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生理功能的調(diào)節(jié)控制(非自動(dòng)控制系統(tǒng),反饋控制系統(tǒng),前饋控制系統(tǒng))

( 關(guān)鍵詞:生理功能調(diào)節(jié)控制;非自動(dòng)控制系統(tǒng);反饋控制系統(tǒng);前饋控制系統(tǒng) )

本世紀(jì)40年代,通過(guò)運(yùn)用數(shù)學(xué)和物理學(xué)的原理和方法,分析研究各種工程技術(shù)的控制和人體的各種功能調(diào)節(jié),得出了一些有關(guān)調(diào)節(jié)和控制過(guò)程的共同規(guī)律,產(chǎn)生了一個(gè)新的學(xué)科,這就是控制論(cybernetics)。運(yùn)用控制論原理分析人體的調(diào)節(jié)活動(dòng)時(shí),人體的各種功能調(diào)節(jié)可分為三類控制系統(tǒng)。

  一、非自動(dòng)控制系統(tǒng)

  非自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)(open-loop system),其控制部分不受受控部分的影響,即受控部分不能反饋改變控制部分的活動(dòng)。例如在應(yīng)激反應(yīng)中,當(dāng)應(yīng)激性刺激特別強(qiáng)大時(shí),可能由于下丘腦神經(jīng)元和垂體對(duì)血中糖皮質(zhì)激素的敏感性減退,亦即糖皮質(zhì)激素血中濃度升高時(shí)不能反饋抑制它們的活動(dòng),使應(yīng)激性刺激能導(dǎo)致ACTH與糖皮質(zhì)激素的持續(xù)分泌;這時(shí),腎上腺皮質(zhì)能不斷地根據(jù)應(yīng)激性刺激的強(qiáng)度作出相應(yīng)的反應(yīng)(參見第十一章)。在這種情況下,刺激決定著反應(yīng),而反應(yīng)不能改變控制部分的活動(dòng)。這種控制系統(tǒng)無(wú)自動(dòng)控制的能力。非自動(dòng)控制系統(tǒng)的活動(dòng)在體內(nèi)不多見。醫(yī)學(xué)在線www.med126.com

  二、反饋控制系統(tǒng)

  反饋控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)(open-loop system),其控制部分不斷接受受控部分的影響,即受控部分不斷有反饋信息返回輸給控制部分,改變著它的活動(dòng)。這種控制系統(tǒng)具有自動(dòng)控制的能力。

  圖1-1是反饋控制系統(tǒng)的模式圖。圖中把該系統(tǒng)分成比較器、控制系統(tǒng)、受控系統(tǒng)三個(gè)環(huán)節(jié);輸出變量的部分信息經(jīng)監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)后轉(zhuǎn)變?yōu)榉答佇畔ⅲ剌數(shù)奖容^器,由此構(gòu)成閉合回路。在不同的反饋控制系統(tǒng)中,傳遞信息的方式是多種多樣的,可以是電信號(hào)(神經(jīng)沖動(dòng))、化學(xué)信號(hào)或機(jī)械信號(hào),但最重要的是這些信號(hào)的數(shù)量和強(qiáng)度的變化中所包含的準(zhǔn)確的和足夠的信息。參考信息即輸入信息(Si),它和反饋信息(Sf)比較后,即得出偏差信息(Se)。三者的關(guān)系為:Se=Si+Sf如果是負(fù)反饋(negative feedback),則Sf為負(fù)值;如果是正反饋(positive feedback),則Sf為正值。

圖1-1反饋控制系統(tǒng)模式圖

  在負(fù)反饋情況時(shí),反饋控制系統(tǒng)平時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)。如出現(xiàn)一個(gè)干擾信息(Sd)作用于受控系統(tǒng),則輸出變量發(fā)生改變,導(dǎo)致該反饋控制系統(tǒng)發(fā)生擾亂;這時(shí)反饋信息與參考信息發(fā)生偏差,偏差信息作用于控制系統(tǒng)使控制信息(Sc)發(fā)生改變,以對(duì)抗干擾信息的干擾作用,使輸出變量盡可能恢復(fù)到擾亂前的水平。例如,人體的體溫經(jīng)?煞(wěn)定在37°C左右,就是負(fù)反饋調(diào)控作用的結(jié)果。現(xiàn)在認(rèn)為下丘腦內(nèi)有決定體溫水平的調(diào)定點(diǎn)的神經(jīng)元,這些神經(jīng)元發(fā)出參考信息使體溫調(diào)節(jié)中樞發(fā)出控制信息來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)熱和散熱過(guò)程,保持體溫維持在37°C左右。如果人體進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng),產(chǎn)熱突然增加(即發(fā)生干擾信息,使輸出變量增加)體溫隨著升高,則下丘腦內(nèi)的溫度敏感(監(jiān)測(cè)裝置)就發(fā)生反饋信息與參考信息進(jìn)行比較,由此產(chǎn)生偏差信息作用于體溫調(diào)節(jié)中樞,從而改變控制信息來(lái)調(diào)整產(chǎn)熱和散熱過(guò)程,使升高的體溫回降,恢復(fù)到場(chǎng)37°C左右。

  在正反饋情況時(shí),反饋控制系統(tǒng)則處于再生狀態(tài)。正反饋控制系統(tǒng)一般不需要干擾信息就可進(jìn)入再生狀態(tài),但有時(shí)也可因出現(xiàn)干擾信息而觸發(fā)再生。例如,出現(xiàn)一個(gè)干擾信息作用于受控系統(tǒng),則輸出變量發(fā)生改變,這時(shí)反饋信息為正值,導(dǎo)致偏差信息增大;增大的偏差信息作用于控制系統(tǒng)使控制信息增強(qiáng),導(dǎo)致輸出變量的改變進(jìn)一步加大;由于輸出變量加大,又返回來(lái)加大反饋信息,如此反復(fù)使反饋控制系統(tǒng)活動(dòng)不斷再生。分娩過(guò)程是正反饋控制系統(tǒng)活動(dòng)的實(shí)例。當(dāng)臨近分娩時(shí),某些干擾信息可誘發(fā)子宮收縮,子宮收縮導(dǎo)致胎兒頭部牽張子宮頸部;宮頸受到牽張可反射性導(dǎo)致催產(chǎn)素分泌增加,從而進(jìn)一步加強(qiáng)宮縮,轉(zhuǎn)而使宮頸進(jìn)一步受到牽張;如此反復(fù)再生,直至胎兒娩出為止。

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