Лекц_упр_10 (1055139), страница 2
Текст из файла (страница 2)
82 — соответствующие переходные процессы для напряженияуглекислого газа в артериальной крови (рСО2)А.Очевидно, что моделью воспроизводятся наиболее характерные особенностиповедения прототипа, проиллюстрированные фиг. 66.ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг. 82. Теоретические кривыеФиг. 81. Теоретические кривыеизменения напряжения (рСО2)Аизменения вентиляции вв переходных процессах при различныхпереходных процессах призначениях F1со2 [2].различных значениях F1со2 [2].Так, при скачкообразном повышении концентрации углекислого газа вовдыхаемом воздухе вентиляция как у прототипа, так и у модели увеличиваетсяотносительно медленно, достигая нового установившегося значения безперерегулирования,тогдакак(рСО2)Авозрастаетгораздобыстрее,снебольшимперерегулированием, а затем постепенно снижается до нового установившегосязначения..ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг.
81. Теоретические кривыеизменения вентиляции впереходных процессах приразличных значениях F1со2 [2].Фиг. 82. Теоретические кривыеизменения напряжения (рСО2)Ав переходных процессах при различныхзначениях F1со2 [2].В случае скачкообразного уменьшения концентрациислучаях уменьшается быстрее, чемувеличивается,перерегулирования.вентиляция в обоихнотакжебезДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг. 81. Теоретические кривыеизменения вентиляции впереходных процессах приразличных значениях F1со2 [2].Фиг. 82.
Теоретические кривыеизменения напряжения (рСО2)Ав переходных процессах при различныхзначениях F1со2 [2].Напряжение углекислого газа в артериальной крови (рСО2)А напротив,снижается очень быстро, со значительным перерегулированием, после чегопостепенно повышается до установившегося значения.ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг. 83. Изменение вентиляции впереходном процессе при вдыханиисмеси с 5%-ным содержанием СО2(сравнение экспериментальныхданных с теоретическими кривыми)[2]. Точки — данные Гродинза,полученные на шести испытуемых.I — теоретическая кривая длянормальных значений параметровсистемы;II — то же для KТ, = 30 л.Фиг.
84. Изменение напряжения (рСО2)А впереходных процессах при различныхзначениях F1CO2 (сравнениеэкспериментальных данных стеоретическими кривыми) [2].ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг. 83.Фиг. 84.Согласие теоретических результатов и экспериментальных данных дляразличных значений (F1CO2)1 более очевидно, если совместить их на одномрисунке (фиг. 83 и 84).На основании проведенного сравнения можно сделать вывод, что даннаяматематическая модель достаточно точно описывает биологический прототип, покрайней мере для рассмотренного нами конкретного вида возмущения.ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг. 83.Фиг.
84.С его помощью можно быстро определить те параметры системы, влияниекоторых на поведение системы имеет решающее значение.Мы не будем подробно рассматривать этот вопрос, а просто приведем в качествепримера кривые, показывающие влияние коэффициента усиления регулятора kpна переходный процесс в системе при изменении концентрации углекислого газаво вдыхаемом воздухе на 5%ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг. 85. Теоретические кривыеизменения вентиляции в переходныхпроцессах при вдыхании смеси с 5%ным содержанием СО2для различных значенийкоэффициента усилениярегулятора kp [2].Фиг.
86. Теоретические кривыеизменения напряжения (рСО2)Ав переходных процессах при вдыханиисмеси с 5%-ным содержаниемСО2 для различных значенийкоэффициента усиления регулятора [2].ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатКак вел бы себя хемостат, если бы он реагировал на изменение концентрации θTизменением уровня метаболизма MR, а не вентиляции V`A?Предположим, что уравнение управляющей системы имело бы следующий вид:Из гл. IV мы знаем, что при замыкании линейной системывторогопорядка,описываемойуравнением VII.26), подобной линейной цепьюобратной связи форма уравнения не изменяется, а лишь уменьшаетсякоэффициент затухания и увеличивается собственная частота.Используя аналоговую схему, представленную на фиг. 71, легко исследоватьреакции такой замкнутой системы на скачкообразное изменение F1CO2 приразличных значениях коэффициента усиления регулятора кр.Результаты таких исследований, приведены на фиг.
87,ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатФиг. 87. Переходные процессыгипотетического линейногохемостата.Они показывают, что в линейной системеусиление кр приводит качественно к темже эффектам, что и в нелинейной системе(фиг. 85).В разомкнутой системе (кр=0) как θА, таки θT передемпфированы.При увеличении кр скорости реакцииобоих параметров увеличиваются; но впереходном процессе θАпоявляетсяперерегулирование, тогда как переходныйпроцессθTостаетсяпередемпфированным.Переходные процессы, наблюдаемыеприскачкообразномуменьшенииконцентрации для этой линейной системы,конечно,аналогичныприведеннымпереходным процессам и здесь непоказаны.ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостатТаким образом, в реакциях линейной и нелинейной систем имеются двасущественных различия.Во-первых, переходные процессы при скачкообразном увеличении иуменьшении концентраций углекислого газа в линейной системе одинаковы, а внелинейной различны.Во-вторых, в линейной системе форма переходного процесса не зависит отвеличины скачка F1co2 тогда как для нелинейных систем характерна зависимостьформы переходного процесса от амплитуды и (или) от диапазона изменениявынуждающего воздействия.ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТУправляющая система и замкнутый хемостат•Работы, выполненные в последние годы.
За последние годы описанная вышединамическая модель хемостата была усовершенствована и обобщена. Так,единый тканевой резервуар был разделен на две параллельные компоненты (мозги не-мозг), а также предусмотрено изменение скорости кровотока через мозг взависимости от напряжения углекислого газа в артериальной крови (рСО2) [3].• С целью объяснить гиперпное при физической нагрузке учитывались такжеизменения в течение дыхательного цикла, причем колебания напряжения рСО2 вартериальной крови в течение дыхательного цикла использовались длявключения И-регулятора [4].•И, наконец, в модели были учтены такие факторы, как аноксемия и сдвигикислотно-щелочного баланса в процессе обмена веществ. Изложение результатовэтих исследований выходит за рамки данной монографии.ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТРезюмеВ 40-е годы была разработана модель замкнутой системы регуляции дыхания вустановившемся режиме для объяснения дыхательных реакций на вдыхание углекислого газа, артериальную аноксемию и сдвиги кислотно-щелочного баланса впроцессе обмена веществ.В этой модели за выходы управляемой системы были приняты химическиепоказатели артериальной крови — рСО2, [Н+] и рСО2, — которые подавались поцепи обратной связи на вход управляющей системы.Выходом последней являлась легочная вентиляция.Эта модель оказалась весьма полезной.ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ХЕМОСТАТРезюмеХарактер изменения вентиляции и напряжения СО2 в артериальной крови впроцессе регулирования дыхания при вдыхании углекислого газа заставляетпредположить, что в действительности на вход регулятора поступает ненапряжение СО2 в артериальной крови, а какая-то другая величина.Разработанная позже динамическая модель основана на предположении, чтовходным сигналом для регулятора служит концентрация углекислого газа втканях (в дыхательном центре).Дифференциальное уравнение управляемой системы в такой моделипредставляет собой линейное уравнение второго порядка, много развстречавшееся в предыдущих главах.Однако при замыкании цепи обратной связи появляется нечто новое, а именнообратная связь через параметры, приводящая к нелинейности замкнутой системы.Некоторые особенности этой системы были изучены с помощью специальногоаналогового вычислительного устройства.Трудности, с которыми мы столкнулись в этой главе, типичны длябиологических систем, и при рассмотрении модели сердечно-сосудистой системыв гл.
VIII мы вновь встретимся с ними..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
