Том 1 (Р. Эккерт - Физиология животных - механизмы и адаптации в 2-х томах), страница 6

На самом деле круг этих изданий настолько широк, что ни одинученый не может надеяться на то, чтобы со всеми ими ознакомиться даже спомощью компьютерных систем поиска. Более того, даже поверхностноеознакомление с обширной физиологической литературой при просмотренескольких последних номеров физиологических журналов в институтскойбиблиотеке показывает, насколько сжата и упрощена информация, приведеннаяв данном руководстве. Наша книга дает лишь самое общее представление остоль бурно развивающейся области человеческих знаний, каковой являетсяфизиология.14Дополнение 1-1.

Представление об обратной связиОбратная связь часто встречается как в биологических, так и в техническихсистемах в тех случаях, когда необходимо обеспечить постоянство параметров.Обратная связь может быть как положительной, так и отрицательной, ивозникающие при этом эффекты противоположны по знаку.Положительная обратная связьРассмотрим схему, приведенную на рис. А; на ней изображенарегулируемая система, испытывающая действие некоего возмущения.Параметры на выходе системы воспринимаются сенсором, посылающимсигналы к усилителю. Допустим, что этот усилитель увеличивает амплитудувходного сигнала, при этом его знак (положительный или отрицательный) неменяется.

В этом случае сигнал на выходе усилителя, посылаемый обратно навход системы, имеет тот же знак, что и возмущение, и в результате воздействиепоследнего на систему усиливается. Системы с подобной так называемойположительной обратной связью крайне нестабильны, поскольку их выходнойсигнал постоянно усиливается и становится все мощнее и мощнее. Типичным ихорошо знакомым для всех примером может служить микрофон, установленныйв зале для публичных выступлений. Если звук из громкоговорителя поступаетобратно на вход микрофона, то генерируется громкий свист высокой частоты. Вэтом случае небольшое возмущение на входе, усиливаясь, дает очень большойсигнал на выходе. Обычно возможности подобных систем как-то ограничены;так, в нашем примере с микрофоном интенсивность выходного сигналаограничивается либо мощностью усилителя и громкоговорителя, либовеличиной предельного сигнала микрофона.

В биологических системахподобные реакции могут лимитироваться количеством доступной энергии илисубстратов.Положительные обратные связи обычно используются в тех случаях, когданеобходимо вызвать регенеративную самоусиливающуюся реакцию взрывноготипа. В биологических системах они часто отвечают за генерацию восходящейфазы какого-либо периодического события. Важным примером положительнойобратной связи может быть передний фронт нервного импульса.Отрицательная обратная связьТеперь представим себе, что знак сигнала на выходе усилителяпротивоположен знаку сигнала на входеОсновные блоки систем с обратной связью. А.

Положительная обратнаясвязь. Действующее на систему возмущение усиливается, и усиленный сигналпоступает на вход системы без изменения его знака. Б. Отрицательная обратнаясвязь. В этом случае знак сигнала, поступающего с выхода на вход, изменяетсяна противоположный. Инвертированный сигнал стабилизирует состояниерегулируемой системы примерно на заданном уровне.(т.

е. плюс меняется на минус, и наоборот). Подобное инвертирование сигнала илежит в основе отрицательной обратной связи (рис. Б), которая можетиспользоваться для поддержания того или- иного параметра системы (например,длины, температуры, напряжения или концентрации) на постоянном уровне.Когда сенсор обнаруживает какое-то изменение состояния регулируемойсистемы (например, отклонение длины, температуры, напряжения иликонцентрации), он генерирует сигнал, пропорциональный разности междузаданной величиной (так называемой уставкой) и ее текущим значением. Этотсигнал усиливается и инвертируется (т.

е. его знак меняется напротивоположный). С выхода усилителя инвертированный сигнал поступает навход системы и оказывает эффект, противоположный возмущению. Изменениезнака сигнала-это основная особенность систем регуляции с отрицательнойобратной связью. Инвертированный сигнал противодействует возмущению,снижает тем самым величину сигнала отклонения, и состояние системыстабилизируется примерно на заданном уровне.В гипотетической системе с отрицательной обратной связью и бесконечнобольшим усилением15осуществлялась бы стабилизация на точно заданном уровне, посколькумалейшее отклонение привело бы к появлению мощного сигнала на выходеусилителя, а это свело бы на нет эффект возмущения. Поскольку же никакойусилитель (будь то электронный или "биологический") не обладает бесконечнобольшим усилением, с помощью отрицательной обратной связи удаетсявозвратить параметры системы после возмущения лишь примерно к заданномууровню.

Чем меньше при этом усиление системы, тем менее точной будетрегуляция.Необходимо отметить, что "элементный состав" подобных систем сотрицательной обратной связью может варьировать. Так, в некоторых случаяходна и та же структура может быть как сенсором, так и усилителем, а в другихинвертирование сигнала может происходить на уровне сенсора.

Тем не менееосновные принципы работы подобных систем всегда одинаковы.1614 :: 15 :: 16 :: Содержание16 :: Содержание1.6. РезюмеФизиология животных изучает физические и химические процессы,протекающие в тканях и органах и являющиеся основой деятельностиорганизма. Вся эта наука подразделяется на несколько дисциплин, которыечасто перекрываются и связаны друг с другом общими генетическими,физическими и химическими закономерностями. Медицина, являющаясяпрактическим применением физиологии, постепенно переходит отэмпирических подходов, основанных на методе проб и ошибок, к научномуиспользованию знаний о функционировании клеток и тканей.Физиология имеет для нас не только практическое, но и философскоезначение.

Это становится ясно, например, если обратиться к субъективномуопыту человека. Все те познания, которые мы приобретаем за свою жизнь,зависят от свойств наших органов чувств и нервной системы. Изучая процессыжизнедеятельности, мы можем понять, кто мы такие и какое место в этом мирезанимаем.В основе физиологии лежат следующие три концепции.1. На всех уровнях, начиная от атомов, молекул и клеточных органелл,основой любой функции является структура.2. Благодаря регуляции свойств внутри- или (и) внеклеточной средыподдерживается постоянство условий, обеспечивающих надежное икоординированное протекание физических и химических процессов.3.

Закономерности функционирования клеток и тканей сформировались впроцессе эволюции в ее дарвиновском понимании и генетическиобусловлены.Значительная часть данных, содержащихся в этой книге, взята изоригинальных статей, опубликованных в специальных журналах. Мы указываемнекоторые из этих журналов, а также перечисляем издания, содержащиеобзорные или обобщающие материалы в области физиологии.1616 :: Содержание16 :: Содержание1.7. Вопросы для повторения1.

Приведите пример простой физиологической системы, иллюстрирующийсвязь между структурой и функцией, и опишите ее работу.2. Какие эволюционные преимущества дает животным поддержаниепостоянства внутренней среды?3. Почему для обеспечения постоянства внутренней среды (гомеостаза)используется не положительная, а отрицательная обратная связь?4. Поддержание постоянства внутренней среды осуществляется с помощьюотрицательной обратной связи. Приведите пример систем с такими связямии объясните, как именно в них осуществляется регуляция.1616 :: Содержание16 :: СодержаниеЛИТЕРАТУРАBaylissL.E.

1966. Living Control Systems, New York,W. H. Freeman and Company.Bernard C. 1872. Physiologic Generate, Paris, Hachette. Fenn W.O., RahnH.,eds. 1962. Handbook of Physiology,Washington, D. C., American Physiological Society. Grodins F.S. 1963. ControlTheory and Biological Systems,New York, Columbia University Press.1616 :: Содержание17 :: 18 :: 19 :: СодержаниеГлава 2Физические и химическиеконцепцииЖивые организмы, населяющие нашу планету, образуют обширное иразнообразное сообщество, включающее, с одной стороны, вирусы, бактерии ипростейшие, а с другой-цветковые растения, беспозвоночных и "высших"животных. Несмотря на столь богатое разнообразие, все формы жизни сходны втом, что касается некоторых основных принципов.

Так, все животные, растенияи микроорганизмы на нашей планете состоят из одних и тех же химическихэлементов и однотипных органических молекул. Кроме того, все жизненныепроцессы протекают в водной среде и зависят от физико-химических свойствэтого повсеместно распространенного и совершенно уникального растворителя.Тот факт, что во всех живых организмах протекают одинаковые биохимическиепроцессы, служит одним из наиболее убедительных доводов в пользу ихэволюционного родства, учение о котором связующей нитью проходит через всеобласти биологических исследований.Биологи в общем придерживаются мнения, что жизнь возникла благодаряслучайным процессам и естественному отбору в условиях, сложившихся напервобытной Земле.