Учение П.К. Анохина о функциональных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет общей медициныКафедра физиологии

РЕФЕРАТ

Учение П.К. Анохина о функциональных системах

В начале 30-х годов в г. Горьком (ныне - Нижний Новгород) П.К. Анохин с сотрудниками провели на животных ряд экспериментальных работ, результаты которых изложили в Сборнике: Проблема центра и периферии в физиологии нервной деятельности / Отв. ред. П. Анохин, Горький, 1935 г.

Один из экспериментов проходил так: «У собаки выделяли два разных нерва - блуждающий и лучевой, разрезали каждый из них поперек на две части - центральную и периферическую, а затем сшивали центральный конец блуждающего нерва с периферическим концом лучевого.

А мы знаем, что блуждающий нерв связывает мозг с желудком и лёгкими, а лучевой идет к мышцам и чувствительным окончаниям кожи передней лапы. Следовательно, «желудочные» и «легочные» чувствительные волокна подрастали к лапе: при лёгком почесывании кожи у животного начинались неукротимый кашель и хрипы, а при надавливании на мышцу - неукротимая рвота. Совершенно ясно, что вначале собака не могла пользоваться конечностью. Однако через несколько месяцев она чувствовала себя опять здоровой: уверенно наступала на оперированную лапу, ходила, бегала, а раздражение кожи и мышц уже не вызывало ни кашля, ни рвоты. Что случилось?..

В мозгу произошла сложная перестройка в работе соответствующих центров. Самое главное, эта перестройка происходила в результате непрерывной повторной (или обратной) сигнализации от места нарушения, и именно эта сигнализация привела к его устранению.

А вот другой, в общем, аналогичный опыт. Разгибательную мышцу задней конечности расщепляли вдоль на две половины и подшивали одну из них в положение сгибателя. При такой форме эксперимента нервы мышцы выполняют прежнюю роль: они посылают к мышце сигналы, чтобы вызвать разгибание конечности, но вместо этого одна половина мышцы даёт разгибание конечности, как ей и положено, другая же половина вызывает несвойственный ей эффект - сгибание. Сгибание и разгибание в одно и то же время! Попробуйте пройтись, если мышцы ног работают вразнобой и попытка согнуть ногу неожиданно ведет к её выпрямлению. Именно так сразу же после операции и пришлось передвигаться подопытной кошке. Однако через несколько месяцев она снова ходила и прыгала, не проявляя каких-либо отклонений, которые видны на рисунке.

Этот опыт, как и предыдущий, показывает, что восстановление нормальной ходьбы происходит в результате переучивания центров, осуществляющих регуляцию движений. Это переучивание могло произойти только при одном условии, а именно: животное получало сигналы от оперированной конечности и оценивало, насколько эти движения совершаются правильно и соответствуют ли они полезному результату.

Где же произошло переучивание нервных центров пересаженного разгибателя, который был вынужден изменить свою функцию на диаметрально противоположную? После ряда дополнительных испытаний стало ясно, что эта перестройка произошла не в спинном мозгу, а в пределах большой системы механизмов, инициативную роль в которой играет чувствительно-двигательная область коры больших полушарии

Аппаратом, осуществляющим «максимальное и быстрейшее опережение последовательных и повторных явлений внешнего мира» [П.К. Анохин, 1978] является центральная нервная система. Сопоставив различные уровни организации живой материи, можно увидеть, что принцип опережающего отражения внешнего мира является неотъемлемой стороной жизни, ее приспособления к окружающим условиям. У центральной нервной системы, обладающей возможностью отражения в микроинтервалах времени цепи событий, длящихся годами, фактически нет границ для такого опережения действительности]. «…Центральную нервную систему можно рассматривать как субстрат высокой специализации, который развивался как аппарат максимального и быстрейшего опережения последовательных и повторных явлений внешнего мира» [П.К. Анохин, 1958].

«Поскольку такая система имеет качественно очерченный приспособительный эффект, поскольку все части системы вступают в динамическое экстренно складывающееся функциональное образование и поскольку именно такая система получает непрерывную обратную информацию о приспособительном результате, мы назвали ее функциональной системой» - так писал П.К. Анохин ещё в 1935 году, задолго до появления кибернетики.

Результат действия любой ФС представляет собой жизненно важный адаптивный показатель, необходимый для нормального функционирования организма в биологическом и социальном плане. Отсюда вытекает системообразующая роль результата действия. Именно для достижения определенного адаптивного результата складываются ФС, сложность организации которых определяется характером этого результата.

Многообразие полезных для организма приспособительных результатов может быть сведено к нескольким группам:

1) метаболические результаты, являющиеся следствием обменных процессов на молекулярном (биохимическом) уровне, создающими необходимые для жизнедеятельности субстраты или конечные продукты;

2) гомеопатические результаты, представляющие собой ведущие показатели жидких сред организма: крови, лимфы, интерстициальной жидкости (осмотическое давление, рН, содержание питательных веществ, кислорода, гормонов и т.д.), обеспечивающие различные стороны нормального обмена веществ;

3) результаты поведенческой деятельности животных и человека, удовлетворяющие основные метаболические, биологические потребности: пищевые, питьевые, половые и др.;

4) результаты социальной деятельности человека, удовлетворяющие социальные (создание общественного продукта труда, охрана окружающей среды, защита отечества, обустройство быта) и духовные (приобретение знаний, творчество) потребности.

В состав каждой ФС включаются различные органы и ткани. Объединение последних в ФС осуществляется результатом, ради достижения которого создается ФС. Этот принцип организации ФС получил название принципа избирательной мобилизации деятельности органов и тканей в целостную систему. Например, для обеспечения оптимального для метаболизма газового состава крови происходит избирательная мобилизация в ФС дыхания деятельности легких, сердца, сосудов, почек, кроветворных органов, крови. Включение отдельных органов и тканей в ФС осуществляется по принципу взаимодействия, который предусматривает активное участие каждого элемента системы в достижении полезного приспособительного результата. В приведенном примере каждый элемент активно способствует поддержанию газового состава крови: легкие обеспечивают газообмен, кровь связывает и транспортирует О₂ и СО₂, сердце и сосуды обеспечивают необходимую скорость движения крови и величину.

Для достижения результатов различного уровня формируются и разноуровневые ФС. ФС любого уровня организации имеет принципиально однотипную структуру, которая включает в себя 5 основных компонентов:

1) полезный приспособительный результат;

2) акцепторы результата (аппараты контроля);

3) обратную афферентацию, поставляющую информацию от рецепторов в центральное звено ФС;

4) центральную архитектонику -- избирательное объединение нервных элементов различных уровней в специальные узловые механизмы (аппараты управления);

5) исполнительные компоненты (аппараты реакции) -- соматические, вегетативные, эндокринные, поведенческие.

Общая схема функциональной системы

Состояние внутренней среды постоянно контролируется соответствующими рецепторами. Источником изменения параметров внутренней среды организма является непрерывно текущий в клетках процесс обмена веществ (метаболизм), сопровождающийся потреблением исходных и образованием конечных продуктов. Любое отклонение параметров от показателей, оптимальных для метаболизма, равно как и изменение результатов иного уровня, воспринимается рецепторами. От последних информация передается звеном обратной связи в соответствующие нервные центры. На основе поступающей информации происходит избирательное вовлечение в данную ФС структур различных уровней центральной нервной системы для мобилизации исполнительных органов и систем (аппаратов реакции). Деятельность последних приводит к восстановлению необходимого для метаболизма или социальной адаптации результата. анохинский метаболизм гомеостатический кровь

Вместе с тем в их организации есть и отличия, которые обусловлены характером результата. ФС, определяющие различные показатели внутренней среды организма, генетически детерминированы, часто включают в себя только внутренние (вегетативные, гуморальные) механизмы саморегуляции. К их числу можно отнести ФС, определяющие оптимальный для метаболизма тканей уровень массы крови, форменных элементов, реакции среды (рН), кровяного давления. Другие ФС гомеостатического уровня включают в себя и внешнее звено саморегуляции, предусматривающее взаимодействие организма с внешней средой. В работе некоторых ФС внешнее звено играет относительно пассивную роль источника необходимых субстратов (например, кислорода для ФС дыхания), в других внешнее звено саморегуляции активно и включает целенаправленное поведение человека в среде обитания, направленное на ее преобразование. К их числу относится ФС, обеспечивающая оптимальный для организма уровень питательных веществ, осмотического давления, температуры тела.

ФС поведенческого и социального уровня чрезвычайно динамичны по своей организации и формируются по мере возникновения соответствующих потребностей. В таких ФС внешнее звено саморегуляции играет ведущую роль. Вместе с тем поведение человека определяется и корригируется генетически, индивидуально приобретенным опытом, а также многочисленными возмущающими воздействиями. Примером таких ФС является производственная деятельность человека по достижению социально значимого для общества и индивида результата: творчество ученых, художников, писателей.

Принципы взаимодействия ФС. В организме работает одновременно несколько функциональных систем, что предусматривает их взаимодействие, которое строится на определенных принципах.

Принцип системогенеза предполагает избирательное созревание и инволюцию функциональных систем. Так, ФС кровообращения, дыхания, питания и их отдельные компоненты в процессе онтогенеза созревают и развиваются раньше других ФС.

Принцип мультипараметрического (многосвязного) взаимодействия определяет обобщенную деятельность различных ФС, направленную на достижение многокомпонентного результата. Например, параметры гомеостаза (осмотическое давление, КОС и др.) обеспечиваются самостоятельными ФС, которые объединяются в единую обобщенную ФС гомеостаза. Она и определяет единство внутренней среды организма, а также ее изменения вследствие процессов обмена веществ и активной деятельности организма во внешней среде. При этом отклонение одного показателя внутренней среды вызывает перераспределение в определенных соотношениях других параметров результата обобщенной ФС гомеостаза.

Принцип иерархии предполагает, что ФС организма выстраиваются в определенный ряд в соответствии с биологической или социальной значимостью. Например, в биологическом лане доминирующее положение занимают ФС, обеспечивающие сохранение целостности тканей, затем -- ФС питания, воспроизведения и др. Деятельность организма в каждый временной период определяется доминирующей ФС в плане выживания или адаптации организма к условиям существования. После удовлетворения одной ведущей потребности доминирующее положение занимает другая наиважнейшая по социальной или биологической значимости потребность.

Принцип последовательного динамического взаимодействия предусматривает четкую последовательность смены деятельности нескольких взаимосвязанных ФС. Фактором, определяющим начало деятельности каждой последующей ФС, является результат деятельности предыдущей системы. Еще одним принципом организации взаимодействия ФС является принцип системного квантования жизнедеятельности. Например, в процессе дыхания можно выделить следующие системные «кванты» с их конечными результатами: вдох и поступление некоторого количества воздуха в альвеолы; диффузия О₂ из а альвеол в легочные капилляры и связывание О₂ с гемоглобином; транспорт О₂ к тканям; диффузия О₂ из крови в ткани и СО₂ в обратном направлении; транспорт СО₂ к легким; диффузия СО₂ из крови в альвеолярный воздух; выдох. Принцип системного квантования распространяется и на поведение человека.

Таким образом, управление жизнедеятельностью организма путем организации ФС гомеостатического и поведенческого уровней обладает рядом свойств, позволяющих адекватно адаптировать организм к изменяющейся внешней среде. ФС позволяет реагировать на возмущающие воздействия внешней среды и на основе обратной афферентации перестраивать деятельность организма при отклонении параметров внутренней среды. Помимо этого, в центральных механизмах ФС формируется аппарат оценки будущих результатов -- акцептор результата действия. Сравнение параметров достигнутого результата с афферентной моделью в акцепторе результатов действия служит основой для коррекции деятельности организма в плане получения именно тех результатов, которые наилучшим образом обеспечивают процесс адаптации.

Не стоит думать, что предложенная П.К. Анохиным теория функциональных систем была абсолютно понята и безоговорочно принята его современниками. Так, С.Н. Брайнес, В.Б. Свечинский предложили трехуровневую модель системы управления в организме. В.М. Фролов говорит об уровнях функционирования, правда, физиологических систем. Несколько позднее известный советский физиолог Г.И. Косицкий пишет: «…центры вегетативной нервной системы, регулирующие функцию сердца, расположенные в продолговатом мозгу и в верхних грудных сегментах спинного мозга, не следует считать первичными нервными центрами. Ясно, что существует определенная иерархия вегетативных центров, регулирующих работу сердца. Первый «этаж» этой иерархической системы образован внутрисердечными периферическими рефлексами, второй «этаж» - рефлексами, замыкающимися на уровне экстраорганных вегетативных ганглиев. Так называемые низшие вегетативные центры (спинного и продолговатого мозга) в действительности являются третьим «этажом» указанной иерархической системы.

Подобная функциональная структура позволяет освободить центральную нервную систему от необходимости переработки излишней информации (т.к. многие, необходимые организму регуляторные влияния могут осуществляться на уровне периферических рефлексов) и кроме того увеличивает надежность регуляции (т.к. в этом случае разобщение связи сердца с центральной нервной системой не выключает его нервной регуляции)». Об «автономных контурах управления» и иерархичности систем пишет Р.М. Баевский. П.Д. Горизонтов также говорит о возможности местной авторегуляции незначительных изменений гомеостаза. Более того, в работах этих и многих других современных физиологов зачастую сквозит неприятие основных принципов анохинской теории функциональных систем. И хотя, вне всякого сомнения, следует признать наличие «здравого зерна» и в упомянутых и во многих других работах, но все они лежат в русле общей тенденции выделять и разобщать, в то время как теория функциональных систем П.К. Анохина - наиболее яркая и, пожалуй, самая удачная попытка объединить части с целью изучения целого. И «…именно результат функционирования системы является движущим фактором прогресса всего живого…».

Размещено на Allbest.ru