Вопрос 69. Процессы управления в биологических системах. Устойчивость н надежность систем автоматического регулиро­вания. Принципы обеспечения высокой надежности биологиче­ских систем.

В большинстве случаев при заболеваниях нарушаются процессы управления в организме, при этом параметры перестают поддержи­ваться на оптимальном уровне. Главной врачебной задачей на данном этапе является задача, связанная с нахождением той системы автома­тического регулирования в организме, которая стала работать неус­тойчиво с тем, чтобы попытаться восстановить ее работу.

Для того чтобы определить устойчиво работает данная САР или нет, следует произвести исследование переходных функций САР (в клинике подобные исследования называют функциональными проба­ми). Под переходными функциями САР понимают реакцию системы на воздействие в виде одиночного скачка. В качестве примера рас­смотрим определение устойчивости системы регуляции уровня сахара в крови у больного со скрытой формой диабета. Для того чтобы уста­новить устойчиво или нет, работает САР уровня сахара в крови, не­обходимо заставить эту систему работать.

Для достижения этой цели следует создать строго дозированную помеху, которая бы отклонила регулируемый параметр от нормально­го уровня. Для этого внутривенно одномоментно вводят 40% раствор глюкозы из расчета 0.2 грамма на килограмм массы тела больного, в результате чего концентрация сахара в крови увеличится, т.е. возник­нет рассогласование (смотри рисунок). Если диабета у данного паци­ента нет, то САР в течение 35-45 минут вернет уровень сахара в кро­ви к норме. Если же у данного пациента диабет, то возвращение уровня сахара к норме может затянуться на многие часы или даже су­тки (возможно многократное перерегулирование). Чем тяжелее ди­абет, тем дольше продолжается этот процесс.

Надежность систем автоматического регулирования - способность САР поддерживать регулируемые параметры на заданных уровнях в условиях действия реальных помех.

Функциональным элементом центральной нервной системы (ЦНС) является нейрон. Каждый нейрон очень ненадежен, т.к. каждый час гибнет (и не восстанавливается!) около 1000 нейронов. Почему же, если сами нейроны очень ненадежны, биологические системы явля­ются чрезвычайно надежными? Вот основные принципы обеспечения надежности биологических систем:

1) пластичность нервных центров.

Нервный центр - группа нейро­нов, расположенных компактно в определенном участке ЦНС и

осуществляющих регуляцию той или иной функции. При гибели этой группы клеток (например, в результате

инсульта) рядом расположен­ная группа нейронов, которая выполняла до этого какую-то другую работу,

может взять на себя функцию утраченных;

2) принцип избыточности.

Этот принцип заключается в том, что для повышения надежности информация, передаваемая от одного

нейрона к другому, многократно повторяется во времени (временное суммирование) и передается не по

одному, а по многим каналам связи (пространственное суммирование). Нарушение прохождения

информации по какому-то каналу не приводит к отказу САР, т.к. информация пройдет по дублирующим

каналам;

3) принцип обратной связи.

Чем больше каналов обратной связи, тем более надежно работа САР (смотри пример с регуляцией уровня

кислорода в крови при пневмотораксе, который был рассмотрен ра­нее).

4) иерархичность.

Все биологические САР организованы по иерар­хическому принципу, когда есть центры высшего порядка,

которые регулируют активность низших центров, что существенно повыша­ет надежность регулирования. Литература: Лекции.