ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гомеостаз и перестройка режимов функционирования из "Теория управления и биосистемы Анализ сохранительных свойств" Интуитивно ясно, что снижение гомеостатических способностей системы при одновременном действии нескольких неблагоприятных факторов связано с перемеш ением изображающей точки системы к границам области гомеостаза на рис. 1.9. Однако до количественных оценок такое рассмотрение, как правило, не доводится [71]. Поэтому представляется важным тот факт, что развитые в предыдущих разделах методы могут дать количественное представление о характере одновременного действия на систему несйольких факторов. [c.286] Особое место занимает здесь вопрос о связи гомеостатических свойств системы с режимами ее функционирования. В биосистеме одни и те же механизмы управления обеспечивают как зависимые темпы переработки вещества (тем большие, чем в более интенсивном режиме находится система), так и ее гомеостатические реакции. Поэтому естественно ожидать, что механизмы интенсивно функционирующей системы в меньшей мере способны поддерживать ее гомеостаз, а ресурсы сохранительных свойств при увеличении интенсивности обмена веществ должны сокращаться ). [c.286] Чтобы продемонстрировать это положение, мы рассмотрим гомеостатические характеристики системы энергетического снабжения организма на основе математической модели, разработанной в [253] и исследованной в [63]. В качестве двух факторов, независимо вызывающих напряжение гомеостатических механизмов, возьмем общий уровень энерготрат организма (оцениваемый по независимым темпам потребления кислорода) и условия внешней среды, определяемые напряжением кислорода во вдыхаемом воздухе. Выбор таких факторов позволяет, в частности, моделировать ситуации, связанные с физической дея-телБностью человека в неблагоприятных условиях среды. [c.286] К тканям организма и системы обмена воздуха через легкие. В модели пять пространственных областей I — альвеолярный воздух, 2 — венозная кровь, 3 — жидкости мышечной ткани, 4 — жидкости прочих (немышечных) тканей, 5 — артериальная кровь. Между ними происходит обмен тремя компонентами — кислородом, углекислым газом и недоокисленными продуктами обмена, а между системой и средой — двумя, Ог и СОг (рис. 9.6). [c.287] Среда описывается вектором о с двумя компонентами 01 н У2—напряжением кислорода и углекислоты, при этом Уг = О (у — возмущающий сигнал). Темп энерготрат задается вектором ш с компонентами Ш1 и Шг — темпами потребления кислорода тканями мышц и немышц (ш — задающий сигнал). Основная часть модели описывает процессы диффузии компонент и химические реакции между ними согласно уравнениям, приведенным в разд. 6.6. [c.287] Для упрощения процесса моделирования переменные артериальной крови не представлены в векторе состояния напряжения Ог и СОг в артериальной крови в модели являются компонентами выходного сигнала. Таким образом, часть вектора состояния, определяющая концентрации веществ в системе, имеет размерность т = И. [c.287] Трех механизмов вводятся три дополнительные компоненты вектора состояния Х12 — альвеолярная вентиляция, Х13 и Хц — кровотоки через мышечные ткани и ткани немышечных органов. Таким образом, полный вектор состояния имеет размерность т 14. [c.288] Структурная схема компартментальной модели системы энергоснабжения организма. Адекватные темпы обмена н движения кислорода, углекислоты и продуктов обмена обеспечиваются комплексом механизмов регуляции, из которых три механизма иосят активный характер, а одиннадцать —пассивный. Задающим сигналом является вектор г независимых темпов потребления кислорода организмом, возмущающим —скаляр о, определяю щий уровень кислорода в окружающей среде. Матрица А задает свойства пассивных управляющих механизмов в системе, активный канал управления с сигналом г описывается матрицами С,, В, В, и Вг. Векторы ь 1,, 1, -постоянные векторы, задающие численные значения некоторых параметров модели. [c.288] ДЛЯ каждого стационарного режима линеаризация производится в соответствующей равновесной точке. [c.288] Оз и СОг в артериальной крови) двадцать компонент вектора у. [c.288] Матрица С(ц хго) формирует потоки веществ внутри системы. Относительные объемы областей задаются диагональной матрицей Сз(иХ11). [c.289] Процессы моделируются так, что все переменные имеют размерности соответствующих исходных физиологических данных [63, 253]. Мы не будем здесь приводить конкретных выражений для матриц и векторов, указанных на схеме рис. 9.7, тем более, что выше рассматривались вопросы линеаризации и описания энергетической системы организма (разд. 6.6). [c.289] Рассмотрим теперь гомеостатические способности системы в различных стационарных режимах, отличающихся темпом потребления кислорода, т. е. гомеостатические свойства организма при различной физической нагрузке. [c.289] Вычисление к проведем по формуле (8.5), причем в формуле для определения чувствительности (8.2) выберем следующие значения весовых коэффициентов для переменных внутренней среды г/ I = 1, 2,. .., 11, положим а, = 1, а для переменных состояния, описывающих активные механизмы регуляции (/ = = 12, 13, 14), положим а, = 0. [c.289] В данном случае оказалось, что именно такой способ определения скорее всего приводит к цели в общем случае, однако, может потребоваться использование и существующих стандартных методов нахождения функций чувствительности с помощью моделей чувствительности, как это сделано, например, в работе [323]. [c.290] Вернуться к основной статье