обратная, гуморальная и нервная), их значение для организации ФУС.

7. Принципы саморегуляции, роль в обеспечении жизнедеятельности и приспособлении к факторам внешней среды: принцип поддержания нерав-новесного состояния относительно окружающей среды; принцип замк-нутого контура регулирования с оценкой состояния ответной реакции; принцип прогнозирования.

8. Регуляция по отклонению (рассогласованию), как эндогенный генети-чески детерминированный механизм саморегуляции функции. Регуляция по возмущению (опережению) – внешний, чаще всего поведенческий механизм саморегуляции.

9. Избирательная мобилизация органов и тканей с возможностью взаимо-заменяемости и взаимокомпенсации.

10. Взаимодействие и взаимосодействие элементов ФУС достижению конечного результата.

11. Голографический принцип построения ФУС.

12. Принципы консервативности и пластичности элементов ФУС.

В тетради для практических занятий выполнить следующие задания:

1. Укажите кратко элементы системного подхода к организации функций, встречающиеся в трудах И.П. Павлова, А.А. Ухтомского, Л. Фон Берталан-фи, П.К. Анохина.

2. Перечислите раздельно жёсткие и пластичные показатели внутренней среды (константы организма) человека, как полезные результаты гомеоста-тических ФУС с указанием их физиологических величин.

3. Изобразите принципиальную схему метаболической ФУС на примере этапов системы свёртывания крови с каналами прямой и обратной связи их между собой.

4. Перечислите основные составные компоненты гомеостатической ФУС с краткой характеристикой их деятельности.

5. Изобразите схематически общую архитектонику ФУС по П.К. Анохину.

Учебная литература основная:

1. Нормальная физиология: Учебник. /Под ред. К.В. Судакова.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 880 с.

2. Физиология человека: Атлас динамических схем. К.В. Судаков, В.В. Адрианов, Ю.В. Вагин, И.И. Киселёв. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. – 416 с.

3. Нормальная физиология. Практикум. /Под ред. К.В. Судакова.- М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. – 232 с.

4. Лекции по нормальной физиологии и физиологии ФУС.

Дополнительная литература:

5. Физиология. Основы и функциональные системы: курс лекций. /Под ред. К.В. Судакова.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2002. -784с.

6. Физиология человека. Задачи и упражнения. Учебное пособие. /Под ред. Ю.И. Савченкова. Ростов н/ Д. - Феникс, 2007. - 160с.

Тематика рефератов:

1. Кибернетический подход к процессам регуляции физиологических функций.

2. Физиологические особенности органа. Понятие структурно – функцио-нальной единицы, функциональный элемент в системной регуляции функции.

Информационный блок.

Система — это совокупность элементов и связей между ними. Пред-ставляет собой единое целое, состоящее из взаимодействующих частей, часто разнокачественных, но одновременно совместимых. Наличие в системе существенных устойчивых связей (отношений) между элементами и их свойствами превосходит по силе связи этих элементов со структурами вне системы. Система отличается определенной органзацией, создающейновое свойство, нехарактерное для её элементов в отдельности (признак эмерджентности).

Структура — устойчивая картина взаимоотношений между элементами Процесс — динамическое изменение системы во времени. Функция — процесс, происходящий внутри системы и имеющий опреде-лённый результат. Состояние — положение системы относительно других её положений. Системность — свойство объекта обладать всеми признаками системы. Системный подход основан на общей теории систем (Людвиг фон Берта-ланфи) и принципах кибернетики – теории управления (Норберт Винер, У. Росс Эшби, Стаффорд Бир).

Кибернетика (греч. kybernetike [techne] - искусство управления) - наука о самоуправляющихся машинах. Кибернетические контуры саморегуляции.

Схема отрицательной обратной связи по рассогласованию (рисунок 1) и схема параметрической обратной связи (рисунок 2):

X –входной сигнал

Y –выходной сигнал

V –возмущающий сигнал

ɛ –сигнал рассогласования

U – сигналуправления

Основные принципы системного подхода: Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как еди-ное целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней. Иерархичность строения, то есть наличие множества элементов, располо-женных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам выс-шего уровня. Как известно, любая организация представляет собой взаимо-действие двух подсистем: управляющей и управляемой. Одна подчиняется другой.

Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаи-мосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами её отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры. Множественность, позволяющая использовать множество кибернетичес-ких, экономических и математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.

Формы системного подхода в физиологии:

• Структурно-функциональный подход - систематика процессов по анато-мо-функциональному сходству.

• Количественный кибернетический подход - использование основ науки об управлении с позиций контуров саморегулирования параметров: внутреннего – «по рассогласованию» и внешнего контура регулирова-ния – « по возмущению».

• Иерархическая форма системного подхода - анализ новых уровней системы по принципу усложнением структуры и метаболизма.

• Мультикомпонентный (мультипараметрический) подход - анализ под- поддержание и регуляция оптимального соотношения нескольких кон-стант, показателей внутренней среды.

• Подход с позиций функциональных систем (ФУС) по теории П.К. Анохина.

ФУС – саморегулирующая организация, динамически и избирательно объединяющая центральную нервную систему и периферические органы, ткани каналами прямой и обратной связи на основе нервной и гуморальной регуляции с целью достижения конечного полезного результата (КПР).

Свойства функциональной системы:

• Наличие системообразующего фактора.

• Принцип изоморфизма.

• Саморегуляция и самоорганизация.

• Избирательная мобилизация органов и тканей. Отбор элементов по КПР.

• Их взаимодействие и взаимосодействие

• Принцип пластичности и консерватизма.

• Голографический принцип отражения свойств в деятельности её отдельных элементов.

• Принцип взаимодействия систем.

Практические работы:

Работа 1. Анализ формирования рефлекторного соматического акта с включением звена обратной связи (афферентации).

Схематически изобразите рефлекторное «кольцо». Укажите основное отличие его от схемы классической рефлекторной дуги. Перечислите основные принципы системной организации рефлекторного акта и их значение в организации приспособительной деятельности. В выводах сформулируете понятие и основные признаки системы.

Работа 2. Анализ принципов формирования гомеостатической ФУС и значения её структурных компонентов

Изобразите схематически организацию гомеостатической ФУС. Укажите её назначение и роль составных компонентов. Объясните основной прин-цип саморегуляции её функции. В выводах сформулируйте понятие функ-циональной системы по П.К. Анохину.

Ситуационные задачи:

1. У одного больного обнаружено нарушение деятельности сердечно-сосу-дистой системы, у другого – всего желудочно-кишечного тракта. Консили-ум врачей направил их для лечения в неврологическую клинику. Чем про-диктовано такое решение?

2. При пересадке почки в область шеи экспериментального животного она продолжает нормально функционировать, что доказывает роль гумораль-ной регуляции в её работе. Деятельность гипофиза также регулируется гуморальным путём. Однако при пересадке на шею он перестаёт функ-ционировать. Объясните причину этого?

3. Если закрыть глаза и катать двумя пальцами горошину, то ощущается одна горошина. Если проделать тоже перекрещенными пальцами, возника-ет ощущение двух горошин (опыт Аристотеля). Чем объясняется этот феномен?

Занятие 2.

Тема занятия:Принципы взаимодействия различных ФУС в организме.