АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Методические указания (рекомендации). Практическое занятие Ст (для студента)

Читайте также:
  1. II. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
  2. II. Общие указания по заполнению Извещения о ДТП
  3. III. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ
  4. III. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ СТУДЕНТАМ ПО ПОДГОТОВКЕ К СЕМИНАРУ
  5. III. Общие методические указания по выполнению курсовой работы
  6. IV. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
  7. V. Методические рекомендации преподавателю по организации и проведению практического занятия
  8. А) краткие методические указания к написанию контрольной работы
  9. Базовый учебники, учебные и учебно-методические пособия
  10. Глава 1. Методические основы оценки бизнеса
  11. Глава 29. Методологические и методические аспекты изучения зарубежного опыта социальной работы
  12. Документы и методические материалы

Практическое занятие Ст (для студента)

Тема занятия

Теория автоматического регулирования

Цели и задачи

Теоретически изучить общие понятия теории автоматического регулирования и управления. Основы теории игр. Принципы построения замкнутых систем регулирования. Прямые и обратные связи. Процессы управления в биологических системах. Устойчивость и надежность систем автоматического регулирования. Принципы обеспечения высокой надежности биологических систем. Нарушение процессов управления в организме. Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний. Рассмотреть основные понятия темы. Изучить методы построения систем регулирования. Оценить принципы обеспечения высокой надежности биологических систем. Дать кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний.

Основные понятия

· Понятия информации. Количественной и качественной оценка информации. Теорию игр.

· Понятие о системе управления. Прямые и обратные связи. Принципы работы системы автоматического регулирова­ния (САР) с воздействием по рассогласованию.

· Принципы работы системы автоматического регулирования с воздействием по возмущению.

· Устойчивость и надежность систем автоматического регулирования. Нарушение процессов управления в организме. Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний.

Вопросы к занятию

1. Определение кибернетики как науки, место кибернетики среди других наук. Методы. Основные разделы.

2. Кибернетические системы: определение, организация, классификация, основные свойства.

3. Теория информации. Качественная и количественная оценка информации.

4. Теория управления. Структура системы управления. Прямые и обратные связи (на биологических примерах).

5. Теория игр и её применение для поиска оптимального решения при диагностике заболевания.

6. Теория автоматического регулирования (ТАР). Управление. Виды управления. Регулирование.

7. Принципы работы системы автоматического регулирования (САР) с воздействием по рассогласованию (на примере регуляции АКД при кровопотере).

8. Принципы работы системы автоматического регулирования (САР) с воздействием по возмущению (на примере регуляции уровня кисло­рода в крови при закрытом пневмотораксе).

9. Устойчивость САР. Переходные функции САР (на примере регуляции уровня сахара в крови при диабете).

10. Надёжность САР. Принципы обеспечения высокой надёжности биологических систем (на примере работы нервной системы).

Методические указания (рекомендации)

Информация. Количественная и качественная оценка информации. Теория игр

Информация - сообщение, которое может быть использовано системой управления для устранения неопределенности (качественная оценка).

Информация - мера устранения неопределенности (количественная оценка).

Для определения количества полученной информации можно исполь­зовать формулу К. Шеннона для равновероятных состояний:

H = log2N, где H - количество полученной информации в битах, N - число равновероятных состояний или событий. Бит - количество информации в двоичной системе счисления, если N равно двум, т.е. если выбор производится из двух рав­новероятных состояний. Само название "бит" происходит от двух английских слов: binary digit (bit), что и означает в вольном переводе "выбор из двух паль­цев", т.е. равновероятный выбор.

Пример: Нейрон может находиться в двух равновероятных состоя­ниях возбужденном или невозбужденном. Какое количество информации необходимо получить для полного устранения неопределенности?

H = log2 N = log2 2 = 1 бит.

Пример: В пачке находится 16 экзаменационных билетов. Какое количество информации получит студент, если ему сооб­щить, где находится билет N3?

H = log2 N = log2 16 = 4 бита.

Теория игр

Теория игр - теория математических моделей принятия оптималь­ных решений в условиях неопределенности.

Свое название этот раздел кибернетики получил из-за того, что фактор неопределенности можно интерпретировать как противника в спортивной игре, который препятствует принятию оптимального решения.

Пример: Вы - врач приемного отделения какой-то больницы. К Вам доставлен больной с жалобами на интенсивные боли в об­ласти живота. Как за минимальное время определить пра­вильный диагноз у данного больного? Можно, конечно, поступить так, как обычно поступает начинающий и неопытный врач - начать проверять первым тот возможный диагноз, который Вы вспомнили первым (или тот, который Вы лучше помните из курса обучения в ВУЗе!). Если диагноз при Вашем обследовании не подтвердился, то потом можно приступить к проверке какого-то друго­го и т.д.

Вероятность того, что Вы случайно наткнетесь на правильный ди­агноз, очень мала. Поступая, таким образом, Вы проводите много лишних исследований, что само по себе не рационально с экономической точки зрения, но главное, Вы, проводя ненужные исследования, теряете дра­гоценное время оставшейся жизни пациента и, если состояние больного тяжелое, он может просто не дожить до того момента, когда Вы, нако­нец, поставите правильный диагноз! Как же поступить? Теория игр ре­комендует поступить следующим образом:

а) все предполагаемые диагнозы следует поделить на две группы взаимно исключающих друг друга диагнозов и провести исследования, с целью исключения (или подтверждения) одной группы диагнозов. Так, например, Вы вспомнили о том, что интенсивные боли в животе могут быть при 32 заболеваниях (в действительности таких заболеваний больше!). Вы поделили все эти диагнозы на две группы: сердечные за­болевания - 14 диагнозов и остальные, не связанные с заболеванием сердца (смотри рисунок). Для исключения сердечной патологии (боли в области живота могут быть, например, при инфарктах миокарда) следу­ет провести запись электрокардиограммы. После анализа ЭКГ Вы убеди­лись в том, что сердечной патологии у данного пациента нет, поэтому Вы можете отбросить всю эту группу диагнозов.

На этом этапе Вы получили 1 бит информации:

H = log2 N = log2 2 = 1 бит.

Общее количество информации, которое Вам нужно получить при обследовании данного пациента равно 5 битам:

H = log2 N = log2 32 = 5 бит.

Таким образом, Вам осталось пройти еще 4 шага и получить еще 4 бита информации для отыскания правильного ответа! Перейдем к следующему этапу (смотри пункт "б").

 
 


8 Х 4 Х

18 6 1 Диагноз заболевания

32 10 2

14 Х 4 Х 1 Х

 

Примечание: Х - отвергнутая группа диагнозов

 

б) Снова оставшиеся 18 возможных диагнозов поделим на две группы взаимно исключающих диагнозов, например, заболевания, связанные с заболеваниями поджелудочной железы (в нашем примере их 8) и остальные диагнозы. Для исключения (или подтверждения) этой груп­пы диагнозов проведем, например, определение диастазы в моче и убе­димся, что поджелудочная железа к этому болевому синдрому отношения не имеет. На этом этапе мы получили еще 1 бит информации!

в) Разделим оставшиеся 10 диагнозов на 2 группы: связанную с заболеваниями желудка и не связанную с заболеваниями желудка. Для исключения (или подтверждения) одной из этих групп диагнозов прове­дем гастроскопию и т.д. Сведения о конкретных методиках поиска ди­агноза при различных заболеваниях Вам дадут на клинических кафед­рах. Преимуществом поиска диагноза по теории игр является то, что мы обязательно придем к правильному решению самым кратчайшим пу­тем, в нашем примере всего за 5 шагов!

Теория управления. Понятие о системе управления. Прямые и обратные связи

Теория управления - раздел кибернетики, изучающий систе­мы управления.

Понятие о системе управления

Кибернетическая система - упорядоченная совокупность взаимос­вязанных и взаимодействующих элементов, закономерно образующих единое целое, которое обладает свойствами, отсутствующими у элементов, образующих это целое.

Пример: человеческий организм.

Основные свойства систем:

 

1. наличие качеств, отсутствующих у отдельных элементов;

2. управляемость систем;

3. целенаправленность систем;

4. целостность систем;

5. саморегулирование систем;

6. самоорганизация систем;

7. иерархичность систем.

 

Система управления, как минимум, содержит в себе два основных блока или устройства: управляющее устройство (УУ) и управляемый объект (УО), между которыми имеются прямые и обратные связи.

Прямая связь УУ ОУ     Обратная связь

 

 

По каналу прямой связи передаются команды или управляющие воз­действия к управляемому объекту с целью перевода его в требуемое состояние. По каналу обратной связи передается информация об эффек­тивности управления. Обратные связи могут быть двух типов - положи­тельные и отрицательные.

Под положительной обратной связью понимают такую связь, при ко­торой система переходит на более высокий уровень функционирования.

    Деполяризация Прямая связь Увеличение клеточной проницаемости мембраны для ионов Na+   Обратная связь Вход ионов натрия

Пример:

 

Данный процесс лавинообразно нарастает и заканчивается генера­цией потенциала действия, а клетка, в которой это произошло, пере­ходит в возбужденное состояние.

Под отрицательной обратной связью понимают такую связь, при которой происходит стабилизация параметров системы.

  ТТГ Прямая связь Щитовидная Гипофиз железа   Обратная связь тироксин

Пример:

 

Данная система поддерживает концентрацию тироксина в крови на строго постоянном уровне. Система работает так: тироксин является отрицательной обратной связью в этой системе управления, он тормо­зит выработку гипофизом тиреотропного гормона (ТТГ). При уменьшении концентрации тироксина в крови гипофиз начинает вырабатывать боль­шее количество ТТГ, который заставляет щитовидную железу больше вы­рабатывать тироксина. И вот тироксина в крови стало больше нормы, увеличилось тормозящее влияние этого гормона на гипофиз, ТТГ стало вырабатываться меньше и меньше стала вырабатывать тироксина щито­видная железа.

Принципы работы системы автоматического регулирова­ния (САР) с воздействием по рассогласованию (на примере регуляции кровяного артериального давления при кровопотере)

Управление - процесс воздействия на управляемый объект с целью перевода его в требуемое состояние.

Управление бывает двух видов - сохраняющее и поисковое. Поисковое управление такой вид управление, при котором заранее не известно требуемое значение параметров и это значение отыскива­ется в ходе управления.

Пример: Поиск оптимальной величины кровяного артериального давления при нагрузке.

Более простым видом управления является сохраняющее управле­ние, когда значение какого-то параметра сохраняется на строго за­данном уровне (смотри пример с поддержанием постоянства концентра­ции тироксина в крови). Сохраняющее управление иначе называют регу­лированием.

Принципы работы САР с воздействием по рассогласованию

Рассмотрим блок-схему САР с воздействием по рассогласованию.

Z   5 Х0 3 e 4 b 1 Х     Х1 2

 

 

Условные обозначения:

1 - регулируемый объект,

2 - измерительное устройство,

3,4,5 - сосудодвигательный центр.

 

 

Регулируемый параметр Х - величина кровяного артериального давления. Помеха Z - кровопотеря, происшедшая в результате ранения сосуда. Величина параметра измеряется измерительным уст­ройством 2 - в нашем организме это баро - или прессорецепторы, рас­полагающиеся в дуге аорты и вырабатывает сигнал Х1 о величине пара­метра Х. Сравнивающее устройство 3 проводит сравнение должного зна­чения параметра Хо, которое вырабатывается эталоном или акцептором результатов действия 5. В результате такого сравнения вырабатывает­ся сигнал рассогласования e, в соответствии с величиной и знаком, которого регулирующее устройство 4 вырабатывает команду или регули­рующее воздействие, b, которое переводит регулируемый объект 1 в требуемое состояние, при этом АКД приходит к нормальному уровню.

Следует отметить, что 3, 4 и 5 устройства - это группы нейро­нов, расположенные в так называемом сосудодвигательном центре. Ре­гулируемый объект 1 - это интегрированное понятие:

- во-первых, это сердце, увеличение частоты сокращений (положи­тельный хронотропный эффект) или увеличение систолического объема (положительный инотропный эффект) увеличивают минутный объем и, как результат, приводят к повышению АКД;

- во-вторых, это сосуды, повышение сосудистого тонуса приведет к повышению АКД;

- в-третьих, это кровяные депо, выход крови из депо в кровяное русло увеличит массу циркулирующей крови и увеличит АКД;

- в-четвертых, это органы пищеварения, при кровопотере у чело­века появляется чувство жажды, при приеме определенного количества воды она поступает в кровяное русло, увеличивая массу циркулирующей крови и увеличивает АКД;

- в-пятых это органы выделения, почки резко уменьшают мочеот­деление, что ведет к задержке жидкости в организме и тоже ведет к повышению АКД и т.д.

Таким образом, в понятие "регулируемый объект" входят практи­чески все органы и системы человеческого организма, что повышает эффективность регулирования.

Принципы работы системы автоматического регулирования с воздействием по возмущению (на примере регуляции уровня кислорода в крови при экспериментальном закрытом пневмотораксе)

Недостатком САР с воздействием по рассогласованию является то, что система начинает регулировать только тогда, когда параметр уже отклонился от заданного уровня и, поэтому, с помощью данной системы регулирования невозможно получить истинные константы. Было обнару­жено, что подобным образом работают системы у больного человека, а у здорового они работают более совершенно, когда колебания регули­руемого параметра практически исключены даже при действии значи­тельных по величине помех. Подобные системы регулирования были наз­ваны "САР с воздействием по возмущению".

Рассмотрим блок-схему САР с воздействием по возмущению.

    6 Z     5 Х0 3 e 4 b 1 Х   Х1 2    

 

Условные обозначения: 3,4,5 - дыхательный центр, 2 - хеморецепторы, 6 - механорецепторы, 1 - дыхательные мышцы.

 

 

В отличие от ранее рассмотренной блок-схемы в данную дополни­тельно включен второй канал обратной связи с измерительным устройс­твом 6, которое измеряет величину помехи!

Предположим, что собаке в эксперименте (этот эксперимент пер­вым провел известный советский ученый академик Анохин) одномоментно с помощью шприца и инъекционной иглы в плевральную полость было введено 250 миллилитров воздуха (закрытый пневмоторакс). Подобное воздействие (помеха Z) должно было привести к повышению внутри плев­рального давления и, как результат, к уменьшению поступления возду­ха в легкие и, соответственно, к уменьшению поступления кислорода в кровь.

В организме животного имеется кислородное депо - это миогло­бин, вещество похожее на гемоглобин и находящееся в скелетных мыш­цах. Было рассчитано, что при недостаточном поступлении кислорода в кровь из воздуха будет поступать кислород из депо. Запасы кислорода в депо таковы, что они будут израсходованы через 10-12 вдохов жи­вотного и тогда, по предположению исследователей, концентрация кис­лорода в крови уменьшится (возникнет рассогласование) и животное произведет более глубокий вдох. Эксперименты опровергли это предположение - первый же вдох животного, после наложения пневмоторакса, оказался более глубоким! Как же организм животного "догадался", что ему к 10-му - 12-му вдоху угрожает тканевая гипоксия?

Последовательность событий в процессе регулирования следует представить себе так: после наложения пневмоторакса животное начало очередной вдох. Глубина каждого вдоха в организме параметризована, т.е. должна быть такой, чтобы покрыть потребности тканей в кислоро­де и это контролируется с помощью механорецепторов (устройство 6 на блок-схеме), которые располагаются в висцеральной плевре и паренхи­ме легкого. Вдох продолжается до тех пор, пока, пока механорецепторы не будут растянуты в должной мере, таким образом, помеха как бы бы­ла измерена и, в соответствии с этим, была сделана необходимая поп­равка в регулировании.

Чем больше каналов обратной связи имеется в системе регулиро­вания, тем более надежно поддерживаются параметры на строго задан­ном уровне.

Процессы управления в биологических системах. Устойчивость и 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 пере регулирование). Чем тяжелее ди­абет, тем дольше продолжается этот процесс.

С   Норма   t Z 30-40 минут Несколько часов

 

Надежность систем автоматического регулирования

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

Принципы обеспечения высокой надежности биологических систем

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.

 

Нарушение процессов управления в организме. Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний на примере развития рака лёгкого у курильщика

В основе большинства заболеваний лежит нарушение процессов уп­равления в организме. Любое заболевание при своем развитии проходит две основные стадии:

1) стадия функциональных расстройств, для которой характерным является превращение регулируемых параметров из констант в релаксо­константы. Если убрать причину заболевания, то возможно самовыздо­ровление больного;

2) стадия параметрических расстройств, для которой характерно стойкое отклонение регулируемых параметров от нормального уровня. Если убрать причину данного заболевания, то самовыздоровление не наступает, только грамотные, своевременные и адекватные действия врача могут вернуть здоровье больному.

Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний на примере развития рака лёгкого у курильщика

Современная медицина считает, что курение табака относится к наркомании. У курящего человека, как у любого другого наркомана, формируется целый комплекс симптомов и черт характера:

1) зависимость от наркотика, когда не введение или несвоевре­менное введение наркотика приводит к довольно тягостному синдрому абстиненции (перевод с латинского - синдром воздержания);

2) при курении (как и при приеме любого наркотика, наркоманом) человеку кажется, что у него резко повышается работоспособность. Объективные исследования, которые многократно проводились во многих странах мира, утверждают обратное - работоспособность у человека, вы­курившего сигарету, снижается на 25-30%;

3) для получения удовлетворения от курения (как и любой другой наркоман) курильщик вынужден увеличивать дозу наркотика, постепенно все, более погружаясь в омут наркомании;

4) у курильщика резко меняется психика - формируется эгоцент­ризм (Я - центр вселенной и все живут только для Меня). Подтвержде­нием этого являются многочисленные факты. Так курильщик может ку­рить в присутствии некурящих, хотя знает, что этим наносит вред их здоровью (вероятность возникновения рака легкого и рака желудка у курильщика примерно в 70-75 раз больше, чем у некурящего!). Если курильщик в комнате, где есть и некурящие, выкурил 2 сигареты, то все присутствующие, кто не курит - "выкурили" по одной (пассивное курение)! Вероятность возникновения рака легкого у "пассивного ку­рильщика" примерно в 50-55 раз больше, чем у некурящего. Несмотря на это курящая мать позволяет себе курить в присутствии своих де­тей, подвергая их жизнь смертельному риску!

У начинающего курильщика первое впечатление от вдыхания табач­ного дыма довольно тягостное - дым, который содержит более 70 вред­ных компонентов, раздражает дыхательные пути и вызывает удушливый кашель. Если курение продолжается, то на слизистой оболочке дыха­тельных путей возникают небольшие язвочки, на дне которых обнажают­ся нервные стволики. Токсины табачного дыма, воздействуя на эти об­разования, вызывают их раздражение и усиливают кашель. Для того чтобы уменьшить неприятные ощущения, организм идет на усиленную вы­работку слизи-мокроты. Мокрота временно закрывает язвенные дефекты, но эта защита ненадежна, т.к. при кашле мокрота отделяется, и язвоч­ки вновь остаются не прикрытыми. Это стадия функциональных расс­тройств - бронхит курильщика, для которого характерен кашель с обильным отделением мокроты, особенно по утрам (по классификации Всемирной Организации Здравоохранения - бронхит курильщика, это предраковое заболевание). Если на этой стадии бросить курение, то возможно самоизлечение.

При дальнейшем курении организм идет, для более надежного зак­рытия язвенных дефектов, на ускорение темпов роста эпителия слизис­тых оболочек бронхов. Для того чтобы увеличить темпы роста эпите­лия, необходимо повысить скорость считывания генетической информа­ции с информационной РНК, а эта скорость для каждого человека генетически определена. При превышении этой скорости происходит генети­ческий сбой - возникает клетка с необычным набором ферментов и ог­ромной скоростью роста. Это раковая клетка! Заболевание, начиная с этого момента, вступило во вторую стадию своего развития - стадию параметрических расстройств. Теперь можно бросить курить или не бросать курение, раковое заболевание будет прогрессировать и речь теперь может идти только о том, когда же наступит трагический конец.

Нарушение процессов управления в организме. Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний на примере развития гипертонической болезни

Двум советским ученым Брайнесу и Свечинскому удалось провести интересные эксперименты, которые позволили раскрыть механизм разви­тия гипертонической болезни. Они поместили обезьяну в клетку и туда же поместили, в клеточке меньшего размера, злейших врагов обезьян - змей. Обезьяны панически боятся змей и единственным способом спасе­ния от них является бегство. Первое время обезьяны, видя змей, ме­чутся по клетке до полного изнеможения. Каждое мгновение обезьяна ждет нападения змеи.

  6 Z   5 Х0 3 e 4 b 1 Х     Х1 2    

Условные обозначения:

Х - регулируемый параметр,

1 - регулируемый объект,

2 - измерительное устройсво,

Х1- сигнал о величине параметра,

3 - сравнивающее устройство,

5 - эталон,

 

Хо - эталонный сигнал о величине параметра,

e - сигнал рассогласования,

4 - управляющее устройство,

6 - измерительное устройство,

Z - помеха.

Для того чтобы бежать от змеи, обезьяне необходимо увеличить кровообращение в рабочих органах - ЦНС и мышечной системе, а для этого необходимо открыть резервные капилляры в этих органах. Капил­ляры открываются артериальным давлением. Чем выше АКД, тем больше резервных капилляров будет открыто, тем лучше кровоснабжение этих органов и тем большую работу они смогут выполнить. Именно поэтому у обезьян в этом эксперименте наблюдалось значительное повышение АКД.

Таким образом, в течение нескольких недель у них параметр Х - величина АКД удерживался на необычно высоком уровне, и все это время эталонное значение Хо было значительно ниже Х1. Это стадия функцио­нальных расстройств. Если бы в это время змей убрали из клетки, то обезьяна успокоилась бы и артериальное давление снизилось бы до нормального значения.

Такой режим работы САР является очень неэкономичным, т.к. при таком соотношении Хо и Х1 САР все время вынуждена регулировать. Для повышения эффективности работы САР организм идет по пути наименьше­го сопротивления - перестраивает эталон Хо. Теперь Хо становится таким же, как и Х1 и КПД системы регулирования становится снова дос­таточно высоким. Как только произошла перестройка эталона заболева­ние перешло во вторую стадию своего развития - стадию параметричес­ких расстройств. На этой стадии АКД стало стабильно высоким. Теперь можно убрать змей из клетки или не убирать, а возникшая гипертони­ческая болезнь будет прогрессировать, и самоизлечение становится не­возможным.

Вопросы для самоконтроля

1. Качественная и количественная оценка информации.

2. Структура системы управления. Прямые и обратные связи (на биологических примерах).

3. Управление. Виды управления. Регулирование.

4. Принципы работы системы автоматического регулирования по рассогласованию и возмущению.

5. Переходные функции САР (на примере регуляции уровня сахара в крови при диабете).

6. Нарушение процессов управления в организме. Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний.

Основная литература

1. Курс физики: Учебник для вузов / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко- 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004.--720 с.: ил.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, изд. 3-е, испр. М.: Высшая школа, 1987. -- 643 с.

3. Анисимов "Основы медицинской кибернетики", с. 3-54, 98-150.

 

Дополнительная литература

Кириллов С.К., Клементьев В.Н., Адамов П.Г., Козлова Е.К. Медицинская и биологическая физика с основами медицинской электроники (Учебное пособие для студентов первого курса СГМА по подготовке к экзамену по медицинской и биологической физике). Смоленск, 2004.—155с.

 

 


Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.026 сек.)