Этот уровень обеспечивается взаимодействием важнейших регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной (рис.1). Изучение физиологических механизмов гомеостаза требует использования некоторых кибернетических понятий. Кибернетика заимается установлением общих зако-омерностей регулирования процессэв, которые происходят как в живой, так и нехивой природе. С точки зрения кибернетики живой организм представляет собой сложную управляемую систему, в которой постоянно происходит взаимодействие многих переменах как внешней, так и внутренней среды.
Входные переменные в системе различным образом изменяются и превращаются в выходные переменные, входные переменные зависят от входных и от функций (закона поведения) стемы. Этот процесс осуществляется средством механизма обратной связи биологии входными переменными могут быть: пища, вода, болевой или любой другой раздражитель. Выходными -— выделяемые вещества,, эффект действия какого-либо органа, реакция, шой организм, как кибернетическая тема, имеет каналы связи, осуще-ляющие передачу информации от являющего устройства к объекту >авления.
В процессах саморегуляции важнейшую роль играет обратная связь, что означает влияние выходного сигнала на управляющую часть системы. Отрицельная обратная связь уменьшает влияние входного воздействия на величину выходного сигнала, а положительная, наоборот, увеличивает. По исследованиям акад. В.В. Парина, отрицательная обратная связь способствует восстановлению исходного состояния организма, а при положительной изменение нарушенного показателя прогрессирует, нормализация не происходит и функция все больше отклоняется от исходного состояния. Это может привести к стойкому патологическому процессу, который и представляет собой в общем виде нарушение гомеостаза.
Рассмотрим эти общие закономерности на конкретном примере. Одним из важнейших физико-химических параметров внутренней среды организма является кислотно-щелочное равновесие. Соотношение водородных и гид-роксильных ионов во внутренней среде зависит от содержания в жидкостях организма (в крови, плазме, тканевой жидкости) кислот — донаторов протонов и буферных оснований — акцепторов протонов. Обычно активную реакцию среды оценивают по иону Н+. Величина рН (концентрация водородных ионов в крови) является одним из самых стабильных физиологических показателей и колеблется у человека в узких пределах — от 7,32 до 7,45. Сдвиг рН на 0,1 за эти пределы приводит к значительным нарушениям деятельности сердца, а более существенное отклонение (0,3) может быть опасным для жизни. От соотношения водородных и гидроксильных ионов в значительной мере зависит активность ряда ферментов, проницаемость мембран, процессы синтеза белка и т. д.
В организме имеются различные механизмы, обеспечивающие поддержание кислотно-щелочного равновесия. Во-первых, это буферные системы крови и тканей (карбонатный, фосфатные буферы, тканевые белки). Буферными свойствами обладает и гемоглобин, он связывает углекислоту и противодействует ее накоплению в крови. Сохранению нормальной концентрации водородных ионов способствует и деятельность почек, поскольку значительное количество метаболитов, имеющих кислую реакцию, выводится с мочой.
Представим ситуацию, при которой перечисленные механизмы оказываются недостаточными (например, при усиленной физической работе). Концентрация углекислоты в крови увеличивается, происходит некоторый сдвиг рН в кислую сторону. Сигналы об этом поступают в продолговатый мозг, где находится дыхательный центр, а оттуда по центробежным нервам передаются импульсы к межреберным мышцам, дыхание углубляется и учащается, усиливается легочная вентиляция, что приводит к понижению содержания углекислоты и нормализации концентрации водородных ионов.
На этом примере отчетливо проявляется общий принцип гомеостатических реакций: отклонение от исходного уровня — сигнал — включение регуляторных механизмов по принципу обратной связи —коррекция изменения (нормализация). Большую роль в разработке вопросов регуляции функций сыграла выдвинутая П. К. Анохиным теория функциональных систем, явившаяся предпосылкой к построению физиологической кибернетики.