ЛЕКЦИЯ 1.
План.
1. Понятие функциональной системы. Общая архитектоника функциональных систем.
2. Истоки теории функциональных систем. Роль работ Р. Декарта, И.М. Сеченова, И.П. Павлова, Л. фон Берталанфи.
3. Вклад П.К. Анохина в развитие функциональных систем живого организма.
4. Виды функциональных систем.
5. Общие свойства функциональных систем.
6. Системогенез (пренатальный, постнатальный, возрастной). Возрастная периодизация человека.
1. Функциональные системы (ФС) представляют собой динамически складывающийся саморегулирующийся комплекс центральных и периферических образований, обеспечивающий достижение полезных приспособительных результатов.
Цель работы функциональной системы - возвращение величины к норме.
Функциональные системы имеют отличную от рефлекторной дуги циклическую динамическую организацию, вся деятельность составляющих компонентов которой направлена на обеспечение различных приспособительных результатов, полезных для организма и для его взаимодействия с окружающей средой и себе подобными
Результат действия любой ФС представляет собой жизненно важный адаптивный показатель, необходимый для нормального функционирования организма в биологическом и социальном плане. Отсюда вытекает системообразующая роль результата действия. Именно для достижения определенного адаптивного результата складываются ФС, сложность организации которых определяется характером этого результата.
Многообразие полезных для организма приспособительных результатов может быть сведено к нескольким группам:
1) метаболические результаты, являющиеся следствием обменных процессов на молекулярном (биохимическом) уровне, создающими необходимые для жизнедеятельности субстраты или конечные продукты;
2) гомеопатические результаты, представляющие собой ведущие показатели жидких сред организма: крови, лимфы, интерстициальной жидкости (осмотическое давление, рН, содержание питательных веществ, кислорода, гормонов и т. д.), обеспечивающие различные стороны нормального обмена веществ;
3) результаты поведенческой деятельности животных и человека, удовлетворяющие основные метаболические, биологические потребности: пищевые, питьевые, половые и др.;
4) результаты социальной деятельности человека, удовлетворяющие социальные (создание общественного продукта труда, охрана окружающей среды, защита отечества, обустройство быта) и духовные (приобретение знаний, творчество) потребности.
В состав каждой ФС включаются различные органы и ткани. Объединение последних в ФС осуществляется результатом, ради достижения которого создается ФС. Этот принцип организации ФС получил название принципа избирательной мобилизации деятельности органов и тканей в целостную систему. Например, для обеспечения оптимального для метаболизма газового состава крови происходит избирательная мобилизация в ФС дыхания деятельности легких, сердца, сосудов, почек, кроветворных органов, крови.
Включение отдельных органов и тканей в ФС осуществляется по принципу взаимодействия, который предусматривает активное участие каждого элемента системы в достижении полезного приспособительного результата.
Для достижения результатов различного уровня формируются и разноуровневые ФС. Они постоянно формируются метаболическими процессами. Кроме того, функциональные системы организма могут складываться под влиянием специальных факторов окружающей организм среды. У человека это в первую очередь факторы социальной среды. Механизмы памяти также могут быть причиной формирования функциональных систем, особенно поведенческого и психического уровней.
ФС любого уровня организации имеет принципиально однотипную структуру, которая включает в себя 5 основных компонентов:
1) полезный приспособительный результат;
2) акцепторы результата (аппараты контроля);
3) обратную афферентацию, поставляющую информацию от рецепторов в центральное звено ФС;
4) центральную архитектонику - избирательное объединение нервных элементов различных уровней в специальные узловые механизмы (аппараты управления);
5) исполнительные компоненты (аппараты реакции) - соматические, вегетативные, эндокринные, поведенческие.
Центральная архитектоника функциональной системы имеет три важнейшие составные части:
1. Афферентный синтез (в него входит - мотивация, память, пусковой и обстановочный раздражители).
2. На основании афферентного синтеза мозгом вырабатывается решениние формируется аппарат действия и программа действия/эфферентный синтез/.
3. Параллельно формируется аппарат прогноза. Аппарат действия формирует результат действия.
Полезный приспособительный результат является системообразующим фактором, т.е. он образует из этих отдельных элементов систему. Им может быть:
1. Показатель внутренней среды. 2. Результат поведенческой деятельности, удовлетворяющий основные биологические потребности организма. 3. Результат стадной деятельности животных, удовлетворяющий потребности сообществ. 4. Результат социальной деятельности человека.
Он всегда направлен на удовлетворение той потребности, которая породила эту реакцию. С помощью обратной афферентации мозг сравнивает свой прогноз с тем, что реально получилось.
2. Впервые понятие о рефлексе как ответной реакции (отражении) на раздражения органов чувств было сформулировано французским ученымРене Декартом(XVII в.).
Это представление было развито чешским физиологомИ.Прохаской(XVIII в.) и другими исследователями. Дальнейшее углубление учения о рефлекторной деятельности ЦНС связано с именами отечественных физиологов И.М.Сеченова и И.П.Павлова. В книге «Рефлексы головного мозга»И.М.Сеченовпоказал, что рефлексы являются не только реакциями отдельных органов, а представляют собой целостные акты, определяющие поведение.
И.М.Сеченов выдвинул идею о рефлекторной природе всех процессов (сознательных и бессознательных), происходящих в головном мозге, включая психические. Но в то время не существовало методов объективной оценки деятельности мозга, которые могли бы подтвердить это предположение. Такой метод был разработанИ.П.Павловым - метод условных рефлексов, с помощью которого он расширил рефлекторную теорию, показав, что наиболее сложные и совершенные формы поведения осуществляются на основе условнорефлекторной деятельности.
Учение И.П Павлова о Высшей Нервной Деятельности явилось фундаментом, на основе которого стало возможно изучение поведенческого акта. Однако не всякий поведенческий акт можно объяснить с точки зрения рефлекторной теории И.П.Павлова. Так, не совсем понятно: 1) Почему один и тот же раздражитель вызывает неодинаковую ответную реакцию (например, пища у голодной собаки - одну реакцию, а у сытой - совсем другую)./мотивация/ 2) Почему мы на красный свет иногда (когда нет машин, а мы очень торопимся) переходим перекресток улиц./память/ В связи с этим П.К.Анохин и выдвинул понятие о функциональной системе.
Общая теория систем была предложена Л. фон Берталанфи в 1930-е годы. Идея наличия общих закономерностей при взаимодействии большого, но не бесконечного числа физических, биологических и социальных объектов была впервые высказана Берталанфи в 1937 году на семинаре по философии в Чикагском университете. Однако первые его публикации на эту тему появились только после Второй мировой войны. Основной идеей Общей теории систем, предложенной Берталанфи, является признание изоморфизма законов, управляющих функционированием системных объектов.
Фон Берталанфи также ввёл понятие и исследовал “открытые системы” - системы, постоянно обменивающиеся веществом и энергией с внешней средой.
П.К. Анохин предложил модель организации и регуляции поведенческого акта, в которой есть место для всех основных психических процессов и состояний. Она получила название модели функциональной системы.
3. Термин «функциональные системы», теория и модель функциональных систем были введен в 1935 году советским физиологом Петром Кузьмичом Анохиным.
Предпосылкой создания ТФС являются полученные экспериментальным путем физиологические факты (такие как, например соединение нервных стволов), благодаря которым было выявлено подчинение отдельных систем (функций) целостному поведению. Дальнейшие исследования позволили Анохину обнаружить интеграцию физиологических процессов в единое целое.
Теория функциональных систем, таким образом, радикально изменяет сложившиеся представления о строении организма человека и его функциях. Взамен представлений о человеке как наборе органов, связанных нервной и гуморальной регуляцией, данная теория рассматривает организм человека как совокупность множества взаимодействующих функциональных систем различного уровня организации, каждая из которых, избирательно объединяя различные органы и ткани, так же как и предметы окружающей действительности, обеспечивает достижение полезных для организма приспособительных результатов, обусловливающих в конечном счете устойчивость метаболических процессов.
С этих же позиций адаптация человека определяется как способность его функциональных систем обеспечивать достижение значимых результатов.
Таким образом, функциональная система, по мнению ученого, была динамической саморегулирующейся организацией, все составные элементы которой взаимодействуют для получения организмом полезного приспособительного результата. Этот «приспособительный результат» является показателем адаптации, необходимым для нормального функционирования организма.
4. Существуют функциональные системы двух типов.
Функциональная система первого типа – это функциональная система, которая обеспечивает постоянство параметров внутренней среды за счет системы саморегуляции. Функциональная система рассматриваемого типа компенсирует возникающие колебания кровяного давления, температуры тела и др. параметров.
Функциональная система второго типа – это такая система, которая использует внешнее звено саморегуляции, обеспечивает адаптивный эффект через связь с внешним миром за пределами организма и изменение поведения.
Функциональные системы имеют различную специализацию, отвечают за дыхание, движение, питание и т.д. Они так же могут принадлежать к разным уровням иерархии и быть разной степени сложности.
Теория функциональных систем (Анохин П. К., Судаков К. В.) выделяет четыре типа систем: морфофункциональные, гомеостатические, нейродинамические, психофизиологические.
Морфофункциональные системы связаны с деятельностью определенных функций. К ним относятся опорно-двигательный аппарат, сердечно-сосудистая, дыхательная, эндокринная, нервная системы, клетки, органоиды, молекулы. Словом, все, что выполняет какую-либо функцию.
Гомеостатические функциональные системы включают подкорковые образования, вегетативную нервную и другие системы организма. Основная роль этой системы заключается в поддержании постоянства внутренней среды организма. Гомеостатические системы тесно взаимодействуют с морфофункциональными, которые вписываются в них отдельными элементами.
Нейродинамические системы в качестве ведущего структурного элемента имеют кору головного мозга, а именно первую сигнальную систему. В рамках этой системы формируется аппарат эмоций как механизм оптимизации функций организма и поведения в условиях взаимодействия организма и окружающей среды. Развитие коры резко расширило адаптивные возможности организма, подчиняя себе вегетативные функции. Нейродинамические системы включают в себя элементы гомеостатической и морфофункциональной систем.
Психофизиологические функциональные системы, как и нейродинамические, ведущим структурным элементом имеют кору головного мозга, однако те ее отделы, которые связаны со второй сигнальной системой. Вторая сигнальная система усовершенствовала механизмы адаптивного поведения за счет формирования социальных форм адаптации. Психофизиологические функциональные системы реализуют свою деятельность через вегетативную нервную систему и посредством эмоций, морфологической основой которых являются подкорковые образования (лимбическая система, таламус, гипоталамус и другие). Они включают в себя элементы структурной архитектоники нейродинамических, гомеостатических и морфофункциональных систем.
Компенсация может осуществляться одной системой, по отношению к которой данный фактор наиболее специфичен. Если возможности специфической системы оказываются ограниченными, подключаются другие системы.
Одни функциональные системы генетически детерминированы, другие складываются в индивидуальной жизни в процессе взаимодействия организма с разнообразными факторами внутренней и внешней среды, т. е. на основе обучения. Естественно, что наиболее сложные и совершенные функциональные системы имеются у людей, как наиболее совершенных живых существ. Понять их взаимодействия можно с учетом представлений о структурных уровнях организации биосистем.
5. Ведущим свойством функциональной системы любого уровня организации является принцип саморегуляции.
Саморегуляция — функциональная система обеспечивает поддержание на постоянном уровне различных параметров без вмешательства из вне. Все функциональные системы работают по принципу опережения. При отклонении от нормы величины импульсы поступают в центральное звено, и там формируется эталон будущего результата. Затем начинает работать 2-е звено. Как только полученный результат будет соответствовать эталону, то функциональная система распадается.a
В саморегуляции проявляются торсионные свойства функциональных систем, идентичные процессам, происходящим на атомном уровне. Известно, что торсионный механизм обусловлен вращательными моментами спинов взаимодействующих атомных частиц. Рождаясь под влиянием информации, спин направлен в одну сторону и его крутящий момент имеет одно направление. В следующий момент спин под влиянием информации направлен в другую сторону и его крутящий момент имеет другое направление.
В функциональных системах организма отклонение результата деятельности функциональной системы от уровня, определяющего нормальную жизнедеятельность, заставляет все элементы функциональной системы работать в сторону его возвращения к оптимальному уровню. Интенсивность процессов саморегуляции функциональных систем определяет ритмы временных изменений различных функций организма. Причем каждая функциональная система имеет свой индивидуальный специфический ритм деятельности, тесно увязанный с ритмами деятельности других взаимосвязанных с ней функциональных систем.
Объединяемые в функциональные системы элементы не просто взаимодействуют, а взаимосодействуют достижению системой ее полезного приспособительного результата. Их тесное взаимодействие проявляется прежде всего в корреляционных отношениях ритмов их деятельности.
Функциональным системам разного уровня организации присуще свойство изоморфизма. Все функциональные системы имеют принципиально одинаковую архитектонику, включающую на основе саморегуляторных взаимодействий результат, обратную афферентацию от результата, центр и исполнительные элементы. Центральная архитектоника функциональных систем включает стадии афферентного синтеза, принятия решения, акцептор результата действия, эфферентный синтез, действие и постоянную оценку достигнутых результатов с помощью обратной афферентации.
Динамичность - каждая функциональная система - это образование временное. Различные органы могут входить в состав одной функциональной системы, одни и те же органы могут входить в состав различных функциональных систем.
6. Из учения П. К. Анохина о функциональных системах вытекает одна из ведущих закономерностей роста и развития организма – СИС-ТЕМОГЕНЕЗ.
Последний очень наглядно прослеживается на ранних этапах развития ребёнка: новорожденный не способен к какому-либо активному физическому действию, кроме осуществления врождённых рефлексов. На определённом этапе ребёнок повернётся на бочок, когда достаточного развития достигнет функциональная система, обеспечивающая этот акт (соответствующее развитие костно-связочно-мышечного аппарата, механизма ориентации в пространстве и т. п.). Так же, далее, он, в своё время, сядет, пойдёт, побежит, когда определённой степени развития достигнут функциональные системы, обеспечивающие эти акты. Таким образом, СИСТЕМОГЕНЕЗ – это избирательное и ускоренное развитие анатомо-физиологических образований (функциональных систем), обеспечивающих человеку выживание, функционирование на каждом отдельном этапе развития. Функциональные системы созревают неравномерно, включаются поэтапно, сменяются, обеспечивая организму приспособление в различные периоды онтогенетического развития.
Теория основывается на экспериментальных исследованиях, показавших, что в раннем онтогенезе отдельные элементы органа созревают постепенно и неравномерно и, объединяясь с наиболее рано созревающими элементами другого органа, принимающего участие в реализации данной функции, создают функциональную систему. Разные функциональные системы в зависимости от их значимости в обеспечении адаптивного существования и развития организма созревают в разные сроки постнатальной жизни. Это обеспечивает высокий приспособительный эффект развития организма на каждом этапе онтогенеза, отражая надежность функционирования биологических систем.
П.К. Анохин сформулировал следующие принципы системогенеза: 1)принцип гетерохронной закладки компонентов функциональной системы — неодновременной закладки и разной скорости формирования различных по сложности компонентов функциональной системы (более ранняя закладка и формирование более сложных компонентов) — эти компоненты "подгоняются" к одновременному началу функционирования в рамках данной системы; 2) принцип фрагментации органа — формирования отдельных функциональных систем на последовательных этапах онтогенеза — состав данного органа в каждый момент развития неоднороден по своей зрелости; наиболее зрелыми оказываются те элементы, которые должны обеспечить реализацию систем, формирующихся на более ранних этапах; 3) принцип минимального обеспечения функциональных систем - функциональная система становится "продуктивной", обеспечивающей достижение результата и имеющей все необходимые составляющие до того, как все ее компоненты получат окончательное структурное оформление.
Возрастная периодизация - это периодизация развития человекаот рождения и до смерти, определение возрастныхграниц этапов в жизни человека, принятая в обществе система возрастной стратификации.
Возрастная периодизация в медицинеопирается на соответствующие возрасту анатомические и физиологические особенности организма. Для периодизации детского возраста учитывается степень приспособленности к условиям окружающей среды, с которыми связана специфика ухода и воспитания ребенка. Условные периоды биологического возраста: