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生理功能的調(diào)節(jié)控制(非自動控制系統(tǒng),反饋控制系統(tǒng),前饋控制系統(tǒng))
作者:佚名  文章來源:醫(yī)學全在線  點擊數(shù)  更新時間:2007/8/25 16:31:24  文章錄入:凌林  責任編輯:凌云

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

本世紀40年代,通過運用數(shù)學和物理學的原理和方法,分析研究各種工程技術的控制和人體的各種功能調(diào)節(jié),得出了一些有關調(diào)節(jié)和控制過程的共同規(guī)律,產(chǎn)生了一個新的學科,這就是控制論(cybernetics)。運用控制論原理分析人體的調(diào)節(jié)活動時,人體的各種功能調(diào)節(jié)可分為三類控制系統(tǒng)。

  一、非自動控制系統(tǒng)

  非自動控制系統(tǒng)是一個開環(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。例如在應激反應中,當應激性刺激特別強大時,可能由于下丘腦神經(jīng)元和垂體對血中糖皮質(zhì)激素的敏感性減退,亦即糖皮質(zhì)激素血中濃度升高時不能反饋抑制它們的活動,使應激性刺激能導致ACTH與糖皮質(zhì)激素的持續(xù)分泌;這時,腎上腺皮質(zhì)能不斷地根據(jù)應激性刺激的強度作出相應的反應(參見第十一章)。在這種情況下,刺激決定著反應,而反應不能改變控制部分的活動。這種控制系統(tǒng)無自動控制的能力。非自動控制系統(tǒng)的活動在體內(nèi)不多見。醫(yī)學在線www.med126.com

  二、反饋控制系統(tǒng)

  反饋控制系統(tǒng)是一個閉環(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。這種控制系統(tǒng)具有自動控制的能力。

  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)三個環(huán)節(jié);輸出變量的部分信息經(jīng)監(jiān)測裝置檢測后轉(zhuǎn)變?yōu)榉答佇畔,回輸(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(神經(jīng)沖動)、化學信號或機械信號,但最重要的是這些信號的數(shù)量和強度的變化中所包含的準確的和足夠的信息。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)。三者的關系為:Se=Si+Sf如果是負反饋(negative feedback),則Sf為負值;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

  在負反饋情況時,反饋控制系統(tǒng)平時處于穩(wěn)定狀態(tài)。如出現(xiàn)一個干擾信息(Sd)作用于受控系統(tǒng),則輸出變量發(fā)生改變,導致該反饋控制系統(tǒng)發(fā)生擾亂;這時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,以對抗干擾信息的干擾作用,使輸出變量盡可能恢復到擾亂前的水平。例如,人體的體溫經(jīng)?煞(wěn)定在37°C左右,就是負反饋調(diào)控作用的結(jié)果,F(xiàn)在認為下丘腦內(nèi)有決定體溫水平的調(diào)定點的神經(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)出控制信息來調(diào)節(jié)產(chǎn)熱和散熱過程,保持體溫維持在37°C左右。如果人體進行劇烈運動,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)測裝置)就發(fā)生反饋信息與參考信息進行比較,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調(diào)整產(chǎn)熱和散熱過程,使升高的體溫回降,恢復到場37°C左右。

  在正反饋情況時,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入再生狀態(tài),但有時也可因出現(xiàn)干擾信息而觸發(fā)再生。例如,出現(xiàn)一個干擾信息作用于受控系統(tǒng),則輸出變量發(fā)生改變,這時反饋信息為正值,導致偏差信息增大;增大的偏差信息作用于控制系統(tǒng)使控制信息增強,導致輸出變量的改變進一步加大;由于輸出變量加大,又返回來加大反饋信息,如此反復使反饋控制系統(tǒng)活動不斷再生。分娩過程是正反饋控制系統(tǒng)活動的實例。當臨近分娩時,某些干擾信息可誘發(fā)子宮收縮,子宮收縮導致胎兒頭部牽張子宮頸部;宮頸受到牽張可反射性導致催產(chǎn)素分泌增加,從而進一步加強宮縮,轉(zhuǎn)而使宮頸進一步受到牽張;如此反復再生,直至胎兒娩出為止。

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