Meget forskning inden for kunstig intelligens står over for problemet med den nuværende mangel på enhver kraftfuld teori om bevidsthed og hjerneaktivitet. Faktisk har vi ret begrænset viden om, hvordan hjernen lærer og opnår adaptive resultater. Men i øjeblikket er der en mærkbar stigning i den gensidige påvirkning af området kunstig intelligens og neurobiologi. Baseret på resultaterne af matematisk modellering af hjerneaktivitet er der sat nye mål for eksperimenter inden for neurobiologi og psykofysiologi, og biologernes eksperimentelle data har til gengæld i høj grad indflydelse på vektoren for AI-udvikling.

Baseret på ovenstående bliver det klart, at den fremtidige succesfulde udvikling af bionisk AI kræver et tæt samarbejde mellem matematikere og neurovidenskabsmænd, hvilket i sidste ende vil være frugtbart for begge områder. For dette er det især nødvendigt at studere moderne fremskridt inden for teoretisk neurobiologi.

I øjeblikket findes der tre mest udviklede og til dels eksperimentelt testede teorier om bevidsthedens struktur inden for teoretisk neurobiologi: teorien om funktionelle systemer af P.K. Anokhin, teorien om udvælgelse af neuronale grupper (neuroDarwinisme) af Gerald Edelman og teorien om globale informationsrum af Jean-Pierre Change (oprindeligt formuleret af Bernard Baars). De resterende teorier er enten modifikationer af de nævnte eller er ikke bekræftet af nogen eksperimentelle data. Denne artikel vil diskutere den første af disse teorier - Teorier om funktionelle systemer P.K. Anokhina.

Paradigmer for reaktivitet og aktivitet

Først og fremmest skal det siges, at med alle de mange forskellige teorier og tilgange, der anvendes inden for psykologi, psykofysiologi og neurovidenskab, kan de opdeles i to grupper. I den første gruppe betragtes reaktivitet som det vigtigste metodiske princip, der bestemmer tilgangen til at studere mønstrene for hjerneorganisering af adfærd og aktivitet, i den anden - aktivitet (fig. 1).

Ris. 1. To paradigmer inden for neurofysiologi - reaktivitet og aktivitet

I overensstemmelse med reaktivitetsparadigmet efterfølges en stimulus af en reaktion - adfærdsmæssig hos et individ, impuls i en neuron. I sidstnævnte tilfælde betragtes impulsen af ​​en præsynaptisk neuron som en stimulus.

I overensstemmelse med aktivitetsparadigmet ender handling med opnåelse af et resultat og dets evaluering. Diagrammet inkluderer en model af det fremtidige resultat: for en person, for eksempel kontakt med et målobjekt.

Ifølge reaktivitetstilgangen bør midlet ikke være aktivt i fravær af stimuli. Tværtimod, når vi bruger aktivitetsparadigmet, kan vi tillade et tilfælde, hvor agenten ikke modtog nogen stimulus fra det ydre miljø, men ifølge agentens forventninger burde den være ankommet. I dette tilfælde vil agenten handle og lære at eliminere mismatchet, hvilket ikke kunne være tilfældet i tilfælde af agentens enkleste ubetingede reaktion på en stimulus fra det ydre miljø.

Funktionelle systemteori

I teorien om funktionelle systemer er adfærdsdeterminanten ikke den tidligere begivenhed i forhold til adfærd - stimulus, men fremtiden - resultatet. Funktionelt system der er et dynamisk udviklende bredt distribueret system af heterogene fysiologiske formationer, hvoraf alle dele bidrager til at opnå et vist brugbart resultat. Det er den førende betydning af resultatet og fremtidens model skabt af hjernen, der tillader os at tale ikke om en reaktion på stimuli fra det ydre miljø, men om fuldgyldig målsætning.

Ris. 2. Generel arkitektur af det funktionelle system
(OA – situationel afferentation, PA – udløsende afferentation)

Arkitekturen af ​​det funktionelle system er vist i fig. 2. Diagrammet viser rækkefølgen af ​​handlinger ved implementering af et funktionelt system. For det første sker der afferent syntese, som akkumulerer signaler fra det ydre miljø, hukommelse og motivation hos subjektet. Baseret på afferent syntese træffes en beslutning, på grundlag af hvilken der dannes et handlingsprogram og en accept af resultatet af handlingen - en prognose for effektiviteten af ​​den udførte handling. Hvorefter handlingen udføres direkte, og de fysiske parametre for resultatet tages. En af de vigtigste dele af denne arkitektur er feedback afferentation - feedback, der giver dig mulighed for at bedømme succesen af ​​en bestemt handling. Dette gør det direkte muligt for emnet at lære, da ved at sammenligne de fysiske parametre for det opnåede resultat og det forudsagte resultat, er det muligt at evaluere effektiviteten af ​​målrettet adfærd. Desuden skal det bemærkes, at valget af en eller anden handling er påvirket af mange faktorer, hvis helhed behandles i processen med afferent syntese.

Sådanne funktionelle systemer udvikles i processen udvikling Og livslang læring. For at generalisere, er hele formålet med evolution udviklingen af ​​funktionelle systemer, der vil give den bedste adaptive effekt. Funktionelle systemer udviklet af evolutionen udvikler sig selv før fødslen, når der ikke er direkte kontakt med miljøet, og giver det primære repertoire. Det er denne kendsgerning, der indikerer disse fænomeners evolutionære natur. Sådanne processer er almindeligvis kendt som primær systemogenese .

System-evolutionsteori udviklet af V.B. baseret på teorien om funktionelle systemer, afviste hun endda begrebet "triggerstimulus" og betragtede en adfærdsmæssig handling ikke isoleret, men som en komponent af et adfærdsmæssigt kontinuum: en sekvens af adfærdsmæssige handlinger udført af et individ gennem hele hans liv ( Fig. 3). Den næste akt i kontinuummet implementeres efter opnåelse og evaluering af resultatet af den foregående akt. En sådan vurdering er en nødvendig del af processerne for at organisere den næste handling, som således kan betragtes som transformerende eller overgangsprocesser fra en handling til en anden.

Ris. 3. Adfærds-tidskontinuum

Af alt ovenstående følger det, at et individ, og endda en individuel neuron, skal have evnen til at udvikle et billede af resultatet af en handling og evnen til at evaluere effektiviteten af ​​hans adfærd. Når disse betingelser er opfyldt, kan adfærd med sikkerhed kaldes målrettet.

Systemogeneseprocesserne forekommer imidlertid i hjernen ikke kun under udvikling (primær systemogenese), men også under individets liv. Systemogenese– er dannelsen af ​​nye systemer i læreprocessen. Inden for rammerne af system-selektionsbegrebet læring - dannelsen af ​​et nyt system - betragtes som dannelsen af ​​et nyt element af individuel erfaring i læringsprocessen. Dannelsen af ​​nye funktionelle systemer under indlæring er baseret på udvælgelsen af ​​neuroner fra "reserven" (formodentlig lavaktive eller "tavse" celler). Disse neuroner kan omtales som præspecialiserede celler.

Udvælgelsen af ​​neuroner afhænger af deres individuelle egenskaber, dvs. på egenskaberne ved deres metaboliske "behov". Udvalgte celler bliver specialiserede i forhold til det nydannede system - systemspecialiserede. Denne specialisering af neuroner i forhold til nydannede systemer er konstant. Således viser det nye system sig at være et "tilsætningsstof" til de tidligere dannede, der "lagrer" på dem. Denne proces kaldes sekundær systemogenese .

Følgende bestemmelser i den systemiske evolutionsteori:
om tilstedeværelsen i dyrenes hjerne forskellige typer et stort antal "tavse" celler;
om at øge antallet af aktive celler under træning;
at nydannede neuronale specialiseringer forbliver konstante
at under læring rekrutteres nye neuroner frem for at gamle genoptrænes,
stemmer overens med data opnået i arbejdet i en række laboratorier.

Separat vil jeg gerne bemærke, at ifølge moderne begreber inden for psykofysiologi og systemisk evolutionsteori bestemmes antallet og sammensætningen af ​​et individs funktionelle systemer både af processerne for evolutionær tilpasning, som afspejles i genomet, og af individuel levetid læring.

Teorien om funktionelle systemer er med succes blevet undersøgt gennem simuleringsmodellering, og på grundlag heraf er der bygget forskellige modeller til styring af adaptiv adfærd.

I stedet for en konklusion

Teorien om funktionelle systemer var på et tidspunkt den første til at introducere begrebet målstyret adfærd ved at sammenligne forudsigelsen af ​​et resultat med dets faktiske parametre, samt læring som en måde at eliminere misforholdet mellem organismen og miljøet. Mange bestemmelser i denne teori kræver nu betydelig revision og tilpasning under hensyntagen til nye eksperimentelle data. Men i øjeblikket er denne teori en af ​​de mest udviklede og biologisk tilstrækkelige.

Det vil jeg gerne endnu en gang bemærke fra mit synspunkt videre udvikling AI-området er umuligt uden tæt samarbejde med neurovidenskabsmænd, uden at bygge nye modeller baseret på stærke teorier.

Bibliografi

. Alexandrov Yu.I. "Introduktion til systempsykofysiologi." // Psykologi af det XXI århundrede. M.: Per Se, s. 39-85 (2003).
. Alexandrov Yu.I., Anokhin K.V. og andre. Signalbehandling. Plast. Modellering: En grundlæggende vejledning. Tyumen: Tyumen State University Publishing House (2008).
. Anokhin P.K. Essays om fysiologi af funktionelle systemer. M.: Medicin (1975).
. Anokhin P.K. "Idéer og fakta i udviklingen af ​​teorien om funktionelle systemer." // Psykologisk Tidsskrift. bind 5, s. 107-118 (1984).
. Anokhin P.K. "Systemogenese som et generelt mønster for den evolutionære proces." // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. nr. 8, bind 26 (1948).
. Shvyrkov V.B. Introduktion til objektiv psykologi. Neuronale fundamenter af psyken. M.: Institut for Psykologi RAS (1995).
. Alexandrov Yu.I. Psykofysiologi: Lærebog for universiteter. 2. udg. Sankt Petersborg: Peter (2003).
. Alexandrov Yu.I. "Læring og hukommelse: Et systemperspektiv." // Anden Simonov-læsning. M.: Forlag. RAS, s. 3-51 (2004).
. Teori om systemogenese. Under. udg. K.V. Sudakova. M.: Horisont (1997).
. Jog M.S., Kubota K, Connolly C.I., Hillegaart V., Graybiel A.M. "Bulding neurale repræsentationer af vaner." // Videnskab. Vol. 286, s. 1745-1749 (1999).
. Red"ko V.G., Anokhin K.V., Burtsev M.S., Manolov A.I., Mosalov O.P., Nepomnyashchikh V.A., Prokhorov D.V. "Project "Animat Brain": Designing the Animat Control System on the Basis of the Functional Systems Theory" // Anticipatory BehaviLearning in Adaptive Behavi Systems LNAI 4520, s. 94-107 (2007).
. Red"ko V.G., Prokhorov D.V., Burtsev M.S. "Theory of Functional Systems, Adaptive Critics and Neural Networks" // Proceedings of IJCNN 2004. S. 1787-1792 (2004).

Ministeriet for Højere erhvervsuddannelse RF

Russian State Humanitarian University

Institut for Psykologi

Sorokin Alexander Alekseevich

I år, 1. gruppe.

Historie

"Grundlæggende begreber i teorien om funktionelle systemer."

Moskva,

1999

Hvad er et funktionelt system ?

I dette arbejde skal jeg så klart og kort som muligt beskrive de grundlæggende begreber i P.K.s teori. Anokhin om funktionelle systemer som livsprincipper. Derfor er det nødvendigt at belyse, hvad selve systemet er, og hvorfor det fungerer, inden systemets komponenter skilles ad.

De grundlæggende fysiologiske principper for sådanne systemer blev formuleret af Anokhins laboratorium tilbage i 1935, dvs. længe før de første værker om kybernetik blev offentliggjort, svarede betydningen af ​​publikationerne imidlertid til de principper, som Anokhin identificerede senere. I deres arkitektur svarer funktionelle systemer fuldt ud til enhver kybernetisk model med feedback, og derfor vil studiet af egenskaberne ved forskellige funktionelle systemer i kroppen, sammenligne rollen af ​​særlige og generelle mønstre i dem, utvivlsomt tjene til at forstå alle systemer med automatisk regulering.

“Med et funktionelt system mener vi en kombination af processer og mekanismer, der, når de dannes dynamisk afhængigt af en given situation, helt sikkert fører til en endelig adaptiv effekt, som er gavnlig for kroppen netop i denne særlige situation. ” . Det vil sige, i ovenstående formulering ønsker de at formidle til os, at et funktionelt system kan være sammensat af sådanne enheder og mekanismer, der kan være meget fjerntliggende anatomisk. Det viser sig, at sammensætningen af ​​det funktionelle system (herefter FS) og retningen af ​​dets aktivitet bestemmes ikke af organet eller af komponenternes anatomiske nærhed, men af ​​foreningens dynamik, kun dikteret af kvaliteten af ​​den endelige tilpassede effekt.

I nogle tilfælde kaldes dannelsen af ​​selvregulerende systemer " biologisk regulering ” ( Wagner, 1958), men kun når selvregulering blev betragtet i forhold til levende væsener. Men uanset navnet, for at få en tilpasset betydning for organismen, er disse forskellige former foreninger skal i alle tilfælde have alle de egenskaber, som vi formulerer til FS. Det viser sig, at PS ikke kun gælder hjernebarken eller endda hele hjernen. Det eksisterer i sin essens central - perifer formation, hvor impulser cirkulerer både fra centrum til periferien og fra periferien til centrum ( omvendt afferentation), som skaber kontinuerlig information fra centralnervesystemet om de opnåede resultater i periferien.

Det er også nødvendigt at karakterisere grundlaget eller "vital node" for enhver FS - et ekstremt tæt forbundet funktionelt par - den endelige effekt af systemet og apparatet til at vurdere tilstrækkeligheden eller utilstrækkeligheden af ​​denne effekt ved hjælp af specielle receptorformationer. Som regel, “ endelig adaptiv effekt ” tjener de grundlæggende opgaver for organismens overlevelse og er i en eller anden grad vital. Dette udsagn er absolut sandt, når det kommer til livet vigtige funktioner, såsom: respiration, blodosmotisk tryk, blodtryksniveau, blodsukkerkoncentration osv. Her er FS en forgrenet fysiologisk organisation, der udgør specifikke fysiologiske apparater, tjener til at opretholde vitale kropskonstanter (homøostase) de der. implementering af selvreguleringsprocessen. Når det kommer til FS, gælder dette ikke kun for systemer med konstante endelige, der har for det meste medfødte mekanismer.

Den største forskel i konstruktionen og organisationen af ​​denne type system er dens dannelse ekstrem eller baseret på betinget refleks. Men på trods af så forskellige kvalitative forskelle har alle filsystemer de samme arkitektoniske egenskaber, og beviset på dette er, at "FS er virkelig et universelt princip om at organisere processer og mekanismer, der ender med at opnå den endelige adaptive effekt ”. FS er generelt accepteret som en enhed af integrerende menneskelig aktivitet.

Ved hjælp af forsøg af P.K. Anokhin formulerede hovedpostulaterne i den generelle teori om FS.

Postulér en

Den førende systemdannende faktor for FS på ethvert organisationsniveau er et adaptivt resultat, der er nyttigt for organismens liv.

Postulat to

Ethvert funktionelt system i kroppen er bygget på grundlag af princippet om selvregulering: afvigelse af resultatet fra det niveau, der sikrer normal livsaktivitet, gennem aktiviteten af ​​det tilsvarende funktionelle system, er i sig selv årsagen til at genoprette det optimale niveau af dette resultat.

Postulat tre

Funktionelle systemer er central-perifere formationer, der selektivt forener forskellige organer og væv for at opnå adaptive resultater, der er gavnlige for kroppen.

Postulat fire

Funktionelle systemer på forskellige niveauer er karakteriseret ved en isomorf organisation: de har den samme type arkitektur.

Postulat fem

Individuelle elementer i funktionelle systemer interagerer for at opnå deres gavnlige resultater for kroppen.

Postulat seks

Funktionelle systemer og deres individuelle dele modnes selektivt i processen med ontogenese og afspejler derved de generelle mønstre for systemogenese.

Nu ved vi, at FS er en organisation af aktive elementer i indbyrdes sammenhæng, som har til formål at opnå nyttige fleksibel resultat. Vi må gå ud fra, at tiden er inde til at analysere de begreber, der indgår i systemet, for det er hovedemnet.

Grundlæggende begreber i teorien om FS.

Ifølge forskellige kilder kan de grundlæggende begreber i FS skelnes på forskellige måder. Til at begynde med vil vi præsentere et klassisk diagram over selve systemet, og derefter vil vi analysere dets individuelle koncepter.

1) Udløs stimulus (ellers irritation).

2) Situationsbestemte afferentationer.

3) Hukommelse.

4) Dominerende motivation.

5) Afferent syntese.

6) Beslutningstagning.

7) Acceptor af resultatet af handlingen.

8) Handlingsprogram.

9) Efferente excitationer.

10) Handling.

11) Resultat af handlingen.

12) Resultatparametre

13) Omvendt afferentation.

Hvis jeg ikke har glemt noget, så er dette den konfiguration, som systemet fungerer i. Kun i mange værker er der ikke engang en omtale af sådanne dele af systemet som: holdningsafferentation, triggerstimulus. Dette er blevet erstattet af en enkelt sætning - afferent syntese. Det udgør den indledende fase af en adfærdsmæssig handling af enhver grad af kompleksitet, og derfor er begyndelsen på FS's arbejde også den samme. Betydningen af ​​afferent syntese ligger i, at den bestemmer al efterfølgende adfærd af organismen. Hovedopgaven i denne fase er at indsamle de nødvendige oplysninger om forskellige parametre i det ydre miljø. Takket være det, fra en række ydre og indre stimuli, vælger kroppen de vigtigste og skaber et adfærdsmål (det må antages, at mekanismen for dominerende motivation fungerer parallelt her) . Jeg tror, ​​at den dominerende motivation er handlinger i øjeblikket rettet mod at løse eller tilfredsstille et eller andet behov, nødvendighed, begær, der sejrer over alle andre motiver. Da valget af sådan information er påvirket af både målet om adfærd og tidligere livserfaring, afferent syntese altid individuel. Jeg har allerede nævnt, at stadiet af afferent syntese omfatter mere end én komponent. Ifølge data installationstilkendegivelse og med hjælp dominerende motivation, baseret på den erfaring, der ligger i hukommelse, der tages en beslutning om, hvad der skal gøres. Dette sker i beslutningsblok. Hvis flere udløsende stimuli når denne blok på én gang, bør der tages en beslutning om den dominerende handlingsretning (men nogle gange også om dominerende, dvs. flere) og lancerer det i udførelsesprogrammet, resten skal elimineres og gå i opløsning, da det ikke længere fungerer. Der er en overgang til dannelsen af ​​et handlingsprogram, som sikrer den efterfølgende implementering af én handling blandt mange potentielt mulige. En kopi af den valgte løsning overføres til aktionsresultatacceptorblokken, og hovedinformationen sendes til blokken efferent syntese. Kommandoen, repræsenteret af et kompleks af efferente excitationer, sendes til de perifere udøvende organer og inkorporeres i den tilsvarende handling. Denne blok indeholder allerede et bestemt sæt standardprogrammer, der er udarbejdet i løbet af individuelle og specifikke erfaringer at opnå positive resultater. Blokkens opgave i øjeblikket er at bestemme og "tilslutte" det mest passende program. Et vigtigt træk ved FS er dets individuelle og skiftende krav til afferentation. Det er kvantiteten og kvaliteten af ​​afferente impulser, der karakteriserer graden af ​​kompleksitet, vilkårlighed eller automatisering af det funktionelle system.

De opgaver, der er planlagt til udførelse i beslutningsblokken og lanceret i implementering, bør kaldes et program. Hvorfor oprettes programmet? Svaret er allerede givet ovenfor, af samme grund som systemet eksisterer - at nå det endelige mål. Dette er den praktiske del af systemet, i modsætning til den strategiske afferente syntese. Men programmet når muligvis ikke sit mål på grund af ydre påvirkninger. Hvorfor ødelægge hele systemet og danne et nyt på grund af dette? Dette ville være ikke-funktionelt, give dårlig tilpasningsevne og tage mere tid. Systemet fungerer ikke på denne måde, det begynder at fungere allerede under programafviklingen. accept af det opnåede resultat. Den gemmer altid en kopi af den tidligere opnåede løsning. Det er en nødvendig del af FS - det er det centrale apparat til at vurdere resultater og parametre for en handling, der endnu ikke har fundet sted. Lad os antage, at en bestemt adfærdshandling skal udføres, og før dens implementering modelleres en idé om den eller et billede af det forventede resultat. I processen med reel handling går efferente signaler fra acceptoren til de nervøse motoriske strukturer, hvilket sikrer opnåelsen af ​​det krævede mål. Hvis vi antager, at hele systemets levetid på grund af nogle påvirkninger af holdningstilfældelse er truet, retter acceptoren programmet direkte under dets udførelse og med passende ændringer. Og succesen/fejlen af ​​en adfærdshandling signaleres af afferente impulser, der kommer ind i hjernen fra alle receptorer, der registrerer de successive stadier af udførelsen af ​​en specifik handling (omvendt afferentation). En vurdering af en adfærdsmæssig handling, både generelt og i detaljer, er umulig uden så nøjagtig information om resultaterne af hver handling. For at garantere gennemførelsen af ​​enhver adfærdsmæssig handling er det nødvendigt at have denne mekanisme. Desuden ville kroppen højst sandsynligt være død i de første timer på grund af uhensigtsmæssige handlinger, hvis en sådan mekanisme ikke eksisterede.

Figuren viser et diagram funktionelt diagram ifølge Anokhin.

Et funktionelt system er en kombination af elementer af forskellig anatomisk lokalisering, der interagerer for at opnå et adaptivt resultat.
Det adaptive resultat er systemdannende faktor FS. At opnå et resultat betyder at ændre forholdet mellem organismen og miljøet i en retning, der er gavnlig for organismen.
Der er funktionelle systemer af den første og anden type.
Funktionelt system af den første type– et funktionelt system, der sikrer konstante parametre indre miljø på grund af selvreguleringssystemet, hvis handlinger ikke går ud over selve organismens grænser. De 2 vigtigste konstanter for homeostase er osmotisk tryk og blodets pH. Den første type funktionelt system kompenserer automatisk for udsving i blodtryk, kropstemperatur og andre parametre.
Funktionelt system af den anden type ved hjælp af et eksternt led af selvregulering; give en adaptiv effekt gennem kommunikation med omverdenen uden for kroppen og adfærdsændring.
Funktionelle systemer har forskellige specialiseringer. Nogle udfører vejrtrækning, andre er ansvarlige for bevægelse, andre for ernæring osv. FS kan tilhøre forskellige hierarkiske niveauer og være varierende grader vanskeligheder.
Funktionelle systemer variere i grad af plasticitet, dvs. ved evnen til at ændre dens bestanddele. Hvis en adfærdshandling overvejende består af medfødte strukturer (ubetingede reflekser, for eksempel vejrtrækning), så vil plasticiteten være lav og omvendt
Hovedkomponenter:
Hovedkomponenterne er vist skematisk i figuren
1. Afferent syntese. Opgaven med denne fase er at indsamle de nødvendige oplysninger om forskellige parametre i det ydre miljø, vælge de vigtigste fra en række stimuli og skitsere et mål. AF er altid individuelt. AF er påvirket af 3 komponenter: motivation, situationsbestemt afferentation (information om omgivelserne) og hukommelse.
2. Beslutningstagning
3. Acceptor af handlingsresultater. En model eller et billede af det forventede resultat.
4. Omvendt afferentation. Korrektionsprocessen baseret på, hvad hjernen modtager udefra om resultaterne af den aktivitet, der udføres.
Betydning for psykofysiologi: FS betragtes som en enhed af kroppens integrerede aktivitet.
Luria mente, at indførelsen af ​​teorien om funktionelle systemer giver mulighed for en ny tilgang til at løse mange problemer i organiseringen af ​​det fysiologiske grundlag for adfærd og psyke.
Takket være FS-teorien:
- den forenklede forståelse af stimulus som den eneste årsag til adfærd blev erstattet af mere komplekse ideer om de faktorer, der bestemmer adfærd, herunder modeller for den nødvendige fremtid eller et billede af det forventede resultat;
- der blev formuleret en idé om "omvendt afferentations" rolle og dens betydning for fremtidige skæbne handling, der udføres, ændrer sidstnævnte radikalt billedet, hvilket viser, at al yderligere adfærd afhænger af den udførte handlings succes;
- ideen om et nyt funktionelt apparat blev introduceret, som sammenligner det oprindelige billede af det forventede resultat med effekten af ​​den virkelige handling - "acceptoren" af resultaterne af handlingen.

Lærebogen dækker det moderne koncept og teoretiske og metodiske grundlag for medicinsk økologi - den vigtigste hastigt udviklende del af menneskelig økologi. De medicinske og miljømæssige egenskaber for atmosfæren, hydrosfæren og lithosfæren er givet. En klassificering af de vigtigste miljømæssige faktorer miljørisiko. De vigtigste medicinske og miljømæssige problemer ved menneskelig interaktion med det multifaktorielle miljø i hans habitat, mønstrene for kroppens reaktion på eksterne miljøpåvirkninger overvejes.

Lærebogen er beregnet til studerende fra medicinske universiteter.

Bestil:

...en organisme er umulig uden et ydre miljø, der understøtter dens eksistens.

I. M. Sechenov

Betingelsen for udviklingen af ​​levende organismer er deres interaktion med miljøet. Åbne systemer betragtes som systemer, der kan udveksle energi, stof og information med omgivende kroppe. Et åbent system er altid dynamisk: Der sker konstant ændringer i det, og det er naturligvis i sig selv underlagt forandringer. På grund af kompleksiteten af ​​disse systemer er processer med selvorganisering mulige i dem, som tjener som begyndelsen på fremkomsten af ​​kvalitativt nye og mere komplekse strukturer i dens udvikling.

Ontogenese menneskelige legeme der er en løbende proces med konstant bevægelse, der sigter mod at opretholde kvantitative og kvalitative egenskaber i den menneskelige krop. For yderligere selvfornyelse og opretholdelse af kroppens dynamiske balance er der desuden behov for yderligere stoffer, energi og information, som den kun kan modtage gennem interaktion med det ydre miljø. Når man studerer en organisme som et åbent system, er det nødvendigt at overveje det holistisk for at etablere interaktionen mellem dens bestanddele eller elementer i aggregatet.

I medicin, historisk under indflydelse af naturvidenskab, og vigtigst af alt - anatomiske undersøgelser På trods af det proklamerede (startende med de grundlæggende værker af S. G. Zybelin, M. Ya. Mudrov, E. O. Mukhin, I. M. Sechenov, I. P. Pavlov, etc.) princip om kroppens integritet, har organtænkning udviklet sig.

Enhver moderne lærebog om de vigtigste grundlæggende discipliner, såsom anatomi, fysiologi, histologi og andre, er bygget på organprincippet. Organpatologi - lunge, lever, mave-tarmkanalen, nyre, hjerne osv. er opdelt i organspecialiteter. Patogenese, diagnose og behandling er direkte relateret til funktionen af ​​specifikke organer, og lægens faglige syn er som regel hovedsageligt rettet mod syge organer (Sudakov K.V., 1999).

P.K. Anokhin formuleret ny tilgang at forstå hele organismens funktioner. I stedet for klassisk organfysiologi, som traditionelt følger anatomiske principper, forkynder teorien om funktionelle systemer den systemiske organisering af menneskelige funktioner fra det molekylære til det sociale niveau.

Funktionelle systemer(ifølge: Anokhin P.K.) - selvorganiserende og selvregulerende dynamiske central-perifere organisationer, forenet af nervøse og humorale reguleringer, hvoraf alle komponenter er med til at sikre forskellige adaptive resultater, der er nyttige for selve de funktionelle systemer og for organismen som helhed, der opfylder dens behov.

Teorien om funktionelle systemer ændrer således radikalt de eksisterende ideer om strukturen af ​​den menneskelige krop og dens funktioner. I stedet for ideer om en person som et sæt organer forbundet af nervøse og humoral regulering, betragter denne teori den menneskelige krop som et sæt af mange interagerende funktionelle systemer af forskellige organisationsniveauer, som hver selektivt kombinerer forskellige organer og væv såvel som objekter fra den omgivende virkelighed sikrer opnåelse af adaptive resultater, der er nyttige for krop, som i sidste ende bestemmer stabiliteten af ​​metaboliske processer .

Fra samme perspektiv er menneskelig tilpasning defineret som dets funktionelle systemers evne til at sikre præstation væsentlige resultater.

Analyse af selvreguleringsmekanismer af vitale kropskonstanter ( blodtryk, spænding carbondioxid og ilt i arterielt blod, temperatur i det indre miljø, osmotisk tryk af blodplasma, stabilisering af tyngdepunktet i støtteområdet osv.) viser, at selvreguleringsapparatet er funktionelt).

"Alle funktionelle systemer, uanset niveauet af deres organisation og antallet af deres komponenter, har grundlæggende den samme funktionelle arkitektur, hvor resultatet er den dominerende faktor, der stabiliserer organiseringen af ​​systemerne" (Anokhin P.K., 1971).

Ris. 1. Selve kredsløbet reguleringsmekanismer funktionelt system (ifølge: Anokhin P.K.):

1 - udløse stimulus (irritation); 2 – situationsbestemte tilhørsforhold; 3 - hukommelse; 4 - dominerende motivation; 5 - afferent syntese; 6 - beslutningstagning; 7 - handling resultat acceptor; 8 – handlingsprogram; 9 - efferente excitationer; 10 - handling; 11 - resultat af handling; 12 - resultatparametre; 13 – omvendt afferentation

De nøglemekanismer, der ligger til grund for strukturen af ​​en adfærdsmæssig handling af enhver grad af kompleksitet omfatter: afferent syntese; beslutningsfasen; dannelse af en acceptor for resultatet af en handling; dannelse af selve handlingen (efferent syntese); multi-komponent handling; opnå resultater; omvendt afferentation om parametrene for det opnåede resultat og sammenligne det med en tidligere dannet model af resultatet i acceptoren af ​​resultatet af handlingen (fig. 1).

Nogle funktionelle systemer bestemmer ved deres selvregulerende aktivitet stabiliteten af ​​forskellige indikatorer for det indre miljø - homeostase, andre - tilpasningen af ​​levende organismer til deres miljø.

Under fylo- og ontogenese blev funktionelle systemer konstant forbedret. Desuden blev de gamle systemer ikke elimineret af nye og forbedrede kontrolsystemer og mekanismer; evolutionært tidlige tilpasningsmekanismer blev bevaret og indgik i visse interaktioner med både ældre og nyere mekanismer.

Funktionelle systemteori(Anokhin P.K., Sudakov K.V.) identificerer fire typer systemer: morfofunktionelle, homøostatiske, neurodynamiske, psykofysiologiske.

Morfofunktionel systemer er forbundet med visse funktioners aktiviteter. Disse omfatter bl.a muskuloskeletale system, kardiovaskulære, respiratoriske, endokrine, nervesystemer, celler, organeller, molekyler. Kort sagt alt, der udfører en eller anden funktion.

Homeostatiske funktionelle systemer omfatte subkortikale formationer, de autonome nervesystemer og andre systemer i kroppen. Hovedrollen for dette system er at opretholde konstantheden af ​​kroppens indre miljø. Homeostatiske systemer interagerer tæt med morfofunktionelle systemer, som passer ind i dem som individuelle elementer.

Neurodynamiske systemer De har cerebral cortex, nemlig det første signalsystem, som det førende strukturelle element. Inden for rammerne af dette system er følelsesapparatet dannet som en mekanisme til at optimere kropsfunktioner og adfærd under forhold med interaktion mellem kroppen og omgivelserne. Udviklingen af ​​cortex udvidede dramatisk kroppens adaptive evner og underordnede vegetative funktioner. Neurodynamiske systemer omfatter elementer af homøostatiske og morfofunktionelle systemer.

Psykofysiologiske funktionssystemer, ligesom neurodynamiske, er det førende strukturelle element hjernebarken, men de dele af den, der er forbundet med det andet signalsystem. Det andet signalsystem forbedrede mekanismerne for adaptiv adfærd gennem dannelsen af ​​sociale former for tilpasning. Psykofysiologiske funktionelle systemer realiserer deres aktivitet gennem det autonome nervesystem og gennem følelser, morfologisk grundlag som er subkortikale formationer (limbisk system, thalamus, hypothalamus og andre). De omfatter elementer af den strukturelle arkitektur af neurodynamiske, homøostatiske og morfofunktionelle systemer.

Kompensation kan udføres af ét system, i forhold til hvilket denne faktor er mest specifik. Hvis et specifikt systems muligheder er begrænsede, er andre systemer forbundet.

Nogle funktionelle systemer er genetisk bestemt, andre udvikler sig i det individuelle liv i processen med interaktion af organismen med forskellige faktorer indre og ydre miljø, altså baseret på læring. Naturligvis har mennesker, som de mest avancerede levende væsener, de mest komplekse og perfekte funktionelle systemer. Deres interaktioner kan forstås under hensyntagen til ideer om de strukturelle niveauer af organisering af biosystemer.

Niveauer af organisering af funktionelle systemer (Sudakov K.V., 1999): metaboliske, homøostatiske, adfærdsmæssige, mentale, sociale.

På stofskifte niveau, funktionelle systemer bestemmer opnåelsen af ​​de sidste stadier af kemiske reaktioner i kroppens væv. Når visse produkter opstår, stopper kemiske reaktioner, baseret på princippet om selvregulering, eller omvendt aktiveres. Et typisk eksempel på et funktionelt system på metabolisk niveau er processen med retroinhibering.

På homøostatisk niveau, talrige funktionelle systemer, der kombinerer nervøse og humorale mekanismer, baseret på princippet om selvregulering, giver et optimalt niveau de vigtigste indikatorer kroppens indre miljø, såsom blodmasse, blodtryk, temperatur, pH, osmotisk tryk, niveauer af gasser, næringsstoffer osv.

På adfærdsmæssige På det biologiske niveau bestemmer funktionelle systemer en persons opnåelse af biologisk vigtige resultater - særlige miljøfaktorer, der tilfredsstiller hans førende metaboliske behov for vand, næringsstoffer, beskyttelse mod forskellige skadelige påvirkninger og fjernelse fra kroppen skadelige produkter livsaktivitet; seksuel aktivitet osv.

Funktionelle systemer mental menneskelige aktiviteter er bygget på informationsgrundlaget for en persons ideelle afspejling af hans forskellige følelsesmæssige tilstande og egenskaber ved genstande i den omgivende verden ved hjælp af sproglige symboler og tænkeprocesser. Resultaterne af funktionelle systemer af mental aktivitet er repræsenteret af refleksionen i en persons bevidsthed af hans subjektive oplevelser, de vigtigste begreber, abstrakte ideer om eksterne objekter og deres relationer, instruktioner, viden mv.

På social niveau, forskellige funktionelle systemer bestemmer individers eller deres gruppers opnåelse af socialt betydningsfulde resultater i uddannelses- og produktionsaktiviteter, i skabelsen af ​​et socialt produkt, i miljøbeskyttelse, i foranstaltninger til beskyttelse af fædrelandet, i åndelig aktivitet, i kommunikation med objekter af kultur, kunst osv. (Anokhin P.K., Sudakov K.V.).

Samspillet mellem funktionelle systemer i kroppen udføres på grundlag af principperne om hierarkisk dominans, multiparametrisk og sekventiel interaktion, systemogenese og systemisk kvantisering af livsprocesser.

Hierarkisk dominans af funktionelle systemer. Altid en af ​​parametrene for kroppens generelle behov fungerer som en ledende, dominerende, idet den er den mest betydningsfulde for overlevelse, forplantning eller for menneskelig tilpasning i det ydre og frem for alt sociale miljø, der danner det dominerende funktionelle system. Samtidig er alle andre funktionelle systemer enten hæmmet eller bidrager gennem deres effektive aktivitet til det dominerende systems aktivitet. I forhold til hvert dominerende funktionssystem er subdominante systemer, i overensstemmelse med deres biologiske betydning og betydning for menneskets sociale aktivitet, lige fra det molekylære til det organismemæssige og sociale niveau, arrangeret i en vis hierarkisk rækkefølge. De hierarkiske relationer mellem funktionelle systemer i kroppen er bygget på baggrund af resultaterne af deres aktiviteter.

Multiparameter interaktion. Princippet om multiparameter-interaktion er især tydeligt manifesteret i aktiviteten af ​​funktionelle systemer på homøostatisk niveau, hvor en ændring i en indikator for det indre miljø, der repræsenterer resultatet af aktiviteten af ​​et funktionelt system, umiddelbart påvirker resultaterne af aktiviteten af andre funktionelle systemer forbundet med det. Princippet om multiparametrisk interaktion er tydeligt afsløret, for eksempel i aktiviteten af ​​det funktionelle system, der bestemmer niveauet af gasindikatorer i kroppen.

Konsekvent samspil mellem funktionelle systemer. I den menneskelige krop er aktiviteterne i forskellige funktionelle systemer sekventielt relateret til hinanden i tid, når resultatet af aktiviteten af ​​et funktionelt system konsekvent danner et andet behov og det tilsvarende funktionelle system.

Princippet om sekventiel interaktion mellem forskellige funktionelle systemer i den menneskelige krop er tydeligt manifesteret i kontinuummet af processer med blodcirkulation, fordøjelse, åndedræt, udskillelse osv.

En særlig type sekventiel interaktion af funktionelle systemer over tid er repræsenteret ved systemogenese processer.

P.K. Anokhin definerede systemogenese som den selektive modning af funktionelle systemer og deres individuelle dele i processerne af præ- og postnatal ontogenese.

Kontinuumet af livsaktivitet for hver person på forskellige organisationsniveauer, takket være den sekventielle interaktion mellem funktionelle systemer, er opdelt i separate, diskrete "systemokvanter". Hvert individuelt "systemkvante" i livet inkluderer fremkomsten af ​​et eller andet biologisk eller socialt behov, dannelsen af ​​en dominerende motivation på hjerneniveau og, gennem opnåelse af mellemliggende og endelige resultater, ender med tilfredsstillelse af behovet. Samtidig udføres vurderingen af ​​forskellige parametre for mellemliggende og endelige resultater af aktivitet konstant ved hjælp af omvendt afferentation, der kommer fra forskellige sanseorganer og receptorer i kroppen til apparatet til at forudsige det krævede resultat - acceptoren for resultatet af handlingen.

Af organisationens natur kan man skelne sekventiel, hierarkisk og blandet kvantisering af livsprocesser (Sudakov K.V., 1997).

Startende med den canadiske biolog L. von Bertalanffys bemærkelsesværdige værker bliver en systemtilgang i stigende grad introduceret i biologi og medicin.

Forståelse funktionelle funktioner opbygning af en hel organisme er primært nødvendig for en læge, der er involveret i diagnosticering og behandling af en syg person. Moderne virkelighed kræver presserende tæt sammenslutning af specialister fra forskellige områder for at løse store teoretiske og praktiske problemer.

Menneskets fysiologiske mekanismer er ikke længere i stand til at klare de enorme belastninger af moderne produktionsaktiviteter og levevilkår. I betragtning af tilstedeværelsen af ​​et stort antal tilbagemeldinger fra forskellige parametre for maskinaktivitet er der praktisk talt ingen kontrol over de fysiologiske funktioner hos mennesker, der arbejder på disse maskiner.

Situationen forværres af sociopolitiske forandringer i mange lande i verden, herunder Rusland, samt miljøproblemer i mange områder af kloden.

Teorien om det funktionelle system har åbnet nye perspektiver for tidlig diagnose af krænkelser af menneskelige fysiologiske funktioner under forhold med reel produktionsaktivitet, især under betingelserne for intenst arbejde i moderne produktion (Sudakov K.V.).

Enhver sygdom, det være sig somatisk eller mental, er en manifestation af kroppens (personens) tilpasning til skiftende forhold i det ydre og indre miljø. Tilpasning udføres afhængigt af en række faktorer, lige fra den syge organismes biologiske, sociale og psykologiske karakteristika, der slutter med den patogene faktors karakteristika, de miljømæssige forhold, hvorpå påvirkningen opstår, varigheden og intensiteten af ​​påvirkningen. osv., og påvirker mange morfofunktionelle niveauer, systemer, organisationer. Det vil sige, at sygdommen manifesterer sig som et multi-level system (S. G. Sukiasyan, 2005).

I denne henseende bør vurderingen af ​​forskellige indikatorer for kroppens aktivitet under patologiske tilstande tage hensyn til den systemiske integration af fysiologiske funktioner.

For hver sygdom er det først og fremmest nødvendigt at bestemme: hvilke funktionelle systemer er påvirket af den patologiske proces, og hvis forstyrrelse forværrer det; aktiviteten af ​​hvilke funktionelle systemer har en kompenserende orientering (Sudakov K.V.).

En vedvarende stigning i blodtrykket kan for eksempel være forbundet med forstyrrelser i forskellige dele af det funktionelle system, der bestemmer det optimale niveau af blodtryk i kroppen: baroreceptorapparatet, centrale emotiogene og vasomotoriske mekanismer, perifere vaskulære eller hormonregulering osv. Samtidig ændres aktiviteten af ​​andre relaterede funktionelle systemer for udskillelse, vand-saltbalance, vedligeholdelse af kropstemperatur osv.

Ved kirurgisk fjernelse af et organ, baseret på ideen om, at de samme organer deltager i aktiviteterne i forskellige funktionelle systemer i forskellige aspekter af deres stofskifte, er det først nødvendigt at bestemme, hvilke funktionelle systemer der er påvirket og i hvilket omfang kirurgi, hvilke kompenserende mekanismer fortsætter med at give kroppens førende fysiologiske funktioner, hvilke nyttige adaptive resultater af kroppens aktivitet bevares, og hvilke forstyrres, og også hvilke aspekter af homeostase eller adfærd påvirker de?

Fra et systemisk synspunkt går kompensation for nedsatte funktioner altid i retning af at bevare funktionelle systemers evne til at give adaptive resultater, der er nyttige for kroppen.

Som undersøgelser foretaget af E. L. Golubeva, en medarbejder hos P. K. Anokhin, har vist, at når en lunge fjernes, er den kompenserende proces ikke kun forbundet med aktiviteten af ​​den anden tilbageværende lunge, men også med funktionerne i hjertet, nyrerne, blodet og andre udøvende komponenter i den forgrenede indre forbindelse af selvregulering af det funktionelle system vejrtrækning. Samtidig er aktiviteten af ​​andre funktionelle systemer, der bestemmer det optimale niveau af blod og osmotisk tryk for kroppen, blodreaktion, udskillelse osv., som ifølge princippet om multi-forbundet interaktion kompenserende omarrangerer deres aktiviteter, er forstyrret.

Kirurgi, såsom udskiftning af den stigende aortabue med en protese, kan forstyrre funktionen af ​​baroreceptorer og kemoreceptorer til gashomeostase. I dette tilfælde falder den kompenserende funktion stort set på andre kemoreceptorzoner: sinocarotid og central, hvis tilstand i dette tilfælde skal vurderes før operationen (Sudakov K.V.).

Teorien om funktionelle systemer tillader en ny tilgang til problemet med rehabilitering af svækkede menneskelige funktioner.

Fra teorien om funktionelle systemer, alt rehabiliteringsforanstaltninger fungere som et ekstra eksternt led for selvregulering og derved kompensere for den utilstrækkelige funktion af visse funktionelle systemer i kroppen.

I denne henseende fortjener det første informationsstadium af dannelsen af ​​den patologiske proces særlig opmærksomhed ( præmorbid tilstand).

På dette stadie genoprettes forstyrrede informations-intra- og intersystemforhold mellem funktionelle systemer i kroppen let ved hjælp afer: hypnotisk påvirkning, massage, homøopati, akupunktur, varm-kold procedurer, hypoxi og andre, som hjælper med at forhindre overgangen af ​​dysfunktioner til stabile. patologisk form. Baseret på det faktum, at sygdommen primært manifesterer sig som en krænkelse af informationssystemrelationer i kroppen, bliver kulturelle, familiemæssige og industrielle relationers rolle som en slags "menneskelig immunitet" tydelig. De samme faktorer er vigtige for at vedligeholde og styrke virkningerne af rehabilitering (Sudakov K.V., 1996).

Hver organisme har sin egen fysiologiske komfortzone, hvor den maksimalt mulige grænse for funktionskompensation opretholdes. Med vedvarende ændringer i miljøet bevæger kroppen sig til et nyt niveau af homeostase, eller "homeoresis" (ifølge: Ado V.D.), for hvilke andre indikatorer for homeostase er optimale. Dette er tilstanden af ​​tilpasning. Således bekræfter teorien om funktionelle systemer af P.K. Anokhin, der betragter organismen som et integreret biosocialt objekt i fylogenetiske og ontogenetiske termer, doktrinen om tilpasningssyndrom (Sudakov K.V., Sukiasyan S.G.).

Tilpasning(tilpasning) er processen med at opretholde den funktionelle tilstand af homeostatiske systemer og organismen som helhed, der sikrer dens bevarelse, udvikling og maksimale forventede levetid under utilstrækkelige forhold (Kaznacheev V.P., 1973).

Tilpasning er uden tvivl en af ​​de grundlæggende egenskaber ved levende materie. Det er iboende i alle kendte livsformer. Der skelnes mellem følgende typer tilpasning: biologisk, fysiologisk, biokemisk, psykologisk, social osv.

Ved klassificering af tilpasningsprocesser skal følgende tages i betragtning:

1. Miljøfaktorer (fysiske, kemiske, bakterielle, virale).

2. Organismens egenskaber (embryonal, barn, voksen, køn, nationalitet.)

3. Arten af ​​adaptive ændringer i forskellige organsystemer (primært nervesystemet, hormonsystemet, immunsystemet, såvel som det kardiovaskulære, respiratoriske, fordøjelsessystemet osv.).

4. Biosystemets organisationsniveau (art, population, organisme, system, organ osv.).

I henhold til deres betydning for evolutionen kan adaptive ændringer være: genotypiske, fænotypiske.

I kernen genotypisk tilpasning ligger i vedvarende ændringer i arvematerialet (mutationer), som kan overføres fra generation til generation og fikseres ved påvirkning af naturlig selektion og genetisk drift.

Konsekvensen af ​​denne type tilpasning er erhvervelsen af ​​nye adaptive genotypiske egenskaber.

Under fænotypisk tilpasning forstås som variation i værdien af ​​en egenskab som følge af virkningen af ​​eksterne miljøfaktorer. Denne variation er baseret på "reaktionsnormen", som styres genetisk og bestemmer omfanget af variation af en egenskab under specifikke miljøforhold.

Fra et fysiologisk og patofysiologisk synspunkt bør begreberne tilpasning, norm og patologi kun gives for at underbygge synspunktet om, at normologiske og patologiske processer er forskellige kvalitative manifestationer af den samme proces - tilpasning eller tilpasning. Samtidig er patologi ikke altid en adaptiv anomali, og det er heller ikke en adaptiv norm.

På baggrund af dette er næsten alle sygdomme resultatet af fejl i adaptive reaktioner på ydre stimuli. Fra dette synspunkt er de fleste sygdomme (nervelidelser, hypertension, mavesår mave og tolvfingertarm, nogle typer af gigt, allergiske, hjerte-kar-sygdomme og nyresygdomme) er tilpasningssygdomme, det vil sige patologiske processer og sygdomme er blot træk ved adaptive reaktioner.

Ifølge teorien om adaptive reaktioner, afhængigt af styrken af ​​påvirkningen, kan der udvikles tre typer adaptive reaktioner i kroppen:

– til svage virkninger – træningsrespons;

– til påvirkninger af middel styrke – aktiveringsreaktion;

– til stærke, ekstreme påvirkninger – stressreaktion (ifølge: Selye G.).

Træningsreaktionen har tre faser: orientering, omstrukturering, træning. I centralnervesystemet dominerer beskyttende hæmning. I endokrine system Først øges aktiviteten af ​​glukokortikoider og mineralokortikoidhormoner moderat, og derefter øges udskillelsen af ​​mineralokortikoider gradvist, og udskillelsen af ​​glukokortikoider normaliseres på baggrund af moderat øget funktionel aktivitet af skjoldbruskkirtlen og kønskirtlerne.

Aktiveringsreaktionen har to stadier: primær aktivering og stadiet med vedvarende aktivering. Moderat, fysiologisk ophidselse dominerer i centralnervesystemet. I det endokrine system er der en stigning i sekretionen af ​​mineralokortikoider med normal sekretion af glukokortikoider og en stigning i den funktionelle aktivitet af skjoldbruskkirtlen og kønskirtlerne. Øget kirtelaktivitet indre sekretion mere udtalt end under træningsreaktionen, men har ikke karakter af patologisk hyperfunktion. I begge faser af aktiveringsreaktionen øges den aktive modstand mod skadelige stoffer af forskellig art.

Træningsresponsen og aktiveringsresponsen er de adaptive reaktioner, der opstår i løbet af kroppens normale liv. Disse reaktioner er uspecifikke fysiologiske processer, ligesom stress – har et uspecifikt grundlag patologiske processer.

Enhver adaptiv reaktion af kroppen er baseret på visse biokemiske transformationer. Ikke en enkelt type tilpasning kan forekomme uden væsentlige biokemiske omlægninger.

Biokemisk tilpasning udfører følgende hovedfunktioner i cellen:

1. Opretholdelse af den strukturelle integritet af makromolekyler (enzymer af kontraktile proteiner, nukleinsyrer osv.), når de fungerer under specifikke betingelser.

2. Tilstrækkelig forsyning af cellen:

a) energivaluta - ATF;

b) reduktion af ækvivalenter, der er nødvendige for forekomsten af ​​biosynteseprocesser;

c) prækursorer, der anvendes til syntese af lagringsstoffer (glykogen, fedtstoffer osv.), nukleinsyrer og proteiner.

3. Vedligeholdelse af systemer, der regulerer hastigheden og retningen af ​​stofskifteprocesser i overensstemmelse med kroppens behov og deres ændringer, når miljøforholdene ændrer sig.

Der er tre typer biokemiske tilpasningsmekanismer:

1. Tilpasning af makromolekylære komponenter i celler eller kropsvæsker:

a) mængderne (koncentrationerne) af eksisterende typer makromolekyler, f.eks. enzymer, ændrer sig;

b) der dannes nye typer makromolekyler, for eksempel nye isoenzymer, som erstatter makromolekyler, der tidligere var til stede i cellen, men som ikke er blevet helt egnede til at arbejde under ændrede forhold.

2. Tilpasning af det mikromiljø, hvori makromolekyler fungerer. Essensen af ​​denne mekanisme er, at adaptive ændringer i makromolekylers strukturelle og funktionelle egenskaber opnås ved at modificere den kvalitative og kvantitative sammensætning af miljøet, der omgiver disse makromolekyler (for eksempel dens osmotiske koncentration eller sammensætning af opløste stoffer).

3. Enhed tændt funktionsniveau, når en ændring i effektiviteten af ​​makromolekylære systemer, især enzymer, ikke er forbundet med en ændring i antallet af makromolekyler til stede i cellen eller deres typer. Denne form for biokemisk tilpasning kaldes også metabolisk regulering. Dens essens er at regulere den funktionelle aktivitet af makromolekyler, der tidligere er syntetiseret af cellen.

Når man studerer indflydelsen af ​​et kompleks af langsigtede miljøfaktorer på den menneskelige krop, er en vigtig opgave at vurdere tilpasningsstrategien. Ud fra viden om tilpasningsstrategien er det muligt at forudsige en organismes adfærd over tid, når den kommer i kontakt med skiftende miljøfaktorer.

Under tilpasningsstrategien forstå den funktionelle-tidsmæssige struktur af strømme af information, energi, stoffer, hvilket sikrer det optimale niveau af morfofunktionel organisering af biosystemer under utilstrækkelige miljøforhold.

Kriteriet, der ligger til grund for identifikation af forskellige tilpasningsstrategier (typer af respons), er den tid, det tager at udføre submaksimalt arbejde. Denne relative værdi er altid omvendt proportional med kroppens modstand mod miljøets ødelæggende påvirkning, forudsat at kroppen udfører arbejde af submaksimal intensitet.

Der er tre muligheder for "strategien" for den menneskelige krops adaptive adfærd.

1. Strategitype ( sprinter strategi): kroppen har evnen til kraftige fysiologiske reaktioner med høj grad pålidelighed som reaktion på betydelige, men kortsigtede udsving i det ydre miljø. Dog sådan højt niveau fysiologiske reaktioner kan opretholdes relativt kort sigt. Sådanne organismer er dårligt tilpasset til langvarige fysiologiske overbelastninger fra eksterne faktorer, selvom de er af gennemsnitlig størrelse.

2. Anden type ( strategi af typen "stayer".): kroppen er mindre modstandsdygtig over for kortvarige betydelige udsving i miljøet, men har evnen til at modstå lang tid fysiologiske belastninger af gennemsnitsstyrke.

3. Den mest optimale type strategi er mellemtype, som indtager en midterposition mellem disse ekstreme typer.

Dannelsen af ​​tilpasningsstrategier er genetisk bestemt, men i processen med individuelt liv, passende uddannelse og træning, kan deres muligheder være genstand for korrektion. Det skal bemærkes, at hos den samme person kan forskellige homeostatiske systemer have forskellige fysiologiske tilpasningsstrategier.

Det er fastslået, at hos personer med overvægt af den første type strategi (“sprinter”) kommer den samtidige kombination af arbejds- og restitutionsprocesser svagt til udtryk, og disse processer kræver en klarere rytme (det vil sige opdeling i tid).

Hos personer med overvægt af type 2-strategi (“stayer”) er reservekapaciteter og graden af ​​hurtig mobilisering tværtimod ikke høje, men arbejdsprocesser kombineres lettere med recovery-processer, hvilket giver mulighed for langsigtet arbejdsbyrde.

På nordlige breddegrader oplever personer med varianter af "sprinter"-strategien således hurtig udmattelse og nedsat lipid-energi-metabolisme, hvilket fører til udvikling af kroniske patologiske processer. På samme tid, hos mennesker, der tilhører "stayer" strategivarianten, er adaptive reaktioner på de specifikke forhold på høje breddegrader de mest passende og giver dem mulighed for at forblive under disse forhold i lang tid uden udvikling af patologiske processer.

For at bestemme effektiviteten af ​​tilpasningsprocesser, visse kriterier og diagnostiske metoder funktionelle tilstande legeme.

R. M. Baevsky (1981) foreslog at tage højde for fem hovedkriterier:

1 – funktionsniveau af fysiologiske systemer;

2 – grad af spænding af reguleringsmekanismer;

3 - funktionel reserve;

4 – kompensationsgrad;

5 – balance mellem elementer i det funktionelle system.

Kredsløbssystemet kan betragtes som en indikator for den funktionelle tilstand af hele organismen. Tre egenskaber ved kredsløbssystemet overvejes, ved hjælp af hvilke overgangen fra en funktionel tilstand til en anden kan vurderes. Det her:

– funktionsniveau. Det skal forstås som at opretholde visse værdier af hovedindikatorerne for myokardie-hæmodynamisk homeostase: slagtilfælde og minutvolumen, pulsfrekvens og blodtryk;

– grad af spænding af reguleringsmekanismer, som bestemmes af indikatorer for autonom homeostase, for eksempel graden af ​​aktivering sympatisk splittelse autonome nervesystem og niveauet af excitation af det vasomotoriske center.

– funktionel reserve. For at vurdere det, bruges funktionelle stresstest, såsom ortostatisk eller træningstest, normalt.

Klassificering af funktionelle tilstande i udviklingen af ​​tilpasningssygdomme (Baevsky R. M., 1980):

1. Status for tilfredsstillende tilpasning til miljøforhold. Denne tilstand er karakteriseret ved kroppens tilstrækkelige funktionelle evner, der opretholdes med minimal spænding i kroppens reguleringssystemer. Funktionel reserve reduceres ikke.

2. Spændingstilstand for tilpasningsmekanismer. Kroppens funktionelle evner reduceres ikke. Homeostase opretholdes på grund af en vis spænding af regulatoriske systemer. Funktionel reserve reduceres ikke.

3. Tilstand af utilfredsstillende tilpasning til miljøforhold. Kroppens funktionalitet er nedsat. Homeostase opretholdes på grund af betydelige spændinger i regulatoriske systemer eller på grund af inklusion af kompenserende mekanismer. Funktionel reserve reduceres.

4. Svigt (sammenbrud) af tilpasningsmekanismer. Et kraftigt fald kroppens funktionelle evner. Homeostase er forstyrret. Funktionel reserve er kraftigt reduceret.

Disadaptation og udvikling af patologiske tilstande sker i etaper. Fra et biokybernetisk synspunkt repræsenterer bevægelsen fra sundhed til sygdom en gradvis ændring i kontrolmetoder. Hver stat svarer til sin egen karakter af biosystemets strukturelle og funktionelle organisering.

Den indledende fase af grænsezonen mellem sundhed og patologi er en tilstand af funktionel spænding af tilpasningsmekanismer. Dets mest karakteristiske træk er et højt funktionsniveau, som sikres gennem intensiv eller langvarig stress reguleringssystemer. Spændingstilstanden af ​​tilpasningsmekanismer, ikke opdaget med traditionelle klinisk undersøgelse, bør klassificeres som præzonologisk, det vil sige forud for udviklingen af ​​sygdommen.

Den senere fase af grænsezonen er en tilstand af utilfredsstillende tilpasning. Det er karakteriseret ved et fald i biosystemets funktionsniveau, uoverensstemmelse mellem dets individuelle elementer og udvikling af træthed og overanstrengelse. Tilstanden af ​​utilfredsstillende tilpasning er en aktiv adaptiv proces. Kroppen forsøger at tilpasse sig de eksistensbetingelser, der er overdrevne for den, ved at ændre den funktionelle aktivitet af individuelle systemer og den tilsvarende spænding af reguleringsmekanismer. Tilstanden af ​​utilfredsstilet tilpasning kan klassificeres som præmorbid, da et signifikant fald funktionel reserve tillader ved brug funktionelle tests identificere en utilstrækkelig reaktion af kroppen, hvilket indikerer en skjult eller indledende patologi.

Fra et klinisk synspunkt refererer kun svigt af tilpasning til patologiske tilstande, fordi det er ledsaget af mærkbare ændringer i traditionelt målte indikatorer: hjertefrekvens, slagtilfælde og minutvolumen, blodtryk osv.

I deres manifestationer er tilpasningssygdomme polymorfe i naturen, der dækker forskellige systemer i kroppen. De mest almindelige tilpasningssygdomme er langt ophold mennesker under ugunstige forhold (højdesyge osv.). På grund af langvarig spænding af regulatoriske mekanismer, såvel som cellulære mekanismer, opstår udtømning og tab af kroppens vigtigste reserver (Mountain E. P., 1999). For at forebygge tilpasningssygdomme bruges der derfor metoder til at øge effektiviteten af ​​tilpasning.

Metoder til at øge effektiviteten af ​​tilpasning kan være specifik og uspecifik.

TIL ikke-specifikke metoder omfatter: aktiv rekreation, hærdning, gennemsnit fysisk træning, adaptogener og terapeutiske doser af forskellige spa-faktorer, der kan øge uspecifik modstand og normalisere aktiviteten af ​​hovedkroppens systemer.

Adaptogener– disse er midler, der udfører farmakologisk regulering af adaptive processer i kroppen. Baseret på deres oprindelse kan adaptogener opdeles i to grupper: naturlige og syntetiske. Kilder til naturlige adaptogener er land- og vandplanter, dyr og mikroorganismer. De vigtigste adaptogener af planteoprindelse omfatter ginseng, Eleutherococcus, Schisandra chinensis, Aralia Manchurian, zamanikha, hyben, osv. Præparater af animalsk oprindelse omfatter: pantokrin, opnået fra hjortegevirer; rantarin - fra rensdyrgevir, apilak - fra kongelig gelé. Bred anvendelse opnåede stoffer isoleret fra forskellige mikroorganismer og gær (prodigiogan, zymosan, etc.). Vitaminer har høj adaptogen aktivitet. Mange effektive syntetiske forbindelser er afledt af naturlige produkter (råolie, kul osv.).

Specifikke metoder at øge effektiviteten af ​​tilpasning er baseret på at øge kroppens modstand mod enhver specifik miljøfaktor: kulde, hypoxi osv. Disse omfatter bl.a. lægemidler, fysioterapeutiske procedurer, specialtræning osv. (Mountain E. P., 1999).

Dens vigtigste postulater

Funktionelle systemer forstås som sådanne selvregulerende dynamiske organisationer, hvis aktiviteter af alle deres bestanddele interagerer for at opnå adaptive resultater, der er gavnlige for organismen som helhed.

Sådanne resultater er først og fremmest forskellige indikatorer for metabolisme og kroppens indre miljø. Derudover er disse talrige resultater af levende væseners adfærdsmæssige aktivitet, der bestemmer tilfredsstillelsen af ​​deres førende behov. Således er der i kroppen lige så mange funktionelle systemer, som der er nyttige, adaptive resultater.

For eksempel, fra P.K. Anokhins lære om funktionelle systemer, følger et af de førende mønstre for vækst og udvikling af organismen - SIS-TEMOGENESIS. Sidstnævnte kan ses meget tydeligt i tidlige stadier barns udvikling: en nyfødt er ikke i stand til nogen aktiv fysisk handling, bortset fra implementeringen af ​​medfødte reflekser. På et bestemt tidspunkt vil barnet vende om på siden, når det funktionelle system, der sikrer denne handling, har nået tilstrækkelig udvikling (tilsvarende udvikling af bevægeapparatet, orienteringsmekanismen i rummet osv.). Desuden vil han til sin tid sætte sig ned, gå, løbe, når de funktionelle systemer, der sikrer disse handlinger, har nået en vis grad af udvikling. SYSTEMOGENESIS er således den selektive og accelererede udvikling af anatomiske og fysiologiske formationer (funktionelle systemer), der sikrer menneskets overlevelse og funktion på alle separat fase udvikling Funktionelle systemer modnes ujævnt, aktiveres i etaper og udskiftes, hvilket giver kroppen tilpasning i forskellige perioder med ontogenetisk udvikling.

Sammensætningen af ​​funktionelle systemer er ikke bestemt af den topografiske nærhed af strukturerne eller deres tilhørsforhold til nogen sektion anatomisk klassificering. Både nærliggende og fjerntliggende strukturer af kroppen kan være involveret i det funktionelle system. Den eneste faktor, der bestemmer selektiviteten af ​​disse forbindelser, er den biologiske og fysiologiske arkitektur af funktionen, og det eneste kriterium for deres anvendelighed er den endelige adaptive effekt for hele organismen, der opstår under udviklingen af ​​processer i et givet funktionelt system.

Således repræsenterer det centrale led i ethvert funktionelt system et eller andet nyttigt resultat for kroppen som helhed, for dens metabolisme. Sidstnævnte (resultat) er "telefonkortet" for ethvert funktionelt system. Enhver tilstand af resultatet, og især en afvigelse fra det niveau, der sikrer normal metabolisme, opfattes af de tilsvarende receptorer, som overfører information til specielle centre. Sidstnævnte mobiliserer til gengæld forskellige udøvende mekanismer, der bringer resultatet til et optimalt niveau for kroppen. Som følge heraf fungerer funktionelle systemer efter princippet om selvregulering.

Funktionelle systemer er enheder af kroppens integrerede aktivitet. De er dynamiske selvregulerende organisationer, der er dannet på metabolisk basis eller under påvirkning af miljøfaktorer, og hos mennesker, det sociale miljø.

De mange forskellige adaptive resultater, der er nyttige for kroppen, indikerer, at antallet af funktionelle systemer, der udgør forskellige aspekter af hele organismens livsaktivitet, kan være ekstremt stort. Nogle funktionelle systemer bestemmer gennem deres aktiviteter forskellige indikatorer for kroppens indre miljø, andre - adfærdsaktivitet og interaktion med miljøet.

Ethvert funktionelt system, ifølge P.K Anokhins ideer, har en grundlæggende lignende organisation og inkluderer følgende generelle, universelle for forskellige systemer, perifere og centrale knudemekanismer:

· gavnligt adaptivt resultat da det førende led i et funktionelt system er " udløser» systemer;

· udfaldsreceptorer – give en "opgave" for at opnå et adaptivt resultat (den ubetingede del af refleksen slutter her);

· omvendt afferentation , der kommer fra resultatreceptorerne til de centrale formationer af det funktionelle system som et nødvendigt og universelt stadie af enhver betinget refleks eller adfærdshandling, når hele komplekset af "feedback"-informationer gives til det centrale led i det funktionelle system, til omfang, at den givne løsning er korrekt til opgaven;

· central arkitektur (centre af hjernebarken), der repræsenterer den selektive sammenslutning af funktionelle systemer af nerveelementer på forskellige niveauer, som er en analysator (korrektor) beslutning taget(forudsigelse og kontrol af handlingsresultater);

· udøvende somatisk, vegetativ og endokrin Komponenter , herunder organiseret målrettet adfærd inden for rammerne bestemt af den eksisterende løsning af det funktionelle system.

I hele organismen er interaktionen mellem forskellige funktionelle systemer baseret på principperne om hierarki og multi-forbundet, multi-parametrisk interaktion af resultaterne af aktiviteten af ​​individuelle funktionelle systemer.

Hierarkiprincippet er, at aktiviteten af ​​organismen på ethvert givet tidspunkt bestemmes af det funktionelle system, der dominerer med hensyn til overlevelse eller tilpasning til miljøet (princippet dominanter). Andre funktionelle systemer er arrangeret i en hierarkisk rækkefølge i overensstemmelse med deres biologiske betydning og nødvendighed for menneskelig social aktivitet.

Ændringen af ​​dominerende funktionelle systemer sker konstant og afspejler essensen af ​​kontinuerligt forekommende stofskifte og konstant interaktion mellem kroppen og omgivelserne. Imidlertid er alle funktionelle systemer tæt forbundet, og en ændring i en indikator, resultatet af et funktionelt systems aktivitet, påvirker umiddelbart resultaterne af andre funktionelle systemers aktivitet.

En hel organisme på ethvert givet tidspunkt repræsenterer en harmonisk interaktion, integration (lodret og horisontalt) af forskellige funktionelle systemer, som bestemmer det normale forløb af metaboliske processer. Krænkelse af denne integration, hvis den ikke kompenseres af særlige mekanismer, betyder sygdom og kan føre til organismens død.