Организм как система с обратной связью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика обратной связи

2. Положительные и отрицательные обратные связи в организмах

3. Роль положительных и отрицательных обратных связей в организмах

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Организм представляет собой, с одной стороны, сложнейшую многоэлементную систему, и совокупность иерархически связанных систем, с другой.

Под системой понимают комплекс взаимозависимых, но в то же время относительно самостоятельных элементов или процессов, объединяемых выполнением определенной функции.

Так, организм в целом во всем многообразии его взаимосвязей с внешней средой и выполняемых функций как самостоятельное образование является живой системой. В то же время организм представляет собой сложную иерархию (т.е. взаимосвязь и взаимоподчиненность) систем, составляющих уровни его организации: молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный, системный и организменный.

Механизм обратной связи - это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи - это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Существуют отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие, и положительные обратные связи, которые ухудшают стабильность системы.

Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как она компенсируется тенденцией разнообразия. Одна из таких тенденций порождается принципом минимума диссипации энергии (рассеяния энергии). Это является таким же эмпирическим обобщением, как и принцип сохранения гомеостаза.

Цель данной работы - изучить организм как систему с обратной связью.

Цель работы определяет следующие задачи:

- изучить характеристику обратной связи в организме;

- выявить положительные и отрицательные обратные связи;

- определить роль положительных и отрицательных связей в организме.

1. Характеристика обратной связи

Цели управления в живых системах чрезвычайно разнообразны. В любой системе цель управления в общем виде заключается в достижении системой множества полезных для нее свойств при разнообразных внешних воздействиях. Здесь рассматриваются живые, биологические системы. Биологической системой, которой присущи все свойства живого и все задачи управления, является организм, в том числе одноклеточный. Клетка, хотя и самоуправляемая, не является автономной системой, так как регуляция в клетке подчинена организму. [3, с. 93]

Важной стороной управления в живых системах является наличие обратных связей. Принцип обратных связей является одним из основных принципов самоуправления, саморегуляции и самоорганизации. Без наличия обратных связей процесс самоуправления невозможен. С помощью обратных связей сами отклонения объекта от заданного состояния формируют управляющие воздействия, которые приводят состояние объекта в заданное. Иными словами, обратная связь - это обратное воздействие результатов процесса на его протекание (рис. 1).

Рис.1. Обратная связь

где S - система,

Х - воздействие на систему,

Y - результаты процессов в системе (выходы системы).

Обратная связь есть процесс влияния результата действия на причину и механизм этого действия. Именно обратная связь позволяет регуляции по отклонению работать в двух режимах: компенсационном и слежения. Компенсационный режим обеспечивает быструю корректировку рассогласования реального и оптимального состояния физиологических систем при внезапных влияниях среды, т.е. оптимизирует реакции организма. При режиме слежения регуляция осуществляется по заранее заданным программам, а обратная связь контролирует соответствие параметров деятельности физиологической системы заданной программе. Если возникает отклонение - реализуется компенсационный режим. [1, с. 205]

Эффект обратной связи всегда запаздывает, т.к. она включает компенсационный режим уже после того как произошло рассогласование. Поэтому в центральном аппарате управления системы регуляции обычно заложен еще один механизм контроля, позволяющий получать информацию не об уже полученных параметрах деятельности, а осуществляющий сравнение сигналов, посылаемых к исполнительным устройствам, с сигналами, требуемыми для заданной программы. Этот механизм контроля свойственен третьему уровню системы регуляции и осуществляется центральной нервной системой.

2. Положительные и отрицательные обратные связи в организмах

Обратная связь может быть положительной и отрицательной.

Положительная обратная связь - тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.

Положительная обратная связь - такая обратная связь, когда результаты процесса усиливают его. Если же результаты процесса ослабляют его действие, говорят об отрицательной обратной связи.

Положительная обратная связь означает, что выходной сигнал системы регуляции усиливает входной, активация какой-либо функции вызывает усиление механизмов регуляции еще больше ее активирующих. Такая обратная связь усиливает процессы жизнедеятельности. Например, прием пищи и поступление ее в желудок усиливают отделение желудочного сока, необходимого для гидролиза веществ. Появляющиеся в желудке и частично всасывающиеся в кровь продукты гидролиза в свою очередь стимулируют сокоотделение, что ускоряет и усиливает дальнейшее переваривание пищи.

Однако положительная обратная связь часто приводит систему в неустойчивое состояние, способствует формированию «порочных кругов», лежащих в основе многих патологических процессов в организме.

Действие обратных связей можно рассмотреть на примере роста численности популяции некоторых видов, к примеру, мелких рыбёшек, в зависимости от наличия пищи (планктона) и наличия рыб-хищников. Чем больше пищи, тем большее число потомков рыбёшек может прокормиться и затем дать новое потомство. При неограниченном количестве пищи и отсутствии хищников и болезней у рыбешек их численность могла бы неограниченно возрастать. Здесь имеет место положительная обратная связь (см. рис. 2), выражающаяся в том, что процесс роста популяции рыбешек ведет к еще большему (в геометрической прогрессии) её росту. [4, с. 361]

В случае наличия рыб-хищников возникает еще одна обратная связь: численность хищников будет влиять на количество корма для них (на количество мелких рыбешек). Эта обратная связь будет отрицательной. В результате действия обратных связей численность в популяциях является волнообразной (так называемые «волны жизни») и колебания численности будут происходить вокруг некоторого среднего уровня.

Отрицательная обратная связь означает, что выходной сигнал уменьшает входной, активация какой-либо функции подавляет механизмы регуляции, усиливающие эту функцию.

Рис. 2. Положительные и отрицательные обратные связи

3. Роль положительных и отрицательных обратных связей в организмах

Роль положительных и отрицательных обратных связей различна. Отрицательные обратные связи обеспечивают стабильность функций живых систем, их устойчивость к внешним воздействиям. Они являются основным механизмом энергетического и метаболического баланса в живых системах, контроля численности популяций, саморегуляции эволюционного процесса. Способствуют сохранению устойчивого, стационарного состояния системы. Благодаря им, возникающее отклонение регулируемого параметра уменьшается и система возвращается к первоначальному состоянию.

Отрицательные обратные связи способствуют сохранению стабильности физиологических параметров внутренней среды при возмущающих воздействиях внешней среды, т.е. поддерживают гомеостазис. Они работают и в обратном направлении, т.е. при уменьшении параметров включают системы регуляции повышающие их и тем самым обеспечивающие восстановление гомеостазиса. [6, с. 371]

Отрицательная обратная связь (ООС) - тип обратной связи, при котором входной сигнал системы изменяется таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала.

Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.

Отрицательная обратная связь широко используется живыми системами разных уровней организации - от клетки до экосистем - для поддержания гомеостаза. Например, в клетках на принципе отрицательной обратной связи основаны многие механизмы регуляции работы генов, а также регуляция работы ферментов (ингибирование конечным продуктом метаболического пути). В организме на этом же принципе основана система гипоталамо-гипофизарной регуляции функций, а также многие механизмы нервной регуляции, поддерживающие отдельные параметры гомеостаза (терморегуляция, поддержание постоянной концентрации диоксида углерода и глюкозы в крови и др.). В популяциях отрицательные обратные связи обеспечивают гомеостаз численности. Физиологический смысл отрицательной Обратной связи заключается в том, что увеличение регулируемой величины (например, активности органа) сверх некоего предела вызывает понижающее воздействие со стороны сопряжённой с нею подсистемы; резкое уменьшение регулируемой величины обусловливает противоположное воздействие.

Отрицательная обратная связь также поддерживает температуру тела человека около 37 С.

Человек и все живые существа, являющиеся саморегулирующимися гомеостатичными системами, живут главным образом благодаря негативной обратной связи.

Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых систем, называемых генераторы (производители). [2, с. 88]

Положительная обратная связь рассогласует систему, и, в конечном счёте, существующая система трансформируется в другую систему, которая оказывается более устойчивой (то есть в ней начинают действовать отрицательные обратные связи).

Действие механизма нелинейной положительной обратной связи ведёт к тому, что система начинает развиваться в режиме с обострением.

Положительная обратная связь играет важную роль в макроэволюции. В целом, в макроэволюции положительная обратная связь приводит к гиперболическому ускорению темпов развития, что создает эффект равномерного распределения событий по логарифмической шкале времени.

На уровне простейших микроорганизмов, в которых еще нет нервных клеток, канал обратной связи (восприятие - реагирование) существовал и существует непосредственно на границе, отделяющей внешнюю среду организма от внутренней среды. Исходя из общепринятой сейчас теории возникновения жизни, рассмотрим, как работала обратная связь на уровне добиологическом. Например: простейшие многомолекулярные системы - коацерваты, уже имели зачатки обратной связи - обмен веществ своей внутренней среды с внешней. Возможно, одним из определяющих моментов возникновения жизни было образование мембраны, обладающей зачатками избирательной проницаемости и отделяющей систему от внешней среды.

Таким образом, общие характеристики обратных связей могут быть сформулированы следующим образом:

Отрицательные обратные связи способствуют восстановлению исходного состояния. Положительные - уводят организм все дальше от исходного состояния.

Самоорганизация на всех уровнях начинается на основе механизмов положительной обратной связи, на которые затем накладываются ограничения отрицательных обратных связей.

Наиболее общую цель всех живых систем - сохранение и продолжение жизни. Здесь цель достигается в следующем порядке:

Цель I порядка - обеспечить существование систем (достигается поддержанием стационарного неравновесного состояния, при котором = min.) Нарушение этого состояния означает смерть.

Цель II порядка - обеспечить высокое качество существования системы > поддержание гомеостазиса. Гомеостазис - необходимое условие высокого качества функционирования системы;

Цель III порядка - достижение максимально высоких показателей существования системы (максимальная энергетическая эффективность и надежность).

По мере ухудшения внешних условий система отказывается от иерархически менее важных целей («не до жиру - быть бы живу!»). [5, с. 72]

Заключение

Механизм обратной связи - это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи - это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Обратная связь является фундаментальным понятием кибернетики, особенно теории управления и теории информации; обратная связь позволяет контролировать и учитывать действительное состояние управляемой системы (т.е., в конечном счёте, результаты работы управляющей системы) и вносить соответствующие корректировки в её алгоритм управления.

Таким образом, важной стороной управления в живых системах является наличие обратных связей. Принцип обратных связей является одним из основных принципов самоуправления, саморегуляции и самоорганизации. Без наличия обратных связей процесс самоуправления невозможен. С помощью обратных связей сами отклонения объекта от заданного состояния формируют управляющие воздействия, которые приводят состояние объекта в заданное. связь организм живой

Именно обратная связь позволяет регуляции по отклонению работать в двух режимах: компенсационном и слежения.

Обратная связь может быть положительной и отрицательной.

Отрицательная обратная связь - тип обратной связи, при котором входной сигнал системы изменяется таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала.

Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.

Отрицательная обратная связь широко используется живыми системами разных уровней организации - от клетки до экосистем - для поддержания гомеостаза.

Положительная обратная связь - тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.

Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых систем, называемых генераторы (производители).

Положительная обратная связь рассогласует систему, и, в конечном счёте, существующая система трансформируется в другую систему, которая оказывается более устойчивой (то есть в ней начинают действовать отрицательные обратные связи).

Таким образом, общие характеристики обратных связей могут быть сформулированы следующим образом:

Отрицательные обратные связи способствуют восстановлению исходного состояния. Положительные - уводят организм все дальше от исходного состояния.

Самоорганизация на всех уровнях начинается на основе механизмов положительной обратной связи, на которые затем накладываются ограничения отрицательных обратных связей.

Список использованной литературы

1. Гомеостаз. Сборник. Под ред. П.Д. Горизонтова. - М.: «Медицина», 1976. - 471 с.

2. Гомеостатика живых, технических, социальных и экологических систем / под ред. Горский Ю.М., Астафьев В.И., Казначеев В.П. и др. - Новосибирск: «Наука», 1990. - 194 с.

3. Марютина Т. М. , Ермолаев О. Ю. Введение в психофизиологию: Учебное пособие по курсу: «Общая и возрастная психофизиология». - М.: Московский психолого-социальный институт, Флинта, 1997. - 317 с.

4. Основы физиологии человека: учебник для высших учебных заведений: в 2 т. Под ред. Б.И. Ткаченко. - СПб: Международный фонд истории науки, 1994. - т. 1 - 567 с., т. 2 - 412 с.

5. Физиология человека: В 4-х томах. Т.3. Пер. с англ / под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса.-М.: Мир, 1986. - 288 с.

6. Физиология человека / под. ред. Г.И. Косицкого. - Ф50 3-е изд., перераб. и доп., - М.: Медицина, 1985. - 544 с.

Размещено на Allbest.ru