Лейла Мухсинова - Исследование систем управления

Организм может существовать, если постоянство состава его тела поддерживается в определенных пределах. Это положение – сущность закона постоянства внутренней среды. Действительно, в норме величина артериального давления, концентрация в крови сахара, жира холестерина и другие показатели колеблются незначительно. Наоборот, любое стойкое отклонение от нормальных пределов говорит о болезни. Это постоянство внутренней среды или гомеостаз (так назвал это фундаментальное свойство в 1929 г. выдающийся физиолог Уолтер Кеннон). Аналитики утверждают, нельзя считать, что именно Кеннон открыл не известную до него закономерность в живых системах. Сходные высказывания можно обнаружить в трудах русского ученого И.Сеченова, немецкого ученого Э. Пфлюгера, бельгийского – Л. Фредерика, французского – Ш. Рише, английского – Д. Холдейна. Но приоритет остается за Кенноном: он ввел в науку, сформулировал теорию гомеостаза.

Если гомеостаз должен строго охраняться, то должны существовать и специальные механизмы поддержания гомеостаза. У одноклеточных организмов в силу ограниченных возможностей их строения такие механизмы не могут быть достаточно эффективными. Чтобы обеспечить постоянство внутренней среды и тем самым сделать организм в определенной степени независимым от внешней среды, должны были возникнуть какие-то приспособления и механизмы, должна была возникнуть специализация органов тела. Но как ни специализированы функции у высших организмов, они обладают свойствами, присущими всем живым существам – от бактерий до человека.

Какие свойства отличают живую систему от неживой? Способность живых систем к размножению, к приспособлению – адаптации, регулированию потока энергии. Чтобы эти свойства проявлялись в организме, нужна определенная структурная организация. В каждом сложном организме существует энергетический, адаптационный и репродуктивный гомеостат, то есть специализированные системы, регулирующие эти основные свойства организма. Главный регулятор этих трех функций у высших организмов – гипоталамус. Он гибрид нервной и эндокринной системы. Гипоталамус – типичная нервная ткань, состоящая из нейронов, которые посредством многочисленных волокон связаны со всеми отделами нервной системы. Поэтому все, что знает нервная система о внешнем и о внутреннем мире организма она передает в гипоталамус. В гипоталамусе и прилегающих к нему отделах мозга находятся центр сна и центр, контролирующий эмоции, центры аппетита, теплопродукции и теплорегуляции. С другой стороны, гипоталамус – типичная эндокринная железа, выделяющая гормоны, которые определяют деятельность гипофиза, железы – регуляторы многих отделов эндокринной системы. В частности гипоталамус через гипофиз регулирует рост тела, деятельность щитовидной железы, надпочечников, функцию молочной железы. Кроме того, гипоталамус направляет свои гормоны и в отдаленные области тела, где эти гормоны самостоятельно выполняют регуляторную роль. Итак, гипоталамус осуществляет взаимосвязь между внешним и внутренним миром организма. Гипоталамус работает как любое устройство по поддержанию стабильности в такого рода системах, как, например, термостат. В таких системах регуляция строится по правилам кибернетики. Стабильность в любой саморегулирующейся системе поддерживается благодаря механизму отрицательной обратной связи. Например, когда в крови снижается концентрация рабочего гормона, то снижается и тормозящее влияние, которое оказывает этот гормон на свой регулятор – гипоталамус. Поэтому гипоталамус начинает посылать к соответствующей эндокринной железе свой гормон – стимулятор, который усиливает ее деятельность. Но вот концентрация рабочего гормона возрастает до нормы, и он теперь снижает, тормозит активность гипоталамуса. В результате меньше вырабатывается гипоталамического гормона – стимулятора, это значит, что активность рабочей эндокринной железы падает. Торможение гипоталамуса прекратится лишь тогда, когда снова уменьшится в крови уровень рабочего гормона. Так поддерживается равновесие: и недостаток рабочего гормона, так же как и избыток его, устраняется.

В последние годы проблему гомеостаза стали рассматривать с позиций кибернетики. Начало этому положил ее основоположник Н.Винер. Стремлением решить проблему гомеостаза с тех же позиций является попытка английского исследователя У.Р.Эшби. Эшби обобщил понятие гомеостазиса в кибернетическом аспекте и смоделировал искусственное саморегулирующее устройство, названное им «гомеостатом». Ниже на рисунке 3 изображены связи и взаимодействия между элементами гомеостата Эшби. Здесь, при внешнем возмущении одного элемента, система реагирует всеми элементами, стремясь восстановить равновесие. Это соответствует действию приспособляющейся системы. Вообще говоря, гомеостазис повышает устойчивость системы. Однако он связан с высокой степенью ее целостности.