Структура функциональной системы

Функциональная систе­ма включает следующие элементы:

· управляющее устройство - нервный центр, представляющий избирательное объединение функциональной системой нервных элементов различных уровней в специальные системные механизмы;

· выходные каналы нервного центра (нервы и гормоны);

· исполнительные органы - эффекторы, обеспечивающие в ходе физиологической деятельности поддержание регулируемого процесса (константы) на некотором оптимальном уровне (полезный результат деятельности функциональной системы), в том числе исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты, включающие организованное целенаправленное поведение;

· рецепторы результата (сенсорные рецепторы) - датчики, вос­принимающие информацию о параметрах отклонения регу­лируемого процесса (константы) от оптимального уровня;

· полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональной системы;

· каналы обратной связи - входные каналы, информирующие нервный центр с помощью импульсаций от рецепторов резуль­тата или на основе изменений химического состава тех или иных жидкостей организма о достаточности либо недостаточ­ности эффекторных усилий по поддержанию регулируемого процесса (константы) на оптимальном уровне (схема 1).

Схема 1.

Функциональная система регуляции констант организма

(по П.К. Анохину, с изменениями)

Организм в своем поведении использует далеко не все свои структурные и функциональные возможности (степени свободы), а оставляет лишь необходимые. Без этого деятельность его была бы хаотичной, нецелесообразной. Создание функциональной системы необходимо для того, чтобы отдельные ее элементы действовали не самостоятельно и независимо друг от друга, а подчинялись общей задаче — получить искомый результат.

Деятельность функциональной системы можно разбить на отдельные последовательные этапы:

1) обработка всех сигналов поступающих из внешней и внутренней среды организма — так называемый афферентный синтез;

2) принятие решения;

3) создание (на основе принятого решения) представления об ожидаемом результате действия и формирование конкретной программы действий для достижения этого результата;

4) анализ полученного результата и уточнение программы действий.

На первом этапе (афферентный синтез) в нервных центрах одновременно взаимодействуют четыре типа поступающих к ним раздражении:

1) пусковая афферентация — сигналы, вызывающие действие;

2) обстановочная афферентация — все остальные внешние раздражения, создающие афферентный фон;

3) мотивация — собственные потребности организма, доминирующие в данный момент: биологические мотивации — жажда, голод, страх и другие, а также высшие мотивации, формирующиеся у человека под влиянием социальных факторов (желание добиться какой-либо цели в жизни, достичь определенного результата в спорте и др.);

4) память—имеющиеся в нервной системе следы прежних раздражении, накопленный опыт.

Все эти виды сигналов должны одновременно обрабатываться в нервных клетках и сопоставляться друг с другом. При оценке текущих афферентных раздражении производится их сопоставление со следами прежних раздражении, хранящихся в памяти. Большую роль в отборе сигналов играют доминирующие мотивации, так как они повышают восприимчивость организма к наиболее важным в данный момент сигналам.

На основании афферентного синтеза принимается решение («что надо делать») и вырабатывается программа действий («как надо делать»). При этом производится оценка всех возможных путей решения возникших перед организмом задач и его ответных реакций организма и выбирается лишь одно необходимое решение. Одновременно в мозгу создается представление о том, какой результат должен быть получен.

Каждой функциональной системе присущи следую­щие свойства:

1. Самоорганизация. Функциональные системы в процессе эволюционно­го развития живых организмов выступили в роли универсальных образований, обладающих свойст­вами самоорганизации.

Самоорганизация функциональных систем обуслов­лена прежде всего жизненно важной потребностью организма. Потребность выступает, таким образом, в инициативной роли исходного объединения опре­деленных органов и тканей в функциональную сис­тему, обеспечивающую своей деятельностью удов­летворение этой исходной потребности.

Кроме того, функциональные системы организма могут складываться под влиянием специальных факторов окружающей организм среды. У человека это, в первую очередь, факторы социальной среды. Механизмы памяти также могут быть причиной формирования функциональных систем, особенно поведенческого и психического уровня.

2. Системообразующая роль результата. Деятельность каждой функциональной системы всегда направлена на достижение определенного, полезного для организма приспособительного ре­зультата, удовлетворяющего лежащую в основе функциональной системы потребность. Результат действия любой функциональной системы пред­ставляет собой жизненно значимый адаптивный показатель деятельности организма, удовлетворя­ющий его метаболические и другие потребности, а также определяющая его приспособление к окру­жающей среде. Результат действия выступает в качестве ведущего фактора организации функцио­нальных систем различного уровня. При дости­жении организмом того или иного адаптивного результата все охваченные исходной потребностью элементы консолидируются в функциональную систему. В этом состоит системообразующая роль результата.

3. Саморегуляция. Любая функциональная система различного уровня организации строится по принципу саморегуляции.

В самой общей форме принцип саморегуляции был обнаружен И.П. Павловым при исследовании деятельности сердца и кровообращения. И.П. Пав­лов отметил, что при небольших кровопусканиях у ряда животных кровяное давление быстро возвра­щается к исходному уровню. Позднее он распространил этот принцип на деятельность орга­низма в целом.

Принцип саморегуляции физиологических функ­ций нашел развитие в работах ряда исследователей (У. Кеннон, Р. Эшби, Г. Дришель и др.).

В функциональных системах саморегуляция приобретает специальную направленность. Здесь отклонение результата деятельности функциональ­ной системы от уровня, обеспечивающего нормаль­ный метаболизм (жизнедеятельность) организма и его адаптацию к окружающей среде, является стимулом к мобилизации необходимых элементов системы для обеспечения этого результата.

Благодаря динамической саморегуляторной дея­тельности различные функциональные системы определяют необходимую для нормальной жизне­деятельности устойчивость метаболических процес­сов в организме и их динамическую уравновешен­ность с внешней средой.

Процесс саморегуляции функциональных систем всегда является циклическим и осуществляется на основе общего правила:

Всякое отклонение от жизненно важного уровня какого-либо физиологически значимого фактора служит причиной немедленной мобилизации многочисленных аппаратов соответствующей функци­ональной системы, вновь восстанавливающих этот жизненно важ­ный полезный приспособительный результат.

При этом в нормальных условиях в деятельности каждой функциональной системы проявляется сле­дующая закономерность: общая сумма механизмов, возвращающая отклоненный результат к исходно­му уровню, всегда превышает сумму отклоняющих механизмов. Иными словами, в каждой функцио­нальной системе имеется «запас прочности», позво­ляющий ей справиться с любыми возможными от­клоняющими воздействиями.

4. Изоморфизм. Функциональные системы различного уровня организации имеют принципиально однотипную архитектонику (см. схему 1) и включают общие, универсальные для разных систем, периферические и центральные узловые механизмы.

5. Голографический принцип построения. В функциональных системах каждый входящий в них элемент в своих свойствах отражает деятельность всей функциональной системы в целом и особенно состояние ее полезного приспособительного результата.

6. Избирательная мобилизация органов и тканей. Функциональные системы для своей деятельности избирательно вовлекают различные уровни цент­ральной нервной системы, как спинальные и под­корковые аппараты, так и определенные отделы коры головного мозга, избирательно включая отдельные синапсы на нервных клетках и постсинаптические метаболические процессы в нейронах до генетического аппарата ядра включительно.

Нервные центры с позиций теории функциональ­ных систем представляют, таким образом, избира­тельное динамическое объединение функциональ­ными системами нервных элементов различных уровней нервной системы для обеспечения полезно­го для деятельности системы и организма в целом результата.

7. Взаимосодействие элементов результату. Включение отдельных органов в функциональные системы всегда происходит по принципу взаимо­содействия, т. е. каждый элемент не просто пас­сивно включается в функциональную систему, но, взаимодействуя с другими элементами системы, активно способствует достижению функциональной системой ее полезного приспособительного резуль­тата. Взаимосодействие отдельных элементов в функциональной системе всегда осуществляется для достижения оптимального значения полезного для системы и организма в целом приспособитель­ного результата.

Избирательное взаимосодействие отчетливо про­слеживается, например, в механизмах включения различных желез внутренней секреции в разные функциональные системы. В каждой функциональ­ной системе имеется своя эндокринная «аранжи­ровка», обеспечивающая достижение результатов деятельности системы. Так, в функциональной сис­теме питания по принципу избирательного взаимо­содействия вовлекаются поджелудочная, щитовид­ная, околощитовидная железы.

В функциональной системе избегания опасности для достижения адаптивного результата наблюда­ется взаимосодействие гормонов надпочечников, щитовидной железы и половых желез. Избира­тельно взаимосодействуют достижению полезных приспособительных результатов различные железы внутренней секреции в функциональных системах, определяющих осмотическое давление в организ­ме, процессы размножения и пр.

Избирательные взаимосодействующие механиз­мы осуществляются и между объединенными в функциональные системы нервными элементами различных уровней центральной нервной системы.

Взаимосодействия составляющих элементов в функциональных системах определяют процессы тканевой и органной корреляции функций, а также процессы тканевой гуморальной, нервной и нервно-гуморальной регуляции.

8. Информационные свойства. Благодаря обратной афферентации от результата действия и наличию аппарата акцептора результа­тов действия, функциональные системы все время осуществляют оценку информационной значимо­сти соответствующих потребностей и их удовлетво­рения. При этом, несмотря на смену носителей, информация о потребности сохраняется на всех эта­пах деятельности, направленной на удовлетворение этой потребности.

Так, например, потребность в питательных веще­ствах формируется прежде всего как метаболиче­ский процесс в тканях. Потребность в питательных веществах воспринимается без потери информаци­онной значимости с помощью специальных инфор­мационных молекул.

Нервным и гуморальным путем информация о потребности (опять без потери ее значения!) пере­дается специальным центрам гипоталамуса, на уровне которых, снова без потери информационной значимости потребности, происходит формирова­ние организованного возбуждения мозга — пище­вой мотивации. Пищевая мотивация, в свою очередь, трансфор­мируется в определенное пищедобывательное по­ведение, в котором также сохраняется информация о потребности.

Наконец, параметры достигнутых результатов поведения все время на информационной основе сравниваются с акцептором результата действия, в котором на основе предшествующего опыта зало­жена информация как об исходной потребности, так и параметрах результатов и способов их дости­жения.

Информационные свойства функциональных систем строятся в результате интерференции сигна­лизации о потребности и ее удовлетворении на информационных экранах организма по голографическому принципу.

9. Консерватизм и пластичность. Результаты действия и рецепторы результатов представляют консервативную часть динамической организации функциональных систем.

Специфические свойства рецепторов в каждой функциональной системе охватывают все возможные параметры меняющегося результата.

Примером могут служить свойства барорецепторов, которые воспринимают статические, флуктуирующие и вибрационные изменения кровяного давления, т.е. любые перепады возможных изменений кровяного давления в кровеносных сосудах. Установлено к тому же, что чем резче нарастают изменения кровяного давления, тем активнее возбуждаются барорецепторы. Иными словами: любые изменения кровяного давления в организме воспринимаются соответствующими барорецепторами.

Характерно, что свойства рецепторов воспринимать разные параметры приспособительного результата, как правило, генетически детерминированы.

Специфична и, таким образом, консервативна и импульсация, возникающая в афферентных нервах, идущих от рецепторов результата в соответствующие нервные центры. Она проявляется в определенном рисунке импульсной активности при действии того или иного параметра результата.

Установлено, что информация о результате наряду с нервным может осуществляться и гумораль­ным путем с помощью специальных веществ-по­средников. Роль посредников выполняют белки олигопептиды и другие биологически активные вещества. Это тоже консер­вативный, часто генетически детерминированный механизм деятельности функциональных систем организма.

Консервативны и афферентные центры нервной системы.

Между тем внутренняя среда организма благода­ря активным метаболическим процессам постоян­но изменяется, и ее отдельные показатели удер­живаются около определенных значений только благодаря консерватизму рецепторных образова­ний и деятельности соответствующих функцио­нальных систем.

Консерватизм рецепторов является ограничите­лем пластичных изменений внутренних констант организма.

Консервативный рецептор во всех случаях вос­принимает состояние полезного приспособительно­го результата и посылает определенную сигнализа­цию в нервные центры, определяя тем самым саморегуляторные процессы восстановления изме­ненного результата. Однако восстановление опти­мального для организма уровня тех или иных по­казателей его внутренней среды определяют уже другие, более пластичные центральные и эффекторные механизмы деятельности функциональных систем.

Пластическими свойствами в функциональных системах обладают эффекторные центральные и периферические механизмы. Именно эти механизмы определяют взаимозаме­няемость и компенсацию в деятельности различ­ных функциональных систем при выходе из строя того или иного их звена, органа или ткани.

Показано, например, что после удаления одного легкого нагрузка в функциональной системе, обес­печивающей дыхательные функции, ложится не столько на оставшееся легкое, сколько на сердце, почки и дыхательные показатели крови.

При удалении почки нагрузка может лечь на ме­ханизмы саморегуляции артериального давления и т.д.

Дата добавления: 2015-07-16