Основы теории ФУС. Основные принципы физиологии Основы теории функциональных систем

• Название: Основные принципы физиологии Основы теории функциональных систем
• Дата: 06.09.2022
• Размер: 2.33 Mb.
• Имя файла: Основы теории ФУС.pptx
• Тип: Документы; #663670

Основные принципы физиологии Основы теории функциональных систем

«Физиология – это научный стержень, на котором держатся все медицинские науки. В сущности в медицине имеется лишь одна наука: наука о жизни или физиология»

К. Бернар

«Нет необходимости скрывать, что многие факты, составляющие содержание физиологии, не найдут своего непосредственного практического применения в деятельности врача. Вместе с тем, знание их абсолютно необходимо для построения врачебного мышления, поскольку каждый врач обязан быть биологом»

Гинецинский А.Г.

В отличие от морфологии физиология изучает живой объект.
«Вам нужно знать не только, как устроен человеческий организм, но и как он действует» (И.П.Павлов, в лекции к студентам).


Нормальная физиология - наука о процессах жизнедеятельности целостного организма и механизмах ее регуляции для оптимального приспособления к меняющимся условиям окружающей среды

Физиология занимается изучением:

функций живых организмов, их клеток, органов и систем;

2) регуляции их деятельности в целостном организме;

3) механизмов его адаптации к окружающей среде.

ЦЕЛЬ курса физиологии в медицинском вузе:

ОВЛАДЕТЬ СОВРЕМЕННЫМИ ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ ЗНАНИЯМИ О ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЯХ И МЕТОДАХ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ,

НАУЧИТЬСЯ ОТЛИЧАТЬ НОРМАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОТ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ,

УМЕТЬ РЕШАТЬ ЗАДАЧИ, СВЯЗАННЫЕ С ВЫЯСНЕНИЕМ ВОПРОСОВ О ПРИЧИНАХ ОТКЛОНЕНИЙ ФУНКЦИЙ И НАРУШЕНИЯХ ИХ РЕГУЛЯЦИИ.

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ ЖИВОТНЫХ ЧЕЛОВЕКА НОРМАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ КЛИНИЧЕСКАЯ

Методы исследования в физиологии:

Наблюдение.
Эксперимент острый и хронический.
Моделирование предметное и математическое.

Этапы развития физиологии:

Аналитический - эмпирический набор экспериментальных фактов.
Синтетический - осмысление полученных данных по физиологии целостного организма, создание теорий.
Методологический (системный) – в основе системный подход в анализе функционирования организма, механизмов его взаимодействия с внешней средой.


Основные понятия физиологии:

Организм – самостоятельно существующая единица органического мира, существующая при постоянном взаимодействии с внешней средой и способная самовозобновляться в процессе такого взаимодействия
Физиологическая функция - проявление жизнедеятельности организма, имеющее приспособительное значение
Регуляция – совокупность процессов, обеспечивающих необходимый уровень функционирования, активное управление функциями организма для обеспечения оптимального уровня функционирования.

Внутренняя среда организма характеризуется константами (показателями).

Температура, артериальное давление, количество эритроцитов, рН и др. – это константы.

Константы

Жесткие Пластичные

Даже незначительное изменение грозит жизнеспособности организма

рН, осмотическое давление и т.д.

Могут колебаться в достаточно широких пределах, не угрожая жизнеспособности организма

Артериальное давление, количество эритроцитов в крови и т.д.

И жесткие, и пластичные константы способны изменяться в определенном диапазоне и восстанавливаться организмом.
Это динамическое состояние называется гомеокинезом.


Теория рефлекса Рене Декарта(XVII в)
Теория условных рефлексов И.П.Павлова
Теория доминанты А.А.Ухтомского
Теория биологических систем Л.фон Берталанфи

Рене Декарт (1596-1650 гг)

Великий физиолог И.П. Павлов поставил памятник Декарту возле своей лаборатории , потому что считал его предтечей своих исследований.

Декарт первым ввел понятие рефлекса. Схема рефлекса по Декарту сводилась к следующему: внешний импульс приводит в движение частицы, называемые «животными духами». Далее посредством этого внешнего импульса «животные духи» заносятся в мозг по «трубкам», из которых складывается периферическая нервная система, а оттуда автоматически переходят к мышцам.

Заслуга Декарта в том, он впервые обратил внимание на свойство живой материи отвечать на внешнее воздействие отраженными (рефлекторными) реакциями.


Рефлекс - ответная реакция организма на изменение внутренней или внешней среды, осуществляемая при участии нервной системы.
Основные компоненты рефлекторной дуги: рецептор – афферентное волокно – нервный центр (минимум 2 нейрона) – эфферентное волокно - эффектор


В современной физиологии также используют понятие «рефлекс»

Структурная основа рефлекса – рефлекторная дуга

И.М.Сеченов обратил внимание на изменчивость рефлексов, их зависимость от внутреннего состояния субъектов и влияния факторов окружающей среды


И.М.Сеченов (1829-1905)

Создал учение об условных рефлексах. Отмечал, что условные рефлексы зависят от исходного состояния организма, предшествующего опыта, влияния окружающей среды и т.д.
Писал о «системности» работы мозга. Рассматривал организм человека, как систему «в высочайшей степени саморегулирующуюся».


И.П.Павлов (1849-1936)

А.А. Ухтомский (1875-1942)

Обосновал принцип «доминанты» в деятельности нервных центров.

Согласно Ухтомскому каждая наблюдаемая реакция организма определяется характером взаимодействия нервных центров, актуальными потребностями организма и историей организма как целостной системы.

Механизмом доминанты Ухтомский объяснял широкий спектр психических актов: внимание (его направленность на определенные объекты, сосредоточенность на них и избирательность), предметный характер мышления (вычленение из множества раздражителей среды отдельных элементов).

Людвиг фон Берталанфи (1901-1972)

Основоположник общей теории систем и системного подхода в биологии.

Сформулировал представление о биологических системах, как «упорядоченном множестве взаимосвязанных элементов».

Охарактеризовал основные свойства систем.

сложная (много элементов)
открытая (обменивается с окружающей средой веществом и энергией)
неравновесная (показатели организма отличаются (не равны) показателям внешней среды)

1. Целостность

2. Эмерджентность - взаимосвязь элементов создаёт новое свойство, нехарактерное для каждого элемента в отдельности.

3. Связи элементов: пространственные, функциональные, генетические и т.д.

4. Способность к саморегуляции.

Не было ответа на вопрос: что является системообразующим фактором? Что заставляет отдельные элементы складываться в систему?


П.К.Анохин (1898-1974)

П.К. Анохин ввел понятие «функциональная система»
Обосновал системообразующий фактор
Объяснил, как организм поддерживает гомеостаз


Отклонение гомеостатического параметра
Активация рецепторов
Передача информации в нервный центр
Анализ информации и принятие решения
Передача управляющего сигнала органам и тканям (канал прямой связи)
Изменения деятельности органов и тканей (исполнительных элементов)
Нормализация параметра (достижение конечного полезного результата)
Передача информации о нормализации параметра от рецепторов в нервный центр (обратная афферентация, канал обратной связи)


Пара-

метр

Центр

регуляции

Рецеп-

тор

Исполнительные

элементы

Схема функциональной системы

Канал обратной связи (КОС)

Канал

прямой

связи (КПС)

динамические
саморегулирующиеся
центрально-периферические организации,
деятельность которых направлена на достижение полезных для организма приспособительных результатов

1) Системообразующий фактор – конечный полезный адаптивный результат. Играет решающую роль в объединение множества элементов в функциональную систему.

2) Динамическая архитектоника (структура) с обязательной обратной афферентацией (каналом обратной связи). Информация о результате деятельности поступает в центральную нервную систему.

Элементы функциональных систем

1. Конечный полезный результат - это показатель внутренней или внешней среды
2. Рецепторы результата воспринимают отклонение показателя от нормы
3. Канал обратной афферентации проводит сигналы от рецепторов в центр регуляции (нервный или гуморальный)

Аппарат контроля:

Рецепторы – высокоспециализированные нервные окончания или клетки, у которых в процессе эволюции выработалась высокая чувствительность к адекватному раздражителю.
Адекватный раздражитель – раздражитель минимальной силы и специфической биологической модальности (качества), способный активировать определённый рецептор.


4. Центр регуляции анализирует сигналы от рецепторов и принимает решение, которое в виде команды передает каналу прямой связи

Центр регуляции - нервные клетки различных этажей спинного, головного мозга. Функции:

Запуск, настрой на определённый ритм работы исполнительных элементов.
Коррекция работы исполнительных элементов, регуляция на основе постоянного контроля за конечным полезным результатом.

3. Координация работы с другими центрами.

4. Хранение в памяти прошлого опыта достижения оптимального результата, способность предвидеть будущий результат работы.

5. Канал прямой связи (нервный и гуморальный) передает команды центра исполнительным органам
6. Исполнительные органы выполняют команды центра и отклонившиеся показатели восстанавливаются.


Виды исполнительных органов:
Скелетные мышцы
Мышца сердца
Гладкие мышцы
Железы
Другие ткани

Свойства функциональных систем

самоорганизация;
системообразующая роль результата;
саморегуляция;
изоморфизм;
избирательная мобилизация органов и тканей;
консерватизм и пластичность ФУС;
взаимодействие и взаимосодействие ФУС;
системное квантование жизнедеятельности

Самоорганизация ФУС

Самоорганизация функциональной системы возникает при возникновении важной потребности организма (при отклонении параметра).
Потребность является системоинициирующим фактором

Системообразующая роль результата

Деятельность каждой функциональной системы направлена на достижение полезного для организма адаптивного результата.
Если система не достигает полезного результата, она элиминируется (устраняется).
Следовательно, закрепляет (консолидирует) систему конечный полезный результат

Саморегуляция

Отклонение результата деятельности функциональной системы от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм и адаптацию к окружающей среде, является стимулом к мобилизации необходимых элементов системы для обеспечения этого результата.


- прямая связь (управляющая) – информация об отклонении константы - выработка управляющих воздействий.
- обратная связь (контролирующая) - выходной сигнал передается на вход системы.

Виды регуляции

Гуморальная
Нервная


По типу инициации
По типу модуляции


По отклонению (рассогласованию)

По опережению:

- по возмущению

- по предвидению

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ деятельности исполнительных органов

НЕРВНЫЕ (соматическая и вегетативная нервная система)
ГУМОРАЛЬНЫЕ (действие веществ через кровь и тканевую жидкость, например, гормонов)
МЕСТНЫЕ (местные рефлексы, местные гуморальные влияния, физико-химические изменения)

Механизмы регуляции

Механизмы регуляции

гуморальный – через жидкие среды организма (эволюционно древний, более медленный, не адресный, носитель – химическое вещество, первичный посредник, мессенджер). Преимущества гуморальной регуляции – широкий спектр регуляторов, действуют на клетки более продолжительное время, чем нейромедиаторы. Может быть аутокринный, паракринный, эндокринный, нейрокринный.
нервный (более эволюционно новый, более быстрый, адресный, носитель – биоэлектрический импульс).

Кибернетические виды регуляции

Регуляция по рассогласованию (отклонению).

При наличии механизмов, способных определить разность между задаваемым и фактическим значением регулируемой величины. При этом имеет место выработка регулирующих воздействий, которые уменьшают величину отклонения.
Регуляция по отклонению – регуляция на выходе системы (должно произойти сравнение полученных результатов с требующимися). Такая регуляция требует канала обратной связи.


Виды обратной связи

отрицательная – результат ослабляет управляющее воздействие – самая распространенная в организме, способствует возвращению системы в нормальное стабильное состояние, повышает устойчивость системы.


положительная – редкое явление. Процесс приобретает самоусиливающийся лавинообразный характер. Приводит систему в неустойчивое состояние и переводит ее на другой уровень функционирования.


Регуляция на входе системы – для открытых систем, имеющих связь с внешней средой. На систему влияет внешний фактор, меняющий условия ее существования.

Регуляция по прогнозированию (предвидению):

Реакция организма, опережающая влияние фактора, благодаря способности мозга к прогнозированию.

Пример – изменение функций перед физической нагрузкой (предстартовое состояние).

Изоморфизм ФУС

Различные функциональные системы имеют принципиально сходную архитектонику (структуру)

Избирательная мобилизация органов и тканей и системная фрагментация органов

Для обеспечение полезного для организма, в целом, результата ФУС объединяет тканевые элементы принадлежащие разным анатомическим образованиям.
Системная фрагментация органов – орган может быть вовлечен в разные ФУС, однако, это касается разных его компонентов.
Отсутствие органного принципа обеспечения физиологических функций. (Если бы обеспечение физиологической функции было бы сосредоточено в одном органе, то при повреждении этого органа, организм бы погибал).

Консерватизм и пластичность ФУС

Результат действия, рецепторы результата, афферентная импульсация и чувствительные центры нервной системы – консервативная часть ФУС. (Рецептор является «датчиком» системы, изменение настроек «датчика» способно привести к сбою в работе системы).
Эффекторные нервные центры и исполнительные элементы – пластичная часть ФУС. (Пластичность этих элементов взаимозависимость и компенсацию в деятельности функциональных систем при выходе «из строя» того или иного звена. Следовательно, повышается надежность работы системы).

Принцип пластичности и консерватизма.

Рецепторы –наиболее «жёсткое» (консервативное) звено в организации ФУС. Их высокая специфичность, чувствительность к адекватному раздражителю генетически определена
Нервный центр – наиболее динамичная и изменчивая в процессе адаптации структура ФУС.

Виды ФУС

Метаболические
Гомеостатические
Поведенческие
Социальные

Конечный полезный результат – «визитная карточка» системы

Определяет характер, тип системы:

Метаболическая – обеспечивает результат обмена веществ с образованием конечного продукта
Гомеостатическая – сохраняет гомеостаз при отклонении показателей внутренней среды за счёт эндогенных ресурсов.
Поведенческая – в основе удовлетворе-ние потребности при использовании внешней среды.

Метаболические ФУС

А Б В Р

А – исходный продукт; Б и В – продукты промежуточных реакций;

Р – результат.

Известны следующие виды саморегуляции в метаболических системах – а) конечный продукт Р при достижении определенной концентрации ингибирует фермент, катализирующий первую реакцию метаболической цепи.
б) продукт А – предшественник метаболической реакции – активирует фермент, катализирующий образования результирующего продукта Р.
Метаболические ФУС не имеют нервного центра, являются «упрощенной» ФУС.

Гомеостатические ФУС

ФУС поддержания гомеостатических констант организма (артериальное давление, уровень глюкозы в крови, количество кислорода и углекислого газа в внутренней среде и т.д.).
Их самоорганизация происходит в внутриутробном периоде онтогенеза под влиянием генетической информации.
Способны «самопроизвольно» нормализовать параметр без «сознательного» вмешательства.
Нервный центр – подкорковые структуры мозга
Используют «внутренний контур» саморегуляции

Поведенческие ФУС

Удовлетворение потребности требует активного воздействия организма на окружающую среду (например, реализация пищедобывательного поведения).
«Внешний контур» саморегуляции организма.
Нервный центр имеет сложную архитектонику с участием коры больших полушарий.


Системогенез

СИСТЕМОГЕНЕЗ

В соответствии с общей теорией функциональных систем под системогенезом понимают избирательное созревание функциональных систем (ФУС) и их отдельных компонентов в процессах пре- и постнатального онтогенеза, а также их становление во взрослом состоянии и инволюцию ФУС, особенно поведенческого и психического уровней в процессе индивидуальной жизни (системогенез поведенческих актов).
Имеет свои особенности у эмбрионов, плодов, новорожденных и в различные возрастные периоды индивидуального развития человека.


Системогенез – процесс избирательного созревания функциональных систем и их отдельных компонентов в процессе онтогенеза.
В основе – теория морфогенеза А.Н.Северцева – развитие осуществляется гетерохронно в соответствии с биогенетическим законом Геккеля-Мюллера.

Системогенез

Пренатальный
Постнатальный
Возрастной

Опережающая направленность этапов системогенеза на будущие события

Эмбриональный системогенез направлен на избирательное созревание тех ФУС, которые обеспечивают полноценное формирование плода к моменту рождения. В пренатальном системогенезе происходит созревание ФУС и их отдельных фрагментов, обеспечивающих адаптацию новоро-жденного к условиям существования сразу после рождения. В постнатальном системогенезе происходит созревание ФУС, обеспечивающих индивиду в будущем процессы размножения и индивидуальной адаптации к условиям существования. Каждый из этих периодов развития характеризуется своими качественными особенностями.


Организм имеет при рождении те функциональные системы, которые позволяют выжить в экологических условиях существования вида


Выводковые птицы имеют к моменту рождения все необходимые системы жизнеобеспечения: способны самостоятельно питаться, двигаться ……

Гнездовые птицы рождаются гораздо менее зрелыми, при этом у них хорошо развита система детекции подлетающих с пищей родителей……

Функциональная система оказывается созревшей к тому моменту, когда на организм начинают действовать соответствующие раздражители из внешней среды
Опережающая направленность системогенеза

на будущие события

Пренатальный системогенез

Функциональное созревание осуществляется на основе морфогенетических процессов
Формирование метаболических и гомеостатических ФУС (внутреннего контура саморегуляции)
Направляющий фактор – геном плода + биологически активные вещества организма матери, поступающие через плаценту
Физиологическая роль – обеспечение жизнеспособности организма к моменту рождения.

Гетерохрония

Межсистемная – опережающее развитие одних ФУС по отношению к другим.
Внутрисистемная – разные темпы созревания разных элементов одной ФУС


Основные принципы

пренатального системогенеза

Принцип консолидации

элементов ФУС

В процессе созревания элементов ФУС происходит формирование их целостной организации; формирующиеся в эмбриогенезе дистантно и функционирующие раздельно морфологические элементы объединяются в ФУС.

Критический момент объединения центральных и периферических элементов.

Основные принципы

пренатального системогенеза

Принцип минимального обеспечения функций

Формирующаяся ФУС начинает работать задолго до того, как окончательно сформируются все ее структурные элементы.

ФУС к моменту рождения должны работать, чтобы обеспечить выживание организма.
Должен быть запас незрелых элементов, чтобы их созревание произошло под влиянием внешней среды и обеспечило более тонкое приспособление.


Основные принципы

пренатального системогенеза

С 12-13 нед внутриутробного развития – нерегулярные «вздохи» - сокращения дыхательной мускулатуры
21-24 нед – длительные периоды регулярных дыхательных движений
26-27 нед – возможность самостоятельного дыхания.

Основные принципы пренатального системогенеза

Принцип системной синхронизации функций – соотношение ритмов деятельности определенных ФУС

Особенности интранатального периода

Акт рождения вызывает перестройку деятельности мозга и вегетативных функций плода, стабилизацию его сердечной деятельности и активное включение созревших в пренатальном периоде, но еще не функционировавших внешних звеньев ФУС дыхания и питания.
В процессе родов у плода доминирует особая иерархически построенная ФУС рождения. Как подсистемы, в нее включаются внешнее дыхание и система поддержания кровяного давления.
В процессах становления ФУС между часто ещё не совсем созревшими различными органами и тканями, даже их закладками устанавливаются многообразные нейрогуморальные связи, обеспечивающие адаптивную деятельность соответствующих функциональных систем и, в целом, выживание новорожденного.

ПОСТНАТАЛЬНЫЙ СИСТЕМОГЕНЕЗ

Все врожденные ФУС при вступлении в действие проходят три этапа:

1) этап функционирования по принципу минимального обеспечения, когда система строится из минимума компонентов, созревших к моменту рождения;
2) этап включения в ФУС ряда дополнительных компонентов, также созревших до рождения и участвующих в запечатлении способа достижения полезного приспособительного результата – усложнение ФУС (развитие принципа иерархии);
3) этап полного дозревания морфологических элементов, позволяющих воспринимать самые разнообразные параметры внешнего мира с учётом системной периодизации развития.

Постнатальный системогенез

Развитие после рождения с избирательным приспособлением к условиям существования (поведенческие ФУС) и ФУС, обеспечивающих индивиду в будущем процессы размножения
Этап дозревания морфологических элементов, позволяющих воспринимать параметры внешнего мира
В систему, созревшую по принципу минимального обеспечения функций, включаются дополнительные компоненты - усложнение ФУС


Организмы, рождающиеся с полным набором поведенческих ФУС - инстинктивная деятельность на основе генетически детерминированных механизмов. Внешние факторы выполняют пусковую роль, запускающую строго генетически детерминированные поведенческие реакции. Успешно развиваются в узком диапазоне экологических условий.
Высшие животные – к моменту рождения созревает только ориентировочно-исследовательская деятельность и набор биологических мотиваций. Остальные поведенческие реакции созревают постнатально, что позволяет лучше приспособиться с условиям внешней среды.

ОСОБЕННОСТИ ПОСТНАТАЛЬНОГО СИСТЕМОГЕНЕЗА

Проявление межсистемной гетерохронии – после-довательного созревания и вступления в работу различных ФУС в зависимости от степени их необходимости.
Формирование поведенческого звена врождённых ФУС, вегетативное звено которых созревает в пренатальный период.
Развитие тех врождённых ФУС (полового и группового поведения), у которых вегетативное звено продолжает формироваться в новых условиях.
Образование множества новых самостоятельных поведенческих ФУС.

ВОЗРАСТНОЙ СИСТЕМОГЕНЕЗ

1. Морфологические элементы ФУС закончили свое созревание.
2. При постоянном образовании новых ФУС происходит распад и перестройка ранее существовавших. Физиологические фрагменты новых систем уже использовались в ранее сформированных ФУС.
3. Многие системы, как вегетативные, так и поведенческие, автоматизированы на основе использования механизмов зрелой памяти.
4. Гетерохрония и минимальное обеспечение функции развиваются в иной временной последовательности. По мере автоматизации регуляции функции число участвующих в ней элементов со временем сокращается (гетерохрония от большего числа элементов к меньшему).

Системогенез в старческом возрасте

В результате особой программы старения постепенно и последовательно тормозится функция генетического аппарата клеток. Возникают дисфункции, нарушения обменных процессов в генетическом аппарате, цитоплазме, клеточных мембранах. Иинволюция систем происходит по принципу "от максимума к минимуму".
1. Наблюдается последовательное гетерохронное угасание ФУС в порядке, обратном их становлению в онтогенезе.
2. При выпадении каких-либо функций образуются компен-саторные ФУС на всех уровнях: от молекулярного до поведенческого.
3. Образуются новые ФУС, если они необходимы в этом возрасте, хотя обучение новым навыкам происходит медленнее.
4. Активная тренировка функции снижает процесс деструкции, несмотря на общее замедление моторной и психической деятельности.


1. Внутриутробный (антенатальный):
1.1. Эмбриональный период - эмбрион от 0 до 2-х месяцев
1.2. Фетальный период - плод от 2 до 9 месяцев
2. Внеутробный (постнатальный):
2.1. Неонатальный период (период новорож-дённости) - до 1 месяца
2.2. Период грудного возраста - от 1 до 12 месяцев
2.3. Ясельный период (раннее детство) - от 1 до 3 лет
2.4. Дошкольный период (первое детство) - от 4 до 7 лет


2.5. Младший школьный период (второе детство) - для девочек от 8 до 11 лет, для мальчиков - от 8 до 12 лет
2.6. Старший школьный период - от 12 до 18 лет
2.6.1. Подростковый возраст, пубертат-ный период - для девочек от 12 до 15 лет, для мальчиков - от 13 до 16 лет
2.6.2. Юношеский возраст (ювенильный период) - для девушек от 16 до 20 лет, для юношей - от 17 до 21 год.


3. Зрелый возраст:
1 период - для женщин от 21 года до 35 лет, для мужчин от 22 лет до 35 лет
2 период - для женщин от 36 лет до 55 лет, для мужчин от 36 лет до 60 лет
4. Пожилой возраст - для женщин от 56 лет до 74 лет, для мужчин от 61 года до 74 лет
5. Старческий возраст от 75 лет до 90 лет
6. Долгожители – возраст от 90 лет и старше.